КЛАПАН ПОДПИТКИ ЭЛЕКТРОЛИЗЕРА

Клапан подпитки электролизера предназначен для электролизеров фильтр-прессного типа с проточной системой подпитки, используемых в аппаратах для производства газопламенных работ.
Известен клапан, используемый в горелке для производства газопламенных работ (Патент №2283736 RU. МПК (6) В23К. Устройство для газопламенных работ (варианты). Заявка №2004105390 от 24.02.2004 г.), показанной на фиг.3 в разрезе. Клапан состоит из составного корпуса, в котором размещается золотник, соединенный штоком с якорем, прижимаемым пружиной через толкатель. Пружина и толкатель установлены в сердечнике электромагнита. Пружина упирается в штуцер, ввинченный в сердечник электромагнита. Магнитопровод расположен снаружи сердечника электромагнита. Обмотка электромагнита размещена внутри магнитопровода. Клапан аналогичной конструкции использован в цепи проточной подпитки электролизера.
Недостаток устройства состоит в том, что корпус клапана изготовлен из электропроводного материала и выполняет функцию катода, что ведет к выделению водорода, который накапливается и заполняет трубопровод и капилляр, что взрывобезопасно, но может нарушить подпитку. Если электропроводный корпус клапана не соединять с катодом, то будет выделяться как водород, так и кислород, что взрывоопасно.
Более близким аналогом является клапан, содержащий цилиндрический диэлектрический корпус с боковым входным и осевым выходным патрубком. Полость корпуса и входа выходного патрубка закрыты эластичной мембраной, прижатой к корпусу фланцем. Шток, связанный с подпружиненным якорем электромагнита, прижимает мембрану к отверстию выходного патрубка (М.А.Барил, В.К.Самойликов. Газовые системы оборудования производства полупроводниковых приборов и интегральных схем. М. Энергия. 1978. С.33, рис.12в).
Недостатком устройства является узкий интервал рабочих давлений и неизменная пропускная способность клапана, а одновременное питание электромагнитных клапанов горелки и подпитки, обусловленное общим источником питания, создает неудобства при запуске электролизера и при заполнении его электролитом.
Избыток электролита выводится с газом в подпитывающий сосуд только при постепенном увеличении разрядного тока электролизера, при котором выделяющийся газ не вытесняет жидкость из трубопровода, соединенного с клапаном. Это существенно увеличивает время подготовки рабочего режима работы. Быстрое увеличение разрядного тока ведет к вытеснению жидкости из трубопровода и клапана, заполнению их газом, что не исключает возможность искрообразования и взрыва гремучего газа.
Наиболее совершенным является клапан электролизера фильтр-прессного типа, включающий цилиндрический диэлектрический корпус с боковым входным и осевым выходным патрубком, эластичную мембрану и фланец. В цилиндрической части фланца расположен подпружиненный поршень, перемещение которого ограничено кольцевым выступом с винтовой нарезкой, взаимодействующей с регулировочным винтом, в котором соосно расположен ограничительный винт. (Патент №51410 RU. МПК F16K 31/126, В23K 5/00. Клапан электролизера. Патентообладатель Кубанский государственный университет. Автор Гамазов А.А. Заявка №2005122851 от 18 июля 2005 г. Опубликовано 10.02.2006 Бюл. №4).
Недостаток устройства состоит в том, что оно не обеспечивает возможность заливки электролита в сухой электролизер и такую заливку осуществляют через трубку, отсоединяемую от выходного штуцера клапана, что крайне неудобно и зачастую нарушает герметичность при повторном соединении трубки с выходным штуцером клапана.
Технической задачей является повышение безопасности и удобства эксплуатации электролизера.
Поставленная задача решается устройством, включающим цилиндрический диэлектрический корпус с боковым входным и осевым выходным патрубком, эластичную мембрану и фланец, в цилиндрической части фланца расположен подпружиненный поршень, перемещение которого ограничено кольцевым выступом с винтовой нарезкой, взаимодействующей с регулировочным винтом, взаимодействующим с соосно расположенным ограничительным винтом. Поршень связан двумя шпильками, проходящими через отверстия в регулировочном винте, с лимбом, а между лимбом и торцом цилиндрической части фланца установлена пластина с выступами, перемещением которой осуществляют подъем и опускание лимба и поршня.
Отличие от прототипа состоит в том, что поршень связан двумя шпильками, проходящими через отверстия в регулировочном винте, с лимбом, а между лимбом и торцом цилиндрической части фланца установлена пластина с выступами, перемещением которой осуществляют подъем и опускание лимба и поршня.
Указанные отличия обеспечивают достижение цели изобретения. Клапан подпитки находится под чехлом, при съеме которого срабатывает блокировка, и электролизер полностью отключается, что обеспечивает электробезопасность. Перемещением пластины с выступами поднимают поршень и в подпитывающий сосуд заливают электролит, который через открытый клапан подпитки заполняет электролизер. Заполнение контролируют по снижению уровня электролита в подпитывающем сосуде и по электрическому сопротивлению между электродами электролизера. После
завершения заполнения перемещением пластины с выступами поршень опускают и в этом положении свойства клапана подпитки, свойственные прототипу, полностью сохраняются.
Ограничительным винтом регулируется зазор между эластичной мембраной и входным отверстием выходного патрубка, чем определяется максимальная пропускная способность клапана при его открывании.
Открытие клапана под действием установленного давления в электролизере обеспечивает удобство использования электролизера при его включении и при заполнении его электролитом. При включении электролизера клапан закрыт и из электролизера выводится избыточный электролит, возникающий из-за увеличения объема электролита выделяющимся газом до тех пор, пока давление остается меньше давления, необходимого для открывания клапана. При больших рабочих токах малое давление обеспечивают выпуском газа из электролизера в атмосферу. Для заполнения электролизера электролитом создают давление выше необходимого для открытия клапана и электролизер выключают. Клапан электролизера остается открытым и происходит заполнение электролизера электролитом.
Закрытое положение клапана в процессе удаления избытка электролита исключает попадание газа в цепь подпитки, что исключает искрообразование, чем обеспечивается повышение взрывобезопасности.
На чертеже показана схема клапана в разрезе.
Клапан состоит из цилиндрического диэлектрического корпуса 1 с боковым входным патрубком 2 и осевым выходным патрубком 3, эластичной мембраны 4 и фланца 5, в цилиндрической части которого расположен поршень 6 с пружиной 7. Перемещение поршня 6 ограничено кольцевым выступом с винтовой нарезкой, взаимодействующей с регулировочным винтом 8, соосно с которым дополнительно расположен ограничительный винт 9. Корпус 1 скреплен с фланцем 5 винтами 10.
Поршень 6 связан шпильками 11 с лимбом 12. Между лимбом 12 и торцом фланца 5 расположена пластина 13 с выступами 14.
Используют клапан подпитки следующим образом. Клапан подпитки находится под чехлом, при съеме чехла срабатывает блокировка, и электролизер полностью отключается, что обеспечивает электробезопасность. Перемещением пластины 13 с выступами 14 поднимают поршень 6 и в подпитывающий сосуд заливают электролит, который через открытый клапан подпитки заполняет электролизер. Заполнение контролируют по снижению уровня электролита в подпитывающем сосуде и по электрическому сопротивлению между электродами электролизера. После завершения заполнения перемещением пластины 13 с выступами 14 поршень 6 опускают и надевают чехол, снимая блокировку.
Работает клапан следующим образом. При включении электролизера давление выделяющихся газов растет. В этих условиях из электролизера в подпитывающий сосуд выводится газ и избыток электролита, образующийся за счет увеличения объема из-за нахождения в жидкости пузырьков газа. После повышения и стабилизации давления газа клапан открывается давлением жидкости на мембрану 4, поршень 6 и пружину 7, образуя зазор между мембраной 4 и входным отверстием выходного патрубка 3. Начальное давление мембраны на входное отверстие выходного патрубка 3 устанавливается винтом 8. Винтом 9 регулируется максимальная пропускная способность при использовании клапана в электролизерах различной мощности.
При максимальных рабочих токах увеличение объема электролита может составить 15-20% начального объема. В этом случае газ выпускают в атмосферу 15-20 секунд, и из электролизера выводится избыток электролита. После этого ток выключают. Клапан остается закрытым из-за малого давления газа в системе. Снова включают электролизер. По мере увеличения
давления газа в системе поршень 6 клапана сжимает пружину 7 и клапан открывается.
При переходе от больших рабочих токов к малым рабочим токам в электролизере будет недостаток электролита. Для заполнения электролизера электролитом его включают и после стабилизации давления ток выключают. Открытый клапан обеспечивает заполнение электролизера электролитом. После завершения процесса заполнения электролизера электролитом газ выпускают в атмосферу, давление падает и клапан закрывается.
Использование предложенного клапана в электролизерах с проточной подпиткой в сравнении с прототипом обеспечивает безопасное и удобное первоначальное заполнение электролизера электролитом. Облегчается регулировка, не требующая использования дополнительного инструмента. Сохраняются свойства прототипа: работа в широком интервале рабочих давлений, с изменением пропускной способности в соответствии с максимальным расходом подпитывающей жидкости при одновременном повышении взрывобезопасности, удобство включения электролизера и заполнения его электролитом.