RU75660U1 - Электрохимическое устройство - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к электрохимическим устройствам фильтр-прессного типа, в частности к электролизерам с твердо полимерной мембраной. Согласно полезной модели ЭУ фильтр-прессного типа содержит набор, по крайней мере, из двух электрически последовательно соединенных электрохимических ячеек, зажатых между концевыми плитами посредством болтов и отделенных друг от друга разделительной пластиной, при этом каждая из ячеек включает анод и катод с нанесенными на них катализаторами, твердо полимерную мембрану, размещенную между анодом и катодом, токоотвод для поджима анода и катода к твердо полимерной мембране, и уплотнительные рамки, в щелевых пазах которой в верхней и нижней части размещены вкладыши из твердого материала с каналами, причем в концевых плитах, разделительной пластине, уплотнительных рамках и в твердо полимерной мембране выполнены соосные отверстия, образующие каналы для подвода и отвода реагентов к электрохимическим ячейкам, при этом, на аноде и катоде в качестве катализатора используется дискретный слой платиновой черни, нанесенный методом магнетронного распыления, концевые плиты выполнены из изоляционного материала, например капролона, а болты покрыты электроизоляционным материалом. Вкладыши из твердого материала с каналами могут быть выполнены, по крайней мере, с одним ребром жесткости и с отверстиями с конической фаской, обеспечивающими крепление вкладышей при изготовлении уплотнительных рамок. Электроизоляционное покрытие на болтах может быть выполнено из термоусадочного материала. Концевые плиты в зоне подвода и отвода реагентов могут быть снабжены кольцевыми канавками для размещения уплотняющих горообразных прокладок. Вкладыши могут быть выполнены из титана.

Description

Полезная модель относится к электрохимическим устройствам фильтр-прессного типа, в частности к электролизерам с твердо полимерной мембраной.

Известно электрохимическое устройство (ЭУ) фильтр-прессного типа, содержащее концевые плиты, между которыми посредством шпилек зажат пакет электрически последовательно соединенных электрохимических ячеек с биполярными электродами. Электроды разделены щелочной электролитной камерой, образованной прокладкой из щелочестойкого материала. Составляющие ЭУ снабжены каналами для подвода электролита и отвода, образующихся кислорода и водорода (см. патент РФ №2049157 С1, кл. С25В 1/04, 1995).

Недостаток этого известного ЭУ связан с использованием жидкого коррозионно-активного электролита, что усложняет и удорожает конструкцию ЭУ из-за необходимости обеспечения герметичности и выбора соответствующих материалов, стойких в щелочи.

Из известных ЭУ наиболее близким по совокупности существенных признаков и достигаемому техническому результату является ЭУ фильтр-прессного типа, содержащее набор, по крайней мере, из двух электрически последовательно соединенных электрохимических ячеек, зажатых между концевыми плитами посредством шпилек и отделенных друг от друга разделительной пластиной, при этом каждая из ячеек включает анод и катод с нанесенными на них слоями катализатора, твердо полимерную мембрану, размещенную между анодом и катодом, токоотвод для поджима анода и катода к твердо полимерной мембране, и уплотнительные рамки, в щелевых пазах которой в верхней и нижней части размещены вкладыши из твердого материала с каналами, причем в концевых плитах, разделительной пластине, уплотнительных рамках и в твердо полимерной мембране выполнены

соосные отверстия, образующие каналы для подвода и отвода реагентов к электрохимическим ячейкам (см. патент РФ на полезную модель №36381 U1, кл. С25В 1/04, 2003).

Недостатком этого известного ЭУ является недостаточная каталитическая активность электродов, сложность герметизации и обеспечения электроизоляции электрохимических ячеек.

Техническим результатом полезной модели является повышение каталитической активности электродов и повышение надежности герметизации и электроизоляции электрохимических ячеек в составе ЭУ.

Указанный технический результат достигается тем, что ЭУ фильтр-прессного типа содержит набор, по крайней мере, из двух электрически последовательно соединенных электрохимических ячеек, зажатых между концевыми плитами посредством шпилек и отделенных друг от друга разделительной пластиной, при этом каждая из ячеек включает анод и катод с нанесенными на них слоями катализатора, твердо полимерную мембрану, размещенную между анодом и катодом, токоотвод для поджима анода и катода к твердополимерной мембране, и уплотнительные рамки, в щелевых пазах которой в верхней и нижней части размещены вкладыши из твердого материала с каналами, причем в концевых плитах, разделительной пластине, уплотнительных рамках и в твердо полимерной мембране выполнены соосные отверстия, образующие каналы для подвода и отвода реагентов к электрохимическим ячейкам, при этом, на аноде и катоде в качестве слоя катализатора используется дискретный слой платиновой черни, нанесенный методом магнетронного распыления, концевые плиты выполнены из изоляционного материала, например капролона, а шпильки покрыты электроизоляционным материалом. Нанесение дискретного каталитического слоя из платиновой черни методом магнетронного распыления обеспечивает прочное сцепление каталитического слоя с электродной подложкой и высокую каталитическую активность за счет увеличения удельной активной поверхности электродов.

Целесообразно, чтобы вкладыши из твердого материала с каналами были выполнены, по крайней мере, с одним ребром жесткости и отверстиями с конической фаской, обеспечивающими крепление вкладышей при изготовлении уплотнительных рамок при вулканизации. Наличие ребра жесткости предотвращает передавливание каналов для подачи реагентов при сжатии пакета электрохимических ячеек в составе ЭУ. Наличие отверстий с коническими фасками обеспечивает надежное крепление и фиксацию вставок в щелевых пазах уплотнительных рамок при их изготовлении за счет затекания резиновой массы при вулканизации в отверстия и фаски вставок.

Целесообразно, чтобы электроизоляционное покрытие на болтах было выполнено из термоусадочного материала. Электроизоляция болтов трубками из термоусадочного материала снижает токи утечек, упрощает технологию электроизоляции болтов и сборки пакета ЭУ.

Целесообразно чтобы концевые плиты в зоне подвода и отвода реагентов были снабжены кольцевыми канавками для размещения уплотняющих горообразных прокладок. Наличие кольцевых канавок и использование горообразных прокладок повышает надежность герметизации каналов подачи реагентов и снижает усилие сжатия пакета ЭУ за счет уменьшения площади поверхности сжатия герметизирующих прокладок.

Целесообразно, чтобы вкладыши были выполнены из титана. Титан обладает малым весом, высокой прочностью и стойкостью в кислой среде. Использование титана снижает массу ЭУ и повышает его эксплуатационную надежность.

Проведенный анализ уровня техники показал, что заявленная совокупность существенных признаков, изложенная в формуле полезной модели, неизвестна. Это позволяет сделать вывод о ее соответствии критерию ″новизна″.

Сущность полезной модели поясняется чертежами и описанием работы заявленного ЭУ.

На фиг.1а показан общий вид ЭУ сбоку.

На фиг.1б показан общий вид ЭУ снизу.

На фиг.1в показаны составляющие ЭУ.

На фиг.2 показан вкладыш в увеличенном масштабе.

ЭУ включает концевые плиты 4, 5 из изоляционного материала, например капролона, силовые уголки 6, монополярные пластины 10, 18 с токоотводящим ушком и отверстиями, уплотнительные рамки 12 с вкладышами 7 из титана, снабженные каналами 2 с ребром жесткости 3, электроды 13 с катализатором из платиновой черни, токоотводы от электродов из проводящей сетки 8, полимерную мембрану 15, биполярную разделительную пластину 16, уплотнительное горообразное кольцо 23 и крепежные элементы: болт 1, гайки 21, шайбы 22. Вкладыши имеют два отверстия 9 с коническими фасками 11 и кромку 14 в виде части окружности для фиксации вкладыша в пресс форме при изготовлении уплотнительных рамок из резины методом вулканизации. При изготовлении рамок резина затекает в отверстия и фаски вкладыша, обеспечивая его крепление в рамке. Направление потока реагента во вкладыше показано стрелками 19.

На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что заявленное ЭУ может быть реализовано на практике с достижением заявленного технического результата, т.е. оно соответствует критерию «промышленная применимость».

Claims (5)

1. Электрохимическое устройство (ЭУ) фильтр-прессного типа, содержащее набор, по крайней мере, из двух электрически последовательно соединенных электрохимических ячеек, зажатых между концевыми плитами посредством болтов и отделенных друг от друга разделительной пластиной, при этом каждая из ячеек включает анод и катод с нанесенными на них катализаторами, твердополимерную мембрану, размещенную между анодом и катодом, токоотвод для поджима анода и катода к твердополимерной мембране, и уплотнительные рамки, в щелевых пазах которой в верхней и нижней частях размещены вкладыши из твердого материала с каналами, причем в концевых плитах, разделительной пластине, уплотнительных рамках и в твердополимерной мембране выполнены соосные отверстия, образующие каналы для подвода и отвода реагентов к электрохимическим ячейкам, отличающееся тем, что на аноде и катоде в качестве катализатора используется дискретный слой платиновой черни, нанесенный методом магнетронного распыления, концевые плиты выполнены из изоляционного материала, например капролона, а болты покрыты электроизоляционным материалом.

2. ЭУ по п.1, отличающееся тем, что вкладыши из твердого материала с каналами выполнены, по крайней мере, с одним ребром жесткости и с отверстиями с конической фаской, обеспечивающими крепление вкладышей при изготовлении уплотнительных рамок.

3. ЭУ по п.1, отличающееся тем, что электроизоляционное покрытие на болтах выполнено из термоусадочного материала.

4. ЭУ по п.1, отличающееся тем, что концевые плиты в зоне подвода и отвода реагентов снабжены кольцевыми канавками для размещения уплотняющих горообразных прокладок.

5. ЭУ по п.1, отличающееся тем, что вкладыши выполнены из титана.