CS277540B6

CS277540B6 - Electrolyzer lid

Info

Publication number: CS277540B6
Application number: CS91701A
Authority: CS
Inventors: Frantisek Rndr Csc Dousek; Bedrich Janousek
Original assignee: Ustav Fyzikalni Chemie A Elekt
Priority date: 1991-03-15
Filing date: 1991-03-15
Publication date: 1993-03-17
Also published as: CS70191A3

Abstract

Víko elektrolyzéru, využívané v zařízeních pro elektrolytickou přípravu vysoce čistého vodíku je tvořeno tělesem (2) z izolačního materiálu s navzájem propojenými vertikálními kanály (11), spojenými s vývodem (18) vodíku. Ve vertikálních kanálech (11) jsou uloženy kovové svorníky (7), jejichž horní část, zpravidla opatřená hlavou, vertikální kanál (11) z jedné strany plynotěsně uzavírá. Druhá strana vertikálního kanálu (11) je nejménějedním spojovacím kanálem (15) plynotěsně spojena s kovovým vývodem (5) vodíkové elektrody (3), upevněným ke kovovému svorníku (7) a uloženým ve spodní části vertikálního kanálu (11).The lid of the electrolyzer, used in devices for the electrolytic preparation of high-purity hydrogen, is formed by a body (2) made of insulating material with interconnected vertical channels (11), connected to the hydrogen outlet (18). Metal bolts (7) are placed in the vertical channels (11), the upper part of which, usually provided with a head, closes the vertical channel (11) gas-tightly on one side. The other side of the vertical channel (11) is connected gas-tightly by at least one connecting channel (15) to the metal outlet (5) of the hydrogen electrode (3), fixed to the metal bolt (7) and placed in the lower part of the vertical channel (11).

Description

Vynález se týká víka elektrolyzéru, využívaného pro elektrolytickou přípravu vysoce čistého vodíku.The invention relates to a lid of an electrolyser used for the electrolytic preparation of high-purity hydrogen.

Dosavadní stav technikyPrior art

Dosud známá zařízení pro elektrolytické vylučování vodíku pod přetlakem jsou tvořena vodíkovými a kyslíkovými elektrodami, uloženými v nádobě s elektrolytem, plynotěsně uzavřené víkem. Vzhledem k tomu, že vodíkové elektrody jsou vyráběny technologií práškové metalurgie, to jest lisováním a sintrováním, jejich velikost a tím i množství vyloučeného vodíku jednou elektrodou je výrazně limitováno. Z hlediska efektivnosti produkce vodíku je proto nutné paralelní řazení více vodíkových elektrod v jednom článku elektrolyzéru. Každá elektroda v podstatě tvoří samostatnou tlakovou nádobu, která musí být opatřena spolehlivým přívodem proudu a plynotěsným vývodem vodíku, napojeným na sběrné kanály plynu. Jeden článek elektrolyzéru obsahuje několik vodíkových elektrod, z nichž každá je opatřena přivařenou kovovou maticí, která slouží současně jako přívod proudu a vývod plynu. Tato matice je kovovým svorníkem a kovovým těsněním plynotěsně připojena ke kovové trubce, která je dalším svorníkem plynotěsně připojena ke krytu elektrolyzéru z nevodivého materiálu. V krytu je vytvořeno sběrné plynové potrubí, spojující všechny plynové vývody elektrod a odvádějící generovaný vodík z článku. Kovové matice elektrod a na nich napojené trubky musí být od elektrolytu spolehlivě izolovány, nebot při polarizaci článku by se na nich vyvíjelo značné množství vodíku, čímž by docházelo ke ztrátám. To je zajištěno krytem z polyvinylchloridu nasunutým na matici elektrody a na část trubky, ponořené v elektrolytu. Horní část trubky není možno z konstrukčních důvodů izolovat a tak zde dochází ke ztrátám, neboť za provozu jsou všechny části elektrolyzéru nacházející se uvnitř článku pokryty souvislým filmem elektrolytu. Nedostatkem popsaného konstrukčního řešení je dále značná výrobní složitost přívodních trubek elektrod a svorníků a velké nároky na kvalitu materiálu. Pro jejich zhotovení je nutné použít čistého niklu, nerezu, popřípadě oceli kvalitně chemicky poniklované do tloušťky minimálně 0,015 m. V tomto případě však nelze vyloučit po delší době provozu korozi vnitřních části trubek, což vede k vyřazení elektrolyzéru z provozu. Z důvodů koroze je též nutno kovové těsnění dolního svorníku vyrobit ze stříbra. Další problém působí izolace trubek z polyvinylchloridu, který je nutno pro zajištění dokonalého přilnutí k chráněným povrchům po předchozím nasunutí přes členitý profil změkčit. Za provozu elektrolyzéru pak dochází k vytuhování změkčovadel, ale také ke vzniku degradačních produktů polymeru, což se projevuje velmi silným pěněním elektrolytu a unikáním pěn z vývodu kyslíku. Tyto lltky také působí nepříznivě na aktivitu elektrod, a v důsledku snížení povrchového napětí elektrolytu, ovlivňujícího kapilární tlak v pórech, také na plynotěsnost jejich krycí vrstvy. V důsledku toho je nezbytné elektrolyt poměrně často vyměňovat, obzvláště po uvedení do činnosti.Previously known devices for the electrolytic deposition of hydrogen under overpressure consist of hydrogen and oxygen electrodes, housed in an electrolyte vessel, gas-tightly closed by a lid. Due to the fact that hydrogen electrodes are produced by powder metallurgy technology, ie by pressing and sintering, their size and thus the amount of hydrogen emitted by one electrode is significantly limited. From the point of view of the efficiency of hydrogen production, it is therefore necessary to arrange several hydrogen electrodes in one cell in one cell in parallel. Each electrode essentially forms a separate pressure vessel, which must be provided with a reliable current supply and a gas-tight hydrogen outlet connected to the gas collecting channels. One cell of the electrolyser contains several hydrogen electrodes, each of which is provided with a welded metal nut, which serves simultaneously as a current supply and a gas outlet. This nut is gas-tightly connected by a metal bolt and a metal seal to a metal pipe, which is gas-tightly connected by another bolt to the cell cover made of non-conductive material. A gas manifold is formed in the housing, connecting all the gas outlets of the electrodes and discharging the generated hydrogen from the cell. The metal nuts of the electrodes and the tubes connected to them must be reliably insulated from the electrolyte, as a considerable amount of hydrogen would be evolved on them during the polarization of the cell, which would lead to losses. This is ensured by a cover made of polyvinyl chloride slid on the electrode nut and on the part of the tube immersed in the electrolyte. The upper part of the tube cannot be insulated for design reasons and thus losses occur here, because during operation all parts of the electrolyser located inside the cell are covered with a continuous film of electrolyte. The disadvantage of the described design solution is also the considerable production complexity of the supply tubes of electrodes and bolts and high demands on the quality of the material. To make them, it is necessary to use pure nickel, stainless steel, or steel with high-quality chemically nickel-plated to a thickness of at least 0.015 m. Due to corrosion, it is also necessary to make the metal seal of the lower bolt from silver. Another problem is the insulation of pipes made of polyvinyl chloride, which must be softened to ensure perfect adhesion to the protected surfaces after they have been pushed over the articulated profile. During the operation of the electrolyser, the plasticizers solidify, but also the degradation products of the polymer are formed, which is manifested by very strong foaming of the electrolyte and leakage of foams from the oxygen outlet. These substances also have an adverse effect on the activity of the electrodes and, as a result of the reduction in the surface tension of the electrolyte influencing the capillary pressure in the pores, also on the gas-tightness of their cover layer. As a result, it is necessary to change the electrolyte relatively often, especially after commissioning.

Podstata vynálezuThe essence of the invention

Uvedené nedostatky odstraňuje nová konstrukce víka elektrolyzéru, opatřeném elektrickými přívody elektrod, sběrnými kanály plynu a kanálem pro odvod kyslíku z vnitřního prostoru elektrolyzéru, jehož podstata spočívá v tom, že je tvořeno tělesem z izolačního materiálu, v němž jsou vytvořeny navzájem propojené vertikální otvory, spojené s vývodem plynu. V každém vertikálním otvoru je uložen kovový svorník, jehož horní část plynotěsně uzavírá vertikální kanál, který je plynotěsně spojen s kovovým vývodem vodíkové elektrody, upevněným ke spodní části svorníku. Ve spoji svorníku a kovového vývodu vodíkové elektrody uložené v zahloubení spodní části vertikálního otvoru, je vytvořen nejméně jeden kanál, na jedné straně spojený s vnitřním prostorem vodíkové elektrody a na straně druhé se sběrným kanálem plynu.These shortcomings are eliminated by the new construction of the electrolyser lid, provided with electrical electrode leads, gas collecting channels and a channel for oxygen removal from the interior of the electrolyser, the essence of which consists in a body of insulating material in which interconnected vertical openings with gas outlet. A metal bolt is housed in each vertical opening, the upper part of which is gas-tightly closed by a vertical channel which is gas-tightly connected to a metal outlet of the hydrogen electrode fixed to the lower part of the bolt. At least one channel is formed in the connection of the bolt and the metal outlet of the hydrogen electrode housed in the recess of the lower part of the vertical hole, connected on the one hand to the inner space of the hydrogen electrode and on the other hand to the gas collecting channel.

Víko elektrolyzéru podle vynálezu umožňuje dokonalou izolaci elektrického proudu od elektrolytu, čímž se odstraní ztráty způsobené parazitním vylučováním vodíku, a úplně odstranění pěnivosti elektrolytu, v důsledku čehož se sníží i jeho spotřeba. Zcela se vyloučí koroze uvnitř článku. Jinou výhodou je úspora ušlechtilých materiálů jako je nikl a stříbro při výrobě víka. Vzhledem ke zmenšení pracnosti a jednodušší montáži dochází i ke zlevnění výrobních operací. Toto uspořádání zaručuje vyšší těsnost přetlakového plynového systému a umožňuje zjednodušení konstrukce kyslíkových kladných elektrod a současně zlepšuje jejich upevnění v článku a zpřesňuje uložení vůči vodíkovým elektrodám.The lid of the electrolyser according to the invention allows perfect isolation of the electric current from the electrolyte, thus eliminating the losses caused by parasitic excretion of hydrogen, and completely eliminating the foaming of the electrolyte, as a result of which its consumption is reduced. Corrosion inside the cell is completely eliminated. Another advantage is the saving of noble materials such as nickel and silver in the production of the lid. Due to the reduction of labor and easier assembly, production operations are also reduced in price. This arrangement ensures a higher tightness of the pressurized gas system and allows to simplify the construction of the oxygen positive electrodes and at the same time improves their attachment in the cell and makes the placement relative to the hydrogen electrodes more precise.

Přehled obrázků na výkreseOverview of pictures in the drawing

Vynález bude blíže popsán pomocí výkresů, na nichž je znázorněno jedno z možných konkrétních provedení. Na obr. 1 je uvedena sestava elektrolyzéru v příčném řezu. Obr. 2 až 4 pak postupně znázorňují příčný řez A - A, podélný řez a příčný řez B - B víkem elektrolyzéru. ·The invention will be described in more detail with the aid of the drawings, in which one possible specific embodiment is shown. Fig. 1 is a cross-sectional view of the cell assembly. Giant. 2 to 4 then show, respectively, a cross section A - A, a longitudinal section and a cross section B - B of the cell cover. ·

Příklady provedení vynálezuExamples of embodiments of the invention

Sestava elektrolyzéru, znázorněna na obr. 1 je tvořena nádobou 1 elektrolyzéru, naplněnou elektrolytem 10 a uzavřenou tělesem 2 víka. V elektrolytu 10 jsou ponořeny vodíkové a kyslíkové elektrody 3 a 4. Víko elektrolyzéru, znázorněné na obr. 2 až 4 sestává z tělesa 2 víka, v němž jsou vytvořeny vertikální kanály 11. Každá kyslíková elektroda 4 je upevněna ve výřezu 12 tělesa 2 víka a každá vodíková elektroda 3. je svým kovovým vývodem , opatřeným závitem, spojena s dolní částí kovového svorníku 7, uloženém ve vertikálním kanálu 11 tělesa 2. víka. Kovový svorník 7 je na svém horním konci opatřen h vou 2/ kterou doléhá na horní těsnění 8. vertikálního kanálu 11, přičemž dolní těsnění 9. vertikálního kanálu 11 je uloženo mezi horní hranou kovového vývodu 5 vodíkové elektrody 3. a výstupkem 13 vertikálního kanálu 11. Kovový vývod 5 vodíkové elektrody 2/ opatřený kovovou maticí pro upevnění ke kovovému svorníku 2 je zajištěn v zahloubení 14 vertikálního kanálu 11. Za činnosti elektrolyzéru prostor mezi maticí a stěnou vertikálního kanálu 11 vytváří plynovou kapsu 16, to jest vyplní se vodíkem, který se vylučuje na kovovém povrchu matice. Tím se přeruší iontové spojení s touto maticí a zabrání'se dalšímu parazitnímu vylučování vodíku. Mezi vnitřním prostorem vodíkové elektrody 3 a vývodem 18 vodíku je vytvořen spojovací kanál 15, vedený v dolní části kovového svorníku 7 jeho osou a pomocí příčných kanálků dále mezi stěnami vertikálního kanálu 11 a kovového svorníku 7 až k horizontálnímu kanálu 17, kterým jsou spojeny všechny vertikální kanály 11. Jeden, v tomto konkrétním případě druhý vertikální kanál 11 je spojen s vývodem 18 .vodíku. Vnitřní prostor elektrolyzéru, rozumí se prostor nad elektrolytem 10, je spojen s vnějším prostředím pomocí vývodu 19 kyslíku.The electrolyser assembly shown in Fig. 1 is formed by an electrolyser vessel 1 filled with electrolyte 10 and closed by a lid body 2. Hydrogen and oxygen electrodes 3 and 4 are immersed in the electrolyte 10. The electrolyser lid shown in Figs. 2 to 4 consists of a lid body 2 in which vertical channels 11 are formed. Each oxygen electrode 4 is fixed in a recess 12 of the lid body 2 and 4. each hydrogen electrode 3 is connected by its threaded metal outlet to the lower part of a metal bolt 7 housed in the vertical channel 11 of the lid body 2. The metal bolt 7 is provided at its upper end with a head 2 / which rests on the upper seal 8 of the vertical channel 11, the lower seal 9 of the vertical channel 11 being placed between the upper edge of the metal outlet 5 of the hydrogen electrode 3 and the protrusion 13 of the vertical channel 11. The metal outlet 5 of the hydrogen electrode 2 / provided with a metal nut for fastening to the metal bolt 2 is secured in the recess 14 of the vertical channel 11. During operation of the electrolyser the space between the nut and the wall of the vertical channel 11 forms a gas pocket 16, i.e. filled with hydrogen. excludes nuts on the metal surface. This breaks the ionic bond with this matrix and prevents further parasitic hydrogen evolution. Between the inner space of the hydrogen electrode 3 and the hydrogen outlet 18 a connecting channel 15 is formed, guided in the lower part of the metal bolt 7 by its axis and by means of transverse channels further between the walls of the vertical channel 11 and the metal bolt 7 to the horizontal channel 17; channels 11. One, in this particular case the second vertical channel 11 is connected to a hydrogen outlet 18. The inner space of the electrolyser, i.e. the space above the electrolyte 10, is connected to the external environment by means of an oxygen outlet 19.

Využití elektrolyzéru opatřeného víkem podle vynálezu je možné u plynových chromatografů, popřípadě v sestavě analytických přístrojů pro vytváření inertní a redukční atmosféry a podobně.The use of an electrolyser provided with a lid according to the invention is possible in gas chromatographs, optionally in an assembly of analytical instruments for creating an inert and reducing atmosphere and the like.

Claims

The lid of an electrolyser provided with electrical electrode leads and a gas outlet is characterized in that it is formed by a body (2) of insulating material in which interconnected vertical channels (11) connected to a hydrogen outlet (18) are formed, with in each vertical channel (11) ) a metal bolt (7) is accommodated, which gas-tightly closes the vertical channel (11) on one side, while the other side of the vertical channel (11) is gas-tightly connected to the metal terminal (5) of the hydrogen electrode (3) by at least one connecting channel (15). , fixed to the metal bolt (7) and placed in the lower part of the vertical channel (11).