NO332015B1 - Anordning for produksjon av ren hydrogen - Google Patents

Abstract

Oppfinnelsen angår en hydrogenproduserende roterende enhet som er anlagt og opplagret (102a-b) i et vakuumhus (101) som er forankret og hvor det er montert en rekke med egne spiraldiffusorer (107b-c-d-e) som mottar for hver dysesirkel (114a-b-c-d) fra rotasjonsanordningen produsert gass H2,O2,CO2 og utfellingsstoff som ledes i kanaler fra splittecelle (110) via varmevekslere (109, 108) som resirkulerer varmen og senker temperaturen på gassene, og når de utfører rotasjon blir gassene flytende eller til is, hvor de deretter fordampes ut helt ren i fordampningsrekkefølge, og anordningen kan veksle mellom vannelektrolyse, varmesplitting og dampreformering.

Description

ANORDNING FOR PRODUKSJON AV REN HYDROGEN

Oppfinnelses område

Følgende oppfinnelse er relatert til roterende produksjon av ren hydrogengass til høytrykk eller flytende, også for biproduktgassene 02 og C02, der anordningen kan veksle mellom vannelektrolyse, varmesplitting og dampreformering.

Teknisk bakgrunn

I dag er det meget energikrevende og produsere hydrogen, når hele energiregnskapet er beregnet fra råvareprodukt til ferdig komprimert eller flytende hydrogen, og med dagens teknologi vil hydrogen være 20-30 % dyrere en alternativt drivstoff som bensin, diesel etc. med samme energi innhold men uten C02 håndtering.

I tillegg er de mest effektive produksjonsenhetene store, kompliserte og dyre pr produksjonsenhet. De krever også hyppige vedlikeholdsrutiner som også er med på å fordyre produsert hydrogen.

I dag utføres det meste av hydrogenproduksjonen ved dampreformering hvor biproduktet C02 slippes ut i atmosfæren, som er klimaødeleggende. Men det forskes på å kunne håndtere denne problematikken, og med kjent teknologi vil det kreve 20-30 % tilsvarende energien i hydrogen og deponere C02 i for eksempel hydrokarbon reservoarer, hvor en samtidig kan hente ut mer hydrokarboner.

Der det er behov for varme under hydrogenproduksjonen, forskes det også på og kunne resirkulere den varmeenergien, noe de har klart ved MIT med hele 95 %.

Viser til patentsøknad 20064407 for fremgangsmåte og anordning i hydrogenproduksjon ved elektrolyse.

Der en kompakt roterende hydrogenproduksjonsenhet kan levere produsert og separert gass trykksatt ut av anordningen ved hjelp av reguleringsventiler ved utløpet av anordningen.

Imidlertid kan trykkreguleringsventilene, slepekamrene anordnet på akslingsendene være utsatt for hurtig slitasje, lekkasje og motstand.

Videre er det fordelaktig med en bedre tilrettelegging for plassering av kanalene for å bedre separering og utstrømning av gassene fra cellen, og for også å bedre katalyseringen.

Katalysatorer kan være flere typer, som med fordel kan plasseres flere plasser en nevnt.

Rotasjon kan utføres av de trykksatte gassene.

Innløps - og utløpskanaler kan med fordel arrangeres annerledes.

Sammenfatning av oppfinnelsen

Den aktuelle oppfinnelsen frembringer en anordning for produksjon av hydrogen fra splittemedier som vann, elektrolytt, hydrokarboner vær for seg, eller blandet og ved hjelp av katalysatorer i et elektrisk felt, hvor produsert H2,02 og C02 separeres effektiv, hvor gassene har et høyere trykk ut av anordningen en trykk på splittemedium inn til den roterende anordning, fordi gassene i anordningen med lavere sentrifugalkraft reguleres ut slik at "vannspeilet" fra splittemediene trykkes av gassene ut mot periferien, og når det er større sentrifugalkraft på splittemediet mot produksjonsgassene, blir trykket av gassene ut i dyser ved periferien større, og skyvkraften fra gassene i dysene er større en tangentialakselerasjonskraft på stoff ut til splittecellen ved periferien.

Den aktuelle Oppfinnelses anordning er kompakt, effektiv og har en høy produksjonsrate og gjennomstrømshastighet.

Fordelene med oppfinnelsen kommer av at i splittecellen ved periferien vil stoff som splittes til gassene, av katalysatorer og spenningsfeltet, gjennomføres under høyt G forhold, dvs. i en kombinert splittecelle og rotasjonsseparatorinnretning. Den høye G betyr at gass boblene som produseres ved splittingen blir små og vil hurtig separeres fra splittemediet. Følgelig vil tilstrekkelig splittemedium omgi og dets overflate akkurat overdekker elektrodene hele tiden, hvorfor anordningen er utformet med små elektroder men likevel produserer gasser med høy gjennomstrømning. Anordningen er konstruert for å operere over superkritisk trykk og temperatur (over 222 bar og 374 °C). Da vil enhver produsert damp ha meget høyere tetthet enn hydrogen og separeres lett, og meget lite eller ingen damp forblir i gassene når temperaturen i dem er under 374 °C når de passerer varmeveksleren der dampen kondenseres ut og tilbake i splittecellen, dessuten vil den "flytende" dampen med høyere tetthet enn produksjonsgassene fortrenges utover mot periferi og splittecellen. Innretningen leverer gassene til normalt lagringstrykk og/eller flytende. Rotasjon utføres av de trykksatte gassene gjennom separate dyser for hver gass til egne spiraldiffusorer som er tilpasset for at noen eller alle gassene faser over til is eller blir flytende. Varme og kulde som produseres under prosessen resirkuleres både i og utenfor anordningen.

Omfanget av oppfinnelsen defineres i de tilføyde krav.

Kort beskrivelse av tegningen

Oppfinnelsen blir nå beskrevet i detalj med henvisning til vedlagte tegning, hvor: Fig. 1 fremstiller en utførelsesform av oppfinnelsen, hvor et snitt langs akslingen og en halvdel av rotasjonsanordningen, forankret vakuumhus og diffusorspiral er vist; den andre halvdel er et speilbilde av den halve struktur som vises langsetter den ene siden av akslingen.

Detaljert beskrivelse av hele anordningen

Fig. 1 viser prinsipielle deler av oppfinnelsen, nemlig en hurtigroterende hydrogenproduserende enhet som er innkapslet i et forankret vakuumhus 101 med tette lager 102a, 102b anlagt ved akslingsendene på enheten. Til vakuumhuset er det også festet/forankret diffusorspiraler (som i sentrifugalkompressor) 107b-c-d-e, hvor produsert gass og stoffrester fra cellen 110 separeres i egne kanaler for hver produksjonsgass/stoff til egne dyser 114a-b-c-d, hvor dysene danner en rekke/sirkel 114a-b-c-d på rotasjonsanordningen for hver produksjonsgass/stoff og anlagt innvendig i nevnte diffusorspiraler med liten klaring mellom yttervegg på dyser og innervegg på diffusor, og gasstrykket fra dysene i sirkelen, utfører rotasjon av anordningen, eller enheten roterer ved hjelp av en motor 104 som kan kobles til og fra akslingen. Vakuum etableres innenfor beskyttelseshuset 101 med en vakuumpumpe 103 hvor luften og eventuelt gass suges ut mellom

densitetsreguleringsventildyse 114d og diffusorinnervegg 107b i kanal til slaggakkumuleringstank 124 hvor vakuumpumpen 103 med tilbakeslagsventil er koblet til med kanal. Under gassproduksjon vil det dannes undertrykk mellom de andre dysesirklenell4a-b-c og deres diffusorinnervegg 107c-d-e som da opprettholder vakuum/undertrykk innenfor vakuumhuset 101. Vakuumet

forhindrer luftmotstand på den roterende enhet, og isolerer enheten mot varmetap og støy.

Når rotasjonen har startet, vil vann/elektrolytt høytrykkpumpes inn til injeksjonsdysen 105, hvor splittefluidet (for eksempel vann/elektrolytt) pumpes gjennom nåledysen med påmontert zimmerring (for tetting) anlagt i en tilpasset kanal i senter av akslingsenden og fluidet injiseres etter injektorprinsippet inn i akslingskanalen hvor fluidet forgrenes ut i flere synkekanaler videre til en sekundær varmeveksler 108 (hvor varme gasser fra splittecellen gir oppvarming til væsken) og videre til en hovedvarmeveksler 109 (som omslutter splittecellen 110) og deretter til splittecellen 110, hvor en av elektrodene 111 i splittecelle 110 forsynes med DC elektrisk spenning via isolert leder fra kontakt 112a ved den ene akslingsenden og når anordningen er elektrisk ledende kan den ene elektroden være i kontakt med anordningen og kontakt 112b på den andre akslingsenden.

Ved å benytte elektrolyttfluidum til cellen 110 med lav overspenning mellom elektrodene 111 vil produsert hydrogen flyte mot aksling og separeres hurtig inn i hydrogenkanal 113, gjennom sekundær varmeveksler 108 og i kanal ut i dysene 114c ved periferien hvor hydrogengassen strømmer hurtig over til en spiraldiffusor 107e videre til akkumulering 116 trykksatt og/eller flytende(avhengig av trykk/temperatur før dysesirkelen 114c og trykk/temperatur ved enden av spiraldiffusor 107e, og det samme forholdet gjelder for alle produksjonsgassene uansett produksjonsmetode). Dysene i dysesirklene 114a-b-c er tilpasset for å regulere trykket, rotasjon og utstrømningen av produksjonsgassene til akkumulering 119, 121, 116 via sine spiraldiffusorer 107c-d-e. Oksygen ledes ut gjennom kanaler 117 på sidene i høyde med toppen av elektrodene 111 ut fra Splittecellen 110 i korresponderende oksygenkanaler 117 gjennom primærvarmeveksler 109 hvor deretter oksygen fra hver side samles i en oksygenkanal 118a, gjennom sekundærvarmeveksler 108, deretter samles oksygenkanalene 118a fra hver side i en felles oksygenkanal 118c som fører til hver dyse i dysesirkelen 114a ved periferien hvor oksygenet trykkes med høy hastighet over i spiraldiffusor 107c og akkumulator 119 trykksatt og/eller flytende. Hydrogen rester i oksygenkanal 118a separeres inn i dedikerte kanaler 120 via sekundær oppvarmingsveksler 108, dyse ved periferien 114b, spiraldiffusor 107d og akkumulator 121. Trykket av gassene ut av oksygenkanal 118a kan være lavere enn trykk på hydrogen i kanal 113 fra cellen 110, da vil vannspeilet av vann/damp stige et stykke opp i oksygenkanalen 118a (over superkritisk trykk) og når vannspeilet i cellen 110 er i flukt med eller under korresponderende oksygenkanaler 117 vil gassrester fra cellen 110 boble eller strømme inni oksygenkanalen 118a og flytende medier fra cellen vil strømme gjennom slaggkanalen 131 og når mer vann/damp/hydrokarbonrester/COrester kommer blandet og i bedre kontakt med en rekke katalysatorer for å bedre katalysering når det er behov for det.

Ved varmesplitting av rent vann økes overspenningen mellom elektrodene 111 som kan være en legering av nikkel/zirkon eller dopet med nevnte stoff, det kan også tilsettes i splittemedium i innføringslinjen fra dyse 105 kjemikalier/katalysatorer som elektrolytt, jodider og bromider eller tilsvarene stoff for å senke splittetemperaturen. Hydrogen og oksygen som produseres både av ioniseringen og varmen som dannes. Når splittemediet (vannet) er tilsatt stoff og katalysatorer i splittecellen for å senke splittetemperatur (som kan være relativ lav), vil H2 og 02 ikke reagere med hverandre (forbrenne)når de forlater katalysatorer og temperaturnedsatt splittegrense i vannet/dampen, dermed vil produksjonsgassene (H2 og 02 i dette tilfellet) separeres i cellen 110, og vil ledes ut på samme måte som nevnt over ved elektrolyse med elektrolytt, og eventuelt utfelt stoff eller stoff med høyere tetthet enn vann/damp slynges ut i periferien via kanaler 118b, 123, 131 fra cellen og oksygenkanaler 118a via densitetsreguleringsventil 125 og dyse 114d ut i diffusor 107b og til akkumulering 124.

I dampreformeringsprosessen vil det samtidig som vann/damp

(og eventuelt tilsatt annet gunstig stoff for splittingen)

høytrykkes inn via kanaler til Splittecelle 110 fra dyse 105, tilføres samtidig flytende hydrokarboner (nedkjølt eller flytende ved normaltemperatur) som høytrykkpumpes inn i linjen som starter med injeksjonsdysen 106 (lik prinsippet fra injeksjonsdysen 105 fra motsatt akslingsende) med nåledyse som har fastmontert zimmerring tilpasset for kanal i senter av akslingen 122 hvor hydrokarbonet injiseres i tilpasset mengde og trykk, inn i akslingskanal hvor hydrokarbonet forgrenes over i flere synkekanaler som fører til hydrokarbonfordeleren 115 i primærvarmeveksleren 109, hvor kontrollert mengde tilføres til vannet (som kan være blandet med andre stoff for mindre splitteenergi) i splittecelle 110 under elektrodene 111, hvor vann/damp og hydrokarbonene i tilpasset mengde kommer opp mellom de, hvor tilpasset overspenning mellom elektrodene sørger for både nødvendig oppvarming (som resirkuleres) og ionisering ved tilstrekkelig overpenning, og ved riktige katalysatorer på/i Elektrodene 111, cellen 110, kanaler fra celle 117, 118a-b, 123, 131 vil splittemediet omdannes tilslutt til H2 og C02. Hvor det meste av H2 separeres ut i kanal 113 fra splittecellen 110 hvor kanalen fører videre gjennom varmevekslere 109, 108 og som kan forgrene seg til dyser 114c i dysesirkelens periferi (eller likt antall kanaler fra Celle 110 som antall dyser aktuell dysesirkel, samme alternativer gjelder for de andre gassene fra C02/oksygenkanaler 118a) over til en spiraldiffusor 107e videre til akkumulering 116 trykksatt og/eller flytende. Fra cellen 110 vil de andre produserte gassene, hydrokarbonrester, noe vann/damp og små rester av H2 ledes på begge sidene av cellen 110 over i en radial korresponderende C02 kanal 117 (tidligere korresponderende oksygenkanal) til C02 kanal 118a-b (tidligere oksygenkanal)hvor rester i blandingen

katalyseres/omdannes til mer H2 og C02, hvor H2 fra begge sider etter kanaler gjennom sekundærvarmeveksler 109 stiger inn i egen felles kanal 120 som fører H2 til dyse 114b, en spiraldiffusor 107d og akkumulering 121 trykksatt og/eller flytende, samtidig ledes C02 og eventuelt andre biproduktgasser fra en sidekanal ved toppen av C02 kanaler 118a fra begge sider gjennom kanal i varmeveksler til en felles C02kanal som fører C02 til dysen 114a videre til spiraldiffusor 107c til akkumulering 119 trykksatt og/eller flytende. Fluid eller stoff med høyere tetthet enn elektrolytt/vann fjernes gjennom

tetthetsforskjellsreguleringsventil 125 ved periferien, til dysen 114d hvor stoffet slynges over i en spiraldiffusor 107b og videre til akkumulering 124.

Det kan være flere skivestrukturer på samme aksling med felles innløpskanal 105 og utløpskanaler 113, 118c, 120 for hvert stoff koblet sammen, unntatt slaggdyse 114d med tilhørende spiraldiffusor 107b og akkumuleringstank 124 som må være ved periferi ved hver skivestruktur. Vakuumpumpen kan være på en slaggtank 124 eller koblet direkte på vakuumhuset med tilføringskanal(det kan den også med bare en skivestruktur). Spenning til elektrodene kan være koblet i serie eller parallell.

Detaljert beskrivelse av deler i anordningen Anordning av katalysatorer 110, 113, 117, 118a-b, 123

Vegger i splittecelle 110 og kanaler 113, 117, 118a-b, 123 kan være dekket av en rekke katalysatorer (nikkel, kobber, sink, zirkon, platina, rhodium osv.) som virker på hydrokarbonrester for å trekke ut mer hydrogen fra hydrokarbonmaterien og likedan omdanne/katalysere karbonmonoksid til karbondioksid. Kanalområder og vegger er som følger: De indre veggene av cellen 110, hydrogenkanal 113 til passering av sekundærvarmeveksler 108, oksygenkanaler 117,118a-b(eventuelt karbondioksidkanaler), dedikert hydrogenkanal 120 til passering av sekundærvarmeveksler 108, utfellingssynkekanaler 123, 131. Elektrodene kan også være katalytiske med katalysatorer som er spesielt effektive og tilpasset for spenningsfeltet, hvor splittemediet vil være ionisert og katalysatorer på/i elektrodene kan for eksempel være nikkel eller zirkonium eller en kombinasjon av dem, eller andre katalysatorer.

Utluftingsanordning 127, 128, 129, 130

Ved luft eller gass i splittemediet i kanal i aksling 122 fra reguleringspumpedysen 105 hvor det kan komme luft inn, og fra synkekanaler kan det også stige gass i splittemediekanaler fra periferien, hvor det er påkoblet luft/gasskanaler 128 som forgrener seg inn til et gasslommekammer 127 i senter av aksling 122 i gasslommekammeret 127 er det en flottør 129 (eller annen tilpasset ventil) som ved gass/luft i gasslommekammeret 127 åpner til kanal 130 som fører til innersiden av zimmerringen for reguleringspumpedysen 106 hvor det er undertrykk under produksjon, og hvor flytende nedkjølt gass injiseres fra dysen, og vil derfor dra med seg gass/luft fra kanal 130 hvorpå de også blir flytende(når hydrokarbongassen er tilstrekkelig nedkjølt og mengde) og føres dermed med ned til Splittecellen 110 hvor gassene etter elektrodene 111 vil bli separert inn til sine utløpskanaler.

Regulering av trykket med dysene 114a-b-c

Dysene 114a-b-c kan være tilpassett for en konstant gassmengde og trykk basert på en kontinuerlig gassproduksjonsmengde, og trykket i gassene er gunstig når overflaten av splittemediet holdes ved korresponderende oksygen/C02kanaler 117 på hver ytterside av elektrodene 111. Eller dysene kan være automatisk regulerbare for gassmengde men er åpne bare ved nevnte gunstig trykk. Trykket ved dysene 114a-b-c fastsettes av trykket på fluidum inn kanaler i aksling 122 via reguleringsdysene 105, 106 og radien fra kanal i aksling til overflaten av fluidum i cellen 110, rotasjonshastigheten og tetthetsdifferanse mellom fluidum og gass for hver kanal ut og relativ gass-søyletrykk(høyde på kald gass søyle med høy tetthet fra dyse mot aksling minus høyde på varmere gass søyle med lavere tetthet mot aksling fra celle eller oksygen-/C02kanal 118a)

Primærvarmeveksleren 109 og sekundærvarmeveksleren 108

Utførelsesformen av sekundærvarmeveksleren 108 og primærvarmeveksleren 109 kan på yttersiden være lik og ligne et rør som er satt sammen i en sirkel med lik avstand til aksling 122 og i tverrsnitt på den og i balanse, hvor primærvarmeveksleren 109 ligger i ring akkurat utenfor sekundærvarmeveksleren 108 og de kan være festet/forankret til hverandre, også kan de være med på å binde strukturen i den roterende enheten sammen der det enten er hule eiker eller massiv skive som er festet/forankret på innersiden av sirkelen av sekundærvarmeveksleren 108 og akslingen 122 hvor tilførselskanaler fra aksling kan være inne eller utenpå. Eller sekundærvarmeveksleren 108 kan være mer oval eller rektangulær på tangentialtverrsnittet og hvor toppen (innersiden av sirkelen) kan være festet direkte til aksling. Gasskanalene 113, 118c, 120 kan taes ut på sidene ved toppen av sekundærvarmeveksleren 108 på gunstige punkter, hvor gassene ledes videre til dysene 114a-b-c.

I sekundærvarmeveksleren 108 kan synkekanaler fra kanal i aksling 122 med splittemedium(Vann/elektrolytt)fra trykkreguleringsdyse 105 ledes inn med gunstig fordeling nærmest aksling, og utløpet for splittemediet kan være i bunn(Periferi av sekundærvarmeveksleren 108) og omslutte H2 kanaler hvor splittemediet ledes inn i topp av primærvarmeveksleren 109 hvor splittemediet trykkes ned (ut mot periferi)og likt på hver ytterside av celleveggen 110 for jevnere varmeveksling. Når splittemediet forflyttes utover mot periferien i varmevekslerne 108, 109 vil tregheten i tangentialakselerasjon på splittemediet gjøre at det får relativ høy tangential hastighet i varmevekslersirklene 108, 109, det medfører en gunstig varmeveksling mot gassene som beveger seg med høy hastighet i tangential motsatt retning, i rørspiralene i sekundærvarmeveksler 109 og mot veggen i cellen 110, som medfører effektiv varmeveksling fra de varme gassene til det kaldere splittemediet. De samme tangentiale bevegelser vil oppstå av stoff som beveger til og fra periferien andre steder i den roterende anordning, som i cellen 110 mellom elektrodene 111 har splittemediet/gassene der høy oppdriftshastighet mot aksling, og vil følgelig få relativ høy tangential hastighet i elektrodesirkelen 111 og splittemediet som passerer elektrodene uten splitting vil renne over elektrodene på yttersidene av de hvor splittemediet beveger seg nedover og dermed i tangential motsatt retning av mediet mellom elektrodene 111, disse bevegelsene er meget gunstig for splitte- og varmefordelingsprosessen, noe som betyr at elektrodene 111 kan være små og cellen 110 liten, men allikevel med høy gjennornstrømshastighet og produksjon.

Kanaler fra øvrige produksjonsgasser (02,H2 fra andre gasstigekanaler, CO, C02 osv.)ledes inn i bunn av sekundærvarmeveksleren 108 fordelt på gunstige punkter likt fordelt, og alle gasskanalene fortsetter i sekundærvarmeveksleren 108 i flere rør separat for hver gasskomponent og rørene anordnes langsetter sekundærvarmeveksleren 108 i rotasjonsretning fra periferi (sett fra aksling, bakover bøyd i rotasjonsretningen) i spiral mot toppen av sekundærvarmeveksleren 108, slik at gassene som vil prøve å beholde periferihastigheten vil trykkes mer tangentialt langsetter rørene på vei mot aksling, som gjør at det blir mindre trykktap av sentrifugalkraften i gassene når de forlater rotasjonsanordningen (dysene).

Oksygen-/C02kanaler 118a-b

Utførelsesform (ikke tegnet) på oksygen/C02kanaler 118a-b kan være slik at de omslutter primærvarmeveksleren 109 der mediet i oksygen/C02kanaler 118a-b er i direkte kontakt med yttervegg på primærvarmeveksleren 109. Yttervegg på oksygen/C02kanaler 118a-b er festet i toppen (nærmest aksling) til ytterside (periferi) av sekundervarmeveksleren 108 og primærvarmevekslerens 109 kan være festet sammen i bunnen, hvor de også kan være nærmest, også bunn av oksygenkanaler 118b fra hver side går inn i synkekanal 123 som nå blir veldig kort, og er nærmest en sammenhengende rekke med hull i gjennom primærvarmeveksleren 109 og oksygen/C02kanalen 118b på samme plass langs periferien hvor det i hvert hull i oksygen/C02kanalens 118b yttervegg er montert en densitetreguleringsventil 125 med påfølgende dyse 114d. Slaggutløpskanaler 131 fra begge sider av cellen kommer ut som vist på figuren som en rekke av kanaler langs sirkelen av oksygen/C02kanalen 118b med samme avstand til akslingen, det samme gjelder også for korresponderende oksygenkanal 117 og fra utgangen av de og opp, er nå oksygen/C02kanal 118a, og utgangskanalen for oksygen/C02 fra begge sider er det mest gunstig å legge den i en kanal på toppen på samme rekke som hydrogenkanalene 113 mellom varmevekslerne 109, 108 der en rekke av rør går fra like over toppen på ytterveggen av primærvarmeveksleren 109 og inn i sekundærvarmeveksler 108 hvor oksygen/C02 ledes videre. Fra toppen av oksygen/C02kanalens 118a yttervegg er det en rekke av uttakskanaler for H2 som ledes videre inn til sekundervarmeveksler 108. Det vil vekselvis være like mange kanalgjennomføringer for hver gass i periferien av sekundærvarmeveksleren 109. Ved at oksygen/C02kanaler omslutter primærvarmeveksleren 109 vil den samtidig danne oppdrift som kan balanseres ved konstruksjon. Veggene til primærveksleren 109 og cellen 110 kan også være rimelig tynne da det er relativt likt trykk mellom veggene og oppdriftsbalansen. Dette vil også bedre varmevekslingen. Det vil i dette tilfellet være ytterveggene på oksygen/C02kanalene 118a, 118b som blir mest massive for å være konstruert mot det høye trykket og

sentrifugalkreftene.

Dysene 114a-b-c-d

Utførelsesformen på dysene 114a-b-c kan være klassiske konvergerende runde eller firkantet i tverrsnitt i en sammenhengende sirkel mot innerveggen på difusorspiral for hver gass. Eller dysene kan likne ekspansjonsdyser (Lavalldyser), og uansett dysetypevalg er de anlagt på sidene av sekundærvarmeveksleren 108 og primærvarmeveksleren 110 for å binde strukturen i den roterende enheten sammen, og/eller direkte til aksling 122 hvor for eksempel lavaldysene for hver gass er anlagt i en sammenhengende sirkel/skive rundt akslingen hvor dyserørene er bøyd bakover i rotasjonsretningen, og periferien av de sammenhengende dyserørene danner en sirkel som er like langt fra akslingen, og ytterveggene ved periferien av dyserørene er på samme tverrsnitt av akslingen, da vil tverrsnittet av hvert utløp være rektangulært. Diameteren til dysesirkelen/skiven må tilpasses i forhold til utstrømningshastigheten og mengde til aktuell gass og periferihastigheten til dens dyserekke. På de lette gassene vil ublåsningshastigheten være mange ganger hurtigere en periferihastighet, slik at resultanthastigheten på gassen inn i diffusor vil være relativ høy. Minst en av dysesirklene 114a-b-c er anlagt for å gi skyvkraft i rotasjonsretningen. Avfallstoffdysen 114d kan være en rekke av konvergerende dyser, eller firkantdyser gunstig plassert ved periferien av den roterende anordning, og som vender vinkelrett fra periferien ut til diffusorspiral 107b.

Diffusorspiraler 107b-c-d-e

Utførelsesform på diffusorspiraler 107b-c-d-e, hvor de er forankret i vakuumhuset 101 og roterer ikke og at de er anlagt rundt den roterende enhet hvor yttersiden av dyseveggen for hver gass, er anlagt mot innersiden av diffusorvegg til hver gass-spiraldifusor med liten klaring, og de ligner diffusorspiral til sentrifugalkompressor. Under gassproduksjon vil det mellom hver dyserekke (sirkel) og diffusorvegg dannes undertrykk som opprettholder vakuum/undertrykk innefor vakuumbeskyttelseshuset 101. Diffusorspiralenes hensikt er å omdanne det dynamiske trykket (bevegelsestrykk) fra gassene til statisk trykk. For diffusorspiral 107b til densitetsforskjelsdyse 114d vil diffusorspiralen være helt lik, hvor spiralen øker i tverrsnittareal med rotasjonsrettningen av rotasjonsanordningen. Det kan spiraldiffusorer 107c-d-e for de andre gassene også hvis dysene er stilt på en slik måte at resultantretningen på gassene inn i diffusor har samme retning som rotasjonsanordningen, og har gassene motsatt retning må spiralen i diffusor gå motsattveg. Diffusorer kan være med eller uten statorblad alt etter diameter på diffusor og med statorblad må de være tilnærmet parallelle med banen til gassene/partiklene.

Gass i flytende eller fast form(is)

Fremgangsmåte og anordning for gass i flytende eller fast form(is) oppnås når gassene i den roterende anordning har tilpasset riktig temperatur og tilstrekkelig høyt trykk, hvor de der da kan være nesten flytende eller i gassform, og ved å stille dysene i tilpasset vinkel for å oppnå skyvkraft i rotasjonsretningen, vil den tapte energi i gassene ved skyvkraften og ekspansjon, medføre at både trykk og temperatur faller etter spiraldiffusorer. Ved nøyaktig tilpassing med hensyn til kritisk trykk og temperatur for gassene kan de dermed bli enten flytende eller i fast form(is), eller en blanding av dette. Ved enden av spiraldiffusorer kan det da være anlagt en kombinert pumpeanordning som både skruer og pumper is/sørpe/veske av gassene videre til høyere trykk inn i seksjonsvise kamre hvor gassene separeres til enda renere gasser i fordampningsrekkefølge ved indirekte oppvarming, som kan være fra hydrokarbonene på veg til injeksjonspumpen 106 og luft eller vann fra omgivelse, hvor hydrokarbonene når de er i gassfase, kan bli flytende ved indirekte varmeveksling med de produserte flytende/is-gassene. De seksjonsvise gassfordampningskamrene pumpes opp på nytt når de forutgående gassene er blitt separert/fordampet ut. Antall kamre og størrelse må tilpasses for kontinuerlig drift. På denne måte kan også alle gassene fra rotasjonsenheten etter varmeveksling ledes samlet ut i en felles diffusorspiral og fordampes ut på samme måte. I diffusorspiral kan da en av gassene være i kald gassform (som blir H2 i dette tilfellet) som kan ledes fra et gasslommekammer ved enden av diffusor i egen kanal til akkumulering eller videre til ytterligere komprimering og/eller ekspansjon til flytende gass. Resterende gass (C02/02/vann og eventuelt andre gasser) som kan karakteriseres som biprodukter kan skrues/pumpes ut direkte til deponering flytende eller den kan tillates oppvarming fra omgivelsene undervegs til deponering. For og oppnå gunstig temperatur på gassene i rotasjonsinnrettningen, slik at de kan bli flytende eller til is etter diffusorspiral, er det mulig og øke kjølemediemengde/splittemedium via dyse 105 hvor det i kanaler fører til en tredje varmeveksler lik sekundærvarmeveksleren 108 anlagt og festet til den i sirkelen innenfor med lik inngang på alle gasskanalene i periferien som periferien av sekundærvarmeveksleren, bare at alle gassgjennomføringer er lik som for hydrogenkanal 113 fra splittecellen, nemlig at alle gasskanalene omsluttet av splittemediekanal/vannkanal inne i den trede varmeveksler kan gassrørene være anlagt likt som i sekundærvarmeveksleren 108 og innfesting til aksling og øvrig sammenfesting kan være likt som for sekundærvarmeveksler 108 nevnt tidligere, for å binde rotasjonsinnretningen sammen. Gassrørene/kanalene kan taes ut på en side eller fordeles mellom sidene av den tredje varmeveksler. Tilpasset splittemedium for splitting i cellen, tilføres i kanaler til sekundærvarmeveksler 108 også videre som nevnt tidligere. Overflødig splittemedium som nå er varmet opp, ledes i kanaler til for eksempel et slepekammer (nevnt tidligere) til en akslingsende og videre ut til oppvarmings anvendelse til for eksempel de flytende gassene for fordamping av dem. I tillegg til den tredje varmeveksleren, eller uten den, kan gassene i kanaler etter varmeveksling(med vannmedium) og hvor minst en av gassene ledes til en annen varmeveksler hvor nedkjølte og flytende hydrokarboner fra dyse 106 ledes i kanaler inn i bunn(periferi) av varmeveksleren, hvor den kan likne sekundærvarmeveksler 108 utvendig og innvendig med gasskanaler. Oppvarmede hydrokarboner ledes ut i en rekke kanaler fra topp og videre til hydrokarbonfordeler 115. Gasskanalene kan også ledes inn i topp av varmeveksleren mellom uttak til hydrokarboner og uttak i bunn likedan og gassen(e) ledes videre til sin(e)dyse(r) og diffusor hvor gassene flytende eller til is osv.

Det kan også være en luftkjølekanal(ikke tegnet inn) som fra den ene akslingsenden enten i eller utenfor den som forgrener seg ut mot periferi og inn i et kjølesirkelkammer som omslutter og er festet til hele skivestrukturen(unntatt dysesirklene og hydrokarbonkanal som kan vær festes utenpå kjølesirkelkammeret) med radiale plater bøyd bakover i rotasjonsretningen hvor det er gjennomføringskanaler mellom varmevekslerne og mot aksling og luften som oppvarmes stiger opp mot den, kan ledes ut på akslingsenden på motsatt side i eller eventuelt utenfor aksling, og da kan det være stag som fester vakuum huset mot et lagerhus med lager mot aksling, og på luftkjølekanalens innløpskanal er et rør festet/tetter på vakuumhuset som ikke roterer og omslutter akslingen og luftkjølekanalen i den roterende anordning starter med å overlappe/omslutte med liten klaring innløpsrøret festet til vakuumhuset slik at ved høy innløpshastighet dannes ett undertrykk mellom rørene, slik dannes det også undertrykk i vakuumhuset 101, og ved luftkjølekanalens utløp omsluttes rørkanalene motsatt for å oppnå undertrykk inn til vakuumhuset. Det kan også tilsettes i tilpasset mengde vanntåke inn i luftkjølekanalens innløpskanal slik at vannet fordamper og kjøler ytterligere oppover i luftkjølesirkelkammeret. Kjølekanalens Inn- og utløpsareal kan være tilpasset for en gitt mengde kjøleluft. Det er også mulig og montere brennkammer ved innløp til luftkjølesirkelkammeret i periferien som da blir et varmesirkeikammer i de tilfellene det er behov for det.

Reguleringsdysene 105, 106 ved akslingsendene

Utførelsesform og anordning til reguleringsdysene 105, 106 ved akslingsendene, er at de skal være tilpasset for å viderelevere tilført høytryktrykksatt splittemedium til en gitt gassproduksjonsmengde ved tilpasset trykk i rotasjonsanordningen. I området mellom Zimmerringen(som er fastmontert til nåledysen) og dysespissen vil det dannes et undertrykk som drar nåledysen inn til tilpasset og gunstig punkt, og nåledysen er i balanse mot det trykket, med hjelp av tilpassede fjærer med justeringer i dyseholderen 105, 106. Hvis det bygger seg opp med masse og trykk inne i anordningen vil nevnte undertrykk mellom dyse og zimmerring bli et større trykk og nåledysen vil dermed trykkes tilbake som samtidig stryper eller stenger for medium til dysene, og etter hvert som trykket faller i anordningen under produksjon, vil trykket minke innenfor zimmerringene og dysene vil gradvis gå tilbake til gunstig posisjon og øker injiseringen igjen. Denne metoden gir minimal rotasjonsmotstand og slitasje da dysen ikke er i kontakt, men ikke minst en automatisk mekanisk justering av splittestoff til Splittecellen.

Splittecellen 110

Utførelsesform på splittecellen 109 går langsetter og sentrert i sirkelen av primærvarmeveksleren 110 og de er festet til hverandre i bunnen med langsgående skråstilte plater (ved bunn av slaggkanal 131) som ligger an mot hydrokabonfordeler 115 som også er som et rør (langseter i sirkelen på primærvarmeveksleren 10 9), som platene er festet til på hver side av topp, og hvor det er en rekke med hull/kanaler mellom anlegningen. Det er også en rekke med hull i skråplatene innenfor primærvarmevekslerveggen 109 slik at splittemediet kan passere til området rundt hydrokarbonfordeleren 115, for deretter å trykkes inn i splittecellen i hullene mellom skråplaten og hydrokarbonfordeleren 115. Hydrokarbonfordeleren er også utstyrt med en rekke hull langs periferien (ytterkant) som er tilpasset for å lede riktig mengde hydrokarbon til riktig trykk ut i splittemediet der det vil flyte opp, og sammen med det videre gjennom hullene til splittecellen 110 hvor elektrodene 111 er i senter som to parallelle ringformede plater, som hver i periferien er anlagt mot toppen av hver sin skråplate som også hydrokarbonfordeleren 115 er festet til på motsatt side av skråplatene. Når den roterende anordning er elektrisk ledende kan den ene elektroden være i kontakt med strukturen og den ene akslingsenden 112b hvor negativ spenning tilkoblet, og den andre elektroden er elektrisk isolert mellom anlegningen men i kontakt med isolert elektrisk leder til isolert slepeskive ved den andre akslingsenden hvor positiv spenning er tilkoblet 112a. Ved ikke elektrisk ledende struktur må begge elektrodene tilføres spenning med elektriske isolerte ledere lik i linjen fra 112a, som vil være lik for den andre elektroden mot kontakt 112b.

Mellom elektrodene 111 (i periferien av dem) og skråplatene som elektrodene er festet til er det en rekke med korte radiale kanaler for å bedre sirkulasjon i cellen og for å minske varmeledning fra elektrodene over til resten av strukturen. Elektrodene kan med fordel være perforerte eller porøse som er gunstig både for bedre varmefordeling, beholder formen bedre ved varmeutvidelse, men også for større kontaktflate ved elektrolyse og katalysering når elektrodene samtidig er katalytiske. Elektrodene kan være av et elektrisk ledende materiale som er høyt varmebestandig, korrosjonsbestandig og lav temperaturutvidelseskoeffisient i rent metall, legering, kompositt eller keramisk materiale.

Da splittecellen 110 vil danne oppdrift i splittemediet som omgir den, kan den konstrueres for å komme i oppdriftbalanse ved produksjonstemperatur for å minke belastingene på strukturen da. Samtidig kan celleveggen være relativ tynn og av et materiale som ikke er elektrisk ledene og samtidig sende varmestrålingen fra cellen gjennom veggen til primærvarmeveksleren 109 og splittemediet på andre siden av veggen som er på tur til cellen.

Hydrokarbonfordeleren 115 kan være utformet i gunstig volum slik at oppdriften av den er med på og støtte/styrke strukturen innenfor primærvarmeveksleren 109, og ved temperaturutvidelse av elektrodeskivene 111, at det er tilstrekkelig fleksibilitet og styrke i forankringsområdet av dem og at elektrodene 111 samtidig er sentrerte og i balanse hele tiden. Trykket i Hydrokarbonfordeleren 115 må være større enn trykket utenfor den, for at ikke vann og andre stoff trenger inn i den, men også for tilføring til cellen. Men hullene i hydrokarbonfordeleren 115 kan ha tilbakeslagsventiler for å unngå nevne problematikk, og da kan rekken av hull i den være plassert hvor som helst på den, men hullene må være like langt fra aksling for jevn utstrømning mellom dem.

Ved meget høyt trykk og tilstrekkelig nedkjøling av gassene etter splitting kan de bli flytende i rotasjonsenheten noe som skjer først med de tyngste gassene som med for eksempel C02 som under høyt trykk og lav temperatur som kan ved gitte tilfelle i C02kanal 118a-b synke ut til periferien i densitetsreguleringsventilen 125 og videre ut i dysen 114d til spiraldiffusor 107b og akkumulering 124 fortsatt flytende og under trykk. Derfor er det mer gunstig og holde temperaturen tilstrekkelig høy for både gunstig katalysering i C02kanal 118a-b og at C02 ledes ut som tidligere nevnt. Men ved tilpasning til produksjon av all gass i cellen kan oksygenkanalen 118a-b omsluttes av egne varmevekslere på hver side av primærvarmeveksier, utvendig lik de andre i sirkel, men innvendig går det ett rør hvor korresponderende 0ksygen-/C02kanal som er hevet på hver side for å komme over vannspeilet i splittecellen 110 og kommer inn på siden i kanal i varmeveksler hvor splittemedium fra dyse 105 kommer inn i flere kanaler i bunn (periferi) langs varmeveksleren og ledes deretter i kanal fra toppen av den til toppen av sekundærvarmeveksler 108. Samtidig går det fra oksygen-/C02 kanal en kanal ut og gjennom siden av dens varmeveksler til kanal som omslutter hydrokarbonkanalen(nevnt tidligere, nedkjølt) hvor det på den omsluttende kanal er flere utløpskanaler på toppen og ved bunn. Utløpskanaler på ved toppen leder videre H2 rester, som ledes direkte til samme dyserekke/sirkel som hydrogen fra hydrogenkanal 113, eller sammen med hydrogenkanal 113 via tilpasset injektor, og utløpskanaler ved bunn(periferi) leder direkte mot dyser hvor nedkjølte biproduktgasser(C02, CO, 02 osv.) synker utover til, ved høy rotasjon og under høyt trykk.

Hydrogenkanaler 113, 120 kan ledes samlet ut ved at en tilpasset injektor fra kanal 113 med høyest trykk suger med seg i tilpasset mengde hydrogen fra kanal 120 med lavere trykk, og at trykket i kanal holdes konstant slik at nødvendig Vann/damp speilet holdes ved gunstig punkt oppe i C02kanalen 118a. Da kan det være minst to

gassutløpskanaler.

Ved bare to gassutløpskanaler(når begge gassene er gassfase) kan innløpskanalene ledes inn fra hver akslingsende via slepekamre som omslutter og tetter omkring akslingen hvor kanaler på akslingen innenfor slepekamret forgrener seg inn til innløpskanal utenfor senter av aksling. Ved senter av akslingsendene vil nå være utstyrt med hver sin nåledyse fastmontert i kanal hvor hydrogen i kanal 113+120 (injektorisert som nevnt over) ledes til den ene akslingsenden og oksygen/C02 kanal 118c leder oksygen eller C02 (avhengig av produksjonsmetode)til andre akslingsenden, hvor det på hver av dysene er omsluttet ved enden med en zimmerring som er festet til en tilpasset rør diffusor og dysene som kan være tilpasset for et bestemt gunstig produksjonstrykk(nevnt tidligere) vil gassen trykkes ut nåledysen på hver akslingsende med høy hastighet inn i diffusor hvor farten avtar og det statiske trykket øker og gassene kan sendes videre som nevnt tidligere.

Opplagringen av den roterende enhet kan være med superledende elektromagneter hvor det er tetting mot aksling på begge sidene av magnetene på hver akslingsende slik at det blir tett inn til vakuumhus og magnetene. Nedkjøling av magnetene kan tillates med ekspansjon av noe av de produserte gassene eller allerede nedkjølt gass. Og konstruksjonen ved akslingen gjør at magnetlagrene kan både ha radial og aksial støtte ved den ene akslingsenden og bare radial ved den andre. Spenningen til elektrodene 111 kan legges gjennom de superledende elektromagnetene med nødvendig spenningsveksling (som har mindre betydning for hydrogenproduksjon) og magnetene kan dermed også tilpasses for dynamo og generatordrift for enten å opprettholde rotasjon, eller produsere strøm ved for stor skyvkraft fra gass ut dysene til spiraldiffusorer ved periferi. Ved ut-og inntakskanaler bare i aksling kan også superledende magneter støtte opp på hver side av slaggdysen 114d langs periferien av den roterende skivestruktur slik at rotasjonshastigheten og trykket på gassene ut øker.

Mens utførelsesformen av oppfinnelsen illustrert i Fig. 1 separerer de produserte gassene inn i flere kanaler, kan innretningen utstyres med flere kanaler som tillater hver gasskomponent separert inn i separate kanaler, f.eks. hydrogen-, oksygen-, karbonmonoksid- og karbondioksidkanaler, og toppen (nærmest aksling)av hver stigekanal til gassene kan finseparere ut rester av H2 lik overgangen fra oksygen kanaler 118a og h2 kanal 120 og oksygen (ved dampreformering er det flere biproduktgasser) separeres ut i oksygenkanal(eventueltC02kanal)118c der de tyngre gassene kobles videre etter tetthet, lik som nevnt, og koblingene må være før sekundærvarmeveksler 108.

Rotasjonsanordningen kan produseres av materialer med den påkrevde styrke for å motstå kreftene som oppstår ved rotasjon i høy hastighet. Strukturen kan med fordel ha lav tetthet for å begrense nevnte krefter. Strukturen kan være utformet i metall, med elektrodene isolert fra resten av strukturen, eller fra et keramisk eller kompositt stoff. Sentrifugalkreftene fastsettes av rotasjonsfarten og diameteren av rotasjonsenheten, som er tilpasset til kreftene tillatt for materialene som brukes.

For å begrense rotasjonsfarten og belastningene plassert på skivestrukturen, kan den roterende enhet beskrevet så langt, øke trykket på splittefluidum. Følgelig, kan splitte enheten drives på en lavere rotasjonshastighet som betyr lavere sentrifugalkraft som virker på skivestrukturen. Men ikke med lavere rotasjonshastighet slik at de produserte gassene ikke separeres ut og i forhold til

gjennornstrømningshastigheten til gassene i

separasjonsområdet rundt cellen

For å unngå at elektrodene blir brutt ned av krystallisering, kan polariteten av elektrodene forandres ved intervaller, og med anordningen er det ikke nødvendig at gassutløpskanalene må veksles.

Figuren må bare sees på som en skjematisk tegning som illustrerer prinsippene av oppfinnelsen, og ikke nødvendigvis viser den virkelige verdens fysiske realisering av oppfinnelsen. Oppfinnelsen kan bruke mange forskjellige materialer og arrangementer av dets komponenter. Slik realisering er innenfor evnene for en fagperson på området.

Claims (8)

1. En anordning for å produsere hydrogen i et elektrisk felt, der nevnte anordning omfatter et skivelignende arrangement festet til en aksling (122) som ligger an i tette lager(102a, 102b) festet til et vakuumbeskyttelseshus (101) som omslutter det skivelignende arrangementet, innløpskanaler hvor det føres splittemedium fra en akslingsende ut til en eller flere splitteceller (110) anordnet ved periferien av det skivelignende arrangementet, idet splittecellen(e) omfatter første og andre elektroder som tilføres strøm, idet elektrodene er i form av parallelle ringformede plater, karakterisert vedat anordningen videre omfatter diffusorspiraler (107b-c-d-e) som er festet/forankret til vakuumhuset, idet diffusorspiralene er festet på innsiden av vakuumhuset utenfor det skivelignende arrangementet, kanaler i det skivelignende arrangementet hvor produsert gass og stoffrester fra cellen (e) (110) separeres og føres til dyser (114a-b-c-d), idet dysene (114a-b-c-d) er anlagt med liten klaring mellom yttervegg på dyser og innervegg på diffusor, og hvor arrangementet er innrettet til å roteres av gasstrykk fra produsert gass som avgis fra dysene.

2. En anordning ifølge krav 1,karakterisertv ed at anordningen er innrettet til å tilføres hydrokarboner i splittemediet.

3. En anordning ifølge krav 1 eller 2, karakteris ert ved at anordningen er innrettet til å produsere hydrogen, oksygen og eventuelt karbondioksid i flytende og/eller fast form.

4. En anordning ifølge krav 3,karakterisertv ed at anordningen videre omfatter en felles utløpskanal for produsert gass.

5. En anordning ifølge krav 3 eller 4, karakteris ert ved at anordningen omfatter midler for å finseparere de produserte gassene ved fraksjonen fordampning.

6. En anordning ifølge krav 1,karakterisertved at en eller flere selvjusterende dyser (105) er anordnet i nevnte innløpskanaler.

7. En anordning ifølge krav 1,karakterisertved at en av nevnte elektroder er anordnet i fast elektrisk kontakt med det skivelignende arrangementet.

8. En anordning ifølge krav 1,karakterisertved at det i innløpskanalen(e) er anordnet en sekundærvarmeveksler (108)etterfulgt av en primærvarmeveksler (109) som omslutter splittecellen (110), hvor det i mellomrommet mellom primærvarmeveksleren og splittecellen er anordnet en kanal som er koblet fra sekundærvarmeveksleren (108), hvorfra splittemedium trykkes videre mot periferi på hver ytterside av splittecellen (110), hvor videre splittemediet kommer inn i splittecellen (110) i periferien og opp mellom elektrodene (111).