RU2091508C1 - Method of producing oxygen-hydrogen mixture - Google Patents

Abstract

FIELD: water electrolysis. SUBSTANCE: process is carried out in electrolyzer including replenishing vessel and hermetic casing enclosing electrode plates and two electrolyte circulation circuits, one of them connecting replenishing vessel and hermetic casing. This circuit is provided with heat-discharge system connected by pipelines with casing thereby forming the first circuit. The second one is connected to pipelines of the first circuit. EFFECT: improved design. 1 dwg

Description

Изобретение относится к генерированию горючих газов, используемых для сварки, резки и пайки в производственных условиях, а также в лабораторной практике. The invention relates to the generation of combustible gases used for welding, cutting and soldering under industrial conditions, as well as in laboratory practice.

Известно устройство электролизера для сварки и пайки водяным газом, в котором горючая смесь получается при пропускании электрического тока через ряд последовательно соединенных между собой ячеек-электродов, образованных пластинчатыми электродами, в промежутках между которыми находится электролит, представляющий собой раствор щелочи (Сварка и пайка водяным паром. Тенденции научно-технического прогресса. 1987, N 1, с. 12-13). A device is known for electrolysis for welding and soldering with water gas, in which a combustible mixture is obtained by passing an electric current through a series of interconnected cells-electrodes formed by plate electrodes, between which there is an electrolyte representing an alkali solution (Welding and soldering with water vapor Trends in scientific and technological progress. 1987, N 1, pp. 12-13).

Недостатком указанного электролизера является его низкая надежность, а также перегрев электролита во время работы, приводящий к повышенному содержанию паров щелочи в выходящие из электролизера горючей газовой смеси. The disadvantage of this electrolyzer is its low reliability, as well as overheating of the electrolyte during operation, leading to an increased content of alkali vapor in the combustible gas mixture leaving the cell.

Целью изобретения является повышение надежности электролизера и уменьшение выноса электролита газовой смесью. The aim of the invention is to increase the reliability of the cell and reduce the removal of electrolyte by the gas mixture.

Указанная цель достигается за счет изготовления электролизера в виде герметичной емкости с установленными в нее электродами, фиксированными между собой зазорами, обеспечивающими электроизоляционным материалом, и в одной или нескольких верхних и нижних точках соединенной с системой теплосброса секциями трубопроводов переменного сечения, причем в опускной части верхние и в подъемной части нижние секции трубопроводов соединены с подпитывающей емкостью так, что концы нижних трубопроводов погружены в электролит, а верхние выведены в пространство газовой смеси над электролитом. This goal is achieved through the manufacture of an electrolytic cell in the form of a sealed container with electrodes installed in it, gaps fixed to each other, providing electrical insulation material, and at one or more upper and lower points connected to the heat-discharge system by sections of pipelines of variable cross-section, with upper and in the lifting part, the lower sections of the pipelines are connected to the feed tank so that the ends of the lower pipelines are immersed in the electrolyte, and the upper ones are brought into the space of the gas mixture over the electrolyte.

Существенным отличием изобретения от известного устройства является выполнение электролизера в виде герметичной емкости с помещенным в нее пакетом пластин-электродов, собранным с фиксированным электроизоляционным материалом зазором, в одной или нескольких верхних и нижних точках соединенной с системой теплосброса секциями трубопроводов переменного сечения, причем в подъемной части нижние секции соединены с подпитывающей емкостью трубопроводами так, что их концы погружены в электролит, а верхние секции в опускной части трубопровода выведены в пространство газовой смеси над электролитом. A significant difference between the invention and the known device is the design of an electrolytic cell in the form of a sealed container with a package of electrode plates placed in it, a gap assembled with a fixed electrical insulating material, at one or more upper and lower points connected to the heat transfer system by sections of pipelines of variable cross-section, and in the lifting part the lower sections are connected to the feed tank by pipelines so that their ends are immersed in the electrolyte, and the upper sections in the lower part of the pipeline withdrawn gaseous mixture into the space above the electrolyte.

Всеми перечисленными признаками заявленное устройство электролизера существенно отличается от известного, а наличие у него совокупности указанных отличительных признаков обеспечивает достижение поставленной цели. All of the above features, the claimed electrolyzer device is significantly different from the known, and the presence of a combination of these distinctive features ensures the achievement of the goal.

Использование совокупности узлов и деталей с указанной функциональной связью неизвестно. The use of a combination of nodes and parts with the specified functional relationship is unknown.

На чертеже представлена схема устройства для получения кислородно-водородной смеси. Герметичная емкость 9, в которую помещены пластины-электроды 6, подключенные к источнику питания 7 и установленные с зазором, фиксированным изолирующим материалом 5, который проложен между электродами в виде шайб или отдельных полосок в нескольких точках его поверхности. С помощью секций трубопроводов переменного сечения 4 и 11 герметичная емкость соединена с системой охлаждения 8, снабженной радиаторными пластинами. Причем секции трубопроводов присоединены, в свою очередь, к подпитывающей емкости 3 трубопроводами газожидкостной смеси 4 и подпитывающим 10. Для предотвращения попадания электролита в выходной штуцер установлен фильтр 1. The drawing shows a diagram of a device for producing an oxygen-hydrogen mixture. A sealed container 9, in which are placed the plate-electrodes 6 connected to a power source 7 and installed with a gap fixed by an insulating material 5, which is laid between the electrodes in the form of washers or individual strips at several points on its surface. Using sections of pipelines of variable sections 4 and 11, the sealed container is connected to the cooling system 8, equipped with radiator plates. Moreover, the sections of the pipelines are connected, in turn, to the feed tank 3 by the pipelines of the gas-liquid mixture 4 and the feed 10. To prevent the ingress of electrolyte into the outlet, filter 1 is installed.

Устройство электролизера для получения кислородно-электродной смеси работает следующим образом. The electrolytic device for producing an oxygen-electrode mixture works as follows.

При заправке электролита в подпитывающую емкость 3 он через трубопровод 10 заполняет герметичную емкость. Подача напряжения от источника питания 7 на пластины-электроды 6 служит началом электролиза. Пузырьки выделяющихся кислорода и водорода, захватывая нагретые в межэлектродных промежутках объемы электролита, попадают в верхнюю секцию трубопровода 4. Последняя, также как и нижняя секции трубопровода 11, имеют переменные поперечные сечения, большие размеры которых находятся перед развилками трубопроводов 2 и 10 по ходу циркуляции электролита. Изменение размеров поперечных сечений верхней и нижней секций трубопроводов вызвано необходимостью выравнивания аэрогидродинамических сопротивлений участков секций 4 и 11, трубопроводов 2 и 10, системы охлаждения 7. Верхняя секция трубопровода 10 присоединена к подпитывающей емкости 3 трубопроводом газожидкостной смеси 2 в опускной части. Выталкиваемая за счет меньшей плотности газожидкостная смесь, проходя наивысшую точку секции трубопровода, частично сепарируется, попадает в трубопровод 2 и далее полностью сепарируется в подпитывающей емкости 3, проходя через заполненный газовой смесью объем над уровнем электролита. Для предотвращения попадания капель электролита в выходной штуцер на нем установлен фильтр 1 для отделения электролита. Нагретый электролит после частичной сепарации поступает в систему охлаждения 8. Вместо выброшенных газовой смесью в трубопровод 2 объемов нагретого в межэлектродных промежутках электролита происходит подсасывание холодного электролита из подпитывающей емкости и системы охлаждения 8. When filling the electrolyte into the feed tank 3, it fills the sealed container through the pipeline 10. The voltage supply from the power source 7 to the plate-electrodes 6 serves as the beginning of electrolysis. Bubbles of released oxygen and hydrogen, capturing the volumes of electrolyte heated in the interelectrode spaces, fall into the upper section of the pipeline 4. The latter, as well as the lower sections of the pipeline 11, have variable cross sections, large sizes of which are in front of the forks of pipelines 2 and 10 along the electrolyte circulation . The change in cross-sectional dimensions of the upper and lower sections of pipelines is caused by the need to equalize the aero-hydrodynamic resistance of sections 4 and 11, pipelines 2 and 10, cooling system 7. The upper section of pipeline 10 is connected to the feed tank 3 by the pipeline of gas-liquid mixture 2 in the lower part. The gas-liquid mixture pushed out due to the lower density, passing through the highest point of the pipeline section, partially separates, enters the pipeline 2 and then completely separates in the feed tank 3, passing through the volume filled with the gas mixture above the electrolyte level. To prevent droplets of electrolyte from entering the outlet, a filter 1 is installed on it to separate the electrolyte. The heated electrolyte after partial separation enters the cooling system 8. Instead of 2 volumes of the electrolyte heated in the electrode gap released by the gas mixture into the pipeline, the cold electrolyte is sucked from the feed tank and cooling system 8.

Повышение надежности предложенного устройства электролизера для получения кислородно-водородной смеси происходит из-за полного погружения в электролит собранного пакета пластин-электродов, заключенных внутри герметичной емкости, в отличие от известного способа, где пластины-электроды стянуты через электроизоляционные прокладки шпильками и пространства между электродами не полностью заполнены электролитом, а с увеличением числа электродов и временем работы герметичность такого соединения трудно обеспечить. Improving the reliability of the proposed electrolytic device for producing an oxygen-hydrogen mixture occurs due to the complete immersion in the electrolyte of the assembled package of plate electrodes enclosed inside a sealed container, in contrast to the known method where the plate electrodes are pulled through the insulating spacers with studs and the spaces between the electrodes are not completely filled with electrolyte, and with an increase in the number of electrodes and operating time, the tightness of such a compound is difficult to ensure.

Кроме того, в известном способе устройство при уменьшении расстояния между электродами и их толщины резко повышается температура электролита. В предложенном устройстве скорость циркуляции электролита как внутри герметичной емкости, так и через систему охлаждения и подпитывающую емкость растет с уменьшением расстояния между электродами, обеспечивая тем самым поддержание рабочей температуры электролита на минимальном уровне, что приводит в конечном итоге к снижению содержания электролита в горючей смеси, то есть достижению поставленной цели. In addition, in the known method, the device when the distance between the electrodes and their thickness decreases, the electrolyte temperature rises sharply. In the proposed device, the rate of circulation of the electrolyte both inside the sealed container and through the cooling system and the feed tank increases with decreasing distance between the electrodes, thereby maintaining the working temperature of the electrolyte at a minimum level, which ultimately leads to a decrease in the electrolyte content in the combustible mixture, that is, achieving the goal.

Пример. Результаты экспериментального испытания известной конструкции электролизера показали, что в 10-элементном электролизере при толщине пластин-электродов 0,6•10^-3 м, зазоре между ними 4•10^-3 м и токе 10 А температура электролита в центральной части ячеек электролизера достигала 72^oC, производительность составила 50 л/ч а содержание щелочи в газовой смеси было 29%
Электролизер предложенной конструкции был выполнен как герметичная емкость в виде прямоугольного параллелепипеда объемом 0,2 л с 10-ю электродами толщиной 0,4•10^-3 м и зазором между ними 1,5•10^-3 м. При токе 10 А температура электролита в межэлектродных промежутках составила 31^oC, производительность оказалась 50 л/ч, а концентрация щелочи в газовой смеси была 6%
Следует отметить, что электролит в известной конструкции электролизера представлял собой 25%-ный раствор щелочи, тогда как в предложенном устройстве используется 10% -ный раствор. Уменьшение концентрации электролита в предложенной конструкции осуществлено за счет уменьшения расстояния между электродами, чего нельзя допустить в известном устройстве из-за чрезмерного нагрева электролита в центральной части электродов.Example. The results of an experimental test of the known design of the electrolyzer showed that in the 10-cell electrolyzer with a thickness of the electrode plates of 0.6 • 10 ^-3 m, the gap between them was 4 • 10 ^-3 m and a current of 10 A, the temperature of the electrolyte in the central part of the cells reached 72 ^o C, productivity was 50 l / h and the alkali content in the gas mixture was 29%
The electrolyzer of the proposed design was made as a sealed container in the form of a rectangular parallelepiped with a volume of 0.2 l with 10 electrodes with a thickness of 0.4 • 10 ^-3 m and a gap between them of 1.5 • 10 ^-3 m. At a current of 10 A, the electrolyte temperature in the interelectrode spaces was 31 ^o C, the productivity was 50 l / h, and the concentration of alkali in the gas mixture was 6%
It should be noted that the electrolyte in the known design of the electrolyzer was a 25% solution of alkali, while in the proposed device uses a 10% solution. The decrease in the concentration of electrolyte in the proposed design is carried out by reducing the distance between the electrodes, which cannot be allowed in the known device due to excessive heating of the electrolyte in the central part of the electrodes.

Claims (1)

Электролизер для получения смеси кислорода и водорода, включающий герметичный корпус, в котором размещены пластинчатые электроды, разделенные электроизоляционными прокладками, и циркуляционный контур, соединяющий трубопроводами верхнюю и нижнюю части корпуса электролизера с подпитывающей емкостью, отличающийся тем, что электролизер снабжен системой теплосброса, соединенной трубопроводами с циркуляционным контуром у верхней и нижней частях корпуса. An electrolytic cell for producing a mixture of oxygen and hydrogen, including a sealed housing in which plate electrodes are placed, separated by electrical insulating gaskets, and a circulation circuit connecting the upper and lower parts of the electrolytic cell body with a feed tank, characterized in that the electrolyzer is equipped with a heat-discharge system connected by pipelines with circulation circuit at the upper and lower parts of the housing.