×
19.01.2018
218.015.ff8f

ЭЛЕКТРОЛИЗЕР И КАСКАД ЭЛЕКТРОЛИЗЕРОВ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
№ охранного документа
0002629561
Дата охранного документа
30.08.2017
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к электролизеру, содержащему корпус с электролитом с размещенными в нем электролизной ячейкой с анодом, катодом и мембраной, разделяющей объем электролизной ячейки на анодное и катодное пространства, анодный контур циркуляции электролита, включающий емкость с электролитом и теплообменник, сепараторы водорода и кислорода, магистрали подвода воды и отвода кислорода и водорода, отличающемуся тем, что электролизер содержит катодный контур циркуляции, совмещенный с анодным контуром циркуляции таким образом, что катодная емкость с электролитом соединена через анодный теплообменник с анодным пространством, а анодная емкость с электролитом соединена с катодным пространством через катодный теплообменник, и байпасную линию, соединяющую катодную емкость с электролитом через кран-регулятор и катодный теплообменник с катодным пространством. Также изобретение относится к каскаду электролизеров. Использование предлагаемого изобретения позволяет снизить удельный расход электроэнергии на производство водорода, увеличить ресурс работы электролизера и возможность эффективного использования предлагаемого технического решения в установках разделения изотопов водорода. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к устройствам для получения водорода и кислорода электролизом воды и может быть использовано, в том числе, в электролизных каскадах разделения изотопов водорода.

Уровень техники

Известны электролизеры для разложения воды на водород и кислород (например, патент РФ №2034933). Недостатком таких энергоустановок является то, что вода подается в зону реакции через торец электрода, что приводит к повышению поляризации и, следовательно, к повышенным энергозатратам.

В патенте РФ №2501890 (опубл. 20.12.2013, бюллетень «Изобретения. Полезные модели» №35), принятом за прототип, электролизер содержит корпус с размещенными в нем электролизными ячейками с анодом, катодом и мембраной, разделяющей объем электролизной ячейки на анодное и катодное пространства, анодный контур циркуляции электролита, включающий емкость с электролитом, теплообменник и насос, сепараторы водорода и кислорода, при этом водный раствор электролита подается только к аноду, а катодный процесс осуществляется в условиях дефицита воды за счет ее переноса через анод и мембрану, отвод образующегося водорода происходит через поры катода, что в совокупности приводит к увеличению внутреннего сопротивления ячейки и росту напряжения, т.е. к повышенному расходу электроэнергии, а сухая катодная полость снижает ресурс катода.

Также известны каскады электролизеров для получения тяжелой воды (например, Прикладная электрохимия, под ред. А.П. Томилина. М.: Химия, 1984, с. 139). Однако конкретных технических решений по соединению электролизеров в каскады не приводится.

Раскрытие изобретения

Техническим результатом заявленного изобретения являются снижение удельного расхода электроэнергии на производство водорода, увеличение ресурса работы электролизера и возможность эффективного использования предлагаемого технического решения в установках разделения изотопов водорода за счет полного погружения катода и анода в электролит, взаимного перемешивания анодного и катодного электролитов, что обеспечивает постоянный состав электролита, отделение обогащенной тяжелым изотопом водорода воды от выделяющихся водорода и кислорода при их охлаждении и отвод этой воды в следующий электролизер каскада обогащения, что исключает потери электролита из электролизера, а также возврат обедненной воды после окисления водорода в дожигателе на вход предыдущих ступеней каскада, что увеличивает эффективность извлечения тяжелого изотопа.

Технический результат достигается тем, что предложен электролизер, содержащий корпус с электролитом с размещенными в нем электролизной ячейкой с анодом, катодом и мембраной, разделяющей объем электролизной ячейки на анодное и катодное пространства, анодный контур циркуляции электролита, включающий емкость с электролитом и теплообменник, сепараторы водорода и кислорода, магистрали подвода воды и отвода кислорода и водорода, при этом электролизер содержит катодный контур циркуляции, совмещенный с анодным контуром циркуляции таким образом, что катодная емкость с электролитом соединена через анодный теплообменник с анодным пространством, а анодная емкость с электролитом соединена с катодным пространством через катодный теплообменник, и байпасную линию, соединяющую катодную емкость с электролитом через кран-регулятор и катодный теплообменник с катодным пространством.

Также предложен каскад вышеуказанных электролизеров, содержащий водородный и кислородный холодильники, вход которых соединен соответственно с выходом водородного и кислородного сепараторов, выходы водорода и кислорода из холодильников соединены с входом дожигателя, совмещенного с конденсатором пара, а выходы конденсата из холодильников соединены через насос обогащенной воды с входом крана-регулятора, один выход которого соединен с магистралью подачи обогащенной воды в следующий электролизер, а второй выход соединен с входом анодного пространства, выход конденсатора пара соединен с магистралью подачи обедненной воды на предыдущий электролизер.

Краткое описание графических материалов

Признаки и сущность заявленного изобретения поясняются в последующем детальном описании, иллюстрируемом чертежами, где показано следующее.

На фиг. 1÷3 приведены схемы заявленного электролизера и каскада электролизеров, где:

1 - электролизная ячейка;

2 - корпус;

3 - катод;

4 - катодное пространство;

5 - мембрана;

6 - анод;

7 - анодное пространство;

8 - катодная емкость с электролитом;

9 - анодная емкость с электролитом;

10 - водородный сепаратор;

11 - кислородный сепаратор;

12 - катодный кран-регулятор;

13 - катодный теплообменник;

14 - анодный теплообменник;

15 - магистраль подвода воды;

16 - водородный холодильник;

17 - кислородный холодильник;

18 - дожигатель;

19 - конденсатор пара;

20 - насос обедненной воды;

21 - насос обогащенной воды;

22 - кран-регулятор обогащенной воды;

23 - магистраль отвода обогащенной воды;

24 - магистраль отвода обедненной воды.

Осуществление изобретения

Электролизер содержит корпус 2 с электролитом с размещенными в нем электролизной ячейкой 1 с анодом 6, катодом 3 и мембраной 5, разделяющей объем электролизной ячейки 1 на анодное 7 и катодное 4 пространства, анодный контур циркуляции электролита, включающий емкость с электролитом 9 и теплообменник 14, сепараторы водорода 10 и кислорода 11, магистрали подвода воды 15 и отвода кислорода и водорода из сепараторов 10 и 11, причем электролизер дополнительно содержит катодный контур циркуляции, совмещенный с анодным контуром циркуляции таким образом, что катодная емкость 8 с электролитом соединена через анодный теплообменник 14 с анодным пространством 7, а анодная емкость 9 с электролитом соединена с катодным пространством 4 через катодный теплообменник 13, и байпасную линию, соединяющую катодную емкость 8 с электролитом через кран-регулятор 12 и катодный теплообменник 13 с катодным пространством 4.

Каскад электролизеров состоит из электролизеров, выполненных как показано на фиг. 1, при этом каскад дополнительно содержит водородный 16 и кислородный 17 холодильники, вход которых соединен соответственно с выходом водородного 10 и кислородного 11 сепараторов, выходы водорода и кислорода из холодильников 16 и 17 соединены с входом дожигателя 18, совмещенного с конденсатором пара 19, а выходы конденсата из холодильников 16 и 17 соединены через насос обогащенной воды 21 со входом крана-регулятора 22, один выход которого соединен с магистралью 23 подачи обогащенной воды в следующий электролизер, а второй выход соединен с входом анодного пространства 7, выход конденсатора пара 19 соединен с магистралью 24 подачи обедненной воды на предыдущий электролизер.

Заявленный электролизер и каскад электролизеров работают следующим образом. В электролизер по магистрали 15 подается вода, которая в электролизной ячейке 1 разлагается на водород, выделяющийся на катоде 3, и кислород, выделяющийся на аноде 6. Для разделения выделяющихся газов электролизная ячейка 1 имеет мембрану 5, образующую внутри электролизной ячейки 1 катодное 4 и анодное 7 пространства. Выделяющиеся газы за счет эффекта эрлифта поднимаются вместе с электролитом в емкости 8 и 9 с электролитом, где происходит отделение газов от электролита, который за счет избыточного веса поступает из катодной емкости 8 через теплообменник 14 в анодное пространство 7, а из анодной емкости 9 через теплообменник 13 в катодное пространство 4. Так как объем выделяющегося водорода превышает объем кислорода в два раза, для поддержания одинакового уровня электролита в емкостях 8 и 9 необходимо часть электролита из катодной емкости 8 по байпасной линии через кран-регулятор 12 и теплообменник 13 направлять в катодное пространство 4. Водород и кислород из емкостей 8 и 9 поступают в сепараторы 10 и 11, где отделяются от капель и паров электролита и направляются потребителям.

В случае использования заявляемого электролизера в каскаде для обогащения воды тяжелым изотопом водорода водород и кислород из сепараторов 10 и 11 направляются в холодильники 16 и 17, где от них при охлаждении отделяется обогащенная тяжелым изотопом водорода вода, которая насосом 21 направляется к крану-регулятору, с помощью которого часть обогащенной воды, соответствующая заданному режиму работы данной ступени каскада, направляется по магистрали 23 к следующей ступени каскада, а излишки обогащенной воды возвращаются в анодную пространство. Водород и кислород из холодильников 16 и 17 направляются в дожигатель 18, где взаимодействуют с образованием воды, обедненной по тяжелому изотопу, пары образовавшейся воды охлаждаются в конденсаторе 19 и насосом 20 по магистрали 24 направляются на вход предыдущих ступеней каскада.

Таким образом, в предлагаемом техническом решении достигается заявленный технический результат по снижению удельного расхода электроэнергии на производство водорода, увеличению ресурса работы электролизера и возможности эффективного использования предлагаемого технического решения в установках разделения изотопов водорода за счет полного погружения катода и анода в электролит, взаимного перемешивания анодного и катодного электролита, что обеспечивает постоянный состав электролита, отделения обогащенной тяжелым изотопом водорода воды от выделяющихся водорода и кислорода при их охлаждении и отвода этой воды в следующий электролизер каскада обогащения, что исключает потери электролита из электролизера, а также возврат обедненной воды после окисления водорода в дожигателе на вход предыдущих ступеней каскада, что увеличивает эффективность извлечения тяжелого изотопа.


ЭЛЕКТРОЛИЗЕР И КАСКАД ЭЛЕКТРОЛИЗЕРОВ
ЭЛЕКТРОЛИЗЕР И КАСКАД ЭЛЕКТРОЛИЗЕРОВ
ЭЛЕКТРОЛИЗЕР И КАСКАД ЭЛЕКТРОЛИЗЕРОВ
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 1-10 of 259 items.
10.01.2013
№216.012.1845

Способ осаждения мономолекулярных пленок фторфуллерена cf на подложку, устройство ввода подложки в вакуум и устройство для испарения фторфуллерена cf

Изобретение может быть использовано в нелинейной оптике и пироэлектрических устройствах. Перед осаждением пленки подготавливают подложку, отделяя от высокоориентированного пирографита тонкий слой с помощью двусторонней липкой ленты. Порошок CF загружают в испарительную ячейку, помещают в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002471705
Дата охранного документа: 10.01.2013
20.02.2013
№216.012.2632

Способ получения нанопорошков из различных электропроводящих материалов

Изобретение может быть использовано в химической, радиоэлектронной отраслях промышленности и энергетике. Из выбранного материала изготавливаются электропроводящие электроды. На электроды подают высоковольтное импульсное напряжение для генерации сильноточного разряда, происходит нагрев и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002475298
Дата охранного документа: 20.02.2013
20.02.2013
№216.012.283c

Способ постоянного поэлементного дублирования в дискретных электронных системах (варианты)

Изобретения относятся к области вычислительной техники и электроники и более точно к способам поэлементного дублирования в дискретных электронных системах, в том числе в наноэлектронных системах, подвергающихся воздействию радиации и в первую очередь потока высокоэнергетических частиц....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002475820
Дата охранного документа: 20.02.2013
20.02.2013
№216.012.286d

Ядерный реактор с водой под давлением с активной зоной на основе микротвэлов и способ осуществления его работы

Изобретение относится к области атомной энергетики и может быть использовано в реакторах типа ВВЭР с активной зоной на основе микротвэлов, включающих тепловыделяющие сборки с поперечным течением теплоносителя. Для этого предложен ядерный реактор с водой под давлением с активной зоной на основе...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002475869
Дата охранного документа: 20.02.2013
20.02.2013
№216.012.289d

Система автоматической компенсации реактивной мощности и отклонения напряжения с широтно-импульсной модуляцией на высокой стороне трансформаторной подстанции

Использование: в области электротехники. Технический результат заключается в повышении качества напряжения и улучшении энергетических и массогабаритных показателей подстанций. Устройство содержит вольтодобавочный трансформатор, который включен на высокой стороне подстанции и управляется от...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002475917
Дата охранного документа: 20.02.2013
10.03.2013
№216.012.2eec

Многоэлементный термоэмиссионный электрогенерирующий канал

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано при создании энергетических установок прямого преобразования тепловой энергии в электрическую. Технический результат - повышение эффективности многоэлементных термоэмиссионных электрогенерирующих каналов. Для этого эмиттеры...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002477543
Дата охранного документа: 10.03.2013
20.03.2013
№216.012.2f8a

Способ получения в графите графеновых ячеек с добавкой радиоактивных изотопов

Изобретение относится к области неорганического материаловедения, к способам получения материалов - бета-излучателей на основе ориентированного пиролитического графита. Процесс интеркаляции добавки трития в ориентированный графит с сечением захвата тепловых нейтронов около (4,5-6,0)10 барн...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002477705
Дата охранного документа: 20.03.2013
20.03.2013
№216.012.304b

Ядерная паропроизводительная установка

Изобретение относится к высокотемпературной ядерной энергетике и может быть использовано для реновации блоков с органическим топливом. Ядерная паропроизводительная установка включает высокотемпературный реактор, снабженный парогенератором и промперегревателем. Для обеспечения паром необходимых...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002477898
Дата охранного документа: 20.03.2013
20.03.2013
№216.012.304f

Способ формирования проводников в наноструктурах

Изобретение относится к технологии создания сложных проводящих структур и может быть использовано в нанотехнологии. Сущность изобретения: способ формирования проводников в наноструктурах включает нанесение на подложку исходного диэлектрического вещества, в молекулы которого входят атомы...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002477902
Дата охранного документа: 20.03.2013
10.04.2013
№216.012.32e2

Способ извлечения гелия из природного газа

Изобретение относится к химической, нефтехимической, газовой промышленности и может быть использовано при извлечении или концентрировании гелия из природного газа. Способ извлечения гелия из природного газа включает получение гелиевого концентрата с последующей его низкотемпературной или...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002478569
Дата охранного документа: 10.04.2013
Showing 1-10 of 155 items.
10.01.2013
№216.012.1845

Способ осаждения мономолекулярных пленок фторфуллерена cf на подложку, устройство ввода подложки в вакуум и устройство для испарения фторфуллерена cf

Изобретение может быть использовано в нелинейной оптике и пироэлектрических устройствах. Перед осаждением пленки подготавливают подложку, отделяя от высокоориентированного пирографита тонкий слой с помощью двусторонней липкой ленты. Порошок CF загружают в испарительную ячейку, помещают в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002471705
Дата охранного документа: 10.01.2013
20.02.2013
№216.012.2632

Способ получения нанопорошков из различных электропроводящих материалов

Изобретение может быть использовано в химической, радиоэлектронной отраслях промышленности и энергетике. Из выбранного материала изготавливаются электропроводящие электроды. На электроды подают высоковольтное импульсное напряжение для генерации сильноточного разряда, происходит нагрев и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002475298
Дата охранного документа: 20.02.2013
20.02.2013
№216.012.283c

Способ постоянного поэлементного дублирования в дискретных электронных системах (варианты)

Изобретения относятся к области вычислительной техники и электроники и более точно к способам поэлементного дублирования в дискретных электронных системах, в том числе в наноэлектронных системах, подвергающихся воздействию радиации и в первую очередь потока высокоэнергетических частиц....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002475820
Дата охранного документа: 20.02.2013
20.02.2013
№216.012.286d

Ядерный реактор с водой под давлением с активной зоной на основе микротвэлов и способ осуществления его работы

Изобретение относится к области атомной энергетики и может быть использовано в реакторах типа ВВЭР с активной зоной на основе микротвэлов, включающих тепловыделяющие сборки с поперечным течением теплоносителя. Для этого предложен ядерный реактор с водой под давлением с активной зоной на основе...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002475869
Дата охранного документа: 20.02.2013
20.02.2013
№216.012.289d

Система автоматической компенсации реактивной мощности и отклонения напряжения с широтно-импульсной модуляцией на высокой стороне трансформаторной подстанции

Использование: в области электротехники. Технический результат заключается в повышении качества напряжения и улучшении энергетических и массогабаритных показателей подстанций. Устройство содержит вольтодобавочный трансформатор, который включен на высокой стороне подстанции и управляется от...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002475917
Дата охранного документа: 20.02.2013
10.03.2013
№216.012.2eec

Многоэлементный термоэмиссионный электрогенерирующий канал

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано при создании энергетических установок прямого преобразования тепловой энергии в электрическую. Технический результат - повышение эффективности многоэлементных термоэмиссионных электрогенерирующих каналов. Для этого эмиттеры...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002477543
Дата охранного документа: 10.03.2013
20.03.2013
№216.012.2f8a

Способ получения в графите графеновых ячеек с добавкой радиоактивных изотопов

Изобретение относится к области неорганического материаловедения, к способам получения материалов - бета-излучателей на основе ориентированного пиролитического графита. Процесс интеркаляции добавки трития в ориентированный графит с сечением захвата тепловых нейтронов около (4,5-6,0)10 барн...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002477705
Дата охранного документа: 20.03.2013
20.03.2013
№216.012.304b

Ядерная паропроизводительная установка

Изобретение относится к высокотемпературной ядерной энергетике и может быть использовано для реновации блоков с органическим топливом. Ядерная паропроизводительная установка включает высокотемпературный реактор, снабженный парогенератором и промперегревателем. Для обеспечения паром необходимых...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002477898
Дата охранного документа: 20.03.2013
20.03.2013
№216.012.304f

Способ формирования проводников в наноструктурах

Изобретение относится к технологии создания сложных проводящих структур и может быть использовано в нанотехнологии. Сущность изобретения: способ формирования проводников в наноструктурах включает нанесение на подложку исходного диэлектрического вещества, в молекулы которого входят атомы...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002477902
Дата охранного документа: 20.03.2013
10.04.2013
№216.012.32e2

Способ извлечения гелия из природного газа

Изобретение относится к химической, нефтехимической, газовой промышленности и может быть использовано при извлечении или концентрировании гелия из природного газа. Способ извлечения гелия из природного газа включает получение гелиевого концентрата с последующей его низкотемпературной или...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002478569
Дата охранного документа: 10.04.2013
+ добавить свой РИД