RU2006526C1

RU2006526C1 - Electrolyzer for obtaining a mixture of oxygen and hydrogen

Info

Publication number: RU2006526C1
Application number: SU914953157A
Authority: RU
Inventors: А.Г. Матафонов
Original assignee: Ассоциация "Экология и милосердие" ("Экомил")
Priority date: 1991-06-03
Filing date: 1991-06-03
Publication date: 1994-01-30

Abstract

FIELD: electrochemistry. SUBSTANCE: steel electrodes have form of disks with an annular groove, each electrode has in its upper portion a cutout in the form of a sector or an upper portion of one side of the disc is coated by an alkali-resistant insulation, being preferable because of its best heat sink. The electrodes, arranged between rear and front plates, are divided one from another by dielectric liners. A scale for determining an electrolyte level and for controlling current intensity by rotation of the electrolyzer around its lengthwise axis on a stationary base is applied on the front plate, made of transparent dielectric. EFFECT: enhanced safety. 1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к конструкции устройства электролитического получения водородно-кислородной смеси путем электролиза воды и водного раствора, при горении которой образуется газовое пламя гремучей смеси, используемое для газопламенной технологии в ряде отраслей промышленности. The invention relates to the design of a device for the electrolytic production of a hydrogen-oxygen mixture by electrolysis of water and an aqueous solution, during combustion of which a gas flame of an explosive mixture is formed, which is used for gas-flame technology in a number of industries.

В качестве прототипа выбрана конструкция электролизера, состоящая из электродов, выполненных корытообразными с обращенными в одну сторону впадинами, где диэлектрические прокладки установлены по периметру впадин. As a prototype, the design of the electrolyzer, consisting of electrodes made trough-shaped with depressions facing one side, where dielectric spacers are installed around the perimeter of depressions, was chosen.

Недостатком известных электролизеров является значительная сложность конструкции электродов, не предусматривающая регулирование мощности устройства, большие габаритные размеры и масса. A disadvantage of the known electrolyzers is the significant complexity of the design of the electrodes, not involving the regulation of the power of the device, large overall dimensions and weight.

Целью изобретения является упрощение конструкции электродов, обеспечение возможности регулирования мощности электролизера при значительной компактности и надежности, т. е. портативности аппарата. The aim of the invention is to simplify the design of the electrodes, providing the ability to control the power of the cell with significant compactness and reliability, i.e. portability of the apparatus.

Указанная цель достигается тем, что в электролизере, состоящем из электродов, разделенных диэлектрическими прокладками, электроды выполнены в виде стальных дисков с кольцевыми канавками, каждый из которых в верхней его части имеет вырез в виде сектора или с одной стороны покрыт щелочно-упорным изолятором, что позволяет при повороте всего электролизера вокруг продольной оси менять площадь контакта с электролитом, таким образом регулировать мощность аппарата. This goal is achieved by the fact that in the electrolyzer, consisting of electrodes separated by dielectric spacers, the electrodes are made in the form of steel disks with annular grooves, each of which has a cutout in the form of a sector in its upper part or is covered with an alkaline-resistant insulator on one side, which allows you to change the area of contact with the electrolyte when you rotate the entire cell around the longitudinal axis, thus regulating the power of the apparatus.

На фиг. 1 изображена предлагаемая конструкция электрода; на фиг. 2 - электролизер для получения водородно-кислородной смеси газа, продольный разрез; на фиг. 3 - вид по стрелке А на фиг. 2. In FIG. 1 shows the proposed design of the electrode; in FIG. 2 - electrolyzer to obtain a hydrogen-oxygen gas mixture, a longitudinal section; in FIG. 3 is a view along arrow A in FIG. 2.

Электролизер содержит платы, изготовленные в виде дисков из прозрачных диэлектриков. На передней плате 1 установлена заливная 3 и сливная 4 пробки, а также нанесена шкала 5 для определения уровня электролита и регулирования мощности. На задней плате 2 установлен штуцер 6, через который выходит газовая смесь и поступает в горелку 7. Электроды 8 изготовлены из стальных пластинчатых дисков с кольцевыми канавками, каждый из которых в верхней части имеет секторный вырез или с одной стороны покрыт щелочно-упорным изолятором. Электроды располагаются между задней и передней платами, разделяясь между собой диэлектрическими прокладками 9, образующими герметичную емкость. Электролизер установлен на неподвижном основании 10 и может на нем поворачиваться вокруг своей продольной оси с помощью вала 11, фрикционно связанного с платами электролизера. Плата и все электродные пластины имеют отверстия для стяжных шпилек 12. Горелка снабжена резиновым баллончиком, заполненным водой, для тушения факела. Перед горелкой установлен водяной затвор 13, снабженный двумя обратными клапанами, через который газ барботирует. Для работы электролизера используется источник постоянного тока 14 с необходимым напряжением. The electrolyzer contains boards made in the form of disks made of transparent dielectrics. On the front board 1 there is a jellied 3 and a drain 4 plugs, as well as a scale 5 for determining the electrolyte level and power control. A fitting 6 is installed on the back board 2, through which the gas mixture exits and enters the burner 7. The electrodes 8 are made of steel plate disks with annular grooves, each of which has a sector cut in the upper part or is coated with an alkaline-resistant insulator on one side. The electrodes are located between the rear and front boards, separated by dielectric spacers 9, forming a sealed container. The cell is mounted on a fixed base 10 and can be rotated on it around its longitudinal axis with the help of a shaft 11, which is frictionally connected with the electrolyzer boards. The circuit board and all electrode plates have openings for the tie rods 12. The burner is equipped with a rubber can filled with water to extinguish the torch. A water shutter 13 is installed in front of the burner, equipped with two check valves, through which gas sparges. For the operation of the cell, a direct current source 14 with the required voltage is used.

Экспериментальные исследования заявляемого устройства проведены при резке металла со следующими параметрами. Дисковые электроды с кольцевыми проточками выполнены из низкоуглеродистой стали толщиной 0,3-0,5 мм, диаметром 192 мм. Количество электродов 112 шт. Толщина резиновых кольцевых прокладок 6 мм. В качестве электролита используется 22% , т. е. стандартный водный раствор NaOH. Напряжение при испытании от электросети в 220 В. Наибольший постоянный ток - 13 А, наименьший - 2 А. Наибольшая потребляемая мощность 2,86 кВт. Наименьшая потребляемая мощность 0,44 кВт. Диаметр сопла горелки, используемый при резке нержавеющей стали 1,2 мм. Пламя, полученное при силе тока в 6-8 А, позволяет производить резку нержавеющей стали толщиной в 3 мм. Масса установки 6,0 кг. Габаритные размеры: диаметр 240 мм, длина 700 мм. Experimental studies of the inventive device were carried out when cutting metal with the following parameters. Disc electrodes with annular grooves are made of low carbon steel with a thickness of 0.3-0.5 mm, a diameter of 192 mm. The number of electrodes 112 pcs. The thickness of the rubber ring gaskets is 6 mm. As an electrolyte, 22% is used, i.e., a standard aqueous solution of NaOH. The voltage during testing from the mains is 220 V. The highest direct current is 13 A, the smallest is 2 A. The highest power consumption is 2.86 kW. The smallest power consumption is 0.44 kW. The diameter of the burner nozzle used when cutting stainless steel is 1.2 mm. The flame obtained at a current of 6-8 A allows cutting of stainless steel with a thickness of 3 mm. Installation weight 6.0 kg. Overall dimensions: diameter 240 mm, length 700 mm.

Экспериментальные работы электролизера проведены при резке и сварке низкоуглеродистых и высоколегированных сталей, результаты положительные, т. е. возможна как сварка, так и резка сталей при толщине листа от 0,1 до 6,0 мм. The experimental work of the electrolyzer was carried out during the cutting and welding of low carbon and high alloy steels, the results are positive, i.e., both welding and cutting of steels with a sheet thickness of 0.1 to 6.0 mm are possible.

Аппарат является экологически чистым, так как при сгорании гремучего газа образуется перегретый пар. Диаметр сопла горелки от 0,1 до 1,5 мм. Аппарат практически пожаробезопасен, т. к. водяной затвор надежно отделяет горящий факел от емкости электролизера. За счет поворота электролизера вокруг продольной оси мощность плавно регулируется, что позволяет подобрать необходимый режим горения. Электроды, выполненные из стальных пластин в форме дисков, несложны в изготовлении, а при значительной надежности и компактности обеспечивают портативность аппарата. The device is environmentally friendly, since the combustion of explosive gas produces superheated steam. The diameter of the nozzle of the burner is from 0.1 to 1.5 mm. The device is practically fireproof, since a water shutter reliably separates the burning torch from the electrolytic tank. Due to the rotation of the electrolyzer around the longitudinal axis, the power is continuously regulated, which allows you to choose the desired combustion mode. Electrodes made of steel plates in the form of disks are not difficult to manufacture, and with considerable reliability and compactness they provide portability of the device.

Устройство работает следующим образом. Электрическая энергия поступает от аккумуляторной батареи или от другого источника постоянного тока. Электролитом служит водный раствор щелочи NaOH. В водном растворе при электролизе кроме ионов электролита Na⁺ и ОН^- имеются ионы, являющиеся продуктами диссоциации воды Н⁺ и ОН^-. В электрическом поле ионы водорода перемещаются к катоду, а ионы ОН^- - к аноду, т. е. у катода идет разрядка как катионов электролита, так и катионов водорода. На инертных электродах при электролизе водных растворов щелочей происходит электрохимическое восстановление воды с выделением водорода и электрохимическое окисление воды с выделением кислорода.The device operates as follows. Electrical energy comes from the battery or another direct current source. The electrolyte is an aqueous solution of alkali NaOH. In an aqueous solution during electrolysis, in addition to the electrolyte ions Na ⁺ and OH ^-, there are ions that are products of the dissociation of water H ⁺ and OH ^- . In the electric field of hydrogen ions move toward the cathode, and the ions OH ^- - to the anode, ie, at the cathode is discharged as an electrolyte cations and hydrogen cations... On inert electrodes during the electrolysis of aqueous solutions of alkalis, electrochemical water recovery with hydrogen evolution and electrochemical oxidation of water with oxygen evolution occurs.

В щелочной среде уравнение имеет следующий вид:
на катоде - 4Н₂О + 2е^- = Н₂ + 4ОН
на аноде - 4ОН^- = О₂ + 2Н₂О + 4е^-
2Н₂(2) + О₂(2) → 2Н

(пар) + теплота
Выделяемая при реакции водорода с кислородом теплота используется для нагрева металла при сварке и резке.In an alkaline environment, the equation has the following form:
at the cathode - 4Н ₂ О + 2е ^- = Н ₂ + 4ОН
on the anode - 4OH ^- = О ₂ + 2Н ₂ О + 4е ^-
2Н ₂ (2) + О ₂ (2) → 2Н

(steam) + heat
The heat released during the reaction of hydrogen with oxygen is used to heat the metal during welding and cutting.

К важнейшим условиям электролиза относят состав раствора, температуру и плотность тока. Плотностью тока является отношение силы тока к рабочей площади электрода. Согласно изобретению, электроды имеют в верхней части диска секторный вырез или покрытие щелочно-упорным изолятором с улучшенным теплоотводом. Наличие секторного выреза или покрытия позволяют при повороте всего электролизера вокруг продольной оси менять площадь контакта с электролитом, таким образом менять силу тока. Регулировка мощности аппарата производится по шкале, нанесенной на передней плате электролизера. Выбор рабочей площади электродов, силы тока, состава электролита определены расчетным и экспериментальным путем в зависимости от применения - сварки или резки металла, различных толщин и свойств стали. The most important electrolysis conditions include the composition of the solution, temperature and current density. Current density is the ratio of current to the working area of the electrode. According to the invention, the electrodes have in the upper part of the disk a sector cut-out or coating with an alkali-resistant insulator with improved heat dissipation. The presence of a sector cutout or coating allows you to change the contact area with the electrolyte when you rotate the entire cell around the longitudinal axis, thus changing the current strength. The power of the device is adjusted according to the scale printed on the front board of the electrolyzer. The choice of the working area of the electrodes, current strength, and the composition of the electrolyte were determined by calculation and experimentally, depending on the application — welding or cutting of metal, various thicknesses and properties of steel.

Предлагаемый электролизер выгодно отличается от известного, так как плавная регулировка силы тока величиной площади поверхности электродов создает удобства в работе при высокой производительности электролизера. (56) Авторское свидетельство СССР N 1023001, кл. С 25 В 1/04, 1983. The proposed electrolyzer compares favorably with the known one, since the smooth adjustment of the current strength by the value of the surface area of the electrodes creates convenience in operation with high electrolyzer performance. (56) Copyright certificate of the USSR N 1023001, cl. C 25 V 1/04, 1983.

Claims

ELECTROLYZER FOR PRODUCING A MIXTURE OF OXYGEN AND HYDROGEN, including end plates, between which electrodes are placed, tightened by fasteners, a gas exhaust device, an electrolyte supply pipe, dielectric spacers separating electrodes, characterized in that, in order to provide the possibility of controlling the amount of the mixture, the electrolyzer is provided with a shaft and mounted for rotation, the electrodes are made in the form of disks, each of which is equipped with a cutout in the form of a sector or a coating of u is applied to each of the electrodes Christmas tree insulator in the form of a sector.