SU947224A1 - Электролизер дл получени кислорода из вод ных паров воздуха - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к электрохимическим процессам и аппаратам и может быть использовано в системах жизнеобеспечени , а также в качестве бортовых кислородных систем самолетов г передвижных кислородных генератормйэ Дл  госпиталей, кислородных концентраторов и осушителей.

Известен электролизер дл  получени  кислорода из вод ных паров, включающий корпус, катод, перфорированный анод и-помещенную между ними .пористую диафрагму, пропитанную электролите. В качестве пористой диафрагмы используют диафрагму из асбеста и микропористого каучука, а в качестве электролита - концентрированную фосфорную кислоту .

Поскольку вода извлекаетс  из циркулирующего в кабине гермообъекта воздуха, аппарат  вл етс  также осушителем. Выдел ема  человеком при дыхании и испарении вода дает достаточное количество вод ного пара дл  электролиза, обеспечивающего потребность человека в кислороде.

Недостатком конструкции известного электролизера  вл етс  использование недостаточно мелко чеистой анодной сетки, что приводит к увеличению затрат электроэнергии и снижению производительности электролизера , вследствие того, что производительность лимитируетс  стадией переноса пара из воздушного потока в зону электрохимической реакции. Кроме того, использование катода сетчатой структуры не. позвол ет компенсировать разбаланс по воде и не обеспечивает саморегулирование электролизера по подводу и разложению воды. Вследствие этого при изменении производительности электролизера или параметров воздуха (влажности , температуры, скорости продувки ) возникающий разбаланс по подводу и разложению воды приводит к осушке или Затоплению  чейки. Осушка вызывает утечку и смешивание газов, а также увеличивает напр жение на  чейке. Затопление приводит к потер м кислоты и туманообразованию в воздушном потоке.

Цель изобретени  - повыиение производительности электролизера и повышение надежности его работы.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в электролизере дл  получени  кислорода из вод ных паров воздуха , включающем корпус, катод. перфорированный анод и помещенную ме ду ними пористую диафрагму, пропитан ную электролитом, перфорированный анод содержит 10-Ю отв/см со степенью перфорации 50-60% и катод выполнен пористым с пористостью 45-75% Подвод пара воздушного потока в зону электрохимической реакции cocl-o ит из стадии переноса по газовой и жидкой фазах. С увеличением числа отверстий на единицу поверхности сетчатого анода уменьшаютс  размеры отверстий и соответственно, рассто ние переноса молекул воды в электролите к поверхности, на которой протекает ее электрохимическое разложение . Вследствие этого снижаютс  внутридиффузионные ограничени  в жидкой фазе и-коэффициент массопередачи воз)астает. При определенном значении отверстий N - 1010 отв/см коэффициент массопередачи выходит на предельное значение и дальнейшее увеличение N практичес 1ки не приводит к возрастанию коэф/фициента массопередачи. В этой области про вл ютс , в основном,, внеш недиффузионные ограничени  в газово фазе. В св зи с этим увеличение чис ла отверстий выше 10 отв/см- нецелесообразно , и, кроме этого, приводит к ухудшению механического контакта сетчатого анода с диафрагмой . Использование сетчатых анодов, имеющих менее Ю отв/см поверхнос ти электрода нецелесообразно, так как в этом случае производительност электролизера снижаетс  за счет внутридиффузионных ограничений пере носу молекул воды из области абсорб ции в зону электрохимической реакции . Предпочтительным  вл етс  использование сетчатых анодов, содерж щих 10 -10 отв/см. При заданном напр жении зависимость плотности тока на  чейке от степени перфорации {степень перфора ции - это отношение площади отверстий к геометрической поверхности сетки) имеет экстремальный характер При малом значении степени перфорации производительность  чейки невелика вследствие затруднений по подводу воды через сетчатый электрод. Снижение производительности  чейки при использовании сетчатых анодов с выбокой степенью перфорации св за но Q большой пол ризацией анода из- уменьшени  активной поверхности . Расчетами на ЭЦВМ установлен и экспериментально подтверждено, что оптимальна  степень перфорации составл ет; 50-60%. Катод выполн ют пористым с порис тостью 45-75%. Величина буферной емкости по объему электролита соста л ет 0,1-0,2 смЗ на 1 .баритно поверхности. Така  конструкци  катода позвол ет скомпенсировать разбаланс воды и обеспечить саморегулирование электролизера по подводу и разложению воды. Увеличение пористости электрода выше 75% приводит к ухудшению механической прочности катода. При пористости ниже 45% не обеспечиваетс  необходима  буферна  емкость по электролиту, а также ухудшаютс  элек трохимические характеристики электрода за счет возрастани  эффективного удельного сопротивлени  электролита . На чертеже показан электролизер, разрез. Устройство включает катодный блок 1, анодный блок 2.и диафрагму 3,сжатую-между блоками. Анодный блок 2 прижимает к диафрагме 3 анод 4,выполненный из мелко чеистой сетки (1-100 тыс. отв/см) со степенью перфорации 50-60%. Анодную сетку изготавливают из платины или титана и покрывают слоем платиновой черни. Вкатодный блок 1 вставл етс  пористый катод 5 (пористость 4575% ). В качестве материала дл  катода можно использовать пористую платину . С целью снижени  расхода платины можно изготавливать катод на пористой основе из инертного материала , rta которую нанесен активный платиновый слой. Пориста  асбестова  диафрагма 3 и пористый катод 5 пропитаны электролитом-влагопоглотителем (концентрированной фосфорной кислотой). В теле анодного блока 2 находитс  входной 6 и выходной 7 штуцеры дл  подвода влажного воздуха и отвода из системы ocytjeHHoro воздуха, обогащенного кислородом. Дл  вывода из системы получаемого в электролизере водорода катодный блок 1 имеет выходной штуцер 8. Электролизер снабжен вентил тором дл  подвода влажного воздуха к системе. Электролизер работает следующим образом. От вентил тора через коллектор и входной штуцер 6 влажный воздух поступает в анодный блок 2  чейки. Пары воды абсорбируютс  электролитом-влагопоглотителем , пропитывающим диафрагму 3. На аноде происходит разр д воды с выделением молекул рного кислорода. Кислород вместе с частично осушенным воздухом вывод т из  чейки через выходной штуцер 7 анодного блока 2. Ионы водорода , образовавшиес  на аноде 4, перенос тс  за счет миграции и диффузии по электролиту{ пропитывающему диафрагму 3, к катоду 5, где восстанавливсиотс  до молекул рного водорода. Образовавшийс  водород удал ют из катодного блока 1 через

выходной штуцер 8, В дальнейшем этот водород может быть использован дл  восстановлени  углекислого газа и в качестве восстановител  в топливных элементах.

Положительный эффект состоит в повышении производительности электролизера и снижении затрат электроэнергии за счет более эффективного подвода воды в электролизер через мелко чеистый сетчатый анод, а также в обеспечении саморегулировани  в системе при значительнс м изменении производительности электролизера и параметров воздуха (влажность, температура , скорость продувки) за счет использовани  пористого катода, об-,. ладающего буферной емкостью по отношению к объему электролита.

Claims (1)

1. J. Е. Clifford Paper 670851, Society of Automotive Englneerz, Oct. 1967.