устройство для выравнивания давления газов в электролизерах

Формула изобретения

Устройство для выравнивания давлений газов в электролизерах, включающее два сосуда с входными и выходными патрубками, соединенные в нижней части и образующие сообщающиеся сосуды, а верхние части сосудов выше уровня жидкости разделены эластичной диафрагмой, отличающееся тем, что диафрагма подвижно скреплена с одним концом рычага, а второй конец рычага содержит эластичную тарелку клапана, плоскость которой образует угол с плоскостью седла клапана выходного патрубка, установленного ниже диафрагмы в боковой стенке расширенной верхней части сосуда, заполненного кислородом, чем обеспечивается равномерный выходной поток кислорода, равный его поступлению.

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 и питания горелок для производства газопламенных работ.

Известно устройство выравнивания давления газов в электролизерах, содержащее сообщающиеся сосуды, соединенные с газоотводными каналами электролизера, с поплавками, соединенными штоками с клапанами, имеющее дополнительный сосуд, причем один из сообщающихся сосудов и электролизер соединены трубопроводом для подачи жидкости из дополнительного сосуда, а один из каналов соединен трубопроводом с дополнительным сосудом выше уровня жидкости (патент RU №2078151 С1 / Устройство выравнивания давления газов в электролизерах, МПК(6) С25В 1/04, 1/08, 1992).

Устройство не обеспечивает высокой точности выравнивания давлений газов, так как клапан, выпускающий газ в атмосферу, работает при значительном перепаде давлений Р=(1-3)10⁵ Па. Если площадь отверстия клапана будет S=1·10^-6 м ², то усилие при открывании клапана, обусловленное снижением уровня жидкости, составит Р·S=0,1-0,3 Н, а если вес поплавка будет меньше 0,3 Н, то открытия клапана может и не произойти.

Известно наиболее простое устройство для выравнивания давлений, состоящее из двух сосудов с входными и выходными патрубками, соединенных друг с другом в нижней части и образующих сообщающиеся сосуды (Л.М.Якименко и др. Электролиз воды. М., Химия, 1970, с.107, рис.111-3).

Устройство способно точно выравнивать давления при относительно небольшой разности давлений с атмосферой, определяемой максимальной разностью столбов жидкости в сосудах, что для многих случаев недостаточно.

Наиболее близким аналогом является устройство выравнивания давлений газов в электролизерах, содержащее два сосуда, с входными и выходными патрубками, соединенных в нижней части и образующих сообщающиеся сосуды, у которых входные патрубки проходят через дно сосудов и прикрыты колпачками, верхние части сосудов, выше уровня жидкости, разделены эластичной диафрагмой, соединенной с иглой клапана выходного патрубка одного из сосудов (патент RU 2219291, С25В 1/04).

Это обеспечивает выравнивание давлений тем, что игольчатый клапан устанавливает давление газа в одном сосуде, примерно равное давлению газа в другом сосуде, в то время как давления газов в сосудах могут быть (1-3)·10 ⁵ Па. Небольшая разность давлений газов в сосудах над поверхностью жидкости компенсируется давлением столбов жидкости в сосудах и давление газов в анодных и катодных частях электролизных ячеек электролизеров будет одинаковым.

Устройство используют и как подпитывающий сосуд для электролизеров как с проточной, так и с непроточной подпиткой, поскольку работа устройства не зависит от уровня жидкости.

Недостаток устройства состоит в том, что с увеличением давления кислорода при закрытом клапане он открывается, когда усилие F со стороны мембраны станет больше усилия прилипания F>(Р_вн-Р _нар)·S, где Р_вн - внутреннее давление в сосуде, Р_нар - наружное давление атмосферы, S - площадь сечения перекрываемого отверстия. Когда давление кислорода уменьшится, клапан снова закрывается. Выходящая струя кислорода систематически прерывается, что не позволяет использовать ее для кислородной резки металла.

Дополнительный недостаток состоит в том, что клапан находится в зоне брызг жидкости и часть жидкости попадает через клапан наружу, что не безопасно, поскольку жидкость содержит едкое вещество - КОН.

Технической задачей является получение равномерной струи кислорода, пригодной для кислородной резки, и предотвращение попадания жидкости через клапан наружу.

Поставленная задача решается устройством, включающим два сосуда с входными и выходными патрубками, соединенных в нижней части и образующих сообщающиеся сосуды. Верхние части сосудов, выше уровня жидкости, разделены эластичной диафрагмой. Диафрагма подвижно скреплена с одним концом рычага, второй конец которого скреплен с эластичной тарелкой клапана выходного патрубка, установленного в боковой стенке расширенной верхней части сосуда, заполненного кислородом. Плоскость эластичной тарелки клапана образует угол с плоскостью седла клапана выходного патрубка, чем обеспечивается равномерный выходной поток кислорода, равный его поступлению.

Отличия от прототипа состоят в том, что диафрагма подвижно скреплена с одним концом рычага, а второй конец рычага содержит эластичную тарелку клапана, плоскость которой образует угол с плоскостью седла клапана - входного отверстия выходного патрубка, установленного ниже диафрагмы в боковой стенке расширенной верхней части сосуда, заполненного кислородом, чем обеспечивается равномерный выходной поток кислорода, равный его поступлению.

Указанные отличия обеспечивают достижение цели изобретения. Эластичная тарелка клапана упирается в седло клапана и по мере возрастания усилия и деформации перекрывает отверстие седла клапана в различной степени. Полное перекрытие отверстия седла клапана происходит при заданной максимально допустимой разности уровней жидкости в сосудах - 20-25 мм. Прилипанию тарелки клапана противодействует прогрессивное усилие деформации тарелки, которое формирует пропускную способность клапана, равную поступлению кислорода в сосуд. Расположение седла клапана у боковой стенки расширенной части сосуда препятствует попаданию брызг жидкости в зону клапана и через клапан наружу.

На фиг.1 показана схема устройства для выравнивания давлений газов в электролизерах в разрезе по А-А фиг.2.

На фиг.2 показан вид устройства сверху.

Устройство состоит из сосуда 1 с входным патрубком 2, прикрытым колпачком, и выходным патрубком 3, фиг.2, второго сосуда 4, размещенного внутри сосуда 1, с входным патрубком 5, прикрытым колпачком, и выходным патрубком 6, отверстие в котором перекрывается эластичной тарелкой 7. Эластичная тарелка 7 соединена с диафрагмой 8 рычагом 9. Диафрагма 8 разделяет верхние части объемов сосудов 1 и 4, нижние части объемов которых сообщаются и заполнены подпитывающей жидкостью 10, поступающей в электролизер через патрубок 11. Подпитывающую жидкость в сосуды 1 и 4 заливают периодически через горловину, закрываемую пробкой 12. Давление газов в сосуде 1 измеряется манометром 13 с линейной шкалой.

Работает устройство следующим образом. При подаче газов из электролизера через патрубки 2 и 5 газы проходят под колпачками и далее через жидкость 10. Газ из патрубка 2 скапливается над жидкостью 10 в сосуде 1 и поступает потребителю через выходной патрубок 3, фиг.2. Газ из патрубка 5 проходит под колпачком и далее через жидкость 10, скапливаясь над ней в сосуде 4. Колпачки над патрубками 2 и 5 препятствуют переливанию жидкости через эти патрубки в электролизер.

Так как площадь поперечного сечения сосуда 4 меньше, чем свободная площадь поперечного сечения сосуда 1, то давление газа в этом сосуде растет быстрее, даже если газа подается меньше, чем в сосуд 1. Поэтому уровень жидкости в сосуде 4 будет меньше, чем в сосуде 1, и на диафрагму 8 действует давление снизу вверх, рычаг 9 поворачивается, эластичная тарелка клапана 7 деформируется меньше и больше открывает клапан. Избыток давления газа через патрубок 6 сбрасывается в атмосферу, выравнивая разность давлений газов в сосудах 1 и 4, которая остается практически постоянной в соответствии с объемом поступающего кислорода. Однако давления газов в патрубках 2 и 5, т.е. в анодных и катодных частях электролизных ячеек остаются одинаковыми в соответствии с законом Паскаля.

Технико-экономические преимущества использования предложенного устройства состоят в исключении систематических колебаний уровней жидкости в сообщающихся сосудах устройства и получении стационарного потока кислорода, что позволяет использовать его для кислородной резки металлов. Практически полностью исключается попадание жидкости через клапан наружу.