Устройство для получения кислород-водородной газовой смеси путем электролиза воды

 

Изобретение относится к устройствам для получения кислородо-водородной газовой смеси, применяемой, в частности, при газопламенной обработке путем электролиза воды, содержащее герметичный корпус из изоляционного материала, внутри которого расположен набор электродов, изолированных друг от друга дистанцирующими прокладками, в электродах выполнены соосно отверстия, образующие каналы подводов охлажденной воды, отвода газовой смеси и отвода нагретой воды, при этом канал отвода нагретой воды расположен ниже канала отвода газовой смеси, но выше канала отвода охлажденной воды. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

Известно устройство для получения кислородно-водородной газовой смеси путем электролиза воды (Бастанов В.Г. 300 практических советов. М. Московский рабочий, 1992, с. 165-167), представляющее собой набор металлических электродов с промежуточными прокладками из изоляционного материала, например резиновыми, стянутый с целью герметизации внутреннего объема при помощи шпилек.

В электродах соосно выполнены отверстия, образующие каналы в верхней части для отвода образующейся кислородо-водородной газовой смеси, а в нижней части для обеспечения перетекания рабочей жидкости по объему устройства.

При работе водой заполняется примерно 2/3 внутреннего объема устройства, на крайние электроды подается постоянный электрический потенциал, при этом идет процесс электролиза воды с образованием кислородо-водородной газовой смеси, которая скапливается в верхней части внутреннего объема устройства и через газоотводящий канал выводится из устройства.

Основными недостатками являются: сложность уплотнения из-за большого количества промежуточных прокладок, быстрый перегрев устройства в процессе эксплуатации, большая металлоемкость, так как часть поверхности электродов закрывается прокладками.

Известно устройство электролизера, выбранное в качестве прототипа, представляющее собой корпус из изоляционного материала с металлическими стяжками, фланцами и штуцерами, внутри которого расположен набор металлических электродов с заклепками сферической формы из электроизоляционного материала, в которых выполнены отверстия соосно со штуцерами во фланце для подвода рабочей жидкости и отвода газовой смеси. Электролизер заполняется на 3/4 объема рабочей жидкости, к крайним электродам подается электропитание тока, при этом идет процесс электролиза и образующаяся газовая смесь отводится из устройства [1] Устройство имеет следующие недостатки: быстрый перегрев в процессе эксплуатации, отсутствие гарантированной фиксации электродов относительно друг друга, что может привести к перекрытию отверстий, невысокая производительность из-за неполного использования рабочей поверхности электродов.

Задачей изобретения является увеличение времени непрерывной работы устройства без перегрева, повышение надежности работы устройства.

Предложено устройство для получения кислородно-водородной газовой смеси путем электролиза воды, имеющее корпус из изоляционного материала, внутри которого расположен набор металлических электродов, изолированных друг от друга дистанцирующими прокладками; в электродах выполнены соосно отверстия, образующие каналы подвода охлажденной рабочей жидкости, отвода нагретой рабочей жидкости и канал отвода образующейся газовой смеси, при этом канал отвода нагретой рабочей жидкости расположен ниже канала отвода газовой смеси, но выше канала отвода охлажденной рабочей жидкости.

Дистанцирующие прокладки выполнены в виде реек из изоляционного материала, расположенных по периметру электродов, с прорезями для фиксации электродов, а в последних имеются ответные пазы.

Возможно фиксацию электродов внутри корпуса осуществлять при помощи прутков из изоляционного материала, пропущенных через отверстия в электродах и промежуточных дистанцирующих прокладках из изоляционного материала, установленных между электродами.

На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство, продольный разрез: на фиг. 2 разрез А А на фиг. 1 с дистанцирующими прокладками в виде реек; на фиг. 3 то же, с фиксацией электродов при помощи прутков с промежуточными прокладками; на фиг. 4 дистанцирующая рейка.

Корпус выполнен герметичным из изоляционного материала и состоит из собственно корпуса 1 и съемной крышки 5, которая через уплотняющую прокладку 6 при помощи шпилек 7, ввернутых во фланец 8, и гаек 15 закреплена на корпусе 1.

Внутри корпуса 1 расположен набор металлических электродов 2, имеющих соосные отверстия, которые образуют каналы подвода охлажденной рабочей жидкости (воды) 13, отвода нагретой рабочей жидкости 11 и канал отвода образующейся газовой смеси 9.

В крышке 5 установлены штуцеры 10, 12, 14 соосно с каналами 9, 11, 13 соответственно для подключения подводящей арматуры.

В крышке 5 и задней стенке корпуса 1 закреплены токоподводы 4, электрически связанные с крайними электродами 2.

Металлические электроды 2 закреплены внутри корпуса 1 при помощи вставленных в гнезда 21 на задней стенке корпуса дистанцирующих реек 16 из изоляционного материала с прорезями 20, в которые вставлены электроды, имеющие ответные пазы 19, что исключает смещение электродов 2 относительно друг друга, а также относительно штуцеров 10, 12, 14 и перекрытие каналов.

Рейки 16 расположены равномерно по периметру электродов 2, количество реек 2, размеры прорезей 20 и пазов 19 в электродах 2 определяются в зависимости от конструктивных особенностей устройства и механических свойств используемых материалов.

Возможно выполнять фиксацию электродов при помощи прутов 17, вставленных в гнезда 21 на задней стенке корпуса 1, из изоляционного материала, пропущенных через отверстия в электродах 2 и дистанцирующих прокладках 18, устанавливаемых на прутках между электродами 2.

Количество и размеры прутков 17 и дистанцирующих прокладок 18 выбирают исходя из механических характеристик используемых материалов и особенностей конструкции.

Устройство работает следующим образом.

Внутренний объем устройства через штуцер 14 подвода охлажденной жидкости и штуцер 10 выхода газовой смеси полностью заполняется рабочей жидкостью. Через токоподводы 4 на крайние электроды 2 подается постоянный электрический потенциал, при этом происходит процесс электролиза с образованием кислородо-водородной газовой смеси, которая скапливается в верхней части внутреннего объема устройства и через канал отвода газовой смеси 9 и штуцер 10 поступает в бак-осушитель или другое устройство в зависимости от назначения электролизера.

Процесс электролиза сопровождается большим тепловыделением и нагревом рабочей жидкости. При повышении температуры выше 70-80^oC идет процесс парообразования, что приводит к значительному насыщению газовой смеси парами воды.

Поэтому часть нагретой рабочей жидкости отбирается через канал 11 и штуцер 12 в теплообменник, например радиатор охлажденный потоком воздуха, там охлаждается и подается через штуцер 14 в канал подвода охлажденной рабочей жидкости 13.

Возможно применение принудительной циркуляции при использовании водяного насоса или естественной за счет конвективного теплообмена.

Такая схема охлаждения обеспечивает непрерывную работу устройства в течение длительного времени, не менее 4 ч.

Расположение канала отвода нагретой рабочей жидкости 11 выбирают в зависимости от конструкции устройства и его производительности, т.е. интенсивности образования кислородо-водородной газовой смеси и размеров газонасыщенной зоны во внутреннем объеме устройства таким образом, чтобы канал находился на уровне нижней границы газонасыщенной зоны.

Например, для электролизера, выполненного в виде цилиндрического герметичного корпуса из изоляционного материала с внутренним диаметром 120 мм и диаметром электродов 118 мм при его производительности 300 350 л/ч газоотводящий канал 9 расположен в верхней части устройства путем выполнения в электродах соосных пазов шириной 6 мм и глубиной 8 мм, а канал отвода нагретой рабочей жидкости 11 находится на 15 20 мм ниже газоотводящего канала.

Опытным путем установлено, что при расположении канала отвода нагретой жидкости 11 выше указанного размера, в него начинает поступать значительная часть газовой смеси, при этом снижается производительность устройства, а при опускании канала ниже 20 мм ухудшаются условия охлаждения рабочей жидкости, что приводит к перегреву устройства.

Набор металлических электродов 2 внутри корпуса 1 устройства закреплен четырьмя вставленными в гнезда 21 на задней стенке корпуса 1 рейками 16 из изоляционного материала, равномерно расположенными по периметру электродов 2.

В рейках 16 выполнены прорези 20 глубиной 4-5 мм, в которые вставлены электроды 2, имеющие ответные пазы 19, глубиной 2-3 мм, что исключает смещение электродов 2 относительно друг друга и штуцеров 10, 12, 14, перекрытие каналов и обеспечивает постоянный зазор между ними.

Для приведенного примера исполнения устройства фиксацию электродов 2 внутри корпуса 1 можно выполнять при помощи вставленных в гнезда 21 на задней стенке корпуса 1 четырех прутков 17 диаметром 4 5 мм из изоляционного материала, пропущенных через отверстия в электродах 2 и дистанцирующих прокладках 18 с наружным диаметром 10 -12 мм, установленных между электродами 2.

Разделение каналов отвода образующейся газовой смеси и отвода нагретой рабочей жидкости позволяет получить на выходе из электролизера кислородо-водородную газовую смесь со значительно меньшим насыщением парами воды, что облегчает ее дальнейшее осушение, создает достаточные условия для охлаждения рабочей жидкости путем ее циркуляции через теплообменник и обеспечивает непрерывную работу устройства в течение длительного времени без перерыва.

Применение для крепления электродов внутри корпуса устройства вставленных в гнезда на задней стенке корпуса дистанцирующих реек из изоляционного материала с прорезями или прутов с промежуточными прокладками обеспечивает надежную фиксацию электродов относительно друг друга и подводящих штуцеров, чем исключается вероятность перекрытия каналов отвода газовой смеси, подвода охлажденной рабочей жидкости и отвода нагретой рабочей жидкости, тем самым повышает надежность работы устройства.

Формула изобретения

1. Устройство для получения кислород-водородной газовой смеси путем электролиза воды, содержащее герметичный корпус из изоляционного материала, внутри которого расположен набор электродов, изолированных друг от друга дистанцирующими прокладками, в электродах выполнены соосно отверстия, образующие каналы подвода охлажденной воды и отвода газовой смеси, отличающееся тем, что устройство снабжено каналом отвода нагретой воды, выполненным в виде дополнительных соосных отверстий в электродах, при этом канал отвода нагретой воды расположен ниже канала отвода газовой смеси, но выше канала подвода охлажденной воды.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что дистанцирующие прокладки выполнены в виде реек из изоляционного материала с прорезями для фиксации электродов, выполненных с ответными пазами, при этом рейки расположены по периметру электродов и вставлены в гнезда в стенке корпуса.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что электроды и дистанцирующие прокладки выполнены с отверстиями, через которые пропущены пруты из изоляционного материала для фиксации электродов, при этом пруты вставлены в гнезда в стенке корпуса.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3