ЭЛЕКТРОЛИЗНО-ВОДНЫЙ ГЕНЕРАТОР
ELECTROLYTIC WATER GENERATOR

Изобретение относится к газопламенной обработке материалов водородно-кислородным пламенем с получением водородно-кислородной смеси электролизом воды непосредственно на месте сварки в электролизно-водных генераторах (термин «электролизно-водный генератор» - по ГОСТ 2601-84, термин 160).
Известны электролизно-водные генераторы, в которых расход воды на образование водородно-кислородной смеси компенсируют подпиткой электролитом из встроенной в генератор емкости [1, 2]. При этом электролит подают в блок электродов со стороны одного из его торцов. Но в электролизере разлагается только вода, а щелочь остается. Поэтому концентрация щелочи в блоке электродов со временем в разы превышает исходную. Из-за этого увеличивается мощность тепловыделения, становится трудновыполнимым достаточно эффективное охлаждение электролизера и его приходится время от времени останавливать для остывания, делая перерывы в работе. Для стабилизации состава электролита в блоке электродов и предотвращения его перегрева необходимо организовать циркуляцию электролита по замкнутому контуру «блок электродов - емкость с запасом электролита». Однако при подводе тока к концам блока электродов это невозможно, т.к. между концевыми электродами блока значительная разность потенциалов и произойдет короткое замыкание через электролит в емкости.
Циркуляция электролита по контуру «емкость с запасом электролита - блок электродов» возможна только при нулевой разности потенциалов между концевыми электродами блока. Для этого необходимо провода от источника питания подводить не к концевым электродам блока, а один провод - к центральному электроду, другой - к обоим концевым. Так сделано в электролизно-водном генераторе по патенту [3], принятому за прототип. Он содержит корпус с электролитом, в который погружен блок дистанцированных друг от друга электродов с отверстиями для прохода водородно-кислородной смеси и электролита, помещенный в трубу из диэлектрического материала, охватывающую электроды без зазоров по периметру, а также токоподводы, один из которых подключен к электроду в центре блока, а другой - к обоим концевым электродам. Нулевая разность потенциалов между концевыми электродами такого блока позволяет подавать электролит из емкости в один конец блока и отводить в ту же емкость с другого конца. В патенте-прототипе [3] оговорена возможность организовать циркуляцию электролита через блок электродов и емкость с запасом электролита», но не указано, как это сделать.
Типовое решение, когда требуется циркуляция жидкости по замкнутому контуру, это встраивание циркуляционного насоса в контур. Но циркуляционный насос для электролита должен быть химически стойким (т.к. электролитом является горячий раствор щелочи) и, следовательно, относительно дорогим, требующим обслуживания и имеющим ограниченный ресурс. Поэтому предложен электролизно-водный генератор, в котором циркуляция электролита по контуру «емкость с запасом электролита - блок электродов» обеспечивается без использования насоса и каких-либо других вспомогательных устройств. Предлагается
- подводить электропитание к блоку электродов так, как в прототипе, т.е. один полюс источника питания подсоединить к центральному электроду блока, другой - к двум концевым электродам. При этом не обязательно, чтобы блок электродов был помещен в трубу из изоляционного материала, как в прототипе. Можно использовать электролизеры традиционной фильтр-прессной или ящичной конструкции;
- использовать электроды с отверстиями для прохода газа и электролита (как в прототипе);
- расположить емкость с запасом электролита над электролизером;
- соединить емкость с запасом электролита и электролизер двумя трубками, одна из которых подведена со стороны одного торца блока электродов снизу, другая - со стороны другого торца блока электродов сверху.
При этом по трубке, подведенной к блоку электродов сверху, электролит с пузырьками газа поднимается в емкость с запасом электролита, а по трубке, подведенной к блоку электродов снизу, в блок поступает электролит. Пузырьки газа, поступающего по трубке из электролизера в емкость с электролитом, создают газлифт.
Циркуляционный насос для электролита в таком электролизно-водном генераторе не нужен, т.к. циркуляцию обеспечивает газ, образующийся при электролизе. Отсутствие насоса делает конструкцию генератора существенно более простой и надежной.
Схема генератора с циркуляцией электролита, построенного на базе такого электролизера, как в прототипе, показана на фиг. 1. Помимо собственно электролизера в его состав входят емкость 1 с запасом электролита 2, расположенная над блоком электродов 3 и соединенная с ним трубками 4 и 5. По трубке 4 электролит поступает в блок электродов, а по трубке 5 выходит из него вместе с образовавшейся при электролизе водородно-кислородной смесью. При этом трубка 5 работает как газлифт. В результате при работе электролизера электролит с пузырьками газа поднимается по трубке 5 в емкость 1, там пузырьки всплывают на поверхность и освободившийся от них электролит опускается по трубке 4 в электролизер. Таким образом, газ, образующийся при электролизе, обеспечивает циркуляцию электролита по замкнутому контуру «емкость 1 с электролитом 2 - трубка 4 подвода электролита к блоку электродов 3 - блок электродов 3 - трубка 5 выхода газа - емкость 1 с электролитом 2».
Такая конструкция была реализована и полностью себя оправдала при создании электролизно-водных генераторов производительностью 1500, 2500 4000 и 8000 л/ч водородно-кислородной смеси.
Литература
1. Корж В.Н., Попиль Ю.С. Обработка металлов водородно-кислородным пламенем. Киев: «Екотехнологiя», 2010 г. - 194 с.
2. Патент RU 2475343 С1, 23.08.2011.
3. Патент RU 2556210 С1, 06.02.2014.