FI90884C - Elektrolyysilaitteisto vedyn tuottamiseksi - Google Patents

Description

90884 5

Elektrolyysilaitteisto vedyn tuottamiseksi Elektrolysapparat for framstållning av våte

Keksinto koskee elektrolyysilaitteistoa vedyn tuottamiseksi hajottamalla vetta sahkovirran avulla vedyksi ja hapeksi.

On tunnettua suorittaa veden hajottaminen vedyksi ja hapeksi elektrolyysikennoissa, jotka 10 toimivat paineenalaisina ja tuottavat siten vetyå suoraan paineellisena eikå erillista komprimointia tarvita. Elektrolyysikennon paineistuksen haittapuolena on kuitenkin vuotojen lisååntyminen.

On myos tunnettua sijoittaa elektrolyysikenno erillisen painekuoren sisaån, jolloin paine-15 ero elektrolyysikennon sisåpuolen ja ulkopuolen vålillå pienenee oleellisesti ja vuodot våhenevåt. Siten esimerkiksi patenttijulkaisun FR2466515 mukaisessa laitteistossa painekuori on paineistettu typpikaasun avulla ja laitteisto sisåltåå elimet paineen pitamisek-si elektrolyysikennon sisallå alempana kuin painekuoren paine. Erillisen paineistuskaasun kaytto edellyttaa kuitenkin såilioitå paineistuskaasuja vårten ja paineistuskaasun taydennys-20 tarvetta eikå patentissa kuvattu jåijestelmå siita johtuen sovellu esimerkiksi automaattisesti syijåseuduilla aurinkovoimalla toimiviin laitoksiin.

GB-patentista 1518234 on tunnettua sijoittaa elektrolyysilevyt painekuoren sisåån, jolloin painekuoren sisapuolella vallitsee vetykaasun paine. Patentin mukaisessa rakenteessa ei 25 kuitenkaan ole painekuoren sisaån sijoitettua suljettua elektrolyysikennoa, vaan elektrolyyt-tinesteen (HC1) hajotukseen kåytettåvåt elektrodit on sijoitettu riippumaan suoraan painekuoren sisåån. Patentissa esitetty laitteisto on vedyn suurtuotantoon tarkoitettu laitos, jonka tehontarve on hyvin suuri, rakenne monimutkainen ja kallis johtuen mm. puhdistuk-seen tarkoitetuista laitteista, eikå laitteisto ole tarkoitettu hapen talteenottoon.

30

Suomalaisessa patenttihakemuksessa FI923904 on esitetty elektrolyysilaitteisto vedyn tuottamiseksi vedestå, jossa laitteistossa elektrolyysikenno on sijoitettu nesteellå tåytettyyn painekuoreen, joka pidetåån paineistettuna elektrolyysisså syntyvån kaasun paineella. Painekuoressa oleva neste valitaan mm. vaipan korroosio-ominaisuuksien, alhaisen 2 såhkonjohtokyvyn sekå nesteen ja sååtoon kåytetyn paineistuskaasun keskinåisen sopivuu-den perusteella.

Painekuoren nestetåytetty sisåtila voi olla yhdistettynå esimerkiksi putkella kaasulåhtee-5 seen, jonka muodostaa elektrolyysikennossa syntyvå paineenalainen vety- tai happikaasu. Siten painekuori voi olla yhteydesså mihin tahansa kohtaan, joka on kaasusåilioiden ja elektrolyysikennon vålisesså putkistossa. Edullisesti painekuori on putken vålityksellå yhteydesså kaasun vedenpoistossa kåytettåvån vedenerottimen ylåosaan. Paineistusnestettå kåytetåån edullisesti sellainen måara, ettå nestepinta nousee ainakin jonkinverran paine-10 kuorta ja kaasupainetta vålittåvåån putkeen.

Ongelmana tållåisesså jåijestelmåsså saattaa olla paineistusnesteen hoyrystyminen tai muu kulkeutuminen paineistuksessa kaytetyn kaasun nestekiertoon ja sitå kautta elektrolyysiken-noon. Koska paineistusneste on usein jokin oljy, sen joutuminen elektrolyysikennoon 15 aiheuttaa aikaa myoten kennon suorituskyvyn alenemista.

Esillåoleva keksinto koskee elektrolyysilaitteistoa, jossa tåmå haitta on saatu poistetuksi. Siten keksinto koskee elektrolyysilaitteistoa vedyn tuottamiseksi hajottamalla vesipitoista nestettå såhkovirran avulla vedyksi ja hapeksi paineistetussa elektrolyysikennossa siten, 20 ettå elektrolyysikenno on sijoitettu nesteellå tåytettyyn painekuoreen. Keksinto on tunnettu siitå, ettå laitteisto on varustettu elimillå elektrolyysisså syntyvån kaasun paineen johtami-seksi painekuoreen, mainittujen elimien sisåltåesså virtauskanavan elektrolyysisså syntyvån kaasun låhteestå painekuoreen, virtauskanavaan sijoitetun takaiskuventtiilin, joka sallii kaa-suvirtauksen ainoastaan painekuoreen påin, sekå ylivirtausventtiilin, jonka jousipuolelle on 25 johdettu mainitun kaasulåhteen paine ja pååstopuolelle on johdettu mainitun painekuoren paine.

Keksinnon mukainen laitteisto eståå siten painekuoressa olevan nesteen joutumisen neste-tai hoyrymuodossa laitteiston kaasukiertoihin ja samalla se huolehtii siitå, ettå painekuoren 30 paine pååsee laskemaan siinå tapauksessa, ettå kaasulåhteen paine laskee. Sen lisaksi keksinnon avulla saavutetaan muuttuvapaineinen paineistus ilman ettå paineistukseen ja sen sååtoon tarvitsisi kåyttåå erillistå suojakaasua. Paineistuksessa tarvittavan kaasun måårå on erittåin pieni. Erityisesti on huomattava, ettå keksinnon mukaisessa laitteistossa voidaan 90884 3 kåyttåå paineistuskaasuna paitsi elektrolyysikennossa syntyvåå vetyå myos happea ilman korroosiovaaraa.

Keksinndn yleisimmåsså suoritusmuodossa elektrolyysikenno on sijoitettu paineenkeståvån 5 painekuoren sisalle ja painekuori on tåytetty nesteellå. Lisaksi painekuori on yhteydesså virtauskanavan, esimerkiksi putken vålityksellå painekaasulåhteeseen, jonka muodostaa elektrolyysikennossa syntyvå kaasu. Paineistuskaasuna voidaan luonnollisesti kayttaå joko happea tai vetyå. Painekuori on tåytetty edullisesti kokonaan nesteellå, jolloin våltetåån kaasun kokoonpuristuvuudesta aiheutuva såådon hitaus, jota saattaisi esiintyå, jos paine-10 kuori sisåltåisi esimerkiksi jonkin verran kaasua. Edullisesti paineistusnestettå kåytetåån sellainen måårå, ettå nestepinta nousee ainakin jonkin verran painetta vålittåvåån virtaus-kanavaan tai putkeen.

Keksinnon mukaisesti painekuoren ja elektrolyysisså syntyvån kaasun låhteen våliseen 15 virtauskanavaan on sijoitettu takaiskuventtiili tai muu laite, joka mahdollistaa virtauksen ainoastaan painekuoreen påin. Tåmå eståå paineistusnesteen sekå siitå mahdollisesti muodostuvan hoyryn virtaamiseen painekuoresta poispåin ja joutumisen laitteiston kaasukiertoihin ja sitå kautta elektrolyysikennon siåån.

20 Takaiskuventtiili eståå kuitenkin paineen laskemisen painekuoressa siinå tapauksessa, ettå kaasulåhteen paine laskeutuu alemmaksi tai poistuu kokonaan esimerkiksi kaasukulutuksen, putkivaurion tai huollon takia. Tålloin paine-ero elektrolyysikennon sisåtilan ja ulkotilan vålillå saattaisi kasvaa liian suureksi. Siksi keksinnon mukaisesti takaiskuventtiilin rinnalle lisåtåån ylivirtausventtiili, joka huolehtii paineen laskemisesta automaattisesti. Normaali 25 ylivirtausventtiili kåsittåå sopivaan koteloon sijoitetun kalvon, joka sen alle sijoitetun jousen paineella painautuu kaasun tai nesteen ulosmenoaukkoa vasten sulkien sen. Vain kaasun tai nesteen paineen ylittåesså jousipaineen virtaus voi kulkea ulosmenoaukon kautta. Keksinndn mukaisesti ylivirtausventtiili yhdistetåån painetta vålittåvån virtauskanavan sellaiseen kohtaan, joka on takaiskuventtiilin ja painekuoren vålillå. Sen lisåksi 30 ylivirtausventtiilin jousipuolelle johdetaan paine kaasulåhteestå tai virtauskanavan sellaises-ta kohdasta, joka on mainitun takaiskuventtiilin toisella puolella.

Ylivirtausventtiilin jousipaine valitaan sopivasti siten, ettå painekuoren paine pysyy jonkin 4 verran alempana kuin elektrolyysisså syntyvån kaasun paine. Yleenså sopiva paine on korkeintaan muutaman bar’in luokkaa. Kaasulåhteen paineen laskiessa ja kaasulåhteen ja painekuoren paineiden vålisen eron alittaessa ylivirtausventtiilin jousipaineen paine virtauskanavasta takaiskuventtiilin ja painekuoren vålillå pååsee purkautumaan ulos, 5 esimerkiksi ulkoilmaan.

Keksintoå voidaan soveltaa riippumatta siitå, kåytetåånko painekuoren paineistukseen happea tai vetyå. Vetyåkåån kåytettåesså ei painekuoren paineen laskeminen ulkoilmaan aiheuta haittaa eikå vaaraa, koska vapautuvat kaasumååråt ovat joka tapauksessa erittåin 10 pieniå.

Painekuoressa voidaan kåyttåå mitå tahansa nestettå, joka on såhkoå johtamatonta, inertti vedyn tai hapen suhteen ja kåytettyjå materiaaleja syovyttåmåtdn ja kayttolåmpdtilaolosuh-teet keståvåå. Hinta ja myrkyttomyys ovat myos varteenotettavia nåkokohtia.

15

Siten keksinnon mukaisessa laitteistossa voidaan soveltaa mm. silikonioljyjå tai -rasvoja, fluorattuja oljyjå, oljypohjaisia tai synteettisiå voiteluaineita ja jopa tislattua tai ionivaih-dettua vettå. Viimeksimainitun ongelmana on kuitenkin huono pakkasenkestavyys ja se, etta se saattaa aiheuttaa sahkokemiallista korroosiota varsinkin hapen yhteydesså. Tavalli-20 sia oljyjå ei myoskaan voida kayttaa hapen yhteydesså.

Esimerkkejå sopivista paineistusnesteistå ovat varsinkin silikonioljyt ja -rasvat, kuten Dow Coming-yhtion valmistama "Dow Corning 200 Fluid" tai Rhone-Poulenc-yhtion "Rho-dosil" oljy.

25

Keksintoå selostetaan låhemmin seuraavassa viittaamalla oheiseen kuvioon.

Kuviossa on esitetty muuttuvapaineinen elektrolyysikenno 10, joka on varustettu elektro-lyysinesteen sisååntuloyhteellå 11, vetykaasun ulostuloyhteellå 12 ja happikaasun (hap-30 pi/vesiseoksen) ulostuloyhteellå 13 sekå virransyottojohdoilla 14. Kuvion mukaisessa suoritusmuodossa on esitetty myos vedenerottimet 15 ja 16 veden erottamiseksi vety-kaasusta ja vastaavasti happikaasusta.

90884 5

Elektrolyyttinestettå syotetåån elektrolyysikennoon 10 vesijohdon 17, pumpun 18 ja vesi-linjan 19 kautta happikaasun vedenerottimeen 16 ja siita edelleen vedensyottolinjan 20, takaiskuventtiilin 21 ja elektrolyyttinesteen sisååntuloyhteen 11 kautta elektrolyysikennoon 10. Elektrolyysikennossa syntyvå happi ja sen mukana tuleva vesi johdetaan hapen ulostu-5 loyhteen 13 ja hapen ulostulolinjan 22 kautta hapen vedenerottimeen 16. Happikaasun mukana tuleva vesi erottuu vedenerottimessa 16 ja palaa elektrolyysikennoon 10 linjan 20 kautta.

Elektrolyysikennossa 10 syntyvå vetykaasu johdetaan vedyn ulostuloyhteen 12 låpi ja 10 vedyn ulostulolinjan 23 kautta vetykaasun vedenerottimeen 15. Vedenerottimessa 15 kaasusta erottuva vesi johdetaan pois putken 24 ja venttiilin 25 kautta.

Elektrolyysikenno 10 on sijoitettu painekuoreen 26, joka on taytetty inertillå nesteellå ja paineistus tapahtuu edullisesti johtamalla painekuoreen 26 putki 27 happikaasun vedenerot-15 timesta 16. Nåinollen painekuoressa 26 vallitsee oleellisesti happikaasun paine.

Vetykaasu vedenerottimesta 15 johdetaan edelleen linjan 28 ja takaiskuventtiilin 29 kautta vetyvarastoon 30. Linja 28 on lisaksi varustettu putkella 31 ja venttiilillå 32 vetypaineen laskemiseksi esimerkiksi elektrolyysilaitteiston huoltoa vårten.

20

Happikaasu johdetaan happikaasun vedenerottimesta 16 linjan 33 kautta ylivirtausventtiiliin 34. Ylivirtausventtiili 34 kåsittåå kotelon 35, joka on tiiviin kalvon 36 avulla jaettu kahteen osastoon 37 ja 38. Osasto 37 sisåltåå istukan 39, jossa on aukko 40 ja aukosta istukan 39 låpi johtava kanava 41. Happikaasu virtaa linjan 33 kautta ylivirtausventtiilin 25 34 osastoon 37 ja edelleen aukon 40 ja kanavan 41 låpi hapen poistoputkeen 42. Ylivir tausventtiilin 34 toinen osasto 38 sisaltaa jousen 43, joka toisesta pååståån on tuettu kotelon 35 pååhån ja toisesta pååstå kalvoon 36. Nåinollen happikaasu pååsee virtaamaan aukon 40 j a kanavan 41 kautta hapen poistoputkeen 42 ainoastaan siinå tapauksessa, ettå sen paine ylittåå tietyn arvon. Olennaista ylivirtausventtiilin 34 toiminnalle on lisåksi se, 30 ettå jousen 43 sisåltåvå osasto 38 on myos putken 44 kautta yhteydesså vetypaineeseen eli linjaan 28.

Kuvion mukaisessa laitteistossa paineensaato toimii seuraavasti. Ylivirtausventtiilin 34 6 kalvoon 36 kohdistuu toiselta puolelta vetylinjassa 28 oleva paine ja lisaksi jousen 43 aiheuttama paine, joka painaa kalvoa 36 istukassa 39 olevaa aukkoa 40 vasten. Nåinollen happi pååsee virtaamaan poistoputkeen 42 ainoastaan silloin, kun hapen paine linjassa 33 on suurempi kuin vetylinjan paineen ja jousipaineen summa. Hapen virratessa paine 5 happilinjassa laskee, kunnes se on enintåån jousipaineen verran korkeampi kuin linjassa 44 ja 28 oleva paine, jolloin kalvo 36 sulkee aukon 40. Siten happipaine seuraa automaat-tisesti vetylinjassa 28 olevaa painetta pysyen aina kuitenkin korkeampana kuin linjassa 28 oleva vetypaine.

10 Kuten edellå on esitetty, pidetåån painekuori 26 paineistettuna elektrolyysissa syntyvån kaasun paineella eli tåsså tapauksessa happikaasun vedenerottimesta 16 painekuoreen 27 johtavan putken 27 vålityksellå. Painekuoreen 26 lisåtyn nesteen måara on edullisesti sellainen, ettå nestepinta nousee ainakin jonkin matkaa yl5s putkeen 27. Keksinnon mukaisesti putkeen 27 on sijoitettu takaiskuventtiili 45, joka sallii kaasuvirtauksen 15 ainoastaan painekuoreen 26 påin. Siten vedenerottimessa 16 vallitseva happikaasun paine vålittyy putken 27 ja takaiskuventtiilin 45 kautta painekuoreen 26 ja siinå olevaan nesteeseen.

Haluttaessa laskea elektrolyysilaitteistosta paineet pois esimerkiksi huoltoa vårten avataan 20 putkessa 31 olevaa venttiiliå 32 ja annetaan vedyn virrata ulos. Tålloin paine putkessa 44 alenee ja kalvo 36 pååståå hapen virtaamaan poistoputkeen 42, jolloin happipaine seuraa vetypaineen laskua. Takaiskuventtiili 29 eståå vetykaasun virtauksen poistoputkeen 31.

Tålloin putkessa 27 oleva takaiskuventtiili 45 kuitenkin eståå paineen poistumisen 25 painekuoresta 26. Sitå vårten keksinnon mukaisesti on jåijestetty ylivirtausventtiili 46, jokavastaa rakenteeltaan ylivirtausventtiiliå 34. Tålloin ylivirtausventtiilin 46jousipuolelle on johdettu putki 47 putkesta 27. Ylivirtausventtiilin 46 pååstopuoli on yhdistetty putkeen 27 putken 48 vålityksellå.

30 Paineen alkaessa laskea vedenerottimessa 16 ja samalla ylivirtausventtiilin 46 jousipuolella painekuoren 26 paine pysyy aluksi ennallaan. Tietyssa vaiheessa painekuoren 26 paine ylittåå kuitenkin ylivirtausventtiilin jousipuolen paineen ja jousipaineen muodostaman yhteispaineen, jolloin kaasua alkaa virrata ulos ylivirtausventtiilistå 46 putken 49 kautta.

90884 7

Vaikka kuvion mukaisessa suoritusmuodossa on esitetty, etta painekuori 26 pidetaan paineistettuna happikaasun vedenerottimesta putken 27 kautta tulevalla happipaineella, niin on huomattava, etta paineistus voidaan ottaa mista tahansa muualta, misså vallitsee elektrolyysikennossa syntyneen hapen paine. Putki 27 voitaisiin siten johtaa esimerkiksi 5 putkesta 33 tai jopa putkesta 22, vaikka jålkimmåinen tapa ei ole suositeltavaa, koska putkessa 22 kulkevassa happikaasussa on mukana vetta. Samoin on selvåa, etta paine-kuoren paineistus voidaan yhta hyvin suorittaa vetypaineen avulla, jolloin putki 27 voidaan johtaa esimerkiksi vetykaasun vedenerottimesta 15 tai vetylinjasta 28.

10 Edellå esitetyt suoritusmuodot on tarkoitettu ainoastaan havainnollistamaan eika rajoitta-maan keksintoå.

Claims (5)

8

1. Elektrolyysilaitteisto vedyn tuottamiseksi hajottamalla vesipitoista nestettå sahkovirran avulla vedyksi ja hapeksi paineistetussa elektrolyysikennossa (10) siten, etta elektro- 5 lyysikenno (10) on sijoitettu nesteellå taytettyyn painekuoreen (26), tunnettu siitå, etta laitteisto on varustettu elimillå elektrolyysissa syntyvån kaasun paineen johtamiseksi painekuoreen (26), mainittujen elimien sisåltåesså virtauskanavan (27) elektrolyysissa syntyvån kaasun låhteestå (16,33) painekuoreen (26), virtauskanavaan (27) sijoitetun takaiskuventtiilin (45), joka sallii kaasuvirtauksen ainoastaan painekuoreen (26) påin, sekå 10 ylivirtausventtiilin (46), jonka jousipuolelle on johdettu mainitun kaasulåhteen (16,33) paine ja påastopuolelle on johdettu mainitun painekuoren (26) paine.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laitteisto, tunnettu siita, etta mainitussa virtaus-kanavassa (27) vallitsee happipaine. 15

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laitteisto, tunnettu siitå, etta mainitussa virtaus-kanavassa (27) vallitsee vetypaine.

4. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen laitteisto, tunnettu siita, etta mainitut 20 elimet sisåltåvåt putken (47), joka johtaa mainitusta virtauskanavasta (27) ylivirtausventtiilin (46) jousipuolelle, sekå putken (48), joka johtaa virtauskanavasta (27) ylivirtausventtiilin (46) paast5puolelle.

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen laitteisto, tunnettu siita, etta putki (48) on yhteydessa 25 ulkoilmaan putken (50) ja takaiskuventtiilin (51) vålityksellå mahdollisen alipaineen syntymisen estamiseksi putkessa (27) takaiskuventtiilin (45) ja painekuoren (26) vålillå. 90884 9