ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ ЭЛЕКТРОЛИЗЕР Российский патент 1994 года по МПК F02M21/00 

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.

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.

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.

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.

Данный электролизер обладает теми же недостатками, что и вышеуказанная конструкция.

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.

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.

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).

Электролизеры к тому же не приспособлены для эксплуатации в транспортных средствах как накопитель механической энергии с одновременным питанием ДВС экономически чистым водородным топливом.

Баллоновая зарядка транспортных средств жидким водородом требует больших материальных затрат, причем при эксплуатации и транспортировке баллоны имеют большую взрывоопасность.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Центробежный электролизер для получения кислорода и водорода используется как накопитель энергии, улучшает технические и экономические характеристики транспортных средств.

Использование: для электролиза воды, обеспечения питания водородным топливом транспортных двигателей кораблей и лодок, железнодорожных, автомобильных и транспортных двигателей, а также специальной техники в химической промышленности и авиации. Сущность изобретения: центробежный электролизер содержит корпус цилиндрической формы, монополярные электроды, коллекторы ввода и вывода продукта, закрепленные металлическими кольцами и снабженные сквозными прорезями для сообщения электродов в корпусе электролизера-маховика, трансформатор и выпрямитель. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ ЭЛЕКТРОЛИЗЕР, содержащий корпус цилиндрической формы, монополярные аноды и катоды, коллекторы ввода и вывода продукта со сквозными прорезями, закрепленные металлическими кольцами, трансформатор и выпрямитель, отличающийся тем, что, с целью увеличения производительности, аноды и катоды выполнены в виде пористых пластин с образованием камер накопления водорода и кислорода, сообщающихся между собой каналами. 2. Электролизер по п.1, отличающийся тем, что он содержит полый вал с насосом и обратным клапаном. 3. Электролизер по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что трансформатор выполнен тороидальной формы и соединен с анодами, катодами и источником тока, причем вторичная обмотка трансформатора закреплена на корпусе.