Электролизер для разложения воды в условиях невесомости

 

Изобретение относится к системам жизнеобеспечения космических гермообъектов, в частности, к блоку электролиза воды.

Электролизер содержит контактные электроды - аноды и катоды - с каналами для циркуляции электролита, сетчатые электроды и пористые диафрагмы. Каналы в контактных электродах выполнены в форме змеевика. Между контактными и сетчатыми электродами размещены дополнительные электроды, выполненные в виде перфорированных пластин. Технический эффект - наличие стабильного температурного поля, получение устойчивых характеристик процесса электролиза, уменьшение коррозии электродов и увеличение ресурса работы электролизера. 1 ил.

Областью применения предложенной конструкции являются системы жизнеобеспечения космических гермообъектов и, в частности, блок электролиза воды.

Известна конструкция электролизера, предназначенного для работы в условиях невесомости, имеющего каналы для ввода и вывода электролита, а также для отвода получаемых газов и содержащего контактные электроды, сетчатые электроды и электролитные камеры между ними, образованные распорными сетками и ограниченные пористыми диафрагмами.

Ближайшим аналогом предлагаемой конструкции является электролизер, содержащий контактные электроды с пазами (каналами) для циркуляции электролита и сетчатые (рабочие)электроды, разделенные пористой диафрагмой.

Известно, что при параллельной разводке электролита способом "гребенки" затруднительно подобрать профиль каналов таким образом, чтобы расходы электролита через все каналы были одинаковы. Кроме того, отклонение плотности тока от расчетной, т.е. изменение производительности по газу, неизбежно приводит к изменению расхода и распределения электролита в каналах, а так как теплоотвод с электродов в данных конструкциях осуществляется циркулирующим электролитом, то неравномерность и нестабильность потоков электролита по площади электродов, естественно, вызывает возникновение неравномерности и нестабильности температурного поля по площади электродов.

Последнее обстоятельство не дает возможности получения устойчивых характеристик работы электролизера, а также способствует снижению коррозионной стойкости и уменьшению ресурса работы аппарата.

Целью настоящего изобретения является устранение указанных недостатков путем стабилизации температурного поля по всей площади сетчатых рабочих электродов.

Указанная цель достигается обеспечением равномерного распределения электролита по площади сетчатых электродов, для чего каналы в контактных электродах выполнены в форме змеевика, что гарантирует подвод одинакового количества электролита к любому участку сетчатых электродов. Кроме того, между контактными и сетчатыми электродами размещены дополнительные электроды, выполненные в виде перфорированных пластин, которые, с одной стороны, образуют с контактными электродами полость в виде змеевика для циркуляции электролита, а с другой - препятствуют прогибу сетчатых электродов в каналы змеевика. Исключение прогиба обеспечивает равномерное прилегание сетчатых электродов к диафрагме и, следовательно, равномерную плотность тока по всей поверхности электродов и одинаковое количество тепла, выделяемого в процессе электролиза с единицы поверхности, т.е. способствует созданию стабильного температурного поля по всей площади сетчатых электродов. Следует отметить, что применение дополнительных электродов увеличивает эффективную поверхность электролиза, так как катодный и анодный процессы частично протекают на перфорированных электродах.

На чертеже изображена ячейка предлагаемого электролизера, состоящая из контактных электродов (анода 1 и катода 2) с каналами в виде змеевика 3, дополнительных перфорированных электродов анода 4 и катода 5, сетчатых электродов (анода 6 и катода 7) и гидрофильной пористой диафрагмы 8, разделяющей анодную и катодную камеры.

Электролит может циркулировать как через обе, так и через одну из камер (анодную или катодную). В последнем варианте, приведенном на чертеже, подпитка "сухой" камеры осуществляется за счет гидрофильных свойств пористой диафрагмы-электролитоносителя.

Предлагаемая конструкция электролизера, в отличие от рассмотренного выше прототипа, позволяет стабилизировать температурное поле по площади сетчатых рабочих электродов за счет подвода одинакового количества электролита к любым их участкам, что достигается выполнением каналов в контактных электродах в форме змеевика.

Размещение дополнительных перфорированных электродов между контактными и сетчатыми электродами способствует равномерному поджатию сетчатых электродов к диафрагмам-электролитоносителям по всей площади, что обеспечивает равномерное распределение электролита и стабильность температурного поля.

Кроме того, введение дополнительных электродов увеличивает эффективную поверхность электролиза на 10-20%.

Как показали экспериментальные данные, наличие стабильного температурного поля способствует получению устойчивых характеристик процесса электролиза (плотностей тока, напряжений на ячейках), уменьшению коррозии электродов и увеличению ресурса работы электролизера в 2-2,5 раза.

Формула изобретения

Электролизер для разложения воды, содержащий контактные электроды с каналами для циркуляции электролита, сетчатые электроды, разделенные пористыми диафрагмами, отличающийся тем, что, с целью стабилизации температурного поля по площади сетчатых электродов, электролизер снабжен дополнительными электродами, выполненными в виде перфорированных пластин и установленных вплотную к сетчатым электродам, а каналы в контактных электродах выполнены в виде змеевика.

РИСУНКИ