RU2015395C1

RU2015395C1 - Centrifugal electrolyzer

Info

Publication number: RU2015395C1
Authority: RU
Inventors: Геннадий Васильевич Ильин
Original assignee: Геннадий Васильевич Ильин
Priority date: 1990-09-27
Filing date: 1990-09-27
Publication date: 1994-06-30

Abstract

FIELD: engine manufacture. SUBSTANCE: centrifugal electrolyzer has body of cylindrical shape, monopolar electrodes, collectors of input and output of products anchored with metal rings and provided with through slots for electrode communication in body of electrolyzer-flywheel, transformer and rectifier. EFFECT: expanded application field. 3 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к центробежным электролизерам, применяемым для электролиза воды, обеспечивающим питание водородным топливом транспортных двигателей, кораблей и лодок, железнодоpожных, автомобильных и тракторных двигателей, а также специальной техники в химической промышленности и авиации. The invention relates to centrifugal electrolyzers used for electrolysis of water, providing hydrogen fuel for transport engines, ships and boats, railroad, automobile and tractor engines, as well as special equipment in the chemical industry and aviation.

Известен электролизер непрерывного действия с проточным электролитом, содержащий корпус с размещенными в нем биополярными электродами, представляющими собой электрохимически активные пластины, по периметру которых смонтирована рама из неэлектропроводящего материала, при этом выпускной туннель корпуса имеет отверстия для подачи электролита под электродные пластины, а коллекторный туннель, являющийся общим для всех пластин, служащий для сбора вытекающего электролита, расположен под электродами, установленными в форме штабеля, причем плоскости всех электродных пластин параллельны направлению движения электролита через корпус. A continuous-flow electrolyzer with a flowing electrolyte is known, comprising a housing with biopolar electrodes placed therein, which are electrochemically active plates, a perimeter of which a frame of non-conductive material is mounted, while the outlet tunnel of the housing has openings for supplying electrolyte under the electrode plates, and the collector tunnel, which is common to all plates, used to collect the flowing electrolyte, located under the electrodes mounted in the form of a stack, the plane of the electrode plates are parallel to the direction of movement of the electrolyte through the housing.

Недостатками электролизера являются сложность монтажа и демонтажа, что связано с использованием в качестве стыкообразующих прокладок рамы эластичных материалов, которые при малых межэлектродных расстояниях и большом количестве электродов трудно установить в нужном положении, а при использовании прокладок из твердого материала наличие щелей между прокладками и электродами приводит к значительной утечке тока, а также сравнительно малый срок службы, а в ряде случаев вообще невозможность применения, что связано с низкой коррозионной стойкостью в щелочных средах, широко используемых в прикладной электрохимии, в частности в данных конструкциях, анодных материалов: металлов, ОРТА (оксинорутениевотитановых анодов) и ряда других оксидов и карбидов металлов, рост удельных энергозатрат на получение целевых продуктов по мере работы электролизера, значительные потери напряжения в местах контактов при использовании в таких конструкциях в качестве анодного материала графита. The disadvantages of the electrolyzer are the complexity of mounting and dismounting, which is associated with the use of elastic materials as butt-forming gaskets of the frame, which at small interelectrode distances and a large number of electrodes is difficult to install in the right position, and when using gaskets made of solid material, the presence of gaps between the gaskets and electrodes leads to significant current leakage, as well as a relatively short service life, and in some cases in general impossibility of use, which is associated with low corrosion in alkaline media widely used in applied electrochemistry, in particular in these structures, anode materials: metals, ORTA (oxynorotation of titanium anodes) and a number of other metal oxides and carbides, an increase in the specific energy consumption for obtaining the target products as the electrolyzer operates, significant voltage losses at contact points when used in such structures as graphite anode material.

Известен электролизер для электролиза под давлением, включающий корпус цилиндрической формы, монополярные аноды из графита и катоды, коллекторы ввода и вывода продукта, фланцы, размещенные с торца корпуса. Known electrolyzer for electrolysis under pressure, including a cylindrical body, monopolar anodes made of graphite and cathodes, collectors input and output of the product, flanges placed at the end of the housing.

Данный электролизер обладает теми же недостатками, что и вышеуказанная конструкция. This electrolyzer has the same disadvantages as the above design.

Известны электролизеры для получения кислорода и водорода фильтр-прессного типа, содержащие биполярные электроды, состоящие из основных электродов, выполненных в виде сплошных металлических листов, газоразделительной диафрагмы, например, из асбестного картона, зажатые между каждой парой соседних выносных электродов, питательный канал для электролита и канал для отвода газов. Electrolyzers for producing oxygen and filter-type oxygen and hydrogen are known, containing bipolar electrodes consisting of main electrodes made in the form of solid metal sheets, a gas separation diaphragm, for example, asbestos cardboard, sandwiched between each pair of adjacent remote electrodes, a feed channel for the electrolyte and channel for exhaust gases.

Недостатками известных устройств являются низкая производительность выделяемых электролизером водорода и кислорода, большая его масса и невозможность использования в качестве накопителя механической энергии в транспортных средствах. The disadvantages of the known devices are the low productivity of the hydrogen and oxygen released by the electrolyzer, its large mass and the inability to use mechanical energy as a drive in vehicles.

Одним из общих недостатков электролизеров является то, что плоские пластины электрода не имеют пористости для накопления молекулярного водорода (из-за отсутствия пористости электрода сформированный молекулярный водород превращается в гидроксильную группу НОН). One of the common disadvantages of electrolyzers is that the flat plates of the electrode do not have porosity for the accumulation of molecular hydrogen (due to the lack of porosity of the electrode, the formed molecular hydrogen is converted to the hydroxyl group of HOH).

Электролизеры к тому же не приспособлены для эксплуатации в транспортных средствах как накопитель механической энергии с одновременным питанием ДВС экономически чистым водородным топливом. The electrolyzers are also not suitable for use in vehicles as a mechanical energy storage device with the simultaneous supply of ICE with economically pure hydrogen fuel.

Баллоновая зарядка транспортных средств жидким водородом требует больших материальных затрат, причем при эксплуатации и транспортировке баллоны имеют большую взрывоопасность. Cylinder charging of vehicles with liquid hydrogen requires large material costs, and during operation and transportation the cylinders have a large explosion hazard.

Целью изобретения является повышение КПД электролизера, эксплуатация приспособления на транспортных средствах как накопителя механической энергии с одновременным питанием ДВС дешевым водородным топливом и снижение энергозатрат. The aim of the invention is to increase the efficiency of the electrolyzer, the operation of the device on vehicles as a storage of mechanical energy while supplying ICE with cheap hydrogen fuel and reducing energy consumption.

Цель достигается тем, что электролизер выполнен в виде тороидального прямоугольного сечения тела вращения вокруг оси, представляющего собой инерционный маховик накопителя энергии, собранный из отдельных кольцеобразных пористых пластин на основе пенометалла, обладающих низким гидравлическим сопротивлением, повышенной пористостью, высокой прочностью на основе никеля, при этом камера пористой пластины сварена тонкой металлической перфорированной стальной фольгой с входными и выходными каналами. Вал электролизера выполнен полым и содержит питающий насос электролита воды. Вторичная обмотка тороидального трансформатора скреплена с маховиком, а первичная обмотка установлена на неподвижной части корпуса. С корпуса выведены каналы к коллектору с уплотнениями для отвода водорода и кислорода. The goal is achieved in that the electrolyzer is made in the form of a toroidal rectangular section of the body of rotation around the axis, which is an inertial flywheel of an energy storage device assembled from separate annular porous plates based on foam metal, having low hydraulic resistance, increased porosity, and high strength based on nickel, while the chamber of the porous plate is welded with a thin metal perforated steel foil with inlet and outlet channels. The electrolyzer shaft is hollow and contains a water electrolyte feed pump. The secondary winding of the toroidal transformer is bonded to the flywheel, and the primary winding is mounted on the fixed part of the housing. Channels to the collector with seals for the removal of hydrogen and oxygen are removed from the housing.

На фиг.1-3 показан центробежный электролизер для получения кислорода и водорода. Электролизер содержит корпус 1, пористый с противоположным знаком электрод 2 с камерой 3 накопления кислорода и каналами, положительный пористый электрод 4 с камерой 5 и каналами, изоляционную пластину 6, питающий канал 7, кислородный коллектор 8 с выходным каналом 9, полый вал 10 электролизера, соединительную гайку 10а с уплотнительным кольцом 10б, упорное кольцо 10в, выходной канал 11 водорода, коллектор 12 с уплотнением, сборную заклепку 13, вторичную обмотку 14, первичную обмотку 15, выпрямитель 16а, круглый стержень 16, сборную заклепку 17 в центральной части, кожух 18 электролизера, шестеренчатый насос 19, пластмассовую шестерню 20, полый вал 21, нагнетающую трубку 22, соединенную с задней крышкой насоса через трубку 23 с уплотнительной гайкой 24, редукционный клапан 25, обратный канал 26, емкость 27, всасывающую трубку 28. Figure 1-3 shows a centrifugal electrolyzer to produce oxygen and hydrogen. The cell contains a housing 1, a porous electrode with an opposite sign 2 with an oxygen storage chamber 3 and channels, a positive porous electrode 4 with a chamber 5 and channels, an insulating plate 6, a supply channel 7, an oxygen collector 8 with an output channel 9, a hollow shaft 10 of the cell, a connecting nut 10a with a sealing ring 10b, a thrust ring 10b, a hydrogen output channel 11, a collector 12 with a seal, a rivet 13, a secondary winding 14, a primary winding 15, a rectifier 16a, a round pin 16, a rivet 17 in the central parts, casing 18 of the electrolyzer, gear pump 19, plastic gear 20, hollow shaft 21, discharge pipe 22 connected to the pump back cover through pipe 23 with sealing nut 24, pressure reducing valve 25, return channel 26, container 27, suction pipe 28.

Электролизер-маховик приводится во вращение с помощью ДВС от полого вала 10 и одновременно приводится во вращение от полого вала 21 насоса, установленного на одном валу с полым валом 10 электролизера, из емкости 27 через трубку 28 всасывается электролит (вода), нагнетается в трубки 22 и 23 по полому валу 10 и заполняет через канал 7 внутреннюю полость электролизера-маховика. The electrolyzer-flywheel is driven by the internal combustion engine from the hollow shaft 10 and simultaneously driven by the hollow shaft 21 of the pump, mounted on the same shaft as the hollow shaft 10 of the electrolyzer, electrolyte (water) is sucked from the tank 27 through the tube 28 and pumped into the tubes 22 and 23 along the hollow shaft 10 and fills through the channel 7 the internal cavity of the electrolyzer-flywheel.

При подключении электрического заряда к пористым электродам 2, 4 в зависимости от полярности формируются молекулярный водород и кислород, что приводит к повышению производительности установки. С повышением давления водорода в канале 11 и коллекторе 12 двигатель переводится в режим питания водородом и отключается от потребления углеводородного топлива. When an electric charge is connected to the porous electrodes 2, 4, depending on the polarity, molecular hydrogen and oxygen are formed, which leads to an increase in the productivity of the installation. With an increase in the pressure of hydrogen in the channel 11 and the collector 12, the engine is switched to the hydrogen supply mode and disconnected from the consumption of hydrocarbon fuel.

Предлагаемое устройство получения водорода и кислорода в эксплуатации безопасно, обеспечивает питанием ДВС. При пуске ДВС устройство потребляет малую долю углеводородного топлива. С увеличением давления водорода углеводородного топлива питание двигателя им отключается и он продолжает работать на водородном газе. The proposed device for producing hydrogen and oxygen in operation is safe, provides power to the internal combustion engine. When starting the engine, the device consumes a small fraction of hydrocarbon fuel. With an increase in the hydrogen pressure of hydrocarbon fuel, the engine power is turned off and it continues to run on hydrogen gas.

Применение центробежного электролизера с пористым электродом на основе никеля с открытой порой до 98%, низким гидравлическим сопротивлением, низкой плотностью (0,1-0,5 г/см³) в сочетании с высокой прочностью экономически выгодно (экономия топлива 80-90%) и не загрязняет окружающую среду вредными выхлопными газами.The use of a centrifugal electrolyzer with a porous nickel-based electrode with an open pore of up to 98%, low hydraulic resistance, low density (0.1-0.5 g / cm ³ ) in combination with high strength is economically advantageous (fuel economy 80-90%) and does not pollute the environment with harmful exhaust fumes.

Проводимые эксперименты показывают, что использование сжиженного водорода экономически невыгодно из-за огромных материальных затрат на строительство заправочных станций и др. оборудования и связано с большой взрывоопасностью. The experiments show that the use of liquefied hydrogen is economically disadvantageous due to the huge material costs for the construction of gas stations and other equipment and is associated with a large explosion hazard.

Центробежный электролизер для получения кислорода и водорода используется как накопитель энергии, улучшает технические и экономические характеристики транспортных средств. A centrifugal electrolyzer for oxygen and hydrogen is used as an energy storage device, improves the technical and economic characteristics of vehicles.

Claims

1. A CENTRIFUGAL ELECTROLYZER containing a cylindrical body, monopolar anodes and cathodes, product input and output collectors with through slots, fixed by metal rings, a transformer and a rectifier, characterized in that, in order to increase productivity, the anodes and cathodes are made in the form of porous plates with the formation of the accumulation chambers of hydrogen and oxygen, interconnected channels.

2. The electrolyzer according to claim 1, characterized in that it contains a hollow shaft with a pump and a check valve.

3. The cell according to paragraphs. 1 and 2, characterized in that the transformer is made of a toroidal shape and connected to the anodes, cathodes and a current source, and the secondary winding of the transformer is mounted on the housing.