RU73339U1

RU73339U1 - FILTER-PRESS BIPOLAR ELECTROLYZER TYPE

Info

Publication number: RU73339U1
Application number: RU2007147840/22U
Authority: RU
Inventors: Анатолий Евгеньевич Аврущенко
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Водородные технологии"
Priority date: 2007-12-25
Filing date: 2007-12-25
Publication date: 2008-05-20

Abstract

Полезная модель позволяет снизить энергозатраты на получение водорода за счет фиксированной оптимальной степени сжатия диафрагмы электролизера, а также упростить его монтаж. Технический результат достигается за счет использования биполярного электролизера фильтр-прессного типа, включающего 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 решению, 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 2 з.п. ф-лы, 2 ил.The utility model allows to reduce the energy consumption for hydrogen production due to a fixed optimal compression ratio of the diaphragm of the electrolyzer, as well as to simplify its installation. The technical result is achieved through the use of a filter-type bipolar electrolyzer, including end monopolar electrodes with a set of ring frames located between them with bipolar electrodes, containing the main electrodes and attached mesh remote electrodes, porous gas distribution diaphragms, sandwiched between each pair of adjacent remote electrodes . According to the decision, the annular frame is made with a groove in the axial direction, designed to fix the main electrode, and an internal shelf for accommodating the porous gas distribution diaphragm and the remote electrode, the bipolar electrode is made in the form of a continuous metal disk, the remote mesh electrodes mounted on the main electrode have different diameters, one of which is equal to the inner diameter of the annular frame, and the other to the diameter of the inner shelf of the annular frame 2 z.p. f-ly, 2 ill.

Description

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.The invention relates to devices for the electrolytic production of inorganic compounds or non-metals of high purity, in particular, to electrolyzers for the decomposition of water and can be applied in the chemical and metalworking industries, in the electrochemical energy industry, in cooling systems of powerful electric generators, in meteorology.

В настоящее время известно множество конструкций электролизеров.Currently, there are many designs of electrolyzers.

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.So, from the description of the certificate of authorship SU 1330213 (published on 08/15/1987, IPC 4: C25C 7/02), a frame of a bipolar electrolyzer is known that contains windows with slots for installing electrodes and windows for supplying and removing electrolyte. The protrusions and grooves, when closed with adjacent frames, form an expanding inlet and tapering outlet channels.

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.Also, from the description of the copyright certificate SU 494343 (published 05.12.1975, IPC: С01В 13/06), an electrolyzer for producing oxygen and hydrogen of a filter-press type is known containing bipolar electrodes made in the form of metal sheets and attached external electrodes made to them in the form of a metal mesh, gas separation diaphragms sandwiched between each pair of adjacent remote electrodes, frames made in the form of metal rings with an external diameter equal to the external diameter of the remote electrodes. The frames are equipped with through slots for communicating the cavity of the cell with the feed channel and with the channel for exhaust gases.

Недостатком данного электролизера является сложность сборки электролизера из-за требований обеспечения определенного сжатия между выносным электродом и диафрагмой.The disadvantage of this electrolyzer is the complexity of the Assembly of the electrolyzer due to the requirements of providing a certain compression between the remote electrode and the diaphragm.

Кроме этого, известной конструкции присуща пониженная герметичность, что может привести к утечке электролита.In addition, the known design is characterized by reduced tightness, which can lead to leakage of electrolyte.

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).In addition, an electrolytic cell for decomposing chemical substances under pressure is known, comprising disk electrodes made with a two-sided sealing lip around the circumference and a channel in it, dividing diaphragms, a low pressure pipe for the electrolyte and a seal made in the form of gaskets installed between the sealing electrodes to form a common a through channel, wherein each electrode is made with annular open grooves on the sealing protrusions (RF patent 2079578, published 05/20/1997, IPC 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.The closest analogue to the patented utility model is a filter press type bipolar electrolyzer, including end monopolar electrodes with a set of ring frames located between them with bipolar electrodes containing main electrodes and attached to them mesh remote electrodes, porous gas distribution diaphragms clamped between each pair remote electrodes (GB patent GB 1145751, published March 19, 1969, IPC B01K 3/00). In this case, the remote mesh electrodes are tightly pressed against the gas separation diaphragm to exclude the appearance of gaseous reaction products between the diaphragms and the remote mesh electrodes.

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.As is known, the compressive force affects the "aging", the structure of various types of porous diaphragms and the current-voltage characteristics of the electrode-diaphragm contact, which is associated with the compaction of the material and the deterioration of current transfer conditions in the porous medium.

Недостатками вышеназванных электролизеров является возможность разницы в степенях сжатия диафрагм в электрохимических ячейках при разнотолщинности уплотняющих прокладок и их недостаточном сжатии.The disadvantages of the above electrolytic cells is the possibility of a difference in the degrees of compression of the diaphragms in the electrochemical cells with different thicknesses of the gaskets and their insufficient compression.

Задачей настоящей полезной модели является снижение затрат электрической энергии на получение водорода за счет обеспечения фиксированной оптимальной степени сжатия разделительной диафрагмы.The objective of this utility model is to reduce the cost of electrical energy to produce hydrogen by providing a fixed optimal compression ratio of the separation diaphragm.

Патентуемое решение позволяет повысить надежность конструкции электролизера, обеспечить равномерное токораспределение, снизить массогабаритные характеристики и трудозатраты при сборке.The patented solution allows to increase the reliability of the design of the electrolyzer, to ensure uniform current distribution, to reduce weight and size characteristics and labor costs during assembly.

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.This goal is achieved by the fact that in a bipolar electrolyzer of a filter-press type, including end monopolar electrodes with a set of annular frames located between them with bipolar electrodes containing the main electrodes and attached to them mesh remote electrodes, porous gas distribution diaphragms, sandwiched between each pair of adjacent electrodes. According to the patented utility model, the annular frame is made with a groove in the axial direction, designed to fix the main electrode, and an internal shelf for accommodating the porous gas distribution diaphragm and remote electrode, the bipolar electrode is made in the form of a solid metal disk, remote mesh electrodes mounted on the main electrode, have different diameters, one of which is equal to the inner diameter of the annular frame, and the other to the diameter of the inner shelf of the annular frame.

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_пр., δ=h_пр., где D - диаметр основного электрода, d_пр. - внешний диаметр проточки, δ - толщина основного электрода, h_пр. - глубина проточки.The goal is also achieved by the fact that the annular frame is made of a polymer material, the mesh remote electrodes are fixed to the disk by welding, and the dimensions of the main electrode are selected from the relation: D = d _ave , δ = h _ave , where D is the diameter of the main electrode , d _ave. is the outer diameter of the groove, δ is the thickness of the main electrode, h _ave is the depth of the groove.

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.Next, the utility model is illustrated by an example implementation with reference to the explanatory drawings, in which Fig. 1 shows the assembled cell frames, and Fig. 2 is a view along section AA of Fig. 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.The device shown in figure 1, includes a set of electrochemical cells. Each cell contains an annular frame 1 with placed bipolar electrodes. The frame has a groove 2 in the axial direction and an inner shelf 4 for accommodating the porous gas distribution diaphragm 5 and one remote electrode 6. The groove 2 is designed to accommodate the main electrode 3, made in the form of a continuous metal disk. Remote mesh electrodes 6 are welded to the main electrode 3 on both sides.

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,Each bipolar electrode (see FIG. 2) is made in the form of a metal disk with a diameter equal to the diameter of the groove and a thickness equal to the depth of the groove 8 in the diaphragm frame, with a metal mesh 6 welded to it on one side with a diameter equal to the inner diameter of the ring of the diaphragm frame , on the other hand, a metal mesh with a diameter equal to the diameter of the shelf of the diaphragm frame,

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.In the upper and lower parts of the diaphragm frame, two through holes are located in the axial direction, which, after assembly, form channels that serve to supply the electrolyte and to discharge the gas-liquid emulsion from the electrochemical cells. The electrolyte is supplied and the gas-liquid emulsion is removed from each cell via channels made in the diaphragm frame in the radial direction.

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.When collecting cells, the bipolar electrodes are centered relative to the diaphragm frames along the diameter of the metal mesh of the bipolar electrode and the diameter of the shelf of the diaphragm frame, and the diaphragm frames are centered relative to each other along the diameter of the other metal mesh of the bipolar electrode and the inner diameter of the ring of the diaphragm frame, ensuring that the nuts are tightened while tightening the bolts all elements of electrochemical cells and uniform compression of gaskets. To prevent short circuits, the diaphragm frames are made of an insulating polymer material.

Максимальное сжатие диафрагмы ограничивается соприкосновением упорных поверхностей периферийной части биполярного электрода и дна проточки диафрагменной рамы.The maximum compression of the diaphragm is limited by the contact of the thrust surfaces of the peripheral part of the bipolar electrode and the bottom of the groove of the diaphragm frame.

Таким образом, предложенное техническое решение позволяет снизить энергозатраты на получение водорода за счет фиксированной оптимальной степени сжатия диафрагмы электролизера, а также упростить его монтаж.Thus, the proposed technical solution allows to reduce the energy consumption for producing hydrogen due to a fixed optimal compression ratio of the diaphragm of the electrolyzer, as well as to simplify its installation.

Claims

1. A filter-type bipolar electrolyzer, including end monopolar electrodes with a set of ring frames located between them with bipolar electrodes, containing main electrodes and attached mesh remote electrodes, porous gas distribution diaphragms, sandwiched between each pair of adjacent remote electrodes, characterized in that the annular frame is made with a groove in the axial direction, designed to fix the main electrode, and an inner shelf for accommodating the porous gas of the distribution diaphragm and the remote electrode, the bipolar electrode is made in the form of a continuous metal disk, the external mesh electrodes mounted on the main electrode have different diameters, one of which is equal to the inner diameter of the annular frame, and the other is the diameter of the inner shelf of the annular frame.

2. The bipolar electrolyzer according to claim 1, characterized in that the mesh remote electrodes are fixed to the disk by welding.

3. The bipolar electrolyzer according to claim 1, characterized in that the dimensions of the main electrode are selected from the relation: D = d _ave. , Δ = h _ave. , Where D is the diameter of the main electrode, d _ave. Is the outer diameter of the groove, δ is the thickness the main electrode, h _ave - groove depth.

4. The bipolar electrolyzer according to claim 1, characterized in that the annular frame is made of a polymer material.