Электрохимическое устройство

ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО
Полезная модель относится к электрохимическим устройствам фильтрпрессного типа, в частности к электролизерам с твердополимерной мембраной.
Известно электрохимическое устройство (ЭУ) фильтр-прессного типа, содержащее концевые нлиты, между которыми зажат пакет электрически последовательно соединенных электрохимических ячеек с биполярными электродами. Электроды, разделены щелочной электролитной камерой, образованной прокладкой из щелочестойкого материала. Составляющие ЭУ снабжены каналами для подвода электролита и отвода, образующихся кислорода и водорода (см. патент РФ .№ 2049157С1, кл. С25В1/04, 1995).
Недостаток известного ЭУ связан с использованием жидкого коррозионно-активного электролита, что усложняет и удорожает конструкцию ЭУ из-за необходимости обеспечения герметичности и необходимости выбора соответствующих материалов, стойких в щелочи.
Из известных ЭУ наиболее близким по совокупности существенных признаков и достигаемому техническому результату является ЭУ фильтрпрессного типа, содержащее набор, по крайней мере, из двух электрохимических электрически последовательно соединенных ячеек, зажатых между концевыми плитами и отделенных друг от друга разделительной пластиной, при этом каждая из ячеек включает анод и катод с нанесенными на них катализаторами, твердо полимерную мембрану, размещенную между анодом и катодом, токоотвод для поджима анода и катода к твердополимерной мембране и уплотнительные рамки, при чем в концевых плитах, разделительной пластине, уплотнительных рамках и в твердополимерной мембране выполнены соосные отверстия, образующие в сборе каналы для подвода и отвода реагентов к электрохимическим ячейкам.
С25В9/00
в уплотнительных рамках в верхней и нижней части выполнены щелевые пазы (№ 29307, кл.С25В 9/00, 10.05.2003). Для того, чтобы уплотнительные рамки в области пазов не деформировались при сборке и уплотнении ЭУ они армированы вставками.
Недостатком этого известного ЭУ является сложность конструкции, связанная с необходимостью изготовления армированных уплотнительных рамок, а также нестабильность гидравлического сопротивления ячеек из-за возможной деформации армирующей вставки и перекрытием щелевого паза, приводящего к увеличению гидравлического сопротивления и неравномерной подачи реагентов в ячейки ЭУ..
Задачей полезной модели является создание ЭУ, имеющего простую технологичную конструкцию и обладающего пониженным стабильным гидравлическим сопротивлением.
Указанный технический результат достигается тем, что ЭУ фильтрпрессного типа содержит набор, по крайней мере, из двух электрохимических электрически последовательно соединенных ячеек, зажатых между концевыми плитами, и отделенных друг от друга разделительной пластиной, при этом каждая из ячеек включает анод и катод с нанесенными на них катализаторами, твердополимерную мембрану, размещенную между анодом и катодом, токоотвод для поджима анода и катода к твердополимерной мембране и уплотнительные рамки, при чем в концевых плитах, разделительной пластине, уплотнительных рамках и в твердополимерной мембране выполнены соосные отверстия, образующие в сборе каналы для подвода и отвода реагентов к электрохимическим ячейкам, при этом, в уплотнительных рамках в верхней и нижней части выполнены щелевые пазы, в которых размещены вкладыши из твердого материала с каналами, сообщающимися с соосными отверстиями в рамке и соответствующими полостями электрохимического устройства. Указанная конструкция рамки обладает технологической простотой изготовления и обеспечивает надежное уплотнение составляющих ячейки при сохранении 2
геометрии каналов для подвода и отвода реагентов к ячейкам, что снособствует стабильности гидравлического сопротивления.
Целесообразно, чтобы щелевые пазы в верхней и нижней части были выполнены со смещением относительно вертикальной оси симметрии уплотнительной рамки. Это позволяет использовать одну и ту же уплотнительную рамку для анодной и катодной полостей ячеек. При этом рамка поворачивается относительно вертикальной оси симметрии на 180 градусов. Использование одной и той же рамки упрощает конструкцию ЭУ.
Целесообразно, чтобы щелевые пазы в уплотнительной рамке были выполнены с расширением в сторону полостей электрохимического устройства. Указанное выполнение пазов снижает гидравлическое сопротивление для прохода реагентов.
Целесообразно, чтобы щелевой паз выполнен на 0,,6 толщины уплотнительной рамки. При величине паза менее 0,4 толщины рамки он будет иметь повышенное гидравлическое сопротивление, при величие паза более 0,6 -рамка в зоне паза будет иметь недостаточную механическую прочность.
Целесообразно, чтобы каналы во вкладыше были выполнены в виде расходящегося в сторону полости электрохимического устройства веера. Такое выполнение каналов уменьшает гидравлическое сопротивление и улучшает равномерность раздачи реагентов.
Целесообразно, чтобы вкладыш был выполнен из титана. Титан обладает малым весом, высокой прочностью и стойкостью в кислой среде. Использование титана снижает массу ЭУ и повышает его эксплуатационную надежность.
Проведенный анализ уровня техники показал, что заявленная совокупность существенных признаков, изложенная в формуле полезной модели, неизвестна. Это позволяет сделать вывод о ее соответствии критерию новизна.
Сущность полезной модели поясняется чертежами и описанием конструкции заявленного ЭУ.
На фиг. 1 показаны составляющие ЭУ.
На фиг.2 показана уплотнительная рамка с вкладышем в увеличенном масштабе..
Один из возможных вариантов выполнения заявленного ЭУ включает концевые плиты, каждая из которых состоит из плиты 1 из электроизоляционного материала и силовых уголков 2, крайнюю разделительную пластину 3 с отверстиями и токоподводящим ушком, уплотнительную рамку 5 с вкладышами 4, анодный и катодный токоотводы 6 из электропроводящей сетки, анод 7, твердополимерную мембрану 8. катод 9, разделительную пластину 10 между соседними электрохимическими ячейками. Нри сборке ЭУ составляющие устанавливаются в указанном выше порядке и стягиваются посредством концевых плит и шпилек (на фигуре не показаны), проходящих через соответствующие отверстия в составляющих ЭУ. Герметизация составляющих ЭУ обеспечивается за счет поджатия мембраны 8 и уплотнительных рамок 5. Электрическая коммутация ячеек в ЭУ осуществляется посредством крайних разделительных пластин 3, анодных и катодных токоотводов 6 и разделительных пластин 10. Для уменьшения токов утечки отверстия в разделительных пластинах могут быть покрыты пленкой изоляционного материала. С целью уменьшения стоимости уплотнительная прокладка может быть выполнена многослойной, центральная часть из дешевой резины, а наружная, примыкающая к твердополимерной мембране - из фторопластовой пленки.
На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что заявленное ЭУ может быть реализовано на практике с достижением заявленного технического результата, т.е. оно соответствует критерию «промышленная применимость.