SU779450A1 - Устройство питани р да последовательно включенных электролизеров - Google Patents

Description

Изобретение относится к области электролиза, а именно к устройствам для питания электролизеров.

Известно устройство, содержащее источник $ постоянного тока с регулируемым напряжением, подключенный к нагрузке постоянно, и источники переменного тока t регулируемыми напряжениями, подключенные к электролизерам через трансформаторы с двумя одинаковыми вто- щ ричными обмотками, один ее конец соединен с электролизерами через тиристор, катод которого соединен с катодами электролизера, при этом катод и управляющий электрод каждого тиристора соединены с генератором импульсов 15 с регулируемыми в заданных пределах частотой и длительностью импульсов, при отношении частоты источников переменного тока к частоте генераторов импульсов¹ не менее пяти, в цепи каждой вторичной обмотки трансформатора’ м установлен химический источник тока, минусовой зажим которого обращен к катодам последнего электролизера группы, а у каждого трансформатора начало одной вторичной обмётки и конец другой вторичной обмотки соединены с анодами тиристоров [1J.

Недостатком известного устройства является то, что оно не обеспечивает уменьшения анодной поляризации, которая возрастает при увеличении средних плотностей тока в электролизерах, а это ограничивает увеличение производительности электролизеров и снижение удельного расхода электроэнергии.

Цель изобретения - увеличение производительности электролизеров и снижение удельного расхода электроэнергии.

Цель достигается тем, что в каждом электролизере ряда установлены- третий электрод, с которым соединен другой конец вторичной обмотки трансформатора, дополнительный источник переменного тока с регулируемыми напряжениями, подключенными к электролизерам через трансформаторы с двумя одинаковыми вторичными обмотками, один конец вторичной обмотки трансформатора дополнительного источника соединен с электролизером через тиристор, катод которого соединен с третьим электродом, другой конец вторичной обмотки ί

ta

Утрансформатора соединен с анодами электролизера, при этом катод и управляющий электрод каждого тиристора соединен с генератором импульсов с регулируемыми в заданных пределах частотой и длительностью'импульсов, при отношении частоты дополнительных источников переменного тока к частоте генераторов импульсов не менее пяти, причем плюсовой зажим .химического источника тока соединен с третьим электродом электролизера, а у каждого тран- ₁₀ сформатора дополнительного источника переменного тока начало одной вторичной обмотки и конец другой вторичной обмотки соединены с анодами тиристоров, катоды которых соединены с третьими электродами электролизеров, ₁₅ кроме того, установленный в каждом электролизере ряда третий электрод выполнен в виде металлической полосы, расположенной вертикально вдоль длинной стенки электролизера и состоящей из отдельных частей, имеющих между ₇₀ собой электрические контакты.

На фиг. 1 представлена схема устройства; на фиг. 2 и фиг. 3 — графики изменения токов во времени на электролизерах и источниках питания, а также графики изменения напряже- ₂5 ний между катодами и управляющими электродами тиристоров.

Источник 1 постоянного тока, например тиристорный преобразователь с регулируемым напряжением Uj, питает ряд последовательно вклю- ₃₀ : ченных электролизеров 2 постоянным током I j.

Источники 3 переменного тока с регулируемы.ми напряжениями U₃ и частотами не ниже 50 Гц· подключены к электролизерам 2 через трансформаторы 4 с двумя одинаковыми вторичными об- ₃₅ мотками 5. Каждая обмотка 5 обслуживает один электролизер. Один ее конец соединен с электролизером через тиристор 6, катод которого соединен с катодами 7 электролизера. В каждом электролизере ряда установлен третий элект-₄₀ род 8, с которым соединен другой конец обмотки 5. В цепи каждой обмотки 5 установлен химический источник тока 9, минусовой зажим которого обращен к катодам 7, а плюсовой зажим к третьему электроду 8 электролизера. ₄₅ Устройство оснащено дополнительными источниками 10 переменного тока с регулируемыми напряжениями U₇ и частотами f₇ не ниже 50 Гц, которые подключены к электролизерам ряда через трансформаторы Ис двумя одинаковыми вторичными обмотками 12. Каждая обмотка 12 обслуживает один электролизер. Один ее конец соединен с электролизером через 'тиристор 13, катод которого соединен с третьим электродом 8 электролизера. Другой конец обмотки 12 соеди- _5J цен с анодами 14 электролизера. Катод и управ ляющйй электрод каждого тиристора би 13 соединен с генератором импульсов с регулируемы· ми в заданных пределах, частотой fj и длитель ностью Т_ч импульсами при отношении частот f₃ и f₇ источников 3 и 10 к частоте генераторов импульсов fi не менее 5 (генераторы импульсов не показаны). У каждого трансформатора 4 и 11 начало одной обмотки 5 и 12 и конец другой обмотки 5 и 12 соединены с анодами тиристоров 6 и 13.

Установленный в каждом'электролизере ряда третий электрод 8 выполнен в виде металлической полосы, расположенной вертикально вдоль длинной стенки электролизера и состоящей из отдельных частей, имеющих между собой электрические контакты (металлическая полоса на фигурах не показана). Источниками 9 могут быть аккумуляторы или баки с электродами, опущенные в электролит (например, свинцовыми электродами, опущенными в водный раствор серной кислоты).

Устройство работает следующим образом

Напряжения U₃ и U₇, возникающие на обмотках 5 и 12 трансформаторов 4 и 11, создают импульсные точки 1₃ и 1₇, импульсы которых накладываются встречно на постоянный ток Ιι (см, фиг. 2 и фиг. 3). Тиристоры 6 и 13 открываются импульсными напряжениями и U_w , вырабатываемыми генераторами импульсов и следующими с частотами f. = 1/Т_1Х и f ι₀=1/Τιο В результате сложения токов и !₃ получается импульсный ток 1₂ с чередованием длинных с временем /Τ_ίκ — Т_мк / импульсов тока прямой полярности и коротких с временем Т_ик импульсов тока обратной полярности, следующих с частотой f|_K : импульсный ток 1_гк действует на катодах 7 электролизеров 2, при этом для каждой пары электролизеров ток Ι_ζκ может иметь свои параметры, например среднее значение I _г ^ частоты f^_K и f = 1/Т₃, время импульса Т_иК (см. фиг. 2). В результате сложения токов lj и 1₇ получается импульсный ток с чередованием длинных (с временем Τ_ία - Т_иа ) импульсов тока прямой полярности и коротких (с временем Т_иа ) импульсов тока обратной полярности, следующих с частотой импульсный ток 1_га действует на анодах 14 электролизеров ряда, при этом для каждой пары электролизеров ряда ток 1_10| может иметь свои пара-, метры, например среднее значение 1^^ частоты и f₇ = 1/Т₇, время импульса Τ_μα (см. фиг. 3). Короткие импульсы токов 1_гк и !_Lo( состоят из нескольких полуволн вьшрям--¹ ленных токов 1₃ и 1₇, что обеспечивается временами Т_ик > 5/f₃ и Т_И(Я > 5/f₇. Отношения частот > 50 и f·;/^ > 50 обеспечивают выполнение неравенств· Т_ик < 0,1 и Т_йд < ’ 0,1 T_1Qf , при которых может уменьшиться удельный расход электроэнергии в электролизерах ряда. Минимальный удельный расход электроэнергии в электролизере соответствует при заданной средней плотности тока 1_{1и ср} и отиоше ния T_WR Л’-_к, минимальному среднему напряжению на электролизере (действующему между его. анодами 14 и катодами 7), которое зависит от частот f_iK и ί;_α . Диапазон изменения этих частот выбирается таким, чтобы обеспечить оп- 5 ределение минимальных значений среднего на-, пряжения на разноименных элёктройах электфолизеров при возможных изменениях их состояний, а также температуры и состава электролита в электролизерах. Диапазон изменения час- ю тоты f_iK связан с частотой f₃ источника 3 с частотой не ниже 500 Гц, а частота 50 Гц источника 3 позволяет изменять частоту f-_K в пределах 0,1 + 1,0 Гц и т.д.

Аналогично, диапазон изменения частоты ή й связан с частотой f₇ источника 10 тока. Так, для изменения частоты f_ia|B пределах 1-10 Гц берется источник 10 с частотой не ниже 500 Гц, а частота 50 Гц источника 10 позволяет изменять частоты f_ja в пределах 0,1-1,0 Гц и т.д. 20 Регулирование напряжений U₃ в каждом трансформаторе 4, обслуживающем два электролизера, позволяет установить тот или иной средний ток I зависящий от дендритообразования в этих двух электролизерах; так, при ухуд- 35 шении состояния катодов 7 средний ток 1^_н,_ср уменьшают путем увеличения среднего тока 1_7Ср.

Аналогично, регулирование напряжения U₇ в каждом трансформаторе 11, обслуживающем 30 два электролизера, позволяет установить тот или иной средний ток 1_{2(8 Ср}, зависящий от величины анодной поляризации в двух электролизерах ряда; так, при росте анодного напряжения средний ток 1_га уменьшают путем увели- ₃₅ чения среднего тока 1_{? ср}. Источники 9 не пропускают ток в обмотки 5 трансформаторов 4, когда открыты тиристоры 6. Величина напряжения источника 9 должна быть не меньше суммарного напряжения постоянного тока, действующего на разноименных электродах электролизера; при этом она должна быть минимальной для уменьшения потерь, связанных с прохождением тока 1₃ через источник 9 (она должна сверху приближаться к упомянутому среднему напряжению). Синхронная подача напряжений U_SK и U_ya на тиристоры 6 и 13 (аноды которых соединены с началом и концом двух обмоток 5 и 12 одного трансформатора 4 или одного трансформатора 13) обеспечивает минимальную величину (в пределах равную нулю) тока подмагничивания в обмотках данного трансформатора 4 или трансформатора 11.

Раздельное регулирование средних токов ^!1а,ср^и часто и аждо пар электролизеров (обслуживаемой одним трансформатором 4, одним трансформатором 11, двумя генераторами импульсных напряжений и позволяет обеспечить оптимальный режим электролиза в данной паре электролизеров и во всех электролизерах ряда,, определяемый по сумме показателей^ из которых главными являются минимальные дендритообразование на катодах и среднее напряжение на разноименных электродах электролизёров при Заданной высокой производительности ряда электролизеров, Производительность электролизера определяется главным образом средним током i_{iX 0Р;} который· устанавливается, в зависимости от количества коротких замыканий в данном электролизере, если в электролизере есть короткий : замыкания между разноименными электродами /при правильном их расположении), то нужно изменить частоту ή_κ тока l_t(4, не изменяя величины тока I ; если это не помогает, то нужно уменьшить средний ток Ι_{λΚ ср} путем увеличения среднего тока _Ср · ’

Кроме того, устройство позволяет получать на третьих электродах 8 электролизеров ряда катодную медь (или другой металл) более высокой частоты (с меньшим количеством примесей) по сравнению с катодной медью, получаемой на катодах 7 этих электролизеров. Это объясняется тем, что осадок меда на катодах 7 частично растворяется током !₃ и переносится на третий электрод 8, при этом на катодах 7 преимущественно растворяются дендриты; частично осадок, меди на электродах 8 растворяется током ГГ и переносится на аноды 14, но обычно соотношение средних токов 1₃ и 1₇ обеспечивает накопление осадка чистой меди на электродах 8.

Изобретение позволяет увеличить производительность электролизеров и снизить расход энергии на единицу продукта.

Claims (1)

1. трансформатора соединен с анодами электролизера , при этом катод и управл ющий электрод каждого тиристора соединен с генератором импульсов с регулируемыми в заданных пределах частотой и длительностьюимпульсов, при отношении частоты дополнительных источников переменного тока к частоте генераторов импульсов не менее п ти, причем плюсовой зажим .химического исто-шика тока соединен с третьим айектродом электро тизера, а у каждого трансформатора дополнительного источника переменного тока начало одной вторичной обмотки и конец другой вторичной обмотки соединены с анодами Тиристоров, катоды которых соединены с третьими электродами электролизеров, кроме того, установленный в каждом электролизере р да третий электрод вьшолнен в виде металлической полосы, расположенной вертикаль но вдоль длинной стенки электролизера к осто щей из отдельных частей, имеющих между собой электрические контакты. На фиг. 1 представлена схема устройства; на фиг. 2 I и фиг. 3 - графики изменени  токов во времегш на электролизерах и источниках питани , а также графики изменени  напр жений между катодами и управл ющими электродами тиристоров. Источник 1 посто нного тока, шпример таристорный преобразователь с регулируемым напр жетгем Uj, питает р д последовательно вклю : 4emibix электролизеров 2 посто нгшм током I j. Источники 3 перемегшого тоКа с регулируемы .ми напр жени ми Uj и частотами не ниже 50 Гц подключены к электролизерам 2 через трансфор маторь 4 с двум  одинаковыми вторичными об мотками 5. Кажда  обмотка 5 обслужтзает один электролизер. Один ее конец соединен с электролизером через тиристор 6, катод которого соединен с катодами 7 электролизера, В каж дом электролизере р да установлен третий элект род 8, с которым соединен другой конец обмотки 5. В цели каждой обмотки 5 установлен химический ИС10ЧЩ1К тока 9, минусовой зажим которого обращен к катодам 1, а плюсовой зажим к третьему электроду 8 электролизера. Устройство оснащено доползгательными источниками 10 переменного тока с регулируемыми напр жени ми U7 и частотами f не ниже 50 Гц, которые подключены к электролизерам р да через трансформаторы 11 с двум  одинаковыми вторичными обмотками 12. Кажда  обмотка 12 обслуживает один электролизер. Один ее конец соединен с электролизером через тиристор 13, катод которого соединен с третьим электродом электролизера. Другой конец обмотки 12 соедаиен с анодами 14 электролизера. Катод и управ л ювдй электрод каждого тиристора 6 и 13 соединен с генератором импульсов с регударуемы ми в заданных пределах частотой fj и длительиостью т.. импульсами при отношении частот fa и f истошиков 3 и 10 к частоте генераторов импульсов fj не менее 5 (генераторы импульсов не показаны). У каждого трансформатора 4 и И начало одной обмотки 5 и 12 и конец другой обмотки 5 и 12 соединены с анодами тиристоров 6 и 13. Установленный в каждом электролизере р да третий электрод 8 выполнен в виде металлической полосы, расположенной вертикально вдоль длинной стенки электролизера и состо щей из отдельных частей, имеющих между собой электрические контакты (металлическа  полоса на фигурах не показана). Источниками 9 могут быть аккумул торы или баки с электродами , опущенные в электролит (например, свинцовыми электродами, опущенными в водный раствор серной кислоты). Устройство работает следующим образом Напр жени  УЗ и U, возникающие на обмотках 5 и 12 трансформаторов 4 и И, создают импульсные точки 1з и 17, импульсы которых накладываютс  встречно на посто нный ток i (см, фиг. 2 и фиг. 3). Тиристоры 6 и 13 открываютс  импульсными напр жени ми U, и U,Q( , вырабатываемыми генераторами импульсов и следующими с частотами f. ТДщ и fioi l7Tiai В результате сложени  токов i и 1$ полу шетс  импульсный ток Ij с чередованием длинных с временем /14 TMJ / импульсов тока пр мой пол рности и коротких с временем Т, импульсов тока обратной пол рности, следующих с частотой f, : импульсный ток l действует на катодах 7 электролизеров 2, при этом дл  каждой пары электролизеров ток Ij,. может иметь свои параметры, например среднее значение f- и f 1/Тз, врем  импульса 1 (см. фиг. 2). В результате сложени  токов li и Ц получаетс  илшульсиый ток с чередова{шем длинных (с временем Т- - Т, ) импульсов тока пр мой пол рности и коротких (с временем Т ) импульсов тока обратной пол рност1{ , следующих с частотой импульсньш ток ij действует на анодах 14 электролизеров р да, при этом дл  каждой пары электролизеров р да ток , может иметь свои параметры , например среднее значеш{е , частоты f, и f7 1/Т7, врем  импульса Т (см. фиг. 3). Короткие импульсы токов l и состо т из нескольких полуволн вьшр м-ленных токов Ц и 17, что обеспечиваетс  временами S/fs и Т,д 5/f7. Отношени  частот 50 и f7/fiQ, 50 обеспечивают выполнение неравенств- Т 0,1 Т. и Т ОД Т. , при которых может уменьшитьс  удельный расход электроэнергии в электролизерах р да. Минимальный удельный расход электроэнергии в электролизере соответствует при задалшой средней плотности тока Ij (.р и отнощени  /Т. , минимальному среднему напр же нигв на электролизере (действующему между ег анодами 14и катодами 7), которое зависит от частот f.ц и fj-g . 11дапазон изменени  этих частот вь бираетс  таким, «обы обеспечить определение минимальных значений среднего на-, пр жени  на разноименных эпёктройах электролизеров при возможных измене ш х их. состо ний , а также температуры и состава Электрой лита в электролизерах. Диапазон изменени  частоты f. св зан с частотой fa источника 3 с частотой не Ю1же 500 Гц, а частота 50 Гц источника 3 позвол ет измен ть частоту f- в пре . делах 0,1 + 1,0 Гц и т.д. Аналогично., диапазон изменешл частоты f, св зан с частотой f истошика 10 тока. Так, дл  изменени  частоты f.jB пределах 1-10 Гц беретс  источник 10 с частотой не ниже 500 Гц а частота 50 Гц источника 10 позвол ет измен ть частоты f. в пределах 0,1-1,0 Гц и т.д. Регулирование напр жений УЗ в каждом трансформаторе 4, обслуживающем два электролизера , позвол ет установить тот или иной средний ток 1, ,, завис щий от дендритообразовани  в этих двух электролизерах; так, при уХуД шении состо ни  катодов 7 средний ток уменьшают путем увеличени  среднего тока ,p Аналогично, регулирование напр жени  J в каждом трансформаторе 11, обслуживающем два электролизера, позвол ет установить тот ИЛИ иной средний ток I завис идий от величины анодной пол ризации в двух злектро лизерах р да; так, при росте анодного напр жени  средний ток , уменьшают путем увеличени  среднего тока I., „. Источники 9 не пропускают ток в обмотки 5 трансформаторов 4, когда открыты тиристоры 6. Величина напр жени  источника 9 должна быть не меньще суммарного напр жени  посто нного тока, действующего на разноименных электродах злектролизера; при этом она должна быть минимальной дл  yмeньшe ш  потерь, св занных с прохождением тока 1з через источник 9 (она должна сверху приближатьс  к упом нутому среднему напр жению). Синхронна  подача напр жений Uy и и на тиристоры 6 и 13 (аноды которых соединены с началом и концом двух обмоток 5 и 12 одного трансформатора 4 или одного трансформатора 13) обеспечивает минимальную величину (в пределах равную нулю) тока подмагничивани  в обмотках данного трансформатора 4 или трансформатора 11. Раздельнбе регулирование средних токов WCP iK ffO ° «Р« электролизеров (обслуживаемой одним трансформатором 4, одним трансформатором 11, дву м  генераторами импульсных напр жений и Цд позвол ет обеспечить оптимальный режим электролиза в данной паре электролизеров и во всех электролизерах р да,, определ емый по сумме показателей из которых главными ЯВЛЯЮТСЯ ьетнимальные девдритообразова ше :на катодах и среднее напр жегше на разноименных электродах электроШзеров при Заданной высокой производительности р да электролизеров . Производительность электролизера определ етс  главным образом средним током 1. р который; устанавливаетс .в зависимостт от количества коротких замьпсашш в данном электролизере , если в электролизере есть короткий : замыкани  между разноименны ш электродами (прк правильном их расположении), то нужно изменить частоту f; тока 1,,, не измен   величины тока 1 ; если это не помогает, то нужно уменьшить средний ток j.pnjTeM увеличени  среднего тока U лр Кроме того, устройство позвол ет получать на третьих электродах 8 электролизеров р да катодную медь (или другой мета;1л) более высокой частоты (с меньшим количеством примесей ) по сравнению с катодной медью, получаемой на катодах 7 этих электролизеров. Это объ сн етс  тем, что осадок меда на катодах 7 частично раствор етс  током з и переноситс  На третий электрод 8, при этом на катодах 7 преимущественно раствор ютс  девдриты; частично осадок меди ка электродах 8 раствор етс  током Г7 и переноситс  на аноды 14, но обычно соотношение средних токов 1з и {7 обеспечивает накопление осадка чистой меди на электродах 8, Изобретение позвол ет увеличить производительность электролизеров и сйизить расход энергии на единицу продукта. Формула изобретени  Устройство питани  р да последовательно включенных электролизеров, содержащее источник посто нного тока с регулируемым напр жением , подключенный к нагрузке посто нно, и источ1шки переменного тока с регулируемыми напр жени ми, подключенные к электролизерам через трансформаторы с двум  одинаковыми вторичными обмотками, один конец каждой обмотки соедршен с электролизером через тиристор , катод которого соединен с катодами электролизера , при этом катод и управл ю ций электрод каждого тиристора соединены с генератором импульсов с регулируемыми в заданных пределах частотой и длительностью импульсов, при отношении частоть источников переменного тока к частоте генераторов импульсов не менее п т , .3 цепи каждой вторичной обмотки трансформатора установлен химический

   тока, линусовой зажим которого обращен к катодам электролизера, а у каждого трансформатора начало одной вторичной обмотки и конец другой вторичной обмотки соединены с анод1а1ми тиристоров, отличающеес 

   . тем, что, с целью увеличени  производительности электролизеров и сокращени  удельного расхода электроэнергии, в кахедом электролизере р да установлены третий Злек.трод, с которым соединен другой конец вторичной обмотки трансформатора, дополнительный и точник пере менного Tbka с регулируемым напр женней, пощслюченным к электролизерам через трансфор маторы с двум  одннаковыми вторичными об Мотками, один конец вторичной обмотки трансфорМаТора дополнительного источника соединен с электролизером через тиристор, катод которого соединен с третьим электродом, другой конец вторичной обмотки трансформатора соедип ен с анодами электролизера, при этом катод и управл ющий электрод каждого тиристора соединен с генераторами импульсов с регулируемыми в заданных; пределах частотой и длительностью импульсов, при отношении частоты дополнительных источников переменного тока к частоте генераторов импульсов не менее п ти, причем плюсовой зажим химического источника тока соединен третьим электродом электролизера, а у каждого трансформатора дополнительного источника переменного тока начало одной вторичной обмотки и конец другой вторичной обмотки соединены с анодами тиристоров , катоды которых соединены с третьими электродами электролизеров;

   Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР N 387040, кл. С 25 D 21/12,. 1972.

   Ktt.r

   о о

   .11 „ 1

   Лк

   S

   э

   Гик

   Г,к

   ч

   JV

   7J/fl

   Tia