RU2253700C1 - Plant for electrolysis of water in centrifugal field - Google Patents
Plant for electrolysis of water in centrifugal field Download PDFInfo
- Publication number
- RU2253700C1 RU2253700C1 RU2004119094/15A RU2004119094A RU2253700C1 RU 2253700 C1 RU2253700 C1 RU 2253700C1 RU 2004119094/15 A RU2004119094/15 A RU 2004119094/15A RU 2004119094 A RU2004119094 A RU 2004119094A RU 2253700 C1 RU2253700 C1 RU 2253700C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- electrolyte solution
- electrolyzer
- shaft
- electrolyte
- circulating
- Prior art date
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B1/00—Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
- C25B1/01—Products
- C25B1/02—Hydrogen or oxygen
- C25B1/04—Hydrogen or oxygen by electrolysis of water
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B11/00—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for
- C25B11/02—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by shape or form
- C25B11/034—Rotary electrodes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B9/00—Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
- C25B9/30—Cells comprising movable electrodes, e.g. rotary electrodes; Assemblies of constructional parts thereof
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области электрохимии, а именно к конструкциям электролизеров для получения кислородо-водородной смеси, водорода, кислорода и электрической энергии путем электролиза воды в центробежном поле, и может быть использовано в различных отраслях промышленности, сельском хозяйстве и энергетике, в частности, в агрегатах с двигателями внутреннего сгорания транспортных средств.The invention relates to the field of electrochemistry, and in particular to designs of electrolyzers for producing an oxygen-hydrogen mixture, hydrogen, oxygen and electrical energy by electrolysis of water in a centrifugal field, and can be used in various industries, agriculture and energy, in particular, in units with internal combustion engines of vehicles.
Известен центробежный электролизер для получения водорода и кислорода путем электролиза воды, содержащий емкость с корпусом цилиндрической формы с полым валом, который установлен в опорах с возможностью вращения. Вал кинематически связан с приводом вращения и генератором электрического тока. Емкость снабжена электродами, включенными в электрическую цепь генератора, и каналами для подвода начальных и отвода конечных продуктов электролиза и заполнена раствором электролита. При вращения емкости происходит преобразование механической энергии привода последовательно в электрическую, а затем в химическую энергию полученных из воды водорода и кислорода (Патент РФ №2015395, F 02 М 21/00, 1990 г.).Known centrifugal electrolyzer to produce hydrogen and oxygen by electrolysis of water, containing a container with a cylindrical body with a hollow shaft, which is mounted in supports with the possibility of rotation. The shaft is kinematically connected with a rotation drive and an electric current generator. The tank is equipped with electrodes included in the electric circuit of the generator, and channels for supplying the initial and removal of the final electrolysis products and is filled with an electrolyte solution. When the container rotates, the mechanical energy of the drive is converted sequentially into electrical energy, and then into the chemical energy of hydrogen and oxygen obtained from water (RF Patent No. 2015395, F 02 M 21/00, 1990).
Недостатком работы электролизера является его низкая производительность, предопределенная обязательной последовательностью преобразования энергии, поскольку компенсация эндотермического эффекта реакции разложения воды производится за счет использования выработанной электроэнергии.The disadvantage of the electrolyzer is its low productivity, predetermined by the mandatory sequence of energy conversion, since the endothermic effect of the decomposition of water is compensated for by using the generated electricity.
Известно устройство для преобразования энергии путем разложения воды электролизом, содержащее технологические линии подачи воды и электролита и отвода продуктов электролиза, электролизер, заполненный раствором электролита и установленный на валу, который соединен с приводом вращения, а также теплообменник и сепаратор. Электролизер содержит электроды, которые могут быть короткозамкнуты между собой или соединены в контур через потребитель электроэнергии, при этом один из электродов установлен на валу, а другой образован внутренней поверхностью вращающейся емкости. В валу выполнены каналы подвода и отвода раствора электролита и отвода продуктов электролиза. В устройстве происходит параллельное преобразование механической и тепловой энергии в электрическую и химическую энергии. В результате утилизации тепла любого природного или техногенного происхождения повышается эффективность электролиза (Патент РФ №2174162, С 25 В 9/00, 1/02, F 02 M 21/02, 2001 г.).A device is known for converting energy by decomposing water by electrolysis, comprising technological lines for supplying water and electrolyte and for discharging electrolysis products, an electrolyzer filled with an electrolyte solution and mounted on a shaft that is connected to a rotation drive, as well as a heat exchanger and separator. The electrolyzer contains electrodes that can be short-circuited between themselves or connected to the circuit through a consumer of electricity, while one of the electrodes is mounted on the shaft, and the other is formed by the inner surface of the rotating container. The shaft has channels for supplying and discharging an electrolyte solution and for discharging electrolysis products. The device is a parallel conversion of mechanical and thermal energy into electrical and chemical energy. As a result of heat recovery of any natural or technogenic origin, the efficiency of electrolysis increases (RF Patent No. 2174162, C 25 V 9/00, 1/02, F 02 M 21/02, 2001).
Недостатками известного устройства являются его низкая производительность и нестабильность работы, обусловленные отсутствием контроля за положением границы раздела раствора электролита и газовой среды во вращающейся емкости, в результате чего активная поверхность электрода, установленного на валу, оказывается или в газовой среде, или в области раствора электролита с низким электрическим потенциалом, что эквивалентно сокращению активной поверхности электрода.The disadvantages of the known device are its low productivity and instability due to the lack of control over the position of the interface of the electrolyte solution and the gas medium in a rotating container, as a result of which the active surface of the electrode mounted on the shaft is either in the gas medium or in the region of the electrolyte solution with low electric potential, which is equivalent to a reduction in the active surface of the electrode.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к предложенной является установка для электролиза воды в центробежном поле, содержащая технологические линии подачи воды с устройством регулирования расхода, подачи электролита и отвода продуктов электролиза с устройством для их откачивания, электролизер, включающий корпус, внутренняя поверхность которого снабжена, по меньшей мере, одной направляющей канавкой, выполненный из токопроводящего материала, снабженный нижней и верхней крышками и установленный на соединенном с приводом вращения вертикальном валу с каналами подвода раствора электролита и отвода продуктов электролиза, размещенном в верхнем и нижнем подшипниковых узлах, электроды, один из которых расположен на валу, а другой образован внутренней поверхностью корпуса, и внешний контур циркуляции раствора электролита, содержащий кольцевую камеру раствора электролита с внутренней поверхностью в форме улитки, установленную на верхнем подшипниковом узле неподвижно, датчик наличия раствора электролита, соединенный с устройством регулирования расхода воды и приводом вращения вала, теплообменник и смеситель раствора электролита, соединенный с линиями подачи электролита и воды и каналом подвода раствора электролита, канал отвода раствора электролита, выполненный в верхней крышке корпуса и снабженный регулятором интенсивности циркуляции расхода электролита, сообщающимся с кольцевой камерой раствора электролита. Установка может быть снабжена сепаратором, установленным на линии отвода продуктов электролиза, и защитным кожухом (Патент РФ №2224051, С 25 В 1/04, 9/12, 2004 г.).The closest in technical essence and the achieved result to the proposed one is a plant for electrolysis of water in a centrifugal field, containing technological lines for water supply with a device for controlling the flow, supply of electrolyte and removal of electrolysis products with a device for pumping them, an electrolyzer including a housing, the inner surface of which is provided at least one guide groove made of conductive material, equipped with lower and upper covers and mounted on a connected nom with a rotational drive to a vertical shaft with channels for supplying electrolyte solution and removal of electrolysis products located in the upper and lower bearing units, electrodes, one of which is located on the shaft and the other is formed by the inner surface of the housing, and an external circuit of the electrolyte solution containing an annular chamber an electrolyte solution with an inner surface in the form of a cochlea, fixed on the upper bearing assembly motionless, an electrolyte solution presence sensor connected to a control device I the water flow rate and the shaft rotation drive, the heat exchanger and the electrolyte solution mixer connected to the electrolyte and water supply lines and the electrolyte solution supply channel, the electrolyte solution removal channel, made in the upper case lid and equipped with an electrolyte flow rate intensity controller communicating with the ring chamber of the solution electrolyte. The installation can be equipped with a separator installed on the line of removal of electrolysis products, and a protective casing (RF Patent No. 2224051, C 25 V 1/04, 9/12, 2004).
Недостатками известного устройства являются невысокая эффективность электролиза и ограниченные функциональные возможности.The disadvantages of the known device are the low efficiency of electrolysis and limited functionality.
Технический результат заключается в повышении эффективности электролиза, а также в расширении функциональных возможностей установки.The technical result consists in increasing the efficiency of electrolysis, as well as in expanding the functionality of the installation.
Технический результат достигается за счет того, что установка для электролиза воды в центробежном поле, содержащая технологические линии подачи воды и исходного электролита и отвода продуктов электролиза, электролизер, состоящий из токопроводящего корпуса, верхней и нижней крышек и электродов, и контур циркуляции раствора электролита, электролизер установлен на соединенном с приводом вращения вертикальном валу, в котором выполнены каналы подвода раствора электролита в корпус электролизера и отвода продуктов электролиза, в верхней крышке электролизера выполнен канал отвода раствора циркулирующего электролита с регулятором интенсивности циркуляции расхода циркулирующего электролита, один из электродов электролизера установлен на валу, а другой образован внутренней поверхностью корпуса электролизера, контур циркуляции раствора электролита содержит неподвижный приемник раствора циркулирующего электролита, датчик наличия раствора циркулирующего электролита в контуре циркуляции раствора электролита, теплообменник и смеситель раствора электролита, соединенный с линиями подачи воды и исходного электролита и каналом подвода раствора электролита в корпус электролизера, снабжена устройством преобразования и распределения электроэнергии с внешней электрической цепью, электрически соединенным с приводом вращения вала, электролизер снабжен устройством для распределения потока раствора циркулирующего электролита, выполненным из электроизоляционного материала и расположенным над электродом, установленным на валу, тоководом, электрически соединенным с корпусом электролизера и изолированным от вала, и двумя неподвижными скользящими контактами, соединенными с устройством преобразования и распределения электроэнергии, при этом скользящие контакты электрически соединены один - с тоководом, а другой - с валом, а крышки электролизера выполнены из электроизолирующего материала.The technical result is achieved due to the fact that the installation for electrolysis of water in a centrifugal field, containing technological lines for supplying water and the initial electrolyte and removal of electrolysis products, an electrolyzer consisting of a conductive housing, upper and lower covers and electrodes, and an electrolyte solution circulation loop, electrolyzer mounted on a vertical shaft connected to the rotation drive, in which the channels for supplying the electrolyte solution to the electrolyzer body and removal of electrolysis products are made in the upper cr A circulating electrolyte solution withdrawal channel with a regulating intensity of the circulating electrolyte flow rate is made at the electrolyser foot, one of the electrolyser electrodes is mounted on the shaft, and the other is formed by the inner surface of the electrolyzer casing, the electrolyte solution circulation loop contains a fixed receiver of the circulating electrolyte solution, a sensor for the presence of the circulating electrolyte solution in the circuit electrolyte solution circulation, a heat exchanger and an electrolyte solution mixer connected with supply lines for water and an initial electrolyte and a channel for supplying an electrolyte solution to the electrolyzer body, equipped with an electric conversion and distribution device with an external electric circuit electrically connected to a shaft rotation drive, the electrolyzer is equipped with a circulating electrolyte solution flow distribution device made of an insulating material and located above the electrode mounted on the shaft, the current lead electrically connected to the cell body and insulated shaft and two stationary sliding contacts connected to the conversion device and the power distribution, wherein sliding contacts electrically connected - with tokovodom, and another - with a shaft, and the cell cover is made of an electrically insulating material.
Электроды электролизера могут быть снабжены пористым покрытием, электрод, установленный на валу электролизера, может быть выполнен в виде усеченного конуса, при этом предпочтительно, что расстояние от оси вала до наиболее удаленной от оси вала образующей канала отвода раствора циркулирующего электролита равно радиусу меньшего основания усеченного конуса электрода, установленного на валу.The electrodes of the electrolyzer can be provided with a porous coating, the electrode mounted on the shaft of the electrolyzer can be made in the form of a truncated cone, while it is preferable that the distance from the shaft axis to the generatrix of the circulating electrolyte solution channel for withdrawing the solution is equal to the radius of the smaller base of the truncated cone an electrode mounted on a shaft.
Установка может быть снабжена сепаратором, установленным на линии отвода продуктов электролиза, контур циркуляции раствора электролита может быть снабжен гидронасосом, внутренняя поверхность корпуса электролизера может быть снабжена, по меньшей мере, одной, например винтовой, направляющей канавкой.The installation can be equipped with a separator installed on the drainage line of the electrolysis products, the circulation circuit of the electrolyte solution can be equipped with a hydraulic pump, the inner surface of the electrolyzer body can be equipped with at least one, for example, a helical guide groove.
Токовод предпочтительно располагать на нижней крышке электролизера.The current lead is preferably located on the bottom cover of the cell.
Технический результат достигается также за счет того, что установка для электролиза воды в центробежном поле снабжена герметичным кожухом, соединенным с вакуумным насосом.The technical result is also achieved due to the fact that the installation for electrolysis of water in a centrifugal field is equipped with a sealed casing connected to a vacuum pump.
Схематическое изображение установки для электролиза воды в центробежном поле приведено на чертеже.A schematic illustration of a plant for the electrolysis of water in a centrifugal field is shown in the drawing.
Для большей наглядности соотношение размеров между отдельными узлами и элементами на чертеже изменено.For greater clarity, the size ratio between the individual nodes and elements in the drawing is changed.
Установка содержит электролизер 1, состоящий из цилиндрического корпуса 2, выполненного из токопроводящего материала, с верхней 3 и нижней 4 крышками, выполненными из электроизолирующего материала, и установленный на вертикальном валу 5 в верхнем 6 и нижнем 7 подшипниковых узлах. Вал 5 соединен с электроприводом вращения 8 и внутри имеет каналы подвода раствора электролита 9 в корпус 2 электролизера 1 и отвода продуктов электролиза 10. На валу 5 внутри электролизера 1 расположен электрод (например, катод), состоящий из гладкого усеченного конуса 11. Внутренняя поверхность корпуса 2 образует другой электрод (например, анод) и снабжена винтовой направляющей канавкой 12. Электролизер 1 снабжен внешним контуром циркуляции раствора электролита, содержащим канал отвода раствора циркулирующего электролита 13 из электролизера 1, расположенный в верхней крышке 3, регулятор интенсивности циркуляции электролита 14, неподвижный приемник вращающегося потока раствора циркулирующего электролита 15, датчик наличия раствора циркулирующего электролита в контуре циркуляции 16, гидронасос 17, теплообменник 18 с подводом тепловой энергии 19 и смеситель раствора электролита 20, соединенный с каналом подвода раствора электролита 9, расположенным в валу 5, с технологической линией подачи воды 21, включающей емкость для воды 22, устройство регулирования расхода воды 23, электрически соединенное с датчиком наличия раствора циркулирующего электролита в контуре циркуляции 16, и вентиль 24 с технологической линией подачи исходного электролита 25 из емкости для исходного электролита 26 через вентиль 27 и со сливным вентилем 28.The installation comprises an electrolyzer 1, consisting of a cylindrical housing 2 made of conductive material, with upper 3 and lower 4 covers made of electrically insulating material, and mounted on a vertical shaft 5 in the upper 6 and lower 7 bearing units. The shaft 5 is connected to an electric drive of rotation 8 and inside has channels for supplying an electrolyte solution 9 to the housing 2 of the electrolyzer 1 and removal of electrolysis products 10. On the shaft 5 there is an electrode (for example, a cathode) inside the electrolyzer 1, consisting of a smooth truncated cone 11. The inner surface of the housing 2 forms another electrode (for example, an anode) and is provided with a helical guide groove 12. The electrolyzer 1 is provided with an external circuit for circulating an electrolyte solution containing a channel for draining a solution of circulating electrolyte 13 from the electrolyzer 1, located in the top cover 3, the regulator of the intensity of circulation of the electrolyte 14, a stationary receiver of a rotating flow of a solution of circulating electrolyte 15, a sensor for the presence of a solution of circulating electrolyte in the circuit 16, a hydraulic pump 17, a heat exchanger 18 with a supply of thermal energy 19 and an mixer of an electrolyte solution 20 connected to the channel the supply of an electrolyte solution 9, located in the shaft 5, with a water supply line 21, including a water tank 22, a device for controlling the flow of water 23, electrically Inonii with presence sensor electrolyte solution circulating in the circulation circuit 16, and the valve 24 with the initial process feed line 25 from the electrolyte tank electrolyte source 26 through a valve 27 and with a drain valve 28.
Канал отвода продуктов электролиза 10 соединен с газовым переходником 29, откачивающим насосом 30 и с сепаратором 31. Внутри корпуса 2 электролизера 1 на валу 5 над электродом 11 установлено устройство для распределения потока раствора циркулирующего электролита 32, выполненное из электроизолирующего материала. Электролизер 1 снабжен тоководом 33, электрически соединенным с корпусом 2 электролизера 1 и изолированным от вала 5, и двумя неподвижными скользящими контактами 34 и 35, один из которых - 34 - электрически соединен с валом 5, а другой - 35 – электрически соединен с тоководом 33. Установка содержит устройство преобразования и распределения электроэнергии 36 с внешней электрической цепью 37, включающей, например, накопитель электрической энергии. Установка содержит также герметичный кожух 38, в который врезан патрубок 39, соединенный с вакуумным насосом 40. Устройство 36 электрически соединено с двумя неподвижными скользящими контактами 34 и 35, приводом вращения 8 вала 5, гидронасосом 17, откачивающим насосом 30, вакуумным насосом 40, а также с датчиком наличия раствора циркулирующего электролита в контуре циркуляции 16.The channel for removal of electrolysis products 10 is connected to a gas adapter 29, a pump 30 and a separator 31. Inside the housing 2 of the electrolyzer 1 on the shaft 5 above the electrode 11 there is a device for distributing the flow of a solution of circulating electrolyte 32 made of electrically insulating material. The cell 1 is equipped with a current lead 33, electrically connected to the housing 2 of the electrolyzer 1 and isolated from the shaft 5, and two fixed sliding contacts 34 and 35, one of which is 34 is electrically connected to the shaft 5, and the other 35 is electrically connected to the current lead 33 The installation comprises a device for converting and distributing electric energy 36 with an external electric circuit 37, including, for example, an electric energy storage device. The installation also contains a sealed casing 38, into which a pipe 39 is connected, connected to a vacuum pump 40. The device 36 is electrically connected to two fixed sliding contacts 34 and 35, a rotation drive 8 of the shaft 5, a hydraulic pump 17, a pump out pump 30, and a vacuum pump 40, and also with a sensor for the presence of a solution of circulating electrolyte in the circuit 16.
Установка работает следующим образом.Installation works as follows.
Для вывода электролизера на рабочий режим производят его запуск. Для этого порцию исходного электролита, например серной кислоты, подогревают и из емкости для исходного электролита 26 по технологической линии подачи исходного электролита 25 через открытый вентиль 27 подают в смеситель раствора электролита 20, откуда через канал подвода раствора электролита 9, расположенный в валу 5, в электролизер 1. Вентиль 24 на технологической линии подачи воды 21 закрыт. Включают электропривод вращения 8 вала 5, первоначально питаемый от внешней электрической цепи 37 (например, от аккумуляторной батареи), через устройство преобразования и распределения электроэнергии 36. Электролизер 1, заполненный электролитом, начинает вращаться, разгоняясь до начала процесса электролиза.To output the electrolyzer to the operating mode, it is started. For this, a portion of the initial electrolyte, for example sulfuric acid, is heated and fed from the source electrolyte vessel 26 through the supply line of the source electrolyte 25 through an open valve 27 to the mixer of the electrolyte solution 20, from where, through the channel for supplying the electrolyte solution 9, located in the shaft 5, electrolyzer 1. The valve 24 on the water supply line 21 is closed. The electric drive of rotation 8 of the shaft 5 is turned on, initially powered from an external electric circuit 37 (for example, from a storage battery) through an electric conversion and distribution device 36. The electrolyzer 1 filled with electrolyte starts to rotate, accelerating before the start of the electrolysis process.
В процессе разгона электролизера 1 начинается циркуляция электролита во внешнем контуре циркуляции через канал отвода раствора циркулирующего электролита 13 из электролизера 1, регулятор интенсивности циркуляции электролита 14, неподвижный приемник вращающегося потока циркулирующего электролита 15, датчик наличия раствора циркулирующего электролита в контуре циркуляции 16, гидронасос 17, теплообменник 18 и смеситель 20. Датчик 16, зарегистрировав наличие расхода раствора электролита в контуре циркуляции, срабатывает и подает сигнал на устройство регулирования расхода воды 23, после чего открывают вентиль 24. Устройство переходит в режим автоматического регулирования подачи воды из емкости для воды 22 по технологической линии подачи воды 21 через устройство регулирования расхода воды 23, вентиль 24, смеситель 20 и канал подвода электролита 9 в электролизер 1.In the process of accelerating the electrolyzer 1, the electrolyte begins to circulate in the external circuit through the drain channel of the circulating electrolyte solution 13 from the electrolyzer 1, the electrolyte circulation intensity controller 14, the stationary receiver of the rotating circulating electrolyte stream 15, the sensor for the presence of the circulating electrolyte solution in the circulation circuit 16, hydraulic pump 17, heat exchanger 18 and mixer 20. Sensor 16, having registered the presence of an electrolyte solution flow rate in the circulation circuit, is triggered and sends a signal to the device water flow control 23, then open the valve 24. The device switches to automatic control of the water supply from the water tank 22 through the water supply line 21 through the water flow control device 23, valve 24, mixer 20 and the channel for supplying electrolyte 9 to the cell 1.
Внутри электролизера 1, на вертикальном валу 5, размещенном в верхнем 6 и нижнем 7 подшипниковых узлах, установлен один из электродов (например, катод) 11, выполненный, например, в форме гладкого усеченного конуса, расположенного меньшим основанием кверху. Функцию другого электрода (например, анода) выполняет внутренняя поверхность корпуса 2, которая может быть снабжена по меньшей мере одной винтовой направляющей канавкой 12 для перемешивания раствора электролита и удаления образующейся газовой "шубы" с поверхностей электродов.Inside the electrolyzer 1, on a vertical shaft 5, located in the upper 6 and lower 7 bearing assemblies, one of the electrodes (for example, a cathode) 11 is installed, made, for example, in the form of a smooth truncated cone located with the smaller base upward. The function of another electrode (for example, the anode) is performed by the inner surface of the housing 2, which can be equipped with at least one helical guide groove 12 for mixing the electrolyte solution and removing the resulting gas "coat" from the surfaces of the electrodes.
Каждый из электродов в электролизере 1 может выполнять функцию катода или анода в зависимости от химического состава используемого исходного электролита.Each of the electrodes in the electrolyzer 1 can perform the function of a cathode or anode, depending on the chemical composition of the starting electrolyte.
В процессе вращения под действием центробежной силы в электролизере 1 создается поле искусственной силы тяжести, под воздействием которого катионы и анионы в виде гидратов, которые обладают существенно разной собственной массой, разделяются. Более тяжелые ионы, например анионы, образуют около внутренней поверхности корпуса 2 (анода) отрицательный пространственный электрический заряд, который индуцирует в корпусе 2, выполненном из токопроводящего материала, адекватный заряд из электриков проводимости.In the process of rotation under the action of centrifugal force in the electrolyzer 1, a field of artificial gravity is created, under the influence of which cations and anions in the form of hydrates, which have significantly different own masses, are separated. Heavier ions, for example anions, form a negative spatial electric charge near the inner surface of the casing 2 (anode), which induces in the casing 2 made of a conductive material an adequate charge of conduction electricians.
Легкие ионы сконцентрируются в области между анодом и катодом 11, образуя свой пространственный положительный заряд, при этом, когда величина его потенциала окажется достаточной для создания электрического поля, способного деформировать гидратные оболочки легких ионов, на катоде 11 будет нарушено возникшее равновесие. Легкие ионы приблизятся к поверхности катода 11 и разрядятся. Тяжелые ионы также отдадут свой заряд аноду, и между электродами по цепи - конический электрод 11 - вал 5 - неподвижный скользящий контакт 34 - устройство преобразования и распределения электроэнергии 36 - неподвижный скользящий контакт 35 - токовод 33 - корпус 2 - потечет постоянный электрический ток. Для того, чтобы электрический ток пошел по указанному контуру, крышки электролизера 3 и 4 выполняют из электроизолирующего материала. Ионы электролита восстановятся, образуя водород и кислород, а промежуточные продукты электролиза вступят с водой во вторичные реакции.Light ions will concentrate in the region between the anode and cathode 11, forming their positive spatial charge, and when its potential value is sufficient to create an electric field that can deform hydration shells of light ions, the resulting equilibrium will be disturbed at cathode 11. Light ions approach the surface of the cathode 11 and discharge. Heavy ions will also give their charge to the anode, and between the electrodes in a circuit - a conical electrode 11 - a shaft 5 - a fixed sliding contact 34 - a device for converting and distributing electricity 36 - a fixed sliding contact 35 - current lead 33 - case 2 - a constant electric current will flow. In order for the electric current to go along the specified circuit, the electrolyser caps 3 and 4 are made of electrically insulating material. Electrolyte ions will recover, forming hydrogen and oxygen, and the intermediate products of electrolysis will enter into secondary reactions with water.
После осуществления процесса пуска электролизера 1 питание электропривода вращения 8 осуществляется от токосъемных щеток 34 и 35 через устройство преобразования и распределения электроэнергии 36. Установка начинает работать в автономном режиме. В случае недостатка или избытка электроэнергии, вырабатываемой в результате электролиза, подачу или отвод электроэнергии производят через устройство преобразования и распределения электроэнергии 36, соединенное с внешней электрической цепью 37, например аккумуляторной батареей. Электрическая энергия снимается с неподвижных скользящих контактов 34 и 35 и направляется в устройство преобразования и распределения электроэнергии 36, которое в заданных режимах питает электропривод вращения 8 вала 5, гидронасос 17, откачивающий насос 30 и вакуумный насос 4.After the start-up process of the electrolyzer 1 is carried out, the electric drive of rotation 8 is powered from the collector brushes 34 and 35 through the electric conversion and distribution device 36. The installation starts to work in stand-alone mode. In the event of a shortage or excess of electric power generated as a result of electrolysis, the electric power is supplied or removed through a power conversion and distribution device 36 connected to an external electric circuit 37, such as a battery. Electric energy is removed from the fixed sliding contacts 34 and 35 and sent to the electric power conversion and distribution device 36, which in the given modes feeds the rotation electric drive 8 of the shaft 5, the hydraulic pump 17, the evacuation pump 30 and the vacuum pump 4.
Электрод 11 может быть выполнен, например, и в форме цилиндра, однако выполнение электрода 11, установленного на валу 5, в форме гладкого усеченного конуса, расположенного меньшим основанием кверху, позволяет сформировать над ним газовое пространство.The electrode 11 can be made, for example, in the form of a cylinder, however, the execution of the electrode 11 mounted on the shaft 5, in the form of a smooth truncated cone located with a smaller base up, allows you to form a gas space above it.
Восстановленные водород и кислород вытесняются архимедовой силой в область пониженного давления в верхнюю часть электролизера 1 над электродом 11 вблизи вала 5, откуда через канал отвода продуктов электролиза 10 и газовый переходник 29 откачивающим насосом 30 их отводят из установки, например, подают в сепаратор 31 для разделения на водород и кислород, которые отправляют потребителям.The reduced hydrogen and oxygen are displaced by the Archimedean force into the lower pressure region into the upper part of the electrolyzer 1 above the electrode 11 near the shaft 5, from where they are removed from the installation through the channel for removing electrolysis products 10 and the gas adapter 29 by a pump 30, for example, they are fed to a separator 31 for separation on hydrogen and oxygen, which are sent to consumers.
При использовании установки для разделения воды в центробежном поле в одном агрегате с двигателем внутреннего сгорания или иными энергетическими и тепловыми установками, в качестве топлива для которых используют кислородно-водородную смесь, сепаратор не применяют.When using a unit for separating water in a centrifugal field in one unit with an internal combustion engine or other energy and thermal installations, for which oxygen-hydrogen mixture is used, a separator is not used.
Откачивающий насос 30 (кислородно-водородной смеси - гремучего газа) необходим для предотвращения утечек водорода и кислорода из установки во внешнюю среду.A suction pump 30 (oxygen-hydrogen mixture - detonating gas) is necessary to prevent leakage of hydrogen and oxygen from the installation into the external environment.
Электрохимический процесс разложения воды на водород и кислород за счет восстановления их ионов происходит с поглощением тепла и сопровождается уменьшением энтальпии электролита, в результате чего температура электролита постоянно снижается. Для предотвращения прекращения процесса электролиза и поддержания его высокой эффективности электролит необходимо постоянно подогревать. С этой целью во внешнем контуре циркуляции раствора электролита установлен теплообменник 18 с подводом тепловой энергии 19. В качестве теплоносителя используют раствор циркулирующего электролита. Тепловую энергию к теплообменнику 18 подводят в виде выхлопных газов или антифриза от двигателя внутреннего сгорания, отработанного пара турбины или в ином виде. В качестве источника тепловой энергии можно использовать также геотермальное и солнечное тепло.The electrochemical process of the decomposition of water into hydrogen and oxygen due to the reduction of their ions occurs with the absorption of heat and is accompanied by a decrease in the enthalpy of the electrolyte, as a result of which the temperature of the electrolyte is constantly reduced. To prevent the termination of the electrolysis process and maintain its high efficiency, the electrolyte must be constantly heated. For this purpose, a heat exchanger 18 with a supply of thermal energy 19 is installed in the external circuit of the electrolyte solution. A circulating electrolyte solution is used as the heat carrier. Thermal energy is supplied to the heat exchanger 18 in the form of exhaust gases or antifreeze from an internal combustion engine, exhaust steam of a turbine, or in some other form. Geothermal and solar heat can also be used as a source of thermal energy.
Подвод тепла (в том числе бросового) от внешнего источника позволяет компенсировать энергию Гиббса, затрачиваемую на увеличение внутренней энергии воды до величины, достаточной для ее разложения путем деформирования гидратных связей легких ионов в водном растворе электролита.The supply of heat (including waste heat) from an external source makes it possible to compensate for the Gibbs energy spent on increasing the internal energy of water to a value sufficient for its decomposition by deformation of hydrated bonds of light ions in an aqueous electrolyte solution.
В процессе вращения электролизера 1, под действием центробежной силы, около внутренней поверхности корпуса 2 (анода) образуется зона, где в электролите преобладают тяжелые ионы (например, анионы), а у поверхности электрода 11 (катода), установленного на валу 5, образуется зона с преобладанием легких ионов (например, катионов). Для поддержания процесса электролиза и повышения его эффективности тяжелые ионы необходимо переместить в зону с преобладанием легких ионов. Для этого электролизер 1 снабжают устройством для распределения потока раствора циркулирующего электролита 32, выполненным из электроизоляционного материала, расположенным над электродом 11, установленным на валу 5 и обеспечивающим отвод раствора электролита с преобладанием тяжелых ионов от внутренней поверхности корпуса 2 через канал отвода раствора циркулирующего электролита 13 во внешний контур циркуляции раствора электролита с последующим вводом раствора электролита с преобладанием тяжелых ионов в зону с преобладанием легких ионов, расположенную у поверхности электрода 11, установленного на валу 5.During the rotation of the electrolyzer 1, under the action of centrifugal force, a zone is formed near the inner surface of the housing 2 (anode), where heavy ions (for example, anions) predominate in the electrolyte, and a zone forms near the surface of the electrode 11 (cathode) mounted on the shaft 5 with the predominance of light ions (for example, cations). To maintain the electrolysis process and increase its efficiency, heavy ions must be moved to a zone with a predominance of light ions. For this, the electrolyzer 1 is equipped with a device for distributing the flow of the circulating electrolyte solution 32, made of an insulating material, located above the electrode 11, mounted on the shaft 5 and providing for the removal of the electrolyte solution with the predominance of heavy ions from the inner surface of the housing 2 through the channel for removal of the circulating electrolyte solution 13 the external circuit of the electrolyte solution with the subsequent introduction of the electrolyte solution with the predominance of heavy ions in the zone with the predominance of light ions in, located at the surface of the electrode 11 mounted on the shaft 5.
Во вращающемся электролизере 1 в процессе выработки водорода и кислорода объем раствора электролита и соответственно его концентрация постоянно изменяются: концентрация раствора электролита повышается, а объем - уменьшается. Граница раздела электролита и газовой среды смещается, канал отвода раствора циркулирующего электролита 13 оказывается в зоне газовой среды и отвод раствора электролита из электролизера прекращается, а соответственно прекращается циркуляция раствора электролита во внешнем контуре.In a rotating electrolyzer 1 during the production of hydrogen and oxygen, the volume of the electrolyte solution and, accordingly, its concentration are constantly changing: the concentration of the electrolyte solution increases, and the volume decreases. The interface between the electrolyte and the gas medium is shifted, the channel for withdrawing the circulating electrolyte solution 13 is in the zone of the gas medium, and the removal of the electrolyte solution from the electrolysis cell ceases, and accordingly, the circulation of the electrolyte solution in the external circuit stops.
В момент прекращения циркуляции электролита во внешнем контуре датчик наличия раствора циркулирующего электролита 16 подает команды на устройство регулирования расхода воды 23 и одновременно на электропривод вращения 8 через устройство преобразования и распределения электроэнергии 36. Начинается подача воды в смеситель 20, и далее разбавленный циркулирующий электролит через канал подвода электролита 9 подают во вращающийся электролизер 1. Электропривод вращения 8 начинает торможение вращающегося электролизера 1. Под действием сил инерции и винтовой канавки 12 раствор электролита перемешивается. При возобновлении циркуляции электролита во внешнем контуре и соответствующих командах датчика 16 устройство регулирования расхода воды 23 перекрывает подачу воды по линии 21 из емкости для воды 22, а электропривод 8 вновь разгоняет электролизер 1.At the time of termination of the circulation of the electrolyte in the external circuit, the sensor for the presence of a solution of circulating electrolyte 16 sends commands to the device for controlling the flow of water 23 and at the same time to the electric drive of rotation 8 through the device for converting and distributing electric energy 36. Water supply to the mixer 20 begins, and then the diluted circulating electrolyte through the channel the supply of electrolyte 9 is fed into the rotating electrolyzer 1. The electric drive of rotation 8 starts braking of the rotating electrolyzer 1. Under the action of inertia and and the helical groove 12 the electrolyte solution is mixed. When resuming the circulation of the electrolyte in the external circuit and the corresponding commands of the sensor 16, the water flow control device 23 shuts off the water supply through line 21 from the water tank 22, and the electric drive 8 again accelerates the electrolyzer 1.
С другой стороны, переполнение электролизера 1 электролитом также контролируется датчиком наличия раствора циркулирующего электролита 16 во внешнем контуре циркуляции путем подачи команды на устройство регулирования расхода воды 23 для перекрытия подачи воды в электролизер 1.On the other hand, the overflow of the electrolyzer 1 with an electrolyte is also monitored by the sensor for the presence of a solution of circulating electrolyte 16 in the external circulation circuit by issuing a command to the water flow control device 23 to shut off the water supply to the electrolyzer 1.
Кратковременные режимы торможения и последующего разгона вала 5, осуществляемые по команде от датчика наличия раствора циркулирующего электролита 16, способствуют перемешиванию электролита, что повышает эффективность процесса электролиза.Short-term braking and subsequent acceleration of the shaft 5, carried out on command from the sensor of the presence of a solution of circulating electrolyte 16, contribute to the mixing of the electrolyte, which increases the efficiency of the electrolysis process.
Для улучшения перемешивания электролита в установке может быть предусмотрено наличие гидронасоса 17, установленного во внешнем контуре циркуляции раствора электролита.To improve the mixing of the electrolyte in the installation, a hydraulic pump 17 may be provided, installed in the external circuit of the electrolyte solution.
Экспериментально установлено, что для наиболее оптимального протекания процесса электролиза граница раздела электролита и газовой среды не должна выходить за пределы поверхности электрода 11, что обеспечивается за счет того, что расстояние от оси вала 5 до наиболее удаленной от оси вала образующей канала отвода раствора циркулирующего электролита 13 равно радиусу меньшего основания усеченного конуса электрода 11, установленного на валу 5.It was experimentally established that, for the most optimal course of the electrolysis process, the interface between the electrolyte and the gas medium should not go beyond the surface of the electrode 11, which is ensured by the fact that the distance from the shaft axis 5 to the generatrix of the channel for removal of the circulating electrolyte solution 13 that is farthest from the shaft axis equal to the radius of the smaller base of the truncated cone of the electrode 11 mounted on the shaft 5.
С целью повышения эффективности электролиза активную поверхность электродов можно увеличить за счет нанесения на них пористого покрытия, например пористого металлического материала, содержащего микропоры и создающего высокоразвитую и доступную для электролита поверхность пор металла (см. патент РФ №2137262, Н 01 М 4/86, 1999 г.).In order to increase the efficiency of electrolysis, the active surface of the electrodes can be increased by applying a porous coating, for example, a porous metal material containing micropores and creating a highly developed and accessible for electrolyte pore surface of the metal (see RF patent No. 2137262, H 01 M 4/86, 1999).
Для обеспечения техники безопасности и снижения аэродинамических потерь в окружающую среду установку снабжают герметичным защитным кожухом 38, из внутреннего пространства которого через патрубок 39 вакуумным насосом 40 откачивают воздух. После окончания работы электролизера 1 раствор электролита сливают через вентиль 28.To ensure safety and reduce aerodynamic losses to the environment, the installation is equipped with a sealed protective casing 38, from the internal space of which air is pumped out through a pipe 39 by a vacuum pump 40. After the operation of the electrolyzer 1, the electrolyte solution is drained through the valve 28.
В предложенной установке происходит преобразование тепловой и механической энергии в электрическую и химическую.In the proposed installation, the conversion of thermal and mechanical energy into electrical and chemical occurs.
Изобретение позволяет повысить эффективность процесса электролиза и расширить функциональные возможности установки за счет выработки электроэнергии, которая может быть использована для процесса электролиза, а также отводиться внешнему потребителю.The invention allows to increase the efficiency of the electrolysis process and expand the functionality of the installation due to the generation of electricity, which can be used for the electrolysis process, as well as allocated to an external consumer.
Установка достаточно проста в изготовлении и может быть использована в агрегатах с ДВС транспортных средств, повышая их топливную экономичность. Использование предложенной установки, например в автомобиле, в качестве дожигателя углеводородного топлива, для утилизации паразитного тепла в радиаторе и выхлопной трубе приведет к уменьшению выбросов в атмосферу углекислого газа, уменьшению расхода топлива и повышению ресурса ДВС. Установка также может быть использована с паровыми турбинами тепловых и атомных электростанций, для утилизации промышленного тепла и пр.The installation is quite simple to manufacture and can be used in units with ICE vehicles, increasing their fuel efficiency. The use of the proposed installation, for example in a car, as an afterburner of hydrocarbon fuel, for utilization of parasitic heat in the radiator and exhaust pipe will lead to a reduction in carbon dioxide emissions, a decrease in fuel consumption and an increase in the internal combustion engine resource. The installation can also be used with steam turbines of thermal and nuclear power plants, for the utilization of industrial heat, etc.
Открываются новые возможности использования солнечной и геотермальной энергии.New opportunities are opening up for the use of solar and geothermal energy.
Вырабатываемые водород и кислород могут быть использованы в качестве топлива, а также как химические элементы в различных промышленных производствах.The generated hydrogen and oxygen can be used as fuel, as well as chemical elements in various industrial industries.
Claims (10)
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004119094/15A RU2253700C1 (en) | 2004-06-24 | 2004-06-24 | Plant for electrolysis of water in centrifugal field |
| PCT/RU2005/000341 WO2006004457A1 (en) | 2004-06-24 | 2005-06-22 | Device for water electrolysis in a centrifugal force field |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004119094/15A RU2253700C1 (en) | 2004-06-24 | 2004-06-24 | Plant for electrolysis of water in centrifugal field |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2253700C1 true RU2253700C1 (en) | 2005-06-10 |
Family
ID=35783159
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2004119094/15A RU2253700C1 (en) | 2004-06-24 | 2004-06-24 | Plant for electrolysis of water in centrifugal field |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2253700C1 (en) |
| WO (1) | WO2006004457A1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2010050850A1 (en) * | 2008-10-29 | 2010-05-06 | Ovsyannikov Evgeny Mikhailovic | Rotary electroliser for producing hydrogen and oxygen |
| WO2011019299A1 (en) * | 2009-08-10 | 2011-02-17 | Ignatov Mikhail Alexeevich | Electric hydrogen generator |
| WO2021102494A1 (en) * | 2019-11-22 | 2021-06-03 | Asa-Energie Gmbh | Electrolytic reaction system for producing gaseous hydrogen and oxygen |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SE530479C2 (en) * | 2006-01-25 | 2008-06-17 | Stig Oskar Christensson | Apparatus for generating electric current and splitting water into oxygen and hydrogen |
| KR100754274B1 (en) * | 2007-03-21 | 2007-09-03 | 주식회사 덕영엔지니어링 | Cyclonic electrolysis cell |
| GB2504090A (en) * | 2012-07-16 | 2014-01-22 | Donald John Smith | A device for generating hydrogen from water using centrifugal electron exchange |
| CN117888128A (en) * | 2022-10-08 | 2024-04-16 | 林信涌 | Hydrogen generator with suspended electrolysis module |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4125439A (en) * | 1977-05-31 | 1978-11-14 | National Research Development Corporation | Electrochemical cells and methods of electrolysis |
| RU2015395C1 (en) * | 1990-09-27 | 1994-06-30 | Геннадий Васильевич Ильин | Centrifugal electrolyzer |
| RU2174162C1 (en) * | 1998-06-22 | 2001-09-27 | Кудымов Георгий Иванович | Energy conversion device |
| RU2224051C1 (en) * | 2003-02-17 | 2004-02-20 | Могилевский Игорь Николаевич | Plant for water dissolution by electrolysis |
-
2004
- 2004-06-24 RU RU2004119094/15A patent/RU2253700C1/en not_active IP Right Cessation
-
2005
- 2005-06-22 WO PCT/RU2005/000341 patent/WO2006004457A1/en active Application Filing
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2010050850A1 (en) * | 2008-10-29 | 2010-05-06 | Ovsyannikov Evgeny Mikhailovic | Rotary electroliser for producing hydrogen and oxygen |
| WO2010059074A1 (en) * | 2008-10-29 | 2010-05-27 | Ovsyannikov Evgeny Mikhailovic | Device for electrolytically producing hydrogen and oxygen |
| WO2011019299A1 (en) * | 2009-08-10 | 2011-02-17 | Ignatov Mikhail Alexeevich | Electric hydrogen generator |
| WO2021102494A1 (en) * | 2019-11-22 | 2021-06-03 | Asa-Energie Gmbh | Electrolytic reaction system for producing gaseous hydrogen and oxygen |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2006004457A1 (en) | 2006-01-12 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2224051C1 (en) | Plant for water dissolution by electrolysis | |
| WO2006004457A1 (en) | Device for water electrolysis in a centrifugal force field | |
| US6379828B1 (en) | Fuel cell | |
| CN114481161A (en) | Water electrolysis hydrogen production system and oxygen production subsystem | |
| RU2309198C1 (en) | Apparatus for producing hydrogen and oxygen by electrolysis of water | |
| CN105329109A (en) | Fuel battery car with auxiliary solar energy electricity generation | |
| CN113106475A (en) | Wide-power water electrolysis hydrogen production system | |
| EP2002033B1 (en) | A device for production of hydrogen by electrolysis | |
| CN102376999A (en) | Solar energy storage system with coupled photo(electro)chemical cell and fuel cell | |
| CN205292310U (en) | Fuel cell car of solar energy auxiliary power generation | |
| US20230399756A1 (en) | Apparatus for the electrolytic production of hydrogen | |
| CN107959035A (en) | The emission recycling circulation hydrogen generating system of hydrogen fuel cell | |
| RU2342470C2 (en) | Method of obtaining hydrogen and products of oxidation of aluminium and device to this end | |
| CN217182210U (en) | Electric vehicle | |
| RU2344201C2 (en) | Device for energy transformation | |
| RU2390585C1 (en) | Installation for conversion of energy | |
| CN116815216A (en) | Rotary electrolytic tank with built-in hydrogen storage tank | |
| RU2140549C1 (en) | Hydrogen-vapor air-injection rotary-vane internal combustion engine | |
| KR100386125B1 (en) | Highly efficient hybrid combustion system using hydrogen | |
| RU43880U1 (en) | HYDROGEN PRODUCTION PLANT (OPTIONS) | |
| CN113903947A (en) | Electric vehicle | |
| CN113266434A (en) | Energy system based on silicon fuel energy storage and working method thereof | |
| CA2306592A1 (en) | Fuel cell | |
| RU42877U1 (en) | PLASMODYNAMIC STEAM GENERATOR | |
| CN114934289A (en) | Photovoltaic direct current system hydrogen energy source station cyclic utilization device |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20100625 |