электролизер фильтр-прессного типа

Формула изобретения

ЭЛЕКТРОЛИЗЕР ФИЛЬТР-ПРЕССНОГО ТИПА для электpолиза воды, включающий диафpагмы, электpоды, диэлектpические pамки, обpазующие ячейки, и устpойство для выpавнивания давления, снабженное поплавками с клапанами, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности в pаботе, устpойство для выpавнивания давления выполнено в виде двух камеp, pазмещенных между соседними электpодами, котоpые электpически соединены между собой, в элекpодах выполнены отвеpстия для пеpетока электpолита, диафpагмы выполнены пеpфоpиpованными, одна из камеp снабжена штуцеpом для вывода газа и камеpы для выpавнивания давления соединены между собой.

Описание изобретения к патенту

Изобретение предназначено для выравнивания давления кислорода и водорода в анодных и катодных частях электролизных ячеек электролизеров фильтр-прессного типа, используемых для получения технологических сред, питания кислородно-водородных горелок для сварки, резки, пайки металлов и производства кварцедувных работ.

Известно простейшее устройство выравнивания давления, состоящее из гидрозатвора для водорода и гидрозатвора для кислорода, соединенных друг с другом в нижней части и образующих сообщающиеся сосуды.

Недостаток устройства состоит в способности выравнивать относительно небольшую разность давлений, определяемую разностью столбов жидкости в гидрозатворах, что для многих случаев недостаточно.

Наиболее близким аналогом является электролизер с устройством выравнивания давления, состоящее из сообщающихся сосудов с жидкостью. В каждом из сосудов, соединенных с соответствующими газопроводами или сосудами с газами, имеется поплавок, соединенный штоком с клапаном, выпускающим газ в атмосферу при его давлении, превышающим давление газа в другом газопроводе или сосуде.

Недостаток устройства состоит в пониженной надежности работы из-за отсутствия контроля за количеством жидкости, которое может изменяться как за счет испарения, так и за счет конденсации паров воды, содержащейся в газах. Уменьшение количества жидкости ведет к потере газов, а чрезмерное увеличение ведет к росту разности давлений газов. Вторым недостатком является низкая эффективность использования газов, обусловленная тем, что выравниваются давления не только в анодных и катодных частях электролизных ячеек, но и в газопроводах или сосудах, из которых газ поступает потребителям, в чем нет необходимости, поскольку можно использовать газы при разном давлении. Поддержание одинакового давления в трубопроводах или сосудах, связанных с потребителем, ведет к сбросу давления либо одного, либо другого газа.

Целью изобретения является повышение надежности работы и повышение эффективности использования газов.

Поставленная цель достигается тем, что в известном устройстве для выравнивания давления газов в электролизерах фильтр-прессного типа, включающем сообщающиеся сосуды, заполненные жидкостью с поплавками, связанными с клапанами, и соединенные с газопроводами, сосуды с поплавками выполнены по форме рамок электролизера в одном пакете с электролизными ячейками, через которые они сообщаются друг с другом, в одном из сосудов имеется штуцер для вывода газа.

Отличие от прототипа состоит в том, что сосуды выполнены по форме рамок электролизера в одном пакете с электролизными ячейками, через которые они сообщаются друг с другом, и в одном из сосудов имеется штуцер для вывода газа. Один из поплавков с клапаном используют для поддержания постоянного уровня электролита и подпитки его водой.

Выполнение сосудов по форме рамок электролизера в одном пакете с электролизными ячейками, через которые сосуды сообщаются друг с другом, позволяет использовать электролит в качестве жидкости для работы устройства выравнивания давления. Поплавок с клапаном в сосуде с газом, давление которого при использовании выше, используют для поддержания постоянного уровня электролита подпиткой его водой, т. е. уровень жидкости контролируется и поддерживается постоянным, что, в отличие от прототипа, повышает надежность работы устройства. Газ, используемый потребителем при более высоком давлении, в отличие от прототипа, не выпускается в атмосферу, а газ, используемый при более низком давлении, проходит через клапан, связанный с поплавком во втором сосуде. Этим обеспечивается более высокая эффективность использования газов.

На фиг. 1 показана схема части электролизера с устройством выравнивания давления, разрез; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1.

Устройство выравнивания давления состоит из сосудов 1 и 2, сообщающихся друг с другом через переточные патрубки 3 в электродах 4 и перфорации в диафрагмах 5. В сосудах 1 и 2 размещены поплавки 6 и 7, связанные с клапанами 8 и 9, перекрывающими отверстия в штуцерах 10 и 11. Каждый из сосудов 1 и 2 соединен каналами 12 и 13, один из которых соединен с анодными, а другой - с катодными частями электролизных ячеек вырезами 14 и 15 в рамках 16 соответственно. Сосуд 1 снабжен штуцером 17 для отвода газа, а электроды 4, образующие боковые стенки сосуда 1, закорочены наружным проводником.

На фиг. 2 показано сечение сосуда 1, на котором хорошо видно положение штуцера 17. Отверстия 18 в электродах 4 предназначены для прохождения стягивающих элементов.

Концевые плиты и стягивающие элементы на фиг. 1 и 2 не показаны.

Работает устройство следующим образом. Через штуцер 10 заливают электролит, например водный раствор едкого калия. Электролит проходит через переточные патрубки 3 и перфорации в диафрагмах 5, заполняя электролизные ячейки и сосуд 2. При достижении заданного уровня клапан 8 приводом от поплавка 6 закрывает отверстие в штуцере 10. В это же время клапан 9 приводом от поплавка 7 закрывает отверстие в штуцере 11. Взамен израсходованного раствора едкого калия в подпитывающий сосуд заливают воду для подпитки, и подпитывающий сосуд закрывают. При пропускании постоянного электрического тока через электролизер происходит выделение газов на электродах: водород - на катоде, кислород - на аноде. Выделяемые газы разделяются диафрагмами 5 и через вырезы 14, 15 поступают в каналы 12, 13 и сосуды 1,2. Газ из сосуда 1 выходит через штуцер 17, проходит через подпитывающий сосуд над поверхностью воды и поступает потребителю. Газ, поступающий в сосуд 2, создает давление, под действием которого уровень электролита в сосуде 2 и частях электролизных ячеек, связанных с этим сосудом вырезами 15 через канал 13, уменьшается. Это ведет к тому, что поплавок 7 опускается и клапан 9 открывает отверстие в штуцере 11, через которое газ поступает потребителю, использующему этот газ при более низком давлении, чем в сосуде 2 или 1. Разность давлений в сосудах 1 и 2, а следовательно, и уровней электролита мала и составляет доли миллиметра. По мере расхода воды общий уровень электролита уменьшается, поплавок 6 опускается, открывая клапан 8. Подпитывающая вода сливается в камеру 1, восстанавливая уровень электролита. Благодаря переточным патрубкам 3 происходит выравнивание состава электролита за счет естественной конвекции.

Устройство выравнивания давления испытано в работе в составе установок для получения технологических сред - водорода, используемого в жидкостной эпитаксии полупроводников, а также в установке кислородно-водородной сварки. Испытания показали, что при стационарном потоке газа в штуцере 17 поток газа в штуцере 11 также будет стационарным. Переходные процессы, связанные с колебаниями уровня электролита в сосудах 1 и 2, практически отсутствуют в связи с относительно высоким гидродинамическим сопротивлением электролизных ячеек, через которые сообщаются сосуды 1 и 2.

Наиболее рациональное размещение сосуда 1 в средней части электролизера, а сосуда 2 на одном из его концов, хотя возможно и другое расположение этих сосудов, например рядом, что снижает гидродинамическое сопротивление и повышает быстродействие.

Технико-экономическое преимущество использования предложенного устройства выравнивания давления состоит в повышении надежности работы за счет поддержания постоянного уровня жидкости и повышении эффективности использования газов за счет исключения сброса давления одного из газов в атмосферу.

(56) Якименко Л. М. и др. Электролиз воды. М. : Химия, 1970, с. 109-110.