УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОДВОДА К ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИМ ЯЧЕЙКАМ ИСХОДНЫХ КОМПОНЕНТОВ И ОТВОДА ПРОДУКТОВ РЕАКЦИИ
DEVICE FOR SUPPLYING TO THE ELECTROCHEMICAL CELLS OF THE INITIAL COMPONENTS AND WITHDRAWING OF REACTION PRODUCTS

Изобретение относится к области электрохимии, а именно к конструкциям устройств, необходимых для подвода исходных компонентов к электрохимическим ячейкам и отвода продуктов реакции от них.
Предлагаемое устройство может быть использовано в конструкции электрохимического устройства, например, электролизера с твердополимерным электролитом (ТПЭ), где оно служит для подвода к электрохимическим ячейкам исходных компонентов и отвода продуктов реакции, а также для разделения электрохимических ячеек друг от друга, при этом одновременно обеспечивает последовательное электрическое соединение ячеек электролизера.
Наиболее близким аналогом предлагаемого изобретения является решение, раскрытое в WO 2010109795 А1, 30.09.2010. Известное решение представляет собой устройство для подвода к ячейкам исходных компонентов и отвода продуктов реакции, содержащее пластину и соединенный с одной ее стороной гофрированный слой, причем гофрированный слой выполнен в виде одной гофрированной пластины.
Недостатки наиболее близкого аналога:
- конструкция устройства не обеспечивает необходимый объем камер для подвода к ячейкам исходных компонентов и отвода продуктов реакции, так как рабочими являются только те каналы, которые образованы в зоне непосредственного контакта устройства с электрохимической ячейкой;
- наличие непрерывных каналов, образованных устройством в зоне его непосредственного контакта с электрохимической ячейкой, может спровоцировать образование застойных зон и газовых пробок в каналах, что в свою очередь приводит к локальным перегревам и, в конечном счете, выходу из строя ячеек.
Задачей предлагаемого изобретения является устранение вышеуказанных недостатков и создание надежного устройства для подвода к электрохимическим ячейкам исходных компонентов и отвода продуктов реакции.
Технический результат предлагаемого изобретения заключается в предотвращении запирания каналов газовыми пробками и обеспечении равномерного распределения потоков жидкости и газа в каналах устройства без образования застойных зон.
Для решения задачи и обеспечения технического результата предлагается устройство для подвода к электрохимическим ячейкам исходных компонентов и отвода продуктов реакции, которое содержит пластину и соединенный с одной ее стороной гофрированный слой. Устройство содержит второй гофрированный слой, соединенный со второй стороной пластины. Причем каждый гофрированный слой включает по меньшей мере два ряда, каждый из которых выполнен из двух гофрированных пластин, соединенных между собой по вершинам гофров, при этом между соседними рядами выполнен зазор.
Первый гофрированный слой содержит первую группу каналов, а второй гофрированный слой содержит вторую группу каналов, причем указанные слои расположены таким образом, что оси каналов первой и второй группы перпендикулярны.
Соседние ряды могут быть смещены друг относительно друга на половину ширины одного гофра.
Предлагаемое изобретение иллюстрируется чертежами.
На фиг. 1 представлен общий вид устройства со стороны первого гофрированного слоя.
На фиг. 2 приведен общий вид устройства со стороны второго гофрированного слоя.
На фиг. 3 изображено устройство, согласно изобретению, вид в поперечном разрезе.
На фиг. 4 представлен общий вид устройства, выполненного со смещением соседних рядов друг относительно друга на половину ширины одного гофра.
Устройство для подвода к электрохимическим ячейкам исходных компонентов и отвода продуктов реакции (Фиг. 1-3) содержит пластину 1 в виде плоского металлического листа и два гофрированных слоя закрепленных соответственно к первой и второй стороне пластины 1. По периметру пластины 1 выполнены отверстия для подвода к каналам воды и отвода из каналов продуктов электролиза: кислорода, смеси водорода и воды, неразложившейся в процессе электролиза. Пластина 1 может быть изготовлена из листа титана марки ВТ 1-0 (ГОСТ 22178-76).
Гофрированные пластины изготавливаются, например, из титановых лент ВТ 1-0 (ОСТ 1-90027-71) посредством прокатки этих лент между двумя шестернями, с возможностью регулирования межцентрового расстояния и, соответственно, высоты гофра (складки). Предпочтительно использование гофрированных пластин с трапециевидным профилем гофра. Гофрированные пластины скрепляют между собой и с пластиной 1 контактной (конденсаторной) сваркой. Ряды 2 и 3 соответственно первого и второго гофрированных слоев состоят из двух гофрированных пластин, соединенных между собой по вершинам гофров. Такое выполнение обеспечивает требуемую жесткость конструкции, увеличенный объем каналов для подвода исходных компонентов и отвода продуктов реакции электролитической диссоциации воды, а также снижает вероятность «схлопывания» каналов. Оптимальным является вариант, когда в каждом гофрированном слое содержится от 2 до 6 рядов с зазором между соседними рядами, однако количество рядов в слое может быть увеличено, в зависимости от габаритов электрохимического устройства. Зазор между соседними рядами может составлять, например, 1 мм и менее. Наличие зазоров между рядами необходимо для выравнивания давления в каналах и для улучшения перемешивания исходных компонентов (воды) и продуктов реакции (смеси водорода и воды, неразложившейся в процессе электролиза), что предотвращает запирание каналов газовыми пробками. Соседние ряды могут быть смещены друг относительно друга на половину ширины одного гофра, что дополнительно улучшает перемешивание исходных компонентов и продуктов реакции.
Первый гофрированный слой содержит первую группу каналов, а второй гофрированный слой содержит вторую группу каналов. Причем эти слои при соединении с пластиной 1 располагают таким образом, что продольные оси каналов первой и второй группы перпендикулярны. Такое расположение позволяет осуществлять подвод воды к катоду и отвод смеси воды и водорода от него, а также отвод кислорода от анода через отдельные магистрали.
Принцип работы предлагаемого изобретения.
Устройство согласно изобретению устанавливают между электрохимическими ячейками и прижимают к ним. Одна сторона устройства контактирует с анодом одной ячейки, а вторая - с катодом соседней ячейки, образуя каналы для подвода исходных компонентов и отвода продуктов реакции. Через каналы со стороны катода подводится вода и отводится газожидкостная смесь водорода и неразложившейся воды, а через каналы со стороны анода отводится кислород. Предлагаемое устройство не только осуществляет свою основную функцию - подвод к электрохимическим ячейкам исходных компонентов и отвод продуктов реакции, но и разделяет ячейки друг от друга, обеспечивая при этом их последовательное электрическое соединение за счет равномерного электрического контакта по всей площади рабочей поверхности.