FI90885C - Elektrolyysilaitteisto vedyn ja hapen tuottamiseksi - Google Patents

Description

5 90885

Elektrolyysilaitteisto vedyn ja hapen tuottamiseksi Elektrolysapparat for framstållning av våte och syre

Keksinto koskee elektrolyyttilaitteistoa vedyn tuottamiseksi muuttuvapaineisessa elektro-lyysikennossa hajottamalla elektrolyysinestettå såhkovirran avulla vedyksi ja hapeksi.

10 Vedyn kåytto energiavarastona on eras keino ottaa talteen ylimååråistå såhkoenergiaa, esimerkiksi aurinkokennojen tuottamaa energiaa, jolloin sahkon avulla hajotetaan vettå vedyksi ja hapeksi. Tarvittaessa såhkoå voidaan tuottaa silloin polttokennon avulla vedystå tai vetyå voidaan kåyttåå polttoaineena. Tarvittavien vetyvarastojen koon pienentåmiseksi vety on kuitenkin paineistettava ja paineistuksessa joudutaan kåyttåmåån lisåenergiaa.

15

On tunnettua suorittaa veden hajottaminen vedyksi ja hapeksi elektrolyysikennoissa, jotka toimivat paineenalaisina ja tuottavat siten vetyå suoraan paineellisena eikå erillista kompri-mointia tarvita. Elektrolyysikennon paineistus edellyttåå kuitenkin, ettå paine-ero vetypuo-len ja happipuolen (eli vetypuolen ja vedensyottopuolen) vålillå ei muodostu liian suureksi, 20 koska monet kaupalliset elektrolyyttikennot eivåt rakenteellisesti kestå suuria paine-eroja. Varsinkin muuttuvapaineiset aurinkokennojen avulla tuotettua sahkoå kåyttåvåt elektro-lyysikennot tarvitsevat siksi paineensååtdjårjestelmiå, jotka huolehtivat paine-eron såilyttåmisestå vety- ja happipuolen vålillå sopivana ja riittåvån pienenå. Tunnetuissa jåjjestelmissa paineensååto on yleenså toteutettu såhkoisesti toimivilla sååtoventtiileillå, 25 jotka kuluttavat sahkoå ja eivåt siitå johtuen sovellu hyvin autonomisesti aurinkokennojen avulla vetyå tuottaviin jåijestelmiin.

Suomalaisessa patenttihakemuksessa FI923905 on esitetty menetelmå paineen sååtåmiseksi elektrolyysilaitteistossa siten, ettå paine-ero happipuolen ja vetypuolen vålillå pidetåån 30 tietysså arvossa mekaanisesti, jolloin sååto tapahtuu muuttuvapaineisessa jåijestelmåsså automaattisesti kuluttamatta sahkoå. Tåmån hakemuksen mukaisesti elektrolyysilaitteiston happi- ja vetypuolen vålinen paine-ero pidetåån automaattisesti tietysså suhteessa kåyttåen hyvåksi happilinjaan sijoitettua ylivirtausventtiiliå ja ohjaamalla ylivirtausventtiilin pååstopainetta jousipaineen lisåksi jousipuolelle johdetun vetykaasun paineella.

2

Patenttihakemuksen FI923905 mukaisessa laitteistossa esitetyn ylivirtausventtiilin kayttope-riaatteesta kuitenkin johtuu, etta happipuolen paineen laskettua alle vetypaineen (esimer-kiksi happiputkeen syntyvån vuodon johdosta vetypaine ei pååse seuraamaan happipainetta. Happipuolen paineen laskusta huolimatta vetypaine kasvaa elektrolyysikennon toimiessa 5 ja elektrolyysikennojen rikkoutuminen on mahdollista.

Esillåolevan keksinnon avulla aikaansaadaan varojåijestelmå, jolla mainittu puute voidaan poistaa. Siten keksinnon mukainen elektrolyysilaitteisto vedyn ja hapen tuottamiseksi hajottamalla elektrolyyttinestettå sahkovirran avulla, joka laitteisto sisaltaa suljetun 10 paineellisen elektrolyysikennon vedyn ja hapen tuottamiseksi sahkovirran avulla, vetylin-jan vedyn johtamiseksi ulos elektrolyysikennon sisatilasta vetyvarastoon, happilinjan hapen johtamiseksi ulos elektrolyysikennon sisatilasta, ja elimet tietyn paine-eron yllåpitamiseksi happilinjan paineen ja vetylinjan paineen vålillå, on tunnettu siita, etta laitteisto sisaltaa vetylinjaan yhdistetyn ylivirtausventtiilin seka elimet happilinjan paineen johtamiseksi 15 ylivirtausventtiilin jousipuolelle.

Keksinnon mukaisessa laitteistossa sovelletaan siten mekaanista sahkoa kuluttamatonta ja automaattisesti toimivaapaineensaatoå kåyttåmållå hyvåksi tavanomaistaylivirtausventtiilia muunnetussa muodossa. Normaali ylivirtausventtiili sisaltaa sopivaan koteloon sijoitetun 20 metallikalvon, joka kalvon alle sijoitetun jousen paineella painuu kaasun tai nesteen ulos-menoaukkoa vasten sulkien sen. Vain kaasun tai nesteen paineen ylittaessa jousipaineen virtaus voi kulkea ulosmenoaukon låpi.

Keksinnon mukaisessa laitteistossa tållåistå muunnettua ylivirtausventtiiliå kåytetåån 25 suomalaisen patenttihakemuksen FI923905 mukaisesti seka vety- ja happipaineiden yllåpitamiseksi tietysså suhteessa muuttuvapaineisessa elektrolyysilaitteistossa etta varolaitteena vetypaineen laskemiseksi siinå tapauksessa, etta happipuolen paine påasisi syysta tai toisesta laskemaan.

30 Keksinnon mukaisesti vetykaasu on kytketty ylivirtausventtiiliin sen paastdpuolelle ja jousipuolelle on johdettu happikaasun paine. Ylivirtausventtiilin jousipaine on saadetty sopivasti sellaiseksi, etta tarvittava paine-ero kaasujen vålillå vedyn pååståmiseksi ulos laitteistosta on riittåvå vetyvuotojen minimoimiseksi. Sopiva paine-ero on esimerkiksi

II

3 90885 luokkaa 5-6bar, joskaan nåmå arvot eivåt ole millåån tavalla kriitillisiå.

Keksinnon mukaisen elektrolyysilaitteiston erilaisia suoritusmuotoja kuvataan seuraavassa tarkemmin viittaamalla oheisiin kuvioihin, joissa 5 kuvio 1 esittåå suomalaisessa patenttihakemuksessa FI923905 esitettyå elektrolyyttilaitteis-toa, jossa happikaasun paine pidetåån korkeampana kuin vetykaasun paine kåyttåen happilinjaan sijoitettua ylivirtausventtiiliå, ja 10 kuvio 2 esittåå vastaavaa keksinnon mukaista laitteistoa, joka sisåltåå vetylinjaan sijoitetun ylivirtausventtiilin, jonka jousipuolelle on johdettu happilinjan paine.

Kuviossa 1 on esitetty muuttuvapaineinen elektrolyysikenno 10, joka on varustettu elektro-lyysinesteen sisååntuloyhteellå 11, vetykaasun ulostuloyhteellå 12 ja happikaasun (hap-15 pi/vesiseoksen) ulostuloyhteellå 13 sekå virransyottdjohdoilla 14. Kuviossa on esitetty myos vedenerottimet 15 ja 16 veden erottamiseksi vetykaasusta ja vastaavasti happi-kaasusta.

Elektrolyyttinestettå syotetåån elektrolyysikennoon 10 vesijohdon 17, pumpun 18 ja vesi-20 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-loyhteen 13 ja hapen ulostulolinjan 22 kautta hapen vedenerottimeen 16. Happikaasun mukana tuleva vesi erottuu vedenerottimessa 16 ja palaa elektrolyysikennoon 10 linjan 20 25 kautta.

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

30

Kuvion 1 mukaisessa laitteistossa on sovellettu lisaksi painekuorijåijestelmåå, joka pidetåån paineistettuna happikaasun paineella. Siten kuviosta ilmenee painekuori 26, jonka sisålle elektrolyysikenno 10 on sijoitettu. Painekuori 26 on edullisesti tåytetty inertillå 4 nesteellå ja paineistus tapahtuu edullisesti johtamalla painekuoreen 26 putki 27 happi-kaasun vedenerottimesta 16. Nåinollen painekuoressa 26 vallitsee happikaasun paine. On kuitenkin huomattava, ettå painekuoren kåytto ei ole keksinnon kannalta millåån tavalla oleellista.

5

Vetykaasu vedenerottimesta 15 johdetaan edelleen linjan 28 ja takaiskuventtiilin 29 kautta vetyvarastoon 30. Linja 28 voi olla lisaksi varustettu putkella 31 ja venttiilillå 32 vety-paineen laskemiseksi esimerkiksi elektrolyysilaitteiston huoltoa vårten.

10 Happikaasu johdetaan happikaasun vedenerottimesta 16 linjan 33 kautta ylivirtausventtiiliin 34. Ylivirtausventtiili 34 kåsittåå koteion 35, joka on tiiviin kalvon 36 avulla jaettu kah-teen 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 34 osastoon 37 ja edelleen aukon 40 ja kanavan 41 låpi hapen poistoputkeen 42. Ylivir-15 tausventtiilin 34 toinen osasto 38 sisaltaa jousen 43, joka painaa kalvoa 36. Nåinollen happikaasu påasee virtaamaan aukon 40 ja kanavan 41 kautta hapen poistoputkeen 42 ainoastaan siinå tapauksessa, ettå sen paine ylittåå tietyn arvon. Olennaista ylivirtausventtiilin 34 toiminnalle on lisåksi se, ettå jousen 43 sisaltåvå osasto 38 on myos putken 44 kautta yhteydessa vetypaineeseen eli linjaan 28.

20

Kuvion 1 mukaisessa laitteistossa paineensååto toimii seuraavasti. Ylivirtausventtiilin 34 kalvoon 36 kohdistuu toiselta puolelta vetylinjassa 28 oleva paine ja lisåksi jousen 43 aiheuttama paine, joiden yhteisvaikutuksesta kalvo 36 painautuu istukassa 39 olevaa aukkoa 40 vasten. Nåinollen happi pååsee virtaamaan poistoputkeen 42 ainoastaan silloin, 25 kun hapen paine linjassa 33 on suurempi kuin vetylinjan paineen ja jousipaineen summa. Hapen virratessa paine 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 automaattisesti vetylinjassa 28 olevaa painetta pysyen aina kuitenkin korkeampana kuin linjassa 28 oleva vetypaine. Esitetyn paineensååtojåijestelmån etuina on 30 ennenkaikkea se, ettå sååto on mekaaninen eikå kuluta såhkovirtaa, erillisiå sååtoventtiilei-tå ja paineantureita ei tarvita eikå sååto ei kuluta vetyå.

Ylivirtausventiilin 34 jousen 43 jåykkyyttå sååtåmållå voidaan asettaa ylipaine happilinjan li 5 90885 paineen ja vetylinjan paineen vålillå haluttuun arvoon. Vaikka paineiden absoluuttiset arvot eivåt ole millåån tavalla oleellisia laitteiston toiminnan kannalta, niin voidaan todeta, ettå luokkaa 1-2 bar oleva hapen ylipaine on kåytånnosså sopiva arvo.

5

Kuviossa 2 esitetty keksinnon mukainen suoritusmuoto eroaa kuviosta 1 siten, etta laitteistoon on lisåtty ylivirtausventtiili 45, joka huolehtii vetypaineen laskemisesta linjassa 28 siinå tapauksessa etta paine happilinjassa 33 pååsee laskemaan. Ylivirtausventtiilisså 45 on kaksi tiiviin kalvon 46 erottamaa osastoa 47 ja 48. Osasto 47 sisåltåå istukan 49, jossa 10 on aukko 50 ja aukosta istukan 49 låpi johtava kanava 51. Vetykaasu påasee virtaamaan linjan 55 kautta ylivirtausventtiilin 45 osastoon 47 ja edelleen aukon 50 ja kanavan 51 låpi vedyn poistoputkeen 52. Ylivirtausventtiilin 45 toinen osasto 48 sisåltåå jousen 53, joka painaa kalvoa 46. Nåinollen vetykaasu pååsee virtaamaan aukon 50 ja kanavan 51 kautta vedyn poistoputkeen 52 ainoastaan siinå tapauksessa, ettå sen paine ylittåå tietyn arvon.

15 Olennaista ylivirtausventtiilin 45 toiminnalle on lisaksi se, ettå jousen 53 sisåltåvå osasto 48 on myos yhteydesså happipaineeseen eli linjaan 33 tai myos happikaasun vedenerotti-meen 16, esimerkiksi putken 54 kautta.

Siten keksinnon mukaisessa laitteistossa varolaitteena kaytetysså ylivirtausventtiilissa 45 20 jousen 53 jåykkyys on såådetty siten, ettå tarvittava paine-ero kaasujen vålillå vedyn påås-tåmiseksi ulos on riittåvån suuri, jottei tarpeetonta vuotoa tapahdu (esimerkiksi 5-6 bar).

Claims (3)

6 Patentti vaatimukset:

1. Elektrolyysilaitteisto vedyn ja hapen tuottamiseksi hajottamalla elektrolyyttinestettå 5 såhkovirran avulla, joka laitteisto sisåltåå suljetun paineellisen elektrolyysikennon (10) vedyn ja hapen tuottamiseksi sahkovirran avulla, vetylinjan (23,28) vedyn johtamiseksi ulos elektrolyysikennon (10) sisåtilasta vetyvarastoon (30), happilinjan (22,33) hapen johtamiseksi ulos elektrolyysikennon (10) sisatilasta, ja elimet tietyn paine-eron yllåpitåmi-seksi happilinjan (33) paineen ja vetylinjan (28) paineen vålillå, tunnettu siita, etta lait-10 teisto sisåltaa vetylinjaan (28) yhdistetyn ylivirtausventtiilin (45) sekå elimet happilinjan (33) paineen johtamiseksi ylivirtausventtiilin (45) jousipuolelle (48).

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laitteisto, tunnettu siita, etta elimet happilinjan paineen johtamiseksi ylivirtausventtiilin (45) jousipuolelle (48) sisåltåvåt putkiston (54), joka 15 johtaa jostakin kohtaa happilinjasta (22,16,33) ylivirtausventtiilin jousipuolelle (48).

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen laitteisto, tunnettu siita, etta mainitussa vetylinjassa (28) on takaiskuventtiili (29), joka sallii virtauksen ainoastaan elektrolyysiken-nosta (10) vetysåiliodn (30) påin ja etta ylivirtausventtiili (45) on yhdistetty vetylinjan (28) 20 sellaiseen kohtaan, joka sijaitsee elektrolyysikennon (10) ja mainitun takaiskuventtiilin (29) vålillå. I! 7 90885 Patentkxav