ES2233870T3 - Electrolizador de presion y procedimiento de funcionamiento del mismo. - Google Patents
Electrolizador de presion y procedimiento de funcionamiento del mismo.Info
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Abstract
Electrolizador de presión con un recipiente de presión (2) y un bloque (3) de celdas de electrólisis que contiene una pluralidad de celdas de electrólisis (4) agrupadas en forma de una pila y que está dispuesto en el recipiente de presión (2), conteniendo las celdas de electrólisis (4) respectivos ánodos (11) y cátodos (12) y estando previsto un sistema de circulación de lejía para alimentar un anolito a los ánodos (11) y para alimentar un catolito a los cátodos (12), y comprendiendo el bloque (3) de celdas de electrólisis una carcasa (5) que sella contra el interior del recipiente de presión (2), formando la carcasa (5) del bloque (3) de celdas de electrólisis junto con el recipiente de presión (2) al menos dos recintos (7, 8) que son parte integrante del sistema de circulación de lejía y que están limitados por la carcasa (5) con respecto a las celdas de electrólisis (4) y por el recipiente de presión (2) con respecto al medio ambiente, caracterizado porque los recintos (7, 8) están separados uno de otro y porque uno de los recintos (7) separados uno de otro es parte integrante de un circuito de circulación de anolito y porque otro de los recintos (8) separados uno de otro es parte integrante de un circuito de circulación de catolito.
Description
Electrolizador de presión y procedimiento de
funcionamiento del mismo.
La invención concierne a un electrolizador de
presión según el preámbulo de la reivindicación 1, así como a un
procedimiento de funcionamiento del mismo.
Para el desdoblamiento electrolítico de agua en
hidrógeno y oxígeno son conocidos electrolizadores de presión que
comprenden un recipiente de presión y un bloque de celdas de
electrólisis que contiene una pluralidad de celdas de electrólisis
agrupadas en forma de una pila y que está dispuesto en el recipiente
de presión. Las celdas de electrólisis contiene respectivos ánodos y
cátodos, y está previsto un sistema de circulación de lejía (baño de
electrólisis) para alimentar un anolito a los ánodos y para
alimentar un catolito a los cátodos, y el bloque de celdas de
electrólisis comprende una carcasa sellada contra el interior del
recipiente de presión.
Un electrolizador de presión de esta clase es
conocido por el documento DE 25 48 699 C3. En este electrolizador de
presión conocido están dispuestos también, además del bloque de
celdas de electrólisis, dispositivos para limpiar, enfriar y hacer
circular el electrolito en el recipiente de presión.
El cometido de la invención consiste en crear un
electrolizador de presión mejorado. Asimismo, se indicará un
procedimiento mejorado para el funcionamiento de un electrolizador
de presión de esta clase.
En cuanto al dispositivo, el problema planteado
se resuelve con el electrolizador de presión indicado en la
reivindicación 1.
En las reivindicaciones subordinadas se indican
perfeccionamientos ventajosos del electrolizador de presión según la
invención.
En cuanto al procedimiento, el problema planteado
se resuelve con el procedimiento indicado en la reivindicación 41.
En las reivindicaciones subordinadas se indican perfeccionamientos
ventajosos del procedimiento según la invención.
Mediante la invención se crea un electrolizador
de presión con un recipiente de presión y un bloque de celdas de
electrólisis que contiene una pluralidad de celdas de electrólisis
agrupadas en forma de una pila y que está dispuesto en el recipiente
de presión. Las celdas de electrólisis contienen respectivos ánodos
y cátodos, y está previsto un sistema de circulación de lejía para
alimentar un anolito a los ánodos y para alimentar un catolito a los
cátodos. El bloque de celdas de electrólisis comprende una carcasa
sellada contra el interior del recipiente de presión. Según la
invención, se ha previsto que la carcasa del bloque de celdas de
electrólisis forme junto con el recipiente de presión al menos dos
recintos separados uno de otro que son parte integrante del sistema
de circulación de lejía y que están limitados por la carcasa
respecto de las celdas de electrólisis y por el recipiente de
presión respecto del medio ambiente. Una ventaja del electrolizador
de presión según la invención es la sencilla estructura del sistema
de circulación de lejía. Otra ventaja es la reducida ocupación de
espacio que requiere el electrolizador de presión según la
invención.
Según una forma de ejecución especialmente
preferida del electrolizador de presión conforme a la invención, uno
de los dos recintos separados uno de otro es parte integrante de un
circuito de circulación de anolito y el otro de los recintos
separados uno de otro es parte integrante de un circuito de
circulación de catolito. Una ventaja de esta forma de ejecución es
que, mediante una separación de los circuitos de circulación del
anolito y del catolito, se pueden lograr mejores purezas del gas y,
por tanto, un mayor intervalo de regulación de carga.
Según una forma de ejecución especialmente
preferida del electrolizador de presión conforme a la invención, se
ha previsto que los recintos separados uno de otro estén separados
uno de otro por tabiques que se extiendan entre la carcasa y el
recipiente de presión.
Según una forma de ejecución preferida, el
recipiente de presión tiene la forma de un cilindro y el bloque de
celdas de electrólisis está dispuesto en el recipiente de presión
con su eje longitudinal paralelo al eje del cilindro.
Según otra forma de ejecución preferida del
electrolizador de presión conforme a la invención, los tabiques se
extienden paralelos al eje del cilindro entre la carcasa y el
recipiente de presión.
Según una forma de ejecución especialmente
ventajosa del electrolizador de presión conforme a la invención, la
carcasa del bloque de celdas de electrólisis está formada por una
pluralidad de bastidores de las celdas de electrólisis apilados unos
junto a otros.
Según un perfeccionamiento ventajoso de esto, se
ha previsto que cada ánodo tenga un bastidor de celda anódico propio
y cada cátodo un bastidor de celda catódico propio, y que los
bastidores de celda anódicos presenten pasos que establecen una
comunicación de los ánodos con el recinto que es parte integrante
del circuito de circulación del anolito, y los bastidores de celda
catódicos presenten pasos que establecen una comunicación de los
cátodos con el recinto que es parte integrante del circuito de
circulación del
catolito.
catolito.
Según otra ejecución ventajosa, se ha previsto
que el bloque de celdas de electrólisis esté dispuesto con su
dirección longitudinal en posición sustancialmente horizontal, y que
el recinto limitado por la carcasa del bloque de celdas de
electrólisis y el recipiente de presión esté subdividido
verticalmente, en la dirección longitudinal del bloque de celdas de
electrólisis, en los dos recintos separados uno de otro.
Según un perfeccionamiento especialmente
ventajoso de las dos formas de ejecución últimamente citadas, se ha
previsto que los pasos que establecen la comunicación con los ánodos
estén unidos cada uno de ellos en el lado superior y en el lado
inferior de los bastidores de celda anódicos con el recinto de entre
los recintos separados uno de otro que es parte integrante del
circuito de circulación del anolito, y que los pasos que establecen
una comunicación con los cátodos estén unidos cada uno de ellos en
el lado superior y en el lado inferior de los bastidores de celda
catódicos con el otro de los recintos separados uno de otro que es
parte integrante del circuito de circulación del catolito. La
ventaja de esto es que la circulación de la lejía puede producirse
automáticamente por un efecto de elevación de los gases que
ascienden en las celdas y la menor densidad de la mezcla de
lejía/gas en las celdas frente a las columnas de lejía
desgasificadas por fuera del las celdas, sin una bomba de
circulación de lejía adicional. En los dos recintos separados uno de
otro se acumulan en su lado superior los productos gaseosos oxígeno
e hidrógeno.
Según otra ejecución ventajosa del electrolizador
de presión conforme a la invención, se han previsto dentro del
recipiente de presión unos componentes esenciales del sistema de
circulación de lejía, especialmente un separador de gas y/o un
refrigerador de lejía. La ventaja de esto es una estructura
especialmente economizadora de espacio y compacta del electrolizador
de presión.
Según otra ejecución ventajosa, uno de los
tabiques está dispuesto por debajo del bloque de celdas de
electrólisis y forma al mismo tiempo un apoyo mecánico para el
mismo.
Una ejecución especialmente ventajosa del
electrolizador de presión según la invención prevé que los ánodos y
los cátodos estén rodeados por un elemento de junta que discurre a
lo largo de su perímetro y que forma en la zona del ánodo y del
cátodo un cierre lateral de la celda de electrólisis y está
intercalado con efecto de sellado entre los bastidores de las
celdas.
Una forma de ejecución especialmente preferida de
esto prevé que el ánodo y el cátodo de una celda de electrólisis
estén rodeados cada uno por separado en un elemento de junta.
Preferiblemente, los elementos de junta del ánodo
y del cátodo están intercalados conjuntamente con efecto de sellado
entre dos bastidores de celda consecutivos.
Preferiblemente, los elementos de junta forman
también un cierre lateral de la celda de electrólisis en un
diafragma dispuesto entre el ánodo y el cátodo.
Preferiblemente, el diafragma está intercalado
con efecto de sellado entre el elemento de junta del ánodo y el
elemento de junta del cátodo.
Preferiblemente, los elementos de junta están
dispuestos discurriendo en forma de marco en el perímetro del ánodo
y/o del cátodo.
Según una forma de ejecución preferida, se ha
previsto que los elementos de junta estén formados y tendidos en
torno al borde del ánodo y/o del cátodo desde el lado delantero
hasta el lado trasero de los mismos.
Según una forma de ejecución especialmente
preferida de esto, los elementos de junta están provistos de uno o
varios labios de junta que discurren a lo largo del perímetro del
ánodo y del cátodo y que se aplican con efecto de sellado a una
superficie de junta del bastidor de celda anódico y del bastidor de
celda catódico, respectivamente.
Preferiblemente, se ha previsto a este respecto
que los labios de junta sobresalgan en una dirección perpendicular a
la superficie del ánodo y del cátodo, y que la superficies de junta
del bastidor de celda anódico y del bastidor de celda catódico estén
formadas de manera que discurran paralelas a la superficie del ánodo
y del cátodo, respectivamente.
Los elementos de junta están fabricados
preferiblemente con un material elastómero.
Es especialmente ventajoso a este respecto que
los elementos de junta se fabriquen por inyección del material
elastómero alrededor del borde del ánodo o del cátodo.
Según un perfeccionamiento ventajoso del
electrolizador de presión conforme a la invención, dos celdas de
electrólisis contiguas están separadas una de otra por una chapa
bipolar que está rodeada por un elemento de junta que discurre a lo
largo de su perímetro y que forma en la zona de la chapa bipolar un
cierre lateral de la celda de electrólisis y está intercalado con
efecto de sellado entre los bastidores de las celdas de electrólisis
contiguas.
Preferiblemente, el elemento de junta está
dispuesto de manera que discurre en forma de marco en el perímetro
de la chapa bipolar.
Según una forma de ejecución, el elemento de
junta está dispuesto en un lado de la chapa bipolar.
Según otra forma de ejecución, el elemento de
junta está configurado y tendido en torno al borde de la chapa
bipolar desde el lado delantero hasta el lado trasero de la
misma.
Según una forma de ejecución preferida, el
elemento de junta está provisto de uno o varios labios de junta que
discurren a lo largo del perímetro de la chapa bipolar y que se
aplican con efecto de sellado a una superficie de junta del bastidor
de celda anódico y del bastidor de celda catódico o a la propia
chapa bipolar.
Una forma de ejecución preferida de esto prevé
que los labios de junta sobresalgan en una dirección perpendicular a
la superficie de la chapa bipolar y que la superficie de junta del
bastidor de celda anódico y del bastidor de celda catódico esté
construida de manera que discurra paralelamente a la superficie de
la chapa bipolar.
Preferiblemente, el elemento de junta está
fabricado de un material elastómero.
El elemento de junta puede fabricarse por
inyección del material elastómero alrededor del borde de la chapa
bipolar.
Según una ejecución ventajosa, los recintos
separados en el recipiente de presión están unidos uno con otro en
un sitio geodésicamente bajo para hacer posible una compensación de
nivel entre anolito y catolito. La unión se efectúa por medio de una
tubería de unión que discurre por fuera del recipiente de presión.
Como alternativa, los recintos pueden estar unidos dentro del
recipiente de presión por una abertura o una membrana dispuesta en
la separación.
Según una forma de ejecución, el recipiente de
presión consiste, para su aislamiento eléctrico, en un material
eléctricamente no conductor. Como alternativa, los recintos
abarcados por la carcasa del bloque de celdas de electrólisis y el
lado interior del recipiente de presión están compartimentados cada
uno de ellos en cámaras por una bandeja de un material
eléctricamente aislante. La carcasa del bloque de celdas de
electrólisis y/o el recipiente de presión pueden estar provistos
también de un revestimiento o forro eléctricamente aislante.
La separación de gas se efectúa dentro del
recipiente de presión en zonas colocadas geodésicamente por encima
del bloque de celdas de electrólisis. Es ventajoso a este respecto
disponer en las zonas de separación del gas unas ayudas de
coalescencia del gas en forma de géneros tricotados y/o emisores de
ultrasonidos y/o desviadores de flujo.
Según un perfeccionamiento del electrolizador de
presión conforme a la invención, se ha previsto un recipiente de
reserva de agua que está unido con una fuente de agua de
alimentación a través de una tubería de aporte de agua de
alimentación que contiene una válvula de aporte de agua de
alimentación y con una zona inferior de uno de los recintos
separados a través de una tubería de llegada de agua de alimentación
que contiene una válvula de llegada de agua de alimentación, y que
está unido con una zona superior de dicho uno de los recintos
separados a través de una tubería de presurización que contiene una
válvula de presurización, y que puede ser purgado también de aire
hacia el medio ambiente a través de una tubería de ventilación que
contiene una válvula de ventilación, estando llena de uno de los
productos gaseosos la zona superior de dicho uno de los recintos
separados durante el funcionamiento del electrolizador de
presión.
Según una forma de ejecución ventajosa de esto,
se ha previsto que dicho uno de los recintos separados con el que
está unido el recipiente de reserva de agua a través de la tubería
de llegada de agua de alimentación y a través de la tubería de
presurización, sea el otro recinto separado que forma un componente
del circuito de circulación del electrolito.
En cuanto al procedimiento, el problema planteado
se resuelve con un procedimiento de llenado de un electrolizador de
presión de las dos formas de ejecución últimamente citadas con los
pasos de procedimientos siguientes:
- a)
- estando abierta la válvula de ventilación, cerrada la válvula de presurización y cerrada la válvula de llegada de agua de alimentación, llenar sin presión el recipiente de reserva de agua a través de la tubería de aporte de agua de alimentación con válvula de aporte de agua de alimentación abierta,
- b)
- cerrar la válvula de ventilación y la válvula de aporte de agua de alimentación,
- c)
- abrir la válvula de presurización para llevar el recipiente de reserva de agua, a través de la válvula de presurización, a la presión que reina en el recipiente de presión,
- d)
- abrir la válvula de llegada de agua de alimentación para añadir dosificamente agua de alimentación del recipiente de reserva al recipiente de presión,
- e)
- cerrar la válvula de llegada de agua de alimentación.
Preferiblemente, la adición dosificada del agua
de alimentación del recipiente de reserva al recipiente de presión
se efectúa bajo la acción de la fuerza de la gravedad, estando
dispuesto el recipiente de reserva de agua espacialmente por encima
del recipiente de presión.
Sin embargo, como alternativa a esto, la adición
dosificada del agua de alimentación del recipiente de reserva de
agua al recipiente de presión puede efectuarse también por medio de
una bomba de agua de alimentación contenida en la tubería de llegada
de agua de alimentación, cuya bomba puede tener entonces
ventajosamente una pequeña potencia.
Se explican seguidamente ejemplos de ejecución
preferidos de la invención haciendo referencia al dibujo.
Muestran:
la figura 1, una vista en planta esquematizada en
sección de un electrolizador de presión según un ejemplo de
ejecución de la invención;
la figura 2a), una vista lateral en sección del
electrolizador de presión mostrado en la figura 1 para representar
el circuito de circulación de anolito;
la figura 2b), una vista en sección
correspondiente a la figura 2a) para representar el circuito de
circulación del catolito;
la figura 3, una vista en planta y en sección de
una parte del bloque de celdas de electrólisis para explicar los
componentes más importantes de las celdas de electrólisis;
la figura 4, una vista ampliada del detalle de la
figura 1 designado con Z para explicar la conducción del flujo en el
circuito del anolito y en el circuito del catolito;
las figuras 5a) a c), representaciones de detalle
en diferentes relaciones de escala para explicar el sellado de las
celdas de electrólisis en la carcasa del bloque de celdas de
electrólisis; y
la figura 6, una representación esquemática de
bloques que comprende componentes adicionales para llenar el
electrolizador de presión con agua de alimentación.
En la figura 1 un electrolizador de presión
designado en conjunto con el símbolo de referencia 1 comprende un
recipiente de presión 2 en el que está dispuesto un bloque 3 de
celda de electrólisis que consta de una pluralidad de celdas de
electrólisis 4 agrupadas en forma de una pila.
Como muestra con detalle la figura 3, en la que
están representadas dos celdas de electrólisis 4 con sus componentes
esenciales, una celda de electrólisis 4 comprende un ánodo 11 y un
cátodo 12 que están separados uno de otro por un diafragma 13
dispuesto entre ellos. Entre dos celdas de electrólisis contiguas 4
se encuentra una chapa bipolar 14 mediante la cual el recinto del
lado del ánodo de una celda de electrólisis 4 está separado del
recinto del lado del cátodo de la celda de electrólisis contigua 4,
pero al mismo tiempo ambos recintos se mantienen en contacto
eléctrico uno con otro. Respecto de la configuración adicional del
bloque 3 de celdas de electrólisis, se hace referencia, por ejemplo,
al documento DE 197 81 442 C1. En particular, resulta evidente de
este documento el modo en que pueden efectuarse las alimentaciones
de corriente eléctrica al bloque de celdas, el potencial al que
están las placas extremas y el recipiente de presión y el modo en
que se efectúa el aislamiento eléctrico.
Haciendo referencia nuevamente a la figura 1,
puede verse que entre una carcasa 5 únicamente insinuada del bloque
3 de celdas de electrólisis y el recipiente de presión 2 están
formados dos recintos 7, 8 que están separados uno de otro por unos
tabiques 9, 10 que se extienden entre la carcasa 5 y el recipiente
de presión 2. Los dos recintos 7, 8 separados uno de otro son parte
integrante de un sistema de circulación de lejía del electrolizador
de presión, siendo uno de los recintos 7 separados uno de otro parte
integrante de un circuito de circulación de anolito y siendo el otro
de los recintos 8 separados uno de otro parte integrante de un
circuito de circulación de catolito. Como se muestra
esquemáticamente por medio de flechas respectivas en la figura 1,
como productos de reacción del proceso electrolítico que se
desarrolla en el electrolizador de presión se acumulan y retiran
oxígeno del circuito del anolito en el recinto separado 7 e
hidrógeno del circuito del catolito en el recinto separador 8 y cada
uno de ellos se sustituye por una cantidad correspondiente de agua
nueva.
Como se muestra también esquemáticamente en la
figura 1, en los recintos separados 7, 8 están dispuestos, además,
dentro del recipiente de presión 2 unos componentes esenciales del
sistema de circulación de lejía, por ejemplo en forma de
refrigeradores de lejía 19, 20. El recipiente de presión 2 tiene la
forma de un cilindro en el que el bloque 3 de celdas de electrólisis
está dispuesto con su eje longitudinal paralelo al eje del cilindro.
Los tabiques 9, 10 se extienden paralelos al eje del cilindro entre
la carcasa 5 del bloque 3 de celdas de electrólisis y el recipiente
de presión 2.
Como puede verse por el detalle Z de la figura 1
representado ampliado en la figura 4, en unión de la figura 3, la
carcasa 5 del bloque 3 de celdas de electrólisis está formada por
una pluralidad de bastidores 15, 16 de las celdas de electrólisis 4
apilados uno sobre otro. En este caso, contiguo a cada ánodo 11 está
previsto un respectivo bastidor de celda anódico propio 15 y
contiguo a cada cátodo 12 está previsto un respectivo bastidor de
celda catódico propio 16.
Como muestran las figuras 2a) y b), en cada una
de las cuales se ha representado en una vista en sección vertical el
electrolizador de presión 1 mostrado en la figura 1, se han previsto
en los bastidores de celda anódicos 15 unos pasos 17a, b que
establecen una comunicación del lado del ánodo con el recinto 7 que
es parte integrante del circuito de circulación del anolito, véase
la figura 2a, y los bastidores de celda catódicos 16 presentan unos
pasos 18a, b que establecen una comunicación del lado del cátodo con
el recinto 8 que es parte integrante del circuito de circulación del
catolito.
Como puede apreciarse también en las figuras 2a)
y b), el recinto limitado por la carcasa 5 del bloque 3 de celdas de
electrólisis dispuesto horizontalmente con su dirección longitudinal
y el recipiente de presión 2 está subdividido, verticalmente y en la
dirección longitudinal del bloque 3 de celdas de electrólisis, en
los dos recintos 7, 8 separados uno de otro. Los pasos 17a, b que
establecen una comunicación de los ánodos 11 con el circuito de
circulación del anolito, están unidos cada uno de ellos en el lado
superior y en lado inferior, respectivamente, de los bastidores de
celda anódicos 15 con el uno de los recintos 7 separados uno de otro
que es parte integrante del circuito del anolito, y los pasos 18a, b
que establecen una comunicación del lado del cátodo con el circuito
del catolito están unidos cada uno de ellos en el lado superior y en
el lado inferior, respectivamente, de los bastidores de celda
catódicos 16 con el otro de los recintos 8 separados uno de otro que
es parte integrante del circuito del catolito. El recinto en el
recipiente de presión 2 por encima del bloque 3 de celdas de
electrólisis, que está dividido en el centro por el tabique 9, sirve
para la separación de oxígeno en el lado izquierdo del tabique 9,
recinto 7, y para la separación de hidrógeno en el lado derecho del
tabique 9, recinto 8. En el área de separación de gas por encima del
bloque 3 de celdas de electrólisis pueden estar dispuestas ayudas de
coalescencia de gas en forma de géneros de punto hidrófobos,
emisores del ultrasonidos, desviadores de flujo y deflectores. La
circulación de la lejía en ambos lados, es decir, en el circuito del
anolito a través del recinto 7 y en el circuito del catolito a
través del recinto 8, se efectúa cada vez automáticamente por un
efecto de elevación de gas debido a los gases que ascienden en las
celdas de electrólisis 4 y debido a la menor densidad de la mezcla
de lejía y gas en las celdas frente a las columnas de lejía
desgasificadas por fuera de los recintos separados 7, 8. En caso
necesario, puede preverse una bomba de circulación de lejía, pero
ésta no se ha representado. Uno de los tabiques 10 está dispuesto
por debajo del bloque 3 de celdas de electrólisis y forma al mismo
tiempo un apoyo mecánico para el mismo. Por tanto, el recipiente de
presión 2 sirve de armazón de soporte para el bloque 3 de
celdas de electrólisis.
celdas de electrólisis.
Como muestran las figuras 5a) a c) en
representaciones de escala diferente, los ánodos 11 que son
contactados por un respectivo electrodo anódico 11a, y los cátodos
12 que son contactados por un respectivo electrodo catódico 12a,
están rodeados cada uno de ellos por un elemento de junta 21, 22 que
discurre a lo largo de su perímetro y que forma un cierre lateral de
la celda de electrólisis 4 en la zona del ánodo 11 y del cátodo 12,
respectivamente. Los elementos de junta 21, 22 están intercalados
con efecto de sellado entre los bastidores 15, 16 de una celda de
electrólisis 4, es decir, entre el bastidor de celda anódico 15 y el
bastidor de celda catódico 16.
El ánodo 11 y el cátodo 12 de una celda de
electrólisis 4 disponen de sendos elementos de junta separados
propios 21 y 22, y estos elementos de junta 21, 22 están
intercalados conjuntamente con efecto de sellado entre los
bastidores citados 15, 16 de una celda 4, estando intercalado con
efecto de sellado entre los elementos de junta 21, 22 el diafragma
13 que separa el ánodo 11 y el cátodo 12 de una celda de
electrólisis 4 uno de otro. De este modo, los elementos de junta 21,
22 forman también un cierre lateral de la celda de electrólisis 4 en
el diafragma 13. Los elementos de junta 21, 22 están previstos de
manera que discurren en forma de marco en el perímetro del ánodo 11
y del cátodo 12, respectivamente.
Como muestra la representación ampliada en la
figura 5c), los elementos de junta 21, 22 están formados y tendidos
en torno al borde del ánodo 11 y del cátodo 12, respectivamente,
desde el lado delantero hasta el lado trasero de los mismos.
Como muestran las figuras 5b) y c), los elementos
de junta 21, 22 están provistos de varios labios de junta 41, 42 que
discurren a lo largo del perímetro del ánodo 11 y del cátodo 12,
respectivamente, o en dirección paralela al mismo, y que sobresalen
en una dirección perpendicular a la superficie del ánodo 11 y del
cátodo 12 y se aplican con efecto de sellado a una superficie de
junta 45 del bastidor de celda anódico 15 y a una superficie de
junta 46 del bastidor de celda catódico 16, respectivamente, estando
formadas estas superficies de junta 45, 46 de manera que discurren
paralelas a la superficie del ánodo 11 y del cátodo 12,
respectivamente.
Los elementos de junta 21, 22 se han fabricado a
base de un material elastómero y se han formado por inyección de
éste alrededor del borde del ánodo 11 y del cátodo 12,
respectivamente.
Como muestran también las figuras 5a) a c), la
chapa bipolar 14 que separa dos celdas de electrólisis contiguas 4
una de otra está intercalada también con efecto de sellado entre los
bastidores 15, 16 de dos celdas de electrólisis contiguas 4, es
decir, entre el bastidor de celda anódico 15 de una celda de
electrólisis 4 y el bastidor de celda catódico 16 de la celda de
electrólisis contigua 4.
La chapa bipolar 14 está rodeada por un elemento
de junta 24 que discurre en forma de marco a lo largo de su
perímetro, que forma en la zona de la chapa bipolar 14 un cierre
lateral de la celda de electrólisis 4 y que está intercalado con
efecto de sellado entre los bastidores 15, 16 de las celdas de
electrólisis contiguas 4.
Como muestra la representación ampliada en la
figura 5c), el elemento de junta 24 está dispuesto en un lado de la
chapa bipolar 14 y está provisto de varios labios de junta 44 que
discurren a lo largo del perímetro de la chapa bipolar 14, o
paralelamente a éste, y que se aplican con efecto de sellado a la
propia chapa bipolar 14. Los labios de junta 44 sobresalen en una
dirección perpendicular a la superficie de la chapa bipolar 14. Los
bastidores de celda 15, 16 entre los cuales está intercalada con
efecto de sellado la chapa bipolar 14 junto con su elemento de junta
24 disponen de respectivas superficies de junta 47, 48 que están
formadas de manera que discurren paralelas a la superficie de la
chapa bipolar 14 y a las que se aplican con efecto de sellado el
elemento de junta 24 y la chapa bipolar 14, respectivamente. El
elemento de junta 24 se ha fabricado a base de un material
elastómero.
Pasando ahora a la figura 6, se describirá una
disposición ventajosa para llenar el electrolizador de presión 1 con
agua de alimentación y un procedimiento correspondiente. Está
previsto un recipiente de reserva de agua 31 que está unido con una
fuente de agua de alimentación a través de una tubería de aporte de
agua de alimentación 32 que contiene una válvula de aporte de agua
de alimentación 33 y con una zona inferior del recinto separado 8 a
través de una tubería de llegada de agua de alimentación 34 que
contiene una válvula de llegada de agua de alimentación 35, y que,
además, está unido con una zona superior del recinto separado 8 a
través de una tubería de presurización 36 que contiene una válvula
de presurización 37. Asimismo, el recipiente de reserva de agua 31
puede ser purgado de aire hacia el medio ambiente a través de una
tubería de ventilación 38 que contiene una válvula de ventilación
39. La zona superior del recinto separado 8 con la que está unida la
tubería de presurización 36 está llena de hidrógeno sometido a
presión, como gas producto, durante el funcionamiento del
electrolizador de presión 1. El procedimiento para llenar el
electrolizador de presión 1 comprende los pasos siguientes:
- a)
- En primer lugar, se efectúa un llenado sin presión del recipiente de reserva de agua 31 a través de la tubería de aporte de agua de alimentación 32 con válvula de aporte de agua de alimentación 33 abierta mientras está abierta la válvula de ventilación 39, cerrada la válvula de presurización 37 y cerrada la válvula de llegada de agua de alimentación 35.
- b)
- Se cierran entonces la válvula de ventilación 39 y la válvula de aporte de agua de alimentación 33.
- c)
- Se efectúa seguidamente una apertura de la válvula de presurización 37 para llevar el recipiente de reserva de agua 31, a través de la tubería de presurización 36, a la presión que reina en el recipiente de presión 2.
- d)
- Finalmente, se abre la válvula de llegada de agua de alimentación 35 para añadir dosificadamente agua de alimentación del recipiente de reserva de agua 31 al recipiente de presión 2.
- e)
- Con el cierre de la válvula de llegada de agua de alimentación 35 queda concluido entonces el proceso de llenado.
La adición dosificada del agua de alimentación
del recipiente de reserva de agua 31 al recipiente de presión 2
puede efectuarse bajo la acción de la fuerza de la gravedad, estando
dispuesto el recipiente de reserva de agua 31 espacialmente por
encima del recipiente de presión 2. Sin embargo, como alternativa,
la adición dosificada del agua de alimentación del recipiente de
reserva de agua 31 al recipiente de presión 2 puede efectuarse
también por medio de una bomba de agua de alimentación contenida en
la tubería de llegada de agua de alimentación 34.
En funcionamiento, se ajustan concentraciones de
lejía diferentes en el lado del anolito y del catolito, lo que
provoca una acumulación de presión osmótica, con nivel de lejía
creciente en el lado del cátodo. La diferencia de concentración
viene condicionada por un exceso de iones hidroxilo en el lado del
cátodo, a consecuencia del cual pasa agua del lado del ánodo al lado
del cátodo. En principio, es ciertamente posible una compensación de
concentración entre catolito y anolito a través de los diafragmas de
las celdas. Sin embargo, debido a la porosidad limitada de los
diafragmas de las celdas no se proporciona en general una
compensación completa. Por este motivo, puede estar previsto
producir la compensación de concentración mediante un aporte
adicional de agua de alimentación al catolito. La compensación puede
tener lugar a través de un taladro o una membrana del tabique 9, 10
en la base del bloque de celdas de electrólisis o a través de una
tubería de unión que esté situada en el lado exterior del recipiente
de presión 2 y que una el recinto del anolito y el del catolito.
Para regular el flujo puede estar prevista una válvula regulable en
la tubería de unión. La tubería de unión ha de preverse
preferiblemente en un sitio situado geodésicamente en una posición
baja para impedir que se intercambie agua de alimentación cargada de
gas.
En el caso de un aislamiento insuficiente de las
partes conductoras de corriente eléctrica del electrolizador, se
pueden presentar corrientes de derivación no deseadas, lo que ha de
evitarse. Para el aislamiento eléctrico, el interior del recipiente
de presión 2 puede estar provisto de un forro no conductor, por
ejemplo un revestimiento, o bien el propio recipiente de presión 2
puede estar fabricado con un material no conductor. Los bastidores
de celda anódicos y catódicos pueden ser aislados también
eléctricamente con respecto al interior del recipiente de presión 2.
El aislamiento puede consistir entonces en un material que proteja
al mismo tiempo los bastidores de las celdas contra el ataque de la
lejía. El aislamiento puede consistir, además, en bandejas aislantes
que formen cámaras para el anolito y el catolito y que, por
consiguiente, encierren los recintos abarcados por el lado exterior
del bloque de celdas de electrólisis y el lado interior del
recipiente de presión 2.
\dotable{\tabskip\tabcolsep#\hfil\+#\hfil\tabskip0ptplus1fil\dddarstrut\cr}{
1 \+ Electrolizador de presión\cr 2 \+ Recipiente de presión\cr 3
\+ Bloque de celdas de electrólisis\cr 4 \+ Celdas de
electrólisis\cr 5 \+ Carcasa\cr 7 \+ Recinto para circulación de
anolito\cr 8 \+ Recinto para circulación de catolito\cr 9 \+
Tabique\cr 10 \+ Tabique\cr 11 \+ Ánodo\cr 11a \+ Electrodo
anódico\cr 12 \+ Cátodo\cr 12a \+ Electrodo catódico\cr 13 \+
Diafragma\cr 14 \+ Chapa bipolar\cr 15 \+ Bastidor de celda
anódico\cr 16 \+ Bastidor de celda catódico\cr 17a, b \+ Paso\cr
18a, b \+ Paso\cr 19 \+ Refrigerador de la lejía\cr 20 \+
Refrigerador de la lejía\cr 21 \+ Elemento de junta\cr 22 \+
Elemento de junta\cr 24 \+ Elemento de junta\cr 30 \+ Sistema de
aporte de agua de alimentación\cr 31 \+ Recipiente de reserva de
agua\cr 32 \+ Tubería de aporte de agua de alimentación\cr 33 \+
Válvula de aporte de agua de alimentación\cr 34 \+ Tubería de
llegada de agua de alimentación\cr 35 \+ Válvula de llegada de agua
de alimentación\cr 36 \+ Tubería de presurización\cr 37 \+ Válvula
de presurización\cr 38 \+ Tubería de ventilación\cr 39 \+ Válvula
de ventilación\cr 41 \+ Labios de junta\cr 41 \+ Labios de
junta\cr 44 \+ Labios de junta\cr 45 \+ Superficie de junta\cr 46
\+ Superficie de junta\cr 47 \+ Superficie de junta\cr 48 \+
Superficie de
junta\cr}
Claims (42)
1. Electrolizador de presión con un recipiente de
presión (2) y un bloque (3) de celdas de electrólisis que contiene
una pluralidad de celdas de electrólisis (4) agrupadas en forma de
una pila y que está dispuesto en el recipiente de presión (2),
conteniendo las celdas de electrólisis (4) respectivos ánodos (11) y
cátodos (12) y estando previsto un sistema de circulación de lejía
para alimentar un anolito a los ánodos (11) y para alimentar un
catolito a los cátodos (12), y comprendiendo el bloque (3) de celdas
de electrólisis una carcasa (5) que sella contra el interior del
recipiente de presión (2), formando la carcasa (5) del bloque (3) de
celdas de electrólisis junto con el recipiente de presión (2) al
menos dos recintos (7, 8) que son parte integrante del sistema de
circulación de lejía y que están limitados por la carcasa (5) con
respecto a las celdas de electrólisis (4) y por el recipiente de
presión (2) con respecto al medio ambiente, caracterizado
porque los recintos (7, 8) están separados uno de otro y porque uno
de los recintos (7) separados uno de otro es parte integrante de un
circuito de circulación de anolito y porque otro de los recintos (8)
separados uno de otro es parte integrante de un circuito de
circulación de catolito.
2. Electrolizador de presión según la
reivindicación 1, caracterizado porque los recintos (7, 8)
separados uno de otro están separados uno de otro por tabiques (9,
10) que se extienden entre la carcasa (5) y el recipiente de presión
(2).
3. Electrolizador de presión según la
reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque el recipiente de
presión (2) tiene la forma de un cilindro y porque el bloque (3) de
celdas de electrólisis está dispuesto en el recipiente de presión
(2) con su eje longitudinal paralelo al eje del cilindro.
4. Electrolizador de presión según la
reivindicación 3, caracterizado porque los tabiques (9, 10)
se extienden paralelos al eje del cilindro entre la carcasa (5) y el
recipiente de presión (2).
5. Electrolizador de presión según una de las
reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque la carcasa (5)
del bloque (3) de celdas de electrólisis está formada por una
pluralidad de bastidores (15, 16) de las celdas de electrólisis (4)
apilados uno sobre
otro.
otro.
6. Electrolizador de presión según la
reivindicación 5, caracterizado porque cada ánodo (11) tiene
un respectivo bastidor de celda anódico propio (15) y cada cátodo
(12) tiene un respectivo bastidor de celda catódico propio (16), y
porque los bastidores de celda anódicos (15) presentan pasos (17a,
b) que establecen una comunicación de los ánodos (11) con el recinto
(7) que es parte integrante del circuito de circulación de anolito,
y los bastidores de celda catódicos (16) presentan pasos (18a, b)
que establecen una comunicación de los cátodos (12) con el recinto
(8) que es parte integrante del circuito de circulación del
catolito.
7. Electrolizador de presión según una de las
reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque el bloque (3) de
celdas de electrólisis está dispuesto con su dirección longitudinal
en posición sustancialmente horizontal y porque el recinto limitado
por la carcasa (5) del bloque (3) de celdas de electrólisis y el
recipiente de presión (2) está subdividido verticalmente, en la
dirección longitudinal del bloque (3) de celdas de electrólisis, en
los dos recintos (7, 8) separados uno de otro.
8. Electrolizador de presión según las
reivindicaciones 6 y 7, caracterizado porque los pasos (17a,
b) que establecen una comunicación con los ánodos (11) están
respectivamente unidos en el lado superior y en el lado inferior de
los bastidores de celda anódicos (15) con uno de los recintos (7)
separados uno de otro que es parte integrante del circuito de
circulación del anolito, y porque los pasos (18a, b) que establecen
una comunicación con los cátodos (12) están respectivamente unidos
en el lado superior y en el lado inferior de los bastidores de celda
catódicos (16) con el otro de los recintos (8) separados uno de otro
que es parte integrante del circuito de circulación del
catolito.
9. Electrolizador de presión según una de las
reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque dentro del
recipiente de presión (2) están previstos componentes esenciales del
sistema de circulación de la lejía, especialmente separadores de gas
y/o refrigeradores de lejía (19, 20).
10. Electrolizador de presión según la
reivindicación 7, 8 ó 9, caracterizado porque uno de los
tabiques (10) está dispuesto por debajo del bloque (3) de celdas de
electrólisis y forma al mismo tiempo un apoyo mecánico para el
mismo.
11. Electrolizador de presión según una de las
reivindicaciones 5 a 10, caracterizado porque los ánodos (11)
y los cátodos (12) están rodeados por un elemento de junta (21, 22)
que discurre a lo largo de su perímetro, que forma un cierre lateral
de la celda de electrólisis (4) en la zona del ánodo (11) y del
cátodo (12), respectivamente, y que está intercalado con efecto de
sellado entre los bastidores de celda (15, 16).
12. Electrolizador de presión según la
reivindicación 11, caracterizado porque el ánodo (11) y el
cátodo (12) de una celda de electrólisis (4) están respectivamente
rodeados en forma separada por un elemento de junta (21 y 22).
13. Electrolizador de presión según la
reivindicación 12, caracterizado porque los elementos de
junta (21, 22) del ánodo (11) y del cátodo (12), respectivamente,
están intercalados conjuntamente con efecto de sellado entre dos
bastidores de celda consecutivos (15, 16).
14. Electrolizador de presión según la
reivindicación 11, 12 ó 13, caracterizado porque los
elementos de junta (21, 22) forman también un cierre lateral de la
celda de electrólisis (4) en un diafragma (13) dispuesto entre el
ánodo (11) y el cátodo (12).
15. Electrolizador de presión según la
reivindicación 12, 13 ó 14, caracterizado porque el diafragma
(13) está intercalado con efecto de sellado entre el elemento de
junta (21) del ánodo (11) y el elemento de junta (22) del cátodo
(12).
16. Electrolizador de presión según una de las
reivindicaciones 11 a 15, caracterizado porque los elementos
de junta (21, 22) están dispuestos discurriendo en forma de marco en
el perímetro del ánodo (11) y/o del cátodo (12).
17. Electrolizador de presión según una de las
reivindicaciones 11 a 16, caracterizado porque los elementos
de junta (21, 22) están configurados y tendidos en torno al borde
del ánodo (11) y/o del cátodo (12) desde el lado delantero hasta el
lado trasero de los mismos.
18. Electrolizador de presión según la
reivindicación 17, caracterizado porque los elementos de
junta (21, 22) están provistos de uno o varios labios de junta (41,
42) que discurren a lo largo del perímetro del ánodo (11) y del
cátodo (12), respectivamente, y que se aplican con efecto de sellado
a una superficie de junta (45, 46) del bastidor de celda anódico
(15) y del bastidor de celda catódico (16), respectivamente.
19. Electrolizador de presión según la
reivindicación 18, caracterizado porque los labios de junta
(41, 42) sobresalen en una dirección perpendicular a la superficie
del ánodo (11) y del cátodo (12), respectivamente, y porque las
superficies de junta (45, 46) del bastidor de celda anódico (15) y
del bastidor de celda catódico (16) están configuradas de manera que
discurren paralelas a la superficie del ánodo (11) y del cátodo
(12), respectivamente.
20. Electrolizador de presión según una de las
reivindicaciones 16 a 19, caracterizado porque los elementos
de junta (21, 22) se han fabricado de un material elastómero.
21. Electrolizador de presión según la
reivindicación 20, caracterizado porque los elementos de
junta (21, 22) se han fabricado por inyección del material
elastómero alrededor del borde del ánodo (11) y del cátodo (12),
respectivamente.
22. Electrolizador de presión según una de las
reivindicaciones 5 a 21, caracterizado porque dos celdas de
electrólisis contiguas (4) están separadas una de otra por una chapa
bipolar (14) que está rodeada por un elemento de junta (24) que
discurre a lo largo de su perímetro, que forma un cierre lateral de
la celda de electrólisis (4) en la zona de la chapa bipolar (14) y
que está intercalado con efecto de sellado entre los bastidores (15,
16) de las celdas de electrólisis contiguas (4).
23. Electrolizador de presión según la
reivindicación 22, caracterizado porque el elemento de junta
(24) está dispuesto discurriendo en forma de marco en el perímetro
de la chapa bipolar (14).
24. Electrolizador de presión según la
reivindicación 22 ó 23, caracterizado porque el elemento de
junta (24) está dispuesto en un lado de la chapa bipolar (14).
25. Electrolizador de presión según la
reivindicación 22 ó 23, caracterizado porque el elemento de
junta (24) está formado y tendido en torno al borde de la chapa
bipolar (14) desde el lado delantero hasta el lado trasero de la
misma.
26. Electrolizador de presión según una de las
reivindicaciones 22 a 25, caracterizado porque el elemento de
junta (24) está provisto de uno o varios labios de sellado (44) que
discurren a lo largo del perímetro de la chapa bipolar (14) y que se
aplican con efecto de sellado a una superficie de junta (47) del
bastidor de celda anódico (15) o del bastidor de celda catódico (16)
o a la propia chapa bipolar (14).
27. Electrolizador de presión según la
reivindicación 26, caracterizado porque los labios de junta
(44) sobresalen en una dirección perpendicular a la superficie de la
chapa bipolar (14) y porque la superficie de junta (46, 47) del
bastidor de celda anódico (15) y del bastidor de celda catódico
(16), respectivamente, está formada de manera que discurre paralela
a la superficie de la chapa bipolar (14).
28. Electrolizador de presión según una de las
reivindicaciones 23 a 27, caracterizado porque el elemento de
junta (24) se ha fabricado con un material elastómero.
29. Electrolizador de presión según la
reivindicación 28, caracterizado porque el elemento de junta
(24) se ha fabricado por inyección del material elastómero alrededor
del borde de la chapa bipolar (14).
30. Electrolizador de presión según una de las
reivindicaciones 1 a 29, caracterizado porque los recintos
(7, 8) del recipiente de presión (2) están unidos uno con otro en un
sitio geodésicamente bajo para hacer posible una compensación de
nivel entre anolito y catolito.
31. Electrolizador de presión según la
reivindicación 30, caracterizado porque los recintos (7, 8)
están unidos por una tubería de unión que discurre por fuera del
recipiente de presión (2).
32. Electrolizador de presión según la
reivindicación 30, caracterizado porque los recintos (7, 8)
están unidos uno con otro en un sitio colocado en una posición
geodésicamente baja dentro del recipiente de presión (2) a través de
una abertura o una membrana presente en la separación.
33. Electrolizador de presión según una de las
reivindicaciones 1 a 32, caracterizado porque el recipiente
de presión (2) consiste en un material eléctricamente no
conductor.
34. Electrolizador de presión según una de las
reivindicaciones 1 a 32, caracterizado porque los recintos
(7, 8) abarcados por la carcasa (5) del bloque (3) de celdas de
electrólisis y el lado interior del recipiente de presión (2) están
respectivamente compartimentados en cámaras por una bandeja de un
material eléctricamente aislante.
35. Electrolizador de presión según una de las
reivindicaciones 1 a 32, caracterizado porque la carcasa (5)
del bloque (3) de celdas de electrólisis, en el lado vuelto hacia
los recintos (7, 8), y/o el recipiente de presión (2), en su lado
interior, están provistos de un revestimiento o forro eléctricamente
aislante.
36. Electrolizador de presión según la
reivindicación 9, caracterizado porque la separación de gas
hacia dentro del recinto (7) y del recinto (8) se efectúa
sustancialmente en zonas geodésicamente situadas por encima del
bloque (3) de celdas de electrólisis.
37. Electrolizador de presión según la
reivindicación 36, caracterizado porque en las zonas de
separación de gas están dispuestas unas ayudas de coalescencia de
gas en forma de tejidos de punto y/o emisores de ultrasonidos y/o
desviadores de flujo.
38. Electrolizador de presión según una de las
reivindicaciones 1 a 37, caracterizado porque está previsto
un recipiente de reserva de agua (31) que está unido con una fuente
de agua de alimentación a través de una tubería de aporte de agua de
alimentación (32) que contiene una válvula de aporte de agua de
alimentación (33) y con una zona inferior de uno de los recintos
separados (7, 8) a través de una tubería de llegada de agua de
alimentación (34) que contiene una válvula de llegada de agua de
alimentación (35), y que está unido con una zona superior de dicho
un recinto de los recintos separados (7, 8) a través de una tubería
de presurización (36) que contiene una válvula de presurización
(37), y que puede ser también purgado de aire hacia el medio
ambiente a través de una tubería de ventilación (38) que contiene
una válvula de ventilación (39), estando llena de uno de los gases
producto la zona superior de dicho un recinto de los recintos
separados (7, 8) durante el funcionamiento del electrolizador de
presión.
39. Electrolizador de presión según la
reivindicación 38, caracterizado porque el recinto de los
recintos separados con el que está unido el depósito de reserva de
agua (31) a través de la tubería de llegada de agua de alimentación
(34) y a través de la tubería de presurización (36) es el otro
recinto separado (8) que forma un componente del circuito de
circulación del catolito.
40. Procedimiento para llenar un electrolizador
de presión según la reivindicación 38 ó 39, caracterizado por
los pasos siguientes:
- a)
- estando abierta la válvula de ventilación (39), cerrada la válvula de presurización (37) y cerrada la válvula de llegada de agua de alimentación (35), llenar sin presión el recipiente de reserva de agua (31) a través de la tubería de aporte de agua de alimentación (32) con válvula de aporte de agua de alimentación (33) abierta,
- b)
- cerrar la válvula de ventilación (39) y la válvula de aporte de agua de alimentación (33),
- c)
- abrir la válvula de presurización (37) para llevar el recipiente de reserva de agua (31), a través de la tubería de presurización (36), a la presión que reina en el recipiente de presión (2),
- d)
- abrir la válvula de llegada de agua de alimentación (35) para añadir dosificadamente agua de alimentación del recipiente de reserva de agua (31) al recipiente de presión (2),
- e)
- cerrar la válvula de llegada de agua de alimentación (35).
41. Procedimiento según la reivindicación 40,
caracterizado porque la adicción dosificada del agua de
alimentación del recipiente de reserva de agua (31) al recipiente de
presión (2) se efectúa bajo la acción de la fuerza de la gravedad,
estando dispuesto el recipiente de reserva de agua (31)
espacialmente por encima del recipiente de presión (2).
42. Procedimiento según la reivindicación 40,
caracterizado porque la adición dosificada del agua de
alimentación del recipiente de reserva de agua (31) al recipiente de
presión (2) se efectúa por medio de una bomba de agua de
alimentación contenida en la tubería de llegada de agua de
alimentación (34).
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