PL238311B1 - Elektrolizer do wytwarzania wodoru i tlenu - Google Patents
Elektrolizer do wytwarzania wodoru i tlenu Download PDFInfo
- Publication number
- PL238311B1 PL238311B1 PL428847A PL42884719A PL238311B1 PL 238311 B1 PL238311 B1 PL 238311B1 PL 428847 A PL428847 A PL 428847A PL 42884719 A PL42884719 A PL 42884719A PL 238311 B1 PL238311 B1 PL 238311B1
- Authority
- PL
- Poland
- Prior art keywords
- package
- anode
- cathode
- electrode
- plate
- Prior art date
Links
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
- C25B11/00—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for
- C25B11/02—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by shape or form
-
- 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
- C25B11/00—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for
- C25B11/04—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by the material
- C25B11/051—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier
- C25B11/073—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier characterised by the electrocatalyst material
-
- 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
- C25B15/00—Operating or servicing cells
- C25B15/08—Supplying or removing reactants or electrolytes; Regeneration of electrolytes
-
- 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
- C25B9/17—Cells comprising dimensionally-stable non-movable electrodes; Assemblies of constructional parts thereof
-
- 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
Przedmiotem wynalazku jest elektrolizer do wytwarzania wodoru i tlenu. Elektrolizer zbudowany jest ze zbiornika (1) i z obudowy górnej w postaci dwóch kopuł (5) i (14) z zamontowanymi czujnikami ciśnienia wodoru (8) i tlenu (17). Na zewnętrznej powierzchni kopuły (5) jest zainstalowany króciec wodoru (6). Na zewnętrznej powierzchni kopuły (14) jest zainstalowany króciec tlenu (15). W dolnej środkowej części kopuły (5) i (14) są trwale i szczelnie połączone ze sobą przegrodą (4) zbiornika (1). Przegroda (4) jest trwale zamocowana do przeciwległych ścian bocznych powyżej dna zbiornika (1) i dzieli zbiornik (1) na elektrolityczną komorę katodową (2) i na elektrolityczną komorę anodową (3). W elektrolitycznej komorze katodowej (2) jest zainstalowany pakiet elektrod katodowych (13), z przewodem (7). W elektrolitycznej komorze anodowej (3) jest zainstalowany pakiet elektrod anodowych (22) z przewodem (16). Pakiet elektrod katodowych (13) i pakiet elektrod anodowych (22) zbudowane są z metalowego rdzenia, z trwale zamontowaną nośną belką górną i nośną belką dolną, na których jest osadzona konstrukcja nośna płyt pakietu elektrody katodowej (13) i płyt pakietu elektrody anodowej (22). Do konstrukcji nośnej są zamocowane listwy montażowe z poziomymi prowadnicami i z pionowymi prowadnicami. W prowadnicach umieszczone są pionowo i równolegle do siebie w jednakowej odległości płyty pakietu elektrody katodowej (13) i płyty pakietu elektrody anodowej (22). W pakiecie elektrody katodowej (13) i w pakiecie elektrody anodowej (22) zainstalowana jest listwa spinająca prowadnic pionowych. Płyta pakietu elektrody katodowej (13) i płyta pakietu elektrody anodowej (22) jest zbudowana z ceowej obudowy z zamontowaną wewnątrz płaską metalową płytą, której płaskie boczne powierzchnie posiadają trwale przymocowane powłoki. Pakiet elektrod katodowych (13) i pakiet elektrod anodowych (22) zbudowany jest z taśmy pakietu elektrody nawiniętej wokół metalowego rdzenia. Nawinięta wokół metalowego rdzenia taśma pakietu elektrody jest umieszczona pomiędzy górną płytą nośną pakietu elektrody zwijanej i dolną płytą nośną pakietu elektrody zwijanej, w dolnej prowadnicy spiralnej i w górnej prowadnicy spiralnej.
Description
Opis wynalazku
Przedmiotem wynalazku jest elektrolizer do wytwarzania wodoru i tlenu.
Wodór (H2) jest aktualnie uznawany za nośnik energii przyszłości, w szczególności dostosowany do napędzania układów wbudowanych (transport, urządzenia budowlane i inne), zamiast paliw kopalnych. Zatem wodór mógłby zapewnić:
- umożliwienie pokonania problemu niedostatku paliw kopalnych;
- umożliwienie braku emisji CO2 w trakcie jego stosowania do napędu układów wbudowanych, a więc zmniejszenie wpływu działalności człowieka na zmiany klimatyczne;
- umożliwienie braku emisji substancji zanieczyszczających w trakcie jego stosowania do napędu układów wbudowanych za pośrednictwem ogniwa paliwowego, a więc zmniejszenie wpływu na zdrowie, w szczególności w strefach o dużej gęstości zaludnienia;
- znaczne zmniejszenie uciążliwości wynikających z hałasu dzięki jego zastosowaniu do napędu układów wbudowanych za pośrednictwem ogniwa paliwowego.
W procesie elektrolizy woda poddawana jest rozkładowi przy katodzie z tworzeniem cząsteczek wodoru i jonów tlenu, które są transportowane przez elektrolit, tworząc cząsteczki tlenu na powierzchni anody na skutek odłączenia od nich elektronów. Aby te elektrony zostały przetransportowane od anody do katody, w celu powodowania reakcji elektrolizy, trzeba doprowadzać energię elektryczną.
Znanych jest wiele konstrukcji elektrolizerów i różnego rodzaju generatorów przeznaczonych do wytwarzania wodoru i tlenu, których podstawą działania jest elektroliza wody. Elektroliza wody zapewnia czystą technologię wytwarzania gazowego wodoru, który jest następnie wykorzystywany między innymi jako paliwo.
Do wytwarzania wodoru i tlenu z wody za pomocą energii elektrycznej, zalicza się wykorzystanie elektrolizerów lub generatorów wodoru i tlenu. Istnieją one w różnych formach konstrukcji. Często występującym typem konstrukcji są elektrolizery o konstrukcji typu PEM (Polymer Elektrolyt Membrane), a więc pracują one przy wykorzystaniu membrany polimerowej, przepuszczalnej dla protonów. Elektrolizery tego typu są konstruowane typowo w tak zwane stosy, aby osiągnąć możliwie wysoki uzysk gazu, w miarę możliwości z niewielkiej przestrzeni. Przy tym, z jednej strony, do każdej membrany doprowadzana jest woda, na której dzięki elektrodom usytuowanym po obu stronach membrany i zasilanym napięciem elektrolizy, następuje rozszczepienie na wodór i tlen. Wodór gromadzi się po jednej stronie membrany a tlen po drugiej stronie membrany, po której doprowadzana jest woda.
Z polskiego opisu patentowego nr PL 225119 pt. „Generator wodoru oraz tlenu” znany jest generator do wytwarzania wodoru i tlenu na drodze elektrolizy wody. Generator ten zawiera uszczelnioną komorę reakcyjną wypełnioną elektrolitem. W tej komorze reakcyjnej znajduje się co najmniej jedna para elektrod, gdzie pierwsza elektroda przyłączona jest do jednego bieguna zaś druga elektroda przyłączona jest do drugiego bieguna źródła różnicy potencjałów. Obudowa komory reakcyjnej generatora zawiera co najmniej jeden króciec odbioru produktów reakcji elektrolizy, w korzystnym rozwiązaniu dwa króćce odbioru tych produktów, oraz zawiera co najmniej jeden króciec technologiczny. Zespół drugiej elektrody, który zamocowany jest do podstawy generatora, ma postać co najmniej dwóch koncentrycznych ścian o przekroju poprzecznym zamkniętym. Kształt tych ścian w przekroju poprzecznym do osi symetrii generatora, może mieć postać okręgu, lub może mieć postać innej figury płaskiej takiej jak trójkąt, czworokąt lub inny wielokąt. Wymienione ściany stanowiące drugą elektrodę generatora mają wysokość większą od długości rur płaszczów pierwszej elektrody. Natomiast zespół pierwszej elektrody ma postać zespołu co najmniej dwóch płaszczów zamocowanych szczelnie pomiędzy dolnym pierścieniem izolacyjnym a górnym pierścieniem izolacyjnym do płyty górnej komory reakcyjnej. Płaszcze mają postać kształtowników zamkniętych o przekroju porzecznym w postaci okręgu lub o przekroju poprzecznym w postaci innej płaskiej figury geometrycznej. Osie symetrii tych płaszczów zamocowanych pomiędzy dolnym pierścieniem izolacyjnym a górnym pierścieniem izolacyjnym, rozstawione są na planie koncentrycznych linii mieszczących się pomiędzy wymienionymi wyżej koncentrycznymi ścianami drugiej elektrody. Wewnątrz wymienionych płaszczów znajdują się rurowe pierwsze elektrody. Wewnątrz obudowy generatora, ponad płytą górną komory reakcyjnej, znajduje się komora akumulacyjna pierwszego produktu elektrolizy z króćcem wylotowym. Wewnątrz obudowy generatora, znajduje się także komora akumulacyjna drugiego produktu elektrolizy z własnym króćcem wylotowym, oddzielona od komory akumulacyjnej pierwszego produktu elektrolizy.
PL 238 311 B1
Z polskiego opisu patentowego nr PL 192845 pt. „Sposób i urządzenie do wytwarzania wodoru poprzez elektrolizę” znany jest sposób wytwarzania wodoru poprzez elektrolizę, wewnątrz zbiornika zawierającego płyn w postaci wody, w którym przepuszcza się elektryczny sygnał w postaci impulsów pomiędzy co najmniej jedną parą elektrod co najmniej częściowo zanurzonych w wodzie. Sposób charakteryzuje się tym, że napełnia się zbiornik płynem zawierającym wodę aż do chwili kiedy zbiornik jest co najmniej częściowo wypełniony, po czym zanurza się co najmniej jedną parę elektrod w płynie, przy czym elektrody umieszcza się tak, aby znajdowały się w odległości 5 mm lub mniejszej od siebie, następnie po zanurzeniu i umieszczeniu elektrod w określonym położeniu doprowadza się do jednej z elektrod elektryczny sygnał impulsowy mający stosunek długości znaku do przerwy pomiędzy około 1:1 a około 10:1, który to impulsowy sygnał elektryczny ma częstotliwość pomiędzy około 10 kHz a około 250 kHz i uzyskuje się wodór.
Z europejskiego opisu patentowego nr EP 2377972 pt. „Aparatura do elektrycznego wytwarzania wodoru” znana jest aparatura do elektrycznego wytwarzania wodoru z wody. Aparatura ta posiada elektrolizer o konstrukcji typu PEM, a więc taki, który pracuje przy wykorzystaniu membrany polimerowej, przepuszczalnej dla protonów. Elektrolizer ten wyposażony w dopływ do doprowadzania wody i pierwszy wylot dla wodoru wzbogaconego wodą i/lub parą wodną, wytworzonego w elektrolizerze, jak również w drugi wylot dla tlenu i wody. Ponadto, aparatura posiada urządzenie oddzielające wodę, którego dopływ połączony jest za pomocą przewodów z pierwszym wylotem elektrolizera, i którego wylot prowadzący gaz prowadzi do przyłącza pobierającego wodór w lub przy aparaturze, przy czym urządzenie oddzielające wodę posiada stopień oddzielania termicznego. Wewnątrz aparatury jest elektrolizer z urządzeniem oddzielającym wodę, przy czym urządzenie oddzielające wodę posiada stopień oddzielania termicznego. Częścią urządzenia oddzielającego wodę, lub jako urządzenie włączone przed nim, jako separator wstępny, jest mechaniczne urządzenie oddzielające, takie jak przykładowo separator cyklonowy lub separator grawitacyjny, który nie stanowi stopnia oddzielania termicznego. Urządzenie oddzielające wodę jest skonstruowane dwu- lub wielostopniowo, przy czym w przypadku pierwszego stopnia chodzi o stopień oddzielania termicznego, w którym woda odciągana jest ze strumienia wodoru poprzez chłodzenie.
Z europejskiego opisu patentowego nr EP 2321448 pt. „Urządzenie elektrolityczne do wytwarzania palnego gazu” znane jest urządzenie, które zawiera pierwszy zbiornik, poprzez który dopływa ciągły przepływ wody oraz drugi zbiornik, poprzez który ciągle odpływa woda zmieszana z gazowym wodorem i gazowym tlenem uzyskanymi z elektrolizy. Ponadto urządzenie zawiera jedną rurę, która łączy te dwa zbiorniki, wchodząc nieco w te wymie nione zbiorniki swymi końcami i która jest przyłączona do elektrycznego zacisku. Urządzenie zawiera również co najmniej jeden rdzeń usytuowany wewnątrz rury, którego końce są usytuowane w zbiornikach i który jest dołączony do drugiego elektrycznego zacisku o biegunowości przeciwnej do biegunowości pierwszego zacisku, przy czym zewnętrzna powierzchnia wspomnianej rury jest w bezpośrednim kontakcie z powietrzem lub za pośrednictwem rozpraszających klap, aby ułatwić rozpraszanie ciepła wytwarzanego podczas elektrolizy.
Niedogodnością znanych ze stanu techniki urządzeń i aparatów wytwarzających wodór i tlen z wykorzystaniem procesu elektrolizy wody w konwencjonalnych elektrolizerach jest fakt, iż gazy te są na ogół wytwarzane w jednej komorze posadowienia katody i anody, które w jednym pakiecie elektrod zanurzonych w wodzie wytwarzają wodór i tlen z ograniczoną sprawnością. Oznacza to konieczność doprowadzania do elektrod dużej ilości energii elektrycznej w celu wytworzenia wodoru i tlenu. Stasowany w znanym stanie techniki system oddzielania produktów elektrolizy wody w postaci pęcherzyków wodoru i tlenu od elektrod wymaga dodawania do wody technologicznej katalizatorów chemicznych oraz innych związków na przykład w postaci wodorotlenku sodowego lub wodorotlenku potasowego i innych. Ponadto w celu rozdzielenia gazowego produktu elektrolizy na wodór i tlen stosuje się skomplikowane i energochłonne technologie o niezbyt dużej skuteczności. Wytworzony w elektrolizerach znanych ze stanu techniki wodór i tlen jest niskiej czystości, w związku z czym wymaga on oczyszczania co jest procesem wymagającym znacznych nakładów finansowych. Niedogodności te rozwiązuje niniejszy wynalazek.
Elektrolizer do wytwarzania wodoru i tlenu według wynalazku jest zbudowany z obudowy dolnej, która stanowi jednocześnie dno i zewnętrzne ściany zbiornika na elektrolit oraz zbudowana jest z obudowy górnej w postaci dwóch kopuł wyposażonych czujniki ciśnienia wodoru i tlenu. Kopuły w ich dolnej środkowej części trwale i szczelnie łączy ze sobą przegroda zbiornika, która jest trwale zamocowana do przeciwległych ścian bocznych powyżej dna zbiornika i dzieli zbiornik na dwie komo
PL 238 311 B1 ry: na elektrolityczną komorę katodową i na elektrolityczną komorę anodową. W elektrolitycznej komorze katodowej jest zainstalowany pakiet elektrod katodowych z przewodem zasilającym napięcie, i w elektrolitycznej komorze anodowej jest zainstalowany pakiet elektrod anodowych z przewodem zasilającym napięcie. Pakiet elektrod katodowych i pakiet elektrod anodowych jest zbudowany z metalowego rdzenia z trwale zamontowaną na nim nośną belką górną i nośną belką dolną, na których jest osadzona konstrukcja nośna płyt pakietu elektrody katodowej i konstrukcja nośna płyt pakietu elektrody anodowej. Do konstrukcji nośnej są zamocowane listwy montażowe z poziomymi prowadnicami i z pionowymi prowadnicami. W prowadnicach tych umieszczone są pionowo i równolegle do siebie w jednakowej odległości płyty pakietu elektrody katodowej i płyty pakietu elektrody anodowej. W pakiecie elektrody katodowej i w pakiecie elektrody anodowej na wysokości około ¾ ich wysokości zainstalowana jest listwa spinająca prowadnice pionowe. Płyta pakietu elektrody katodowej i płyta pakietu elektrody anodowej jest zbudowana z ceowej obudowy wewnątrz której jest zainstalowana płaska metalowa płyta, której płaskie boczne powierzchnie posiadają trwale przymocowane powłoki. Do ceowej obudowy płyty jest zamocowane ucho z otworem. W elektrolizerze jest zainstalowany system zasilania elektrolitem pakietu elektrod katodowych zbudowany z elementów rurowych, z pompy wodnej oraz z kielicha kierunkowego katody ze strumienicą i system zasilania elektrolitem pakietu elektrod anodowych zbudowany z elementów rurowych, z pompy wodnej oraz z kielicha kierunkowego anody ze strumienicą.
Szczelny zbiornik elektrolityczny elektrolizera jest wypełniany wodą bądź innym płynnym elektrolitem na bazie wody.
Przegroda jest szczelnie i trwale zamocowana do przykrycia zbiornika w miejscu styku dwóch kopuł oraz do przeciwległych ścian bocznych zbiornika na wysokości pozwalającej na swobodny przepływ elektrolitu pomiędzy komorami elektrolitycznymi. Przegroda ta nie przylega do dna zbiornika elektrolizera dzięki czemu ciecz znajdująca się w komorach elektrolitycznych swobodnie się przemieszcza, przez co zachodzi proces ciągłego mieszania cieczy w dwóch komorach zbiornika elektrolitycznego.
Konstrukcja pakietu elektrod katodowych i konstrukcja pakietu elektrod anodowych jest identyczna.
Każda płyta pakietu elektrody katodowej i każda płyta pakietu elektrody anodowej jest umieszczona w konstrukcji nośnej pakietu elektrod w specjalnych prowadnicach wykonanych korzystnie z metalowych ceowników. Ceowniki te są przykręcane do listwy montażowej zamontowanej w górnej części konstrukcji elektrody po przeciwnych jego bokach. Prowadnice w których umieszczane są płyty pakietu elektrody są zamontowane zarówno do spodniej strony konstrukcji nośnej pakietu elektrod jak i do jej pionowych ścian.
Płyty pakietu elektrod są umieszczone w prowadnicach równolegle do siebie z zachowaniem stałej odległości umożliwiającej swobodny przepływ wody lub innego płynnego elektrolitu pomiędzy płytami pakietu elektrody.
Korzystnie każda płyta pakietu elektrod katodowych i każda płyta pakietu elektrod anodowych stanowi płaską metalową płytę, której dwie boczne płaszczyzny posiadają trwale przymocowane powłoki z porowatego materiału węglowego. Powłoki z porowatego materiału węglowego są korzystnie przymocowane za pomocą spoiwa elektroprzewodzącego. Korzystnie porowatym materiałem węglowym jest grafen.
Na listwie montażowej konstrukcji pakietu elektrod jak i w uchu montażowym płyty pakietu elektrod posadowione są otwory umożliwiające połączenie tych elementów śrubami.
Korzystnie zamiast płyt pakietu elektrod, pakiet elektrod katodowych i pakiet elektrod anodowych zbudowany jest z jednej taśmy pakietu elektrody, nawiniętej wokół metalowego rdzenia, tak aby pomiędzy nimi była zachowana stała odległość umożliwiająca swobodny przepływ elektrolitu. Podłużna, nawinięta wokół metalowego rdzenia taśma pakietu elektrody jest posadowiona w prowadnicach spiralnych pomiędzy górną płytą nośną pakietu elektrody nawiniętej i dolną płytą nośną pakietu elektrody nawiniętej.
Zainstalowany w komorach elektrolitycznych system wymuszający obieg elektrolitu, zasila bezpośrednio pakiet elektrod katodowych i pakiet elektrod anodowych. System wymuszający zasilanie elektrolitem elektrolityczną komorę katodową zbudowany jest z elementów rurowych zasysających elektrolit z górnej części anodowej komory elektrolitycznej. System wymuszający zasilanie elektrolitem elektrolityczną komorę anodową zbudowany jest z elementów rurowych zasysających elektrolit z górnej części katodowej komory elektrolitycznej.
PL 238 311 B1
Wytworzone w wyniku procesu elektrolizy pęcherzyki wodoru osiadają na zewnętrznych płaszczyznach płyt posadowionych w pakiecie elektrod katodowych, natomiast pęcherzyki tlenu osiadają na zewnętrznych płaszczyznach płyt posadowionych w pakiecie elektrod anodowych, w wyniku intensywnego przepływu elektrolitu, gromadzą się w kopule przykrywającej elektrolityczną komorę katody i w kopule przykrywającej elektrolityczną komorę anody. Wytworzony w elektrolizerze wodór poprzez króciec zamontowany w kopule przykrywającej elektrolityczną komorę katody jest odprowadzany na zewnątrz elektrolizera. Wytworzony w elektrolizerze tlen poprzez króciec zamontowany w kopule przykrywającej elektrolityczną komorę anody jest odprowadzany na zewnątrz elektrolizera. Na kopule przykrywającej elektrolityczną komorę katody jest zainstalowany czujnik ciśnienia wodoru. Na kopule przykrywającej elektrolityczną komorę anody jest zainstalowany czujnik ciśnienia tlenu. Do zewnętrznej czołowej ściany szczelnego zbiornika elektrolitycznego, w dolnej jego części jest zainstalowane przyłącze płynnego elektrolitu na bazie wody.
W celu zwiększenia wydajności elektrolizera według wynalazku w elektrolitycznej komorze katodowej i w elektrolitycznej komorze anodowej jest zamontowanych dwa lub więcej pakietów elektrod katodowych i dwa lub więcej pakietów elektrod anodowych. Dwa lub więcej pakietów katodowych i dwa lub więcej pakietów anodowych elektrycznie są połączone ze sobą w sposób równoległy. Każdy z wielokrotnych pakietów elektrod katodowych i każdy z wielokrotnych pakietów elektrod anodowych jest zasilany poprzez elektroniczny układ sterowania i zabezpieczeń.
Korzystnie płyty lub taśma pakietu elektrod katodowych oraz płyty lub taśma pakietu elektrod anodowych są płytami zbudowanymi z grafenu.
Reakcje zachodzące w elektrolizerze przebiegają następująco:
Katoda: 4H+ + 4e- > 2H2
Anoda: 2H2O - 4e- > O2 + 4H+
Całkowita reakcja: 2H2O > O2 + 4H2
Powyższa konfiguracja systemu umożliwia uzyskanie gazowego wodoru o bardzo wysokiej czystości do 99,99% H2.
Wodór w elektrolizerze według wynalazku korzystnie jest wytwarzany z oczyszczonej wody wodociągowej poprzez jej elektrolizę. Woda w pierwszej kolejności poddawana jest procesowi oczyszczania z użyciem filtrów mechanicznych i osmotycznych.
Zaletą elektrolizera według wynalazku jest jego prosta konstrukcja, możliwość prowadzenia procesu elektrolizy z wody pobieranej bezpośrednio z sieci wodociągowej, duża wydajność jednostkowa w stosunku do dotychczas stosowanych elektrolizerów, niewielkie koszty jednostkowe wytwarzania wodoru i bardzo wysoka czystość uzyskanego w elektrolizie według wynalazku wodoru, wynosząca około 99,99% H2.
Elektrolizer do wytwarzania wodoru i tlenu według wynalazku w jednym z przykładów wykonania został ujawniony na rysunku, na którym Fig. 1 przedstawia przykładowy schemat konstrukcji elektrolizera, Fig. 2 przedstawia przykładowy schemat konstrukcji pakietu elektrody w widoku z góry i w widoku z boku i widok od czoła płyty pakietu elektrody, Fig. 3 przedstawia schematycznie płytę pakietu elektrody w widoku z boku i od czoła, Fig. 4 przedstawia zwiniętą taśmę pakietu elektrody w widoku z góry, natomiast Fig. 5 przedstawia przekrój przez zwiniętą taśmę pakietu elektrody w widoku z boku.
Elektrolizer zbudowany jest z obudowy dolnej 1, która stanowi jednocześnie dno i zewnętrzne ściany zbiornika 1 i z obudowy górnej w postaci dwóch kopuł 5 i 14 z zamontowanymi czujnikami ciśnienia wodoru 8 i tlenu 17. Na zewnętrznej powierzchni kopuły 5 jest zainstalowany króciec wodoru 6. Na zewnętrznej powierzchni kopuły 14 jest zainstalowany króciec tlenu 15. W dolnej środkowej części, kopuły 5 i 14 są trwale i szczelnie połączone ze sobą przegrodą 4 zbiornika 1. Przegroda 4 jest trwale zamocowana do przeciwległych ścian bocznych powyżej dna zbiornika 1 i dzieli zbiornik 1 na elektrolityczną komorę katodową 2 i na elektrolityczną komorę anodową 3. W elektrolitycznej komorze katodowej 2 jest zainstalowany pakiet elektrod katodowych 13, z przewodem 7.
W elektrolitycznej komorze anodowej 3 jest zainstalowany pakiet elektrod anodowych 22, z przewodem 16. Pakiet elektrod katodowych 13 i pakiet elektrod anodowych 22 zbudowane są z metalowego rdzenia 24, z trwale zamontowaną nośną belką górną 25 i nośną belką dolną 26, na których jest osadzona konstrukcja nośna 27 płyt 33 pakietu elektrody katodowej 13 i płyt 33 pakietu elektrody anodowej 22. Do konstrukcji nośnej 27 są zamocowane listwy montażowe 30 z poziomymi prowadnicami 28 i z pionowymi prowadnicami 29. W prowadnicach 28 i 29 umieszczone są pionowo
PL 238 311 B1 i równolegle do siebie i w jednakowej odległości płyty 33 pakietu elektrody katodowej 13 i płyty 33 pakietu elektrody anodowej 22. W pakiecie elektrody katodowej 13 i w pakiecie elektrody anodowej 22 na wysokości ¾ ich wysokości zainstalowana jest listwa spinająca 31 prowadnic pionowych 29. Płyta 33 pakietu elektrody katodowej 13 i płyta 33 pakietu elektrody anodowej 22 jest zbudowana z ceowej obudowy 36, z zamontowaną wewnątrz płaską metalową płytą 34, której płaskie boczne powierzchnie posiadają trwale przymocowane powłoki 35. Do ceowej obudowy 36 jest zamocowane ucho 37 z otworem 38. W elektrolizerze jest zainstalowany system zasilania wodą pakietu elektrod katodowych 13 zbudowany z elementów rurowych 9, z pompy wodnej 10 oraz z kielicha kierunkowego katody 12 ze strumienicą 11. System zasilania wodą pakietu elektrod anodowych 22 zbudowany z elementów rurowych 18, z pompy wodnej 19 oraz z kielicha kierunkowego anody 21 ze strumienicą 20. Do zewnętrznej czołowej ściany zbiornika 1, w dolnej jego części jest zainstalowane przyłącze wody 23. W innym rozwiązaniu pakiet elektrod katodowych 13 i pakiet elektrod anodowych 22 zbudowany jest z taśmy pakietu elektrody 33 nawiniętej wokół metalowego rdzenia 24. Nawinięta wokół metalowego rdzenia 24 taśma pakietu elektrody 33 jest umieszczona pomiędzy górną płytą nośną pakietu elektrody zwijanej 39 i dolną płytą nośną pakietu elektrody zwijanej 40, w dolnej prowadnicy spiralnej 41 i w górnej prowadnicy spiralnej 42.
Claims (6)
- Zastrzeżenia patentowe1. Elektrolizer do wytwarzania wodoru i tlenu zbudowany z obudowy z zainstalowanym zbiornikiem elektrolitu, z pakietu elektrod katodowych i anodowych, znamienny tym, że zbudowany jest z obudowy dolnej (1), która stanowi jednocześnie dno i zewnętrzne ściany zbiornika (1) na elektrolit oraz z obudowy górnej w postaci dwóch kopuł (5) i (14) wyposażonych czujniki ciśnienia wodoru (8) i tlenu (17), przy czym kopuły (5) i (14) w ich dolnej środkowej części trwale i szczelnie łączy ze sobą przegroda (4) zbiornika (1), natomiast przegroda (4) jest trwale zamocowana do przeciwległych ścian bocznych powyżej dna zbiornika (1) i dzieli zbiornik (1) na dwie komory: na elektrolityczną komorę katodową (2) i na elektrolityczną komorę anodową (3), gdzie w elektrolitycznej komorze katodowej (2) jest zainstalowany pakiet elektrod katodowych (13) z przewodem zasilającym (7) a w elektrolitycznej komorze anodowej (3) jest zainstalowany pakiet elektrod anodowych (22) z przewodem zasilającym (16), przy czym pakiet elektrod katodowych (13) i pakiet elektrod anodowych (22) jest zbudowany z metalowego rdzenia (24) z trwale zamontowaną na nim nośną belką górną (25) i nośną belką dolną (26), na których jest osadzona konstrukcja nośna (27) płyt (33) pakietu elektrody katodowej (13) i płyt (33) pakietu elektrody anodowej (22), a do konstrukcji nośnej (27) są zamocowane listwy montażowe (30) z poziomymi prowadnicami (28) i z pionowymi prowadnicami (29), gdzie w prowadnicach (28) i (29) umieszczone są pionowo równolegle do siebie w jednakowej odległości płyty (33) pakietu elektrody katodowej (13) i płyty (33) pakietu elektrody anodowej (22), przy czym w pakiecie elektrody katodowej (13) i w pakiecie elektrody a nodowej (22) na wysokości około ¾ ich wysokości zainstalowana jest listwa spinająca (31) prowadnice pionowe (29), natomiast płyta (33) pakietu elektrody katodowej (13) i płyta (33) pakietu elektrody anodowej (22) jest zbudowana z ceowej obudowy (36) wewnątrz której jest posadowiona płaska metalowa płyta (34), której płaskie boczne powierzchnie posiadają trwale przymocowane powłoki (35), a do ceowej obudowy (36) jest zamocowane ucho (37) z otworem (38), ponadto w elektrolizerze jest zainstalowany system zasilania elektrolitem pakietu elektrod katodowych (13) zbudowany z elementów rurowych (9), z pompy wodnej (10) oraz z kielicha kierunkowego katody (12) ze strumienicą (11) i system zasilania elektrolitem pakietu elektrod anodowych (22) zbudowany z elementów rurowych (18), z pompy wodnej (19) oraz z kielicha kierunkowego anody (21) ze strumienicą (20).
- 2. Elektrolizer według zastrz. 1, znamienny tym, że pakiet elektrod katodowych (13) i pakiet elektrod anodowych (22) jest zbudowany z taśmy (33) z trwale przymocowanymi obustronnie powłokami (35), która jest nawinięta wokół metalowego rdzenia (34), pomiędzy górną płytą nośną pakietu elektrod zwijanych (39) w prowadnicy spiralnej (42) i dolną płytą nośną pakietu elektrod zwijanych (40) w prowadnicy spiralnej (41).PL 238 311 B1 7
- 3. Elektrolizer według zastrz. 1, znamienny tym, że system zasilania elektrolitem pakietu elektrod katodowych (13) zasysa elektrolit z górnej części komory anodowej (3), natomiast system zasilania elektrolitem pakietu elektrod anodowych (22) zasysa elektrolit z górnej części komory katodowej (2).
- 4. Elektrolizer według zastrz. 1 i 3, znamienny tym, że elektrolitem jest czysta woda lub płyn elektrolityczny na bazie wody.
- 5. Elektrolizer według zastrz. 1 i 2, znamienny tym, że trwale przymocowane do bocznych powierzchni płaskiej metalowej płyty (34) lub do bocznej powierzchni zwiniętej taśmy (33) powłoki (35), stanowią porowaty materiał węglowy.
- 6. Elektrolizer według zastrz. 5, znamienny tym, że porowatym materiałem węglowym jest grafen.
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL428847A PL238311B1 (pl) | 2019-02-08 | 2019-02-08 | Elektrolizer do wytwarzania wodoru i tlenu |
| PCT/PL2020/000013 WO2020162772A1 (en) | 2019-02-08 | 2020-02-07 | Electrolyzer for hydrogen and oxygen production |
| EP20715969.0A EP3921458A1 (en) | 2019-02-08 | 2020-02-07 | Electrolyzer for hydrogen and oxygen production |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL428847A PL238311B1 (pl) | 2019-02-08 | 2019-02-08 | Elektrolizer do wytwarzania wodoru i tlenu |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| PL428847A1 PL428847A1 (pl) | 2020-08-10 |
| PL238311B1 true PL238311B1 (pl) | 2021-08-09 |
Family
ID=70058432
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PL428847A PL238311B1 (pl) | 2019-02-08 | 2019-02-08 | Elektrolizer do wytwarzania wodoru i tlenu |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP3921458A1 (pl) |
| PL (1) | PL238311B1 (pl) |
| WO (1) | WO2020162772A1 (pl) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| IT202100013070A1 (it) * | 2021-05-20 | 2022-11-20 | F M T S R L | Dispositivo per l’elettrolisi |
| EP4105362A1 (en) * | 2021-06-16 | 2022-12-21 | Atotech Deutschland GmbH & Co. KG | Method for oxidizing manganese species in a treatment device and treatment device |
| WO2023022781A1 (en) * | 2021-08-18 | 2023-02-23 | X Development Llc | Membraneless hydrogen electrolyzer with static electrolyte |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| PL192845A1 (pl) | 1976-10-04 | 1978-04-10 | Krajowy Zwiazek Elektrotechnic | Elektroniczna lampa blyskowa |
| BR8506225A (pt) * | 1985-12-06 | 1987-06-30 | Antonio Cezar Bellen Leite | Usina eletrolizadora para separacao e purificacao dos elementos da agua |
| ITMI20012003A1 (it) * | 2001-09-27 | 2003-03-27 | De Nora Elettrodi Spa | Cella a diaframma per la produzione cloro-soda di aumentata superficie elettrodica e metodo per realizzarla |
| ES2359217B1 (es) | 2008-08-06 | 2012-04-10 | Jose Antonio Martinez Cao | Aparato productor de gases combustibles por electrolisis. |
| FI122171B (fi) * | 2010-01-08 | 2011-09-30 | Jorma Olavi Kaeppi | Vedyn- ja hapentuottolaite |
| EP2377972B1 (de) | 2010-04-19 | 2014-03-05 | GP Joule Holding GmbH & Co. KG | Gerät zur elektrischen Erzeugung von Wasserstoff |
| DE102011053142B4 (de) * | 2011-08-31 | 2015-12-24 | Kumatec Sondermaschinenbau & Kunststoffverarbeitung Gmbh | Elektrolyseur und Elektrolyseur-Anordnung |
| PL225119B1 (pl) | 2012-04-12 | 2017-02-28 | Sescom Spółka Akcyjna | Generator wodoru oraz tlenu |
| EP2862960B1 (en) * | 2012-06-18 | 2020-03-04 | Asahi Kasei Kabushiki Kaisha | Bipolar alkaline water electrolysis unit |
-
2019
- 2019-02-08 PL PL428847A patent/PL238311B1/pl unknown
-
2020
- 2020-02-07 WO PCT/PL2020/000013 patent/WO2020162772A1/en unknown
- 2020-02-07 EP EP20715969.0A patent/EP3921458A1/en active Pending
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| PL428847A1 (pl) | 2020-08-10 |
| WO2020162772A1 (en) | 2020-08-13 |
| EP3921458A1 (en) | 2021-12-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10590547B2 (en) | Combustible fuel and apparatus and process for creating the same | |
| EP2823087B1 (en) | Process for production of high purity carbon monoxide | |
| PL238311B1 (pl) | Elektrolizer do wytwarzania wodoru i tlenu | |
| US7326329B2 (en) | Commercial production of hydrogen from water | |
| US20190256991A1 (en) | Gas permeable electrodes and electrochemical cells | |
| US4457816A (en) | Electrolysis method for decomposing water into hydrogen gas and oxygen gas | |
| EP2175051A1 (en) | Hydrogen-oxygen electrolyzing device and carbon paper electrodes thereof with material-changed outer surfaces | |
| NL2023775B1 (en) | Compact electrochemical stack using corrugated electrodes | |
| US20090205971A1 (en) | Method and apparatus for producing combustible fluid | |
| JPH09143778A (ja) | 酸素・水素電解ガス発生装置 | |
| JP5869440B2 (ja) | 電解セル及び電解槽 | |
| KR100878052B1 (ko) | 가스 발생장치 | |
| US10676830B2 (en) | Combustible fuel and apparatus and process for creating the same | |
| CN111807330B (zh) | 一种空气源板式臭氧发生器 | |
| US20100200423A1 (en) | Hydrogen generator | |
| JP4611345B2 (ja) | 水電解セル、それを用いた水電解スタック及び水素製造装置 | |
| KR100424665B1 (ko) | 가변형 전해조에 의한 대용량 산소, 수소 혼성 가스 발생장치 | |
| JP2007059196A (ja) | 発電システム | |
| CN216039856U (zh) | 一种强制循环式氢氧发生器 | |
| CN220485851U (zh) | 电解装置 | |
| CN218291133U (zh) | 一种电解装置 | |
| JP3239354U (ja) | 電気触媒放電反応器及び水素製造システム | |
| KR20240105420A (ko) | 고압 전기분해 장치 | |
| JP4674659B2 (ja) | 水電解水素発生装置における容器収納型水電解装置 | |
| KR102266282B1 (ko) | 알칼리 수전해조 스택 |