IT201800002441A1 - Cella elettrolitica e generatore universale di ossidrogeno - Google Patents
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Description
CELLA ELETTROLITICA E GENERATORE UNIVERSALE DI OSSIDROGENO CAMPO DELL’INVENZIONE
La presente invenzione riguarda un generatore di ossidrogeno con celle elettrolitiche multiple e con alimentatori multipli, che utilizza, opzionalmente, un booster di idrogeno a quantità regolabile, e sistemi ionizzanti per carburanti liquidi e gassosi; riguarda altresì una cella elettrolitica di forma triangolare.
SFONDO DELL'INVENZIONE
In elettrochimica, con il termine cella elettrolitica (o elettrolizzatore o reattore elettrochimico) si indica una particolare cella elettrochimica che permette di convertire energia elettrica in energia chimica. Tale processo viene detto elettrolisi.
L'energia elettrica necessaria allo svolgimento del processo viene fornita da un circuito elettrico esterno, collegato ai poli della cella, per cui il processo di elettrolisi non avviene in maniera spontanea ovvero la differenza di energia libera di Gibbs associata al processo è maggiore di zero.
Come detto, una cella elettrolitica è un dispositivo in grado di convertire energia elettrica in energia chimica o energia chimica in energia elettrica. Detta cella elettrolitica è composta da due semielementi, chiamati anche semicelle.
Questi semielementi sono tenuti separati da una membrana semipermeabile oppure sono collocati in contenitori separati collegati da un ponte salino. Quando vengono opportunamente collegati per mezzo di un circuito elettrico esterno, gli elettroni prodotti dalla reazione di ossidazione che si svolge in un semielemento vengono trasferiti all'altro per dare luogo alla reazione di riduzione.
Un semielemento è generalmente composto da un elettrodo metallico immerso in una soluzione elettrolitica, costituita alcune volte dagli ioni dello stesso metallo e altre volte dagli ioni di un altro metallo; si hanno anche semielementi in cui la soluzione contiene forme ossidate e ridotte di ioni diversi dal materiale che costituisce l'elettrodo.
L'elettrodo dove ha luogo la semireazione di ossidazione si chiama "anodo", quello dove avviene la riduzione "catodo".
Dal punto di vista circuitale, una cella elettrolitica può essere assimilata ad un bipolo.
Le celle elettrochimiche vengono classificate in:
● celle galvaniche (o celle voltaiche): trasformano l'energia chimica in energia elettrica;
dal punto di vista circuitale sono assimilabili a generatori elettrici e vengono a loro volta classificate in:
● celle galvaniche primarie: in cui viene generata corrente elettrica tramite una reazione chimica irreversibile, per cui sono del tipo usa e getta e non possono essere ricaricate; a questa categoria appartengono le pile zinco-carbone e le batterie alcaline;
● celle galvaniche secondarie: in cui le reazioni chimiche sono reversibili, per cui una volta che l'energia chimica si è trasformata in energia elettrica (cioè "la pila si è scaricata") è possibile invertire il processo fornendo energia elettrica, grazie alla quale si sviluppa la reazione chimica inversa, che "accumula" l'energia elettrica sotto forma di energia chimica; si parla quindi in questo caso di accumulatori di carica elettrica.
● celle elettrolitiche (o elettrolizzatori o reattori elettrochimici): viene fornita energia elettrica allo scopo di sviluppare una reazione chimica (tale processo è chiamato elettrolisi).
DESCRIZIONE DELL'INVENZIONE
La presente invenzione riguarda un generatore di ossidrogeno comprendente una nuova cella elettrolitica e che utilizza, opzionalmente, un booster di idrogeno a quantità regolabile e sistemi ionizzanti per carburanti liquidi e gassosi.
Il generatore di ossidrogeno della presente invenzione nasce per:
• abbattere le emissioni nocive dei gas di combustione (NOx, CO, dcc.);
• incrementare il risparmio energetico reale ottenuto grazie al miglioramento del rendimento energetico del generatore esistente a cui si applica;
• eliminare le incrostazioni carboniose nei motori a combustione interna; • ridurre il combustile utilizzato a parità di condizioni di utilizzo del generatore. Tale miglioramento avviene utilizzando energia elettrica (data anche da fonti rinnovabili) che viene fornita/ricevuta dal fluido termo-vettore primario all’interno delle celle elettrolitiche (dry cells) sotto forma di energia termica e dal consumo dell'acqua che viene trasformata in gas ossidrogeno.
La cella ed il generatore di ossidrogeno in accordo con la presente invenzione sono un miglioramento del generatore/dispositivo descritto nel brevetto n. IT0001402836 dal titolo “Cella elettrolitica e dispositivo per la generazione di ossidrogeno in pressione”. Il generatore di ossidrogeno della presente invenzione può avere diversi campi di applicazione:
● accoppiato con un booster di idrogeno (per "booster di idrogeno" in accordo con la presente invenzione si intende una cella elettrolitica supplementare che ha il solo compito di produrre idrogeno puro; detta cella elettrolitica supplementare viene accoppiata alla cella elettrolitica a ossidrogeno, con lo scopo di aumentare la quantità di idrogeno nella miscela nativa che normalmente è del 12% per litro prodotto) per generatori o bruciatori a combustione gassosa o liquida anche attraverso il sistema di aspirazione o sistema a iniezione dedicato (accoppiamento ad una caldaia di qualsiasi dimensione per il riscaldamento sia a livello domestico che a livello industriale);
● accoppiato ad un motore a combustione interna di un qualsiasi veicolo nel settore civile, terziario, industriale nonché navale (ad esempio anche veicoli commerciali per autotrazione);
● per ibridare/alimentare postazioni di lavoro per taglio e saldatura dei metalli, lavorazione vetro forni, inceneritori ecc. (senza dover stoccare il gas).
La presente invenzione riguarda, quindi, anche un generatore di ossidrogeno con celle elettrolitiche (dry cells) multiple e con alimentatori multipli, che utilizza un booster di idrogeno a quantità regolabile e, nel caso di kit per l'industria automobilistica, dei sistemi ionizzanti per carburanti liquidi e gassosi.
È pertanto un oggetto della presente invenzione un generatore di ossidrogeno comprendente:
- almeno un serbatoio per l'elettrolita (1);
- almeno un bubbler (2), opzionalmente a sezione quadrata, avente un sistema lamellare appositamente progettato per evitare la fuoriuscita di parti di elettrolita nel tubo di portata dell’ossidrogeno in caso di forte gorgoglio;
- almeno un filtro essiccatore (3);
- almeno un’elettrovalvola (4) per la regolazione della pressione interna;
- almeno una valvola meccanica di sicurezza (5);
- almeno un manometro (6);
- almeno un connettore (7) utile all’uscita del gas;
- almeno un termometro (8);
- almeno una spia (9) di segnalazione;
- almeno un voltometro e/o un amperometro (10);
- almeno un interruttore on-off (11);
- almeno un potenziometro (12) per aumentare o diminuire la produzione del gas; - almeno un interruttore temporizzatore (13);
- almeno un cavo elettrico positivo (14) e almeno un cavo elettrico negativo (15), utili ad alimentare la cella elettrolitica;
- almeno una ventola di raffreddamento (16);
- almeno un alimentatore-inverter (17), utile ad alimentare la cella elettrolitica (23);
- opzionalmente almeno un alimentatore-inverter (17c), utile ad alimentare il booster (20) di idrogeno;
- almeno un cavo elettrico positivo (18) e almeno un cavo elettrico negativo (19), utili ad alimentare il quadro elettrico;
- opzionalmente almeno un booster (20) di idrogeno puro;
- almeno un radiatore (21);
- almeno una pompa elettrica (22) per un sistema di raffreddamento;
- almeno una cella elettrolitica (dry cell) triangolare (23) utile alla produzione di ossidrogeno;
- almeno un interruttore d’emergenza a fungo (24);
- almeno una presa di corrente (25) a 220 Volt;
- almeno un interruttore pressostato (26) per lo spegnimento automatico quando si supera la soglia prestabilita di pressione;
- almeno un interruttore di livello (27) quando si supera il livello di riserva dell’elettrolita;
- opzionalmente almeno uno scarico (28) dell’ossigeno;
- opzionalmente un tubo (17a) utile allo scarico dell’ossigeno;
- almeno un tubo di portata (18a) elettrolita-radiatore;
- opzionalmente almeno un tubo di portata (19a) idrogeno-bubbler;
- almeno un tubo di portata (20a) ossidrogeno-bubbler;
- almeno un tubo di portata (21a) elettrolita-pompa-cella elettrolitica;
- opzionalmente almeno un tubo di portata (22a) elettrolita-booster-radiatore. È un ulteriore oggetto della presente invenzione una cella elettrolitica (23) comprendente:
- almeno una guancetta di tenuta (29) di forma triangolare;
- almeno una guarnizione (30) di forma triangolare;
- almeno un catodo (31) e un anodo (31) di forma triangolare;
- almeno una piastra neutra piena (32) di forma triangolare;
- almeno una piastra neutra forata (33) di forma triangolare;
- almeno un connettore di uscita del gas (34);
- almeno una entrata (35) per l’elettrolita;
- almeno una uscita (36) per l’elettrolita per il sistema di raffreddamento; - almeno un tirante alimentatore (37);
in cui i materiali costitutivi e gli spessori degli elementi (29, 30, 31, 32 e 33) sono ben noti al tecnico esperto del settore.
Sono un ulteriore oggetto della presente invenzione un catodo )31) e un anodo (31) di forma triangolare, in cui detti catodo e anodo (31) riportano un taglio a U (38), utile a velocizzare/facilitare il montaggio e/o smontaggio del tirante alimentatore (37).
È un ulteriore oggetto della presente invenzione una guancetta di tenuta (29), in cui: - detta guancetta di tenuta (29) riporta un taglio a U (38), nel caso in cui la guancetta di tenuta (29) ricalchi il perimetro del catodo e(31) dell'anodo (31); - detto taglio a U (38) è chiuso da un tacchetto (39), nero o rosso a seconda della polarità del tirante alimentatore (37).
È un ulteriore oggetto della presente invenzione una cella elettrolitica triangolare (23), per la produzione di ossidrogeno, avente la "configurazione sbilanciata" come di seguito riportato:
- un anodo;
- n1 piastre neutre piene;
- almeno un ulteriore anodo;
- n1 piastre neutre piene;
- un catodo;
- (n1+n2) piastre neutre forate;
- almeno un ulteriore catodo;
- (n1+ n2) piastre neutre piene;
- almeno un ulteriore catodo;
in cui n1 ed n2, uguali o diversi fra loro, sono ciascuno un numero intero da 1 a 60, preferibilmente da 3 a 20, più preferibilmente da 2 a 10.
Sono altresì possibili differenti tipologie di configurazione della cella elettrolitica triangolare (23) aventi configurazione sbilanciata o non, disponendo e/o cambiando il numero degli elementi (29, 30, 31, 32 e 33) secondo un diverso ordine;
in cui detta cella elettrolitica triangolare (23) è caratterizzata dal fatto che:
- gli elementi (29, 30, 31, 32 e 33) hanno preferibilmente:
- una forma di triangolo equilatero di qualsiasi dimensione minima o massima, utile per la miniaturizzazione (scala di laboratorio) o per scala/scopi industriali; un esempio non limitativo di una cella elettrolitica triangolare in accordo con la presente invenzione ha tutti e tre lati di misura da 100 a 600 mm; preferibilmente da 200 a 400 mm; più preferibilmente 300 mm; o
- una forma di triangolo isoscele di qualsiasi dimensione minima o massima, utile per la miniaturizzazione (scala di laboratorio) o per scala/scopi industriali; un esempio non limitativo di una cella elettrolitica triangolare in accordo con la presente invenzione ha una base di misura da 50 a 800 mm; preferibilmente da 200 a 600 mm; più preferibilmente 396 mm; ed una altezza di misura da 25 a 400 mm; preferibilmente da 100 a 300 mm; più preferibilmente 198 mm;
- dei fori perimetrali con diametro da 5 a 10 mm;
- dei fori interni con diametro da 3 a 5 mm;
- in cui il numero e/o la dimensione dei fori può variare al variare delle dimensioni degli elementi (29, 30, 31, 32 e 33).
È un ulteriore oggetto della presente invenzione un booster (20) di idrogeno comprendente:
- almeno una guancetta di tenuta (62) iniziale;
- almeno una guarnizione (63);
- almeno una membrana (61) per la separazione dei gas;
- almeno una ulteriore guarnizione (63);
- almeno un catodo (64);
- almeno una ulteriore guarnizione (63);
- almeno una membrana (61) per la separazione dei gas;
- almeno una ulteriore guarnizione (63);
- almeno un anodo (64);
- almeno una guancetta di tenuta (62) finale.
È un ulteriore oggetto della presente invenzione un booster (20) di idrogeno accoppiato al generatore di ossidrogeno precedentemente descritto e avente una produzione di gas–idrogeno regolabile:
- con miscelazione diretta;
- con filtri ionizzatori (41) per combustibili liquidi e gassosi, in cui:
o i filtri ionizzatori (41) sono esterni al generatore di ossidrogeno e vengono installati sul tubo di mandata del carburante;
o i gas ossidrogeno e idrogeno puro miscelati vengono inseriti nel sistema di aspirazione dei mezzi utilizzatori o direttamente nelle camere di combustione attraverso un sistema a iniezione.
È un ulteriore oggetto della presente invenzione un bubbler (2), preferibilmente a sezione quadrata, avente sistema lamellare utile ad evitare la fuoriuscita di parti di elettrolita nel tubo di portata dell’ossidrogeno in caso di forte gorgoglio.
È un ulteriore oggetto della presente invenzione un kit utile nel settore automobilistico, per uso per ottimizzare i processi di combustione del motore, comprendente:
- almeno un serbatoio per elettrolita (1);
- almeno un bubbler (2), opzionalmente a sezione quadrata, avente un sistema lamellare appositamente progettato per evitare la fuoriuscita di parti di elettrolita nel tubo di portata dell’ossidrogeno in caso di forte gorgoglio;
- almeno un filtro essiccatore (3);
- almeno un modulatore PWM (Pulse-Width Modulation) (40);
- almeno una valvola meccanica di sicurezza (5);
- almeno un connettore (7) utile all’uscita del gas;
- almeno una ventola di raffreddamento (16);
- almeno una cella elettrolitica (23);
- almeno una guancetta di tenuta (29);
- almeno un filtro ionizzatore (41);
- almeno un fusibile (42);
- almeno una centralina (43) per la gestione dell’ossidrogeno;
- almeno una batteria (44) da 12 Volt;
- almeno un relè sotto chiave (45).
È un ulteriore oggetto della presente invenzione un filtro ionizzatore (41), comprendente:
- un scocca esterna composta da due corpi in materiale plastico (51a e 51b), in cui:
- il corpo plastico 51a presenta un tubo (52) di ingresso;
- il corpo plastico 51b presenta un tubo (53) di uscita;
- i due corpi in materiale plastico (51a e 51b) vengono accoppiati/collegati tra loro attraverso un classico sistema di chiusura a vite, oattraverso un classico sistema di chiusura a pressione o saldati;
- un foro (52a) di ingresso, posto all’estremità del tubo (52) di ingresso;
- un foro (53a) di uscita, posto all’estremità del tubo (53) di uscita;
- almeno un magnete (54) in neodimio;
- perline di rame (55);
- perline di zinco (56);
- perline di alluminio (57);
- almeno una molla (58);
- almeno due membrane filtranti (59).
È un ulteriore oggetto della presente invenzione un sistema per il risparmio energetico delle caldaie, comprendente:
- almeno un serbatoio per elettrolita (1);
- almeno un bubbler (2), opzionalmente a sezione quadrata, avente un sistema lamellare appositamente progettato per evitare la fuoriuscita di parti di elettrolita nel tubo di portata dell’ossidrogeno in caso di forte gorgoglio;
- almeno un filtro essiccatore (3);
- almeno una valvola meccanica di sicurezza (5);
- almeno connettore (7) utile all’uscita del gas;
- almeno una ventola di raffreddamento (16);
- almeno un alimentatore-inverter (17) 220 Volt -12 Volt;
- almeno una cella elettrolitica (23);
- almeno una guancetta di tenuta (29);
- almeno un connettore di uscita del gas (34);
- almeno una entrata (35) per l’elettrolita;
- almeno un foro comunicante (60) per il passaggio del gas di entrambe le celle fino al connettore (34).
È un ulteriore oggetto della presente invenzione il generatore di ossidrogeno per uso per la pulizia delle camere di combustione di un motore come descritto nell’esempio 3.
Funzionamento delle celle e del generatore
L’idrogeno e l’ossigeno vengono ottenuti/prodotti dalle celle elettrolitiche triangolari secondo l’invenzione in forma gassosa. Questi due gas (idrogeno e ossigeno) vengono generati/prodotti on-demand (e non stoccati) in forma gassosa stechiometrica con l’88% di ossigeno e il 12% di idrogeno, ad una pressione di 1,5 bar. Inoltre, detti gas idrogeno e ossigeno passano entrambi all’interno del bubbler che funge anche da camera di miscelazione quando viene attivata la cella elettrolitica a idrogeno, che arricchisce la miscela di ossidrogeno, aumentando la quantità di idrogeno di almeno il 12%. Le pressioni massime di lavoro dei gas non superano i 5 bar, mantenendo il generatore in sicurezza. La cella ed il generatore di ossidrogeno della presente invenzione verranno ora descritti, a titolo illustrativo, ma non limitativo, secondo una forma preferita di realizzazione, con particolare riferimento alle figure dei disegni allegati.
DESCRIZIONE DELLE FIGURE
Nella Figura 1 viene rappresentato uno schema a blocchi del generatore di ossidrogeno, comprendente:
- un serbatoio per elettrolita (1);
- un bubbler (2) a sezione quadrata, avente un sistema lamellare appositamente progettato per evitare la fuoriuscita di parti di elettrolita nel tubo di portata dell’ossidrogeno in caso di forte gorgoglio;
- un filtro essiccatore (3);
- un’elettrovalvola (4) per regolazione della pressione interna;
- una valvola meccanica di sicurezza (5);
- un manometro (6);
- un connettore (7) utile all’uscita del gas;
- un termometro (8);
- spie (9) di segnalazione;
- un voltometro/amperometro (10);
- un interruttore on-off (11);
- un potenziometro (12) per aumentare o diminuire la produzione del gas;
- un interruttore temporizzatore (13);
- un cavo elettrico positivo (14) e un cavo elettrico negativo (15), utili ad alimentare la cella elettrolitica;
- due ventole di raffreddamento (16);
- un alimentatore-inverter (17) 220 Volt -12 Volt, da 0 a 200 Ampère;
- un cavo elettrico positivo (18) e un cavo elettrico negativo (19), utili ad alimentare il quadro elettrico;
- un booster (20) di idrogeno puro;
- un radiatore (21);
- una pompa elettrica (22) per sistema di raffreddamento;
- due celle elettrolitiche (dry cells) triangolari (23) utili alla produzione di ossidrogeno;
- un interruttore d’emergenza a fungo (24);
- una presa di corrente (25) a 220 Volt;
- uno interruttore/pressostato (26) per lo spegnimento automatico quando si supera la soglia prestabilita della pressione;
- un interruttore di livello (27) quando si supera il livello di riserva dell’elettrolita; - uno scarico (28) dell’ossigeno;
- un tubo di portata (18a) elettrolita-radiatore;
- un tubo di portata (19a) idrogeno-bubbler;
- un tubo di portata (20a) ossidrogeno-bubbler;
- un tubo di portata (21a) elettrolita-pompa-cella elettrolitica;
- un tubo di portata (22a) elettrolita-booster-radiatore.
Nella Figura 2 (Lato A) viene rappresentato il generatore di ossidrogeno assemblato e visto lateralmente, comprendente:
- un serbatoio elettrolita (1);
- un bubbler (2) a sezione quadrata, avente un sistema lamellare appositamente progettato per evitare la fuoriuscita di parti di elettrolita nel tubo di portata dell’ossidrogeno in caso di forte gorgoglio;
- un filtro essiccatore (3);
- un’elettrovalvola (4) per regolazione della pressione interna;
- una valvola meccanica di sicurezza (5);
- un manometro (6);
- un connettore (7) utile all’uscita del gas;
- un cavo elettrico positivo (14) e un cavo elettrico negativo (15), utili ad alimentare la cella elettrolitica;
- due ventole di raffreddamento (16);
- un alimentatore-inverter (17) 220 Volt -12 Volt, da 0 a 200 Ampère;
- un tubo (17a) utile allo scarico dell’ossigeno;
- un tubo di portata (18a) elettrolita-radiatore;
- un tubo di portata (19a) idrogeno-bubbler;
- un tubo di portata (20a) ossidrogeno-bubbler;
- un tubo di portata (21a) elettrolita-pompa-cella elettrolitica;
- un tubo di portata (22a) elettrolita-booster-radiatore;
- un booster (20) di idrogeno puro;
- un radiatore (21);
- una pompa elettrica (22) per sistema di raffreddamento;
- due celle elettrolitiche (23) utili alla produzione di ossidrogeno.
Nella Figura 2 (Lato B) viene rappresentato il generatore di ossidrogeno assemblato e visto lateralmente, comprendente:
- un interruttore on-off (11);
- uno potenziometro (12) per aumentare o diminuire la produzione del gas;
- un cavo elettrico positivo (14) e un cavo elettrico negativo (15), utili ad alimentare la cella elettrolitica;
- due ventole di raffreddamento (16);
- due alimentatori-inverter (17 e 17b), utili ad alimentare le celle elettrolitiche (23); - un alimentatore-inverter (17c), utile ad alimentare il booster (20) di idrogeno; - un tubo (17a) utile allo scarico dell’ossigeno;
- un radiatore (21);
- una pompa elettrica (22) per sistema di raffreddamento;
- un interruttore d’emergenza a fungo (24).
Nella Figura 3a vengono rappresentati singolarmente e disassemblati, gli elementi che compongono la cella elettrolitica (23) triangolare secondo l’invenzione:
- una guancetta di tenuta (29) di forma triangolare;
- una guarnizione (30) di forma triangolare;
- un catodo (31) e unanodo (31) di forma triangolare;
- una piastra neutra piena (32) di forma triangolare;
- una piastra neutra forata (33) di forma triangolare.
Nella Figura 3b viene rappresentata la cella elettrolitica (23) triangolare, esplosa e in configurazione di assemblaggio, comprendente nell’ordine:
- una guancetta di tenuta (29) iniziale di forma triangolare;
- una guarnizione (30) di forma triangolare;
- un catodo (31 e un anodo (31) di forma triangolare;
- una ulteriore guarnizione (30) di forma triangolare;
- una piastra neutra piena (32) di forma triangolare;
- una ulteriore guarnizione (30) di forma triangolare;
- una piastra neutra forata (33) di forma triangolare;
- una ulteriore guarnizione (30) di forma triangolare;
- una guancetta di tenuta (29) finale di forma triangolare.
La cella elettrolitica (23) può avere differenti tipologie di configurazioni, disponendo uno o più elementi (29, 30, 31, 32 e 33) secondo un diverso ordine. Un esempio di possibile configurazione viene descritta in esempio 1.
Nella Figura 3c viene rappresentata la cella elettrolitica (23) triangolare, assemblata in vista frontale, comprendente:
- una guancetta di tenuta (29) di forma triangolare;
- un connettore di uscita del gas (34);
- una entrata (35) per l’elettrolita;
- due uscite (36) per l’elettrolita per il sistema di raffreddamento;
- tiranti alimentatori (37);
- un catodo (31 e un anodo (31) di forma triangolare.
Nella Figura 3d viene rappresentata una ulteriore versione/variante del catodo/anodo (31) di forma triangolare. Detto catodo/anodo (31) riporta un taglio a U (38), utile a velocizzare/facilitare la messa/estrazione del tirante alimentatore (37). Inoltre, nel caso in cui la guancetta di tenuta (29) ricalchi il perimetro del catodo/anodo (31), viene praticato su detta guancetta di tenuta (29), un identico taglio a U (38). Detto taglio a U (38) viene chiuso da un tacchetto (39), nero o rosso a seconda della polarità del tirante alimentatore (37).
Nella Figura 4 viene rappresentato il booster (20) di idrogeno puro, disassemblato, comprendente nell’ordine:
- una guancetta di tenuta (62) iniziale;
- una guarnizione (63);
- una membrana (61) per la separazione dei gas;
- una ulteriore guarnizione (63);
- un catodo/anodo (64);
- una ulteriore guarnizione (63);
- una guancetta di tenuta (62) finale.
La membrana (61) per la separazione dei gas con elettrolita è in maglia mono filamento di poliestere “Mesh T165”, indicata per elettrolita NaOH, la quale forma una parete sottile che consente all'acqua di attraversarla, ma non le bolle di gas. Gli ioni H<+ >e O<2- >passano attraverso l'acqua, attraversano la membrana e formano il gas sulla piastra dell'elettrodo da cui sono attratti (positivo o negativo). L'idrogeno rimane sul lato negativo della parete della membrana e l'ossigeno rimane sul lato positivo. La rete funziona come un “muro divisorio” che separa le due camere. I gas salgono in cima al loro rispettivo lato della camera, si raccolgono in alto ed escono attraverso il foro nella piastra dell'elettrodo.
Nella Figura 5 viene rappresentato uno schema a blocchi del kit per il settore automobilistico, comprendente:
- un serbatoio per elettrolita (1);
- un bubbler (2) a sezione quadrata, avente un sistema lamellare appositamente progettato per evitare la fuoriuscita di parti di elettrolita nel tubo di portata dell’ossidrogeno in caso di forte gorgoglio;
- un filtro essiccatore (3);
- un modulatore PWM (Pulse-Width Modulation) (40);
- una valvola meccanica di sicurezza (5);
- un connettore (7) utile all’uscita del gas;
- due ventole di raffreddamento (16);
- due celle elettrolitiche (23);
- tre guancette di tenuta (29);
- un filtro ionizzatore (41);
- un fusibile (42);
- una centralina (43) per la gestione dell’ossidrogeno;
- una batteria (44) da 12V;
- un relè sotto chiave (45);
- una accensione (46) motore automobile;
- una centralina (47) motore automobile;
- una aspirazione (48) motore automobile;
- un tubo (49) alimentazione carburante;
- un motore (50).
Nella Figura 6 viene rappresentato il filtro ionizzatore (41) – visto superiormente (a), visto lateralmente (b) e visto inferiormente (c) – comprendente:
- una scocca esterna composta da due corpi in materiale plastico (51a e 51b). Il corpo plastico (51a) presenta un tubo (52) di ingresso e il corpo plastico (51b) presenta un tubo (53) di uscita. I due corpi in materiale plastico (51a e 51b) vengono accoppiati/collegati tra loro attraverso un classico sistema di chiusura a vite o attraverso un classico sistema di chiusura a pressione o a baionetta o saldati;
- un foro (52a) di ingresso, posto all’estremità del tubo (52) di ingresso;
- un foro (53a) di uscita, posto all’estremità del tubo (53) di uscita;
- un magnete (54) in neodimio (terre rare);
- perline di rame (55);
- perline di zinco (56);
- perline di alluminio (57);
- una molla (58);
- due membrane filtranti (59).
Nella Figura 7 viene rappresentato uno schema a blocchi del sistema per il risparmio energetico delle caldaie, comprendente:
- un serbatoio per elettrolita (1);
- un bubbler (2) a sezione quadrata, avente un sistema lamellare appositamente progettato per evitare la fuoriuscita di parti di elettrolita nel tubo di portata dell’ossidrogeno in caso di forte gorgoglio;
- un filtro essiccatore (3);
- una valvola meccanica di sicurezza (5);
- connettore (7) utile all’uscita del gas;
- due ventole di raffreddamento (16);
- un alimentatore-inverter (17) 220 Volt -12 Volt;
- due celle elettrolitiche (23);
- tre guancette di tenuta (29);
- un connettore di uscita del gas (34);
- una entrata (35) per l’elettrolita;
- un foro comunicante (60) per il passaggio del gas di entrambe le celle fino al connettore (34).
DETTAGLIATA DESCRIZIONE DELL’INVENZIONE
ESEMPIO 1
Nuove celle triangolari alimentate con sistema elettrico sbilanciato (e non).
La cella elettrolitica (dry cell) triangolare oggetto della presente invenzione ha un nuovo sistema di configurazione sbilanciata del tipo:
Anodo – 8 piastre neutre piene – Anodo – 8 piastre neutre piene – Catodo – 16 piastre neutre forate – Catodo – 16 piastre neutre piene – Catodo
per un totale di 2 anodi, 3 catodi, 32 piastre neutre piene (con fori lungo il loro perimetro del diametro di 5 mm) e 16 piastre neutre forate (con fori lungo il loro perimetro del diametro di 5 mm) poste in posizione centrale, con la sequenza sopra descritta.
Il generatore di ossidrogeno ottenuto con le nuove celle triangolari, oggetto della presente invenzione, produsse, a parità di peso, più del doppio di ossidrogeno (fino a 17 litri/minuto di gas ossidrogeno) rispetto al generatore descritto nel brevetto n. IT0001402836 (fino a 7 litri/minuto di gas ossidrogeno), così portando la produzione di ossidrogeno da 480 litri/ora a 1.000 litri/ora.
Inoltre, le nuove celle triangolari oggetto della presente invenzione, essendo meno voluminose grazie alla loro forma triangolare, consentirono l’applicazione di molteplici sistemi di raffreddamento per mezzo di ventole estrattrici poste sui lati.
Dette ventole estrattrici non crearono conflitto tra loro (cosa che avvenne sulle dry cells di forma quadrata o rettangolare descritte nel brevetto n. IT0001402836).
Le nuove celle triangolari oggetto della presente invenzione crearono una portata d’aria forzata, che consentì anche il raffreddamento contemporaneo dei due lati delle stesse e dei tiranti/connettori elettrici, che alimentavano le celle triangolari dalla base, così evitando dispersioni elettriche.
Inoltre lo spazio triangolare che venne a formarsi tra le due celle triangolari, poté ospitare un serbatoio o bubbler a sezione triangolare rovesciata, ottimizzando gli spazi di installazione.
Su tutti i piatti triangolari pieni (non forati) delle celle triangolari venne effettuata una leggera incisione su ambo i lati di detti piatti triangolari, che percorse tutto il perimetro per aumentare la tenuta delle guarnizioni; dette celle triangolari vennero alimentate dal basso (grazie alla forma triangolare l’elettrolita converge con più forza verso i due lati esterni della base) potendo così installare una pompa di piccole dimensioni collegata alle celle triangolari e al radiatore.
La forma a imbuto rovesciato aumentò la velocità del gas in uscita verso l’alto. Le piastre componenti le celle triangolari, vennero carteggiate a 45° in entrambi i sensi con grana grossa per aumentare la formazione di bolle di ossidrogeno.
ESEMPIO 2
Generatori di ossidrogeno a confronto
Prove comparative tra generatore di ossidrogeno della presente invenzione rispetto a due generatori di ossidrogeno della OWELD™, il modello 2500EP ed il modello 4600EP 3F, rispettivamente, fornirono i risultati riportati in Tabella 1.
TABELLA1
I risultati ottenuti mostrarono che a parità di produzione (2000 l/h) il generatore secondo l’invenzione ebbe un consumo elettrico massimo inferiore del 12% rispetto al generatore descritto nel brevetto n. IT0001402836; del 30% rispetto al generatore 2500EP; e dell’80% rispetto al generatore 4600EP 3F, rispettivamente.
Queste riduzioni dei costi di gestione non furono gli unici benefici, che si ottennero tramite l’utilizzo del generatore secondo l’invenzione; ulteriori benefici sono riscontrabili nel minor peso che direttamente si ripercuote su un minore costo di produzione del generatore stesso. Per ultimo, ma non meno importante, il generatore secondo l’invenzione, grazie al sistema multi celle e multi alimentatori, evitò inconvenienti tecnici provocati dallo stress da lavoro, allungando la vita “produttiva” e diminuendo la manutenzione del generatore stesso, rispetto ai generatori noti nell’arte sopra citati.
ESEMPIO 3
Uso del generatore secondo l’invenzione per la pulizia delle camere di combustione.
Tramite l’uso di un interruttore/temporizzatore fu possibile programmare i tempi di pulizia delle camere di combustione del motore. La pulizia delle camere di combustione del motore avvenne attraverso un tubo di immissione dell’ossidrogeno prodotto dal generatore all’interno del condotto di aspirazione del motore acceso.
In questo modo si ottimizzò del 90% la combustione all’interno delle camere di combustione interno, aumentandone il calore, favorendo così lo scioglimento di tutte le incrostazioni normalmente generate dalla combustione dei motori endotermici. I residui carboniosi disciolti vennero eliminati dallo scarico in ambiente protetto. Questo trattamento riportò il motore alle sue originali prestazioni, allungandone la vita e diminuendone la manutenzione.
L’uso del generatore secondo l’invenzione, per effettuare la pulizia dei motori, evitò l’uso di schiume chimiche ed additivi chimici noti per il loro effetto dannoso sui motori ed altamente inquinanti e dannosi per la salute umana una volta immessi nell’aria dopo la combustione.
ESEMPIO 4
Uso del generatore secondo l’invenzione per diminuire i costi di gestione, gli effetti inquinanti ed aumentare la resa di una caldaia a gas per uso industriale o domestico.
Un piccolo generatore in grado di produrre fino a 4 lm di ossidrogeno venne collegato con una caldaia a GPL, da 30 kW (normale caldaia murale presente nelle abitazioni civili e applicabile anche a caldaie a condensazione).
Il collegamento del generatore di ossidrogeno venne effettuato mediante un tubo collegato al tubo di mandata del gas principale (GPL) con un innesto idraulico a “Y”.
La regolazione della quantità della miscela dei gas da immettere nel bruciatore della caldaia venne effettuata da un tecnico esperto del settore (ad esempio un tecnico che effettua il collaudo delle nuove caldaie alla prima accensione).
I risultati ottenuti mostrarono che per la produzione della medesima quantità di acqua calda, alla medesima temperatura, l’uso del generatore secondo l’invenzione determinò l’utilizzo di una quantità di GPL inferiore del 50%; una emissione di inquinanti inferiore dell’80%, ed una resa della caldaia maggiore del
12,5%.
ESEMPIO 5
Uso del generatore secondo l’invenzione per aumentare la potenza della miscela (kit modulare per l'industria automobilistica).
Vennero realizzati dei kit modulari per l'industria automobilistica utilizzando due celle elettrolitiche triangolari per la produzione di ossidrogeno.
La produzione dell’idrogeno fu resa regolabile e venne gestita attraverso uno o più modulatori PWM (pulse-width modulation).
L’alimentazione delle dry cells avvenne attraverso una batteria a tampone o l'alternatore del mezzo (se sovradimensionato). I risultati ottenuti riportati nelle Tabelle 2 e 3 mostrano un risparmio del carburante (e quindi anche un risparmio economico, nonché una minore inquinamento ambientale dovuto ad una minore emissione di CO2), sia per furgoni fino a 3.000 cm<3 >che per mezzi pesanti fino a 12.000 cm3.
TABELLA 2
TABELLA 3
ESEMPIO 6
Uso del generatore secondo l’invenzione per ottimizzare i processi di combustione del motore (kit modulare per l'industria automobilistica con filtro ionizzatore).
Venne utilizzato un generatore di ossidrogeno secondo la presente invenzione per ottimizzare i processi di combustione di un motore.
Venne realizzato un kit modulare di ossidrogeno composto da: due celle elettrolitiche, un serbatoio, un bubbler, un modulatore PWM, una centralina di controllo collegata alla CPU (central processing unit) dell’auto, un fusibile di protezione, un relè sotto chiave, un filtro ionizzatore (ottimizzato per carburanti liquidi) esterno che venne posto sul tubo di mandata del carburante. Il filtro ionizzatore che venne utilizzato era composto da un corpo cilindrico con due connettori posti alle estremità per consentire l’installazione sul tubo di portata del carburante del motore.
All’interno del filtro ionizzatore vennero inserite perline metalliche delle stesse dimensioni nelle seguenti quantità: rame:alluminio:zinco o acciaio inox in rapporto 1:1:1; un piccolo magnete al neodimio del diametro approssimativo di 1 cm; e due membrane sintetiche (nylon o inox da 10 micron ) filtranti per impedire la fuoriuscita delle perline metalliche da circa 0,4 mm.
I test eseguiti da un tecnico esperto del settore, sul motore comprendente il kit con il filtro ionizzatore, rispetto ad un motore senza detto kit, mostrarono che si ebbe una riduzione significativa della fuliggine prodotta dal motore diesel (polveri sottili).
Confrontando la ionizzazione elettrostatica prodotta da questo filtro si ebbe la riduzione della fuliggine/polveri sottili, una migliore vaporizzazione e una migliore evaporazione del combustibile.
Per l’esperto del settore il miglioramento di questi parametri è un indice di ottimizzazione dei processi di combustione del motore, vale a dire, un minore inquinamento dell’aria causato dal motore stesso.
Claims (10)
- RIVENDICAZIONI 1. Una cella elettrolitica (23), comprendente: - almeno una guancetta di tenuta (29); - almeno una guarnizione (30); - almeno un catodo (31) e un -anodo (31); - almeno una piastra neutra piena (32); - almeno una piastra neutra forata (33); - almeno un connettore di uscita del gas (34); - almeno una entrata (35) per l’elettrolita; - almeno una uscita (36) per l’elettrolita per il sistema di raffreddamento; - almeno un tirante alimentatore (37); in cui tale cella (23): è caratterizzata dal fatto che gli elementi (29), (30), (31), (32) e (33) hanno una forma triangolare, opzionalmente di triangolo equilatero o isoscele.
- 2. Cella elettrolitica triangolare della rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che: avente la configurazione sbilanciata come di seguito riportato: - un anodo; - n1 piastre neutre piene; - almeno un ulteriore anodo; - n1 piastre neutre piene; - un catodo; - (n1 n2) piastre neutre forate; - almeno un ulteriore catodo; - (n1 n2) piastre neutre piene; - almeno un ulteriore catodo; in cui n1 ed n2, uguali o diversi fra loro, sono ciascuno un numero intero da 1 a 60, preferibilmente da 3 a 20, più preferibilmente da 2 a 10.
- 3. La cella elettrolitica triangolare della rivendicazione 1, in cui il catodo (31) el'anodo (31), riportano un taglio a U (38), utile a facilitare il montaggio e/o smontaggio del tirante alimentatore (37).
- 4. La cella elettrolitica triangolare delle rivendicazioni 1-3, in cui la guancetta di tenuta (29) riporta un taglio a U (38), nel caso in cui detta guancetta di tenuta (29) ricalchi il perimetro del catodo-anodo (31), ed è caratterizzata dal fatto che detto taglio a U (38) è chiuso da un tacchetto (39), nero o rosso a seconda della polarità del tirante alimentatore (37).
- 5. Un dispositivo generatore di ossidrogeno comprendente: - almeno un serbatoio per l'elettrolita (1); - almeno un bubbler (2), opzionalmente a sezione quadrata, avente un sistema lamellare per evitare la fuoriuscita di parti di elettrolita nel tubo di portata dell’ossidrogeno in caso di forte gorgoglio; - almeno un filtro essiccatore (3); - almeno un’elettrovalvola (4) per la regolazione della pressione interna; - almeno una valvola meccanica di sicurezza (5); - almeno un manometro (6); - almeno un connettore (7) utile all’uscita del gas; - almeno un termometro (8); - almeno una spia (9) di segnalazione; - almeno un voltometro e/o un amperometro (10); - almeno un interruttore on-off (11); - almeno un potenziometro (12) per aumentare o diminuire la produzione del gas; - almeno un interruttore temporizzatore (13); - almeno un cavo elettrico positivo (14) e almeno un cavo elettrico negativo (15), utili ad alimentare la cella elettrolitica; - almeno una ventola di raffreddamento (16); - almeno un alimentatore-inverter (17), utile ad alimentare la cella elettrolitica (23); - almeno un cavo elettrico positivo (18) e almeno un cavo elettrico negativo (19), utili ad alimentare il quadro elettrico; - opzionalmente almeno un booster (20) di idrogeno puro ed almeno un alimentatore-inverter (17c), utile ad alimentare il booster (20) di idrogeno; - almeno un radiatore (21); - almeno una pompa elettrica (22) per un sistema di raffreddamento; - almeno una cella elettrolitica triangolare (23) utile alla produzione di ossidrogeno; - almeno un interruttore d’emergenza a fungo (24); - almeno una presa di corrente (25) a 220 Volt; - almeno un interruttore pressostato (26) per lo spegnimento automatico quando si supera la soglia prestabilita della pressione; - almeno un interruttore di livello (27) quando si supera il livello di riserva dell’elettrolita; - opzionalmente almeno uno scarico (28) dell’ossigeno; - almeno un tubo (17a) utile allo scarico dell’ossigeno; - almeno un tubo di portata (18a) elettrolita-radiatore; - opzionalmente almeno un tubo di portata (19a) idrogeno-bubbler; - almeno un tubo di portata (20a) ossidrogeno-bubbler; - almeno un tubo di portata (21a) elettrolita-pompa-cella elettrolitica; - opzionalmente almeno un tubo di portata (22a) elettrolita-booster-radiatore.
- 6. Il dispositivo della rivendicazione 5 in cui il booster di idrogeno puro (20) comprende: - almeno una guancetta di tenuta (62) iniziale; - almeno una guarnizione (63); - almeno una membrana (61) per la separazione dei gas; - almeno una ulteriore guarnizione (63); - almeno un catodo (64); - almeno una ulteriore guarnizione (63); - almeno una membrana (61) per la separazione dei gas; - almeno una ulteriore guarnizione (63); - almeno un anodo (64) - almeno una guancetta di tenuta (62) finale.
- 7. Il dispositivo della rivendicazione 5, per uso per ottimizzare i processi di combustione in un motore a combustione, comprendente: - almeno un serbatoio per elettrolita (1); - almeno un bubbler (2) a sezione quadrata; - almeno un filtro essiccatore (3); - almeno un modulatore PWM (Pulse-Width Modulation) (40); - almeno una valvola meccanica di sicurezza (5); - almeno un connettore (7) utile all’uscita del gas; - almeno una ventola di raffreddamento (16); - almeno una cella elettrolitica (23); - almeno una guancetta di tenuta (29); - almeno un filtro ionizzatore (41); - almeno un fusibile (42); - almeno una centralina (43) per la gestione dell’ossidrogeno; - almeno una batteria (44) da 12V; - almeno un relè sotto chiave (45); in cui il filtro ionizzatore (41), comprende: - un scocca esterna composta da due corpi in materiale plastico (51a e 51b), in cui: - il corpo plastico 51a presenta un tubo (52) di ingresso; - il corpo plastico 51b presenta un tubo (53) di uscita; - detti corpi in materiale plastico (51a e 51b) vengono accoppiati/collegati tra loro attraverso un classico sistema di chiusura a vite, attraverso un classico sistema di chiusura a pressione o saldati; - un foro (52a) di ingresso, posto all’estremità del tubo (52) di ingresso; - un foro (53a) di uscita, posto all’estremità del tubo (53) di uscita; - almeno un magnete (54) in neodimio; - perline di rame (55); - perline di zinco (56); - perline di alluminio (57); - almeno una molla (58); - almeno due membrane filtranti (59).
- 8. Il dispositivo della rivendicazione 5, in cui la quantità di idrogeno puro prodotto dal booster (20) è regolabile tramite: - miscelazione diretta nel tubo di aspirazione dell’aria; oppure: - con filtri ionizzatori (41) per combustibili liquidi e gassosi, in cui: - i filtri ionizzatori (41) sono esterni al generatore di ossidrogeno e vengono installati sul tubo di mandata del carburante; - i gas ossidrogeno e idrogeno puro miscelati vengono inseriti nel sistema di aspirazione dei mezzi utilizzatori o direttamente nelle camere di combustione attraverso un sistema a iniezione.
- 9. Il dispositivo della rivendicazione 5, per uso per la pulizia delle camere di combustione di un motore.
- 10. Il dispositivo della rivendicazione 5, per uso per migliorare la resa e il risparmio energetico di una caldaia, comprendente: - almeno un serbatoio per elettrolita (1); - almeno un bubbler (2) a sezione quadrata; - almeno un filtro essiccatore (3); - almeno una valvola meccanica di sicurezza (5); - almeno connettore (7) utile all’uscita del gas; - almeno due ventole di raffreddamento (16); - almeno un alimentatore-inverter (17) 220 Volt -12 Volt; - almeno una cella elettrolitica (23); - almeno una guancetta di tenuta (29); - almeno un connettore di uscita del gas (34); - almeno una entrata (35) per l’elettrolita; - almeno un foro comunicante (60) per il passaggio del gas di entrambe le celle fino al connettore (34).
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