RU36382U1

RU36382U1 - Electrochemical device

Info

Publication number: RU36382U1
Application number: RU2003131429/20U
Authority: RU
Inventors: О.В. Арчаков; В.М. Подледнев; А.А. Цырин
Original assignee: Арчаков Олег Викторович; Подледнев Валерий Михайлович; Цырин Александр Алексеевич
Priority date: 2003-10-30
Filing date: 2003-10-30
Publication date: 2004-03-10

Description

ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВОELECTROCHEMICAL DEVICE

Полезная модель относится к электрохимическим устройствам фильтр-прессного типа, в частности к электролизерам с твердополимерной мембраной.The utility model relates to electrochemical devices of a filter-press type, in particular to electrolytic cells with a solid polymer membrane.

Известно электрохимическое устройство (ЭУ) фильтр-прессного типа, содержащее концевые плиты, между которыми зажат пакет электрически последовательно соединенных электрохимических ячеек с биполярными электродами. Электроды, разделены щелочной электролитной камерой, образованной прокладкой из щелочестойкого материала. Составляющие ЭУ снабжены каналами для подвода электролита и отвода, образующихся кислорода и водорода (см. патент РФ № 2049157С1, кл. С25В1/04, 1995). Недостаток известного ЭУ связан с использованием жидкого коррозионно-активного электролита, что усложняет и удорожает конструкцию ЭУ из-за необходимости обеспечения герметичности и необходимости выбора соответствующих материалов, стойких в щелочи.Known electrochemical device (EU) filter-press type, containing end plates, between which a packet of electrically connected in series electrochemical cells with bipolar electrodes is clamped. The electrodes are separated by an alkaline electrolyte chamber formed by an alkali-resistant gasket. The components of the EU are equipped with channels for supplying electrolyte and removal of the generated oxygen and hydrogen (see RF patent No. 2049157C1, class C25B1 / 04, 1995). A disadvantage of the known EU is associated with the use of a liquid corrosive electrolyte, which complicates and increases the cost of the EU design due to the need to ensure tightness and the need to select the appropriate alkali resistant materials.

Из известных ЭУ наиболее близким по совокупности существенных признаков и достигаемому техническому результату является ЭУ фильтр-прессного типа, содержащее набор, по крайней мере, из двух электрохимических электрически последовательно соединенных ячеек, зажатых между концевыми плитами, при этом каждая из ячеек включает анод и катод с нанесенными на них катализаторами, твердо полимерную мембрану, размещенную между анодом и катодом, токоотвод для поджима анода и катода к твердо полимерной мембране и распределительное устройство для подвода и отвода реагентов к ячейкам, размещенное между соседними электрохимическими ячейками и включающее две разделительные пластины с соосными отверстиями для подвода и отвода реагентов и отверстиями для сообщения с анодом иOf the known EUs, the closest in the set of essential features and the technical result achieved is a filterpress type EU containing a set of at least two electrochemical electrically series-connected cells sandwiched between end plates, each cell comprising an anode and a cathode with catalysts deposited on them, a solid polymer membrane located between the anode and cathode, a current collector for pressing the anode and cathode to the solid polymer membrane, and a switchgear for the drive and the reagent drain to the cells, located between adjacent electrochemical cells and including two dividing plates with coaxial holes for supplying and removing reagents and holes for communication with the anode and

С25В 9/00 С25В 9/00

катодом электрохимических ячеек и прокладку из изоляционного материала с четырьмя окнами со щелевыми каналами, зажатую между разделительными пластинами, В окнах прокладки размещены устройства для раздачи реагентов и электрической коммутации и соседних электрохимических ячеек (см, патент РФ на полезную модель № 22308 U1, кл. С25В 9/00, 2002),the cathode of electrochemical cells and a gasket of insulating material with four windows with slotted channels sandwiched between the separation plates. In the gasket windows there are devices for distributing reagents and electrical switching and neighboring electrochemical cells (see, RF patent for utility model No. 22308 U1, class C25B 9/00, 2002),

Недостатком указанного ЭУ является сложность конструкции и высокая металлоемкость из-за сложности конструкции токоотводов и распределительных устройств, а также повышенное гидравлическое сопротивление из-за наличия в окнах прокладки устройства для раздачи реагентов.The disadvantage of this EU is the design complexity and high metal consumption due to the complexity of the design of down conductors and switchgears, as well as increased hydraulic resistance due to the presence of a device for distributing reagents in the windows of the gasket.

Задачей полезной модели является создание ЭУ, имеющего простую технологичную конструкцию и обладающего пониженным гидравлическим и омическим сопротивлением.The objective of the utility model is to create an EU having a simple technological design and having reduced hydraulic and ohmic resistance.

Указанный технический результат достигается тем, что ЭУ фильтрпрессного типа содержит набор, по крайней мере, из двух электрохимических электрически последовательно соединенных ячеек, зажатых между концевыми плитами, при этом каждая из ячеек включает анод и катод с нанесенными на них катализаторами, твердополимерную мембрану, размещенную между анодом и катодом, токоотвод для поджима анода и катода к твердополимерной мембране и распределительное устройство для подвода и отвода реагентов к ячейкам, размещенное между соседними электрохимическими ячейками, При этом распределительное устройство включает две разделительные пластины с соосными отверстиями для подвода и отвода реагентов и отверстиями для сообщения с анодом и катодом электрохимических ячеек и герметизирующую прокладку из изоляционного материала с пятью окнами, четыре из которых со щелевыми каналами размещены наThe specified technical result is achieved in that the filterpress type EC contains a set of at least two electrochemical electrically connected cells sandwiched between the end plates, each cell comprising an anode and a cathode with catalysts deposited on them, a solid polymer membrane located between anode and cathode, a current collector for pressing the anode and cathode to the solid polymer membrane and a switchgear for supplying and removing reagents to the cells, located between adjacent electrodes ical cell, wherein the dispenser comprises two dividing plates with coaxial openings for the supply and removal of reactants and openings for communicating with the anode and cathode of the electrochemical cell and a sealing gasket made of insulating material with five windows, four of which are slotted with channels arranged to

периферии прокладки, а пятое размещено в центральной части прокладки, зажатой между разделительными пластинами.the periphery of the gasket, and the fifth is located in the central part of the gasket sandwiched between the separation plates.

Целесообразно, чтобы что два из четырех окон в герметизирующей прокладке через отверстия в одной из распределительных пластин сообщались с анодом одной из соседних электрохимических ячеек, а два других окна из четырех в указанной прокладке через отверстия в другой пластине сообщались с катодом другой соседней электрохимической ячейки, пятое центральное окно изолировано от электрохимических ячеек и предназначено для размещения токоподводящего вкладыша. Выполнение распределительного устройства в виде двух разделительных пластин и герметизирующей прокладки с пятью окнами, зажатой между указанными пластинами упрощает технологию изготовления ЭУ и улучшает его характеристики в части гидравлического и омического сопротивлений.It is advisable that two of the four windows in the sealing gasket through the holes in one of the distribution plates communicate with the anode of one of the neighboring electrochemical cells, and the other two of the four windows in the specified gasket through the holes in the other plate communicate with the cathode of another neighboring electrochemical cell, the fifth the central window is isolated from electrochemical cells and is designed to accommodate a current-carrying insert. The implementation of the switchgear in the form of two dividing plates and a sealing gasket with five windows sandwiched between these plates simplifies the manufacturing process of the EU and improves its characteristics in terms of hydraulic and ohmic resistances.

Целесообразно, чтобы центральное окно в герметизирующей прокладке имело форму круга, овала, квадрата, ромба, прямоугольника или параллелограмма, а площадь окна составляла от 30 до 60% от площади прокладки. Форма центрального окна диапазон соотношения площадей обеспечивает, с одной стороны надежность герметизации составляющих ЭУ, с другой стороны - пониженное сопротивление электрической коммутации соседних электрохимических ячеек ЭУ.It is advisable that the central window in the sealing gasket has the shape of a circle, oval, square, rhombus, rectangle or parallelogram, and the window area is from 30 to 60% of the gasket area. The shape of the central window, the range of the ratio of the areas provides, on the one hand, the reliability of the sealing of the components of the EU, on the other hand, the reduced resistance of electrical switching of neighboring electrochemical cells of the EU.

Целесообразно, чтобы токоподводящий вкладыш был выполнен из монолитного электропроводного материала или деформируемого электропроводного материала в виде металлической или войлока.It is advisable that the current-carrying insert was made of a monolithic conductive material or a deformable conductive material in the form of metal or felt.

Целесообразно, чтобы разделительные пластины были выполнены из электропроводного материала. Такое выполнение пластин упрощает конструкцию ЭУ, поскольку указанные пластины одновременно выполняют функцию распределения реагентов и электрической коммутации соседних ЭУ.It is advisable that the separation plates were made of electrically conductive material. This embodiment of the plates simplifies the design of the EU, since these plates simultaneously perform the function of distribution of reagents and electrical switching of neighboring EU.

Целесообразно, чтобы окна в герметизир)тощих прокладках, сообщающиеся с анодом, были расположены по одной из диагоналей эластичной прокладки, а окна, сообщающиеся с катодом, были расположены по другой диагонали эластичной прокладки. Такое выполнение прокладок позволяет упростить конструкцию ЭУ за счет унификации деталей. Обе разделительные пластины распределительного устройства имеют одинаковое конструктивное выполнение. При сборке ЭУ пластина просто поворачивается на 180 градусов.It is advisable that the windows in the hermetically sealed gaskets communicating with the anode are located on one of the diagonals of the elastic gasket, and the windows communicating with the cathode are located on the other diagonal of the elastic gasket. This design of gaskets allows you to simplify the design of the EU due to the unification of parts. Both dividing plates of the switchgear have the same design. When assembling the EU plate, it simply rotates 180 degrees.

Целесообразно, чтобы концевые плиты ЭУ были выполнены из электропроводного материала и использовались для подвода электрического тока. Наличие электропроводных плит упрощает конструкцию и габариты ЭУ за счет исключения специальных токоподводов.It is advisable that the end plates of the EU were made of electrically conductive material and used to supply electric current. The presence of electrically conductive plates simplifies the design and dimensions of the EU due to the exclusion of special current leads.

Целесообразно, чтобы концевые пластины ЭУ были выполнены из электроизоляционного материала, при этом крайние разделительные пластины были снабжены выступом, используемым для подвода электрического тока. Такое выполнение ЭУ снижает его стоимость и уменьшает массу.It is advisable that the end plates of the EU were made of insulating material, while the extreme separation plates were equipped with a protrusion used to supply electric current. This implementation of EU reduces its cost and reduces weight.

Проведенный анализ уровня техники показал, что заявленная совокупность существенных признаков, изложенная в формуле полезной модели, неизвестна. Это позволяет сделать вывод о ее соответствии критерию новизна.The analysis of the prior art showed that the claimed combination of essential features set forth in the utility model formula is unknown. This allows us to conclude that it meets the criterion of novelty.

Сущность полезной модели поясняется чертежами и описанием конструкции заявленного ЭУ.The essence of the utility model is illustrated by drawings and description of the design of the claimed EU.

На фиг. 1 показаны составляющие ЭУ.In FIG. 1 shows the components of EU.

На фиг.2 показано распределительное устройство в увеличенном масштабе.Figure 2 shows a switchgear on an enlarged scale.

электроизоляционного материала и силовых уголков 2, герметизирующую прокладку 4 из изоляционного материала с окнами, токопроводящий вкладыш 3, крайнюю разделительную пластину 5 с отверстиями, анодную и катодную рамки 6, анодный и катодный токоотводы 7 из электропроводящей сетки, анод 8. твердополимерную мембрану 9. катод 10, разделительные пластины 11. При сборке ЭУ составляющие устанавливаются в указанном выше порядке и стягиваются посредством концевых плит и шпилек (на фигуре не показаны), проходящих через соответствующие отверстия в составляющих ЭУ. Герметизация составляющих ЭУ обеспечивается за счет поджатия мембраны и герметизирующей прокладки. Распределительное устройство для подачи и отвода реагентов образовано двумя разделительными пластинами 11, повернутыми относительно друг друга на 180 градусов и герметизирующей прокладкой 4 с окнами. Электрическая коммутация ячеек в ЭУ осуществляется посредством концевых разделительных пластин 5, токопроводящих вкладышей 3 и анодных и катодных токоотводов 7. Для уменьшения токов утечки отверстия в разделительных пластинах могут быть покрыты пленкой изоляционного материала. С целью уменьшения стоимости герметизирующая прокладка может быть выполнена многослойной, центральная часть из дешевой резины, а наружная, примыкающая к твердополимерной мембране- из фторопластовой пленки.electrical insulating material and power angles 2, a sealing gasket 4 made of insulating material with windows, a conductive insert 3, an extreme separation plate 5 with holes, an anode and cathode frames 6, an anode and cathode down conductors 7 from an electrically conductive grid, an anode 8. a solid polymer membrane 9. a cathode 10, dividing plates 11. When assembling the EU components are installed in the above order and are pulled together by end plates and studs (not shown in the figure) passing through the corresponding holes in the composition barking EU. Sealing the components of EU is ensured by preloading the membrane and the sealing gasket. The distribution device for supplying and discharging reagents is formed by two dividing plates 11, rotated 180 degrees relative to each other and a sealing gasket 4 with windows. Electrical switching of the cells in the EU is carried out by means of end separation plates 5, conductive inserts 3 and anode and cathode down conductors 7. To reduce leakage currents, the holes in the separation plates can be covered with a film of insulating material. In order to reduce the cost, the sealing gasket can be multilayer, the central part of cheap rubber, and the outer adjacent to the solid polymer membrane made of fluoroplastic film.

На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что заявленное ЭУ может быть реализовано на практике с достижением заявленного технического результата, т.е. оно соответствует критерию «промышленная применимость.Based on the foregoing, we can conclude that the claimed EA can be implemented in practice with the achievement of the claimed technical result, i.e. it meets the criterion of “industrial applicability.

Claims

1. An electrochemical filterpress type device comprising a set of at least two electrochemical electrically connected cells sandwiched between end plates, each cell comprising an anode and a cathode with catalysts deposited on them, a solid polymer membrane located between the anode and a cathode, a current collector for pressing an anode and a cathode to a solid polymer membrane and a switchgear for supplying and removing reagents to electrochemical cells, located between adjacent electrochemical cells cells, characterized in that the switchgear includes two separation plates with coaxial holes for supplying and discharging reagents and holes for communicating with the anode and cathode of the electrochemical cells and a sealing gasket of insulating material with five windows, four of which with slotted channels are located on the periphery gaskets, and the fifth is located in the central part of the gasket sandwiched between the separation plates.

2. The electrochemical device according to claim 1, characterized in that two of the four windows in the sealing gasket through the holes in one of the distribution plates communicate with the anode of one of the neighboring electrochemical cells, and the other two of the four windows in the specified gasket through the holes in the other plate communicate with the cathode of another neighboring electrochemical cell, the fifth central window is isolated from the electrochemical cells and is designed to accommodate a current-carrying insert.

3. The electrochemical device according to claim 1, characterized in that the area of the central window is from 30 to 60% of the area of the gasket.

4. The electrochemical device according to claim 1, characterized in that the central window in the sealing gasket has the shape of a circle, oval, square, rhombus, rectangle or parallelogram.

5. The electrochemical device according to claim 1, characterized in that the current-carrying insert is made of a monolithic electrically conductive material.

6. The electrochemical device according to claim 1, characterized in that the current-carrying insert is made of a deformable conductive material.

7. The electrochemical device according to claim 6, characterized in that the current-carrying insert is made of metal mesh.

8. The electrochemical device according to claim 6, characterized in that the current-carrying insert is made of metal felt.

9. The electrochemical device according to claim 1, characterized in that the dividing plates are made of electrically conductive material.

10. The electrochemical device according to claim 2, characterized in that the windows in the sealing gaskets communicating with the anode are located on one of the diagonals of the sealing gasket, and the windows communicating with the cathode are located on the other diagonal of the sealing gasket.

11. The electrochemical device according to claim 1, characterized in that the end plates are made of electrically conductive material and are used to supply electric current.

12. The electrochemical device according to claim 1, characterized in that the end plates are made of insulating material, while the extreme separation plates are provided with a protrusion used to supply electric current.