Фильтр-прессный электролизер для разложения химических веществ под давлением

 

Сущность: особенностью электролизера является размещение уплотнения между его дисковыми электродами. Каждый электрод изготавливают с двухсторонним уплотняющим выступом, кольцевыми пазами на них и каналом, соединяющим пазы. Межэлектродные прокладки выполняют с отверстием и размещают их отверстием диаметрально противоположно каналу в электроде. При сборке образуется общий сквозной лабиринтный канал, который соединяют с трубопроводом низкого давления. Такое выполнение уплотнения исключает утечки электролита. 5 ил.

Предполагаемое изобретение относится к области электролизных процессов разложения химических веществ, в частности для разложения воды.

Известен электролизер для разложения воды под давлением, с целью получения кислорода и водорода (см. Л.М. Якименко, "Электролиз воды", изд. Химия, М. 1970, стр. 180-185, рис. IV-43).

Электролизер содержит в себе: биполярные электроды, электродные сетки, диафрагмы и прокладки. В теле пакета электролизера выполнены газовые и электролитный канал.

Известный электролизер имеет следующие недостатки: 1. Сложность уплотнения пакета ячеек электролизера из-за их большого количества и размера и высокого давления проведения процесса электролизера (35 атм. и более).

2. Возможность утечки электролита через прокладки на наружную поверхность электролизера, что может привести к внешнему замыканию электродов электролизера и другим нарушениям процесса.

Ближайшим аналогом (прототипом) предлагаемого технического решения является фильтр-прессный электролизер для разложения воды под давлением. (см. БИ, N 43, 1991, с.25, стр. 116).

Прототип содержит в себе: электродные сетки, диафрагмы и прокладки, причем каждая ячейка электролизера имеет две прокладки, концентрически расположенные одна в другой с гарантированным зазором между ними, образующим продольный канал по всему уплотнительному периметру ячейки. Продольные каналы всех ячеек электролизера соединены общим каналом между собой и с питательным каналом, находящимся при атмосферном давлении. Электролизер снабжен газовыми и электролитным каналами.

Продольные каналы ячеек и соединяющий их общий канал у прототипа предлагаемого технического решения позволяет обеспечить отвод возможных утечек электролита через внутренние прокладки электролизных ячеек в питательный канал низкого (атмосферного) давления. Это полностью исключает протечки электролита на наружную поверхность электролизера, так как наружные прокладки в этом случае работают практически при отсутствии на них перепада давлений.

Известный прототип имеет следующие недостатки: 1. Сложность сборки ячеек электролизера из-за требований обеспечения гарантированного зазора между прокладками.

2. Наличие в каждой ячейке вместо одной двух прокладок с зазором между ними, что увеличивает габариты электролизера.

3. Наличие прямого общего канала в теле всех электродов и прокладок электролизера при высоком общем напряжении на нем приводит в случае попадания в этом канал утечек электролита к интенсивной коррозии электродов в этих местах, протеканию на них процесса электролиза и перетечкам тока между всеми электродами электролизера. Это объясняется тем, что в данном случае участок любого из электродов, относящийся к общему каналу, работает в электрохимической паре с аналогичными участками всех остальных электродов электролизера.

Предлагаемое изобретение направлено на устранение указанных недостатков и создание фильтр-прессного электролизера для разложения химических веществ под давлением, имеющего уменьшенные весогабаритные характеристики, более эффективную технологию сборки, повышенную коррозионную стойкость электродов в мест ах общего канала и практически полное исключение перетечек тока между несоседними электродами.

Указанный технический результат достигается за счет радикального упрощения конструкции уплотнения ячеек электролизера и изменения конструкции общего канала.

Сущность изобретения заключается в следующем: в фильтр-прессном электролизере, содержащем электроды, сетки, диафрагмы, прокладки, продольные каналы по периметру уплотнения ячеек электролизера и общий канал, соединяющий продольные каналы всех ячеек электролизера с питательным каналом, находящимся при атмосферном давлении, продольные каналы выполнены в виде пазов на уплотнительных поверхностях электродов, для уплотнения каждой ячейки электролизера предусмотрена, в отличие от прототипа, только одна прокладка, а общий канал, соединяющий продольные каналы ячеек, выполнен не прямым, а в виде ломаной линии, благодаря тому, что отверстия в электродах и отверстия в прокладках, относящиеся к этому каналу, расположены на противоположных концах диаметра продольных каналов ячеек электролизера. В результате предлагаемого технического решения общий канал в виде ломаной линии выглядит так: продольный канал _→ отверстие в прокладке -L продольный канал -L отверстие в электроде -L продольный канал -L отверстие в прокладке и т.д.

Существенными отличиями предполагаемого изобретения являются: 1. Выполнение кольцевых продольных каналов по периметру уплотнения ячеек электролизера в виде пазов на уплотнительных поверхностях электродов.

2. Уплотнение каждой ячейки, в отличие от прототипа, одной прокладкой.

3. Выполнение общего канала, соединяющего продольные каналы ячеек, в виде ломаной линии путем расположения отверстий в электродах и отверстий в прокладках на противоположных концах диаметра продольного канала ячеек электролизера. Это позволяет резко увеличить омическое сопротивление общего канала, заполненного электролитом, практически полностью исключить в нем электрохимические процессы между несоседними электродами и, следовательно, резко снизить перетечки тока через этот канал и снизить в нем коррозию электродов.

Предлагаемые существенные отличия фильтр-прессного электролизера для разложения химических веществ под давлением позволяет получить следующий технический результат: 1. Выполнение кольцевых продольных каналов по периметру уплотнения ячеек электролизера в виде пазов на уплотнительных поверхностях электродов упрощает конструкцию уплотнения электролизера за счет замены двух прокладок одной, что также упрощает технологию сборки аппарата и уменьшает его весогабаритные характеристики.

2. Выполнение общего канала, соединяющего все продольные каналы между собой и с питательным каналом низкого давления, в виде ломаной линии, за счет расположения отверстий в электродах и прокладках на противоположных концах диаметра продольных каналов ячеек, увеличивает омическое сопротивление общего канала, что практически полностью исключает электрохимические процессы между несоседними электродами, резко снижает перетечки тока через общий канал и уменьшает коррозию электродов в местах этого канала.

На фиг. 1-3 схематично изображен фильтр-прессный электролизер для разложения химических веществ под давлением, в частности для разложения воды.

Электролизер состоит из биполярных электродов 1, рабочих гофрированных сеток 2 и 3, прокладок 4 и диафрагм 5, на уплотнительных поверхностях электродов с двух сторон выполнены продольные каналы в виде круговых замкнутых пазов 6, прокладки и электроды имеют по одному отверстию 7 и 8, соответственно, размером, равным ширине продольных каналов 6, причем эти отверстия расположены против этих каналов (пазов) и на противоположных концах их диаметра.

На фиг. 4 показана схема подсоединения общего канала, соединяющего все продольные каналы ячеек 6 между собой с питательным каналом низкого давления.

Схема состоит из электролизера 9, трубопровода 10, соединяющего общий клапан с питательным каналом низкого давления 11 и емкостью подпитывающей воды 12. Подпитывающая вода из емкости 12 с помощью подпитывающего насоса 13 периодически подается в электролизер 9 для разложения. С этой же водой возвращаются в электролизер утечки электролита, отводимые из продольных каналов 6 с помощью соединяющего их общего канала и трубопровода 10.

На фиг. 5 схематично изображен общий канал, соединяющий продольные каналы ячеек 6 между собой. Общий канал имеет форму ломаной линии и состоит из продольных каналов 6, отверстий в прокладках 7 и отверстий в электродах 8.

Работает предлагаемый электролизер следующим образом.

Исходное состояние электролизера: электролизер заправлен электролитом (30% раствором КОН); общий канал соединен с помощью трубопровода 10 с питательным каналом низкого давления 11 и емкостью подпитывающей воды 12; питательный канал низкого давления 11 через подпитывающий насос 13 соединен с линией возврата электролита в электролизер; электролизер подключен к схеме электролизной установки (на фиг. эта схема полностью не показана, так как не затрагивает сущности предлагаемого технического решения).

Подать электропитание постоянного тока на электролизер 9. В электролизере сразу же начинается процесс разложения воды на кислород и водород. Давление газов в электролизере возрастает до заданного определяемого регуляторами давления, и далее газы подаются потребителю.

В процессе работы электролизера из-за высокого давления (например, 30 кгс/см² и более) возможны утечки электролита между электродами 1 и прокладками 4. Эти утечки проходят только до продольных каналов ячеек 6 и по общему каналу (см. фиг. 5) с помощью трубопровода 10 отводятся в питательный канал низкого (атмосферного) давления 11 и емкость 12. Таким образом, полностью исключается возможность утечек электролита на наружную поверхность электролизера, что и является одной из задач, выполняемых продольными каналами 6, общим каналом (см. фиг. 5) и трубопроводом 10.

Внедрение предлагаемого изобретения в народное хозяйство позволит по сравнению с прототипом снизить весогабаритные характеристики аппарата, улучшить технологию его сборки, снизить коррозию электродов в местах общего и практически полностью исключить перетечки тока в общем канале между несоседними электродами.

Формула изобретения

Фильтр-прессный электролизер для разложения химических веществ под давлением, преимущественно воды, содержащий дисковые электроды, выполненные с уплотнительным двусторонним выступом по окружности и каналом в нем, разделительные диафрагмы, трубопровод низкого давления для электролита и уплотнение, выполненное в виде прокладок, установленных между уплотнительными выступами электродов с образованием общего сквозного канала, соединенного с трубопроводом низкого давления, отличающийся тем, что каждый электрод выполнен с кольцевыми открытыми пазами на уплотнительных выступах, соединенными каналом в них, каждая прокладка выполнена с отверстием, ось которого расположена диаметрально противоположно оси канала в электродах, общий сквозной канал выполнен в виде лабиринта, образованного кольцевыми пазами на выступах электродов, каналами в них и отверстиями в прокладках.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5