Электролизер

Предлагаемое устройство относится к электролизерам воды, которые позволяют производить водород и кислород для энергетики, химической, пищевой, стекольной промышленности и ряда других областей применения. 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. 2 илл.

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

Электролизер, включающий корпус противодавления, пакеты, состоящие из групп электролизных ячеек, расположенных между концевыми контактными пластинами, полости для текучих сред, герметизирующие прокладки и электрические соединения, отличающийся тем, что корпус противодавления выполнен в виде трубы прямоугольного сечения, а пакеты имеют форму параллелепипедов и установлены с торцов и с боковых поверхностей корпуса.