Электролизер для получения смеси водорода и кислорода

 

Электролизер для получения смеси водорода и кислорода содержит концевые плиты, между которыми установлены электроды и диэлектрические прокладки. Электролизер дополнительно снабжен обечайкой, образующей с концевыми плитами полость. Концевые плиты выполнены по прочности и жесткости равными или меньше прочности и жесткости обечайки. 1 з.п.флы. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕ

К ПАТЕНТУ ( и A t/c Ч вЂ”. 1,В4

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) 1 (21) 4927967/26 . (22) 13.03.91 (46) 07.02.93, Бюл. М 5 (72) E.À.Ãðà÷åâ и А,Î.Кузнецов (73) Е,А.Грачев (56) Авторское свидетельство СССР

М 1023001, кл, С 25 В 1/04, 1976,. (54) ЭЛЕКТРОЛИЗЕР ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ

СМЕСИ ВОДОРОДА И КИСЛОРОДА

Изобретение относится к области электрохимических генераторов (ЭВГ) и может быть реализовано в качестве.электролизера для получения смеси водорода и кислорода.

Известен электролизер для получения смеси кислорода и водорода, включающий концевые плиты. диэлектрические прокладки, электроды, стянутые крепежными деталями.

В результате сгорания водородно-кислородной смеси, находящейся над уровнем . электролита, в этом известном электролизере может произойти резкое повышение давления во внутренней полости электролизера. Как следствие, это повлечет за собой разгерметизацию, приводящую к снижению надежности конструкции, или разрушение электролизера, влияющее на

его безопасность. Причиной, вызывающей вышеупомянутую ситуацию, могут быть такие явления,как:самовоспламенениесмеси газов, световой или звуковой импульс, радиоволна, обратный удар, проскок искры и т.д.

Цель изобретения — повышение надежности конструкции и безопасности процесса.

Указанная цель достигается благодаря тому, что электролизер дополнительно снабжен обечайкой, образующей с конце„„53J „„1794107 АЗ (57) Электролизер для получения смеси водорода и кислорода содержит концевые плиты,.между которыми установлены электроды и диэлектрические прокладки. Электролизер дополнительно снабжен обечайкой, образующей с концевыми плитами полость. Концевые плиты выполнены по прочности и жесткости равными или меньше прочности и жесткости обечайки. 1 з.п.флы, 2 ил. выми плитами полость, причем концевые плиты выполнены по прочности и жесткости равными или меньше соответственно прочности и жесткости обечайки.

При этом толщина каждой концевой плиты равна: ь а

2Р аб+2Я l 0

P G где h — толщина плиты;

К вЂ” газовая постоянная 8,314 Дж(К . моль);

С. — теплоемкость стехиометрической смеси кислорода и водорода. 33,52

Дж/К моль;

:! — величина постоянного электрического тора в злектролизере, А;

U® — термонейтральное напряжение, необходимое для протекания процесса электролиза без подвода тепла извне, 1,48 В; п — число ячеек, шт., Рраб — рабочее давление в электролизере при постоянном расходе кислородно-водородной смеси газов, а;

V — обьем, занимаемый кислородно-аодородной смесью газов над электролитом, з, G — модуль сдвига материала концевой плиты, Па; а — радиус концевой плиты, м;

1794107

3 4

Л t - промежуток времени, за который одинаковую энергик, Давление Р, возникаустанавливается рабочеедавление,с; ющее при сгорании кислородно-водородгр(Х) — функция степени сжатия в за- ной смеси газов, определяется уравнением: висимости от относительной деформации, R . U lt и Л1 безразмерная величина. 5 Р . С у + Р а °

Такимобразом, концевые плиты оказы- где R = 48,314 — газовая постоянная, вают демпфирующее влияние в случае воз- Дж/(К моль); горания в электролизере смеси газов, С = 33,52 — теплоемкость стехиометрипоскольку в них возникаетдеформация, no- ческой .смеси водорода ивкислорода, тенциальная,энергия которой поглощает. "0 Дж(К моль); значительную часть энергии, выделяемой в 1 —, величина постоянного электрическорезультате сгорания упомянутого газа. готока, проходящегочерезэлектролизер, А;

На фиг. 1 изображен электролизер, про- Ugn =1,48 — термонейтральное напряжедольный разрез; на фиг, 2 — график зависи- ние, необходимое для протекания процесса мости степени сжатия концевой плиты от ее "5 электролиза без подвода тепла извне, В; относительной деформации.: . . и — число ячеек, шт;

Электролизер имеет обечайку 1 из. тер- Рр,6 — рабочее давление, установившемопласта, несущую крепежное устройство, еся в электролизере при постоянном расхо-" состоя щее из бандажей 2 и шпилек 3,: де смеси газов, Па;

На торцах обечайки установлены конце- 20 Ч вЂ” обьем занимаемой, кислородно-вовые плиты 4, выполненные из эластичного дородной смесью газов над электролитом, диэлектрического материала, например, ре- м (полость Б корпуса); зины и образующие совместно с обечайкой . Л t — промежуток времени, за который полость, которая заполнена электролитом. устанавливается рабочее давление, с.

Каждая из концевых плит выполнена та- 25 В концевых плитах расположены электким образом, что ее прочность и-жесткость: роды 5 с клеммами 6 и 7. Кольцевые шайбы равны или меньше соответственно прочнО- 8 расположены с наружной стороны каждой сти и жесткости обечайки 1. При этом обяза- соответствующей ей концевой плиты и потельным условием должно быть, чтобы . средствомкрепежныхэлементов(нафиг. HB геометрические характеристики каждой 30 показаны) фиксируются относительно обе- . концевой плиты, как-то: радиус и толщина чайки. В одной из концевых плит установлен были связаны со степенью ее сжатия и дав- штуцер 9 для. отбора кислородно-водородлением в электролизере следующим обра- ной смеси газов. В обечайке расположены электроды 10, разделенные диэлектричер (0 92 + 0 5 а 6 . скими пРокладками 1 1, 35.

+ р ) Р() В рабочем паложейии электролизер загде 6 — модуль сдвига материала. концевой . олнен электролитом до уровня А. Этот уро- . вень автоматически поддерживается .постоянной системой контроля (на фиг. не

Ь вЂ” толщина концевой плиты, м; показана). ПостоЯнное напрЯже ие подает40 и (1) фун циясжатия концевой пли-. ся на клеммы б и 7. Протекающий чеРез ты в зависимости от относительной дефор- электролизер ток приводит к выделению вомации 8 . задаетст графическим способом доРода и кислоРода, котоРые обРазУют газо(см.фиг.2). вую смесь, находящуюся в полости Б

В полости электролизера, где поддер- э ек ролизера над уровнем А фи 1. В слу45 л т живается постоянный уровень А (фиг.1) чаЕ возгоРаниЯ этой газовой смеси произойэлектролита, обьем, занимаемый кислород- дет повышен е давления, при этом энергия но,одородной смесь,о газов, находящихся частично пРеобРазУетсЯ в потенциа"ü Óþ под рабочим давлением Р 6 будет неиз- энеРгию дефоРмации концевы плит. ПоЛ менным, тогда принимая допущения в том, слЕДние, выстУпаЯ как демпферы, гас т этУ что ввиду высокой скорости сгорания тепло- Энергию, при этом не происходит потеря отвод через обечайку и концевые плиты ра- работоспособности электролизера. Провен нулю; теплоемкость С газов и продуктов мышленные испытаниЯ, проведенные в сгорания одинакова, постоянна и не зави- 1990 году, подтвердили целесообразность сит от температуры; все ячейки потребляют

1794107

Формула изобретения

1. Электролизер для получения смесй водорода и кислорода, включающий концевые плиты, диэлектрические прокладки, электроды, отличающийся тем,чтО,с целью повышения надежности конструкции и безопасности процесса, электролизер дополнительно снабжен обечайкой, образующей с концевыми плитами полость, причем концевые плиты выполнены по прочности и жесткости равными или меньше прочности и жесткости обечайки, 2, Электролизер поп. 1, отлича ющийс я тем, что концевая плита выполнена с олщиной, определяемой по выражению

1,84 P где h — толщина плиты, .

R — газовая постоянная, 8;314

Дж(К мол ь);

С вЂ” теплоемкость стехиометрической смеси .кислорода и водорода, 33.52

Дж/К . моль;

I — величина постоянного электрического тора в электролизере, А; . . U» — термонейтральное напряжение, необходимое для протекания процесса электролиза без подвода тепла извне, 1,48 В; и — число ячеек, шт„

Ррдб рабочее давление в электролизере при постоянном расходе кислородно-водородной смеси газов, А;

Ч вЂ” обьем, занимаемый кислородйа-водородной смесыю газов над электролитом; з, 6 — модуль сдвига материала концевой плиты, Па; а — радиус концевой плиты, м;

Л t — промежуток времени, эа который устанавливается рабочее давление, с;

° у(А) — функция степени сжатия в зависимости от относительной деформации, безразмерная величина, 1794107

<Р(Л2

03 OO O5

iOcre.Z

Составитель Г.Петрова

Техред М.Моргентал Корректор.М.Демчик

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 525 Тираж . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035. Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5