RU2379379C1 - Rotating electrolytic cell for producing hydrogen and oxygen - Google Patents

Rotating electrolytic cell for producing hydrogen and oxygen Download PDF

Info

Publication number
RU2379379C1
RU2379379C1 RU2008142746/15A RU2008142746A RU2379379C1 RU 2379379 C1 RU2379379 C1 RU 2379379C1 RU 2008142746/15 A RU2008142746/15 A RU 2008142746/15A RU 2008142746 A RU2008142746 A RU 2008142746A RU 2379379 C1 RU2379379 C1 RU 2379379C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
water
housing
electrolyte
shaft
electrolysis products
Prior art date
Application number
RU2008142746/15A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Евгений Михайлович Овсянников (RU)
Евгений Михайлович Овсянников
Елена Евгеньевна Васильева (RU)
Елена Евгеньевна Васильева
Original Assignee
Евгений Михайлович Овсянников
Елена Евгеньевна Васильева
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Евгений Михайлович Овсянников, Елена Евгеньевна Васильева filed Critical Евгений Михайлович Овсянников
Priority to RU2008142746/15A priority Critical patent/RU2379379C1/en
Priority to PCT/RU2009/000485 priority patent/WO2010059074A1/en
Priority to PCT/RU2009/000632 priority patent/WO2010050850A1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2379379C1 publication Critical patent/RU2379379C1/en

Links

Images

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
    • C25B9/00—Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
    • 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

FIELD: physics. ^ SUBSTANCE: device for producing hydrogen and oxygen has processing lines for inlet of water and electrolyte and outlet of electrolysis products, an electrolytic cell comprising a housing with top and bottom covers, fitted on a shaft connected to a rotary actuator, and short-circuited electrodes, one of which is on the shaft, and the other is formed b the inner surface of the housing. The outlet line for electrolysis products comprises series-connected device for pumping electrolysis products, gas analyser and separator, and the inlet line for water and electrolyte has containers for water and electrolyte, a device for regulating water flow, valves, mixer and heat exchanger. The device is fitted with a magnetic system comprising mechanically connected by a magnetic conductor fixed permanent magnets in form of discs, lying in parallel over the top and bottom covers of the housing, as well as two electrically connected with the shaft and housing current carrying discs, corresponding to the width of the fixed magnets, which cover the top and bottom covers. In the current carrying discs there are radial slits, and the covers are made from electrically insulating material. ^ EFFECT: reduced operating speed of rotation of electrolysis cell, increased efficiency and cutting on electrical energy consumption. ^ 2 dwg

Description

Предлагаемое техническое решение относится к области электрохимии, а именно к конструкциям электролизеров для получения водорода и кислорода путем электролиза воды. Известна «Установка для разложения воды электролизом» (патент РФ №2224051, опубл. 20.02.2004), содержащая технологические линии подачи воды и электролита и отвода продуктов электролиза, электролизер, включающий корпус, установленный на соединенном с приводом вращения валу с каналами подвода раствора электролита и отвода продуктов электролиза, канал отвода раствора электролита, короткозамкнутые электроды, один из которых расположен на валу, а другой образован внутренней поверхностью корпуса, и теплообменник, а также верхний и нижний подшипниковые узлы, в которых вертикально расположен вал. Внешний контур циркуляции раствора электролита содержит кольцевую камеру раствора электролита с внутренней поверхностью в форме улитки, установленную на верхнем подшипниковом узле неподвижно, датчик наличия раствора электролита и смеситель раствора электролита, соединенный с линиями подачи электролита и воды и каналом подвода раствора электролита, корпус электролизера выполнен из токопроводящего материала и снабжен нижней и верхней крышками, выполненными из токопроводящего материала, канал отвода раствора электролита выполнен в верхней крышке и снабжен регулируемым клапаном, сообщающимся с кольцевой камерой раствора электролита, внутренняя поверхность корпуса снабжена, по меньшей мере, одной направляющей канавкой, линия подачи воды снабжена устройством регулирования расхода воды, линия отвода продуктов электролиза снабжена устройством для откачивания продуктов электролиза, теплообменник расположен во внешнем контуре циркуляции раствора электролита, а датчик наличия раствора электролита соединен с устройством регулирования расхода воды и приводом вращения вала. К недостаткам известной установки относится необходимость в больших рабочих скоростях вращения электролизера, что делает устройство малопригодным для промышленного применения. Сюда же можно отнести сложность конструкции, малую производительность.The proposed technical solution relates to the field of electrochemistry, namely to the designs of electrolyzers for producing hydrogen and oxygen by electrolysis of water. The well-known "Installation for the decomposition of water by electrolysis" (RF patent No. 2224051, publ. 02.20.2004), containing technological lines for supplying water and electrolyte and removal of electrolysis products, an electrolyzer comprising a housing mounted on a shaft connected to a rotation drive with channels for supplying an electrolyte solution and removal of electrolysis products, an electrolyte solution withdrawal channel, short-circuited electrodes, one of which is located on the shaft, and the other is formed by the inner surface of the housing, and the heat exchanger, as well as the upper and lower bearings nodes in which the shaft is vertically located. The external circulation circuit of the electrolyte solution contains an annular chamber of the electrolyte solution with an inner surface in the form of a cochlea fixedly mounted on the upper bearing assembly, an electrolyte solution presence sensor and an electrolyte solution mixer connected to the electrolyte and water supply lines and the electrolyte solution supply channel, the electrolyzer body is made of conductive material and is equipped with lower and upper covers made of conductive material, the channel for removal of the electrolyte solution is made in the top lid and is equipped with an adjustable valve in communication with the annular chamber of the electrolyte solution, the inner surface of the housing is equipped with at least one guide groove, the water supply line is equipped with a device for regulating the flow of water, the drain line of the electrolysis products is equipped with a device for pumping out the electrolysis products, the heat exchanger is located in the external circuit of the electrolyte solution, and the sensor of the presence of the electrolyte solution is connected to a device for controlling the flow of water and the rotation drive shaft. The disadvantages of the known installation include the need for high operating speeds of rotation of the electrolyzer, which makes the device unsuitable for industrial use. This also includes design complexity, low productivity.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является «Устройство для электролитического получения водорода и кислорода» (патент РФ №2309198, опубл. 27.10.2007, БИ №30), содержащее технологические линии подачи воды и отвода продуктов электролиза, электролизер, включающий корпус с верхней и нижней крышками, выполненными из электропроводящего материала, установленный на соединенном с приводом вращения валу с каналами подвода раствора электролита и отвода продуктов электролиза, короткозамкнутые электроды, один из которых расположен на валу, а другой образован внутренней поверхностью корпуса. При этом линия отвода продуктов электролиза содержит последовательно соединенные устройство откачивания продуктов электролиза и сепаратор, а линия подачи воды и электролита содержит емкости для воды и электролита, устройство регулирования расхода воды, вентили, смеситель и теплообменник. Устройство снабжено электромагнитной системой, включающей неподвижные магниты в виде дисков, установленные параллельно над верхней и под нижней крышками корпуса, механически соединенный с ними магнитопровод с обмоткой возбуждения, электрически соединенной с генератором импульсов и преобразователем напряжения, на линии отвода продуктов электролиза установлен газовый анализатор, вход которого соединен с выходом устройства откачивания продуктов электролиза, а выход соединен с устройством регулирования расхода воды, при этом короткозамкнутый электрод, расположенный на валу, выполнен в виде цилиндра с радиальными каналами.Closest to the proposed technical solution is "Device for the electrolytic production of hydrogen and oxygen" (RF patent No. 2309198, publ. 10/27/2007, BI No. 30), containing technological lines for water supply and removal of electrolysis products, an electrolyzer comprising a housing with a top and bottom covers made of an electrically conductive material mounted on a shaft connected to a rotation drive with channels for supplying an electrolyte solution and removal of electrolysis products, short-circuited electrodes, one of which is located on the shaft, and the other is formed by the inner surface of the housing. In this case, the discharge line of the electrolysis products contains a series-connected device for pumping out the products of electrolysis and a separator, and the water and electrolyte supply line contains containers for water and electrolyte, a device for controlling the flow of water, valves, a mixer and a heat exchanger. The device is equipped with an electromagnetic system, including fixed magnets in the form of disks mounted parallel to the upper and under the lower case covers, a magnetic circuit mechanically connected to them with an excitation winding, electrically connected to a pulse generator and voltage converter, a gas analyzer is installed on the discharge line of the electrolysis products, input which is connected to the output of the device for pumping electrolysis products, and the output is connected to a device for controlling the flow of water, while short the closed electrode located on the shaft is made in the form of a cylinder with radial channels.

К недостаткам данного устройства относится также требование высоких рабочих скоростей вращения электролизера, малая производительность и значительное потребление электроэнергии, необходимое для питания электромагнитной системы.The disadvantages of this device also include the requirement of high working speeds of rotation of the electrolyzer, low productivity and significant energy consumption necessary to power the electromagnetic system.

Технической задачей, решаемой предлагаемым техническим решением, является упрощение конструкции, снижение рабочей скорости вращения электролизера, увеличение производительности и сокращение потребляемой электроэнергии.The technical problem solved by the proposed technical solution is to simplify the design, reduce the operating speed of the electrolyzer, increase productivity and reduce power consumption.

Поставленная задача решается тем, что известное устройство для электролитического получения водорода и кислорода, содержащее технологические линии подачи воды и электролита и отвода продуктов электролиза, электролизер, включающий корпус с верхней и нижней крышками, установленный на соединенном с приводом вращения валу с каналами подвода раствора электролита и отвода продуктов электролиза, короткозамкнутые электроды, один из которых расположен на валу, а другой образован внутренней поверхностью корпуса, при этом линия отвода продуктов электролиза содержит последовательно соединенные устройство откачивания продуктов электролиза и сепаратор, а линия подачи воды и электролита содержит емкости для воды и электролита, устройство регулирования расхода воды, вентили, смеситель и теплообменник, на линии отвода продуктов электролиза установлен газовый анализатор, вход которого соединен с выходом устройства откачивания продуктов электролиза, а выход соединен с устройством регулирования расхода воды, при этом короткозамкнутый электрод, расположенный на валу, выполнен в виде цилиндра с радиальными каналами, согласно изобретению снабжено магнитной системой, включающей механически соединенные магнитопроводом постоянные неподвижные магниты в виде дисков, расположенных параллельно над верхней и под нижней крышками корпуса, а также двумя электрически соединенными с валом и корпусом токоведущими дисками, покрывающими верхнюю и нижнюю крышки с выполненными в них радиальными прорезями, соответствующими ширине неподвижных магнитов, при этом крышки выполнены из электроизоляционного материала.The problem is solved in that the known device for the electrolytic production of hydrogen and oxygen, containing technological lines for supplying water and electrolyte and removal of electrolysis products, an electrolyzer comprising a housing with upper and lower covers mounted on a shaft connected to the rotation drive with channels for supplying the electrolyte solution and removal of electrolysis products, short-circuited electrodes, one of which is located on the shaft, and the other is formed by the inner surface of the housing, while the product discharge line in the electrolysis contains a series-connected device for pumping electrolysis products and a separator, and the water and electrolyte supply line contains containers for water and electrolyte, a device for controlling the flow of water, valves, a mixer and a heat exchanger, a gas analyzer is installed on the discharge line of the electrolysis products, the input of which is connected to the output devices for pumping electrolysis products, and the output is connected to a device for controlling the flow of water, while a short-circuited electrode located on the shaft is made in The idea of a cylinder with radial channels, according to the invention, is equipped with a magnetic system comprising permanent fixed magnet magnets mechanically connected by a magnetic circuit in the form of disks located parallel to the upper and under the lower covers of the housing, as well as two live-current disks electrically connected to the shaft and the housing covering the upper and lower covers with radial slots made in them, corresponding to the width of the stationary magnets, while the covers are made of insulating material.

Предлагаемое устройство схематично представлено на фиг.1. На фиг.2 представлено изображение токоведущего диска с радиальными прорезями.The proposed device is schematically represented in figure 1. Figure 2 presents the image of the current-carrying disk with radial slots.

Устройство содержит электролизер 1, включающий цилиндрический корпус 2, выполненный из электропроводящего немагнитного материала с верхней 3 и нижней 4 крышками, выполненными из электроизоляционного материала, установленный на вертикальном валу 5, выполненном из токопроводящего немагнитного материала и закрепленном в верхнем 6 и в нижнем 7 подшипниковых узлах. Вал 5 соединен с приводом вращения 8 и внутри имеет каналы подвода раствора электролита или воды 9 и отвода продуктов электролиза 10. К наружным поверхностям крышек 3 и 4 прилегают верхний 11 и нижний 12 токоведущие диски с радиальными прорезями. На валу 5 внутри электролизера расположен короткозамкнутый электрод 13 с радиально расположенными в нем каналами 14 (например, анод), выполненный из электропроводящего немагнитного материала. Внутренняя поверхность корпуса 2 образует другой электрод (например, катод). Канал подачи раствора электролита или воды 9 соединен с линией подачи воды и электролита 15, с теплообменником 16, смесителем 17, с вентилем 18, с емкостью для электролита 19, с вентилем 20, с устройством регулирования расхода воды 21 и с емкостью для воды 22. Теплообменник 16 соединен также со сливным вентилем 23. Канал отвода продуктов электролиза 10 соединен посредством технологической линии отвода продуктов электролиза 24 с устройством откачивания продуктов электролиза 25, соединенным с газовым анализатором 26, электрически соединенным с устройством регулирования расхода воды 21 и с сепаратором 27 для разделения кислородно-водородной смеси на кислород и водород. Электролизер снабжен магнитной системой, включающей верхний 28 и нижний 29 постоянные неподвижные магниты в виде дисков и механически соединенный с ними магнитопровод 30. На поверхности электролизера, контактирующей с электролитом, нанесены специальные покрытия, улучшающие электрические свойства электропроводящих частей и защищающие материалы от коррозии.The device comprises an electrolyzer 1, including a cylindrical housing 2, made of an electrically conductive non-magnetic material with an upper 3 and lower 4 covers made of an insulating material, mounted on a vertical shaft 5 made of a conductive non-magnetic material and fixed in the upper 6 and lower 7 bearing units . The shaft 5 is connected to a rotation drive 8 and inside has channels for supplying an electrolyte solution or water 9 and for removing electrolysis products 10. The upper 11 and lower 12 current-carrying disks with radial slots are adjacent to the outer surfaces of the covers 3 and 4. On the shaft 5 inside the cell there is a short-circuited electrode 13 with channels 14 radially located in it (for example, an anode) made of an electrically conductive non-magnetic material. The inner surface of the housing 2 forms another electrode (for example, a cathode). The channel for supplying an electrolyte or water solution 9 is connected to a water and electrolyte supply line 15, with a heat exchanger 16, a mixer 17, with a valve 18, with a capacity for electrolyte 19, with a valve 20, with a device for controlling the flow of water 21 and with a capacity for water 22. The heat exchanger 16 is also connected to a drain valve 23. The channel for the removal of electrolysis products 10 is connected through a process line for the removal of electrolysis products 24 with a pumping device for electrolysis products 25 connected to a gas analyzer 26, electrically connected to the device water flow control 21 and a separator 27 for separating the oxygen-hydrogen mixture into oxygen and hydrogen. The electrolyzer is equipped with a magnetic system, including the upper 28 and lower 29 permanent fixed magnets in the form of disks and a magnetic circuit 30 mechanically connected to them. On the surface of the electrolyzer in contact with the electrolyte, special coatings are applied that improve the electrical properties of the electrically conductive parts and protect materials from corrosion.

Устройство работает следующим образом. Электролит из емкости для электролита 19 через открытый вентиль 18 попадает в смеситель 17, затем в теплообменник 16, затем по технологической линии подачи электролита 15 - в канал подачи раствора электролита 9, расположенный в валу 5, и в электролизер 1. Вентиль 20 на линии подачи воды закрыт. После наполнения электролизера 1 раствором электролита вентиль 18 закрывают и включают привод вращения 8 вала 5, который приводит электролизер 1 во вращение, разгоняя его до начала процесса электролиза. При достаточно высокой производительности установки газовый анализатор 26 вырабатывает запирающий сигнал для устройства регулирования расхода воды 21, и технологическая линия подачи воды 15 в электролизер 1 перекрывается. Открывают вентиль 20. Устройство переходит в режим автоматического регулирования подачи воды из емкости для воды 22 через устройство регулирования расхода воды 21, открытый вентиль 20, смеситель раствора электролита 17, теплообменник 16 и канал подачи раствора электролита 9 в электролизер 1. 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 раствора электролита и газовой среды смещается к периферии электролизера 1. Электрод 13, расположенный на валу 5, оказывается в газовой среде, и электролиз прекращается. Газовый анализатор 26 подает сигнал на открытие устройства регулирования расхода воды 21. Из емкости для воды 22 по технологической линии подачи воды 15 в электролизер 1 поступает подогретая в теплообменнике 16 вода. Далее процесс повторяется. Каждый из электродов в электролизере 1 может выполнять функцию анода или катода в зависимости от химического состава используемого электролита.The device operates as follows. The electrolyte from the electrolyte tank 19 through the open valve 18 enters the mixer 17, then into the heat exchanger 16, then through the technological line for supplying the electrolyte 15 to the channel for supplying the electrolyte solution 9, located in the shaft 5, and into the electrolyzer 1. Valve 20 on the supply line water is closed. After filling the electrolyzer 1 with the electrolyte solution, the valve 18 is closed and the rotation drive 8 of the shaft 5 is turned on, which drives the electrolyzer 1 into rotation, accelerating it before the start of the electrolysis process. With a sufficiently high installation capacity, the gas analyzer 26 generates a locking signal for the device for controlling the flow of water 21, and the production line for supplying water 15 to the electrolyzer 1 is blocked. Open valve 20. The device goes into automatic control of the water supply from the water tank 22 through the water flow control device 21, the open valve 20, the mixer of the electrolyte solution 17, the heat exchanger 16 and the channel for supplying the electrolyte solution 9 to the electrolyzer 1. 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 solution of the electrolyte and the gaseous medium is shifted to the periphery of the electrolyzer 1. The electrode 13 located on the shaft 5, is in the gaseous medium, and the electrolysis is stopped. The gas analyzer 26 sends a signal to open the device for controlling the flow of water 21. From the water tank 22, the water heated in the heat exchanger 16 enters the electrolyzer 1 through the process water supply line 15. The process is then repeated. Each of the electrodes in the electrolyzer 1 can perform the function of the anode or cathode, depending on the chemical composition of the electrolyte used.

В процессе вращения под действием центробежной силы в электролизере 1 создается поле искусственной силы тяжести, под воздействием которого катионы и анионы в виде гидратов, имеющих существенно отличающуюся собственную массу, разделяются. Более тяжелые ионы, например катионы, образуют около внутренней поверхности корпуса 2 (катода) отрицательный пространственный электрический заряд, который индуцирует в корпусе 2, выполненном из токопроводящего материала, адекватный заряд из электронов проводимости. Легкие ионы сконцентрируются в области между катодом и анодом 13, образуя свой пространственный положительный заряд, при этом, если величина его потенциала окажется достаточной для создания электрического поля, способного деформировать гидратные оболочки легких ионов, возникшее равновесие будет нарушено на аноде 13. Легкие ионы приблизятся к поверхности анода 13 и разрядятся. Тяжелые ионы также отдадут свой заряд катоду, и между электродами через верхний 11 и нижний 12 токоведущие диски с радиальными прорезями и вал 5, выполненные из токопроводящих материалов, как по короткозамкнутому контуру, потечет постоянный электрический ток. Ионы электролита восстановятся, образуя водород и кислород, а промежуточные продукты электролиза вступят с водой во вторичные реакции. Восстановленные водород и кислород вытесняются к центру электролизера 1 и в виде кислородно-водородной смеси через канал отвода продуктов электролизера 10, устройство откачивания продуктов электролиза 25 и газовый анализатор 26 отводят потребителю.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 with a significantly different intrinsic mass are separated. Heavier ions, such as cations, form a negative spatial electric charge near the inner surface of the casing 2 (cathode), which induces an adequate charge of conduction electrons in the casing 2 made of a conductive material. Light ions will concentrate in the region between the cathode and anode 13, forming their own positive spatial charge, and if its potential value is sufficient to create an electric field capable of deforming the hydration shells of light ions, the resulting equilibrium will be disturbed at anode 13. Light ions will approach the surface of the anode 13 and are discharged. Heavy ions will also give their charge to the cathode, and a constant electric current will flow between the electrodes through the upper 11 and lower 12 current-carrying disks with radial slots and shaft 5, made of conductive materials, as if through a short-circuited circuit. Electrolyte ions will recover, forming hydrogen and oxygen, and the intermediate products of electrolysis will enter into secondary reactions with water. The reduced hydrogen and oxygen are displaced to the center of the electrolyzer 1 and in the form of an oxygen-hydrogen mixture through the channel for withdrawing the products of the electrolysis cell 10, the pumping device for the electrolysis products 25 and the gas analyzer 26 are discharged to the consumer.

Для разделения кислородно-водородной смеси на кислород и водород в устройстве может быть предусмотрен сепаратор 27, из которого разделенные газы направляют к потребителям кислорода и водорода.To separate the oxygen-hydrogen mixture into oxygen and hydrogen, a separator 27 may be provided in the device, from which the separated gases are sent to consumers of oxygen and hydrogen.

В подобных известных устройствах процесс электролиза происходит под действием только центробежного поля, что предполагает большие угловые частоты вращения электролизера (3000-5000 радиан в секунду). Технически это труднореализуемо. В подобных известных устройствах следующего поколения для снижения рабочих скоростей вращения электролизера и повышения производительности применяется электромагнитная система с электропитанием от внешнего источника.In such known devices, the electrolysis process occurs only under the action of a centrifugal field, which implies large angular rotational speeds of the electrolyzer (3000-5000 radians per second). This is technically difficult to implement. In such well-known next-generation devices, an electromagnetic system with external power supply is used to reduce the working speeds of the electrolyzer and increase productivity.

В предлагаемом устройстве применена магнитная система с постоянными магнитами 28 и 29, что исключает потребление электроэнергии извне.The proposed device uses a magnetic system with permanent magnets 28 and 29, which eliminates the consumption of electricity from the outside.

На движущуюся в постоянном магнитном поле электрически заряженную частицу воздействует сила ЛоренцаAn electrically charged particle moving in a constant magnetic field is affected by the Lorentz force

F=B·V·q,F = B · V · q,

где В - магнитная индукция, Тл;where B is the magnetic induction, T;

V -линейная скорость, м/с;V is linear velocity, m / s;

q -величина электрического заряда, К.q is the magnitude of the electric charge, K.

Векторы сил, действующих на отрицательные и положительные частицы, направлены противоположно и перпендикулярно к вектору линейной скорости так, что тяжелые ионы стремятся к периферии электролизера, а легкие - к центру.The vectors of forces acting on negative and positive particles are directed oppositely and perpendicularly to the linear velocity vector so that heavy ions tend to the periphery of the cell, and light ones to the center.

Для увеличения возникающей разности потенциалов между электродами в предлагаемом устройстве применяются токоведущие диски 11 и 12 с радиальными прорезями. Диски прилегают к наружным поверхностям крышек 3 и 4 корпуса 2 и соединяют электрически корпус с валом 5 и соответственно с расположенными на них электродами. При вращении токоведущих дисков 11 и 12 в постоянном магнитном поле в них возникает ЭДС:To increase the resulting potential difference between the electrodes in the proposed device, current-carrying disks 11 and 12 with radial slots are used. The disks are adjacent to the outer surfaces of the covers 3 and 4 of the housing 2 and electrically connect the housing with the shaft 5 and, accordingly, with the electrodes located on them. When the current-carrying disks 11 and 12 rotate in a constant magnetic field, an EMF appears in them:

E=ω·B(r2-r1),E = ωB (r 2 -r 1 ),

где ω -угловая частота вращения диска, 1/с,where ω is the angular frequency of rotation of the disk, 1 / s,

В - магнитная индукция, Тл,B - magnetic induction, T,

r1 - расстояние от оси вала 5 до ближайшего края радиальной прорези,r 1 - the distance from the axis of the shaft 5 to the nearest edge of the radial slot,

r2 - расстояние от оси вала 5 до отдаленного края радиальной прорези.r 2 is the distance from the axis of the shaft 5 to the distant edge of the radial slot.

Нужный знак ЭДС токоведущих дисков 11 и 12 реализуется либо изменением направления вращения электролизера 1, либо изменением полюсов магнитной системы, состоящей из магнитопровода 30 и постоянных магнитов 28, 29. В результате применения токоведущих дисков удается снизить рабочие скорости электролизера до 500÷700 радиан в секунду и значительно повысить производительность.The desired sign of the EMF of the current-carrying disks 11 and 12 is realized either by changing the direction of rotation of the electrolyzer 1, or by changing the poles of the magnetic system consisting of a magnetic circuit 30 and permanent magnets 28, 29. As a result of using current-carrying disks, it is possible to reduce the working speed of the electrolyzer to 500 ÷ 700 radians per second and significantly increase productivity.

Процесс разложения воды на водород и кислород за счет восстановления их ионов сопровождается уменьшением энтальпии раствора электролита, в результате чего температура раствора постоянно снижается, и, если не восполнять теплопотери, то раствор замерзнет и процесс прекратится. По этой причине раствор необходимо подогревать. С этой целью в технологической линии подвода воды установлен теплообменник 16. Тепловую энергию к теплообменнику 16 могут подводить в виде выхлопных газов или антифриза от двигателя внутреннего сгорания или в ином виде. Для обеспечения техники безопасности устройство может быть снабжено защитным кожухом. В предлагаемом устройстве происходит преобразование механической, электрической и тепловой энергий в химическую энергию.The process of decomposition of water into hydrogen and oxygen due to the reduction of their ions is accompanied by a decrease in the enthalpy of the electrolyte solution, as a result of which the temperature of the solution is constantly reduced, and if heat losses are not replenished, the solution will freeze and the process will stop. For this reason, the solution must be heated. For this purpose, a heat exchanger is installed in the water supply line 16. Heat energy can be supplied to the heat exchanger 16 in the form of exhaust gases or antifreeze from an internal combustion engine or in some other form. To ensure safety, the device can be equipped with a protective cover. In the proposed device is the conversion of mechanical, electrical and thermal energies into chemical energy.

Газовый анализатор 26 может быть использован типа АВП-02 или АКПН-02, выполняющий и функцию датчика. В качестве устройства откачивания продуктов электролиза 25 можно задействовать электровакуумный насос, устройства регулирования расхода воды 21 - электромагнитный клапан.Gas analyzer 26 can be used of type AVP-02 or AKPN-02, which also performs the function of a sensor. As a device for pumping electrolysis products 25, you can use an electric vacuum pump, a device for controlling the flow of water 21 - an electromagnetic valve.

Предлагаемое устройство позволяет повысить производительность установки, снизить рабочие угловые частоты вращения электролизера и упростить конструкцию и значительно снизить потребление электроэнергии. Устройство может быть изготовлено с использованием традиционных конструкционных материалов, комплектующих и известных электролитов и может быть использовано в агрегатах двигателей внутреннего сгорания транспортных средств, повышая их топливную экономичность, с паровыми турбинами тепловых и атомных электростанций, для утилизации промышленного тепла в металлургии и др.The proposed device allows to increase the productivity of the installation, to reduce the working angular frequency of rotation of the cell and to simplify the design and significantly reduce energy consumption. The device can be manufactured using traditional structural materials, components and known electrolytes and can be used in units of internal combustion engines of vehicles, increasing their fuel efficiency, with steam turbines of thermal and nuclear power plants, for the utilization of industrial heat in metallurgy, etc.

Claims (1)

Устройство для электролитического получения водорода и кислорода, содержащее технологические линии подачи воды и электролита и отвода продуктов электролиза, электролизер, включающий корпус с верхней и нижней крышками, установленный на соединенном с приводом вращения валу с каналами подвода раствора электролита и отвода продуктов электролиза, короткозамкнутые электроды, один из которых расположен на валу, а другой образован внутренней поверхностью корпуса, при этом линия отвода продуктов электролиза содержит последовательно соединенные устройство откачивания продуктов электролиза и сепаратор, а линия подачи воды и электролита содержит емкости для воды и электролита, устройство регулирования расхода воды, вентили, смеситель и теплообменник, на линии отвода продуктов электролиза установлен газовый анализатор, вход которого соединен с выходом устройства откачивания продуктов электролиза, а выход соединен с устройством регулирования расхода воды, при этом короткозамкнутый электрод, расположенный на валу, выполнен в виде цилиндра с радиальными каналами, отличающееся тем, что оно снабжено магнитной системой, включающей механически соединенные магнитопроводом постоянные неподвижные магниты в виде дисков, расположенных параллельно над верхней и под нижней крышками корпуса, а также двумя электрически соединенными с валом и корпусом токоведущими дисками, покрывающими верхнюю и нижнюю крышки, с выполненными в них радиальными прорезями, соответствующими ширине неподвижных магнитов, при этом крышки выполнены из электроизоляционного материала. A device for the electrolytic production of hydrogen and oxygen, containing technological lines for supplying water and electrolyte and removal of electrolysis products, an electrolyzer comprising a housing with upper and lower covers mounted on a shaft connected to a rotation drive with channels for supplying an electrolyte solution and removal of electrolysis products, short-circuited electrodes, one of which is located on the shaft, and the other is formed by the inner surface of the housing, while the discharge line of the electrolysis products contains in series the device for pumping electrolysis products and a separator, and the water and electrolyte supply line contains containers for water and electrolyte, a device for controlling the flow of water, valves, a mixer and a heat exchanger; a gas analyzer is installed on the discharge line of the electrolysis products, the input of which is connected to the output of the pumping device for electrolysis products and the output is connected to a device for controlling the flow of water, while the short-circuited electrode located on the shaft is made in the form of a cylinder with radial channels, distinguishing The fact is that it is equipped with a magnetic system including permanent fixed magnet magnets mechanically connected by a magnetic circuit in the form of disks located parallel to the upper and under the lower covers of the housing, as well as two live-current disks electrically connected to the shaft and the housing, covering the upper and lower covers, with they have radial slots corresponding to the width of the stationary magnets, while the covers are made of electrical insulating material.
RU2008142746/15A 2008-10-29 2008-10-29 Rotating electrolytic cell for producing hydrogen and oxygen RU2379379C1 (en)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008142746/15A RU2379379C1 (en) 2008-10-29 2008-10-29 Rotating electrolytic cell for producing hydrogen and oxygen
PCT/RU2009/000485 WO2010059074A1 (en) 2008-10-29 2009-09-22 Device for electrolytically producing hydrogen and oxygen
PCT/RU2009/000632 WO2010050850A1 (en) 2008-10-29 2009-11-18 Rotary electroliser for producing hydrogen and oxygen

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008142746/15A RU2379379C1 (en) 2008-10-29 2008-10-29 Rotating electrolytic cell for producing hydrogen and oxygen

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2379379C1 true RU2379379C1 (en) 2010-01-20

Family

ID=42120759

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2008142746/15A RU2379379C1 (en) 2008-10-29 2008-10-29 Rotating electrolytic cell for producing hydrogen and oxygen

Country Status (2)

Country Link
RU (1) RU2379379C1 (en)
WO (2) WO2010059074A1 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012019278A1 (en) * 2010-08-13 2012-02-16 Boydel Special Projects Inc. Apparatus and method for electrolysis having a rotatable grooved anode

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5696084A (en) * 1979-12-28 1981-08-03 Nobuyoshi Tsuji Rotary electrolytic machine of water
RU2253700C1 (en) * 2004-06-24 2005-06-10 Могилевский Игорь Николаевич Plant for electrolysis of water in centrifugal field
RU2299930C1 (en) * 2005-10-12 2007-05-27 Игорь Николаевич Могилевский Plant for performing electrolysis process in centrifugal field
RU2309198C1 (en) * 2006-01-31 2007-10-27 Александр Константинович Суриков Apparatus for producing hydrogen and oxygen by electrolysis of water

Also Published As

Publication number Publication date
WO2010050850A1 (en) 2010-05-06
WO2010059074A1 (en) 2010-05-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2309198C1 (en) Apparatus for producing hydrogen and oxygen by electrolysis of water
JP4729311B2 (en) Plant for decomposing water by electrolysis
WO2014078411A1 (en) A magnetic device for producing electrolyte flow in battery systems
US4437963A (en) Apparatus for electrolyzing water
CN103184498B (en) Roller brush type differential arc oxidation treatment method and device
RU2379379C1 (en) Rotating electrolytic cell for producing hydrogen and oxygen
WO2009154504A1 (en) Hydrogen assembly and the operating method thereof
WO2006004457A1 (en) Device for water electrolysis in a centrifugal force field
EP2973983A1 (en) Buoyancy-driven power generation system
CN104733694B (en) Preparation method of graphite cathode for sodium-ion battery
CN105422375B (en) The seawave power generation machine platform of composite rotating wind-power electricity generation and flywheel energy storage function
CN102723837A (en) Electrically-controlled magnetic motor
SE530479C2 (en) Apparatus for generating electric current and splitting water into oxygen and hydrogen
RU2342470C2 (en) Method of obtaining hydrogen and products of oxidation of aluminium and device to this end
WO2022106975A1 (en) Apparatus for the electrolytic production of hydrogen
RU2299930C1 (en) Plant for performing electrolysis process in centrifugal field
CN106848357A (en) Plasma-vortex fuel cell and electricity-generating method
CN202117868U (en) Solar energy hydro-thermal circulation type magnetic fluid generator
WO2009135275A1 (en) Magneto hydrodynamic fuel cell
EP3431736A1 (en) Hydrogen based system for storing and recovering electrical energy and hydrogen-and-oxygen based rotary jet engine for use in such system
RU43879U1 (en) HYDROGEN GENERATOR FOR ELECTRICITY PRODUCTION
FI72227B (en) ELEKTROKEMISK GENERATOR
GB2563436A (en) A device for electrolysis
CN114301257B (en) Self-excitation high-speed rotation hydrogen fuel magnetohydrodynamic power generation method
RU43880U1 (en) HYDROGEN PRODUCTION PLANT (OPTIONS)

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20131030