2 Патентный поиск
Целью патентного поиска является анализ запатентованных электролизеров, используемых для производства водорода и кислорода электролизом водных растворов электролитов, для выбора наиболее подходящего для применения в электролизной установке электроцеха (ЭЦ) Калининской АЭС. Результаты патентного поиска представлены в таблицах 1 и 2.
Электролизёры - аппараты для электролиза, состоящие из одной или многих электролитических ячеек. Электролизёр представляет собой сосуд (или систему сосудов), наполненный электролитом с размещенными в нём электродами — катодом и анодом, соединёнными соответственно с отрицательным и положительным полюсами источника постоянного тока. В промышленности и лабораторной практике применяют электролизёры различных типов и конструкций (например, открытые и герметически закрытые, для периодической и непрерывной работы, с неподвижными и движущимися электродами, с различными системами разделения продуктов электролиза). В зависимости от назначения электролизёры рассчитываются для работы при различных температурах — от минусовых (при электрохимическом синтезе малостойких кислородных соединений) до высоких плюсовых (при электролизе расплавленных электролитов в производстве алюминия, кальция и др. металлов). Соответственно электролизёры снабжают устройствами для нагрева или охлаждения электролита или электродов.
Применяют электролизёры с диафрагмой — пористой перегородкой или мембраной, отделяющей катодное пространство от анодного, проницаемой для ионов, но затрудняющей механическое смешение и диффузию. Для изготовления диафрагм используются асбест, полимерные материалы и керамика, находят применения электролизёры с ионообменными мембранами. По способу включения в электрическую цепь электролизёры разделяются на моно- и биполярные. Монополярный электролизёр состоит из одной электролитической ячейки с электродами одной полярности, каждый из которых может состоять из нескольких элементов, включенных параллельно в цепь тока. Биполярный электролизёр имеет большое число ячеек (до 100—160), включенных последовательно в цепь тока, причём каждый электрод, за исключением двух крайних, работает одной стороной как катод, а другой как анод.
Для изготовления анодов применяют графит, углеграфитовые материалы, платину, окислы некоторых металлов, свинец и его сплавы; используются малоизнашивающиеся титановые аноды с активным покрытием из смеси окислов рутения и титана, а также платины и её сплавов. Для катодов в большинстве электролизёров используется сталь. Применяются также электролизёры с жидкими электродами (например, в одном из методов производства хлора и гидроокиси натрия в качестве катода используют ртуть). Некоторые электролизёры работают под давлением, например разложение воды ведётся под давлением до 4 Мн/м2 (40 кгс/см2); разрабатываются электролизёры для работы под более высоким давлением. Материалы для изготовления электролизёров выбираются с учётом агрессивности электролита и продуктов электролиза, температуры и других условий. Широко применяется сталь, в том числе с различными защитными покрытиями, пластические массы, стекло и стеклопластики, керамика. Современные крупные электролизёры имеют высокую нагрузку: монополярные до 400—500 ка, биполярные — эквивалентную 1600 ка.
Таблица 1 – Данные по патентному поиску
Страна |
Индекс МПК (международная патентная классификация) |
Период, за который просмотрена патентная документация |
Наименование источника патентной документации (по ГОСТ 7.1-84) |
Россия |
C25B1/02, № 1358451C |
1994-2011 |
[6] |
Россия |
C25B1/04, № 2091508C1 |
[6] |
|
Россия |
C25B1/04, C25B15/02, № 2170776C2 |
[6] |
|
Россия |
C25B1/04, C25D9/12, № 2379379C1 |
[6] |
|
Россия |
C25B1/04, № 2396374C1 |
[6] |
|
Россия |
C25B9/00, C25B1/04, № 2400565C1 |
[6] |
|
Россия |
C25B9/00, № 2400566C1 |
[6] |
|
Украина |
C25B1/06, № 2418887C2 |
[6] |
Таблица 2 – Перечень патентов на электролизеры
Страна |
Индекс МПК |
№ заявки или охранного документа (а.о. или патента) |
Название изобретения |
Дата публикации |
Россия |
C25B1/02, № 1358451C |
Заяв. № 3991461/26, 16.12.1985 |
Биполярный фильтр-прессный электролизер для получения смеси водорода и кислорода |
09.07.1995 |
Россия |
C25B1/04, № 2091508C1 |
Заяв. № 4850161/25, 10.07.1990 |
Электролизер для получения смеси кислорода и водорода |
27.09.1997 |
Россия |
C25B1/04, C25B15/02, № 2170776C2 |
Заяв. № 99115653/12, 15.07.1999 |
Электролизер для получения кислорода и водорода |
20.07.2001 |
Россия |
C25B1/04, C25D9/12, № 2379379C1 |
Заяв. № 2008142746/15, 29.10.2008 |
Вращающийся электролизер для получения водорода и кислорода |
20.01.2010 |
Россия |
C25B1/04, № 2396374C1 |
Заяв. № 2009106563/15, 26.02.2009 |
Электролизер |
10.08.2010 |
Россия |
C25B9/00, C25B1/04, № 2400565C1 |
Заяв. № 2009100122/07, 12.01.2009 |
Электролизер для получения водорода и кислорода |
27.09.2010 |
Россия |
C25B9/00, № 2400566C1 |
Заяв. № 2009131668/07, 24.08.2009 |
Электролизер |
27.09.2010 |
Украина |
C25B1/06, № 2418887C2 |
Заяв. № 2007132407/15, 27.08.2007 |
Электролизер для получения водорода и кислорода электролизом водного раствора электролита |
20.05.2011 |
На данном производстве используется биполярный электролизер для получения водорода и кислорода электролизом воды. Недостатками данного электролизера являются высокие требования к качеству и точности закрепления биполярных электродов в металлических кольцевых рамах и низкая взрывобезопасность в процессе эксплуатации возможно смешивание кислорода и водорода путем просачивания через диафрагму за счет разности давлений в кислородном и водородном отсеках ячейки, а также бесконтрольное накопление смеси газов и возможность появления взрыва. Поэтому анализ данной информации показал, что наиболее подходящий для применения в электролизной установке ЭЦ КАЭС является электролизер для получения кислорода и водорода (заявка № 99115653/12). Благодаря тому, что диафрагма над поверхностью электролита газонепроницаема, кислород и водород не смешиваются вследствие разности давлений в кислородном и водородном отсеках ячейки и не образуют тем самым взрывоопасную смесь. А электролизер для получения водорода и кислорода электролизом водного раствора электролита, заявка № 2007132407/15, является устройством с минимальными затратами электроэнергии, с устранением нерациональных затрат электрической и химической энергии, обеспечение ускорения процессов.
Заявка № 99115653/12
Автор(ы): Блянкинштейн И.М., Жук П.В., Данилов К.В. Патентообладатель(и): Красноярский государственный технический университет.
Электролизер для получения кислорода и водорода
Реферат:
Изобретение относится к устройствам для получения кислорода и водорода электролизом водных растворов щелочи и может быть использовано либо в качестве элемента системы питания двигателя внутреннего сгорания, либо в качестве аппарата для газопламенной обработки материалов. Электролизер включает концевые монополярные электроды, между которыми через уплотнительные прокладки из эластичного материала последовательно зажаты чередующиеся диафрагмы и биполярные электроды, выполненные цельнометаллическими. Диафрагмы, биполярные электроды и уплотнительные прокладки имеют отверстия, образующие при сборке каналы для подвода электролита и отвода газов. Электролизер снабжен системой предотвращения скопления газов, содержащий тепловой датчик, логический элемент и источник постоянного тока. Логический элемент выходом соединен с электролизером, одним из входов - с источником постоянного тока, а другим входом - с тепловым датчиком. Верхняя часть каждой из диафрагм, расположенная над поверхностью электролита, выполнена газонепроницаемой. Данное выполнение устройства позволяет исключить возможность смешивания газов и их бесконтрольное накопление. Схема электролизера приведена на рисунке 1.
Рисунок 1 − Схема электролизера для получения кислорода и водорода
Заявка № 2007132407/15
Автор(ы): Парпалей Александра Ильинична (UA). Патентообладатель(и): Парпалей Александра Ильинична (UA).
Электролизер для получения водорода и кислорода электролизом водного раствора электролита
Реферат:
Изобретение относится к технологии и устройствам для получения водорода и кислорода путем электролиза водного раствора электролита для использования в топливно-энергетическом комплексе, в промышленности, автомобильном транспорте и коммунальном хозяйстве. Электролизер содержит расположенные в общем корпусе анодную и катодную камеры с монополярными электродами - анодом и катодом, подключенными к источнику постоянного напряжения, причем анодная камера отделена от катодной электроизоляционной перегородкой, которая не доходит до дна общего корпуса и на которой установлен источник ультрафиолетового излучения. Анодная и катодная камеры соединены с камерой деионизации трубопроводами, а также с камерой диссоциации через сепаратор ионов электрическим градиентным полем и через заборники отработанного водного раствора электролита из верхних слоев электролита. В анодной и катодной камерах между анодами и катодами установлены дополнительные электроды, соединенные между собой общим проводником, который соединяет плюсовый и минусовый выводы двух блоков источника питания постоянного тока, другие концы которых подключены соответственно к аноду и катоду, причем один блок питания подает стабилизированное постоянное напряжение, минимально необходимое для выделения на аноде кислорода, а второй подает стабилизированное постоянное напряжение, минимально необходимое для выделения на катоде водорода. Технический результат заключается в уменьшении затрат электроэнергии, в устранении нерациональных затрат электрической и химической энергии, в обеспечении ускорения процессов электролиза. Схема электролизера приведена на рисунке 2.
Рисунок 2 − Схема электролизера для получения водорода и кислорода электролизом водного раствора электролита