устройство для очистки воздуха в хранилище с регулируемым составом атмосферы от кислорода и/или углекислого газа

Формула изобретения

1. Устройство для очистки воздуха в хранилище с регулируемым составом атмосферы от кислорода и/или углекислого газа, отличающееся тем, что устройство содержит один или несколько газодиффузионных катодов, через которые проходит очищаемый воздух, один или несколько газодиффузионных анодов, через которые проходит продувочный газ, и электролит, расположенный между парами электродов.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что электролит содержит соль угольной кислоты.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что в качестве электролита применен водный раствор гидрокарбоната калия.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что электролит содержит вещество, окисленная и восстановленная форма которого может присутствовать в нем в относительно высоких концентрациях как в катодной, так и в анодной зоне.

5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что в качестве электролита применен водный раствор смеси n-бензохинона, гидрохинона и гидрокарбоната калия.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве продувочного газа применен атмосферный воздух.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области сельского хозяйства и может быть применено для длительного хранения фруктов и овощей.

Известно устройство для регулирования содержания кислорода и углекислого газа в хранилище сельскохозяйственной продукции, содержащее герметичную охлаждаемую камеру, соединенный с ней замкнутый циркуляционный контур с побудителем циркуляции и адсорбером для поглощения углекислого газа и влаги и линию подпитки циркуляционного контура атмосферным воздухом.

Недостатком данного устройства является сложность снижения концентрации кислорода при превышении содержания кислорода в атмосфере хранилища, а также применение в качестве модуля, очищающего воздух хранилища от углекислого газа, адсорбера, который обладает высоким аэродинамическим сопротивлением и сложной системой регенерации.

("Устройство для регулирования содержания кислорода и углекислого газа в хранилище сельскохозяйственной продукции", SU 4888774/13, 06.12.1990)

Техническим результатом изобретения является обеспечение возможности снижения содержания как кислорода, так и углекислого газа в воздухе хранилища при помощи одного и того же устройства, снижение энергозатрат на удаление данных газов, предотвращение повышения содержания кислорода в воздухе камеры за счет избыточного подсоса атмосферного воздуха при удалении из нее углекислого газа.

Поставленный технический результат достигается тем, что устройство содержит один или несколько газодиффузионных катодов, через которые проходит очищаемый от избыточного содержания кислорода или углекислого газа воздух, один или несколько газодиффузионных анодов, через которые проходит продувочный газ, и электролит, расположенный между парами электродов, а электролит содержит соль угольной кислоты. Предпочтительно в качестве электролита применен водный раствор гидрокарбоната калия. При очистке воздуха преимущественно от углекислого газа электролит содержит вещество, окисленная и восстановленная форма которого может присутствовать в нем в относительно высоких концентрациях как в катодной, так и в анодной зоне. В качестве электролита может быть применен водный раствор смеси n-бензохинона, гидрохинона и гидрокарбоната калия. В качестве продувочного газа предпочтительно применен атмосферный воздух.

Использование заявленного изобретения позволит получить следующий технический результат.

В воздухе камеры хранилища может быть снижено содержание кислорода до уровня, требуемого технологическими регламентами хранения продукции.

В воздухе камеры хранилища может быть снижено содержание углекислого газа до уровня, требуемого технологическими регламентами хранения продукции.

Применение в качестве электролита водного раствора смеси n-бензохинона, гидрохинона и гидрокарбоната калия позволит снизить затраты электрической мощности на удаление углекислого газа из воздуха камеры хранилища.

В качестве устройства очистки может быть применена батарея топливных элементов с циркулирующим электролитом, как новая, так и потерявшая активность.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором показана конструкция единичной электролитической ячейки устройства.

Ячейка содержит пористый токосъемник 1, пористый катод 2, пористую асбестовую матрицу 3, пропитанную раствором или расплавом электролита, пористый анод 4 и пористый токосъемник 5.

Работа устройства осуществлена следующим образом.

В пористый токосъемник 1 устройства подают воздух из камеры хранилища, содержащий углекислый газ и/или кислород с концентрацией выше требуемой технологическими регламентами. В пористый токосъемник 5 подают атмосферный воздух. Проходя сквозь пористые токосъемники, воздух контактирует с электродами 2 и 4, смоченными электролитом, содержащимся в асбестовой матрице 3.

При подаче на электроды электрического напряжения в катодной зоне будет протекать реакция:

О ₂+2Н₂O+4СO₂ +4е 4НСО₃ ^-

В анодной зоне будет протекать реакция:

4НСО ₃ ^--4е O₂+2Н₂O+4СO ₂

В результате данных реакций в катодной зоне будет происходить снижение концентрации кислорода и углекислого газа в протекающем сквозь пористый токосъемник 1 воздухе. Воздух из токосъемника 1 с пониженной концентрацией кислорода и углекислого газа возвращают в камеру хранилища. Образовавшиеся на пористом катоде 2 гидрокарбонат-ионы будут диффундировать сквозь слой электролита к пористому аноду 4, на поверхности которого будет происходить выделение кислорода и углекислого газа. Выделившиеся в анодной зоне кислород и углекислый газ смешиваются с протекающем сквозь пористый токосъемник 5 атмосферным воздухом и вместе с ним удаляются из устройства. Иными словами, под действием электрического тока кислород и углекислый газ из атмосферы катодной зоны «перекачиваются» сквозь слой электролита в атмосферу анодной зоны, причем в количественном отношении углекислого газа будет «перекачиваться» в четыре раза больше, чем кислорода. Данное соотношение будет соблюдаться при относительно высоких концентрациях углекислого газа в воздухе, протекающем сквозь катодную зону, и при невысоких плотностях тока.

При малых концентрациях углекислого газа в воздухе, протекающем сквозь катодную зону, и/или при высоких плотностях тока в электролите снизится содержание гидрокарбонат-ионов вследствие концентрационного перенапряжения, связанного с низким содержанием углекислого газа в катодной зоне и/или с невысокой скоростью диффузии гидрокарбонат-ионов сквозь слой электролита. В этом случае проводимость электролита будет обеспечиваться преимущественно карбонат- или гидроксид-ионами в результате следующих реакций:

В катодной зоне будут протекать реакции:

O ₂+2СO₂+4е 2СО₃ ^2-

O₂+2Н₂O+4е 4OН^-

В анодной зоне будут протекать реакции:

2CO₃ ^2- -4e O₂+2CO₂

4OН^--4е O₂+2H₂O

Следовательно, регулируя степень перенапряжения в электролитической ячейке, можно регулировать соотношение «перекачиваемых» кислорода и углекислого газа. Степень перенапряжения регулируют изменением напряжения, подаваемого на электроды устройства.

Так как при удалении из камеры хранилища определенного количества смеси углекислого газа и кислорода в нее сквозь условно герметичные стенки камеры просачивается такое же количество атмосферного воздуха, содержащего 21% кислорода, регулируя соотношение удаляемых углекислого газа и кислорода, поддерживают содержание кислорода в воздухе камеры на требуемом уровне.

При пониженном содержании кислорода в воздухе, протекающем сквозь катодную зону, на катоде может начать осуществляться электрохимическая реакция, сопровождающаяся выделением водорода:

2Н₂O+2СО ₂+2е Н₂+2НСО₃ ^-

Для того чтобы избежать неконтролируемого выделения водорода, в электролит добавляют вещество, окисленная и восстановленная форма которого может присутствовать в нем в относительно высоких концентрациях как в катодной, так и в анодной зоне одновременно. В частности, таким веществом может быть хингидрон-эквимолярная смесь n-бензохинона и гидрохинона.

В этом случае при подаче на электроды электрического напряжения в катодной зоне будет протекать реакция:

С₆Н ₄O₂+2Н₂O+2СO ₂+2е С₆Н₄(ОН) ₂+2НСО₃ ^-

В анодной зоне будет протекать реакция:

С ₆Н₄(ОН)₂+2НСО ₃ ^--2е С₆Н₄O ₂+2Н₂O+2СO₂

Гидрохинон, образующийся в катодной зоне, за счет диффузии сквозь слой электролита будет возвращаться в анодную зону, а n-бензохинон, образующийся в анодной зоне, за счет диффузии будет возвращаться в катодную зону. Данные реакции отличаются пониженной разностью электрохимических потенциалов, в результате чего исключается вероятность выделения водорода в катодной зоне и снижаются затраты электрической мощности на «перекачивание» углекислого газа. Кислород в результате данной электрохимической реакции не «перекачивается», однако при повышении рабочего напряжения электролитической ячейки «перекачивание» кислорода возобновляется вследствие роста перенапряжения на электродах.