FI90568C - Elektrolyysilaitteisto vedyn tuottamiseksi - Google Patents

Description

90 568

Elektrolyysilaitteisto vedyn tuottamiseksi Elektrolysapparat for framstållning av våte 5

Keksinto koskee elektrolyysilaitteistoa vedyn tuottamiseksi hajottamal-la elektrolyysinestettå såhkovirran avulla vedyksi ja hapeksi suljetus-sa, paineistetussa painekuoreen sijoitetussa elektrolyysikennossa.

10 Vety on ihanteellinen ja saasteeton energialåhde erikoissovellutuksis-sa, joissa ei ole kåytettåvisså normaaleja energialåhteitå. Siten esi-inerkiksi harvaan asutuilla ja vaikeakulkuisi 1 la seuduilla sijaitsevissa såhkovirtaa kåyttåvisså laitteissa voidaan soveltaa aurinkopaneeleita såhkovirran tuottamiseksi. Tållaiset laitokset ovat usein miehittåmåt-15 tomiå ja edellyttåvåt automaattista tai kaukosååtoistå toimintaa. Lait-teistojen on toimittava myos silloin, kun auringonvaloa ei ole kåytet-tåvisså. Såhkon varastoiminen pelkåståån akkuihin edellyttåisi hyvin suurta maaraa akkuja, jotka ovat painavia ja tarvitsevat huoltoa.

20 Vedyn kåytto energiavarastona on erås keino ottaa talteen aurinkokenno-jen tuottamaa ylijååmåenergiaa, jolloin såhkon avulla hajotetaan vettå vedyksi ja hapeksi. Tarvittaessa såhkdå voidaan tuottaa silloin polt-tokennon avulla vedystå. Tarvittavien vetyvarastojen koon pienentåmi-seksi vety on kuitenkin paineistettava ja paineistuksessa joudutaan 25 kayttåmåån lisåenergiaa.

On tunnettua suorittaa veden hajottaminen vedyksi ja hapeksi elektro-lyysikennoissa, jotka toimivat paineenalaisina ja tuottavat siten vetyå suoraan paineellisena eikå erillistå paineistusta tarvita. Elektro-30 lyysikennon paineistuksen haittapuolena on kuitenkin vuotojen lisåånty-minen.

On myos tunnettua sijoittaa elektrolyysikenno erillisen painekuoren sisåån, jolloin paine-ero elektrolyysikennon sisåpuolen ja ulkopuolen 35 vålillå pienenee oleellisesti ja vuodot våhenevåt. Siten esimerkiksi patenttijulkaisun FR-2466515 mukaisessa laitteistossa painekuori on paineistettu typpikaasun avulla ja laitteisto sisåltåå elimet paineen pitåmiseksi elektrolyysikennon sisallå alempana kuin painekuoren paine.

2 90568

Erillisen paineistuskaasun kåytto edellyttåå kuitenkin såiliditå pai-neistuskaasuja vårten ja paineistuskaasun tåydennystarvetta eikå FR-pa-tentissa 2466515 kuvattu jårjestelmå siitå johtuen sovellu esimerkiksi automaattisesti syrjåseuduilla aurinkovoimalla toimiviin laitoksiin.

5 GB-patentista 1518234 on tunnettua sijoittaa elektrolyysilevyt paine-kuoren sisåån, jolloin painekuoren sisåpuolella vallitsee vetykaasun paine. Patentin mukaisessa rakenteessa ei kuitenkaan ole painekuoren sisåån sijoitettua suljettua elektrolyysikennoa, vaan elektrolyyttines-10 teen (HC1) hajotukseen kåytettåvåt elektrodit on sijoitettu riippumaan suoraan painekuoren sisåån. GB-patentissa 1518234 esitetty laitteisto on vedyn suurtuotantoon tarkoitettu laitos, jonka tehontarve on hyvin suuri, rakenne monimutkainen ja kaliis johtuen nun. puhdistukseen tar-koitetuista laitteista.

15

Esillåoleva keksinto koskee vedyn tuottamiseen kåytettåvåå paineistet-tua elektrolyysilaitteistoa, jossa on ratkaistu edellåkuvatuissa sys-teemeisså esiintyviå haittapuolia ja jota voidaan soveltaa edullisesti automaattisiin ilman valvontaa ja jatkuvaa huoltoa toimiviin aurinko-20 energiasovellutuksiin.

Keksinnon mukainen elektrolyysilaitteisto on tunnettu siitå, ettå pai-nekuoreen sijoitettu elektrolyysikenno pidetåån paineistettuna elektro-^ lyysisså syntyvån hapen paineella.

·': 25

Elektrolyysikennoon sydtettåvå elektrolyysineste sisåltåå vettå, mutta se voi sisåltåå mitå tahansa kåytetyn elektrolyysikennon toimintaa ediståviå apuaineita, kuten esim. happoja tai emåksiå. Jåljempånå ter-millå "vesi" tarkoitetaan mitå tahansa tållaista elektrolyysinestettå. 30

Keksinnon mukaisessa laitteistossa saavutetaan normaalit paineistuksen antamat edut eli vuotojen syntyminen elektrolyysikennosta saadaan mini-moitua. Sen lisåksi keksinnon avulla aikaansaadaan monia lisåetuja.

3 90568

Keksinnon avulla voidaan aikaansaada muuttuvapaineinen paineistus il-man, ettå paineistukseen ja sen sååtftdn tarvitsisi kåyttåå erillistå suojakaasua tai varastoitavaa vetyå. Erltyisesti on huomattava, ettå keksinndn mukaisessa laitteistossa kåytettåvå paineistuskaasu on kåy-5 tettåvisså paitsi muuttuvapaineisessa paineistuksessa mycSs varaenergia-låhteenå, koska vetykaasua ja happikaasua voidaan polttokennojen avulla muuttaa uudelleen såhkdenergiaksi tarpeen vaatiessa.

Keksinndn yleisimmåsså suoritusmuodossa elektrolyysikenno on sijoitettu 10 paineenkeståvån painekuoren sisalle ja elektrolyysikennon vetypuolelta vety johdetaan painekuoren seinåmån låpi vedetyn putken kautta vetyva-rastoon. Elektrolyysikennosta tulevan hapen annetaan tulla painekuoren sisåån. Painekuoren happipainetta såådetåån siten, etta se pysyy koko ajan samana vetyvarastossa olevan paineen kanssa. Paineen sååtd voidaan 15 toteuttaa esimerkiksi siten, etta happea lasketaan ulos painekuoresta vetyvaraston paineen avulla saatyvån venttiilin kautta. Edullisesti happi kuitenkin otetaan talteen ja johdetaan erilliseen happisåiliodn, jolloin painekuoresta johdetaan happea happisåiliddn vetyvaraston paineen avulla sååtyvån venttiilin avulla.

20

On tavanomaista, ettå elektrolyysikennosta tuleva vetykaasu ja happi-: * : kaasu johdetaan ensin vedenerottimien låpi kaasujen mukana tulevan veden erottamiseksi. Keksinnon mukaisessa laitteistossa vedenerottimet voidaan edullisesti sijoittaa painekuoren sisåån, jolloin vedenerotti-25 mien ei tarvitse olla paineenkeståviå. Vedenerottimet voidaan yhtå hyvin sijoittaa my6s painekuoren ulkopuolelle, mikåli vedenerottimet on varustettu paineenkeståvållå kuorella.

Vedenerottimissa kaasuista erotettu vesi palautetaan takaisin elektro-30 lyysikennoon. Eråån sopivan menettelytavan mukaan vesi vetykaasun ve-denerottimesta johdetaan happikaasun vedenerottimeen, josta vesi pa-lautetaan elektrolyysikennoon. TållSin vetykaasun vedenerotin voi olla varustettu pinnankorkeusantureilla, jotka ohjaavat vedenpalautuslinjaan sijoitettua venttiiliå. Pinnan noustessa ylåkorkeuteensa venttiili 35 avautuu ja vesi pååsee kulkemaan vetykaasun vedenerottimesta happi- 4 90568 kaasun vedenerottimeen. Pinnan laskeuduttua alakorkeuteensa venttiili sulkeutuu.

Keksinnfin eråfin toisen suoritusmuodon mukaan paineenkeståvåå kuorta 5 kaytetaan myfis elektrolyysissd syntyvien kaasujen varastointiin. Vety-ja happikaasujen sekoittumisen estamiseksi painekuoren sisatilavuus on talldin jaettava kaasuja lapaisemattdmalla kalvolla tal seinamalla kahteen eri osastoon, joista toinen toimii vetyvarastona ja toinen osasto, joka sisålt&å my6s elektrolyysikennon, toimii happivarastona.

10 Kaasuja lapåisemåtdn kalvo tai kerros on edullisesti ohut ja joustava, jolloin se toimii osittain automaattisena paineensååtåjåna. Sopivia kalvomateriaaleja ovat mm. kaasua lapaisemattdmat muovit ja metallit.

Koska elektrolyysikennossa syntyy vetya ja happea tilavuussuhteessa 2:1 15 ovat vetyvaraston ja happivaraston tilavuudet edullisesti samassa suh-teessa. Siinå tapauksessa, etta palnekuori toimii samalla kaasusailidna on myOs tallftin edullista, etta vetyvaraston tilavuus on suunnilleen kaksinkertainen happivaraston tilavuuteen verrattuna.

20 Keksintda selostetaan lahemmin seuraavassa viittaamalla oheisiin ku-vioihin, joissa kuvio 1 esittaa keksinndn mukaisen elektrolyysilaitteiston periaatteel-lista rakennetta, jossa vedenerottimet on sijoitettu painekuoren sisa-25 puolelle, kuvio 2 esittaa vaihtoehtoista suoritusmuotoa, jossa vedenerottimet on sijoitettu painekuoren ulkopuolelle, ja ; 30 kuvio 3 esittaa vaihtoehtoa, jossa palnekuori toimii myos varastoita- vien kaasujen saili6na.

'"· Kuviossa 1 on esitetty painesailid 10, joka toimii painekuorena. Paine kuoren 10 sisalle on sijoitettu elektrolyysikenno 11, joka on varustet-35 tu elektrolyysinesteen sisaansy6tt6yhteella 12, vedyn ja hapen ulos-tuloyhteilla 14 ja 13 seka vastaavasti såhkdnsydttdjohdoilla 15.

5 90568

Elektrolyysinestetta, esimerkiksi vettå johdetaan gravitaation avulla elektrolyysikennoon 11. Kuvion 1 mukaisessa suorltusmuodossa on esitet-ty vedenerottimet 16 ja 17 veden erottamiseksi vedysta ja hapesta.

5 Vetta syotetåån elektrolyysikennoon 11 vesijohdon 18 ja pumpun 19 kaut-ta painekuoren 10 lapi johdetun veden sisaantulolinjan 20 kautta happi-kaasun vedenerottimeen 17 ja edelleen siita veden sisaantulolinjan 21 ja siihen sijoitetun takaiskuventtiilin 22 kautta sisåånsydttdyhteeseen 12 ja edelleen elektrolyysikennoon 11, Elektrolyysikennossa 11 syntyvå 10 happikaasu johdetaan hapen ulostuloyhteen 13 ja hapen ulotulolinjan 23 kautta hapen vedenerottimeen 17. Happikaasun mukana tuleva vesi erottuu vedenerottimessa 17 ja palaa elektrolyysikennoon 11 linjan 21 kautta. Happikaasun vedenerottimesta 17 johtaa edelleen hapen poistoputki 24 painekuoren 10 sisåtilaan, jolloin painekuoressa 10 vallitsee happi-15 kaasun paine.

Elektrolyysikennossa 11 syntyvfi vetykaasu johdetaan vedyn ulostuloyhteen 14 låpi vedyn ulostulolinjan 25 kautta vetykaasun vedenerottimeen 16. Vedenerottimesta 16 johtaa paineanturilla 26 ja takaiskuventtiilil-20 lå 27 varustettu vedyn poistolinja 28 vetykaasun varastosdilioon 29. Vetykaasun vedenerottimesta 16 on johdettu lisåksi venttiilillå 30 varustettu vesiputki 31 happikaasun vedenerottimeen 17, jolloin vety-... kaasun mukana tuleva vesi saadaan palautetuksi elektrolyysikennoon 11 edella kuvatulla tavalla.

I'·'; 25 : Happikaasu johdetaan painekuoren 10 sisåtilasta ulos hapen poistolin- jaan 32 ja edelleen esimerkiksi happisåilioon (ei esitetty). Hapen poistolinja 32 on varustettu paineanturilla 33 ja venttiilillå 34 pai-. : neen sååtåmiseksi painekuoren 10 sisållå.

.-: 30

Paineensååtd kuvion 1 mukaisessa laitteistossa voidaan suorittaa edul-lisesti esimerkiksi siten, ettå paineensååtåjå 35 on yhdistetty signaa-^ lijohdoilla 36 ja 37 vedyn ja hapen paineantureihin 26,33 ja nåistå : paineantureista 26,33 saamansa signaalin mukaisesti paineensååtåjå 35 . . 35 avaa ja sulkee signaalilinjan 38 kautta hapen poistolinjassa 32 olevaa venttiilia 34 happikaaasun paineen pitamiseksl olennaisesti vetyvaras - ton paineessa.

6 90568

Kuviossa 2 on esitetty kuvion 1 mukainen laitteisto modifioituna siten, 5 ettd vetykaasun ja happikaasun vedenerottimet 16 ja 17 on sijoitettu painekuoren 10 ulkopuolelle. Vedenerottimet 16 ja 17 ovat talloin ra-kenteeltaan sellaisia, ettd ne kestavat jarjestelmassa vallitsevan maksimipaineen. Kuvion 2 mukainen laitteisto on muussa suhteessa saman-lainen kuin kuvion 1 mukainen laitteisto, paitsi etta hapen poistoputki 10 39 on johdettu painekuoren 10 seinaman lapi sen sisatilaan.

Kuvion 3 mukaisessa suoritusmuodossa on esitetty painekuori 10, joka on esim. laippaliitoksella 41 jaettu vetyvarastoon 42 ja happivarastoon 43. Laippojen 41 valissa on joustava kaasuja låpåisematon kalvo 44, 15 joka erottaa vety- ja happivarastot 42,43 toisistaan. Happivaraston 43 sisalle on sijoitettu elektrolyysikenno 11, josta happi johdetaan linjen 23 kautta happikaasun vedenerottimeen 17 ja vety johdetaan linjen 25 kautta vetykaasun vedenerottimeen 16, seka sailid 45 veden lisaami-seksi elektrolyysikennoon 11 linjan 46 kautta. Lisavesi sailiodn 45 20 johdetaan esimerkiksi putkesta 18 pumpun 19 ja johdon 20 avulla. Ve-sisailiddn 45 on tassa tapauksessa yhdistetty myds putket 31,21 veden palauttamiseksi vedyn ja hapen vedenerottimista 16,17. Jarjestelma voi sisaltaa myds lisåsåilion tai -såilidita 47 vetykaasulle seka lisasai-lidn tai -såilidita 48 happikaasulle, joihin kaasut johdetaan vetyva-: 25 rastosta 42 ja happivarastosta 43 linjan 49 ja vastaavasti linjan 50 ·.: kautta.

Jarjestelmån toiminta on muuten samanlainen kuin kuviossa 1 on esitetty ; paitsi, ettå vetykaasu johdetaan vetykaasun vedenerottimesta 16 vety- 30 varastoon 42 linjan 51 kautta ja happi johdetaan happikaasun vedenerottimesta 17 happivarastoon 43 putken 52 kautta.

: Edella esitetyt suoritusmuodot on tarkoitettu ainoastaan havainnollis- _ tamaan eikå rajoittamaan keksintda.

... 35

Claims (7)

1. 7 90568 Patenttivaatlmukset
2. 1. Elektrolyysilaitteisto vedyn tuottamiseksi hajottaraalla elektro-lyysinestettå såhkåvirran avulla vedyksi ja hapeksl suljetussa, pai-5 neistetussa painekuoreen (10) sijoitetussa elektrolyyslkennossa (11), tunnettu siitå, ettå painekuoreen (10) sijoitettu elektrolyysi-kenno (11) pidetåån paineistettuna elektrolyysisså syntyvån hapen pai-neella.
3. 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen elektrolyysilaitteisto, tun nettu siitå, ettå elektrolyyslkennossa (11) syntyvå happi johde-taan painekuoreen (10) ja vety johdetaan vetykaasun varastosåilioon (29).
4. 3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen elektrolyysilaitteisto, tunnettu siitå, ettå painekuoressa (10) yllåpidetåån happi-kaasun painetta, joka on oleellisesti sama kuin vetykaasulinjassa (28) vallitseva paine.
5. 4. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen elektrolyysilaitteis to, tunnettu siitå, ettå painekuori (10) on jaettu kaasua låpåisemåttomållå kalvolla tai seinåmållå (44) vetyvarastoon (42), johon johdetaan elektrolyysisså syntyvå vety, ja happivarastoon (43), ·.* ' johon johdetaan elektrolyysisså syntyvå happi, ja ettå elektrolyysiken- • ' 25 no (11) on sijoitettu happivarastoon (43).
6. 5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen elektrolyysilaitteisto, tunnettu siitå, ettå mainittu låpåisemåton kalvo tai seinåmå (44) on metallia ja/tai muovia. 30 • 6. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen elektrolyysilaitteis to, tunnettu siitå, ettå elektrolyysikennossa (11) syntyvå vety ja happi johdetaan nesteenerottimiin (16 ja 17), joista ainakin ; toinen tai molemmat on sijoitettu painekuoren (10) sisålle. .. ; 35 8 90568
7. 7. Jonkin patenttivaatimuksen 1-5 mukainen elektrolyysilaitteisto, tunnettu siita, ettå elektrolyysikennossa (11) syntyvå vety ja happi johdetaan nesteenerottimiin (16 ja 17), joista ainakin toinen tai molemmat on sijoitettu painekuoren (10) ulkopuolelle. 5 9 90568