Электролизер для получения водорода и кислорода из воды. Электролизер водорода
Вычисляем КПД электролизеров и генераторов водорода
В связи с большим практическим прорывом в этой области и появлением множества работающих устройств по расщеплению воды с коэффициентом полезного действия больше единицы, (КПД>100%) мы решили прояснить некоторые моменты для сомневающихся и просто для тех, кто решил заняться практикой и начал сборку подобных устройств.
Начнем с того, что все расчеты и цифры приведены для нормальных условий, то есть для среднего давления и комнатной температуры. Мы не будем утомлять Вас сложными формулами, а приведем лишь полезные цифры и информацию, которые помогут на практике.
При расщеплении воды может вырабатываться как отдельно кислород и водород, так и их смесь, называемая газом Брауна или гремучим газом (в народе и на СЕ слэнге «гремучка»). В любом случае топливом является только водород и именно его нужно считать и учитывать.
Основным параметром любого топлива, в том числе и водорода, является его теплотворная способность или удельная теплота сгорания топлива, которые показывают сколько джоулей тепловой энергии будет выделено при сгорании определенного веса или объема вещества. Так как водород — это газ, то нам для расчетов будет удобнее использовать количество Джоулей, выделяемых при сжигании одного литра водорода. То есть Дж/л. Из справочников мы возьмем минимальное усредненное значение, которое равно 10 800 кДж/м3, что в нашем случае составляет 10800 Дж/л. Теперь нам придется вспомнить, каким образом эти цифры можно сопоставить с привычными нам при расчете энергии. За основу давайте возьмем электричество и соответственно его единицы измерения киловатт часы. Тут все просто, 1 ватт мощности это один Джоуль выделяемый за секунду. Отсюда мы без труда выводим следующие цифры, которые пригодятся всем практикам в дальнейшем
— 1 киловатт час электроэнергии это 1 Джоуль * 1000 * 3600 = 3,6 Мега Джоуля или 3,6МДж.
— 1 литр водорода при сжигании выделяет в пересчете на электроэнергию 0,003кВт*часа = 3Ватт часа энергии.
— При КПД приблизительно равном 100%, установка потребляющая мощность 1кВт должна вырабатывать 333,(3) литра водорода в час.
— При КПД приблизительно равном 100% установка потребляющая мощность 1кВт, должна вырабатывать 5,(5) литра водорода в минуту.
Дальше все просто! Имея эти цифры мы без труда можем рассчитать КПД любой установки.
Возьмем для примера классические, продаваемые ныне водородные сварки, которые при потреблении 1,8кВт часа электроэнергии, вырабатывают около 6 литров водорода в минуту. Отсюда следует, что работают они с КПД приблизительно равным 60%. Считается это так: мы знаем, что однокиловаттная установка вырабатывает 5,(5) литра водорода в минуту, а у нас потребление 1,8кВт, значит нам нужно 5,(5) умножить на 1.8, получаем 10. То есть мы выяснили, что для работы со стопроцентным КПД данная установка должна вырабатывать 10 литров водорода, а нам известно со слов производителя, что вырабатывает она максимум 6, значит нам остается только 6 разделить на 10 и умножить на 100%, отсюда и получена цифра в 60%.
С водородом мы разобрались и по-моему тут все просто, теперь давайте сделаем то же самое для газа Брауна или «гремучки». Так как газ Брауна содержит в себе две части водорода и одну часть кислорода, а топливом является только водород, то все наши полученные выше цифры необходимо умножить приблизительно на две третьих (2/3). Отсюда мы получаем:
— 1 литр газа Брауна при сжигании выделяет в пересчете на электроэнергию 0,002кВт*часа = 2Ватт часа энергии.
— При КПД приблизительно равном 100%, установка потребляющая мощность в 1кВт должна вырабатывать 500 литров газа Брауна в час.
— При КПД приблизительно равном 100% установка потребляющая мощность в 1кВт, должна вырабатывать 8,(3) литра газа Брауна в минуту.
Вот и все основные цифры, которые могут понадобиться для приблизительной теоретической оценки вырабатываемого электролизерами газа и его эффективности. Следует также еще раз особо отметить, что цифры даны минимальные и относятся они только к сугубо теоретическим аспектам, которые далеко не всегда подтверждаются на практике. . К ним смело можно прибавить 10%.
Рассмотрим один из недавних примеров, достоверность которого нам известна доподлинно, равно как и все приведенные ниже цифры.
Мы уже публиковали по нему несколько статей и видео, а по последним опытам можем только лишь добавить, что в настоящий момент прототип генератора при потребление от сети тока в девять ампер, вырабатывает в минуту 24 литра газа Брауна. По расчетам получается следующее:
9*220=1,98кВт, таким образом получается, что при 100% КПД выработка газа должна быть 1,98*8,3=16 литров в минуту, а при реальных 24-х литрах установка по всем теоретическим расчетам работает с КПД превышающим 150%, что само по себе не может не радовать. Но все дело в том, что на практике этот КПД еще в несколько раз выше. Рассмотрим еще один вполне конкретный пример.
Были проведены опыты с обычным четырехкиловаттным бензиновым генератором, который был переделан на газ Брауна и был запущен в режиме самозапитки.
На практике были получены следующие основные цифры: на собственную работу, то есть на выработку четырех киловатт энергии генератор тратил только два киловатта вырабатываемой мощности, отдавая оставшиеся два киловатта в полезную нагрузку. При этом электролизер был менее эффективной модели, который от двух киловатт вырабатывал не более 18 литров водорода в минуту и даже меньше, но при этом двигатель все равно устойчиво работал, отдавая в нагрузку два киловатта полезной мощности. Если вспомнить, что КПД классического двигателя внутреннего сгорания не превышает 30%, то есть всего 30% из подаваемого газа идет на генерацию электроэнергии, то получаются совершенно другие цифры.
На практике получается, что даже этот, далеко не самый эффективный на данный момент электролизер, работает с КПД превышающим 600%!
На вопрос «откуда дровишки», то есть откуда же берется этот самый прирост энергии, мы ответить пока не можем и оставляем его физикам-теоретикам. Мы можем лишь еще раз подтвердить, что все описанное выше имеет место быть в том виде, в котором мы и описали и каждый желающий сможет в этом убедиться. Добавим лишь, что мы не посягаем на правильность первого и второго начала термодинамики и на закон сохранения энергии, находя их вполне адекватными и рабочими, что в нашем случае подразумевает только лишь наличие и использование в данной установке дополнительно какого-либо другого вида энергии, который тем не менее пока не вписывается в рамки классической теоретической физики.
На правах рекламы, продолжаем знакомить Вас с интересными сайтами.
На этом сайте продается Тренинг уверенности в себе со скидкой. К сожалению мы сами не проходили данный курс, по этому ничего о нем сказать не можем, но выглядит красиво.
zaryad.com
Установки по производству водорода методом электролиза воды
Установки по производству водорода методом электролиза воды типа ЭУ
Технические характеристики установок по производству водорода типа ЭУ
| Модель | Производи-тельность по водороду,м3/ч | Производи-тельность по кислороду,м3/ч | Рабочее давление,мПа | Чистота водорода,% | Чистота кислорода,% | Сила тока,А | Напряжение на электролизёре,В | Энергопо-требление,кВт·ч/м3 | Меж-ремонтный ресурс | Длина x Ширина x Высота,мм | Масса,кг |
| ЭУ-2/3.2 | 2 | 1 | 3,2 | ≥99,8 | ≥99,3 | 500 | 28 | ≤4,7 | 10 | 2000×1500×3200 | 1300 |
| ЭУ-5/3.2 | 5 | 2,5 | 3,2 | ≥99,8 | ≥99,3 | 500 | 48 | ≤4,6 | 10 | 2000×1500×3200 | 1500 |
| ЭУ-10/3.2 | 10 | 5 | 3,2 | ≥99,8 | ≥99,3 | 920 | 52 | ≤4,6 | 10 | 2000×1500×3200 | 2200 |
| ЭУ-20/3.2 | 20 | 10 | 3,2 | ≥99,8 | ≥99,3 | 1670 | 58 | ≤4,5 | 10 | 2000×1500×3200 | 3800 |
| ЭУ-30/3.2 | 30 | 15 | 3,2 | ≥99,8 | ≥99,3 | 1670 | 86 | ≤4,5 | 10 | 2000×1500×3200 | 4500 |
| ЭУ-40/3.2 | 40 | 20 | 3,2 | ≥99,8 | ≥99,3 | 2480 | 78 | ≤4,4 | 10 | 2500×1500×3500 | 6500 |
| ЭУ-50/3.2 | 50 | 25 | 3,2 | ≥99,8 | ≥99,3 | 2480 | 94 | ≤4,4 | 10 | 2500×1500×3500 | 7500 |
| ЭУ-60/3.2 | 60 | 30 | 3,2 | ≥99,8 | ≥99,3 | 2480 | 114 | ≤4,4 | 10 | 2500×1500×3500 | 8600 |
| ЭУ-80/1.6 | 80 | 40 | 1,6 | ≥99,8 | ≥99,3 | 4600 | 80 | ≤4,3 | 10 | 3000×1700×5200 | 8500 |
| ЭУ-100/1.6 | 100 | 50 | 1,6 | ≥99,8 | ≥99,3 | 4600 | 102 | ≤4,3 | 10 | 3000×1700×5200 | 10000 |
| ЭУ-150/1.6 | 150 | 75 | 1,6 | ≥99,8 | ≥99,3 | 4600 | 156 | ≤4,3 | 10 | 3000×1700×5200 | 12000 |
| ЭУ-200/1.6 | 200 | 100 | 1,6 | ≥99,8 | ≥99,3 | 6600 | 142 | ≤4,2 | 10 | 3000×1700×5200 | 15000 |
| ЭУ-250/1.6 | 250 | 125 | 1,6 | ≥99,8 | ≥99,3 | 6600 | 174 | ≤4,2 | 10 | 3400×1900×4320 | 18000 |
| ЭУ-300/1.6 | 300 | 150 | 1,6 | ≥99,8 | ≥99,3 | 6600(8200) | 210(170) | ≤4,1 | 10 | 3400×1900×4320 | 25000 |
| ЭУ-350/1.6 | 350 | 175 | 1,6 | ≥99,8 | ≥99,3 | 6600(8200) | 242(196) | ≤4,1 | 10 | 3400×2200×4320 | 28000 |
| ЭУ-400/1.6 | 400 | 200 | 1,6 | ≥99,8 | ≥99,3 | 6600(8200) | 276(224) | ≤4,1 | 10 | 3500×2200×4320 | 30000 |
| ЭУ-500/1.6 | 500 | 250 | 1,6 | ≥99,8 | ≥99,3 | 8200 | 280 | ≤4,1 | 10 | 3700×2200×5160 | 40000 |
| ЭУ-800/1.6 | 800 | 400 | 1,6 | ≥99,8 | ≥99,3 | 10200 | 376 | ≤4,1 | 10 | 4500×2700×6300 | 49200 |
| ЭУ-1000/1.6 | 1000 | 500 | 1,6 | ≥99,8 | ≥99,3 | 10200 | 468 | ≤4,1 | 10 | 5000×2700×6500 | 61500 |
Описание системы
1. Описание компонентов системы
Электролизная установка состоит из следующих трех частей, основанных на техническом соглашении:
- водородного оборудования (включая оборудование по очистке водорода), одной рамы I, состоящей из вспомогательного оборудования и труб, двух рам III, состоящих из бака для воды, бака для гидроксида калия и насоса подачи воды.
- системы хранения и распределения водорода, состоящей из одной рамы II (камеры распределения водорода) и водородных баллонов.
- системы электроконтроля и сигнальной блокировки (включая анализ и проверку водорода).
2. Принцип работы
- Принцип электролитической выработки водорода
Электролиз чистой воды неэффективен, потому что у воды низкая константа ионизации и относительно высокое электросопротивление. Для электролиза щелочной воды используется водянистый щелочной раствор для обеспечения гидроксильных ионов (ОН) и минимизации электросопротивления между электродами. Электрохимическая реакция на электроде следующая: На аноде: 4OH- - 4e → 2h3O+O2↑ На катоде: 4h3O + 4e → 2h3↑+4OH- Итоговая реакция: 2h3O → 2h3↑+O2↑ Скорость реакции прямо пропорциональна количеству тока, который проходит между электродами, и ни с чем больше не связана. Функция гидроксида калия – минимизировать электросопротивление воды, химической реакции самого гидроксида калия нет, т.е. нет никакого потребления. V2O5 добавляется в электролит для снижения электролизующего напряжения между электродами. Электропотребление на единицу h3 зависит от рабочего напряжения электролизации. Чем выше наружная рабочая температура, тем ниже рабочее напряжение, и тем больше разъедание асбестовой мембраны. Поэтому рабочая температура не должна превышать 1000C, оптимальная рабочая температура 80-900C. Рабочий ток определяется согласно необходимому количеству водорода. Чистота водорода зависит от работы и условий эксплуатации электролиза. Если система электролиза не повреждена, и условия эксплуатации благоприятные, то чистота остается стабильной.
- Рабочий принцип очистки
Неочищенный водород из электролизной установки раскисляется Pd-Pt и конденсируется через молекулярный фильтр. После этого неочищенный газ превращается в высокоочищенный водородный газ. После поглощения влаги молекулярный фильтр используется для регенеративного нагрева.
Спецификация технического процесса
Сырая вода поступает в резервуар сырой воды через трубы, затем через насос подачи воды – в водородную (кислородную) установку и после насоса щелочного раствора и фильтра щелочного раствора попадает, наконец, в электролизёр; после продолжительной электролизации вода превращается в водород и кислород на разных сторонах, затем водород и кислород отдельно поступают в водородный (кислородный) сепаратор с щелочным раствором. В сепараторе газ отделяется посредством веса, левый раствор смешивается с новой водой в сепараторе, затем поступает в насос циркуляции щелочного раствора, затем – в фильтр, затем – в электролизёр, посредством такой внутренней циркуляции. Отделенный кислородный газ охлаждается, очищается, отделяется от водяного пара, затем поступает в газовый сепаратор для сепарации водоконденсата и, наконец, выходит через регулирующий клапан. Процесс водородного газа аналогичен. Охлаждающая вода используется для водного электроанализа в оборудовании выработки водорода (кислорода) и охлаждения в выпрямителе. В остальных случаях охлаждающая вода может быть использована для заполнения водного резервуара. Воздух системы обеспечивается для клапанов основного прибора на вспомогательной раме №1, для таких клапанов, как клапаны регуляции пневматической мембраны.
Водородный генератор включает восемь подсистем:
- Петлевая система циркуляции электролита (внутренняя петля)
- Водородная система
- Кислородная система
- Система подачи воды
- Система охлаждения воды
- Система продувки N2
- Система дренажа
- Петлевая система внешней циркуляции щелочи
Спецификация системы контроля
Всё оборудование для выработки водорода может работать автоматически при помощи программируемого логического контроллера (ПЛК). Система контроля обладает множеством функций, таких как: автоматическая остановка, наблюдение, контроль, сигнализация, блокировка и так далее. Для запуска автоматической работы оборудования оператору достаточно нажать одну кнопку. Системой контроля можно управлять вручную, если возникают проблемы с ПЛК, система плавно переходит в режим ручной операции. ПЛК содержит множество компонентов, таких как: процессорный модуль, модуль цифрового вывода, модуль вывода аналогичных сигналов; модуль ввода аналогичных сигналов; блок питания и так далее.
1. Система контроля давления
Сначала датчик давления на кислородном сепараторе получает сигналы кислородного давления, затем датчик давления преобразует сигналы в ток 4-20МА и посылает преобразованные сигналы на ПЛК. После сравнения с заданными данными и вычисления идентификатора процесса ПЛК передает электросигналы в газовый конвертер для преобразования газовых сигналов в 0,02-0,1Мпа, а затем контролирует клапан регуляции пневматической мембраны на кислородной стороне для поддержания давления уравновешенным, таким образом нормализуется работа системы.
2. Система контроля уровня жидкостей
- Контроль уровня жидкости в водородном сепараторе
Во время электроанализа расходуется сырая вода, уровень жидкости водородного (кислородного) сепаратора падает. Для поддержания работы системы сырая вода должна подаваться через насос. Дифференциальный датчик давления на водородной стороне измеряет уровень жидкости, затем преобразует электросигналы в ток 4-20МА, электросигналы передаются на ПЛК. Сравнивая с заданными данными верхнего уровня жидкости и уровня жидкости баллона, данными блокировки, ПЛК подает насосам сигналы работы или остановки. Ввод данных для сигнализации при достижении жидкости верхнего уровня или уровня баллона может быть осуществлен на интерфейсе эргостического управления.
- Дифференциальный контроль давления на сторонах водорода и кислорода
Поддержание давления на стороне водорода и на стороне кислорода на необходимом уровне является задачей системы. Сигналы в 4-20МА на обеих сторонах посылаются на ПЛК дифференциальными датчиками давления на водородном сепараторе и кислородном сепараторе. Давление на водородной стороне рассматривается как заданное значение, другое – как измеренное значение. Затем после сравнения с заданными данными и вычисления идентификатора процесса результаты посылаются в газовый конвертер для преобразования сигналов в 0,02-0,1Мпа, после этого срабатывает клапан регуляции пневматической диафрагмы на водородной стороне для поддержания давления системы на необходимом уровне, таким образом нормализуется работа системы.
3. Система контроля температуры
Рабочая температура в электролизере очень важна для всей системы, температура в электролизере контролируется по температуре щелочного раствора. Температурный датчик на кислородном сепараторе подает сигналы на ПЛК. Затем после сравнения с заданными данными и вычисления идентификатора процесса результаты посылаются в газовый конвертер для преобразования сигналов в 0,02-0,1Мпа, после этого срабатывает клапан регуляции пневматической диафрагмы на трубах охлаждающей воды для поддержания температуры щелочного раствора. Система контроля температуры является нашей новой технологией, разработанной на основе многолетнего опыта.
Потребление и требования к сырью
1. Охлаждающая вода
Требования к качеству: давление: 0.3-0.4 МПа температура: ≤320C жесткость: 3
2. KOH (гидроксида калия)
Чистота KOH не меньше, чем чистота анализа KOH
3. Газы контрольных измерительных приборов
Качество: содержание масла 3 пылевых частиц Точка росы на 100C ниже температуры окружающей среды.
Безопасность системы
- Аварийный выключатель генератора
Стандартной чертой генераторов водорода является наличие аварийного выключателя, расположенного на передней панели шкафа генератора, для прерывания производства газообразного водорода при аварии.
- Высокая чистота газа
В производстве используется сепаратор водорода, который приобрел патент (номер патента: ZL 97202093.4), за счет чего значительно улучшается эффект газожидкостной сепарации, обеспечивая тем самым чистоту водорода 99.8% (без использования очистительного оборудования), чистоту кислорода более чем 99.3%.
- Высококлассная структура электролизера
Оборудование по производству водорода с типом анода, расположенного в центральной части и катода, расположенного с двух сторон устройства подачи электропитания, газ выходит с двух сторон электролизера, разность электрических потенциалов трубопровода отсутствует, за счет чего работа устройства осуществляется более безопасно и надежно. Данная технология завоевала патент (номер патента: ZL94 241768.2)
- Высококачественные уплотнительные материалы
Уплотнительная прокладка электролизера типа ЭУ произведена из высокопрочного модифицированного материала F46, отличается высокой крип устойчивостью, незначительной степенью холодной текучести, высокой прочностью на сжатии. Коэффициент линейного расширения близок к коэффициенту линейного расширения стали, за счет чего образуется хорошее уплотнение, достаточно продолжительная коррозионная стойкость ко времени, это происходит не из-за того, что в процессе работы давление при разбухании снижается. А также для обеспечения продолжительного эксплуатационного срока электролизера. Электролизер ЭУ закреплен с помощью специального оборудования, таким образом, отсутствует необходимость осуществлять закрепление устройства в процессе эксплуатации.
- Высокий уровень автоматического оборудования.
В системе контроля оборудования по производству водорода используется Технология ПЛК контроля. Обладает следующими преимуществами: простое управление, удобное проведение текущего технического ремонта, управление высокой скоростью, высокой точностью, удобным интерфейсом. В интерфейсе пользователя используется - блок-схемы системы, столбиковая диаграмма, различные виды отчетов (наряду с ведением протокола аварийных ситуаций), отображение сигнальных оповещений. Интерфейс пользователя подает звуки с помощью светозвукового оповещающего устройства. На панели управления отражаются 19 возможных сигналов тревоги. При возникновении тревоги экран тревожных состояний обновляется с метками времени и даты. Вся система начинает автоматическое управляемое отключение.
В оборудовании по производству водорода используются трубы из нержавеющей стали, которые обеспечивают хорошее качество, а также способствуют улучшению эстетичности внешнего вида. В стойке I и II используется большое количество взрывостойких пневматических шариковых клапанов, импортированных из Италии и Германии. Таким образом, обеспечивается надежность автоматического контроля. Для устройства газовой фильтрации используется агломерированный фильтр с никелевым покрытием. За счет его использования обеспечивается содержание частиц водорода до 0.2 мкм, с помощью чего обеспечивается качество выпускаемой продукции – водорода. Безопасность оператора и системы является определяющим моментом при проектировании и производстве установок типа ЭУ. Во время работы в системе остается минимум водорода, что ограничивает потенциальную опасность, связанную с хранением воспламеняющихся газов. Системы спроектированы для работы в хорошо вентилируемых условиях под контролем приборов обнаружения водорода. Каждый генератор подключен к панели сигнального устройства, контролирующего детекторы воспламенения газов, и они отключаются при обнаружении воспламеняющихся газов. Рабочие свойства системы предусматривают автоматическое отключение при значительном отклонении от нормальных проектных условий. Температура, давление и уровень жидкости постоянно контролируются по всей системе для обеспечения заданной работы.
Компоненты оборудования
| № | Описание | Единица | Кол-во |
| 1 | Рама I | комплект | 1 |
| 1.1 | Электролизер | комплект | 1 |
| 1.2 | Газожидкостная установка | комплект | 1 |
| 1.2.1 | Водородный/кислородный сепаратор | комплект | 2 |
| 1.2.1 | Охладитель газа; щелочный фильтр; дренажные бочки | комплект | 1 |
| 1.2.2 | Металлический ротаметр | комплект | 1 |
| 1.2.3 | Датчик давления | комплект | 1 |
| 1.2.4 | Дифференциальный датчик давления | комплект | 2 |
| 1.2.5 | Датчик температуры | комплект | 3 |
| 1.2.6 | Клапан регуляции пневматической мембраны (газы) | комплект | 2 |
| 1.2.7 | Клапан регуляции пневматической мембраны (вода) | комплект | 1 |
| 1.2.8 | Насос циркуляции щелочного раствора | комплект | 1 |
| 1.2.9 | Двойной металлический термометр | комплект | 2 |
| 1.2.10 | Все клапаны для соединения газовых и щелочных труб | комплект | 1 |
| 1.2.11 | Взрывозащищенный электрический манометр | комплект | 2 |
| 1.3 | Система очистки и осушки | комплект | 1 |
| 1.3.1 | Адсорбер | комплект | 1 |
| 1.3.2 | Взрывозащищенный автоматический клапан | комплект | 1 |
| 1.3.3 | Сальники | комплект | 1 |
| 2 | Рама II | комплект | 1 |
| 2.1.1 | Резервуар чистой воды | комплект | 1 |
| 2.1.2 | Измеритель уровня жидкости | комплект | 1 |
| 2.1.3 | Передатчик сигнала | комплект | 2 |
| 2.2.1 | Резервуар щелочного раствора | комплект | 1 |
| 2.2.2 | Измеритель уровня жидкости | комплект | 1 |
| 2.2.3 | Передатчик сигнала | комплект | 2 |
| 2.3 | Насос подачи воды |
комплект | 2 |
| 2.4 | Клапан с электромагнитным управлением |
комплект | 1 |
| 3 | Рама III | комплект | 1 |
| 4 | Подсистемы управления | комплект | 1 |
| 4.1 | Панель управления | комплект | 1 |
| 4.2 | Компоненты ПЛК | комплект | 1 |
| 4.3 | Компьютер | комплект | 1 |
| 4.4 | Индикаторы | комплект | 1 |
| 5 | Выпрямительный шкаф | комплект | 1 |
| 6 | Пламегаситель гравийного типа | комплект | 2 |
| 7 | Пламегаситель сетчатого типа | комплект | 4 |
| 8 | Анализатор кислорода в водороде | комплект | 1 |
| 9 | Анализатор водорода в кислороде | комплект | 1 |
| 10 | Анализатор влажности водорода | комплект | 1 |
| 11 | Индикатор утечки водорода (онлайновый) | комплект | 1 |
vodo-rod.ru
электролизер для получения водорода и кислорода электролизом водного раствора электролита - патент РФ 2418887
Изобретение относится к технологии и устройствам для получения водорода и кислорода путем электролиза водного раствора электролита для использования в топливно-энергетическом комплексе, в промышленности, автомобильном транспорте и коммунальном хозяйстве. Электролизер содержит расположенные в общем корпусе анодную и катодную камеры с монополярными электродами - анодом и катодом, подключенными к источнику постоянного напряжения, причем анодная камера отделена от катодной электроизоляционной перегородкой, которая не доходит до дна общего корпуса и на которой установлен источник ультрафиолетового излучения. Анодная и катодная камеры соединены с камерой деионизации трубопроводами, а также с камерой диссоциации через сепаратор ионов электрическим градиентным полем и через заборники отработанного водного раствора электролита из верхних слоев электролита. В анодной и катодной камерах между анодами и катодами установлены дополнительные электроды, соединенные между собой общим проводником, который соединяет плюсовый и минусовый выводы двух блоков источника питания постоянного тока, другие концы которых подключены соответственно к аноду и катоду, причем один блок питания подает стабилизированное постоянное напряжение, минимально необходимое для выделения на аноде кислорода, а второй подает стабилизированное постоянное напряжение, минимально необходимое для выделения на катоде водорода. Технический результат заключается в уменьшении затрат электроэнергии, в устранении нерациональных затрат электрической и химической энергии, в обеспечении ускорения процессов электролиза. 1 з.п. ф-лы, 3 ил. 
Рисунки к патенту РФ 2418887
Изобретение относится к технологии и устройствам для получения водорода и кислорода путем электролиза водного раствора электролита для использования в качестве энергетического сырья для топливно-энергетического комплекса, в промышленности, автомобильном транспорте и коммунальном хозяйстве, при максимальном соблюдении экологических норм и требований защиты естественной среды.
Известным близким по конструкции электролизером без мембраны является устройство, которое было описано в патенте Российской Федерации № 2092614, опубл. 10.10.1997 г., индекс МПК6 С25В 1/02, по которому электролизер для разложения воды в присутствии фонового электролита содержит аноды и катоды, разделенные изолирующей неэлектропроводной перегородкой с образованием анодных и катодных камер с дополнительно установленными парами электродов из оксида рутения, соединенных между собой, размещенных в соседних анодных и катодных камерах и установленных с возможностью перемещения.
Причинами, которые препятствуют получению необходимого технического результата, являются отсутствие процесса деионизации отработанного электролита, что приводит к повышенной рекомбинации и перенасыщению электролита в камерах ионами противоположного знака, создается повышенный расход энергии на деионизацию, также повышенные затраты энергии на обмен электролита, так как камеры полностью отделены одна от другой.
Наиболее близким по конструкции электролизером является электролизер, описанный в международной заявке WO 2004076722 А1, опубл. 10.09.2004 г., по приоритетной заявке, поданной в Украине № 2003021661 от 25.02.03 на способ и электролизер для получения водорода и кислорода электролизом водного раствора электролита, включающий расположенные в общем корпусе анодную и катодную камеры с электродами, камеры соединены трубопроводами с камерами деионизации и осушения. Анодная камера от катодной отделена электроизоляционной перегородкой, которая не доходит до дна общего корпуса, и на ней установлен источник светового излучения, в анодной и катодной камерах расположены монополярные электроды, анод и катод, камера диссоциации соединена с анодной и катодной камерами через фильтр, катализатор холодного водного раствора электролита и сепаратор ионов градиентным полем, а анодная и катодная камеры через заборники отработанного водного раствора электролита из верхних слоев электролита в анодной и катодной камерах, фильтр деионизатор и катализатор горячего водного раствора электролита соединены с камерой диссоциации, также верхняя часть анодной и катодной камер подсоединена к элементам приема и передачи кислорода и водорода.
На крайних дальних стенках в направлении анод-катод в анодной и катодной камерах расположены дополнительные монополярные электроды ускорителя, которые подключены к источнику постоянного напряжения.
На трубопроводах подачи водного раствора электролита установлены насосы, на трубопроводах подачи кислорода и водорода - фильтры осушения, запорные клапаны и манометры.
Фильтры, катализаторы и основная часть их трубопроводов расположены в камере диссоциации, камера диссоциации находится в общем корпусе с анодной и катодной камерами и отделена от них изоляционной перегородкой.
Также описан электролизер для получения водорода и кислорода из водного раствора электролита, в котором установлен сепаратор ионов, в который входят анод, катод и дополнительные электроды в анодной и катодной камерах, отделенных между собой изоляционной неэлектропроводной перегородкой, и дополнительные камеры, причем анодная камера от катодной отделена перегородкой, которая не доходит до дна совместного корпуса, а дополнительные монополярные электроды расположены ниже низа перегородки под острым углом один относительно другого, под острым углом относительно поверхности электролита и частично перекрывают друг друга в горизонтальной плоскости, электроды расположены на пластинах, которые установлены с возможностью ограничения потока водного раствора электролита, а под перегородкой, которая разделяет анодную камеру от катодной, выполнен выход из канала, образованный пластинами, которые ограничивают поток, также на соединении пластин ограничителей потока выполнены отверстия с возможностью впуска водного раствора электролита из дополнительной камеры диссоциации.
В каждом электроде и в пластинах выполнены перфорационные отверстия, пластины выполнены из электропроводного материала, а электроды закреплены на пластинах через прокладки из электроизоляционного материала и подключены к источнику постоянного напряжения.
Общими существенными признаками является то, что электролизер для получения водорода и кислорода электролизом водного раствора электролита включает расположенные в общем корпусе анодную и катодную камеры с электродами, подключенными к источнику постоянного напряжения, камеры соединены трубопроводами с камерой деионизации, анодная камера от катодной отделена электроизоляционной перегородкой, которая не доходит до дна общего корпуса и на ней установлен источник ультрафиолетового излучения, в анодной камере расположен монополярный электрод - анод, а в катодной расположен монополярный электрод - катод, камера диссоциации соединена с анодной и катодной камерами через сепаратор ионов электрическим градиентным полем, также анодная и катодная камеры через заборники отработанного водного раствора электролита из верхних слоев электролита соединены с камерой диссоциации, верхняя часть анодной и катодной камер присоединена к элементам приема и передачи кислорода и водорода.
Недостатками известной конструкции является повышенная потеря электроэнергии из-за большого расстояния между анодами и катодами, которые находятся в разных камерах и разделены электролитом, в котором ионы перемещаются медленно и с большим сопротивлением.
Целью изобретения является создание устройства для получения водорода и кислорода с минимальными затратами электроэнергии, с устранением нерациональных затрат электрической и химической энергии, обеспечение ускорения процессов.
Поставленная задача конструкции устройства решается так: электролизер для получения водорода и кислорода электролизом водного раствора электролита включает расположенные в общем корпусе анодную и катодную камеры с электродами, подключенными к источнику постоянного напряжения, камеры соединены трубопроводами с камерой деионизации, анодная камера от катодной отделена электроизоляционной перегородкой, которая не доходит до дна общего корпуса и на ней установлен источник ультрафиолетового излучения, в анодной камере расположен монополярный электрод - анод, а в катодной расположен монополярный электрод - катод, камера диссоциации соединена с анодной и катодной камерами через сепаратор ионов электрическим градиентным полем, также анодная и катодная камеры через заборники отработанного водного раствора электролита из верхних слоев электролита соединены с камерой диссоциации, верхняя часть анодной и катодной камер подсоединена к элементам приема и передачи кислорода и водорода. В анодной и катодной камерах между анодами и катодами установлены дополнительные электроды, которые соединены между собой общим проводником, который соединяет плюсовый и минусовый выводы двух блоков источника питания постоянного тока, другие концы которых подключены соответственно к аноду и катоду, один блок питания подает стабилизированное постоянное напряжение, минимально необходимое для выделения на аноде кислорода, а второй подает стабилизированное постоянное напряжение минимально необходимое для выделения на катоде водорода, а материал дополнительных электродов выбран из ряда материалов, на которых перенапряжение для водорода и кислорода превышает разность между напряжениями, поданными на анод и катод в рабочем режиме. Уровень напряжения каждого блока в рабочем режиме составляется из внутреннего падения напряжения блока питания, сопротивления проводников, напряжения перехода диссоциированных в камере диссоциации, разделенных сепаратором и возбужденных световым излучением ионов в молекулы газов с учетом дополнительного перенапряжения на электродах, которое зависит от материала электрода. Общий проводник заземлен. Анод сделан из титана, катод из губчатого графита, а электроды, которые соединены между собой общим проводником - из хромоникелевой стали.
В отличии от прототипа существенными признаками электролизера по изобретению является то, что в анодной и катодной камерах между анодами и катодами установлены дополнительные электроды, которые соединены между собой общим проводником, который соединяет плюсовый и минусовый выводы двух блоков источника питания постоянного тока, другие концы которых подключены соответственно к аноду и катоду, один блок питания подает стабилизированное постоянное напряжение, минимально необходимое для выделения на аноде кислорода, а второй подает стабилизированное постоянное напряжение, минимально необходимое для выделения на катоде водорода, а материал дополнительных электродов выбран из ряда материалов, на которых перенапряжение для водорода и кислорода превышает разность между напряжениями, поданными на анод и катод в рабочем режиме - анод выполнен из титана, катод из губчатого графита, а электроды, которые соединены между собой общим проводником - из хромоникелевой стали, причем общий проводник заземлен.
Существенными признаками, достаточными во всех случаях, является то, что в анодной и катодной камерах между анодами и катодами установлены дополнительные электроды, которые соединены между собой общим проводником, который соединяет плюсовый и минусовый выводы двух блоков источника питания постоянного тока, другие концы которых подключены соответственно к аноду и катоду, один блок питания подает стабилизированное постоянное напряжение, минимально необходимое для выделения на аноде кислорода, а второй подает стабилизированное постоянное напряжение, минимально необходимое для выделения на катоде водорода, а материал дополнительных электродов выбран из ряда материалов, на которых перенапряжение для водорода и кислорода превышает разность между напряжениями, поданными на анод и катод в рабочем режиме - анод выполнен из титана, катод из губчатого графита, а электроды, которые соединены между собой общим проводником - из хромоникелевой стали.
Существенным признаком, достаточным в отдельных случаях, является то, что общий проводник заземлен.
Таким образом, представленная конструкция позволяет изготовить электролизер для получения водорода и кислорода с минимальными затратами электроэнергии, с устранением нерациональных затрат энергии электрической и химической, с обеспечением ускорения процессов электролиза. Уменьшение затрат электроэнергии достигается за счет оптимального выбора напряжения и уменьшение сопротивления за счет расположения электродов анода и катода на малом расстоянии от дополнительных электродов, на которые благодаря перенапряжению, которое превышает перенапряжение на анодах и катодах, не выделяется газ из ионов противоположного знака. Ускорение процессов также обеспечивается расположением электродов и камер.
На фиг.1 схематично показана конструкция электролизера.
На фиг.2 показано сечение А-А.
На фиг.3 показана схема питания электролизера.
При выполнении работ по доведению к промышленной пригодности был изготовлен электролизер с общими габаритами совместного корпуса анодной, катодной камер и камеры диссоциации: длина 800 мм, ширина 400 мм и высота 200 мм.
Электролизер для получения водорода и кислорода из водного раствора электролита включает общий корпус 1 из электроизоляционного материала, в котором находится анодная камера 2, катодная камера 3 и камера диссоциации 4. Анодная камера от катодной отделена электроизоляционной перегородкой 5, которая не доходит до дна совместного корпуса 1 и обеспечивает герметичное разделение камер по верхней части, в которой собирается выделяющийся газ. Камера диссоциации 4 отделена герметичной электроизоляционной перегородкой 6 по всей высоте и соединена с анодной камерой 2 и катодной камерой 3 через приемник отработанного водного раствора 7, насос 8 и фильтр 10, через трубопровод 11, сепаратор ионов 12, в котором монополярные электроды сепаратора 13 и 14 расположены ниже низа перегородки. Электроды закреплены на пластинах 15 и 16, изготовленных из электропроводного материала, через прокладку из электроизоляционного материала 17 и подключены к источнику постоянного тока напряжением 30 В. Под перегородкой 5, которая разделяет анодную камеру 2 от катодной 3, сделан выход из канала в анодную и катодную камеры, который образовывается пластинами 15 и 16 и ограничивает поток водного раствора из камеры диссоциации. На соединении ограничителей потока 15 и 16 выполнены отверстия 18, к которым подсоединены трубопроводы 11 из камеры диссоциации 4. Анодная камера 2 и катодная камера 3 соединены с камерой диссоциации 4 через заборники отработанного электролита 19 и 20, через насос 9, фильтр деионизатор 21, трубопровод 22. Дополнительные электроды 23 расположены между катодов 26, изготовленных из губчатого графита, а дополнительные электроды 24 расположены между электродов анодов 27, изготовленных из титана, а дополнительные электроды 23 и 24 изготовлены из хромоникелевой стали 12Х18Н10Т. Все электроды созданы из пластин, которые собраны в блоки и закреплены на стенках корпуса 1. К верхней крышке 28 подсоединены трубопроводы для отвода водорода и кислорода. На трубопроводах установлены: фильтр осушения 29, манометр 30, запорный клапан 31 для водорода, манометр 32 и запорный клапан 33 для кислорода.
Для пополнения электролизера водой установлены запорный клапан 34 и фильтр 35 и подведена труба 36 к трубе 22. Лампа ультрафиолетового излучения 37 установлена в нижней части перегородки 5, перпендикулярно к пластинам анода 27 и катода 26, и обеспечивает облучение анодной, катодной камер и промежутка между пластинами. Насосы 8 и 9 приводят в действие электродвигатели 38 и 39.
Напряжение на электродах и выбор электролита в каждом случае зависят от необходимой производительности, габаритов электролизера и материала электродов.
Схема блока питания анода, катода и дополнительных электродов представляет собой два понижающих трансформатора 40 и 41, подключенных к разным фазам сети переменного тока, вторичная обмотка которых подключена к блокам выпрямителей 42 и 43, выходы которых последовательно подключены через катушки индуктивности 44, 45, 46, 47, и параллельно подключены конденсаторы 48, 49, 50, 51. Проводник 52 подключен к катоду 26, проводник 53 к аноду 27, а проводники 54 и 55 соединены между собой общим проводником 56, и подключены к дополнительным электродам 23 и 24. Между общим проводником и проводником 53 подключен вольтметр 57, а между общим проводником и проводником 52 подключен вольтметр 58. Общий проводник 56 имеет отводку 59 и заземлен.
Работает электролизер так: готовят 20% раствор едкого калия в камере диссоциации 4, насосом 8 подается водный раствор электролита в анодную 2 и катодную 3 камеры с обеспечением одинакового уровня. Из силового источника питания по проводникам 52, 53, 56 подается постоянное электрическое напряжение +1,23 В на анод 27, и -0,9 В на катод 26 через дополнительные электроды 23 и 24. Из блока питания, типичной для электрических устройств схемы, поэтому его схема на фиг.3 не показана, подается постоянное напряжение 30 В на электроды сепаратора ионов 13, 14, и 500 В переменного напряжения на лампу ультрафиолетового облучения 37, 24 В постоянного напряжения на электродвигатели 38 и 39. Начинается замкнутый цикл последовательных действий. Водный раствор электролита, который диссоциировался в камере диссоциации 4, подается насосом 8 через фильтр 10 по трубопроводу 11 в канал сепарации ионов 12, в котором ионы делятся на анионы и катионы градиентным полем. Через перфорационные отверстия на электроде 13 и пластине ограничителя 15 ионы водорода Н+ поступают в катодную камеру на пластины катода 26 и пластины дополнительного электрода 23, а ионы гидроксильной группы через перфорационные отверстия в электроде 14 и ограничители 16 проходят в анодную камеру на пластины анода 27 и пластины дополнительного электрода 24.
Ускорение перемещения ионов обеспечивается подачей свежего электролита из камеры диссоциации, его отбором с верхнего слоя и маленькими промежутками между пластинами анода катода и дополнительными электродами, которые через общий проводник обеспечивают поток электронов со скоростью их движения в металле. Лампа 37 освещает поток однополярных ионных растворов, которые в разделенных потоках перемещаются в направлении анода 27, катода 26 и к дополнительным электродам 23 и 24. В результате энергия, необходимая для возобновительных и окислительных реакций ионов в атомарные газы, уменьшается. На аноде 27 и катоде 26 ионы восстанавливаются и окисляются, а дополнительные электроды имеют недостаточный потенциал для восстановления или окисления и обеспечивают поставку электрической энергии с сопротивлением, намного меньшим чем электролит. Потоки ионизированного водного раствора электролита направлены от сепаратора ионов к заборникам отработанного водного раствора электролита 19, 20, ускоряют перемещение ионов и атомарных газов вдоль плоскости пластин. Атомарные газы отбираются в верхней части камер и направляются по назначению. Отработанный водный раствор электролита насосом 9 через заборники 19, 20 поступает в фильтр 21, в котором потоки из анодной и катодной камер, которые имеют излишек ионов разной полярности, смешиваются и деионизируются. Отработанный водный раствор попадает в камеру диссоциации 4, в которой диссоциирует и снова подается для электролиза в катодную и анодную камеры. Пополнение электролизера водой выполняется через запорный клапан 34, фильтр 35 по трубопроводу 36.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Электролизер для получения водорода и кислорода электролизом водного раствора электролита, который содержит расположенные в общем корпусе анодную и катодную камеры с электродами, подключенными к источнику постоянного напряжения, камеры соединены трубопроводами с камерой деионизации, анодная камера от катодной отделена электроизоляционной перегородкой, которая не доходит до дна общего корпуса и на ней установлен источник ультрафиолетового излучения, в анодной камере расположен монополярный электрод - анод, а в катодной расположен монополярный электрод - катод, камера диссоциации соединена с анодной и катодной камерами через сепаратор ионов электрическим градиентным полем, также анодная и катодная камеры через заборники отработанного водного раствора электролита из верхних слоев электролита соединены с камерой диссоциации, верхняя часть анодной и катодной камер присоединена к элементам приема и передачи кислорода и водорода, отличающийся тем, что в анодной и катодной камерах между анодами и катодами установлены дополнительные электроды, которые соединены между собой общим проводником, который соединяет плюсовый и минусовый выводы двух блоков источника питания постоянного тока, другие концы которых подключены, соответственно, к аноду и катоду, один блок питания подает стабилизированное постоянное напряжение, минимально необходимое для выделения на аноде кислорода, а второй подает стабилизированное постоянное напряжение, минимально необходимое для выделения на катоде водорода, а материал дополнительных электродов выбран из ряда материалов, на которых перенапряжение для водорода и кислорода превышает разность между напряжениями, поданными на анод и катод в рабочем режиме - анод выполнен из титана, катод - из губчатого графита, а электроды, которые соединены между собой общим проводником - из хромоникелевой стали.
2. Электролизер по п.1, отличающийся тем, что общий проводник заземлен.
www.freepatent.ru
Электролизер для получения водорода и кислорода из воды
Изобретение относится к устройствам для получения водорода и кислорода электролизом воды. Электролизер включает корпус, размещенные в нем последовательно соединенные между собой ячейки, состоящие из катода, анода, размещенной между ними газозапорной мембраны, насосы для циркуляции щелочного электролита, емкости с щелочным электролитом, систему подачи воды, устройство для отделения кислорода от паров воды и щелочи и устройство для отделения водорода от паров воды и щелочи. Анод каждой из ячеек выполнен в виде трубы из сетчатого материала, а катод - в виде полого цилиндра из пористого гидрофобизированного материала. Причем анод и катод каждой из ячеек размещены вплотную к газозапорной мембране с образованием катодной газовой полости между внешней стороной катодов и корпусом, соединенной с емкостью гидрозатвора, емкостью щелочного электролита и устройством для отделения водорода от паров воды и щелочи. Ячейки соединены анодными полостями с теплообменником и с емкостью щелочного электролита, которая, в свою очередь, соединена с устройством для отделения кислорода от паров воды и щелочи и системой подачи воды. Изобретение обеспечивает снижение потребляемой мощности, повышение производительности, надежности и безопасности эксплуатации. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.
Заявляемое техническое решение относится к технологии электрохимических производств, а именно к устройствам для получения водорода и кислорода методом электролиза воды.
Известен электролизер воды трубчатого типа по патенту РФ на изобретение №2258767 (класс МПК С25В 1/04, приоритет 19.03.2003 г.) для получения водорода и кислорода путем электролиза воды, который содержит герметичную емкость с электродами, крышку, входные и выходные трубки. Электролизер снабжен регулятором уровня жидкости, выполненным в форме трубки, соединенной с герметичной емкостью, заполненной дистиллированной водой, с возможностью автоматического регулирования уровня жидкости в емкости электролизера при помощи вакуумного клапана. Электролизер соединен с емкостью жидкой щелочи через дозатор, снабженный соленоидом и реле времени. Электролизер соединен также с горелкой при помощи выходных труб, расположенных на разных уровнях и выполненных с возможностью раздельного извлечения из воды водорода и кислорода, полученных в процессе электролиза и перемещения их при помощи вакуум-насосов.
Недостатком данного электролизера является низкие производительность, надежность и долговечность.
Конструкция электролизера по патенту США на изобретение №7510633 (класс МПК С25В 1/10, приоритет 21.02.2003 г.) для получения водорода и кислорода, принятая за прототип, включает в себя катод трубчатой формы, анод - в виде стержня, мембрану, анодную и катодную полость с электролитом, водородный и кислородный коллектор, насос для электролита.
Перед началом работы электролизера, в анодную и катодную полости ячейки между которыми установлена мембрана, подается раствор электролита. Затем на электроды подается электрическая нагрузка. Электролит в анодной и катодной полости ячейки циркулирует при помощи насоса. Газовые пузыри, выделившиеся на электродах, совместно с электролитом, покидают ячейку через газовые каналы. Далее в кислородной и водородной емкостях газ отделяется от электролита, после чего газ поступает в баллон (либо иную емкость), а электролит собирается в общую емкость и с помощью насоса используется в дальнейшей работе.
Недостатками данного устройства являются:
- излишние энергетические затраты, из-за наличия расстояния между электродами (за счет анодной и катодной полостей), следовательно и рост сопротивления, что увеличивает потребляемую мощность и снижает производительность устройства;
- наличие высоких токов утечки, так как использование в конструкции электролизера общего электролитного коллектора заполненного раствором электролита, снижает производительность в целом всей установки.
Задачей заявляемой конструкции электролизера для получения водорода и кислорода из воды (водного раствора щелочи), является снижение потребляемой мощности, повышение производительности, а также надежности и безопасности в эксплуатации.
Поставленная техническая задача решается за счет того, что в электролизере для получения водорода и кислорода из воды включающем ряд последовательно соединенных ячеек, состоящих из катодов трубчатой формы, анодов выполненных в виде трубы, мембраны между катодом и анодом, исключающей смешивание выделившихся газов, анодной и катодной полостей, насосов для циркуляции электролита, емкости с щелочным электролитом, устройств для отделения газов от электролита, согласно заявляемой конструкции электролизера для получения водорода и кислорода из воды, набор из нескольких ячеек помещен в корпус. Анод и катод в ячейке плотно прилегают к газозапорной мембране, в качестве анода используется труба, выполненная из сетчатого материала (для легкого прохождения выделившегося анодного газа через анод), а в качестве катода - полый цилиндр из пористого гидрофобизированного материала. Анодные полости ячеек, заполненные электролитом, последовательно соединены между собой и с емкостью щелочного электролита, которая в свою очередь соединена с устройством для отделения кислорода от паров воды и щелочи, системой подачи воды и теплообменником. Катодная полость образована внешней стороной катодов ячеек и корпусом. Она не заполнена электролитом, является газовой и соединена с емкостью гидрозатвора и устройством для отделения водорода от паров щелочи и воды. Движение электролита в анодной полости осуществляется за счет эффекта «аэролифта». Для снижения напряжения электролизера, и, как следствие, уменьшения энергетических затрат, на поверхность анода и внутреннюю поверхность катода может быть нанесен катализатор.
Существенным отличием заявляемого устройства является то, что электроды плотно прилегают к газозапорной мембране, а анодная полость представляет собой трубу, заполненную электролитом. Также в данной конструкции хоть и находится общий электролитный коллектор, образованный соединением анодных полостей ячеек друг с другом, но в связи с тем, что выделившийся газ вспенивает электролит, площадь сечения электролитного моста в местах соединения ячеек-электролизеров значительно меньше, что в значительной степени снижает токи утечки и как следствие, энергозатраты, увеличивая производительность установки в целом. Кроме того, предлагаемая конструкция легко размещается в трубе небольшого диаметра, которая является одновременно и корпусом, обеспечивая повышенную прочность при незначительной толщине стенки и, соответственно, способствует снижению массы электролизера.
Между собой ячейки могут быть электрически соединены последовательно или параллельно. Последовательное соединение предпочтительней.
На фиг.1 изображено заявляемое устройство, на фиг.2 на виде А-А показан корпус и ячейка в разрезе.
Заявляемая конструкция электролизера для получения водорода и кислорода из воды включает в себя следующие элементы: корпус (1) в виде трубы, например, круглого сечения, размещенные в нем ячейки (2), соединенные между собой последовательно. Емкость с раствором щелочного электролита (3) в которой с помощью насоса подающего воду (4), поддерживается необходимая для работы электролизера концентрация электролита, поступающего с помощью насоса (5) из гидрозатвора (емкости с конденсатом и раствором щелочи) (6). Электролит для поддержания рабочей температуры электролизера, циркулируя через теплообменник (7), подается в ячейки (2). Для циркуляции электролита, в случае необходимости, включается насос (8). Устройство для отделения водорода от щелочи и паров воды (9) соединено с гидрозатвором (6) и катодной полостью (10) заявляемого электролизера. Устройство для отделения кислорода от щелочи и паров воды (11) соединено с емкостью с раствором щелочного электролита (3). На корпусе установлены токовыводы (12) для подачи нагрузки.
На фиг.2 (вид А-А) в разрезе показан корпус (1), например, круглого сечения, находящаяся в нем ячейка (2), представляющая собой катод (13) в виде цилиндра из пористого гидрофобизированного материала, анод (14) в виде трубы и расположенную между ними без зазора газозапорную мембрану (15). В анодной полости (16) ячейки (2) находится электролит, а внешняя сторона катодов (13) ячеек (2) и корпус (1) образуют катодную полость (10) электролизера.
Заявляемое устройство работает следующим образом. В корпусе (1) ячейки (2), число которых определяется необходимой производительностью электролизера, соединены между собой электрически последовательно. Кроме того, ячейки (2) последовательно соединяются между собой и по анодной полости (16), в которой циркулирует электролит. Катодная полость электролизера (10) является газовой, на дне которой собирается конденсат и раствор электролита, просочившийся через поры катода (13). Циркуляция электролита происходит за счет движения выделяемого при электролизе газа (эффект аэролифта) и при недостаточной подъемной силе возможно включение насоса (8). Для поддержания определенной рабочей температуры электролизера, электролит проходит через теплообменник (7). Электролит в виде пены попадает в емкость с раствором электролита (3), откуда, освободившись от газа, заново попадает в ячейки (2). Выделяясь, катодный газ насыщается парами воды и частично выносит щелочь из электролизера, некоторая часть которой конденсируется на стенках корпуса (1). Затем конденсат стекает в емкость гидрозатвора (6), далее при помощи насоса (5) перекачивается в емкость с раствором щелочного электролита (3). Для поддержания заданной концентрации электролита в анодных полостях (16) ячеек (2) в емкость с раствором щелочного электролита (3) подается вода при помощи насоса (4). Наработанные водород и кислород отводятся из электролизера для дальнейшего их использования, предварительно удаляя из них остатки щелочи и пары воды, соответственно в устройствах (9) и (11).
В качестве материала для анода была применена никелевая сетка с нанесенным на нее катализаторм - серебром, для катода полый цилиндр из пористого никеля, покрытый с внутренней стороны платино-родиевым катализатором, а газозапорной мембраны - кремнесодержа-щий волокнистый материал с добавлением фторопласта.
Как показали испытания, использование заявляемой конструкции электролизера позволяет:
- снизить до 7% потребляемую мощность и до 5% повысить производительность. Это достигается в заявляемой конструкции электролизера за счет плотного прилегания электродов (анода и катода) к газозапорной мембране и сокращения площади сечения электролитного моста в местах соединения ячеек, за счет того, что выделившийся в процессе работы электролизера газ вспенивает электролит в общем электролитном коллекторе. Это позволяет в значительной степени снизить токи утечки и, как следствие, энергозатраты, тем самым увеличивая производительность установки в целом;
- за счет использования единого корпуса, в котором размещаются ячейки, конструкция содержит меньше соединительных элементов вне корпуса электролизера, что позволяет снизить массо-габаритные характеристики, повысить надежность и безопасность электролизера в эксплуатации.
1. Электролизер для получения водорода и кислорода из воды, включающий последовательно соединенные между собой ячейки, состоящие из катода, анода, размещенной между ними газозапорной мембраны, исключающей смешивание выделившихся газов, насосы для циркуляции щелочного электролита, емкости с щелочным электролитом, систему подачи воды, устройство для отделения кислорода от паров воды и щелочи и устройство для отделения водорода от паров воды и щелочи, отличающийся тем, что он снабжен корпусом для размещения в нем соединенных последовательно между собой ячеек, анод каждой из ячеек выполнен в виде трубы из сетчатого материала, а катод - в виде полого цилиндра из пористого гидрофобизированного материала, причем анод и катод каждой из ячеек размещены вплотную к газозапорной мембране с образованием катодной газовой полости между внешней стороной катодов и корпусом, соединенной с емкостью гидрозатвора, емкостью щелочного электролита и устройством для отделения водорода от паров воды и щелочи, при этом ячейки соединены анодными полостями с теплообменником и с емкостью щелочного электролита, которая, в свою очередь, соединена с устройством для отделения кислорода от паров воды и щелочи и системой подачи воды.
2. Электролизер по п.1, отличающийся тем, что ячейки электрически соединены последовательно.
3. Электролизер по п.1, отличающийся тем, что на поверхность анода и внутреннюю поверхность катода ячеек нанесены катализаторы.
4. Электролизер по п.1, отличающийся тем, что в качестве материала катода ячеек использован пористый гидрофобизированный никель.
5. Электролизер по п.1, отличающийся тем, что анод выполнен из никелевой сетки.
www.findpatent.ru
Конструируем электролизер — LENR.SU
Электролизер является одним из распространенных генераторов водорода. Применение электролизеров в промышленности для получения водорода в настояшее время ограничено ввиду высоких затрат электроэнергии, необходимых для электролиза, и предпочтение отдается химическим способам его получения. Промышленные электролизеры конструируют с раздельным выходом водорода и кислорода, они громозки, сложны и требуют квалифицированного обслуживания. Для целей газорезки и газосварки, например, в ювелирных мастерсих, используются небольшие электролизеры с общим выходом кислородно-водородной смеси (гремучего газа), так как они гораздо более надежны и проще конструктивно, хотя гремучая смесь гораздо более опасна, чем водород и кислород отдельно.
Дополнительно отмечу, что существуют и другие способы разложения воды на кислород и водород, помимо электролиза. Электролиз — это всегда значительные затраты, и наивно и смешно выглядят желающие построить «вечный двигатель» на базе электролизера.
В настоящее время электролизеры различных конструкций, помимо промышленного применения, используются различными умельцами для:
- сварки/резки водородом;
- для опытов по повышению кпд и снижению токсичности двс;
- для опытов по повышению кпд и снижению токсичности жидкотопливных котлов и другого оборудования;
- а также для желающих проводить эксперименты с получением ННО, в том числе для проверки схем сверэффективного электролиза, и естественно, для опытов с отоплением!
Мы в нашей Лаборатории проводим изучение вопросов электролиза, а также конструирование электролизеров различных конфигураций.
Прогоревший «пламегаситель»
Испытание водяного затвора (баблера) из пластиковой колбы. Никогда так не делайте!
Любопытное явление, с которым мы столкнулись в ходе работ:
А вот здесь представлено техническое решение по изменению режима горения ННО газа:
lenr.su
Водород электролизеры - Справочник химика 21
В зависимости от имеющейся посуды и количества необходимого водорода электролизер можно сделать из большой и-образной трубки (рис. 20) и т. д. [c.52]В процессе электролиза происходит убыль фторида водорода в расплаве электролита. Для определения убыли фторида водорода электролизеры устанавливают на весы и корректируют скорость ввода в электролит фторида водорода с изменением веса электролизера. [c.247]
В большинстве случаев фтор, применяемый в этой работе, производился в маленьких никелевых электролизерах (рис. 2). Они работали с электролитом,. состоящим из 1,8 моля фтористого водорода на моль фтористого калия [2] и эффективностью тока примерно 90 /о- Скорость получения и количество фтора определялись измерением выходящего водорода. Электролизер указанных размеров удовлетворительно обслуживался током до 25 ампер. Найдено, что чистота получаемого фтора и легкость обслуживания электролизера в основном зависят от поддержания абсолютной сухости электролита. Для загрузки применялся специально перегнанный фтористый водород. [c.231]
Конструкция электролизеров тина ФВ была разработана в СССР в 30-х годах в связи со строительством Чирчикского электрохимического комбината для производства азотных удобрений на. базе синтетического аммиака из электролитического водорода. Электролизеры этого типа были усовершенствованы в конце 40-х годов и в настоящее время используются на многих электролитических установках различной производительности. [c.126]
Для непрерывного контроля за содержанием примеси водорода в кислороде и кислорода в водороде электролизеры должны быть оборудованы автоматическими газоанализаторами с сигнализацией максимально допустимых концентраций. Кроме того, не Менее одного раза в смену должен производиться контрольный анализ газов ручными химическими газоанализаторами. [c.284]
Источник водорода (электролизер, аппарат Киппа, баллон с водородом). [c.22]
В электролизер (см. рис. 16) помещают 2000 г 4%-ного раствора уксусного ангидрида в безводном фтористом водороде. Электролизер герметически закрывают крышкой с подвешенными электродами и с обратным холодильником, поддерживаемым при —30°. Содержимое подвергают электролизу постоянным током 50 а и напряжением 5,2 в при температуре 20°, которую поддерживают циркуляцией охлаждающей жидкости в рубашке, окружающей электролизер. [c.106]
Полихлоропреновые обкладки противостоят одновременному действию коррозионных и абразивных сред, что часто встречается в химической промышленности. Имеется успешный опыт защиты аппаратуры на некоторых химических заводах с помощью паиритовых обкладок. Обкладками из хлоропреновых каучуков защищены от коррозии трубопроводы, по которым транспортируется хлористый водород, электролизеры, бункера, монтежю и другие резервуары, в том числе и такие крупные, как железнодорожные [и1стерны. Обкладки железнодорожных цистерн подвергают самовулканизации без подогрева, которая летом завершается примерно за месяц. Гуммированные аппараты меньших размеров вулканизуют ири 80—90° С в воздушной камере полые объекты, которые нельзя демонтировать, можно прогреть с помощью вентилятора, соединенного с калорифером. [c.442]
Отечественной промышленностью химического машиностроения (завод Уралхиммаш) были выпущены четыре типа фильтпрессных биполярных электролизеров электролизер большой производительности ФВ-500 на 500 м /ч водорода [1], электролизеры средней производительности ЭФ-24/12-12 и ЭФ-12/6-12 на 24 и 12 м 1ч водорода соответственно и малый электролизер СЭУ-4М на 2—4 м ч водорода. Электролизер ФВ-500 с эквивалентной силой тока [c.347]
Анодные газы содержат peu = 9,0 % (об.) I2, рсо, =" == 8,0 % (об.) СО2 и некоторое количество газообразного хлористого водорода. Электролизер работает с выходом по току магния = 80 %. Считая (условно), что снижение катодного выхода по току полностью обусловленно взаимодействием магния с анодными продуктами, рассчитайте удельный расход гра- [c.285]
Элеетрохимический способ приготовления сернокислого элеетролита родирования основан на растворении металлического родия в растворе серной кислоты в присутствии перекиси водорода Электролизер должен быть изготовлен из термостойкого стекла в верхней части его боковых стенок впаяны родиевые или платиновые проволоки диаметром 1-3 мм, используемые в качестве контаетов. В качестве электродов применяют родиевые пластины, которые предварительно активируют в растворе соляной кислоты, взятой в соотношении 1 2, переменным током при плотности тока 50 А/дм в течение 3-5 мин до получения светлого оттенка. [c.262]
Защита химической аппаратуры с помощью наиритовых обкладок успешно осуществляется на Ереванском заводе им. С. М. Кирова и на некоторых других химических заводах. Наиритовую резину прочно закрепляют на металле с помощью наиритовых клеев, в которые вводят при необходимости хлорнаирит. Таким способом защищают от коррозии трубопроводы, по которым транспортируется хлористый водород, электролизеры, бункеры, монтежю и другие резервуары, в том числе и такие крупные, как железнодорожные цистерны. [c.21]
Трубопроводы водорода электролизер-ных установок должны выполняться в соответствии с указаниями Инструкции по монтажу электроли-зерных установок . Сальниковая набивка должна быть выполнена из прографиченного асбеста, прокаленного при температуре 300°С. Применение сальниковых набивок из других материалов не допускается. [c.310]
Электролизер с непроточным электролитом. Одной из первых конструкций электролизеров с твердым катодом, получивших в свое время значительное промышленное применение, был хлорный электролизер Грисгейм-электрон . В нем нашли правильное отражение основные вопросы теории процесса, известные в то время. В железном баке размером 3,8 X 3,1 м и высотой 0,87 м установлено 12 анодных ячеек, представлявших собой железные каркасы (с железным днищем), изолированные изнутри слоем цемента. В боковые стенки каркасов вставлялись цементные диафрагмы. Внутри ячеек, против диафрагм расположены плоские угольные аноды. В центре каждой ячейки устанавливался пористый керамиковый сосуд с твердой солью. Сверху анодная ячейка герметически закрыта цементной крышкой с отверстием для выхода хлора. Катодами служили внутренние стенки бака и листы железа, установленные вокруг анодных ячеек. В среднее пространство между двумя рядами анодных ячеек помещался греющий паровой барабан. Сверху среднее пространство перекрыто железной крышкой, под которой собирался выделяющийся на катодах водород. Электролизеры работали при токе 2200—3300 А и температуре 85 °С. Работа была периодической. При пуске катодные и анодные пространства заполнялись концентрированным рассолом, через 3 суток, при накоплении в католите 45—50 г/л NaOH и остаточном содержании Na l 260 г/л его выливали и направляли на выпарку. Анодный газ содержал 35—40% СЬ 4,0—4,5% СОг и примесь Нг, [c.347]
Проведение опыта. Сатуратор и сосуд для измерения промываются хромовой смесью, затем дестиллированной водой, высушиваются и заполняются исследуемым раствором хлористого водорода. Сатуратор соединяется резиновыми трубками с сосудом для измерения и источником водорода (электролизер с раствором едкого кали). Между электролизером и сатуратором включается трубка с ватой, трубка, наполненная платинированным асбестом, подогреваемая электрической печью или спиралью (для удаления следов кислорода) и затем промывная склянка с дестиллированной водой. [c.13]
Установка состоит из генератора водорода (электролизера), системы очистки и осушки водорода (колонки с медью, адсорбированной на силикагеле, осушителей с СаСЬ, Mg( 104)2, Р2О5, ловушки.с силикагелем), генератора чистого водорода (гидрида урана), реакционного сосуда, совмещенного с экстрактором Сокслета, и сосудов для дегазации и осушки над силикагелем ot° и бензола. [c.149]
chem21.info
