ЭЛЕКТРОЛИЗЕР ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ

Область техники
Полезная модель относится к устройствам для получения водорода и кислорода электролизом воды и может быть использована для получения водорода и кислорода высокого давления.
Уровень техники
Известны электролизеры для разложения воды на водород и кислород (например, патент РФ №2258099). Одним из недостатков таких электролизеров является то, что циркуляция электролита осуществляется внутри жесткого корпуса, что затрудняет эксплуатацию таких электролизеров из-за сложностей при контроле качества электролита и при ремонтных работах.
Известен электролизер высокого давления (патент РФ №2496918), содержащий жесткий корпус со съемным фланцем с прикрепленными к нему электролизными ячейками с анодом, катодом, мембраной, электродными рамками, подводом и отводом реагентов, герметичным токоподводом и отверстием для создания давления внутри корпуса. Недостатками электролизера являются сниженные эксплуатационные характеристики, связанные с ненадежностью биполярного соединения ячеек и сложным ремонтом пакета ячеек, требующего разборки всего пакета.
Известен электролизер высокого давления по патенту РФ №174582 (оп. 23.10.2017 бюллетень «Изобретения. Полезные модели» №30), принятый за прототип, который содержит жесткий корпус со съемными фланцами, штуцером для создания давления внутри корпуса, крышкой с прикрепленными к ней электролизными ячейками дискообразной формы с анодом, катодом, мембраной, электродными рамками, патрубками подвода и отвода реагентов и герметичными токоподводами, с опорами для электролизных ячеек. Недостатком прототипа являются сниженные эксплуатационные характеристики электролизера из-за пониженной прочности корпуса за счет крышки сложного профиля по всей верхней части корпуса, что ограничивает допустимое рабочее давление, и наличия дополнительного пространства внутри ячеек из-за патрубков подвода электролита, что снижает удельную плотность мощности электролизера и повышает стоимость продуктов электролиза.
Раскрытие изобретения
Техническим результатом заявленной полезной модели является улучшение эксплуатационных характеристик электролизера высокого давления, заключающееся в увеличении допустимого рабочего давления и снижения стоимости продуктов электролиза.
Технический результат достигается тем, что электролизер дополнительно содержит установленные внутри корпуса трубопроводы подвода, распределения и отвода реагентов и шины токоподводов, закрепленные на крышке корпуса, прикрепленной к торцу корпуса электролизера, при этом патрубки подвода и отвода реагентов и токоподводы электролитических ячеек подсоединены к трубопроводам распределения и отвода реагентов и шинам токоподводов, причем патрубки подвода электролита установлены в нижней части корпуса ячейки со смещением в противоположные стороны от середины, а трубопроводы подвода электролита присоединены к противоположным от крышки концам трубопроводов распределения электролита.
Краткое описание графических материалов
Признаки и сущность заявленной полезной модели поясняются в последующем детальном описании, иллюстрируемом фигурами, где показано следующее.
На фигуре 1 приведена общая схема заявленного электролизера высокого давления, где:
1 - электролизер;
2 - жесткий корпус;
3 - электролизные ячейки;
4 - патрубки подвода электролита;
5а - трубопровод подвода электролита;
6 - патрубки отвода реагентов;
7 - трубопровод отвода реагентов;
8 - токоподводы;
9 - шина токоподводов;
10 - жесткий фланец корпуса;
11 - жесткая крышка корпуса;
12 - опора;
13 - штуцер подвода высокого давления;
14 - патрубки трубопроводов и токоподводы крышки жесткого корпуса;
15 - разъемы магистралей подвода и отвода реагентов и шин токоподводов крышки жесткого корпуса.
На фигуре 2 показан разрез заявленного электролизера, где:
5б - трубопроводы распределения электролита;
16 - разъемы патрубков и токоподводов.
На фигуре 3 показана схема электролизной ячейки, где:
17 - анод электролизной ячейки;
18 - катод электролизной ячейки;
19 - мембрана электролизной ячейки;
20а и 20б - анодная и катодная части корпуса электролизной ячейки;
21 - предохранительные рамки анода и катода.
На фигуре 4 показана сборка электролизных ячеек вид снизу.
Осуществление полезной модели
Электролизер 1 (см. фиг. 1) содержит жесткий цилиндрический корпус 2, заглушенный с одной стороны фланцем 10 со штуцером подвода высокого давления 13, а с другой стороны крышкой 11, в которой закреплены патрубки трубопроводов подвода и отвода реагентов и шины токоподводов 14, а также опоры электролизных ячеек 12. Для удобства монтажа трубопроводы 5а и 7 и шины токоподводов 9 снабжены разъемами 15 для соединения с патрубками и токоподводами крышки 14. Такими же разъемами 16 (см. фиг. 2) снабжены патрубки подвода и отвода реагентов для соединения с трубопроводами распределения электролита 5б и отвода реагентов 7 и токоподводы ячеек для соединения с шинами токоподводов 9. Внутри корпуса находятся электролизные ячейки 3, подсоединенные к трубопроводам подвода и отвода реагентов с помощью патрубков 4 и 6, а к шинам 9 токоподводами 8.
Электролизная ячейка 3 (см. фиг. 3) содержит корпус, состоящий из анодной 20а и катодной 206 половин, между фланцами которых зажата мембрана 19. Внутри анодной и катодной половин расположены электроды анод 17 и катод 18, каждый электрод снабжен предохранительной рамкой 21 и токоподводом 8. В верхней части каждой половины корпуса ячейки установлены патрубки отвода реагентов 6 на анодной стороне смеси электролита с кислородом, на катодной стороне смеси электролита с водородом. На фиг. 4 показана сборка электролизных ячеек вид снизу. Трубопроводы подвода электролита 5 а соединены с трубопроводами распределения электролита 5б по ячейкам 3 с противоположной от крышки стороны электролизера.
Заявленный электролизер высокого давления работает следующим образом.
В нижнюю часть электролизных ячеек 3 по трубопроводам подвода 5 а через трубопроводы распределения 5б и патрубки 4 подают раствор электролита. К заполненным электролитом ячейкам 3 по токоподводам ячеек 8 через шины токоподводов 9 подается напряжение постоянного тока, идет процесс электролиза воды, при котором на аноде 17 выделяется кислород, а на катоде 18 - водород. Образующиеся на электродах 17 и 18 газы вместе с частью электролита отводятся по патрубкам 6 через трубопроводы отвода реагентов 7 и патрубки крышки 14 из электролизера. Рабочее давление, возникающее в ячейках 3 при работе электролизера, компенсируется давлением внутри жесткого корпуса 2 электролизера 1, создаваемым закачкой внутрь корпуса 2 газа или жидкости через штуцер 13. За счет подачи электролита к ячейкам с противоположной от крышки стороны электролизера с помощью трубопровода распределения 5б реализуется Z-образная схема циркуляции электролита, обеспечивающая равномерное распределение потока электролита по ячейкам.
Таким образом, в предлагаемом техническом решении обеспечивается более высокая прочность корпуса электролизера и снижение балластного объема ячеек, что позволяет повысить эксплуатационные характеристики электролизера высокого давления, заключающиеся в увеличении допустимого рабочего давления и снижения стоимости продуктов электролиза.