NO323559B1

NO323559B1 - Apparatus and method for producing hydrogen by electrolysis

Info

Publication number: NO323559B1
Application number: NO20064407A
Authority: NO
Inventors: Age Jorgen Skomsvold
Original assignee: Briljant Energy Ldt
Priority date: 2005-11-25
Filing date: 2006-09-29
Publication date: 2007-06-11
Also published as: NO20064407L

Abstract

Oppfinnelsen er relatert til en anordning for å produsere hydrogen ved elektrolyse. Anordningen inkluderer en skivestruktur (120) med et ringformet elektrolysekammer ved periferien. Elektrolysekammeret inkluderer første (105) og andre (106) sirkulære elektroder. Elektrodene er arrangert parallelt omkring periferien av skivestrukturen. Skivestrukturen roteres, hvorved elektrolysen gjennomføres under høyt G- forhold. Gasser produsert i det ringformede elektrolysekammeret blir kraftig separert fra elektrolytt. Elektrolysen kan også gjennomføres under superkritiske forhold, med hydrokarboner, hvor effektiviteten øker.The invention relates to a device for producing hydrogen by electrolysis. The device includes a disc structure (120) with an annular electrolysis chamber at the periphery. The electrolytic chamber includes first (105) and second (106) circular electrodes. The electrodes are arranged in parallel around the periphery of the disk structure. The disk structure is rotated, whereby the electrolysis is carried out under high G conditions. Gases produced in the annular electrolysis chamber are severely separated from electrolyte. The electrolysis can also be performed under supercritical conditions, with hydrocarbons, where efficiency increases.

Description

Oppfinnelsens område Field of the invention

Den aktuelle oppfinnelsen er relatert til produksjon av hydrogen. The invention in question is related to the production of hydrogen.

Teknisk bakgrunn Technical background

Hydrogen er spådd en stor fremtid som energiressurs, blant annet i bilindustrien. Hydrogen is predicted to have a great future as an energy resource, including in the automotive industry.

Hydrogen produseres med mange metoder. Fortiden blir det meste hydrogen produsert ved dampreformering av naturgass. Imidlertid blir C02 produsert som et biprodukt, som gjør denne produksjonsmetoden mindre miljøvennlig. Hydrogen is produced by many methods. In the past, most hydrogen was produced by steam reforming of natural gas. However, C02 is produced as a by-product, which makes this production method less environmentally friendly.

Et annet alternativ er ved direkte elektrolyse av vann. Dette produserer et meget rent produkt, om det primære av elektrisitetsproduksjonen overses. Konvensjonell vannelektrolyse har vært i kommersiell bruk i minst 80 år, men for tiden produseres det bare noen få prosent av verdens hydrogenbehov ved denne metoden. Vannelektrolyse vil sannsynligvis finne anvendelser i land hvor elektrisitet er lett tilgjengelig og billig, fra store vannkraftanlegg, eller for regulering av energi fra atomkraftanlegg, hvor overskytende energi er tilgjengelig om natten. Another alternative is by direct electrolysis of water. This produces a very clean product, if the primary of the electricity production is overlooked. Conventional water electrolysis has been in commercial use for at least 80 years, but currently only a few percent of the world's hydrogen needs are produced by this method. Water electrolysis is likely to find applications in countries where electricity is readily available and cheap, from large hydropower plants, or for regulating energy from nuclear power plants, where excess energy is available at night.

Den klassiske metoden for vannelektrolyse består av en positiv (anode) og negativ (katode) elektrode i en beholder med en vannløsning av alkalisk elektrolytt (lut). Hydrogen produseres ved katoden og oksygen ved anoden. Gassene separeres av en ioneledende skillevegg. Hydrogenet akkumuleres, renses (for elektrolytt, damp, oksygen og vann) og trykksettes før levering til kunden. Moderne elektrolysører oppnår en effektivitet av omkring 65 %. En kilde til tap er vandringen av ioner gjennom elektrolytt. En annen ulempe som begrenser energigjennomstrømningen i en elektrolyttcelle er at gassene som formes på elektrodene fortynner elektrolytten, dvs. gassene forhindrer tilstrekkelig elektrolytt i å nå elektrodene. Til mottiltak for denne virkningen, blir elektrodene laget med stor overflate. The classic method of water electrolysis consists of a positive (anode) and negative (cathode) electrode in a container with a water solution of alkaline electrolyte (lye). Hydrogen is produced at the cathode and oxygen at the anode. The gases are separated by an ion-conducting partition. The hydrogen is accumulated, purified (for electrolyte, steam, oxygen and water) and pressurized before delivery to the customer. Modern electrolysers achieve an efficiency of around 65%. One source of loss is the migration of ions through the electrolyte. Another disadvantage that limits the energy flow in an electrolytic cell is that the gases formed on the electrodes dilute the electrolyte, i.e. the gases prevent sufficient electrolyte from reaching the electrodes. To counteract this effect, the electrodes are made with a large surface area.

For tiden, gjør GHW i Tyskland forsøk på å utvikle en prosess for høytrykks vannelektrolyse, på trykk opp til 5 MPa. De sikter mot å utvikle en prosess med en forbedret operasjonseffektivitet med sterkt varierte laster, f.eks. fra vindkraftstasjoner. På grunn av det høye trykket, blir gassene som produseres på elektrodene komprimert i mindre bobler, som letter strømningen av elektrolytt til elektrodene. Kokepunktet vil også forhøyes, hvorfor også mindre damp blir produsert. Imidlertid, er trykket enda lavt sammenliknet med lagertrykket av hydrogengassen som vanligvis er på 20-70 MPa. Currently, GHW in Germany is attempting to develop a process for high-pressure water electrolysis, at pressures up to 5 MPa. They aim to develop a process with an improved operational efficiency with highly varied loads, e.g. from wind power stations. Due to the high pressure, the gases produced on the electrodes are compressed into smaller bubbles, which facilitate the flow of electrolyte to the electrodes. The boiling point will also be raised, which is why less steam is also produced. However, the pressure is still low compared to the storage pressure of the hydrogen gas which is usually 20-70 MPa.

Andre prøver å utvikle en prosess for elektrolyse ved høy temperatur. Idéen er at deler av energien som kreves for vannseparering kommer fra oppvarming. Others are trying to develop a process for electrolysis at high temperature. The idea is that part of the energy required for water separation comes from heating.

Fra Japansk publikasjon JP56096084 er det kjent en anordning for å produsere hydrogen og oksygen. Nevnte innretning inkluderer et roterende elektrolysekammer med radiale elektroder. Å rotere kammeret er fordelaktig, da dette hurtig separerer gassene fra elektrolytten. Imidlertid, ved rotasjon blir elektrolytten forskjøvet tangentialt i kammeret mellom de radiale elektrodene, noe som reduserer det effektive på elektrolyseareal. Videre vil den radiale konstruksjonen ha strukturelle svakheter og forhindrer høy rotasjonshastighet. Elektrolysen er tilpasset for gjennomføring ved lav overspenning, og kan ikke levere gasser med høyere trykk enn i den leverte elektrolytt. A device for producing hydrogen and oxygen is known from Japanese publication JP56096084. Said device includes a rotating electrolysis chamber with radial electrodes. Rotating the chamber is advantageous as this quickly separates the gases from the electrolyte. However, upon rotation, the electrolyte is displaced tangentially in the chamber between the radial electrodes, which reduces the effective electrolysis area. Furthermore, the radial construction will have structural weaknesses and prevent high rotational speed. The electrolysis is adapted for carrying out at low overvoltage, and cannot deliver gases with a higher pressure than in the delivered electrolyte.

Andre eksempler på roterende elektrolysekammer er kjent fra US-patent 3119759 og europeisk patentsøknad EP 1130134. Other examples of rotating electrolysis chambers are known from US patent 3119759 and European patent application EP 1130134.

Sammenfatning av oppfinnelsen Summary of the Invention

Den aktuelle oppfinnelsen er en anordning for å produsere hydrogen fra vann med elektrolyse og ved høyt trykk, samt en fremgangsmåte for å produsere hydrogen ved hjelp av anordningen. The invention in question is a device for producing hydrogen from water with electrolysis and at high pressure, as well as a method for producing hydrogen using the device.

Anordningen ifølge oppfinnelsen er kompakt og effektiv, og har en høy produksjonsrate. The device according to the invention is compact and efficient, and has a high production rate.

Fordelene med oppfinnelsen kommer av at elektrolysen gjennomføres under høyt G forhold, dvs. i en kombinert elektrolyse celle og rotasjonsseparatorinnretning. Den høye G betyr at gass boblene som produseres ved elektrolysen blir små og vil hurtig separeres fra elektrolytten. Følgelig vil tilstrekkelig elektrolytt omgi elektrodene hele tiden, hvorfor anordningen er utformet med små elektroder men likevel produserer gasser med høy gjennomstrømning. Enhver produsert damp har meget høyere tetthet enn gassene og separeres lett, dvs. meget lite eller ingen damp forblir i gassene. Innretningen leverer gassene til normalt lagringstrykk. The advantages of the invention come from the fact that the electrolysis is carried out under high G conditions, i.e. in a combined electrolysis cell and rotary separator device. The high G means that the gas bubbles produced by the electrolysis will be small and will quickly separate from the electrolyte. Consequently, sufficient electrolyte will surround the electrodes at all times, which is why the device is designed with small electrodes but still produces gases with a high throughput. Any vapor produced has a much higher density than the gases and separates easily, ie very little or no vapor remains in the gases. The device delivers the gases to normal storage pressure.

Omfanget av oppfinnelsen defineres i de tilføyde krav. The scope of the invention is defined in the appended claims.

Kort beskrivelse av tegningene Brief description of the drawings

Oppfinnelsen blir nå beskrevet i detalj med henvisning til de vedlagte tegninger, hvor: The invention is now described in detail with reference to the attached drawings, where:

Fig. 1 er et langsgående snitt gjennom en utførelsesform av oppfinnelsen, Fig. 1 is a longitudinal section through an embodiment of the invention,

Fig. 2 er et tverrsnitt av utførelsesformen vist i Fig. 1, Fig. 2 is a cross-section of the embodiment shown in Fig. 1,

Fig. 3 er et langsgående snitt gjennom en annen utførelsesform av oppfinnelsen. Fig. 3 is a longitudinal section through another embodiment of the invention.

Detaljert beskrivelse Detailed description

Fig. 1 viser prinsipielle deler av oppfinnelsen, nemlig en sylindrisk trommel eller skiveliknende struktur 120 med hule akslinger 121, 122. Akslingene 121, 122 ligger an i lager og er forbundet med drivorganer som er innrettet til å rotere skiven 120 (ikke vist). Strukturen inkluderer en inngangskanal 103, hvor elektrolytt eller vann ledes til elektrolyse. Inngangskanalen plasseres i senter av akslingen 121, og leder ut i en synkekanal 104. Væsken slynges utover i synkekanalen 104 på grunn av sentrifugalkraften. Synkekanalen 104 kan realiseres som et flatt skivelignende kammer, mulig med skovler, eller som rør eller hule eiker som fører fra senterdelen av skiven til periferien. I utførelsesformen som vist i figuren, vil skovlene fungere også som støttedeler for å binde strukturen sammen. I periferien vil væsken komme i kontakt med elektrodene 105, 106 i elektrolysekammeret, som henholdsvis er katode 105 og anode 106. Fig. 1 shows principal parts of the invention, namely a cylindrical drum or disk-like structure 120 with hollow shafts 121, 122. The shafts 121, 122 rest in bearings and are connected to drive means which are arranged to rotate the disk 120 (not shown). The structure includes an entrance channel 103, where electrolyte or water is led for electrolysis. The inlet channel is placed in the center of the shaft 121, and leads out into a sink channel 104. The liquid is flung outwards into the sink channel 104 due to the centrifugal force. The sink channel 104 can be realized as a flat disk-like chamber, possibly with vanes, or as tubes or hollow spokes leading from the central part of the disk to the periphery. In the embodiment shown in the figure, the vanes will also function as support parts to bind the structure together. In the periphery, the liquid will come into contact with the electrodes 105, 106 in the electrolysis chamber, which are cathode 105 and anode 106 respectively.

Elektrodene er formet som ringformede plater og kan med fordel kan være perforert eller porøs som vil lette strømningen av elektrolytt omkring og mellom elektrodene, og gir ett stort overflateareal. Elektrolytten vil også strømme tangentialt langs elektrodene. Dette er også fordelaktig da det «børster av» gassboblene og følgelig gir god kontakt mellom elektrolytt og elektroder. Elektrodene er koplet til elektriske ledere 101, 102 som leder til sleperinger på akslingen 121, og videre til en kilde av DC elektrisk spenning (ikke vist). De produserte gassene fjernes gjennom hydrogenkanal 107 og oksygenkanal 108. Hydrogenkanalen 107 (som kan være et skivelignende kammer med radiale vegger fra akkurat ovenfor elektrodene) eller flere rør eller hule eiker, liknende til inngangskanal 104, er koplet til en hydrogenutgangskanal i senter av akslingen 122, og frem til hydrogenoppsamlingskammer på enden av akslingen 122. Oppsamlingskamrene 110 er stasjonære og koplet til akslingen med tetningsringer. Slik at, hydrogen ledes via hydrogenutløpsrøret 112. Likedan vil, oksygen ledes gjennom oksygenstigekanal 108, til en oksygenutgangskanal og et oksygenoppsamlingskammer som leder til oksygenutløpsrøret 113. The electrodes are shaped like annular plates and can advantageously be perforated or porous, which will facilitate the flow of electrolyte around and between the electrodes, and provide a large surface area. The electrolyte will also flow tangentially along the electrodes. This is also advantageous as it "brushes off" the gas bubbles and consequently provides good contact between electrolyte and electrodes. The electrodes are connected to electrical conductors 101, 102 which lead to slip rings on the shaft 121, and further to a source of DC electrical voltage (not shown). The produced gases are removed through hydrogen channel 107 and oxygen channel 108. Hydrogen channel 107 (which can be a disc-like chamber with radial walls from just above the electrodes) or several tubes or hollow spokes, similar to input channel 104, is connected to a hydrogen output channel in the center of shaft 122 , and up to the hydrogen collection chamber at the end of the shaft 122. The collection chambers 110 are stationary and connected to the shaft with sealing rings. So that, hydrogen is led via the hydrogen outlet pipe 112. Similarly, oxygen is led through the oxygen riser channel 108, to an oxygen outlet channel and an oxygen collection chamber that leads to the oxygen outlet pipe 113.

Ved høytrykket som dannes i periferien av skiven, vil størrelsen av gassboblene som dannes på elektrodene blir meget små, og vil meget lett forlate elektrodene. Rotasjonen av skiven øker G feltet i periferien av skiven. Følgelig, vil gravitasjonskraftforskjellene mellom gasser og elektrolytt stige, som betyr at gassene utvikler stor oppdriftskraft. Gassene blir hurtig separert fra elektrolytt, som betyr at mer elektrolytt er i kontakt med elektrodene sammenliknet med tidligere klassiske statiske elektrolyse kamre. Det betyr at elektrolysen kan fortsette effektivt også med små elektroder og lite volum på elektrolysekammeret i den oppfinneriske anordning. Trykket i gassene fastsettes av ventiler på utløpsrørene (ikke vist). Ved optimal regulering av ventilene, kan gassene leveres til høytrykk. Om enheten er montert vertikalt, kan trykket i kanalene reguleres for å tillate enheten å «flyte» på lagrene for å senke friksjon. At the high pressure that forms in the periphery of the disc, the size of the gas bubbles that form on the electrodes will be very small, and will very easily leave the electrodes. The rotation of the disc increases the G field at the periphery of the disc. Consequently, the gravitational force differences between gases and electrolyte will rise, which means that the gases develop a large buoyancy force. The gases are quickly separated from the electrolyte, which means that more electrolyte is in contact with the electrodes compared to previous classical static electrolysis chambers. This means that the electrolysis can continue efficiently even with small electrodes and a small volume of the electrolysis chamber in the inventive device. The pressure in the gases is determined by valves on the outlet pipes (not shown). With optimal regulation of the valves, the gases can be delivered at high pressure. If the unit is mounted vertically, the pressure in the channels can be regulated to allow the unit to "float" on the bearings to lower friction.

Oppfinnelsen kan operere med DC spenninger som akkurat så vidt overskrider de nødvendige spenningene for start og opprettholdelse av elektrolysen. Da vil hydrogen produseres i et begrenset område omkring anoden, og oksygen bli produsert på katoden. Den produserte gassen stiger inn i hver utløpskanal og meget lite av «gal» gass kommer til hver kanal. The invention can operate with DC voltages that just barely exceed the necessary voltages for starting and maintaining the electrolysis. Then hydrogen will be produced in a limited area around the anode, and oxygen will be produced on the cathode. The produced gas rises into each outlet channel and very little of the "mad" gas reaches each channel.

Imidlertid, er oppfinnelsen også mulig å operere ved superkritisk trykk/temperaturer som er tilstede i elektrolyse kammer. Superkritisk forhold finnes på trykk over 222 bar og temperaturer over 374 °C. However, the invention is also possible to operate at supercritical pressure/temperatures present in the electrolysis chamber. Supercritical conditions exist at pressures above 222 bar and temperatures above 374 °C.

Ved superkritisk forhold, blir spenningen på elektrodene økt («overspenning») fra minimumsforholdet beskrevet over. Spenningen kan øke til lysbue forekommer, og dette forhold opprettholdes. Økt spenning gir mulighet for økt produksjonsrate, men i tidligere kjente elektrolyseanlegg blir damp produsert på grunn av lysbuen. Under superkritiske forhold er dette ikke av noe betydning da dampen oppfører seg som en væske. Superkritisk vann har høyere tetthet enn gassene, og forblir derfor ved elektrodene. Følgelig er superkritisk forhold meget fordelaktig for elektrolysen. At supercritical conditions, the voltage on the electrodes is increased ("overvoltage") from the minimum condition described above. The voltage can increase until arcing occurs, and this condition is maintained. Increased voltage allows for an increased production rate, but in previously known electrolysis plants, steam is produced due to the electric arc. Under supercritical conditions this is of no importance as the steam behaves like a liquid. Supercritical water has a higher density than the gases, and therefore remains at the electrodes. Consequently, supercritical conditions are very beneficial for the electrolysis.

Varme produsert i elektrolysekammer fra lysbuen kan overføres til elektrolytt i innkanal 103 ved bruk av en varmeveksler, som effektivt gjenvinner den brukte energi. Et alternativ til bruk av overspenningselektrolyse er å forsyne ytterligere energi (oppvarming) til elektrolysekammer fra en ytre kilde, og drive elektrolysecellen på lavere spenninger. Heat produced in the electrolysis chamber from the arc can be transferred to electrolyte in inlet channel 103 using a heat exchanger, which effectively recovers the used energy. An alternative to using overvoltage electrolysis is to supply additional energy (heating) to the electrolysis chamber from an external source, and operate the electrolysis cell at lower voltages.

På den annen side, om strukturen må kjøres på en lavere temperatur, f.eks. på grunn av materialvalg som ikke tåler høy temperatur. Varmen kan da fjernes ved å tilføre mer elektrolytt eller vann enn det som forbrukes i elektrolyseprosessen. Overflødig elektrolytt/vann fjernes da fra en hjelpekanal (ikke vist). On the other hand, if the structure has to be run at a lower temperature, e.g. due to the choice of material that cannot withstand high temperatures. The heat can then be removed by adding more electrolyte or water than is consumed in the electrolysis process. Excess electrolyte/water is then removed from an auxiliary channel (not shown).

Tilsetningsstoffer som inneholder hydrogen, slik som hydrokarboner, kan tilsettes elektrolytt, enten i inngangskanal 103 eller direkte i elektrolysekammer. Elektrolytt og tilsetningsstoffer vil splittes til hydrogen, andre gasser og hydrokarbonrester. Hydrogen «flyter» på de andre konsistensene i hydrogenkanalen 107. Trykk i hydrogen og oksygenkanaler styres av ventiler på utløp slik at elektrolytt/hydrokarbonnivået i hydrogenkanalen holdes i nivå med periferien av oppdelingsveggen som separerer nevnte kanaler, mens elektrolytt/hydrokarbonnivået i oksygenkanalen tillates å stige et stykke inn i kanalen. Da vil de andre gassene og hydrokarbonrester «boble» over til oksygenkanalen. Additives containing hydrogen, such as hydrocarbons, can be added to the electrolyte, either in the inlet channel 103 or directly in the electrolysis chamber. Electrolyte and additives will split into hydrogen, other gases and hydrocarbon residues. Hydrogen "floats" on the other consistencies in the hydrogen channel 107. Pressure in the hydrogen and oxygen channels is controlled by valves on the outlet so that the electrolyte/hydrocarbon level in the hydrogen channel is kept at a level with the periphery of the dividing wall that separates said channels, while the electrolyte/hydrocarbon level in the oxygen channel is allowed to rise some distance into the channel. Then the other gases and hydrocarbon residues will "bubble" over to the oxygen channel.

Enheten kan inkludere ytterligere inntakskanaler (ikke vist) for å levere andre tilsetningsstoffer til elektrolysekammer, nevnte tilsetningsstoffer kan senke energien som er nødvendig for elektrolysen, følgelig at de fungerer som katalysatorer. Tilsetningsstoffene kan være jodider eller bromider, eller blandinger av de samme eller liknende kjemikalier. Fig. 2 viser et tverrsnitt gjennom skivestrukturen av Fig. 1, i området av elektrodene. Elektrolytt eller vann går inn i anordningen gjennom inn kanal 203 i senter og tvinges ut mot periferien hvor den kommer i kontakt med de ringformede hydrogen- og oksygenelektroden 205, 206. Gassene flyter den motsatte veg på grunn av forskjellene i tyngdetetthet. Fig. 3 fremstiller en annen utførelsesform av oppfinnelsen, hvor elektrolyse prosessen suppleres med hydrokarbonreformering. Bare aksen og en halvdel av skivestrukturen er vist; den andre halvdel er et speilbilde av den halve struktur som vises. The unit may include additional intake channels (not shown) to deliver other additives to the electrolysis chamber, said additives may lower the energy required for the electrolysis, thus acting as catalysts. The additives can be iodides or bromides, or mixtures of the same or similar chemicals. Fig. 2 shows a cross-section through the disc structure of Fig. 1, in the area of the electrodes. Electrolyte or water enters the device through inlet channel 203 in the center and is forced out towards the periphery where it comes into contact with the ring-shaped hydrogen and oxygen electrodes 205, 206. The gases flow the opposite way due to the differences in density. Fig. 3 shows another embodiment of the invention, where the electrolysis process is supplemented with hydrocarbon reforming. Only the axis and one half of the disc structure are shown; the other half is a mirror image of the half structure shown.

Den roterende hydrogenproduserende enhet er innkapslet i et vakuumhus 301 med lager 302a, 302b på akslingen på enheten. Enheten roterer ved hjelp av en motor 304. Vakuum etableres innenfor beskyttelseshuset 301 med en vakuumpumpe 303. Vakuumet forhindrer luftmotstand på den roterende enhet, og isolerer enheten mot varmetap og støy. The rotating hydrogen producing unit is enclosed in a vacuum housing 301 with bearings 302a, 302b on the shaft of the unit. The unit rotates with the help of a motor 304. A vacuum is established within the protective housing 301 with a vacuum pump 303. The vacuum prevents air resistance on the rotating unit, and insulates the unit against heat loss and noise.

Når rotasjonen har startet, vil vann/elektrolytt pumpes inn med høytrykkpumpen 305, hvor vann/elektrolytt pumpes gjennom forvarmerkammer 306 (som brukes for hurtig å Once the rotation has started, water/electrolyte will be pumped in with the high-pressure pump 305, where water/electrolyte is pumped through preheater chamber 306 (which is used for rapid

etablere arbeidstemperaturen) til et slepekammer 307a. Slepekammeret 307a omgir og tetter omkring akslingen. Elektrolytt/vannfluidet sendes til en sekundær varmingsveksler 308 (hvor varme gasser fra elektrolysecellen gir oppvarming til væsken) og videre til en hovedvarmeveksler 309 (som omslutter elektrolysecellen) og deretter til elektrolysecelle 310. Hver elektrode 311 i elektrolysecelle 310 forsynes med DC elektrisk spenning via isolerte ledere fra kontakter 312a, 312b plassert på hver ende av akslingen. Hydrogen strømmer inn i hydrogenkanal 313, gjennom sekundær varmeveksler 308 og inn i slepekammer 307e. Reguleringsventil 314c regulerer utstrømningen av hydrogen til enda en varmeveksler 315 og akkumulator 316. Samtidig vil trykket i hydrogenkanalen 313 reguleres, som forklart for den første utførelsesform i Fig. 1. Oksygen taes ut gjennom en korresponderende oksygenkanal 318a, 318c, 318d via sekundær varmeveksler 308, slepekammer 307c, reguleringsventil 314a, varmeveksler 315 og akkumulator 319. Hydrogen rester i oksygenkanal 318 separeres inn i en dedikert kanal 320 via sekundær oppvarmingsveksler 308, slepekammer 307d, reguleringsventil 314b, oppvarmingsveksler 315 og akkumulator 321. establish the working temperature) of a drag chamber 307a. The towing chamber 307a surrounds and seals around the axle. The electrolyte/water fluid is sent to a secondary heat exchanger 308 (where hot gases from the electrolysis cell provide heating to the liquid) and further to a main heat exchanger 309 (which encloses the electrolysis cell) and then to electrolysis cell 310. Each electrode 311 in electrolysis cell 310 is supplied with DC electrical voltage via isolated conductors from contacts 312a, 312b located at each end of the shaft. Hydrogen flows into hydrogen channel 313, through secondary heat exchanger 308 and into tow chamber 307e. Control valve 314c regulates the outflow of hydrogen to yet another heat exchanger 315 and accumulator 316. At the same time, the pressure in the hydrogen channel 313 will be regulated, as explained for the first embodiment in Fig. 1. Oxygen is taken out through a corresponding oxygen channel 318a, 318c, 318d via secondary heat exchanger 308 , drag chamber 307c, control valve 314a, heat exchanger 315 and accumulator 319. Hydrogen residues in oxygen channel 318 are separated into a dedicated channel 320 via secondary heating exchanger 308, drag chamber 307d, control valve 314b, heating exchanger 315 and accumulator 321.

Hydrokarboner tilføres i linjen som starter med varmeveksleren 322 (hvor hydrokarbonene avkjøles, for å øke deres tetthet, og derved sentrifugalkraften som virker på hydrokarbonene) og pumpen 323. Varmeveksleren 322 er et alternativ, og kan i noen eksempler være unødvendig, f.eks. om de tilførte hydrokarboner ikke er gasser. Den annen side av varmeveksleren 322 forsynes med kalde gasser, f.eks. produserte gasser tillates å utvide seg. Det kalde hydrokarbonfluidet sendes via slepekammer 307b inn i kanaler som fører til hovedoppvarmingsveksleren 309, hvor kontrollert mengde tilføres til elektrolytt/vannet i elektrolysecelle 310. Fluid eller faste rester med høyere tetthet enn elektrolytt/vannet fjernes gjennom en tetthetsforskjellsreguleringsventil 325 og klaffeventiler 326 langs randen av vakuumkammeret 301. Restene samles i akkumulatortank 324. Den indre vegg av oksygenkammeret kan være dekket med en rekke katalysatorer (nikkel, kobber, sink, osv.) som virker på hydrokarbonrester som følger med oksygenet inn i nevnte kammer, for å trekke ut mer hydrogen fra hydrokarbonmaterien. Kanalene 318a, 318b kan også være dekket av katalysatorer for det samme formål. Hydrocarbons are fed into the line starting with the heat exchanger 322 (where the hydrocarbons are cooled, to increase their density, and thereby the centrifugal force acting on the hydrocarbons) and the pump 323. The heat exchanger 322 is an alternative, and in some examples may be unnecessary, e.g. if the added hydrocarbons are not gases. The other side of the heat exchanger 322 is supplied with cold gases, e.g. produced gases are allowed to expand. The cold hydrocarbon fluid is sent via drag chamber 307b into channels leading to the main heat exchanger 309, where a controlled amount is supplied to the electrolyte/water in the electrolytic cell 310. Fluid or solid residues with a higher density than the electrolyte/water are removed through a density difference control valve 325 and flap valves 326 along the edge of the vacuum chamber 301. The residues are collected in accumulator tank 324. The inner wall of the oxygen chamber can be covered with a variety of catalysts (nickel, copper, zinc, etc.) which act on hydrocarbon residues that accompany the oxygen into said chamber, to extract more hydrogen from the hydrocarbon matter. The channels 318a, 318b can also be covered with catalysts for the same purpose.

I utførelsesformen vist i Fig. 3 brukes ingen skillevegg ved separering av gassene (som i Fig. 1). Hydrogen flyter på oksygenet. Følgelig vil oksygenet fjernes fra elektrolysekammeret gjennom en horisontal kanal plassert på sidene av kammeret. In the embodiment shown in Fig. 3, no partition is used when separating the gases (as in Fig. 1). Hydrogen floats on the oxygen. Accordingly, the oxygen will be removed from the electrolysis chamber through a horizontal channel placed on the sides of the chamber.

Mens utførelsesformen av oppfinnelsen illustrert i Fig. 3 separerer de produserte gassene inn i flere kanaler, kan innretningen utstyres med flere kanaler som tillater hver gasskomponent å separeres inn i separate kanaler, f.eks. hydrogen, oksygen, karbon monoksid og karbondioksid kanaler. While the embodiment of the invention illustrated in Fig. 3 separates the produced gases into several channels, the device can be equipped with several channels which allow each gas component to be separated into separate channels, e.g. hydrogen, oxygen, carbon monoxide and carbon dioxide channels.

Skivestrukturen kan produseres av materialer med den påkrevde styrke for å motstå kreftene som oppstår ved rotasjon i høy hastighet. Strukturen må være lett i vekt for å begrense nevnte krefter. Strukturen kan være utformet i metall, med elektrodene isolert fra resten av strukturen, eller fra et keramisk eller kompositt stoff. Sentrifugalkreftene fastsettes av rotasjonsfarten og diameteren av skiveenheten, som er tilpasset til kreftene tillatt for materialene som brukes. The disc structure can be manufactured from materials with the required strength to withstand the forces generated by high speed rotation. The structure must be light in weight to limit said forces. The structure can be designed in metal, with the electrodes isolated from the rest of the structure, or from a ceramic or composite material. The centrifugal forces are determined by the speed of rotation and the diameter of the disc unit, which is adapted to the forces allowed for the materials used.

For å begrense rotasjonsfarten og belastningene plassert på skivestrukturen, kan den roterende enhet beskrevet så langt være forankoblet med en pumpeenhet som leverer trykksatt vann/elektrolytt. Følgelig, kan elektrolyse enhet drives på en lavere rotasjonshastighet som betyr lavere sentrifugalkraft som virker på skivestrukturen. In order to limit the rotational speed and the loads placed on the disc structure, the rotating unit described so far can be connected to a pump unit that delivers pressurized water/electrolyte. Consequently, the electrolysis unit can be operated at a lower rotational speed which means lower centrifugal force acting on the disk structure.

For å unngå at elektrodene blir brutt ned av krystallisering, kan polariteten av elektrodene forandres ved intervaller, selv om det betyr at gassutløpskanalene må veksles. Bemerker at i utførelsesformen vist i Fig. 3, er det unødvendig å veksle om utløpskanaler. To avoid the electrodes being broken down by crystallization, the polarity of the electrodes can be changed at intervals, even if this means that the gas outlet channels must be alternated. Note that in the embodiment shown in Fig. 3, it is unnecessary to change outlet channels.

Figurene må bare sees på som skjematiske tegninger som illustrerer prinsippene av oppfinnelsen, og ikke nødvendigvis viser den virkelige verdens fysiske realisering av oppfinnelsen. Oppfinnelsen kan bruke mange forskjellige materialer og arrangementer av dets komponenter. Slik realisering er innenfor evnene for en fagperson på området. The figures are to be regarded only as schematic drawings illustrating the principles of the invention, and do not necessarily show the real world physical realization of the invention. The invention may use many different materials and arrangements of its components. Such realization is within the capabilities of a professional in the field.

Claims

1. A device for producing hydrogen by electrolysis, wherein said device includes a disk structure (120) with a shaft (121,122) which includes a first intake channel (103), characterized in that the intake channel (103) branches out into a sink channel (104) for the delivery of water/electrolyte to an electrolysis chamber at the periphery of the disk structure (120), the electrolysis chamber being connected to riser channels (107,108) which branch into separate outlet channels in the shaft (122), one of the riser channels being arranged as a hydrogen channel (107) adapted to remove hydrogen produced in the electrolysis chamber, the hydrogen channel (107) being connected to a hydrogen outlet channel in the shaft (122), and a hydrogen outlet valve being adapted to control the pressure in the hydrogen gas, the device further including first and second electrodes (105, 106) in said electrolysis chamber, as well as means for supplying DC electric current to said electrodes (105, 106) from insulated conductors (101, 102), and drive means for rotating said disk structure (120) , said first and second electrodes (105, 106) being parallel and arranged tangentially along the periphery of said disc structure (120).

2. A device according to claim 1, characterized in that the sink channel is designed as a disk-like channel.

3. A device according to claim 1, characterized in that the sink channel is designed as a tube that runs from the central part of the disc structure into the electrolysis chamber at the periphery.

4. A device according to claim 1, characterized in that a second riser channel is arranged as an oxygen channel (108) adapted to remove oxygen produced in the electrolysis chamber, an oxygen outlet valve being adapted to control the pressure in the oxygen gas.

5. A device according to claim 1, characterized in that said device includes a second intake channel adapted to supply hydrocarbons or other chemicals to the electrolysis chamber.

6. A device according to claim 5, characterized in that a second riser channel is arranged as a channel adapted to remove CO2 produced in the electrolysis chamber, a valve being arranged to control the pressure in the CCV gas.

7. A device according to claim 1, characterized in that said device includes a pump adapted to create excess pressure in the water/electrolyte before it is led to the disc structure.

8. A device according to claim 1, characterized in that said device is adapted to run with supercritical conditions in said electrolysis chamber.

9. A device according to claim 1, characterized in that said device is adapted to run with DC voltage between the electrodes (105, 106) to produce an arc between said electrodes.

10. A device according to claim 1, characterized in that said device includes at least one heat exchanger which transfers heat from produced gas to the water/electrolyte.

11. A device according to claim 4, characterized in that said device includes one or more catalysts in the oxygen channel.

12. A device according to claim 11, characterized in that said device includes a sequence of catalysts, which contain at least nickel, copper and zinc.

13. A device according to claim 1, characterized in that said device includes a vacuum protection chamber which encloses said disk structure.

14. A device according to claim 13, characterized in that said vacuum protection chamber includes a vacuum pump.

15. A device according to claim 1, characterized in that it includes several intake channels and sink channels for supplying more substances to reduce the required electrolysis energy.

16. A device according to claim 1, characterized in that several outlet channels are arranged with a control valve from the electrolysis chamber to lead out electrolyte, steam and other gases from the electrolysis chamber.

17. A device according to claim 1, characterized in that it includes a density regulating valve at the periphery in order to regulate out into the periphery substance that is heavier than water/electrolyte.

18. Process for producing hydrogen by electrolysis, characterized by the passage of water/electrolyte through a first intake channel (103) in a shaft (121, 122) to a disk structure (120), and further through a sink channel to an electrolysis chamber at the periphery of the disk structure (120), supply of DC electric current to first and second electrodes (105, 106) which are arranged parallel and tangentially in the electrolysis chamber along the periphery of said disk structure (120), rotation of the disk structure by suitable means, removal of produced hydrogen gas from the electrolysis chamber through a riser channel designed as a hydrogen channel (107), as the hydrogen gas is carried on through a hydrogen outlet channel in the shaft (122) and a hydrogen outlet valve, as the pressure in the hydrogen gas is controlled by regulating the hydrogen outlet valve.