JP2012515845A - 電解方法、装置及びシステム - Google Patents

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Abstract

本発明は、電解方法、電解電極、電解容器、電解装置、及び燃焼のための電解ガスを使用するシステム、特に、燃焼エンジン、例えば、ピストン又はタービンエンジンであって、電解電極を振動周波数で人為的に振動させ、且つ電解電極の前記電圧を前記振動周波数の低調波周波数で発振させるよう構成されたものに係る。
【選択図】図２

Description

本発明は、電解方法、電解装置、及び燃焼のための電解ガスを使用するシステム、特に、燃焼エンジン、例えば、ピストン又はタービンエンジンに関する。
水素及び酸素又はその化学量論的混合物（以下、ブラウンガス又は爆鳴気と称される）を水から電解により得ることが以前に知られている。従って、電解により得られた水素を再生可能な燃料として利用できるようにするために、この電解における再生可能なエネルギー源からの電気を利用することも以前に提案されている。これまで、これらの提案は、主として、既存の電解装置の効率が低いために、その成功性が限られている。
中国特許出願ＣＮ１３６３７２６Ａには、ある電圧下にある少なくとも１つの電解電極にわたり電解液からガスを分離するための電解方法の効率を高めるために、前記電解電極を振動周波数で人為的に振動させることが提案されている。
電解電極の表面に生じるガス気泡は、この人為的振動の下で迅速に脱出する。従って、電極の有効表面がガス気泡によって著しく減少されることはなく、電極の表面と電解液との間に最適な電子の交換を維持することができる。
本発明の目的は、前記効率を更に高めることである。本発明の少なくとも１つの実施形態によれば、この目的は、電解電極の前記電圧が前記共振周波数の低調波周波数で発振するという点で達成される。
電極電圧の調波発振が振動と相互作用して電解の効率を更に高める。又、振動は、液体分子それ自体にも影響すると思われ、分子間の衝突により電解の効率を意外にも高める。
好ましくは、前記電解電極は、共振周波数で振動される。その結果、２つの作用が更に増幅され、そして電界の効率がもっと高くなる。
好ましくは、前記電解液は、水を含み、前記分離されたガスが可燃性の水素含有ガスになるようにする。その結果、水から高い効率で有効な燃料を得ることができる。
好ましくは、可燃性水素含有ガスが燃焼され、この燃焼から生じる高温排気ガスが水液体及び／又は可燃性水素含有ガスを予熱する。再生熱のこの使用により、電解及び燃焼の両方の効率を高めることができる。
又、本発明は、
ａ）各々導電性材料より成り電解回路へ接続するための電気接点をもつ少なくとも一対の実質的に同様の電極と、個別の振動回路へ接続するための２つの電気接点をもつピエゾ素子とを含む電解容器、
ｂ）前記電極に接続された電解回路であって、電極対の２つの電極の各々が逆の極性で回路に接続されるような電解回路、及び
ｃ）前記ピエゾ素子に接続された振動回路、
を備え、前記振動回路は、振動周波数で出力電圧を制御するためのレギュレータを有し、前記電解回路は、前記振動周波数の低調波周波数で電解回路の出力電圧を制御するために前記レギュレータにも接続される、電解装置に係る。
好ましくは、前記レギュレータは、パルス巾レギュレータである。
好ましくは、前記振動周波数は、共振周波数である。
好ましくは、前記電解装置は、化石燃料の消費及びそれに関連した温室効果を減少するために再生可能なエネルギー源からの電気供給を備えている。
又、本発明は、前記電解装置と、燃焼装置と、この燃焼装置へ可燃性電解ガスを供給するための電解装置と燃焼装置との間のガス管路とを含む燃焼システムにも係る。その結果、ある環境において、電気を有用な仕方で熱エネルギーに変換することができる。
好ましくは、前記ガス管路は、安全バブラーを含む。これは、燃焼装置からのフラッシュバックが電解容器にダメージを及ぼすのを防止する。
好ましくは、前記ガス管路は、安全バブラーの前に接続される逆止弁も含む。これは、電解容器に負圧力がある場合に、流体が安全バブラーから電解容器へ引き戻されるのを防止する。
好ましくは、燃焼システムは、前記ガス管路に接続された電解ガス蓄積タンクも有する。その結果、電解ガスは、燃焼装置の負荷が大きい間に使用するように蓄積することができる。
好ましくは、燃焼システムは、少なくとも１つの熱交換器がガス管路及び／又は電解タンクに接続されるようにして燃焼システムに接続された排気管路も有する。その結果、可燃性電解ガス及び／又は電解容器を燃焼ガスにより再生予熱することができる。
好ましくは、前記燃焼装置は、燃焼エンジン、好ましくは、ピストン又はタービンエンジンである。その結果、ある環境の下では、電気を有用な仕方で機械的エネルギーに変換することができる。
本発明は、添付図面を参照して、以下に詳細に説明する。
本発明の一実施形態による電解電極を示す図である。 図１のような一対の電解電極をもつ本発明の一実施形態による電解装置を示す概略図である。 図１のような電解装置及び燃焼エンジンを含む本発明の一実施形態による燃焼システムの概略図である。
図１に示す電解電極１は、ステンレススチールの薄いプレート状電極であり、電気接点２及びピエゾ素子３が絶縁接着剤により電極の表面に取り付けられる。このピエゾ素子３は、圧電セラミックディスク４を含み、その中心に第１の電気接点５が位置し、セラミックディスク４の周りには、黄銅の外側リング６が第２の電気接点７と共に設けられる。それ故、接点５と７との間の交流電圧でピエゾ素子３の振動を引き起こすことができ、この振動は、特に、電圧の周波数が電極の共振周波数である場合には、電極１全体に作用する。
図２に示す電解装置において、電解液９、この場合は、塩水を収容する閉じた電解容器８は、図１に示した形式の本質的に同様の電極１を一対以上有している。それ故、各電極１には、ピエゾ素子３が取り付けられる。
ピエゾ素子３の接点５及び７は、前記ピエゾ素子３を共振周波数でアクチベートするために、耐化学的ケーブルを経て制御モジュール１１の振動回路１０へ接続される。本発明の好ましい実施形態では、この振動回路１０は、周波数をセットするための結晶と、手動調整なしに最適な共振周波数を維持するためのＰＬＬ回路と、パルス出力電圧を駆動するための自己誘導コイルとを収容している。
電極１の接点２は、次いで、制御モジュール１１の電解回路１２に接続される。この電解回路１２は、それ自身、各電極対の電極１間にパルス巾調整された電圧を印加するために振動回路１０に接続され、このパルス巾調整された電圧の周波数は、振動回路の共振周波数と同期された低調波周波数である。
使用中、ピエゾ素子３により、電極１の共振周波数は、これら電極１を経て周波数が水の分子に伝達されるようにセットされる。水の電解は、パルス巾調整された電圧を電極１に印加することによりサポートされる。
テーブル１は、直径１３０ｍｍ厚み１ｍｍのディスク状電極を伴うこの電解装置のテスト例のパラメータを示す。
Figure 2012515845
テーブル１：電解パラメータ
図３は、電解容器８で処理された電解ガスを、燃焼装置、この場合は、燃焼エンジン１３のための燃料として使用することのできる燃焼システムを示す。本発明のこの実施形態の電解容器８は、安全性の理由で、圧力センサ１４と、過圧弁１５と、電解液レベルセンサ１６とを収容する。圧力センサ１４は、電解容器８の内圧を監視し、そして内圧が高過ぎる場合に電解を中止するためにモータ制御モジュール２６を経て制御モジュール１２に接続される。又、過圧弁１５は、内圧が危険レベルを越えて上昇するのを防止するようにセットされる。又、電解液レベルセンサ１６は、電解液レベルが特定レベルより下がった場合に供給管路１７を経て電解液の供給を行うためにモータ制御モジュール２６に接続される。この供給管路１７は、図示されたように、電解容器８を電解液タンク１８に接続することができ、そして制御モジュール２６に接続されたポンプ１９と、逆止弁とを有し、使用中に、電解容器８内の電解液レベルが電極１の上に維持されるようにする。
電解容器８は、ガス管路２０を経て燃焼エンジン１３に接続され、燃焼エンジン１３に電解ガスを供給できるようにしている。ガス管路２０には、逆止弁２１、電子制御弁２２、安全性バブラー２３、カーボンブラシのないモータにより駆動される真空ポンプ２４、及び水セパレータ２５が接続される。安全性バブラー２３は、燃焼からのフラッシュバックを保持して、電解容器８にダメージが及ばないようにするために含まれる。又、真空ポンプ２４のモータも、モータ制御モジュール２６に接続され、その回転速度をモータ制御モジュール２６によって調整できるようにしている。水セパレータ２５の下流では、ガス管路２０が３つの管路２０ａ、２０ｂ及び２０ｃへ分岐する。管路２０ａでは、このガス管路２０ａを通るガス流を調整するために制御弁２７がモータ制御モジュール２６に接続される。管路２０ｂは、モータ制御モジュール２６及びガス蓄積タンク２９に接続された三方弁２８を含む。このガス蓄積タンク２９は、弾力性ダイヤフラム３０により、三方弁２８に接続されたガス部分２９ａと、減圧管路３１を経てエンジン１３の入口３２に接続されると共にソレノイド弁３４を経てモータ制御モジュール２６によって調整される空気入口３３が設けられた真空部分２９ｂと、に分割される。減圧管路３１には、一方弁４１が取り付けられる。一方弁３５をもつ管路２０ｃは、管路２０ｂを橋絡する。３つの管路２０ａ、２０ｂ及び２０ｃは、エンジン１３の入口へと開いており、モータ制御モジュール２６に接続されたガスペダル３６により空気及び燃料の供給が調整される。エンジンの排気３７は、２つの熱交換器３８、３９を通過する。第１の熱交換器３８は、可燃性電解ガスを予熱するために管路２０ａに接続される。モータ制御モジュール２６により制御される制御弁４０によって調整される第２の熱交換器３９は、電解容器８を予熱する。
使用中に、電解容器８で処理された可燃性電解ガスは、管路２０、逆止弁２１及び電気ソレノイド弁２２を経て安全性バブラー２３へ送り込まれる。可燃性電解ガスは、安全性バブラー２３から真空ポンプ２４により送出される。次いで、可燃性電解ガスは、水セパレータ２５に通されて、ガス管路２０に運び込まれた水滴（カージャダー等）を分離した後に、可燃性電解ガスがエンジン１３に入るようにされる。管路２０ａ及び２０ｂを各々経て、可燃性電解ガスは、モータ作動の制御弁２７及び電気的に制御される三方弁２８へ送られる。これらの弁は、エンジン１３の負荷に基づいてモータ制御モジュール２６により制御される。弁２７の下流で、可燃性電解ガスは、熱交換器３８により予熱された後に、エンジン１３へ供給される。管路２０ｂの橋絡は、一定のエンジン負荷において作用する。可燃性電解ガスは、次いで、管路２０ｃを経てエンジン１３へ供給される。
エンジン１３から加速が要求されると、ガス蓄積タンク２９からの可燃性電解ガスの流れを、管路２０ｂを経てエンジン１３へ通すことができるように、三方弁２８が切り換わる。ガス蓄積タンク２９は、エンジン１３が減速を行うときに自動的に迅速に補充され、入口３２に真空が生じるために、ダイヤフラム３０が減圧管路３１を経て引っ張られ、ガス蓄積タンク２９は、減速時にエンジン１３が必要としない少量の可燃性電解ガスを取り込む。
本発明は、上述した実施形態に限定されず、特許請求の範囲内で変更が考えられる。例えば、ここに示す実施形態では、絶縁接着剤を使用してピエゾ素子が電極に取り付けられたが、導電性接着剤を使用してもよい。このため、本発明の説明及び添付図面は、単なる例示に過ぎない。
１：電極
２：電気接点
３：ピエゾ素子
４：圧電セラミックディスク
５：第１の電気接点
６：外側リング
７：第２の電気接点
８：電解容器
９：電解液
１０：振動回路
１１：制御モジュール
１２：電解回路
１３：燃焼エンジン
１４：圧力センサ
１５：過圧弁
１６：電解液レベルセンサ
１７：供給管路
１８：電解液タンク
１９：ポンプ
２０：ガス管路
２１：逆止弁
２２：電子制御弁
２３：安全性バブラー
２４：真空ポンプ
２５：水セパレータ
２６：モータ制御モジュール
２７：制御弁
２８：三方弁２８
２９：ガス蓄積ポンプ
３０：弾力性ダイヤフラム
３１：減圧管路
３２：エンジンの入口
３３：空気入口
３４：ソレノイド弁
３５、４１：一方弁

Claims (14)

  1. ある電圧下にある少なくとも１つの電解電極を経て電解液から電解ガスを分離するための電解方法において、前記電解電極を振動周波数で人為的に振動させ、且つ前記電解電極の前記電圧を前記振動周波数の低調波周波数で発振させることを特徴とする電解方法。
  2. 前記振動周波数は、共振周波数である、請求項１に記載の電解方法。
  3. 前記電解液は、水を含み、前記分離されたガスが可燃性の水素含有ガスを含むようにする、請求項１又は２に記載の電解方法。
  4. 前記可燃性水素含有ガスが燃焼され、この燃焼から生じる高温排気ガスが水液体及び／又は前記可燃性水素含有ガスを予熱する、請求項３に記載の電解方法。
  5. ａ）各々導電性材料より成り電解回路へ接続するための電気接点をもつ少なくとも一対の実質的に同様の電極と、個別の振動回路へ接続するための２つの電気接点をもつピエゾ素子とを含む電解容器、
    ｂ）前記電極に接続された電解回路であって、電極対の２つの電極の各々が逆の極性で回路に接続されるような電解回路、及び
    ｃ）前記ピエゾ素子に接続された振動回路、
    を備えた電解装置において、
    前記振動回路は、振動周波数で出力電圧を制御するためのレギュレータを有し、そして前記電解回路は、前記振動周波数の低調波周波数で電解回路の出力電圧を制御するために前記レギュレータにも接続されることを特徴とする電解装置。
  6. 前記レギュレータは、パルス巾レギュレータである、請求項５に記載の電解装置。
  7. 前記振動周波数は、前記電極の共振周波数である、請求項５又は６のいずれかに記載の電解装置。
  8. 再生可能なエネルギー源からの電気供給を備える、請求項５から７のいずれかに記載の電解装置。
  9. 請求項５から８のいずれかに記載の電解装置と、燃焼装置と、この燃焼装置へ可燃性電解ガスを供給するための電解装置と燃焼装置との間のガス管路とを含む燃焼システム。
  10. 前記ガス管路は、安全バブラーを含む、請求項９に記載の燃焼システム。
  11. 前記ガス管路は、前記安全バブラーの前に接続された逆止弁も含む、請求項１０に記載の燃焼システム。
  12. 前記ガス管路に接続された電解ガス蓄積タンクも有する、請求項８から１１のいずれかに記載の燃焼システム。
  13. 少なくとも１つの熱交換器が前記ガス管路及び／又は電解タンクに接続されるようにして前記燃焼システムに接続された排気パイプも備えた、請求項８から１２のいずれかに記載の燃焼システム。
  14. 前記燃焼装置は、燃焼エンジンである、請求項８から１３のいずれかに記載の燃焼システム。
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