ЭЛЕКТРОДНЫЙ УЗЕЛ, СРЕДСТВО ПОДВОДА ТОКА, ЭЛЕКТРОЛИЗЕР (ВАРИАНТЫ)

Электродный узел, средство подвода тока, электролизер (варианты).
Полезная модель относится к области машиностроения, в частности к конструкциям электролизеров и их основных элементов. Преимущественно предлагаемая полезная модель может быть использована в проточных электролизерах с пластинчатыми монополярными и биполярными электродами.
Из уровня техники известен вертикальный бездиафрагменный биполярный электролизер для получения хлоркислородсодержащих соединений SU, 733521.
Электролизер содержит вертикальный корпус с размещенными по высоте горизонтальными перегородками из неэлектропроводного материала. В перегородках установлены пластинчатые монополярные и биполярные пластинчатые электроды, закрепленные концами в отверстиях, выполненных в перегородках. Монополярные и биполярные пластинчатые электроды образуют пакет из вертикальных параллельных рядов. При этом монополярные пластинчатые электроды установлены через ряд попарно крайними, образуя на нижнем конце пакета аноды, а на верхнем конце катоды.
Электролизер снабжен средством подвода тока, включающим закрепленные сверху и снизу в корпусе электролизера горизонтальные токораспределительные плиты, соединенные с токоподводными щинами, размещенными вне корпуса.
Токораспределительные плиты соединены с монополярными электродами, соответственно, нижняя плита - с анодами, верхняя - с катодами.
С целью предупреждения коррозии токораспределительные плиты выполняют из устойчивого к агрессивной среде материала. К таким материалам, например, относится титан.
г а о 2 J 1
Мкл.7. С 25 В 9/00, С 25 В 1/26
мощности токораспределительные плиты должны быть массивными, что обуславливает увеличенные материалоемкость и габариты электролизера. Изготовление токораспределительных массивных плит из устойчивого к агрессивной среде, но достаточно дорогостоящего титана, значительно увеличивает стоимость электролизера.
Кроме того, к повышению стоимости приводит сложный и трудоемкий монтаж электролизера, включающий крепление перегородок в корпусе, сборку пластинчатых электродов в пакеты путем крепления каждой пластины в отверстиях перегородок, закрепление в корпусе электролизера токораспределительных плит и их соединение с монополярными пластинчатыми электродами. При этом демонтаж электролизера также сложен и трудоемок, что затрудняет его эксплуатацию.
В частности, существует проблема очистки электродов от отложений солей жесткости, накапливаемых в процессе электролиза на поверхностях пластинчатых электродов, являющихся катодами. При использовании механических приспособлений, типа скребков, требуется извлечение электродов из корпуса электролизера.
Однако, в конструкции, описанной в SU, 733521, извлечение электродов из корпуса может быть осуществлено только при практически полном демонтаже электролизера.
В основу настоящей полезной модели положена задача создать конструкцию электролизера и его узлов, обеспечивающие упрощение монтажа/демонтажа электролизера и его эксплуатации, а также уменьшение его габаритов и материалоемкости с тем чтобы снизить стоимость электролизера.
Поставленная задача решается тем, что электродный узел для электролизера, содержащий пакет из параллельных рядов биполярных и монополярных пластинчатых электродов, при этом монополярные пластинчатые электроды установлены через ряд попарно крайними, образуя на одном конце пакета аноды, а на противоположном - катоды, согласно предлагаемой полезной модели, снабжен средством подвода тока к электродам, при этом
средство подвода тока и пластинчатые электроды скреплены между собой в единый съемный модуль, выполненный с возможностью его установки в корпусе и извлечения из корпуса электролизера.
Электродный узел собирается до установки в корпус электролизера и может поставляться потребителю в виде единого модуля. При этом его установка в корпусе и извлечение из корпуса осуществляется без дополнительных монтажных работ, что упрощает технологию изготовления электролизера и его эксплуатацию.
В частности, электродный узел может быть легко извлечен из корпуса для профилактической очистки.
Кроме того, на базе одного и того же корпуса могут быть созданы электролизеры различной мощности путем изменения количества пластинчатых электродов в пакете электродного узла.
С целью уменьшения утечек тока, целесообразно, чтобы на наружных плоских поверхностях крайних рядов пластинчатых электродов бьши установлены защитные пластины из неэлектропроводного материала.
При этом целесообразно, чтобы защитные пластины в направлении, перпендикулярном направлению вдоль ряда, были выполнены выступаюш /1ми за края электродных пластин с возможностью опоры на них электродного узла в корпусе электролизера.
Такая конструкция защитных пластин, служащих также опорами, также упрощает монтаж электролизера.
Поставленная задача рещается также тем, что в средстве подвода тока к электродам, содержащем первую токоподводную щину с по меньщей мере одной токораспределительной пластиной, выполненной с возможностью соединения с анодом и вторую токоподводную шину с по меньшей мере одной токораспределительной пластиной, выполненной с возможностью соединения с катодом, согласно предлагаемой полезной модели, каждая токоподводная шина содержит участок, выполненный в виде трубы из материала устойчивого к агрессивной среде, внутри которой установлен стержень из материала с высокой
проводимостью, при этом указанный участок соединен с токораспределительной пластиной.
При этом без потерь мощности, подводимой к электродам, стенки трубы и токораспределительные пластины могут быть выполнены достаточно тонкими, что обеспечивает небольшие габариты и низкую материалоемкость электродного узла и, как следствие, невысокую стоимость электролизера, в том числе при использовании достаточно дорого титана.
Поставленная задача решается также тем, что в электролизере, содержащем корпус, заполняемый электролитом, средство подвода тока к электродам и установленный в корпусе, по меньшей мере, один пакет из параллельных рядов биполярных и монополярных пластинчатых электродов, при этом монополярные пластинчатые электроды установлены через ряд попарно крайними, образуя на одном конце пакета аноды, а на противоположном катоды, согласно предлагаемой полезной модели, пластинчатые электроды в пакете скреплены между собой и со средством подвода тока с образованием электродного узла в виде единого съемного модуля.
При этом электродный узел монтируется до установки в корпус электролизера. В собранном виде, в виде единого модуля, электродный узел легко устанавливается в корпусе электролизера и легко извлекается из него, что упрощает технологию изготовления электролизера и его эксплуатацию.
С целью предотвращения отложения солей жесткости на пластинчатых электродах, целесообразно, чтобы он был снабжен средством подачи сжатого газа в межэлектродное пространство между рядами со стороны нижних кромок пластинчатых электродов.
При этом средство подачи сжатого газа в межэлектродное пространство, согласно одному из возможных вариантов выполнения, содержит соединенный с компрессором по меньшей мере один трубопровод, проходящий под нижними кромками пластинчатых электродов между защитными пластинами, при этом стенка трубопровода, обращенная к указанным нижним кромкам выполнена перфорированной.
1(М/9Ш
в предлагаемой полезной модели используется эффект «турбулентности потока.
При всплытии пузырьков газа в объеме электролита в межэлектродном пространстве возникают интенсивные турбулентные пульсации скорости и давления, которые воздействуют на плоскости электродов. Отложения солей жесткости стряхиваются с поверхности электродов и выносятся за пределы межэлектродного пространства.
Поставленная задача решается также тем, что в электролизере, содержащем по меньшей мере один корпус с входными и выходными патрубками, средство подвода тока к электродам и установленный в корпусе между входным и выходным патрубками по меньшей мере один пакет из параллельных рядов биполярных и монополярных пластинчатых электродов, при этом монополярные пластинчатые электроды установлены через ряд попарно крайними, образуя на одном конце пакета аноды, а на противоположном - катоды, согласно предлагаемой полезной модели, корпус выполнен из трубной заготовки, пластинчатые электроды в пакете скреплены между собой и со средством подвода тока с образованием электродного узла в виде единого модуля, выполненного съемным, с возможностью установки его в корпусе электролизера и извлечения из корпуса.
Использование трубной заготовки для корпуса электролизера и выполнение электродного узла в виде единого съемного модуля обеспечивает простую и недорогую технологию изготовления электролизера.
С целью повышения производительности электролизера, целесообразно, чтобы он содержал несколько, соединенных по потоку электролита, корпусов.
В дальнейшем наилучший вариант выполнения предлагаемой полезной модели будет подробно описан со ссылками на чертежи, на которых:
Фиг. 4 - средство подвода тока на Фиг. 3, вид сверху;
Фиг. 5 - электролизер с горизонтально вытянутым корпусом:
Фиг. б - сечение б-б на Фиг. 5;
Фиг. 7 - сечение 7-7 на Фиг. 5;
Фиг. 8 - электролизер с корпусом из трубной заготовки, продольный разрез;
Фиг. 9 - сечение 9-9 на Фиг.8;
Фиг. 10 - электролизер с тремя корпусами;
На Фиг.1 и Фиг.2, показан электродный узел 1 электролизера, выполненный согласно предлагаемой полезной модели. Электродный узел 1 содержит пакет 2 из параллельных рядов 3 биполярных пластинчатых электродов 4 и монополярных пластинчатых электродов 5.
Монополярные пластинчатые электроды 5 установлены через ряд попарно крайними, образуя на одном конце пакета аноды 5а, а на противоположном - катоды 5к.
Пластинчатые электроды выполнены из материала, устойчивого к агрессивной среде, например, из титановых пластин. Анодные поверхности пластинчатых электродов 4 и 5а образованы активным покрытием на титановых пластинах.
Пластинчатые электроды 4, 5а и 5к скреплены между собой, например, шпильками б, проходящими перпендикулярно плоскостям пластинчатых электродов 4, 5а, 5к.
С целью уменьшения утечек тока, параллельно пластинчатым электродам 4, 5а, 5к установлены защитные пластины 7 (Фиг. 1, Фиг.2) из неэлектропроводного материала, образующие крайние ряды пакета.
Защитные пластины 7 скреплены вместе с пластинчатыми электродами, например, шпильками б.
Уменьшение утечек тока может быть обеспечено и иными средствами, например, пакет электродов может быть закрыт кожухом из неэлектропроводного материала, термоусадочной пленкой или перегородками, установленными перпендикулярно потоку электролита.
Согласно одному варианту выполнения электродного узла, показанному на Фиг. 2, защитные пластины 7 в направлении, перпендикулярном направлению вдоль ряда, выступают за края электродных пластин 4, 5 и служат опорами для электродного узла 1 в корпусе электролизера.
Электродный узел, показанный на Фиг. 2 преимущественно предназначен для электролизера с горизонтально вытянутым корпусом с плоским дном.
Электродный узел 1 снабжен средством 8 подвода тока к электродам 4, 5, содержащим первую токоподводную шину 9 с токораспределительными пластинами 10, соединенными с монополярными пластинчатыми электродами - анодами 5а, и подобную вторую токоподводную шину 9 с токораспределительными пластинами 10, соединенными с монополярными пластинчатыми электродами - катодами 5к.
Более подробно конструкция средства 8 подвода тока показана на Фиг. 3 и Фиг. 4 на примере одной токоподводной шины 9 с токораспределительными пластинами 10.
В зависимости от формы корпуса электролизера токоподводные шины могут иметь иную конфигурацию, как например, будет описано ниже на примере электролизера с корпусом из трубной заготовки.
Токоподводная шина 9 содержит участок, выполненный в виде трубы 11 из материала, устойчивого к агрессивной среде, например титановой трубы, внутри которой установлен стержень 12 из материала с высокой проводимостью, например из меди. Титановая труба 11 токоподводной шины жестко соединена с токораспределительными пластинами 10. Токораспределительные пластины 10 выполнены также из устойчивого к агрессивной среде материала, например титана. Токораспределительные пластины 10 соединены с монополярными электродами 5а и 5к, например, шпильками б (Фиг. 2).
этом обеспечиваются небольшие габариты и низкая материалоемкость электродного узла 1 и, как следствие, невысокая стоимость электролизера.
Электродный узел 1 выполнен в виде единого съемного модуля, который, предварительно собранный, устанавливается в корпусе электролизера без дополнительных монтажных работ и также легко извлекается из него, что упрощает изготовление электролизера и его эксплуатацию. Кроме того, на базе одного и того же корпуса могут быть созданы электролизеры различной мощности путем изменения количества пластинчатых электродов в пакете электродного узла.
Фиг. 5 и Фиг. б. Фиг. 7 представляют электролизер 13, выполненный согласно одному из вариантов предлагаемой полезной модели.
Электролизер 13 содержит горизонтально вытянутый прямоугольный корпус 14 с крышкой 15, входным и выходным патрубками 16, 17 ввода электролита и вывода продукта электролиза, соответственно.
В корпусе 14, между входным и выходным патрубками 16 и 17, установлен электродный узел 1, содержащий пакет 2 из вытянутых вдоль корпуса 14 параллельных рядов 3 скрепленных между собой биполярных и монополярных пластинчатых электродов 4, 5, установленных вертикально. При этом монополярные пластинчатые электроды 5 установлены через ряд попарно крайними, образуя на одном конце пакета 2 (со стороны входного патрубка 16) аноды 5а, а на противоположном конце пакета 2 (со стороны выходного патрубка 17) - катоды 5к. Пластинчатые электроды 4, 5 выполнены, например, из титана. При этом пластинчатые электроды - аноды имеют активное покрытие. Между плоскими поверхностями рядов 3 образовано межэлектродное пространство 18, заполняемое электролитом.
На наружных плоских поверхностях крайних рядов 3 пластинчатых электродов, параллельно им, установлены защитные пластины 7 из неэлектропроводного материала, скрепленные, например, шпильками б в единый пакет 2 с пластинчатыми
электродами 4, 5. Защитные пластины 7 выполнены выступающими за нижние кромки электродных пластин 4, 5 (Фиг, 7) и служат опорами, на которых стоит электродный узел 1 на дне корпуса 14.
Возможен иной вариант установки электродного узла 1 в корпусе 14 электролизера 13.
Электродный узел 1 включает средство 8 подвода тока к электродам, выполненное, например, как показано на Фиг. 3 и Фиг. 4. Средство 8 подвода тока содержит первую токоподводную шину 9 с токораспределительными пластинами 10 и подобную вторую токоподводную шину 9 с токораспределительными пластинами 10. Токораспределительные пластины 10 соединены, например шпильками б, с монополярными пластинчатыми электродами 5. Токораспределительные пластины 10 выполнены из материала, устойчивого к агрессивной среде, например из титана. В предпочтительном варианте токоподводные шины 9 выполнены в виде титановой трубы, в которой установлен стержень из материала с высокой проводимостью, например из меди.
Токоподводные шины 9 по верхнему краю корпуса 14, через вырез 19 {Фиг. 7) в крышке 15 выведены наружу для подключения к соответствующим внешним токоподводным шинам (не показаны).
Электродный узел 1 выполнен съемным в виде единого модуля. При этом он монтируется до установки в корпус. В собранном виде электродный узел 1 легко устанавливается в корпусе 14 (при поднятой крышке 15) электролизера 13 и легко извлекается из него.
Для предотвращения отложения солей жесткости на пластинчатых электродах электролизер 13 содержит средство 20 подачи сжатого газа в межэлектродное пространство 18 со стороны нижних кромок пластинчатых электродов 4, 5.
Средство 20 подачи сжатого газа в межэлектродное пространство включает соединенный с компрессором (не показан) по меньшей мере один трубопровод 21, проходящий по дну корпуса 14, под нижними кромками пластинчатых электродов 4, 5 между
lMdJin
защитными пластинами 7, В электролизере 13, показанном на Фиг, 7, средство 20 подачи сжатого газа содержит три трубопровода 21. Стенки трубопроводов 21, обращенные к указанным нижним кромкам, выполнены перфорированными.
На фиг. 8, Фиг. 9 показан вариант электролизера 22, в котором корпус 23 выполнен из трубной заготовки.
Для изготовления корпуса 23 может быть использована трубная заготовка из полипропилена, фторопласта или ПВХ.
Электролизер содержит крьщ1ки 24, закрепляемые по торцам трубной заготовки корпуса 23, входной 25 патрубок для ввода электролита и выходной патрубок 26 для вывода готового продукта.
Электролизер 22, как и в ранее описанном варианте, содержит электродный узел 1, выполненный в виде съемного единого модуля, который имеет конструкцию, в основном аналогичную вышеописанной и показанной на Фиг. 1.
Электродный узел 1 включает пакет 2 из параллельных рядов 3 пластинчатых биполярных и монополярных электродов 4, 5 с защитными пластинами 7, и средство 8 подвода тока к электродам. При этом монополярные пластинчатые электроды 5 установлены через ряд попарно крайними, образуя на одном конце пакета 2 (со стороны входного патрубка 25) аноды 5а, а на противоположном конце пакета 2 ( со стороны выходного патрубка 26) - катоды 5к. Пластинчатые электроды 4, 5 выполнены, например, из титана. При этом пластинчатые электроды - аноды имеют активное покрытие.
В данном варианте, при небольших поперечных размерах корпуса 23, предпочтительно использовать средство 8 подвода тока, в котором каждая токоподводная шина 9 имеет две жестко соединенные взаимно перпендикулярные части, 9 и 9. Первая часть 9, к которой приварены токораспределительные пластины 10, установлена перпендикулярно указанным пластинам, а вторая 9, которая выходит из корпуса 23 через крышку 24 для подключения к внешним токоподводным шинам, лежит в плоскости пластинчатых электродов 4, 5.
Пластинчатые электроды 4, 5, защитные пластины 7 и токораспределительные пластины 10 соединены между собой, например шпильками б, и закреплены на круглых поперечных перегородках 27, плотно прилегающих к внутренним стенкам корпуса 24 из трубной заготовки. Указанные перегородки 27 служат опорами электродного узла 1 в корпусе 24 электролизера 22.
При монтаже электролизера 22 предварительно собранный электродный узел 1 вводится в корпус 23 через торцевое отверстие .
В крышке 24, со стороны входного патрубка 25 подачи электролита выполнены отверстия 28 для подачи сжатого газа с целью предотвращения отложения солей жесткости на пластинчатых электродах.
Корпус 23 может быть установлен вертикально, горизонтально или под некоторым углом, что определяется конкретными условиями.
Для увеличения производительности электролизер может содержать несколько корпусов.
На Фиг. 10 показан электролизер 29 с тремя корпусами 30 из трубных заготовок. Корпуса 30 соединены последовательно по потоку электролита: выход 31 первого корпуса 30 соединен со входом 32 второго 30, выход 33 второго - со входом 33 третьего 30 и т.д.
Работа описанных электролизеров 13, 22 и 30 в основном осуществляется известным из предшествующего уровня техники образом, например, как описано в SU, 733521; RU, 16504.
Из приведенного выше описания понятно, что предлагаемая полезная модель может быть реализована не только в соответствии с рассмотренными примерами ее реализации, но и в других конкретных формах без отступления от ее существа, определенного прилагаемой формулой полезной модели.