Результат интеллектуальной деятельности: Электролизная установка высокого давления

Область техники

Изобретение относится к устройствам для получения водорода и кислорода электролизом воды и может быть использовано для получения водорода и кислорода высокого давления.

Уровень техники

Известны электролизеры для разложения воды на водород и кислород (например, патент РФ №2456378). Одним из недостатков таких электролизеров является то, что циркуляция электролита осуществляется внутри жесткого корпуса, что затрудняет эксплуатацию таких электролизеров из-за сложностей при контроле качества электролита и при ремонтных работах.

В патенте РФ №2258099 (опубл. 10.08.2005, бюллетень «Изобретения. Полезные модели» №22), принятым за прототип, электролизер высокого давления содержит жесткий корпус, блок электролизных ячеек в кожухе, контуры циркуляции электролита, газоотделители, емкость с питательной водой, охладители электролита. Анолит и католит циркулируют внутри жесткого корпуса независимо друг от друга, и в католит, и в анолит добавляют питательную воду. Эти два фактора приводят к тому, что существенно меняется состав как анолита, так и католита, что приводит к увеличению расхода электроэнергии за счет роста напряжения и уменьшению ресурса работы диафрагм, катодов и анодов за счет отклонения состава электролита от расчетного значения. Следовательно, недостатками прототипа являются увеличенный расход электроэнергии и сниженный ресурс работы диафрагмы, анодов и катодов, что в совокупности приводит к удорожанию целевых продуктов: водорода и кислорода.

Раскрытие изобретения

Техническим результатом заявленного изобретения является улучшение эксплуатационных характеристик электролизной установки высокого давления, заключающееся в снижении расхода электроэнергии, увеличении ресурса работы и, как следствие, уменьшении стоимости водорода и кислорода.

Технический результат достигается тем, что предложена электролизная установка высокого давления, в которой внутренняя полость жесткого корпуса 1б через штуцер 1ж и жидкостной насос высокого давления 11 с датчиком давления 16 соединена с емкостью для жидкости противодавления 8, кожух блока электролизных ячеек 1а выполнен герметичным с выходами коммуникаций для подвода электролита 1г, электропитания 1е, отвода продуктов электролиза 1д и сигналов от датчиков электролизера 18, контуры циркуляции электролита расположены вне жесткого корпуса 1б и содержат газоотделители водорода 2 и кислорода 3, сепаратор электролита 4, охладитель электролита 6 с контуром циркуляции хладагента 7, щелочной насос высокого давления 12, краны-регуляторы 13 и датчики уровня и давления 15 и температуры 17, причем газоотделители водорода 2 и кислорода 3 соединены с сепаратором электролита 4 через дроссельные краны-регуляторы 13, а сепаратор электролита 4 снабжен кранами газовой продувки 14 и соединен с емкостью с питательной водой 5 через водяной насос 10, датчики 15, 16, 17 и 18, краны-регуляторы 13 и 14 и насосы 10, 11, 12 и насос контура циркуляции хладоагента 7 соединены с блоком управления 9 электрокабелями 19 и 20.

Краткое описание графических материалов

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

На фигуре приведена блок-схема заявленной электролизной установки высокого давления, где:

1 - электролизер, содержащий:

1а - блок электролизных ячеек в герметичном кожухе,

1б - жесткий корпус;

1ж - штуцер подвода жидкости противодавления;

1в - фланцы с коммуникациями:

1г - подводящими электролит,

1д - отводящими продукты электролиза,

1е - подводящими электропитание и отводящими сигналы от датчиков электролизера;

2 - газоотделитель водорода;

3 - газоотделитель кислорода;

4 - сепаратор электролита;

5 - емкость с питательной водой;

6 - охладитель электролита;

7 - контур циркуляции хладагента;

8 - емкость с жидкостью противодавления;

9 - блок управления;

10 - водяной насос;

11 - жидкостной насос высокого давления;

12 - щелочной насос высокого давления;

13 - краны-регуляторы;

14 - краны газовой продувки;

15 - датчики уровня и давления;

16 - датчик давления;

17- датчик температуры и давления;

18 - датчики электролизера;

19 - электрокабель датчиков;

20 - электрокабель системы управления.

Осуществление изобретения

Электролизная установка высокого давления содержит электролизер 1 с блоком электролизных ячеек 1а в герметичном кожухе, заключенный в жесткий корпус 1б со штуцером 1ж подвода жидкости противодавления через жидкостной насос высокого давления 11 из емкости 8. Корпус 1б снабжен фланцами 1в с коммуникациями, подводящими электролит 1г, отводящими продукты электролиза 1д и подводящими электропитание и отводящими сигналы от датчиков электролизера 18. Вне жесткого корпуса электролизера расположены соединенные с ним коммуникациями 1д газоотделители водорода 2 и кислорода 3 с датчиками уровня и давления 15. Газоотделители водорода 2 и кислорода 3 соединены через краны-регуляторы 13 с сепаратором электролита 4, который снабжен кранами газовой продувки 14 и соединен с одной стороны через кран-регулятор 13 и водяной насос 10 с емкостью с питательной деионизированной водой 5, а с другой через теплообменник 6 - с контуром циркуляции хладагента 7, щелочной насос высокого давления 12 и подводящие электролит коммуникации 1г с электролизером 1. Датчики 15, 16, 17 и 18, насосы 10, 11, 12 и насос контура циркуляции 7, краны 13 и 14 соединены электрокабелями 19 и 20 с блоком управления 9.

Заявленная электролизная установка высокого давления работает следующим образом. К заполненному электролитом блоку электролизных ячеек 1а по коммуникациям, подводящим электропитание 1е подается напряжение постоянного тока, величина которого определяется по показаниям датчиков электролизера 18, идет процесс электролиза воды, при котором на анодах выделяется кислород, а на катодах - водород. Образующиеся газы вместе с частью электролита отводятся по коммуникациям 1д в газоотделители водорода 2 и кислорода 3, где происходит отделение газов от электролита. Газы водород и кислород отводятся потребителям, а электролит через краны-регуляторы 13 дросселируется до давления, близкого к атмосферному, в сепаратор электролита 4, где из него выделяются растворенные водород и кислород, удаляемые через краны газовой продувки 14 нейтральным газом, например азотом или аргоном. Количество дросселируемого электролита определяется величиной, необходимой для поддержания заданного уровня электролита в газоотделителях 2 и 3 с помощью датчиков 15, установленных на них. Для компенсации разложившейся в электролизере 1 воды в сепаратор 4 добавляется вода из емкости 5 с помощью насоса 10 через кран-регулятор 13. Из сепаратора 4 электролит, охлажденный в теплообменнике 6 с помощью контура циркуляции хладагента 7 до рабочей температуры, подается насосом 12 в электролизер 1 к блоку электролизных ячеек 1а на электролиз.

Таким образом, в предлагаемом техническом решении за счет организации смешения анодного и катодного потоков электролита с его дегазацией, обеспечивающей длительную безопасную эксплуатацию электролизной установки, происходит улучшение эксплуатационных характеристик электролизной установки высокого давления, заключающееся в снижении расхода электроэнергии, увеличении ресурса работы и, как следствие, уменьшении стоимости водорода и кислорода.