УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ВОДОРОДА И КИСЛОРОДА ПОД ДАВЛЕНИЕМ

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ВОДОРОДА И КИСЛОРОДА ПОД ДАВЛЕНИЕМ


RU (11) 2046841 (13) C1

(51) 6 C25B1/12 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 15.01.2008 - прекратил действие 

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 93047076/26 
(22) Дата подачи заявки: 1993.10.07 
(45) Опубликовано: 1995.10.27 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: Патент Франции N 2440999, кл. C 25B 1/04, 1980. 
(71) Заявитель(и): Аврущенко Анатолий Евгеньевич; Кравцов Леонид Николаевич; Лапин Яков Семенович 
(72) Автор(ы): Аврущенко Анатолий Евгеньевич; Кравцов Леонид Николаевич; Лапин Яков Семенович 
(73) Патентообладатель(и): Аврущенко Анатолий Евгеньевич; Кравцов Леонид Николаевич; Лапин Яков Семенович 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ВОДОРОДА И КИСЛОРОДА ПОД ДАВЛЕНИЕМ 

Изобретение относится к устройствам для электролитического получения неорганических соединений или неметаллов высокой чистоты, в частности к электролизерам для разложения воды. Цель изобретения упрощение и повышение надежности работы устройства. Это достигается за счет обеспечения герметичности электролизера путем его размещения внутри кожуха и создания постоянной на всех режимах работы фиксированной разницы между внутренним давлением в электролизере и внешним противодавлением на его корпус. В качестве среды противодавления используется вода, направляемая на подпитку. Для исключения короткого замыкания между корпусом электролизера и металлическим кожухом диафрагменные рамы выполнены из полимерного материала. Биполярные электроды размещены в проточках диафрагменных рам, чтобы исключить шунтирование электрохимических ячеек. 2 з. п. ф-лы, 1 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к устройствам для электролитического получения неорганических соединений или неметаллов высокой чистоты, в частности к электролизерам для разложения воды, и может быть применено в химической и металлообрабатывающей промышленности, в электрохимической энергетике, в системах охлаждения мощных электрогенераторов, в метеорологии.

Известен электролизер воды для получения водорода и кислорода под давлением, имеющий защитный кожух и расположенный в нем набор электрохимических ячеек. В качестве среды, заполняющей пространство под кожухом, используется газообразный азот. Частично пространство под кожухом может быть заполнено нейтральной жидкостью, в частности водой. Уравновешивающее противодавление создается инертным газом азотом и поддерживается с помощью отдельной системы автоматики.

Недостатками этого электролизера являются:

наличие отдельной сложной системы автоматики, поддерживающей заданное давление под кожухом в дополнение к системе автоматики, необходимой для поддержания соотношения давлений между водородными и кислородными камерами электролизера;

наличие независимого источника весьма значительных количеств азота, необходимых для компенсации утечек азота через неплотности кожуха, отборов азота на газоанализатор, сбросов азота при пусках и остановках электролизера;

необходимость стравливания азота из-под кожуха при остановках электролизера;

уменьшение доли отводимого тепла за счет естественной конвекции из-за небольшого коэффициента теплопроводности азота и, как следствие, необходимость увеличения поверхности теплообмена в жидкостных полостях разделительных колонок.

Целью данного изобретения является упрощение и повышение надежности работы устройства для получения водорода и кислорода под давлением.

Цель достигается тем, что в устройстве для получения водорода и кислорода под давлением, включающем кожух с патрубками входа и выхода и размещенный в нем электролизер, содержащий биполярные электроды, диафрагменные рамы и уплотнительные элементы, кислородную и водородную разделительные колонки и емкость питательной воды с жидкостной и газовой полостями каждая, патрубок входа сообщен с жидкостной полостью емкости питательной воды, патрубок выхода с газовой полостью кислородной разделительной колонки, которая сообщена с газовой полостью емкости питательной воды, жидкостная полость которой расположена выше жидкостной полости кислородной разделительной колонки.

Сущность изобретения заключается в том, что, с одной стороны, давление кислорода в газовой полости и высота уровня электролита в жидкостной полости кислородной разделительной колонки определяют рабочее давление внутри электролизера на всех стадиях работы устройства. С другой стороны, за счет сообщения газовых полостей кислородной разделительной колонки и емкости питательной воды и сообщения кожуха с жидкостной полостью емкости питательной воды, внешнее противодавление, оказываемое на электролизер на всех стадиях работы устройства, определяется давлением кислорода в газовой полости кислородной разделительной колонки и высотой столба питательной воды, определяемого расположением емкости питательной воды. Таким образом, на всех стадиях работы устройства разница между давлением внутри электролизера и внешним уравновешивающим противодавлением на электролизер будет постоянной и определяется только взаиморасположением жидкостных полостей кислородной разделительной колонки и емкости питательной воды. Требование высокого удельного сопротивления питательной воды, проходящей в пространстве под кожухом, с необходимостью обеспечивается ее традиционной подготовкой перед подачей для любого электролизера независимо от способа подпитки: через кожух или непосредственно в электролизер. Питательная вода, поступая из емкости в пространство между корпусом электролизера и кожухом и далее в газовую полость кислородной разделительной колонки, снимает часть тепла, выделяющегося в электролизере, и удаляет следы щелочи в случае их появления на наружных поверхностях диафрагменных рам. Во избежание короткого замыкания по воде между корпусом электролизера и кожухом, диафрагменные рамы выполнены из полимерного материала, применение которого позволяет также исключить утечки тока по корпусу электролизера, уменьшить его металлоемкость и увеличить коррозионную стойкость. Биполярные электроды выполнены с габаритными размерами меньшими, чем габаритные размеры диафрагменных рам, и размещены в проточках на диафрагменных рамах таким образом, что уплотнительные элементы исключают контакт периферийных торцевых поверхностей биполярных электродов с водой в пространстве между корпусом электролизера и кожухом для исключения шунтирования электрохимических ячеек по воде.

На чертеже схематично показано предлагаемое устройство для получения водорода и кислорода под давлением.

Устройство включает набор электрохимических ячеек 1, состоящих из биполярных электродов, диафрагменных рам и уплотнительных элементов, помещенный между двумя концевыми плитами и стянутый болтами. Набор расположен внутри кожуха 2. Набор электрохимических ячеек 1 связан отводящим кислород трубопроводом 3 с газовой полостью 4 кислородной разделительной колонки и отводящим водород трубопроводом 5 с газовой полостью 6 водородной разделительной колонки. Жидкостная полость 7 кислородной разделительной колонки и жидкостная полость 8 водородной разделительной колонки связаны U-образным трубопроводом 9 между собой и электролитным трубопроводом 10 с набором электрохимических ячеек 1. Кожух 2 связан, с одной стороны, трубопроводом для входа питательной воды 11 через клапан 12 с жидкостной полостью емкости питательной воды 13, а с другой стороны трубопроводом 14 для выхода воды, идущей на подпитку, с газовой полостью 4 кислородной разделительной колонки. Для слива воды в нижней точке кожуха расположен клапан 15. Газовая полость 26 емкости питательной воды связана через клапан 16 с линией заполнения водой, через клапан 17 с атмосферой, а трубопроводом 18 через клапан 19 с газовой полостью 4 кислородной разделительной колонки. Для автоматического поддержания заданного рабочего давления в устройстве на трубопроводе выхода кислорода из газовой полости 4 кислородной разделительной колонки расположен регулятор давления "до себя" 20. Для автоматического поддержания заданного перепада давления между водородом и кислородом в наборе электрохимических ячеек 1 на трубопроводе выхода водорода из газовой полости 6 водородной разделительной колонки расположен регулятор перепада давлений "до себя" 21. Трубопроводом 22 через клапан 23 линия выхода водорода связана с газоанализатором (не показан), предназначенным для непрерывного контроля за чистотой получаемого газа. Трубопроводом 24 через клапан 25 линия выхода кислорода связана с газоанализатором (не показан), предназначенным для непрерывного контроля за чистотой получаемого кислорода.

Устройство работает следующим образом.

Под действием электрического тока в наборе электрохимических ячеек 1 идет процесс разложения воды с образованием кислорода и водорода. Образовавшиеся при электролизе водород и кислород вместе с электролитом в виде газожидкостных эмульсий поступают: водород по трубопроводу 5 в газовую полость 6 водородной разделительной колонки, а кислород по трубопроводу 3 в газовую полость кислородной разделительной колонки 4. В разделительных колонках происходит отделение газов от электролита и их охлаждение. Охлажденный электролит из разделительных колонок по трубопроводу 10 возвращается в набор электрохимических ячеек 1. Таким образом, в процессе работы происходит непрерывная естественная циркуляция электролита через набор электрохимических ячеек 1 и разделительные колонки. При работе устройства газовая полость 4 кислородной разделительной колонки сообщена трубопроводом 18 при открытом клапане 19 с газовой полостью 26 емкости питательной воды. Питательная вода из жидкостной полости 13 емкости при открытом клапане 12 по трубопроводу 11 поступает в кожух 2 и далее по трубопроводу 14 в газовую полость 4 кислородной разделительной колонки. Питательная вода, проходя в кожухе 2, снимает часть тепла, выделяющегося в наборе электрохимических ячеек 1, и удаляет следы щелочи в случае их появления на наружных поверхностях диафрагменных рам. Непрерывный проток питательной воды в пространстве под кожухом в процессе работы исключает накопление щелочи в нем и обеспечивает ее возврат в разделительные колонки, снижая тем самым неизбежные для любого электролизера потери щелочи через неплотности в трубопроводах и арматуре. Для заполнения водой емкости питательной воды 13 она отсекается от газовой полости 4 кислородной разделительной колонки, находящейся под рабочим давлением, закрытием клапанов 12 и 19, сообщается с атмосферой открытием клапана 17 и заполняется водой при открытом клапане 16. Таким образом осуществляется в процессе работы подпитка водой устройства для получения водорода и кислорода. Заданное рабочее давление в электролизере обеспечивается регулятором давления "до себя" 20, а поддержание заданного перепада давления между водородом и кислородом осуществляется регулятором перепада давления "до себя" 21. Заданная разница давлений между давлением внутри электролизера и внешним противодавлением обеспечивается теми же регуляторами 20 и 21, которые предназначены для поддержания заданного соотношения давлений между водородными и кислородными камерами электролизера и необходимы для любого устройства по электролитическому получению водорода и кислорода. Независимо от того, работает ли устройство в режиме набора давления до заданного при запуске (режим компрессии) либо под заданным давлением (режим изопрессии), или в режиме сброса давления (режим декомпрессии), внешнее противодавление в кожухе автоматически повторяет любое изменение давления внутри электролизера, оставаясь по абсолютной величине большим, чем внутреннее, на величину разности гидростатических давлений столбов воды в емкости питательной воды и электролита в жидкостной полости кислородной разделительной колонки. Это исключает проникновение газообразных продуктов электролиза в пространство под кожухом и загрязнение кислорода водородом в случае негерметичности электролизера.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет повысить надежность работы устройства для получения водорода и кислорода под давлением за счет обеспечения герметичности набора электрохимических ячеек путем размещения его в кожухе и создания постоянной на всех режимах работы фиксированной разницы между внутренним давлением и внешним противодавлением, упростить монтаж и облегчить эксплуатацию устройства без специальной системы автоматики, снизить металлоемкость и повысить коррозионную стойкость диафрагменных рам за счет их изготовления из полимерного материала. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ВОДОРОДА И КИСЛОРОДА ПОД ДАВЛЕНИЕМ, включающее кожух с патрубками входа и выхода и размещенный в нем электролизер, содержащий биполярные электроды, диафрагменные рамы и уплотнительные элементы, кислородную и водородную разделительные колонки и емкость питательной воды с жидкостной и газовой полостями каждая, отличающееся тем, что патрубок входа сообщен с жидкостной полостью емкости питательной воды, патрубок выхода с газовой полостью кислородной разделительной колонки, которая сообщена с газовой полостью емкости питательной воды, жидкостная полость которой расположена выше жидкостной полости кислородной разделительной колонки.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что диафрагменные рамы выполнены из фторопласта-40.

3. Устройство по пп.1 и 2, отличающееся тем, что биполярные электроды выполнены в виде металлического листа с закрепленными на нем с двух сторон металлическими сетками.


ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян

Независимый научно технический портал
Устройства и способы получения, хранения водорода, кислорода и биогаза






СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска: "и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+водород -молекулярный".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "водород" будут найдены слова "водорода", "водородный" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("водород!").


Устройства и способы получения кислорода и водорода | Устройства и способы хранения водорода и кислорода | Устройства и способы получения и хранения биогаза


Рейтинг@Mail.ru