БИПОЛЯРНЫЙ ЭЛЕКТРОЛИЗЕР ФИЛЬТР-ПРЕССНОГО ТИПА

Изобретение относится к устройствам для электролитического получения неорганических соединений или неметаллов высокой чистоты, в частности, к электролизерам для разложения воды и может быть применено в химической и металлообрабатывающей промышленности, в электрохимической энергетике, в системах охлаждения мощных электрогенераторов, в метеорологии.
В настоящее время известно множество конструкций электролизеров.
Так, из описания к авторскому свидетельству SU 1330213 (опубликовано 15.08.1987, МПК 4: С25С 7/02) известна рама биполярного электролизера, содержащая окна с пазами для установки электродов, окна для подвода и отвода электролита. Выступы и пазы при смыкании с соседними рамами образуют расширяющийся входной и сужающийся отводной каналы.
Также из описания к авторскому свидетельству SU 494343 (опубликовано 05.12.1975, МПК: С01В 13/06) известен электролизер для получения кислорода и водорода фильтр-прессного типа, содержащий биполярные электроды, выполненные в виде металлических листов и прикрепленных к ним выносных электродов, выполненных в виде металлической сетки, газоразделительные диафрагмы, зажатые между каждой парой соседних выносных электродов, рамы, выполненные в виде металлических колец с внешним диаметром равным внешнему диаметру выносных электродов. Рамы снабжены сквозными прорезями для сообщения полости электролизера с питательным каналом и с каналом для отвода газов.
Недостатком данного электролизера является сложность сборки электролизера из-за требований обеспечения определенного сжатия между выносным электродом и диафрагмой.
Кроме этого, известной конструкции присуща пониженная герметичность, что может привести к утечке электролита.
Кроме этого известен электролизер для разложения химических веществ под давлением, содержащий дисковые электроды, выполненные с уплотнительным двусторонним выступом по окружности и каналом в нем, разделительные диафрагмы, трубопровод низкого давления для электролита и уплотнение, выполненное в виде прокладок, установленных между уплотнительными электродов с образованием общего сквозного канала, при этом каждый электрод выполнен с кольцевыми открытыми пазами на уплотнительных выступах (патент РФ 2079578, опубликован 20.05.1997, МПК 6: С25В 9/00).
Наиболее близким аналогом к патентуемой полезной модели является Биполярный электролизер фильтр-прессного типа, включающий концевые монополярные электроды с расположенными между ними набором кольцевых рам с биполярными электродами, содержащими основные электроды и прикрепленные к ним сетчатые выносные электроды, пористых газораспределительных диафрагм, зажатых между каждой парой соседних выносных электродов (патент Великобритании GB 1145751, опубликован 19.03.1969, МПК В01К 3/00). При этом выносные сетчатые электроды плотно поджимаются к газоразделительной диафрагме для исключения появления газообразных продуктов реакции между диафрагмами и выносными сетчатыми электродами.
Как известно, сжимающее усилие оказывает влияние на «старение», структуру различного типа пористых диафрагм и вольтамперные характеристики контакта электрод-диафрагма, что связано с уплотнением материала и ухудшением условий переноса тока в пористой среде.
Недостатками вышеназванных электролизеров является возможность разницы в степенях сжатия диафрагм в электрохимических ячейках при разнотолщинности уплотняющих прокладок и их недостаточном сжатии.
Задачей настоящей полезной модели является снижение затрат электрической энергии на получение водорода за счет обеспечения фиксированной оптимальной степени сжатия разделительной диафрагмы.
Патентуемое решение позволяет повысить надежность конструкции электролизера, обеспечить равномерное токораспределение, снизить массогабаритные характеристики и трудозатраты при сборке.
Поставленная цель достигается тем, что в биполярном электролизере фильтр-прессного типа, включающем концевые монополярные электроды с расположенными между ними набором кольцевых рам с биполярными электродами, содержащими основные электроды и прикрепленные к ним сетчатые выносные электроды, пористых газораспределительных диафрагм, зажатых между каждой парой соседних выносных электродов. Согласно патентуемой полезной модели, кольцевая рама выполнена с проточкой в осевом направлении, предназначенной для закрепления основного электрода, и внутренней полкой для размещения пористой газораспределительной диафрагмы и выносного электрода, биполярный электрод выполнен в виде сплошного металлического диска, выносные сетчатые электроды, закрепленные на основном электроде, имеют разные диаметры, один из которых равен внутреннему диаметру кольцевой рамы, а другой - диаметру внутренней полки кольцевой рамы.
пр.
пр.
пр.
пр.
Также поставленная цель достигается тем, что кольцевая рама выполнена из полимерного материала, сетчатые выносные электроды закреплены на диске с помощью сварки, а размеры основного электрода выбраны из соотношения: D=d, δ=h, где D - диаметр основного электрода, d - внешний диаметр проточки, δ - толщина основного электрода, h - глубина проточки.
Далее полезная модель поясняется примером реализации со ссылками на поясняющие чертежи, где на фиг.1 изображены рамы электролизера в сборе, а на фиг.2 - вид по сечению А-А фиг.1.
Устройство, приведенное на фиг.1, включает в свой состав набор электрохимических ячеек. Каждая ячейка содержит кольцевую раму 1 с размещенными биполярными электродами. В раме выполнена проточка 2 в осевом направлении и внутренняя полка 4 для размещения пористой газораспределительной диафрагмы 5 и одного выносного электрода 6. Проточка 2 предназначена для размещения основного электрода 3, выполненного в виде сплошного металлического диска. К основному электроду 3 с обеих сторон приварены выносные сетчатые электроды 6.
Каждый биполярный электрод (см. фиг 2) выполнен в виде металлического диска с диаметром, равным диаметру проточки и толщиной, равной глубине проточки 8 в диафрагменной раме, с приваренными к нему с одной стороны металлической сетки 6 с диаметром, равным внутреннему диаметру кольца диафрагменной рамы, с другой стороны металлической сетки с диаметром, равным диаметру полки диафрагменной рамы,
В верхней и нижней частях диафрагменной рамы в осевом направлении расположены по два сквозных отверстия, которые после сборки образуют каналы, служащие для подвода электролита и отвода газожидкостной эмульсии из электрохимических ячеек. Подвод электролита и отвод газожидкостной эмульсии из каждой ячейки осуществляется по каналам, выполненным в диафрагменной раме в радиальном направлении.
При сборе ячеек биполярные электроды центрируются относительно диафрагменных рам по диаметру металлической сетки биполярного электрода и диаметру полки диафрагменной рамы, а диафрагменные рамы центрируются относительно друг друга по диаметру другой металлической сетки биполярного электрода и внутреннему диаметру кольца диафрагменной рамы, обеспечивая при затяжке гаек стяжных болтов параллельное перемещение всех элементов электрохимических ячеек и равномерное сжатие уплотняющих прокладок. Для исключения короткого замыкания диафрагменные рамы выполнены из изоляционного полимерного материала.
Максимальное сжатие диафрагмы ограничивается соприкосновением упорных поверхностей периферийной части биполярного электрода и дна проточки диафрагменной рамы.
Таким образом, предложенное техническое решение позволяет снизить энергозатраты на получение водорода за счет фиксированной оптимальной степени сжатия диафрагмы электролизера, а также упростить его монтаж.