ES2607208T3 - Procedimiento, dispositivo y sistema de electrolisis - Google Patents

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Abstract

Procedimiento de electrólisis para la separación de gases de electrólisis a partir de un electrolito líquido mediante al menos un electrodo de electrólisis bajo tensión eléctrica, caracterizado por que se hace vibrar artificialmente dicho electrodo de electrólisis con una frecuencia de vibración y dicha tensión eléctrica del electrodo de electrólisis oscila con una frecuencia harmónica menor que dicha frecuencia de vibración.

Description

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DESCRIPCION
Procedimiento, dispositivo y sistema de electrolisis
La presente invencion se refiere a un procedimiento de electrolisis, a un dispositivo de electrolisis y a un sistema para el uso de gases de electrolisis para combustion, en particular para motores de combustion, por ejemplo motores de turbina o de piston.
Se conoce desde hace algun tiempo obtener hidrogeno y oxfgeno o una mezcla estequiometrica de los mismos (denominada a continuacion como gas de Brown o gas de detonacion) a partir de agua mediante electrolisis. Tambien se ha propuesto durante algun tiempo usar electricidad de fuentes de energfa renovable en esta electrolisis para asf poder usar el hidrogeno obtenido por electrolisis como un combustible renovable. Hasta ahora estas propuestas han tenido un exito limitado, principalmente debido a la baja eficiencia de los dispositivos de electrolisis existentes.
En la solicitud de patente china CN 1 363 726 A, se ha propuesto, con el fin de incrementar la eficiencia de un procedimiento de electrolisis para la separacion de un gas de un electrolito lfquido sobre al menos un electrodo de electrolisis bajo tension electrica, hacer vibrar artificialmente dicho electrodo de electrolisis con una frecuencia de vibracion.
Las burbujas de gas que se forman sobre la superficie del electrodo de electrolisis escapan mas rapidamente bajo esta vibracion artificial. Asf, la superficie eficaz del electrodo no se reduce demasiado por las burbujas de gas, y puede mantenerse un intercambio electronico optimo entre la superficie del electrodo y el electrolito lfquido.
El objetivo de la presente invencion es incrementar aun mas dicha eficiencia. De acuerdo con al menos una realizacion de la presente invencion, esto se consigue porque dicha tension electrica del electrodo de electrolisis oscila con una frecuencia harmonica menor que dicha frecuencia de resonancia.
La oscilacion armonica de la tension de electrodo interactua con la vibracion para aumentar adicionalmente la eficiencia de electrolisis. La vibracion tambien parece tener un efecto sobre las propias moleculas de lfquido y aumenta inesperadamente la eficiencia de la electrolisis por colision entre las moleculas.
Preferiblemente, dicho electrodo de electrolisis se hace vibrar a una frecuencia de resonancia. Como resultado los dos efectos son amplificados adicionalmente y la eficiencia de la electrolisis es incluso mas alta.
Preferiblemente, dicho electrolito lfquido contiene agua de tal manera que dicho gas separado es un gas combustible que contiene hidrogeno. Como resultado puede obtenerse una sustancia combustible eficaz a partir de agua con alta eficiencia.
Preferiblemente, el gas combustible que contiene hidrogeno se quema y los gases de escape calientes que se originan de esta combustion precalientan el agua lfquida y/o gas combustible que contiene hidrogeno. Mediante este uso de calor de regeneracion, puede aumentarse la eficiencia tanto de la electrolisis como de la combustion.
La presente invencion tambien se refiere a un dispositivo de electrolisis que comprende:
a) dicho recipiente de electrolisis con al menos un par de electrodos sustancialmente similares, comprendiendo cada uno un material electricamente conductor con un contacto electrico para conexion a un circuito de electrolisis y un elemento piezoelectrico con dos contactos electricos para conexion a un circuito de vibracion separado,
b) un circuito de electrolisis conectado a dichos electrodos, en el que cada uno de los dos electrodos de un par de electrodos esta conectado al circuito con polaridad inversa, y
c) un circuito de vibracion conectado a dichos elementos piezoelectricos,
en el que dicho circuito de vibracion tiene un regulador para controlar la tension de salida con una frecuencia de vibracion y dicho circuito de electrolisis tambien esta conectado a dicho regulador con el fin de controlar la tension de salida del circuito de electrolisis con una frecuencia harmonica menor que dicha frecuencia de vibracion.
Preferiblemente, dicho regulador puede ser un regulador de anchura de impulso.
Preferiblemente, dicha frecuencia de vibracion puede ser una frecuencia de resonancia.
Preferiblemente, dicho dispositivo de electrolisis esta provisto de una alimentacion de electricidad de fuentes de energfa renovables con el fin de reducir el consumo de combustibles fosiles y el efecto invernadero asociado.
La presente invencion tambien se refiere a un sistema de combustion que contiene dicho dispositivo de electrolisis, un dispositivo de combustion y una lmea de gas entre el dispositivo de electrolisis y el dispositivo de combustion para alimentar un gas de electrolisis combustible al dispositivo de combustion. Como resultado, la electricidad en
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algunas circunstancias puede ser convertida a ene^a termica en una manera util.
Preferiblemente, dicha lmea de gas contiene un burbujeador de seguridad. Este evita que una emision de retorno desde el dispositivo de combustion dane el recipiente de electrolisis.
Preferiblemente, dicha lmea de gas tambien contiene una valvula de retencion conectada antes del burbujeador de seguridad. Esto evita, en el caso de una presion negativa en el recipiente de electrolisis, que sea extrafdo fluido de vuelta al recipiente de electrolisis desde el burbujeador de seguridad.
Preferiblemente, el sistema de combustion tambien tiene un deposito de almacenamiento de gas de electrolisis conectado a dicha lmea de gas. Como un resultado, el gas de electrolisis puede almacenarse para ser usado durante cargas altas en el dispositivo de combustion.
Preferiblemente, el sistema de combustion tambien tiene una lmea de escape conectada al sistema de combustion con al menos un intercambiador de calor conectado a la lmea de gas y/o deposito de electrolisis. Como un resultado el gas de electrolisis combustible y/o el recipiente de electrolisis pueden precalentarse por regeneracion por los gases de combustion.
Preferiblemente, dicho dispositivo de combustion es un motor de combustion, preferiblemente un motor de piston o de turbina. Como resultado, bajo algunas circunstancias la electricidad puede convertirse en energfa mecanica de una manera util.
Los detalles relacionados con la invencion se describen a continuacion con referencia a las siguientes figuras.
La Figura 1 es un diagrama de un electrodo de electrolisis de acuerdo con una realizacion de la invencion.
La Figura 2 es una representacion esquematica de un dispositivo de electrolisis de acuerdo con una realizacion de la invencion con un par de electrodos de electrolisis tales como los de la figura 1.
La Figura 3 es una representacion esquematica de un sistema de combustion de acuerdo con una realizacion de la invencion que incluye un dispositivo de electrolisis tal como el de la figura 1 y un motor de combustion.
El electrodo de electrolisis 1 mostrado en la figura 1 es un electrodo del tipo placa delgada de acero inoxidable con un contacto electrico 2 y una elemento piezoelectrico 3 fijado a la superficie del electrodo por medio de un adhesivo aislante. Este elemento piezoelectrico 3 contiene un disco de ceramica piezoelectrico 4 con un primer contacto electrico 5 centralmente localizado y un anillo exterior 6 de laton alrededor del disco de ceramica 4, con un segundo contacto electrico 7. Por tanto, es posible provocar una vibracion del elemento piezoelectrico 3 con una tension alterna entre los contactos 5 y 7, cuya vibracion actua sobre todo el electrodo 1, en particular si la frecuencia de la tension es una frecuencia de resonancia del electrodo.
En el dispositivo de electrolisis mostrado en la figura 2, un recipiente de electrolisis cerrado 8 que contiene un electrolito lfquido 9, en este caso agua salada, tiene uno o mas pares de electrodos 1 esencialmente similares del tipo mostrado en la figura 1. Por tanto, cada electrodo 1 esta provisto de un elemento piezoelectrico 3 fijado al mismo.
Los contactos 5 y 7 del elemento piezoelectrico 3 estan conectados por medio de un cable qmmicamente resistente a un circuito de vibracion 10 en un modulo de control 11 con el fin de activar el elemento piezoelectrico 3 con una frecuencia de resonancia. En una realizacion preferida de la invencion, este circuito de vibracion 10 contiene un cristal para fijar la frecuencia, un circuito PLL para mantener una frecuencia de resonancia optima sin ajuste manual, y una bobina de autoinduccion para accionar la tension de salida pulsante.
Los contactos 2 de los electrodos 1 estan conectados a su vez a un circuito de electrolisis 12 del modulo de control 11. El propio circuito de electrolisis 12 esta <conectado al circuito de vibracion 10 para aplicar una anchura de impulso de tension regulada entre los electrodos 1 de cada par de electrodos, donde la frecuencia de esta tension regulada de anchura de impulso es una frecuencia harmonica menor sincronizada con la frecuencia de resonancia del circuito de vibracion.
En uso, a traves del elemento piezoelectrico 3, la frecuencia de resonancia sobre los electrodos 1 es fijada de tal manera que mediante estos electrodos 1 la frecuencia es transmitida a las moleculas de agua. La electrolisis del agua es soportada por la aplicacion de la tension regulada de anchura de impulso a los electrodos 1.
La tabla 1 muestra los parametros de un ejemplo de prueba de este dispositivo de electrolisis con electrodos de disco de 130 mm de diametro y 1 mm de grosor.
Circuito de vibracion 10
Circuito de electrolisis 11
Frecuencia [MHz]
Voltaje de salida [V] Frecuencia [kHz] Voltaje de salida [V]
2,24
70-120 22,4 2,2
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Tabla 1: Parametros de la electrolisis
La Figura 3 muestra un sistema de combustion en el que el gas de electrolisis procesado en el recipiente de electrolisis 8 puede usarse como combustible para un dispositivo de combustion, en este caso un motor de combustion 13. El recipiente de electrolisis 8 de esta realizacion de la invencion tambien contiene por razones de seguridad un sensor de presion 14, una valvula de sobrepresion 15, y un sensor de nivel de electrolito 16. El sensor de presion 14 controla la presion interna del recipiente de electrolisis 8 y esta conectado con el modulo de control 12 a traves de un modulo de control de motor 26 para desactivar la electrolisis si la presion interna se vuelve demasiado alta. La valvula de sobrepresion 15 tambien esta configurada para evitar que la presion interna se eleve por encima de un nivel peligroso. El sensor de nivel de electrolito 16 tambien esta conectado con el modulo de control de motor 26 para activar el suministro de electrolito a traves de una lmea de suministro 17 si el nivel de electrolito cae debajo de un nivel espedfico. Como se muestra, esta lmea de suministro 17 puede conectarse al recipiente de electrolisis 8 con un deposito de electrolito 18 y tiene una bomba 19 conectada con el modulo de control 26, y una valvula de retencion de tal manera que en uso el nivel de electrolito en el recipiente de electrolisis 8 permanece por encima de los electrodos 1.
El recipiente de electrolisis 8 esta conectado con el motor de combustion 13 por medio de una lmea de gas 20 de tal manera que el gas de electrolisis puede ser suministrado al motor de combustion 13. Conectada a la lmea de gas 20 hay una valvula de retencion 21, una valvula controlada electronicamente 22, un burbujeador de seguridad 23 y una bomba de vacro 24 accionada por un motor sin escobilla de carbon y un separador de agua 25. El burbujeador de seguridad 23 esta incluido para retener cualquier retorno de combustion de tal manera que el recipiente de electrolisis 8 no pueda ser danado. El motor de la bomba de vacro 24 tambien esta conectado con el modulo de control de motor 26 de tal manera que su velocidad de rotacion puede regularse por el modulo de control de motor 26. Corriente abajo del separador de agua 25, la lmea de gas 20 se divide en tres lmeas 20a, 20b y 20c. En la lmea 20a, una valvula de control 27 esta conectada con el modulo de control de motor 26 para regular el flujo de gas a traves de esta lmea de gas 20a. La lmea 20b contiene una valvula de tres vfas 28 tambien conectada con el modulo de control de motor 26 y un deposito de almacenamiento de gas 29. Este deposito de almacenamiento de gas 29 esta dividido por un diafragma elastico 30 en una parte de gas 29a conectada con una valvula de tres vfas 28 y una parte de vacro 29b conectada mediante una lmea de presion reducida 31 con la entrada 32 del motor 13, y tambien provisto de una entrada de aire 33 regulada por el modulo de control de motor 26 mediante una electrovalvula 34. La lmea de presion reducida 31 esta provista de una valvula de una via 41. La lmea 20c con una valvula de una via 35 puentea la lmea 20b. Las tres lmeas 20a, 20b y 20c se abren en la entrada 32 del motor 13, donde el aire y el suministro de combustible son regulados por un pedal de gas 36 tambien conectado con el modulo de control de motor 26. El escape del motor 37 pasa sobre dos intercambiadores de calor 38, 39. El primer intercambiador de calor 38 esta conectado con la lmea 20a para precalentar el gas de electrolisis combustible. El segundo intercambiador de calor 39, regulado por la valvula de control 40 controlada por el modulo de control de motor 26, precalienta el recipiente de electrolisis 8.
En uso, el gas de electrolisis combustible producido en el recipiente de electrolisis 8 es transportado a traves de la lmea 20 y la valvula de retencion 21 y la electrovalvula 22 al burbujeador de seguridad 23. El gas de electrolisis combustible es bombeado fuera del burbujeador de seguridad 23 por la bomba de vacro 24. El gas de electrolisis combustible pasa entonces a traves del separador de agua 25 para separar toda gota de agua que sea arrastrada en la lmea de gas 20 (separador por vibracion o similar) antes de que el gas de electrolisis combustible entre en el motor 13. A traves de las lmeas 20a y 20b, respectivamente, el gas de electrolisis combustible es enviado a la valvula de control motorizada 27 y la valvula de tres vfas 28 controlada electricamente. Estas valvulas son controladas por el modulo de control de motor 26 de acuerdo con la carga sobre el motor 13. Corriente abajo de la valvula 27, el gas de electrolisis combustible es precalentado por el intercambiador de calor 38 antes de ser suministrado al motor 13. El puenteo de la lmea 20b es activo a una carga de motor constante. El gas de electrolisis combustible es suministrado a continuacion al motor 13 a traves de la lmea 20c.
Cuando se requiere aceleracion desde el motor 13, la valvula de tres vfas 28 conmuta para que pueda pasar un flujo de gas de electrolisis combustible desde el deposito de almacenamiento de gas 29 al motor 13 a traves de la lmea 20b. El deposito de almacenamiento de gas 29 es rellenado rapidamente de forma automatica cuando el motor 13 ejecuta una reduccion de velocidad, y debido al vacro creado en la entrada 32, el diafragma 30 es estirado a traves de la lmea de presion reducida 31 de tal manera que el deposito de almacenamiento de gas 29 toma una cantidad pequena de gas de electrolisis combustible que el motor 13 no requiere en desaceleracion.
La invencion no esta limitada a los ejemplos expuestos arriba y son posibles cambios siempre que estos esten dentro del marco de las siguientes reivindicaciones. Por ejemplo, aunque en la realizacion ilustrada los elementos piezoelectricos estan fijados a los electrodos usando un adhesivo aislante, tambien puede usarse de forma alternativa un adhesivo conductor. Por estas razones, la descripcion y los dibujos de la presente solicitud sirven simple y unicamente como ilustraciones.

Claims (14)

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    REIVINDICACIONES
    1. Procedimiento de electrolisis para la separacion de gases de electrolisis a partir de un electrolito Kquido mediante al menos un electrodo de electrolisis bajo tension electrica, caracterizado por que se hace vibrar artificialmente dicho electrodo de electrolisis con una frecuencia de vibracion y dicha tension electrica del electrodo de electrolisis oscila con una frecuencia harmonica menor que dicha frecuencia de vibracion.
  2. 2. Procedimiento de electrolisis segun la reivindicacion 1, en el que dicha frecuencia de vibracion es una frecuencia de resonancia.
  3. 3. Procedimiento de electrolisis segun una de las reivindicaciones 1 o 2, en el que dicho electrolito lfquido contiene agua de tal manera que los gases de electrolisis separados contienen un gas combustible que contiene hidrogeno.
  4. 4. Procedimiento de electrolisis segun la reivindicacion 3, en el que dicho gas combustible que contiene hidrogeno se quema y los gases de escape calientes que se producen en esta combustion precalientan el agua lfquida y/o el gas combustible que contiene hidrogeno.
  5. 5. Dispositivo de electrolisis que comprende:
    a) un recipiente de electrolisis con al menos un par de electrodos sustancialmente similares, comprendiendo cada uno un material electricamente conductor con un contacto electrico para conexion a un circuito de electrolisis, y un elemento piezoelectrico con dos contactos electricos para conexion a un circuito de vibracion separado,
    b) un circuito de electrolisis conectado a dichos electrodos, en el que cada uno de los dos electrodos de un par de electrodos esta conectado al circuito con polaridad inversa, y
    c) un circuito de vibracion conectado a dichos elementos piezoelectricos, y
    caracterizado por que el circuito de vibracion tiene un regulador para controlar la tension de salida con una frecuencia de vibracion y dicho circuito de electrolisis tambien esta conectado a dicho regulador con el fin de controlar la tension de salida del circuito de electrolisis con una frecuencia harmonica menor que dicha frecuencia de vibracion.
  6. 6. Dispositivo de electrolisis segun la reivindicacion 5, en el que dicho regulador es un regulador de anchura de impulso.
  7. 7. Dispositivo de electrolisis segun una de las reivindicaciones 5 o 6, en el que dicha frecuencia de vibracion es una frecuencia de resonancia de los electrodos.
  8. 8. Dispositivo de electrolisis segun una de las reivindicaciones 5 a 7, con una alimentacion de electricidad que prcede de una fuente de energfa renovable.
  9. 9. Sistema de combustion que comprende un dispositivo de electrolisis segun cualquiera de las reivindicaciones 5 a 8, un dispositivo de combustion y una lmea de gas entre el dispositivo de electrolisis y el dispositivo de combustion para alimentar el dispositivo de combustion con un gas de electrolisis combustible.
  10. 10. Sistema de combustion segun la reivindicacion 9, en el que dicha lmea de gas comprende un burbujeador de seguridad.
  11. 11. Sistema de combustion segun la reivindicacion 10, en el que dicha lmea de gas tambien contiene un valvula de retencion conectada antes del burbujeador de seguridad.
  12. 12. Sistema de combustion segun cualquiera de las reivindicaciones 8 a 11, con un deposito de almacenamiento de gas de electrolisis conectado tambien a dicha lmea de gas.
  13. 13. Sistema de combustion segun cualquiera de las reivindicaciones 8 a 12, con un tubo de escape conectado tambien al dispositivo de combustion con al menos un intercambiador de calor conectado a la lmea de gas y/o al deposito de electrolisis.
  14. 14. Sistema de combustion segun cualquiera de las reivindicaciones 8 a 13, en el que dicho dispositivo de combustion es un motor de combustion.
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