ЭЛЕКТРОЛИЗЕР ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ СМЕСИ ВОДОРОДА И КИСЛОРОДА
ELECTROLYSIS UNIT FOR OBTAINING HYDROGEN AND OXYGEN MIXTURE

Изобретение относится к газопламенной обработке материалов водородно-кислородным пламенем с получением водородно-кислородной смеси электролизом воды непосредственно на месте сварки.
При работе электролизеров, предназначенных для получения водородно-кислородной смеси электролизом воды, 25-50% потребляемой энергии расходуется на нагрев электролита, и его необходимо охлаждать. В стационарных установках электролит охлаждают, прокачивая его по контуру через электролизер и внешний теплообменник (Якименко Л.М., Модылевская И.А., Ткачек З.А. Электролиз воды. М.: Химия, 1970 г., 263 с.). Но для электролизеров, входящих в состав электролизно-водных генераторов (термин «электролизно-водный генератор» - по ГОСТ 2601-84, термин №160), прокачка электролита через внешний теплообменник - неприемлемо громоздкое решение. Поэтому в большинстве известных электролизно-водных генераторов охлаждают воздухом электролизер. Для электролизеров мощностью до 0,7-1 кВА бывает достаточно естественного охлаждения. При большей мощности электролизер обдувают воздухом (Корж В.Н., Дыхно С.Л. Обработка металлов водород-кислородным пламенем. Киев: Техника, 1985 - 64 с.). Однако для электролизеров мощностью 4-5 кВА и более обдува воздухом недостаточно, т.к. коэффициент теплоотдачи «корпус электролизера - воздух» мал и снимать требуемое количество тепла с единицы поверхности электролизера невозможно. Поэтому электролизеры приходится или периодически выключать для охлаждения, или делать их весьма громоздкими, чтобы увеличить площадь поверхности теплоотдачи.
Электролизер, принятый за прототип, описан в патенте РФ №2065803, кл. В23K 5/00, 1996 г. Согласно этому патенту, электролизер полностью опущен в емкость с водой, соединенную паропроводом с конденсатором. При работе электролизера вода в емкости нагревается до кипения, пар поступает в конденсатор, где часть его превращается в дистиллированную воду, а остаток выходит в атмосферу.
Основной недостаток этой системы охлаждения - завышенная температура электролита. Так как охлаждение производится кипящей водой, то температура электролита и полученных из него водорода и кислорода поддерживается на уровне выше 100°С вместо оптимального 70-80°С. Поэтому в водородно-кислородной смеси так много водяного пара, что она непригодна для большинства видов газопламенной обработки материалов.
Техническим эффектом предложенного изобретения является поддержание задаваемой температуры электролита в электролизере (обычно 70-80°С) при длительной непрерывной работе.
Схематическое изображение заявленного электролизера приведено на чертеже.
Как видно из чертежа, электролизер снабжен системой жидкостного циркуляционного охлаждения, включающей следующие элементы (фиг.1): корпус электролизера 1 с рубашкой охлаждения 2, циркуляционный насос 3, радиатор 4, осевой вентилятор с электроприводом 5, расширительный бачок 6, рабочий датчик температуры 7, аварийное реле температуры 8 и соединительные рукава 9.
Рабочий датчик температуры обеспечивает включение-выключение циркуляционного насоса 3 и вентилятора 5, поддерживая заданную температуру электролита. Включение-выключение производится либо контактами самого датчика 7, либо подключенным к нему реле или электронным блоком (в зависимости от конструкции датчика). Аварийное реле температуры 8 выключает питание электролизера 1, если температура электролита достигнет 90-100°С.
В качестве аварийного реле температуры 8 можно использовать биметаллическое или манометрическое реле прямого действия, отключающее питание электролизера своими контактами: использование промежуточных реле или электронных устройств снижает надежность срабатывания аварийного отключения. Аварийное реле температуры 8 следует устанавливать непосредственно на электролизере 1, а не на рубашке охлаждения 2 - этим исключается возможность аварийного перегрева электролита при отсутствии или недостаточном количестве охлаждающей жидкости в системе охлаждения.
Расширительный бачок 6 компенсирует изменения объема жидкости при ее нагреве и охлаждении.
В качестве охлаждающей жидкости можно использовать воду, любой автомобильный антифриз и другие жидкости. Антифриз необходим, когда неработающий электролизер оставляют на морозе.
При работе предложенной системы охлаждения рабочий датчик температуры 7 включает насос 3 и вентилятор 5 по достижении заданной температуры электролита. Охлаждающая жидкость начинает циркулировать по контуру «рубашка охлаждения
2 - радиатор 4 - насос 3». Вентилятор 5 продувает воздух через радиатор 4, охлаждая жидкость. Когда температура жидкости станет ниже заданной на 4-5°С, рабочий датчик температуры 7 выключит вентилятор 4 и насос 3.
Использование предложенной системы охлаждения на электролизерах мощностью от 5 до 20 кВА подтвердило, что она обеспечивает поддержание заданной температуры электролита при непрерывной многочасовой работе.