Тема: Электролизер Парпалей разделение питания + УФ и камерой диссоциации

[77ww]

Разработка Парпалей Александра Ильинична

Целью 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.

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.

Схема конструкции электролизера



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.

В сечении

[77ww]

Схема блока питания анода



Напряжение на электродах и выбор электролита в каждом случае зависят от необходимой производительности, габаритов электролизера и материала электродов.

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.

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.