BE1018392A5 - Elektrolysesysteem. - Google Patents

Abstract

Elektrolysemethode voor het afscheiden van elektrolysegassen uit een vloeibaar elektrolyt over ten minste een onder elektrische spanning gezette elektrolyse-elektrode, waarbij geloemde elektrolyse-elektrode kunstmatig met een resonantiefrequentie wordt getrild en genoemde elektrische spanning van de elektrolyse-elektrode met een lagere harmonische frequentie van genoemde resonantiefrequentie oscilleert.

Description

“Elektrolvsesvsteem”

Deze uitvinding heeft betrekking op een elektrolysemethode, een elektrolyse-elektrode, een elektrolysevat, een elektrolyse-inrichting, en een systeem voor het gebruik van elektrolysegassen voor verbranding, in het bijzonder voor verbrandingsmotoren, bijvoorbeeld zuiger- of turbinemotoren.

Het is al langer bekend om waterstof en zuurstof, of een stoichiometrisch mengsel ervan (het zogenoemde knalgas of “Browns gas"), door elektrolyse uit water te gewinnen. Er werd ook al langer voorgesteld om elektriciteit uit hernieuwbare energiebronnen in deze elektrolyse te gebruiken om daardoor de door de elektrolyse gewonnen waterstof als hernieuwbare brandstof te kunnen gebruiken. Tot op heden hebben deze voorstellen een beperkt succes gehad, vooral wegens het lage rendement van bestaande elektrolyse-inrichtingen.

Het is de bedoeling van onderhavige uitvinding, om het rendement van een elektrolysemethode voor het afscheiden van een gas uit een vloeibaar elektrolyt over ten minste, een onder elektrische spanning gezette elektrolyse-elektrode, te verhogen. Volgens de onderhavige uitvinding wordt dit bereikt doordat gezegde elektrolyse-elektrode met een resonantiefrequentie kunstmatig wordt getrild en genoemde elektrische spanning van de elektrolyse-elektrode met een lagere harmonische frequentie van genoemde resonantiefrequentie oscilleert.

Ten eerste, ontsnappen de door deze kunstmatige trilling zich op de oppervlakte van de elektrolyse-elektrode vormende gasbellen sneller. Zo wordt de effectieve oppervlakte van de elektrode door de gasbellen niet zo sterk verminderd, en kan een optimale elektronenwisseling tussen de oppervlakte van de elektrode en het vloeibaar elektrolyt in stand worden gehouden.

Ook blijkt de trilling op de vloeistofmoleculen zelf een effect te hebben en door botsingen tussen moleculen het rendement van de elektrolyse onverwacht te verhogen.

Bij voorkeur zal genoemd vloeibaar elektrolyt water bevatten, zodat genoemd afgescheiden gas een waterstofhoudend brandbaar gas is. Daardoor kan met een hoog rendement een effectieve brandstof uit water worden gewonnen.

Bij voorkeur zal het waterstofhoudend brandbaar gas worden verbrand, en de uit deze verbranding resulterende warme uitstootgassen het vloeibaar water en/of het waterstofhoudend brandbaar gas voorverwarmen. Door dit gebruik van regeneratieve warmte kan het rendement van zowel de elektrolyse alsook de verbranding worden verhoogd.

De huidige uitvinding heeft ook betrekking op een elektrolyse-inrichting, omvattende: a) een elektrolysevat met ten minste een koppel van in wezen gelijke elektrodes, elk omvattende een elektriciteitsgeleidend materiaal met een elektrisch contact voor aansluiting aan een elektrolysecircuit en een elektrisch isolerend bevestigd piezo-element met twee elektrische contacten voor aansluiting aan een apart trillingscircuit, b) een aan genoemde elektrodes aangesloten elektrolysecircuit, waarbij elk van de twee elektrodes van een elektrodekoppel met tegenovergestelde polariteit aan het circuit worden aangesloten, en c) een aan genoemde piezo-elementen aangesloten trillingscircuit.

Het trillingscircuit heeft een pulsbreedteregelaar om de uitgangsspanning met een resonantiefrequentie van de elektrodes te sturen, en genoemd elektrolysecircuit is ook aan de pulsbreedteregelaar van het trillingscircuit aangesloten, om de uitgangsspanning van het elektrolysecircuit met een lagere harmonische frequentie van genoemde resonantiefrequentie te sturen.

Bij voorkeur zal genoemde elektrolyseinrichting van een elektriciteitsvoeding uit een hernieuwbare energiebron voorzien zijn, om daardoor de consumptie van fossiele brandstoffen en het daaraan verbonden broeikaseffect te verminderen.

De huidige uitvinding heeft ook betrekking op een verbrandingssysteem omvattende genoemde elektrolyseinrichting, een verbrandingsinrichting, en een gasleiding tussen de elektrolyseinrichting en de verbrandingsinrichting voor het voeden van de verbrandingsinrichting met een brandbaar elektrolysegas. Daardoor kan elektriciteit in sommige omstandigheden op een handige manier in thermische energie worden omgezet.

Bij voorkeur zal genoemde gasleiding een veiligheidsbubbler bevatten. Daardoor kan er worden vermeden, dat een terugslag uit de verbrandingsinrichting het elektrolysevat beschadigt.

Bij voorkeur zal genoemde gasleiding ook een voor de veiligheidsbubbler geschakelde terugslagklep bevatten. Daardoor kan er vermeden worden, dat in het geval van een negatieve druk in het elektrolysevat vloeistof van de veiligheidsbubbler naar het elektrolysevat wordt opgezogen.

Bij voorkeur zal het verbrandingssysteem ook een aan genoemde gasleiding verbonden elektrolysegasvoorraadtank hebben. Daardoor kan elektrolysegas worden bevoorraad om tijdens hoge inspanningen van de verbrandingsinrichting te kunnen gebruiken.

Bij voorkeur zal het verbrandingssysteem ook een aan de verbrandingsinrichting verbonden uitstootleiding met ten minste een aan de gasleiding en/of elektrolysetank verbonden warmtewisselaar hebben. Daardoor kan het brandbaar elektrolysegas en/of het elektrolysevat door de verbrandingsgassen regeneratief worden voorverwarmd.

Bij voorkeur zal genoemde verbrandingsinrichting een verbrandingsmotor zijn, bijvoorbeeld een zuiger- of turbinemotor. Daardoor kan elektriciteit in sommige omstandigheden op een handige manier in mechanische energie worden omgezet.

Details met betrekking tot de uitvinding worden hierna beschreven met verwijzing naar de volgende figuren.

Figuur 1 is een afbeelding van een elektrolyse-elektrode volgens een uitvoeringsvorm van de uitvinding;

Figuur 2 is een schematische afbeelding van een elektrolyseinrichting volgens een uitvoeringsvorm van de uitvinding, met een koppel elektrolyse-elektrodes, zoals dievan figuur 1;

Figuur 2 is een schematische afbeelding van een verbrandingssysteem volgens een uitvoeringsvorm van de uitvinding, met o.a. een elektrolyseinrichting zoals die van figuur 1 en een verbrandingsmotor.

De in figuur 1 afgebeelde elektrolyse-elektrode 1 is een dunne schijfvormigé elektrode uit roestvrij staal met een elektrisch contact 2 en een op de oppervlakte van de elektrode middels een isolerend kleefmiddel bevestigd piezo-element 3. Dit piezo-element 3 bevat een piezo-elektrische keramische schijf 4 met een eerste, centraal geplaatst elektrisch contact 5, en een buitenring 6 uit messing rond de keramische schijf 4, met een tweede elektrisch contact 7. Het is dus mogelijk met een afwisselende spanning tussen de contacten 5 en 7 een trilling van het piezo-element 3 te veroorzaken, die op de gehele elektrode 1 werking zal hebben, in het bijzonder als de frequentie van de spanning een resonantiefrequentie van de elektrode is.

In de in figuur 2 afgebeelde elektrolyseinrichting, is voorzien van een gesloten elektrolysevat 8 dat een vloeibaar elektrolyt 9 bevat, in dit geval zoutwater, en één of meer koppels van in wezen gelijke elektrodes .1 .van het in figuur 1 afgebeeld type. Elke elektrode 1 is dus uitgerust met een daarop bevestigd piezo-element 3.

De contacten 5 en 7 van de piezo-elementen 3 zijn aangesloten, via een chemisch bestendige kabel, aan een trillingscircuit 10 in een sturingsmodule 11 om genoemde piezo-elementen 3 met een resonantiefrequentie te activeren. In een voorkeursuitvoeringsvorm van de uitvinding bevat dit trillingscircuit 10 een kristal om de frequentie vast te zetten, een PLL schakeling om de resonantiefrequentie optimaal te houden zonder manuele bijregeling, en een zelfinductiespoel om de pulserende uitgangsspanning op te drijven.

Op hun beurt zijn de contacten 2 van de elektrodes 1 aangesloten aan een electrolysecircuit 12 van de sturingsmodule 11. Het electrolysecircuit 12 is zelf aan het trillingscircuit 10 aangesloten om een pulsbreedte-geregelde spanning tussen de elektrodes 1 van elk elektrodekoppel aan te brengen, waarbij de frequentie van deze pulsbreedte-geregelde spanning een lagere, harmonische, met de resonantiefrequentie van het trillingscircuit gesynchroniseerde frequentie is.

In gebruik wordt via de piezo-elementen 3 de resonantiefrequentie op de elektroden 1 geplaatst zodat, via deze elektroden 1 de frequentie op de watermoleculen wordt overgezet. De elektrolyse van het water wordt ondersteund door de pulsbreedte-geregelde spanning aan de elektrodes 1 aan te brengen.

In tabel 1 worden de parameters weergegeven van een getest voorbeeld van deze elektrolyseinrichting met schijfvormige elektroden van 130 mm diameter en 1 mm dikte:

Tabel 1: Elektrolyseparameters

Figuur 3 beeldt een verbrandingssysteem af waar het in het elektrolysevat 8 verwerkte elektrolysegas als brandstof voor een verbrandingsinrichting, in dit geval een verbrandingsmotor 13, kan worden gebruikt. Het elektrolysevat 8 van deze uitvoeringsvorm van de uitvinding heeft om veiligheidsredenen ook nog een druksensor 14, een overdrukventiel 15, en een elektrolytniveausensor 16. De druksensor 14 bewaakt de interne druk van het elektrolysevat 8 en is met de sturingsmodule 12 over een motorsturingsmodule 26 verbonden om de elektrolyse uit te schakelen wanneer deze interne druk te hoog wordt. Het overdrukventiel 15 is ook zo geregeld om te vermijden dat de interne druk boven een gevaarlijk niveau stijgt. De elektrolytniveausensor 16 is met de motorsturingsmodule 26 ook verbonden om de toevoer van elektrolyt over een toevoerleiding 17 te activeren als het elektrolytniveau beneden een bepaald niveau daalt. Deze toevoerleiding 17 kan, zoals afgebeeld, het elektrolysevat 8 met een elektrolyttank 18 verbinden, en een met de sturingsmodule 26 verbonden pomp 19 hebben zoals een terugslagklep, zodat in gebruik het elektrolytniveau in het elektrolysevat 8 boven de elektrodes 1 blijft staan.

Het elektrolysevat 8 is met de verbrandingsmotor 13 over een gasleiding 20 verbonden, zodat het elektrolysegas in de verbrandingsmotor 13 kan worden gevoerd. Aan gasleiding 20 zijn een terugslagkle p 21, een elektrisch gestuurd ventiel 22, een veiligheidsbubbler 23, een door een koolborstelvrije motor aangedreven vacuümpomp 24, en een waterafscheider 25 gemonteerd. De veiligheidsbubbler 23 is opgenomen om eventuele terugslag van een ontbranding tegen te houden zodat het elektrolysevat 8 niet kan beschadigd worden. De motor van vacuümpomp 24 is ook met motorsturingsmodule 26 verbonden, zodat zijn toerental door motorsturingsmodule 26 kan worden geregeld. In afwaartse richting van waterafscheider 25 takt de gasleiding 20 af in drie leidingen 20a, 20b, en 20c. In leiding 20a staat een met motorsturingsmodule 26 verbonden regelklep 27 om de gasstroom door deze leiding 20a te regelen. Leiding 20b bevat een driewegsklep 28, ook verbonden met motorsturingsmodule 26, en een gasvoorraadtank 29. Deze gasvoorraadtank 29 is gesplitst door een elastisch diafragma 30 in een gasdeel 29a, verbonden met driewegsklep 28, en een vacuümdeel 29b, verbonden over een onderdrukleiding 31 met de inlaat 32 van motor 13, en ook uitgerust met een luchtinlaat 33, geregeld door motorsturingsmodule 26 over een elektroventiel 34. Onderdrukleiding 31 is uitgerust met een éénrichtingsklep 41. Leiding 20c, met een éénrichtingsklep 35, overbrugt leiding 20b. De drie leidingen 20a, 20b en 20c monden uit in de inlaat 32 van motor 13, waar de lucht- en brandstoftoevoer door, een ook met motorsturingsmodule 26 verbonden gaspedaal 36, wordt geregeld. De motoruitlaat 37 gaat over twee warmtewisselaars 38, 39. De eerste warmtewisselaar 38 staat verbonden met leiding 20a, om het brandbaar elektrolysegas voor te verwarmen. De tweede warmtéwisselaar 39, geregeld over de door motorsturingsmodule 26 iaangestuurde regelklep 40, verwarmt het elektrolysevat 8.

In gebruik wordt het in elektrolysevat 8 geproduceerd brandbaar elektrolysegas via leiding 20 en via terugslagklep 21 en via elektroventiel 22 gebracht tot in de veiligheidsbubbler 23. Het brandbaar elektrolysegas wordt verder uit de veiligheidsbubbler 23 gepompt door de vacuümpomp 24. Daarna gaat het brandbaar elektrolysegas door de waterafscheider 25 en dit om eventuele waterdruppels die in de gasleiding 20 worden meegevoerd (schokken van de auto bv.) af te scheiden alvorens het brandbaar elektrolysegas in de motor 13 komt. Via respectievelijk, leidingen 20a en 20b wordt het brandbaar elektrolysegas naar de motorgestuurde regelklep 27 en de elektrisch gestuurde driewegsklep 28 gevoerd. Deze kleppen worden via motorsturingsmodule 26 bestuurd volgens de belasting van de motor 13. Het brandbaar elektrolysegas wordt, in afwaartse richting van klep 27, voorverwarmd door warmtewisselaar 38 alvorens het in de motor 13 wordt gevoerd. De overbrugging van leiding 20b is actief bij een constante motorbelasting. Het brandbaar elektrolysegas wordt dan via leiding 20c tot aan de motor 13 gevoerd.

Wanneer een acceleratie van de motor 13 wordt gevraagd, gaat driewegsklep 28 omschakelen om uit de gasvoorraadtank 29 een bijkomende stroom van brandbaar elektrolysegas naar de motor 13 te kunnen voeren via leiding 20b. De gasvoorraadtank 29 wordt automatisch snel terug opgevuld wanneer de motor 13 een snelheidsvermindering uitvoert, door het opgewekte vacuüm in de inlaat 32, wordt via onderdrukleiding 31 het diafragma 30 getrokken zodat de gasvoorraadtank 29 een kleine voorraad brandbaar elektrolysegas opneemt wat de motor 13 bij een vertraging niet nodig heeft.

De uitvinding is niet beperkt tot de hierboven gegeven voorbeelden en wijzigingen hieraan zijn mogelijk voor zover zij binnen het kader vallen van de hieraan toegevoegde conclusies. Om deze reden dienen de beschrijving en tekeningen van huidige aanvraag enkel en alleen als illustratief te worden beschouwd.

Claims (11)

1. Elektrolysemethode voor het afscheiden van elektrolysegassen uit een vloeibaar elektrolyt over ten minste een onder elektrische spanning gezette elektrolyse-elektrode, daardoor gekenmerkt, dat genoemde elektrolyse-elektrode kunstmatig met een resonantiefrequentie wordt getrild en genoemde elektrische spanning van de elektrolyse-elektrode met een lagere harmonische frequentie van genoemde resonantiefrequentie oscilleert.

2. Elektrolysemethode volgens conclusie 1, waarbij genoemd vloeibaar elektrolyt water bevat, zodat genoemde afgescheiden elektrolysegassen een waterstofhoudend brandbaar gas bevatten.

3. Elektrolysemethode volgens conclusie 2, waarbij het waterstofhoudend brandbaar gas wordt verbrand, en de uit deze verbranding resulterende warme uitstootgassen het vloeibare water en/of het waterstofhoudend brandbaar gas voorverwarmen.

4. Elektrolyse-inrichting, omvattende : a) een elektrolysevat met ten minste één koppel van in wezen gelijke elektrodes, elk omvattende een elektriciteitsgeleidend materiaal met een elektrisch contact voor aansluiting aan een elektrolysecircuit, en een elektrisch isolerend bevestigd piezo-element met twee elektrische contacten voor aansluiting aan een apart trillingscircuit, b) een aan gezegde elektrodes aangesloten elektrolysecircuit, waarbij elk van de twee elektrodes van een elektrodekoppel met tegenovergestelde polariteit aan het circuit worden aangesloten, en c) een aan genoemde piezo-elementen aangesloten triliingscircuit, en daardoor gekenmerkt dat genoemd trillingscircuit een pulsbreedteregelaar heeft om de uitgangsspanning met een resonantiefrequentie van de elektrodes te sturen en genoemd elektrolysecircuit ook aan de pulsbreedteregelaar Is aangesloten, om de uitgangspanning van het elektrolysecircuit met een lagere harmonische frequentie van genoemde resonantiefrequentie te sturen.

5. Elektrolyse-inrichting volgens conclusie 4, met een elektriciteitsvoeding uit een hernieuwbare energiebron.

6. Verbrandingssysteem omvattende een elektrolyse-inrichting volgens één der conclusies 4 of 5, een verbrandingsinrichting, en een gasleiding tussen de elektrolyse-inrichting en de verbrandingsinrichting voor het voeden van de verbrandingsinrichting met een brandbaar elektrolysegas.

7. Verbrandingssysteem volgens conclusie 6, waarbij genoemde gasleiding een veiligheidsbubbler bevat.

8. Verbrandingssysteem volgens conclusie 7, waarbij genoemde gasleiding ook een voor de veiligheidsbubbler geschakelde terugslagklep bevat.

9. Verbrandingssysteem volgens één der conclusies 6 tot en met 8, met ook een aan genoemde gasleiding verbonden elektrolysegasvoorraadtank.

10. Verbrandingssysteem volgens één der conclusies 6 tot en met 9, met ook een aan de verbrandingsinrichting verbonden uitstootleiding met ten minste een aan de gasleiding en/of elektrolysetank verbonden warmtewisselaar.

11. Verbrandingssysteem volgens één der conclusies 6 tot en met 10, waarbij genoemde verbrandingsinrichting een verbrandingsmotor is.