электролизер для получения смеси кислорода и водорода

Формула изобретения

ЭЛЕКТРОЛИЗЕР ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ СМЕСИ КИСЛОРОДА И ВОДОРОДА для пайки и сваpки, включающий концевые плиты, между котоpыми pазмещены электpоды, диафpагмы и диэлектpические pамки, стянутые кpепежными деталями, обpазующие электpолитические ячейки, канал для отвода смеси кислоpода и водоpода, отличающийся тем, что, с целью повышения качества сваpного шва, не менее 40% электpолитических ячеек снабжены диафpагмами для pазделения газов, катодные камеpы котоpых соединены с каналом для отвода смеси кислоpода и водоpода, а анодные камеpы соединены чеpез дополнительный канал с атмосфеpой чеpез устpойство выpавнивания давления газов в ячейках.

Описание изобретения к патенту

Электролизер предназначен для получения газовой смеси кислорода и водорода, используемой для питания горелок в устройствах для сварки, пайки и резки металлов.

Наиболее близким аналогом является электролизер, состоящий из электродов, разделенных диэлектрическими рамками, расположенными между концевыми и стянутыми крепежными деталями [1] .

Для питания электролизера требуется ток, величина которого меньше в n раз, где n число электролизных ячеек электролизера. Выбирая число электролизных ячеек, соответствующих напряжению питающей электросети, можно обойтись без трансформатора, что существенно сокращает вес и габариты газосварочного устройства.

Общим недостатком аналога и прототипа является низкое качество сварного шва за счет включения в него окислов, обусловленного тем, что сжигание гремучего газа образует окислительное пламя за счет окисления части водорода кислородом воздуха.

Целью изобретения является повышение качества сварного шва.

Поставленная цель достигается тем, что в известном электролизере, состоящем из электродов, разделенных диэлектрическими рамками, расположенных между концевыми плитами и стянутых крепежными деталями, имеются не менее 40% электролизных ячеек с диафрагмами для разделения получаемых газов, катодные части которых соединенными каналом с электролизными ячейками для получения гремучего газа, а анодные части соединены другим каналом с атмосферой через устройство выравнивания давления газов в ячейках.

Отличия от прототипа состоят в том, что имеются не менее 40% электролизных ячеек с диафрагмами для разделения получаемых газов, катодные части которых соединены каналами с электролизными ячейками для получения гремучего газа, а анодные части соединены другим каналом с атмосферой через устройство выравнивания давления газов в ячейках.

Указанные отличия обеспечивают возможность достижения цели изобретения - повышение качества сварного шва за счет того, что добавление к гремучему газу водорода компенсирует ту часть, которая взаимодействует с кислородом воздуха и создает восстановительную зону пламени горелки. В этих условиях окислы не образуются, что и обеспечивает повышение качества сварного шва.

На фи г. 1 показана схема электролизера; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1.

Электролизер состоит из электродов 1, разделенных диэлектрическими рамками 2, расположенными между концевыми плитами 3 и стянутых крепежными деталями 4. Между крайними электродами и концевыми плитами установлены диэлектрические кольца 5 и упругие прокладки 6. У 40% электролизных ячеек имеются перфорированные диафрагмы 7 для разделения получаемых газов. Катодные части таких ячеек соединены вырезами 8 с каналом 9, соединенным с электролизными ячейками для получения гремучего газа через подпитывающую поплавковую камеру с поплавком 10 и клапаном 11, перекрывающим отверстие в штуцере 12. Анодные части электролизных ячеек вырезами 13 соединены с каналом 14 и кислородной поплавковой камерой с поплавком 15 и клапаном 16, перекрывающим отверстие в штуцере 17. Все электролизные ячейки соединены друг с другом отверстиями с переточными патрубками 18. В электродах 1 электролизных ячеек для получения гремучего газа имеются отверстия 19 для отвода гремучего газа в подпитывающую поплавковую камеру, которая снабжена штуцером 20 для вывода газовой смеси. Электроды 1, образующие стенки подпитывающей поплавковой камеры, соединены друг с другом наружным проводником.

Через отверстия в электродах 1 проходят стержни стягивающих деталей 4, покрытые электроизоляцией. Поплавок 10 связан с клапаном 11, перекрывающим отверстие в штуцере 12. Отверстия с переточными патрубками 18 смещены относительно вертикальной оси. Хорошо видно положение штуцера 20 для вывода газовой смеси.

Работает электролизер следующим образом. Через штуцер 12 заливают электролит - водный раствор едкого калия. Электролит проходит через отверстия с переточными патрубками 18 и перфорации в диафрагмах 7, заполняя электролизные ячейки и камеру с поплавком 15. При достижении заданного уровня клапан 11 приводом от поплавка 10 закрывает отверстие в штуцере 12. Взамен израсходованного раствора едкого калия в подпитывающий сосуд заливают воду для подпитки и подпитывающий сосуд закрывают. При пропускании постоянного электрического тока через электролизер происходит выделение газов на электродах 1. В электролизных ячейках с перфорированными диафрагмами 7 происходит разделение газов. Водород из катодных частей ячеек через вырезы 8 поступает в канал 9 и в подпитывающую поплавковую камеру, куда поступает и гремучий газ через отверстия 19. Смесь газов выходит через штуцер 20, проходит через подпитывающий сосуд над поверхностью воды и далее через гидрозатвор и осушитель в горелку. Кислород из анодных частей электролизных ячеек проходит через вырезы 13 в канал 14 и кислородную поплавковую камеру с поплавком 15. Если давление кислорода станет больше давления газовой смеси, то уровень электролита в анодных частях ячеек и кислородной поплавковой камере снизится и поплавок 15 опустится, открывая клапаном 16 отверстие в штуцере 17. Выходящий кислород проходит через шланг с сопловой насадкой и может быть использован для кислородной резки металла. По мере расхода воды общий уровень электролита снижается, поплавок 10 опускается и клапан 11 открывает отверстие в штуцере 12, через который поступает подпитывающая вода, восстанавливая уровень электролита. Благодаря отверстиям с переточными патрубками 18 происходит выравнивание состава электролита за счет естественной конвекции, обусловленной разной плотностью электролита различного состава.

Электролизер испытан в составе газосварочного устройства. Габаритная длина электролизера 685 мм. Внутренний диаметр рамок 2 120 мм, а наружный 135 мм. Материал рамок - винипласт. Электроды 1 из листовой стали толщиной 0,55 мм никелированы с катодной стороны. Число электролизных ячеек для получения гремучего газа 76, а ячеек для раздельного получения водорода и кислорода 58. Это обеспечивает получение газовой смеси с содержанием 78% водорода (в гремучем газе 66,6% ), восстановительное пламя горелки и наиболее высокую температуру пламени - 2660^оС) Справочник химика. Госхимиздат, 1963, г. Т2). Максимальный ток 8 А. Количество получаемых газов при максимальном токе и нормальном давлении около 0,76 м³/ч, из них около 0,1 м³/ч кислорода отводится через штуцер 17. Максимальная рабочая температура электролита 55^оС. Охлаждение воздушное естественное, а при необходимости принудительное. За счет различного числа электролизных ячеек для получения гремучего газа и раздельного получения кислорода и водорода, включаемых в цепь, возможно как установка максимального тока в зависимости от напряжения питающей электросети, так и регулирование состава газовой смеси от состава гремучего газа до практически чистого водорода.

Технико-экономические преимущества предложенного электролизера в сравнении с прототипом состоят в существенном повышении качества сварного шва за счет получения постоянного и контролируемого состава смеси газов, дающих восстановительное пламя горелки.

Повышение качества сварного шва возможно известными методами: добавлением к гремучему газу паров легкоиспаряющихся горючих углеводородных соединений, например, бензина, спиртов, ацетона или толуола. По отношению к приведенным аналогам в предложенном устройстве не используют дополнительные расходуемые вещества (углеводородные соединения), состав газовой смеси постоянен и отсутствуют сложные устройства контроля и регулировки состава парогазовой смеси, что существенно упрощает и удешевляет газосварочное устройство и повышает его надежность. (56) Патент США N 3310483, кл. 204-268, опублик. 1967.