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.
В патенте РФ №2496918 (оп. 27.10.2013 бюллетень «Изобретения. Полезные модели» №30), принятым за прототип, электролизер высокого давления содержит 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. Электролизные ячейки собраны в последовательно соединенный биполярный пакет, следовательно работа всего электролизера зависит от работы каждой ячейки и в случае ухудшения характеристик одной ячейки в условиях отсутствия диагностики каждой ячейки может последовать лавинообразное нарастание напряжения на ней, возникает пробой диафрагмы и выход из строя всего электролизера. Следовательно недостатком прототипа является сниженные эксплуатационные характеристики, связанные с ненадежностью биполярного соединения ячеек и сложным ремонтом пакета ячеек, требующего разборки всего пакета.
Раскрытие изобретения
Техническим результатом заявленной полезной модели является улучшение эксплуатационных характеристик электролизера высокого давления, заключающееся в увеличении ресурса непрерывной работы, высокой ремонтоспособности и простоты эксплуатации.
Технический результат достигается тем, что корпус электролизера снабжен съемной крышкой с патрубками подвода и отвода реагентов и токоотводами, к крышке прикреплены с помощью выступов крышки электролизные ячейки, выполненные независимыми друг от друга с отдельными патрубками подвода и отвода реагентов и токоподводами, корпус содержит опоры для электролизных ячеек и по крайней мере один съемный фланец, электролизная ячейка дискообразной формы снабжена корпусом, состоящим из двух половинок с фланцами, между которыми зажата диафрагма, внутри каждой половины установлены дисковые электроды с предохранительными изолирующими рамками по внешнему краю и токоподводом, проходящим через гермоввод в корпусе ячейки, патрубки отвода реагентов установлены в верхней части корпуса ячейки симметрично диафрагме, патрубки подвода электролита установлены в верхней части корпуса ячейки со смещением в противоположные стороны от середины и снабжены дугообразными трубками для подвода электролита к нижней части электрода, электролизная ячейка прикреплена ушками к выступу крышки, а патрубки подвода и отвода реагентов и токоподводы ячейки прикреплены разъемами к патрубкам и токоподводам крышки корпуса электролизера, крышка корпуса электролизера с прикрепленными к ней ячейками установлена в корпус электролизера и загерметизирована в нем с помощью уплотнения крышки.
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 - верхняя крышка;
4 - электролизные ячейки;
5 - выводы патрубков и токоотводов верхней крышки;
6 - жесткие фланцы корпуса;
7 - штуцер подвода высокого давления.
На фигурах 2 и 3 показано устройство электролизной ячейки, где
8 - корпус ячейки;
8а - анодная половина корпуса;
8б - катодная половина корпуса;
9 - электрод;
9а - анод;
9б - катод;
10 - предохранительная рамка электрода;
11 - токоподвод ячейки с разъемом;
11a - токоподвод анода;
11б - токоподвод катода;
12 - патрубок отвода реагента с разъемом;
12а - патрубок отвода кислорода;
12б - патрубок отвода водорода;
13 - патрубок подвода электролита с разъемом;
13а - патрубок подвода к аноду;
13б - патрубок подвода к катоду;
14 - трубка подвода электролита;
14а - трубка подвода электролита к аноду;
14б - трубка подвода электролита к катоду;
15 - ушки крепления ячейки к крышке корпуса;
16 - гермоввод токоподвода в корпусе ячейки;
17 - диафрагма.
На фигуре 4 показана схема крепления электролизной ячейки к крышке корпуса, где
18 - гермоввод токоподвода крышки;
19 - выступ крышки для крепления ячейки.
На фигуре 5 показана схема установки крышки с ячейками в корпус электролизера, где
20 - уплотнение крышки;
21 - опоры.
На фигуре 6 показана схема уплотнения крышки в корпусе, где
22 - удерживающий выступ корпуса;
23 - удерживающий выступ крышки.
Осуществление полезной модели
Электролизер 1 (см. фиг. 1) содержит жесткий корпус 2 с верхней крышкой 3, имеющей выводы 5 патрубков и токоотводов, к которым подключены электролизные ячейки 4. Корпус электролизера 2 снабжен фланцами 6, из которых хотя бы один является съемным. В одном из фланцев 6 установлен штуцер подвода высокого давления 7. Электролизная ячейка 4 содержит корпус 8 (см. фиг. 2 и 3), состоящий из анодной 8а и катодной 8б половин, между фланцами которых зажата диафрагма 17. Внутри анодной и катодной половин расположены электроды анод 9а и катод 9б, каждый электрод 9 снабжен предохранительной рамкой 10 и токоподводом анода 11а и катода 11б, проходящими через гермоввод 16 в корпусе ячейки 8. В верхней части каждой половины корпуса ячейки 8 установлены патрубки отвода реагентов 12 на анодной стороне кислорода 12а, на катодной стороне водорода 12б. Там же со сдвигом в противоположную сторону от патрубка отвода 12 установлены патрубки подвода электролита 13а и 13б с трубками подвода 14, расположенными в зазоре между электродами 9 и корпусом 8. На внешней части корпуса ячейки 8 установлены уши крепления ячейки к крышке корпуса электролизера 3. На фиг. 4 показано крепление ячейки к крышке 3 корпуса электролизера за выступы крышки 19 и подсоединение патрубков подвода и отвода реагентов и токоподводов ячейки к патрубкам и токоподводам крышки корпуса электролизера с помощью концевых разъемов. На фиг. 5 и 6 показано крепление крышки корпуса 3 с ячейками в корпусе электролизера 2 и герметизация крышки 3 прокладками 20, размещенными между корпусом электролизера 2 с удерживающим выступом 22 и крышкой 3 с удерживающим выступом 23. Внутри корпуса 2 установлены дополнительные опоры 21 для ячеек.
Заявленный электролизер высокого давления работает следующим образом. К заполненным электролитом ячейкам 4 по токоподводам ячеек 11а и 11б через токоподводы крышки 5 подается напряжение постоянного тока, идет процесс электролиза воды, при котором на аноде 9а выделяется кислород, а на катоде 9б - водород. Образующиеся на электродах 9 газы вместе с частью электролита отводятся по патрубкам 12а и 12б через патрубки крышки 5, а вместо них по патрубкам 13а и 13б в ячейки подводится электролит. Рабочее давление, возникающее в ячейках 4 при работе электролизера, компенсируется давлением внутри жесткого корпуса 2 электролизера 1, создаваемым закачкой внутрь корпуса 2 газа или жидкости через штуцер 7.
Таким образом, в предлагаемом техническом решении электролизные ячейки работают независимо друг от друга, за счет чего достигается заявленный технический результат по улучшению эксплуатационных характеристик электролизера высокого давления, заключающемуся в увеличении ресурса непрерывной работы, высокой ремонтоспособности и простоты эксплуатации.