ЭЛЕКТРОЛИЗЕР

Предлагаемое устройство относится к электролизерам воды, которые позволяют производить водород и кислород для энергетики, химической, пищевой, стекольной промышленности и ряда других областей применения.
В большинстве случаев целесообразно получение электролизных газов под давлением для их закачки в систему хранения. В частности, стандартное давление газов в баллонах составляет 150 атм.
Известно электрохимическое устройство (электролизер воды) фильтр-прессного типа (свидетельство на полезную модель RU 36382, опубл. 10.03.2004), состоящее из последовательно соединенных в пакет ячеек, имеющих электродные камеры, изолированные от внешнего пространства герметизирующими прокладками. При работе устройства в электродных камерах генерируется водород и кислород. Недостатком указанного устройства является невысокое давление (как правило, не более 5-8 атм), которое может быть достигнуто в электродных камерах, дальнейший набор которого приводит к выдавливанию герметизирующих прокладок за пределы устройства и выход его из строя.
Наиболее близким к заявленному является устройство (патент РФ на изобретение RU 2496918, опубл. 10.12.2012), содержащее пакет электролизных ячеек, имеющий электродные камеры, полости для текучих сред и герметизирующие прокладки, заключенный в корпус противодавления, в котором поддерживается определенное давление инертного газа, при этом давление в электродных камерах приблизительно равно давлению внутри корпуса, что предотвращает выдавливание герметизирующих прокладок за пределы электролизера и позволяет развивать в электродных камерах значительные давления (до нескольких сот атмосфер). Недостатком указанного устройства является его значительный вес и габариты, а также избыточный свободный объем между пакетом электролизных ячеек и корпусом, что приводит к излишнему расходу материалов, большому объему газа, который требуется для создания противодавления между корпусом и электролизером. В результате имеют место повышенные капитальные затраты на создание электролизера, увеличенные энергозатраты, связанные с производством газов (аргона, азота и т.п.) и их закачкой в корпус противодавления, а также снижение безопасности устройства, связанное с повышенным риском образования объемных взрывопожароопасных смесей водорода и кислорода в пространстве между пакетом и корпусом противодавления. В случае необходимости увеличения производительности электролизной системы это достигается посредством увеличения количества электролизеров в корпусах противодавления, в результате чего негативный эффект от вышеуказанных недостатков увеличивается прямо пропорционально количеству электролизеров.
Техническая задача, решаемая предлагаемым устройством, состоит в улучшении массогабаритных характеристик электролизера, снижении его стоимости, повышении экономичности и безопасности.
Технический эффект, используемый при решении поставленной технической задачи, заключается в компактной компоновке пакетов электролизных ячеек в корпусе противодавления и достигается тем, что в известном электролизере, включающем корпус противодавления, пакеты, состоящие из групп электролизных ячеек, расположенных между концевыми контактными пластинами, полости для текучих сред, герметизирующие прокладки и электрические соединения, согласно полезной модели, корпус противодавления выполнен в виде трубы прямоугольного сечения, а пакеты имеют форму параллелепипедов, и установлены с торцов и с боковых поверхностей корпуса.
На фиг. 1 представлена схема пакета электролизных ячеек.
На фиг. 2 представлена схема компоновки пакетов электролизных ячеек в корпусе противодавления.
Пакет состоит из группы электролизных ячеек 1, объединенных в фильтр-прессную конструкцию и стянутых между концевыми контактными пластинами 2 шпильками 3, имеет электродные камеры 4, уплотнительные прокладки 5, каналы для текучих сред 6 и электрические соединения 7.
Пакеты электролизных ячеек 8, имеющие форму параллелепипедов, размещаются в корпусе противодавления 9, имеющем форму прямоугольной трубы. Пакеты электролизных ячеек установлены с торцов и с боковой поверхности корпуса противодавления. При этом компоновка пакетов и корпуса осуществляется так, чтобы минимизировать свободный объем между каждым из пакетов, а также между пакетами и корпусом. Посадочные окна пакетов в корпусе противодавления герметизируются прокладками 10.
Устройство работает следующим образом. При подаче тока на электрические соединения пакетов электролизных ячеек в их электродных камерах происходит генерация газов (например, водорода и кислорода) и набор их давления. Одновременно (синхронно) с набором давления в электродных камерах в пространство между пакетами электролизных ячеек и корпусом противодавления через патрубок 11 подается инертный газ, при этом его давление поддерживается приблизительно равным давлению в электродных камерах, что предотвращает выдавливание герметизирующих прокладок за пределы пакетов. При достижении в электродных камерах требуемого давления (например, 150 атм) электролизные газы из них отбираются через каналы для текучих сред для дальнейшего использования (например, для закачки в баллоны или другие системы хранения, или транспортировки по трубам).
Таким образом, благодаря оптимальной (компактной) компоновке пакетов электролизных ячеек в едином корпусе противодавления достигается снижение массогабаритных характеристик электролизера, капитальных и эксплуатационных затрат, повышение его безопасности.
Список источников
1. Патент RU 36382, опубл. 2004
2. Патент RU 2496918, опубл. 2009