Электролизер для получения кислорода из водяных паров воздуха

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз СоветскихСоциалистическихРвспублнк К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(61) Дополнительное к авт. саид-ву(22) Заявлено 291280 (21) 3223910/23-26 151 М. Кп.з С 25 В 1/04 с присоединением заявки Мо(23) Приоритет -Государственный комитет СССР ио делам изобретений и открытий1 Э)УДК 621.317. .729(088.8) Опубликовано 300782, Бюллетень Мо 28 Дата опубликования описания 300782(54) ЭЛЕКТРОЛИЗЕР ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ КИСЛОРОДА ИЭ ВОДЯНЫХПАРОВ ВОЗДУХА Изобретение относится к электро- химическим процессам и аппаратам и может быть использовано в системах жизнеобеспечения, а также в качестве бортовых кислородных систем самолетов, передвижных кислородных генераторов для госпиталей, кислородных концентраторов и осушителей.Известен электролизер для получения кислорода из водяных паров, включающий корпус, катод, перфорированный анод и помещенную между ними .пористую диафрагму, пропитанную электролитом. В качестве пористой диафрагмы используют диафрагму из асбеста и микропористого каучука, а в качестве электролита - концентрированную фосфорную кислоту 1).Поскольку вода извлекается из циркулирующего в кабине гермообъекта воздуха, аппарат является также осушителем. Выделяемая человеком при дыхании и испарении вода дает достаточное количество водяного пара для электролиза, обеспечивающего потребность человека в кислороде,Недостатком конструкции известного электролизера является использование недостаточно мелкоячеистой анодной сетки, что приводит к увеличению затрат электроэнергии и снижению производительности электролизера, вследствие того, что производительность лимитируется стадиейпереноса пара из воздушного потокав зону электрохимической реакции.Кроме того, использование катодасетчатой структуры не позволяеткомпенсировать разбаланс по воде ине обеспечивает саморегулированиеэлектролизера по подводу и разложению воды. Вследствие этого приизменении производительности электролизера или параметров воздуха (влажности, температуры, скорости продувки) возникающий разбаланс по подводу и разложению воды приводит к осушке или затоплению ячейки. Осушкавызываы утечку и смешивание газов,а также увеличивает напряжение наячейке. Затопление приводит к потерям кислоты и туманообразованию ввоздушном потоке,Цель изобретения - повышение про 25 изводительности электролизера и повышение надежности его работы.Поставленная цель достигаетсятем, что в электролизере для получения кислорода иэ водяных паров воз 30 духа, включающем корпус, катод, 94722410 15 20 сетку изготавливают из платины илититана и покрывают слоем платиновойчерни. Вкатодный блок 1 вставляетсяпористый катод 5 (пористость 4575). В качестве материала для катода можно использовать пористую платину. С целью снижения расходаплатины можно изготавливать катодна пористой основе из инертного материала, на которую нанесен активныйплатиновый слой.Пористая асбестовая диафрагма 3и пористый катод 5 пропитаны элекЗ 5 тролитом-влагопоглотителем (концентрированной фосфорной кислотой),В теле анодного блока 2 находитсявходной 6 и выходной 7 штуцеры дляподвода влажного воздуха и отвода 40 из системы осушенного воздуха, обогащенного кислородом. Для выводаиз системы получаемого в электролизере водорода катодный блок 1 имеетвыходной штуцер 8. Электролизер 45 снабжен вентилятором для подводавлажного воздуха к системе.Электролизер работает следующимобразом.От вентилятора через коллектори входной штуцер 6 влажный воздухпоступает в анодный блок 2 ячейки.Пары воды абсорбируются электролитом-влагопоглотителем,пропитывающим диафрагму 3, На аноде происходитразряд воды с выделением молекулярного кислорода. Кислород вместес частично осушенным воздухом выводят из ячейки через выходной штуцер 7 анодного блока 2. Ионы водорода, образовавшиеся на аноде 4, 60 переносятся за счет миграции и диффузии по электролиту пропитывающему диафрагму 3, к катоду 5, гдевосстанавливаются до молекулярноговодорода. Образовавшийся водород уда 65 перфорированный анод и помещенную между ними пористую диафрагму, пропитанную электролитом перфорированный анод содержит 10 -10 отв/см со степенью перфорации 50-60 и катод выполнен пористым с пористостью 45-75. 5Подвод пара воздушного потока в зону электрохимической реакции состоит иэ стадии переноса по газовой и жидкой фазах. С увеличением числа отверстий на единицу поверхности сетчатого анода уменьшаются размеры отверстий и соответственно, расстояние переноса молекул воды в электролите к поверхности, на которой протекает ее электрохимическое разложение. Вследствие этого снижаются внутридиффузионные ограничения в жидкой. фазе и коэффициент массопередачи возрастает. При определеннрм значении числа отверстий й в . 10- 10 отв/см коэффициент массопередачи выходит на предельное значение и дальнейшее увеличение й практичес - ки не приводит к возрастанию коэф,фициента массопередачи. В этой области проявляются, в основном,. внешнедиффузионные ограничения в газовой Фазе. В связи с этим увеличение чис-ла отверстий выше 10 отв/см не:т целесообразно, и, кроме этого, приводит к ухудшению механического контакта сетчатого анода с диафрагмой. Использование сетчатых анодов, имеющих менее 10 отв/смт.поверхности электрода нецелесообразно, так как в этом случае производительность электролизера снижается за счет внутридиффузионных ограничений переносу молекул воды из области абсорбции в зону электрохимической реакции. Предпочтительным является использование сетчатых анодов, содержащих 103-10 отв/смПри заданком напряжении зависимость плотности тока на ячейке от степени перфорации (степень перфорации - это отношение площади отверстий к геометрической поверхности сетки) имеет экстремальный характер. При малом значении степени перфорации производительность ячейки невелика вследствие затруднений по подводу воды через сетчатый электрод. Снижение производительности ячейки при использовании сетчатых анодов с высокой степенью перфорации связано ц большой поляризацией анода из-ф уменьшения активной поверхности. Расчетами на ЭЦВМ установлено и экспериментально подтверждено, что оптимальная степень перфорации составляет, 50-60.Катод выполняют пористым с пористостью 45-75. Величина буферной емкости по объему электролита состав ляет 0,1-0,2 смз на 1 см габаритной 1 поверхности. Такая конструкция катода позволяет скомпенсировать раэ. баланс воды и обеспечить саморегулирование электролизера по подводуи разложению воды. Увеличение пористости электрода выше 75 приводит к ухудшению механической прочности катода. При пористости ниже 45 не обеспечивается необходимая буферная емкость по электролиту, а также ухудшаются элек трохимические характеристики электрода за счет возрастания эффективного удельного сопротивления электролита.На чертеже показан электролизер, разрез. устройство включает катодный блок 1, анодный блок 2.и диафрагму 3, сжатую между блоками, Анодный блок 2 прижимает к диафрагме 3 анод 4, выполненный из мелкоячеистой сетки (1-100 тыс. отв/см) со степенью перфорации 50-60. Анодную ляют из катодного блока 1 через947224 Формула изобретения Составитель О, ЗобнинРедактор В. Пилипенко Техреду. Рейвес Корректор Н. КорольС Тираж 686 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5Заказ 5551/41 Филиал ППП "Патентф, г. ужгород, ул. Проектная, 4 выходной штуцер Р. В дальнейшем этот водород может быть использован для восстановления углекислого газа и в качестве восстановителя в топливных элементах.Положительный эффект состоит в 5 повышении производительности электролизера и снижении затрат электроэнергии эа счет более эффективного подвода воды в электролизер через мелкоячеистый сетчатый анод, а также 10 в обеспечении саморегулирования в системе при значительном изменении производительности электролизера и параметров воздуха (влажность, температура, скорость продувки) за счет использования пористого катода, об-,. ладающего буферной емкостью по отношению к объему электролита. Электролизер для получения кислорода из водяных паров воздуха,включающий корпус, катод, перфорированный анод и помещенную между нимипористую диафрагму, пропитаннуюэлектролитом, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышенияпроизводительности и надежностиработы электролиэера, перфорирован"ный ано содержит 10 эотверстийна 1 см со степенью перфорации50-60 и катод выполнен пористым спористостью.45-75.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. 3, Е, С 1 Г 1 огЬ Рарег Р 670851,5 осесу оУ Ао 1 овойче Епцоеегу, 0 с. 1967.3