электролизер для получения кислорода и водорода

Формула изобретения

Электролизер для получения водорода и кислорода, включающий концевые монополярные электроды, между которыми через уплотнительные прокладки из эластичного материала последовательно зажаты чередующиеся диафрагмы и биполярные электроды, выполненные цельнометаллическими, при этом диафрагмы, биполярные электроды и уплотнительные прокладки имеют отверстия, образующие при сборке каналы для подвода электролита и отвода газов, отличающийся тем, что он снабжен системой предотвращения скопления газов, содержащей тепловой датчик, логический элемент и источник постоянного тока, при этом логический элемент выходом соединен с электролизером, одним из входов - с источником постоянного тока, а другим входом - с тепловым датчиком, верхняя часть каждой из диафрагм, расположенная над поверхностью электролита, выполнена газонепроницаемой.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к устройствам для получения кислорода и водорода электролизом водных растворов щелочи и может быть использовано либо в качестве элемента системы питания двигателя внутреннего сгорания, либо в качестве аппарата для газопламенной обработки материалов.

Известен биполярный электролизер для получения водорода и кислорода электролизом воды, включающий концевые монополярные электроды, набор металлических кольцевых рам с закрепленными в них биполярными электродами и диафрагмами, рамы соединены через кольцевые уплотнительные прокладки, расположенные за сквозными отверстиями, и прижаты к периферической части торцевых поверхностей металлических кольцевых рам, и в них выполнены сквозные отверстия, образующие по одному каналу для подвода электролита и отвода кислорода и водорода, по меньшей мере одно радиальное отверстие в каждой раме для подвода электролита и по меньшей мере одно радиальное отверстие для отвода кислорода, при этом между сквозными отверстиями в рамах, образующих канал для отвода кислорода, размещены уплотнительные прокладки (SU 1184870 A1, 15.10.1985).

Недостатками данного электролизера являются высокие требования к качеству и точности закрепления биполярных электродов в металлических кольцевых рамах и низкая взрывобезопасность в процессе эксплуатации возможно смешивание кислорода и водорода путем просачивания через диафрагму за счет разности давлений в кислородном и водородном отсеках ячейки, а также бесконтрольное накопление смеси газов и возможность появления взрыва.

Наиболее близким к заявляемому устройству является электролизер для получения водорода и кислорода, включающий концевые монополярные электроды, между которыми через уплотнительные прокладки последовательно размещены чередующиеся диафрагмы и биполярные электроды, выполненные из сплошного листа, по обеим сторонам которого с помощью опорных ребер закреплены выносные сетчатые электроды, при этом диафрагмы зажаты между последними, а сплошные листы закреплены в рамах, выполненных из эластичного материала, в которых выполнены отверстия, образующие при сборке каналы для ввода электролита и вывода газов (SU 968101 A1, 23.10.1982).

Недостатком данного устройства является низкая взрывобезопасность - возможно смешивание кислорода и водорода путем просачивания через диафрагму за счет разности давлений в кислородном и водородном отсеках ячейки, а также бесконтрольное накопление смеси газов и возможность появления взрыва.

Задачей изобретения является создание электролизера для получения кислорода и водорода, позволяющего исключить возможность смешивания газов и их бесконтрольное накопление.

Поставленная задача достигается тем, что электролизер для получения водорода и кислорода электролизом воды, включающий концевые монополярные электроды, между которыми через уплотнительные прокладки из эластичного материала последовательно зажаты чередующиеся диафрагмы и биполярные электроды, выполненные цельнометаллическими, при этом диафрагмы, биполярные электроды и уплотнительные прокладки имеют отверстия, образующие при сборке каналы для подвода электролита и отвода газов, согласно изобретению, дополнительно содержит систему предотвращения скопления газов, содержащую тепловой датчик, логический элемент и источник постоянного тока, при этом логический элемент выходом соединен с электролизером, одним из входов - с источником постоянного тока, а другим входом - с тепловым датчиком, верхняя часть каждой из диафрагм, расположенная над поверхностью электролита, выполнена газонепроницаемой.

На фиг. 1 изображен предлагаемый биполярный электролизер (вид сверху); на фиг 2 - разрез А-А фиг. 1; на фиг. 3 - система предотвращения скопления газов (блок-схема); на фиг. 4 - взаимное расположение элементов электролизера.

Электролизер для получения кислорода и водорода электролизом воды включает в себя концевые монополярные электроды 1 и 2, которые являются катодом и анодом соответственно (на фиг. 1 обозначено знаками "-" и "+"). Электрод 1 снабжен штуцерами 3, 4, 5 для подвода электролита и отвода кислорода и водорода соответственно. Между монополярными электродами 1 и 2 через уплотнительные прокладки 6, выполненные из эластичного материала, размещены и зажаты чередующиеся диафрагмы 7 и биполярные электроды 8, выполненные цельнометаллическими, с помощью стяжных элементов. Диафрагмы 7 и биполярные электроды 8 имеют отверстия в нижней части для перетекания электролита в процессе заправки и подачи его. Уплотнительные прокладки 6, диафрагмы 7 и биполярные электроды 8 имеют в верхней части отверстия и вырезы, образующие в процессе сборки два канала 9 и 10 для отвода кислорода и водорода соответственно. Диафрагма 7 выполнена цельной из микропористого материала (в частности, из мипора), в верхней части (примерно 1/5 всей поверхности) покрыта веществом, которое является газонепроницаемым и стойким к щелочам.

Заявляемый электролизер также снабжен системой предотвращения скопления газов, содержащей тепловой датчик 11, логический элемент 12 и источник постоянного тока 13, при этом логический элемент 12 выходом соединен с электролизером, одним из входов - с источником постоянного тока 13, а другим входом - с тепловым датчиком 11.

Электролизер работает следующим образом. Электролизер заправляют примерно на 4/5 емкости 30-33%-ным раствором щелочи КОН через штуцер 3. К концевым монополярным электродам 1 и 2 подводят постоянный электрический ток, при прохождении которого через раствор электролита на всех электродах происходит разряд ионов, и протекают связанные с этим электрохимические реакции выделения кислорода и водорода. Выделившиеся газы в надэлектролитном пространстве выходят в соответствующие каналы 9 и 10. Благодаря тому, что диафрагма 7 над поверхностью электролита газонепроницаема, кислород и водород не смешиваются вследствие разности давлений в кислородном и водородном отсеках ячейки и не образуют тем самым взрывоопасную смесь. Из каналов 9 и 10 газы выходят наружу через штуцеры 4 и 5 и подаются в зону потребления (горения).

В случае прекращения потребления (отсутствия тепловыделения в зоне горения) тепловой датчик 11 с помощью логического элемента 12 прекращает подачу электрического тока от источника постоянного тока 13 к электролизеру и тем самым предотвращает бесконтрольное скопление газов и возможность взрыва.