PL229230B1 - Zespół generatora wodoru oraz tlenu - Google Patents

Abstract

Zespół generatora wodoru oraz tlenu zawiera generator (1), połączony co najmniej jednym przewodem zasilającym (3) ze zbiornikiem zasilania (2). Generator (1) połączony jest przewodem odbioru wodoru i/lub tlenu (4.1, 4.2) z co najmniej jednym zbiornikiem buforowym wodoru i/lub tlenu (5.1, 5.2). Generator (1), zbiornik zasilający (2) oraz co najmniej jeden zbiornik buforowy wodoru i/lub tlenu (5.1, 5.2) wyposażone są w przewody łączące, na których znajdują się zawory (8). Generator (1) wyposażony jest we wskaźnik minimalnego poziomu (Hmin) oraz wskaźnik maksymalnego poziomu (Hmax) elektrolitu. Co najmniej jeden zbiornik buforowy (5.1, 5.2) wodoru oraz tlenu połączony jest z generatorem (1) co najmniej jednym przewodem wyrównawczym poziomu elektrolitu. Wylot przewodu odbioru wodoru (4.1) oraz odbioru tlenu (4.2) z generatora (1) w zbiorniku buforowym (5.1, 5.2) wodoru i/lub tlenu znajduje się poniżej dopuszczalnego poziomu minimalnego (Hmin) elektrolitu w tym zbiorniku buforowym wodoru i/lub tlenu (5.1, 5.2). Przewód wyrównawczy ciśnienia (11) pomiędzy generatorem (1), a zbiornikiem zasilającym (2) poprowadzony jest do strefy ponad lustrem elektrolitu w generatorze (1) z przewodu (4.1, 4.2), łączącego ten generator (1) ze zbiornikiem buforowym wodoru i/lub tlenu (5.1, 5.2).

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest zespół generatora wodoru oraz tlenu, stanowiący urządzenie do jednoczesnego wytwarzania wodoru oraz tlenu na drodze elektrolizy wody. W komorze roboczej generatora następuje proces rozkładu wody, którego produkty gazowe stanowią wodór cząsteczkowy oraz tlen cząsteczkowy. Oba gazy zużywane są w zależności od celu prowadzenia procesu elektrolizy. W elektrolizerach pozbawionych technicznej możliwości rozdziału produktów elektrolizy na osobne frakcje, otrzymany gaz będący mieszaniną gazowego tlenu oraz gazowego wodoru określany jest zwykle mianem HHO. Generator przeznaczony jest głównie do wspomagania procesów spalania konwencjonalnych paliw stałych, ciekłych i gazowych, zwłaszcza w ogrzewnictwie przemysłowym i komercyjnym oraz w termodynamicznych układach prawo bieżnych. Rozdział osobnych frakcji tlenu cząsteczkowego i wodoru cząsteczkowego można również wykorzystać do celów wspomagania zasilania ogniw paliwowych.

W komorze reakcyjnej generatora następuje proces elektrolizy wody pod wpływem różnicy potencjałów na katodzie i anodzie. Produktami procesu elektrolizy są wodór cząsteczkowy oraz tlen cząsteczkowy, zaś ich mieszanina wykorzystywana może być do zasilania zespołów napędowych gdzie jest ona spalana samodzielnie, lub stanowi dodatek do paliw konwencjonalnych. Po rozdzieleniu cząsteczek wody w procesie elektrolizy na osobne frakcje gazowego wodoru oraz gazowego tlenu, oba te gazy wykorzystywane mogą być do różnych celów osobno, w zależności od zapotrzebowania. Woda poddawana procesowi elektrolizy w znanych rozwiązaniach ma zwykle odczyn modyfikowany do odczynu zasadowego.

W opisie patentowym zgłoszenia europejskiego nr EP 0422994 przedstawiono znane rozwiązanie urządzenia dla celu elektrolizy wody. W skład urządzenia wchodzi korpus, unieruchomiony na podstawie za pomocą zespołów blokujących, w którym zamocowany jest generator wraz z elementami regulacji ciśnienia gazów wytwarzanych w procesie elektrolizy. Urządzenie jest wyposażone w zespół monitorowania napełnienia urządzenia elektrolitem za pośrednictwem czujnika minimalnego poziomu elektrolitu. W przypadku niezadowalającego napełnienia generatora elektrolitem, urządzenie kontrolne będzie generować sygnał ostrzegawczy. Urządzenie jest wyposażone także w zespół do usuwania wilgoci z wytwarzanego w procesie elektrolizy gazu.

W innym rozwiązaniu, znanym z europejskiego opisu patentowego nr EP 0806498 zaproponowano wyposażenie urządzenia do elektrolizy wody w zespół do chłodzenia elektrolitu. Pod pojęciem elektrolitu w tym opisie patentowym należy rozumieć wodę, z ewentualnym dodatkiem substancji zwiększających przewodnictwo elektryczne. Generator połączony jest z wymiennikiem ciepła przez który przepływa elektrolit. Gniazdo wypływu wody z generatora do wymiennika ciepła w tym znanym rozwiązaniu znajduje się poniżej poziomu elektrolitu w reaktorze. W tym urządzeniu zastosowano pompę zasilającą reaktor w elektrolit.

Kolejne znane rozwiązanie elektrochemicznej wytwornicy wodoru i tlenu z wody przedstawiono w opisie patentowym europejskim nr EP 0389263. Wylot wodoru doprowadza się najpierw do porowatego separatora, a następnie do separatora elektrochemicznego w celu oddzielenia wodoru z wody protonowej bez znaczącej straty elektrolitu i bez konieczności odpowietrzania. Oba te separatory mogą być zintegrowane w hydrofilowej warstwie materiału. Wodór oddziela się w reaktorze elektrochemicznym, zaś woda pozbawiona w pewnym stopniu wodoru jest zawracana pod stosunkowo niskim ciśnieniem do przewodu wodnego. Przewidziano tutaj zespół pompowy dla uzupełniania elektrolitu w urządzeniu.

W kolejnym rozwiązaniu, przedstawionym w opisie zgłoszenia międzynarodowego nr WO 02/08495 przedstawiono inne znane rozwiązanie reaktora wodoru na katodzie i tlenu na anodzie z elektrolizy wody. Część katodowa reaktora zawiera zespół pomiaru ciśnienia wodoru wytwarzanego na katodzie generatora oraz zespół pomiaru ciśnienia tlenu wytwarzanego na anodzie generatora. Aktualną różnicę ciśnień określa się przez porównanie obu wartości. Określona różnica ciśnień służy do korekty ciśnienia wodoru, oraz do ewentualnej korekty ciśnienia tlenu. Jeden mechanizm odciążający może regulować ciśnienie wodoru w oparciu o sygnał różnicy ciśnienia, oraz drugi mechanizm odciążający może regulować ciśnienie tlenu w oparciu o sygnał z pomiaru różnicy ciśnień. Dla uzupełniania elektrolitu w celach generatora zaproponowano tutaj układ pompowy.

W kolejnym rozwiązaniu znanym z opisu zgłoszenia międzynarodowego nr WO 2008/049210 przedstawiono system i sposób wykrywania nieszczelności w ogniwach elektrochemicznych w postaci co najmniej jednego stosu ogniw, gdzie każdy stos zawiera co najmniej jeden otwór wlotowy elektrolitu.

PL 229 230 B1

Na wlocie elektrolitu do każdego stosu znajduje się czujnik ciśnienia, który generuje sygnał zaniku ciśnienia powstały w wyniku nieszczelności lub ubytku elektrolitu.

W dalszym rozwiązaniu znanym z opisu zgłoszenia międzynarodowego nr WO 2007/018304 przewidziano urządzenie do wyrównywania ciśnienia wody w ogniwie za pomocą membrany. Woda w ogniwie podlega rozkładowi na wodór i tlen, co prowadzi do zmniejszenia jej ilości w ogniwie po stronie katody. Według wynalazku, w układ hydrauliczny ogniwa zainstalowany jest rodzaj przeponowego naczynia wzbiorczego, który może generować pracę mechaniczną. Woda zgromadzona w naczyniu, jest sukcesywnie przekazywana pod zasadniczo stałym ciśnieniem do elektrod ogniwa, uzupełniając powstające braki.

W innym rozwiązaniu, znanym z opisu patentowego US 5,037,518 przedstawiono urządzenie i sposób wytwarzania wodoru i tlenu przez elektrolityczną dysocjację wody. Według tego znanego rozwiązania przewidziano w układzie osuszacz piany powstającej w wyniku elektrolizy wody, zawierającej spieniony elektrolit wraz z gazami po elektrolizie. Osuszacz według tego znanego rozwiązania nie zawiera jednak przewodu wyrównawczego utrzymującego stały poziom resztek elektrolitu w osuszaczu i w elektrolizerze, i zabezpieczającego elektrolizer przed cofnięciem płomienia w przypadku zapłonu produktów elektrolizy, niezależnie od prędkości wypływu produktów elektrolizy na wyjściu z tego zbiornika buforowego.

Celem wynalazku jest opracowanie instalacji, umożliwiającej manualne, lub bezobsługowe uzupełnianie poziomu elektrolitu podczas pracy generatora wodoru oraz tlenu, bez konieczności jego wyłączenia z eksploatacji. Urządzenie według wynalazku jest przeznaczone dla zastosowań w elektrolizerach sprężających wodór oraz tlen na drodze elektrochemicznej w odrębnych komorach, odgrodzonych od siebie przegrodą lub przegrodami. Przegrody te umożliwiają separację frakcji tlenu oraz fr akcji wodoru w niezależnych komorach, jak również w elektrolizerach, nie posiadających przegród, na przykład w postaci przepon, generujących na wyjściu z urządzenia mieszaninę wodorowo-tlenową, na przykład w elektrolizerach określanych jako Dry Cell.

W zależności od zastosowanego ciśnienia wyrównawczego rozróżniane są dwa główne systemy uzupełniania elektrolitu. Pierwszy system polega na wykorzystaniu ciśnienia produktów elektrolizy w postaci wodoru, tlenu lub też mieszaniny wodorowo-tlenowej HHO, zaś druga grupa systemów, wykorzystuje dla tego celu media zewnętrzne w postaci sprężonych gazów technicznych.

Rozwiązanie według wynalazku umożliwia uzupełnienie elektrolitu w generatorze wodoru oraz tlenu, wykorzystując do tego celu zjawisko grawitacji. Przedmiotowe rozwiązanie wyklucza zastosowanie pomp elektrolitu, bazując jedynie na grawitacyjnym systemie uzupełniania.

Rozwiązanie według wynalazku przestawione zostało w zastrzeżeniu patentowym nr 1 oraz w kolejnych zastrzeżeniach patentowych.

Według wynalazku, zespół generatora wodoru oraz tlenu, zawiera generator wodoru oraz tlenu, który połączony jest przewodem zasilającym ze zbiornikiem zasilającym oraz połączony jest przewodami odbioru wodoru i tlenu z co najmniej jednym zbiornikiem buforowym wodoru i tlenu, które są głównym produktem elektrolizy. Wymieniony generator wodoru oraz tlenu, zwany w dalszej treści generatorem, zbiornik zasilający generator elektrolitem oraz co najmniej jeden zbiornik buforowy wodoru i tlenu jako produktów elektrolizy, wyposażone są w urządzenia kontrolno-pomiarowe. Pod określeniem elektrolit w tym opisie patentowym rozumie się zarówno wodę, jak i wodę zawierającą dodatki chemiczne ułatwiające procesy elektrolityczne na przykład dodatki modyfikujące odczyn elektrolitu na zasadowy. Wymienione zbiorniki oraz generator połączone są znanym systemem przewodów łączących. Na przewodach łączących znajdują się zawory ułatwiające czynności eksploatacyjno-konserwacyjne. Co najmniej jedna anoda oraz co najmniej jedna katoda generatora zasilana jest energią elektryczną z zewnętrznego źródła energii. Zwykle znane generatory wyposażone są we wskaźniki minimalnego poziomu (Hmin) oraz maksymalnego poziomu (Hmax) elektrolitu w tym generatorze co ułatwia ocenę bieżącego napełnienia elektrolitu w generatorze. Wlot przewodu zasilającego do generatora wodoru oraz tlenu znajduje się poniżej minimalnego poziomu Hmin elektrolitu w tym generatorze. Natomiast wylot elektrolitu ze zbiornika zasilającego do przewodu zasilającego generator elektrolitem, znajduje się powyżej maksymalnego poziomu (Hmax) elektrolitu w generatorze wodoru oraz tlenu.

Według wynalazku, zespół generatora charakteryzuje się tym, że zawiera co najmniej jeden zbiornik buforowy wodoru i tlenu do których transportowane są produkty elektrolizy z generatora. Wymieniony zbiornik buforowy połączony jest z generatorem przewodem wyrównawczym elektrolitu. Generator i zbiornik buforowy stanowią więc naczynia połączone.

PL 229 230 B1

Wylot przewodu odbioru wodoru i tlenu z generatora, w co najmniej jednym zbiorniku buforowym wodoru i/lub tlenu znajduje się według poniżej poziomu minimalnego Hmin elektrolitu w tym zbiorniku buforowym, stanowiąc dolny syfon.

Pomiędzy generatorem, a zbiornikiem zasilającym znajduje się przewód wyrównawczy ciśnienia. Przewód wyrównawczy ciśnienia połączony jest z przewodem odbioru wodoru i/lub tlenu, łączącym generator ze zbiornikiem buforowym wodoru i/lub tlenu. Zaproponowany przewód wyrównawczy ciśnienia powinien być zabezpieczony przed ew. implozją, dlatego poprowadzono ten przewód z miejsca zabezpieczonego przez bufor.

Na przewodzie zasilającym, łączącym zbiornik zasilający z generatorem zainstalowany jest zawór.

W korzystnej odmianie rozwiązania według wynalazku, w wewnętrznej przestrzeni zbiornika zasilającego wydzielona jest komora elektrolitu oraz komora gazowa, przy czym obie komory są od siebie oddzielone elastyczną przeponą. Skumulowane ciśnienie czynnika gazowego w komorze gazowej, poprzez elastyczną przeponę oddziałuje na ciśnienie w komorze elektrolitu. Ciśnienie w komorze elektrolitu może być ustawione zgodnie z ciśnieniem roboczym w generatorze, a wówczas przy otwartym zaworze na przewodzie zasilającym, elektrolit grawitacyjnie ze zbiornika zasilającego spłynie do generatora i uzupełni jego niedobór.

Według wynalazku, w tym rozwiązaniu zespołu generatora, korzystne jest gdy komora po stronie elektrolitu jest w całości wypełniona elektrolitem, bez przestrzeni wypełnionych gazem.

W innej wersji rozwiązania według wynalazku nie wyklucza się, że przestrzeń ponad lustrem poziomu elektrolitu w zbiorniku zasilającym połączona jest przewodem wyrównawczym ciśnienia z zewnętrznym źródłem ciśnienia. Wówczas wyrównanie ciśnienia w zbiorniku zasilającym do wartości ciśnienia w generatorze jest realizowane poprzez zewnętrzne źródło ciśnienia. Wyrównanie obu ciśnień pozwoli na grawitacyjny spływ elektrolitu dla uzupełnienia jego niedoboru w generatorze na skutek ubytku elektrolitu w procesie elektrolizy.

W dalszym rozwinięciu rozwiązania według wynalazku, przestrzeń ponad lustrem poziomu elektrolitu w zbiorniku zasilającym połączona jest przewodem wyrównawczym ciśnienia z przewodem odbioru wodoru i tlenu poprowadzonym z generatora do co najmniej jednego zbiornika buforowego wodoru i tlenu.

W innym korzystnym rozwiązaniu, zespół generatora zawiera niezależny odbiorczy zbiornik buforowy wodoru oraz niezależny odbiorczy zbiornik buforowy tlenu. W korzystnej wersji tego rozwiązania, przestrzeń ponad lustrem poziomu elektrolitu w zbiorniku zasilającym połączona jest przewodem wyrównawczym z przewodem odbioru tlenu poprowadzonym do zbiornika buforowego tlenu, pod lustro elektrolitu w tym zbiorniku buforowym. W tej odmianie, poprzez wymienione połączenie, ciśnienie nad lustrem elektrolitu w zbiorniku zasilającym jest zrównywane z ciśnieniem ponad lustrem elektrolitu w zbiorniku buforowym tlenu po otwarciu zaworu, zainstalowanego na tym przewodzie wyrównawczym ciśnienia. Dzięki różnicy wysokości poziomu luster elektrolitu między generatorem i zbiornikiem zasilającym w tych warunkach, po otwarciu zaworu na przewodzie zasilającym, nastąpi grawitacyjne uzupełnienie napełnienia generatora poprzez przepływ porcji elektrolitu ze zbiornika zasilającego osadzonego wyżej. Przy zmianie polaryzacji zasilania elektrod generatora, wymieniony zbiornik buforowy tlenu, będzie pełnił funkcję zbiornika buforowego wodoru i wówczas ciśnienie wodoru będzie wykorzystane do celu wyrównania ciśnienia między zbiornikiem zasilającym a generatorem.

W rozwiązaniu według wynalazku przewidziano także, że przestrzeń ponad lustrem poziomu elektrolitu w zbiorniku zasilającym połączona może być przewodem wyrównawczym ciśnienia z przewodem odbioru wodoru którego wylot znajduje się pod lustrem elektrolitu w zbiorniku buforowym wodoru. Podobnie jak w poprzednim rozwiązaniu, przy zmianie polaryzacji zasilania na elektrodach generatora, ten zbiornik buforowy wodoru będzie pełnił funkcję zbiornika buforowego tlenu.

Zgodnie z wynalazkiem przewidziano, że wylot przewodu zasilającego elektrolitu ze zbiornika zasilającego może znajdować się w najniższym punkcie konstrukcyjnym tego zbiornika.

Wlot przewodu zasilającego elektrolitu do generatora korzystnie znajduje się w obrębie dna tego generatora. W każdym przypadku wlot tego przewodu do generatora zgodnie z wynalazkiem powinien znajdować się poniżej poziomu Hmin to znaczy poniżej najniższego możliwego poziomu roboczego elektrolitu w generatorze.

Króćce wyjściowe przewodów odbioru wodoru i/lub tlenu poprowadzone z generatora do zbiorników buforowych wodoru i/lub tlenu znajdują się według wynalazku poniżej poziomu Hmin to znaczy poniżej najniższego dopuszczalnego poziomu roboczego elektrolitu w generatorze, korzystnie zakończone dolnym syfonem. Ponieważ zbiorniki buforowe wodoru i tlenu połączone są z przestrzenią wypełnioną

PL 229 230 B1 elektrolitem w generatorze przewodem wyrównawczym elektrolitu, zarówno poziom Hmin jak i Hmax elektrolitu w tych zbiornikach buforowych wodoru i/lub tlenu odpowiada poziomowi Hmin oraz Hmax elektrolitu w generatorze. Również wlot wodoru i tlenu do zbiorników buforowych z generatora znajduje się pod poziomem Hmin.

Zgodnie z wynalazkiem przewidziano, że generator oraz zbiornik zasilający wyposażone są w zawory spustowe usytuowane korzystnie w najniższym punkcie konstrukcyjnym tych zbiorników. Dodatkowo, zarówno na przewodzie zasilającym jak i na przewodzie wyrównawczym ciśnień znajdują się zawory.

Jak to przedstawiono w powyższym opisie, najniższy punkt zbiornika zasilającego jest zlokalizowany powyżej maksymalnego najwyższego poziomu Hmax elektrolitu w generatorze. Ponieważ także w zbiornikach buforowych poziom Hmax elektrolitu odpowiada poziomowi Hmax w generatorze, wyrównanie ciśnień w układzie następuje poprzez otwarcie najpierw zaworu na przewodzie wyrównawczym ciśnienia, a następnie zaworu na przewodzie zasilającym i wówczas następuje przepływ grawitacyjny brakującej ilości elektrolitu do generatora, przy wykorzystaniu ciśnienia hydrostatycznego słupa cieczy.

Na przewodzie wyrównawczym ciśnienia znajduje się zawór zwrotny, zapobiegający pulsacji ciśnienia wodoru i/lub tlenu, lub mieszaniny tych gazów, w przypadku zmiennych warunków pracy generatora.

Elementem składowym zespołu według wynalazku jest generator, połączony ze zbiornikiem zasilającym za pomocą przewodu zasilającego. Co najmniej jeden zbiornik buforowy wodoru i/lub tlenu jest również podłączony do generatora. Ilość zbiorników buforowych jest zależna od wersji wykonania generatora i jego możliwości wytwarzania odseparowanych od siebie frakcji gazowego wodoru oraz gazowego tlenu. Generator mający zdolność separowania produktów elektrolizy, podłączony jest do co najmniej dwóch zbiorników buforowych to znaczy do co najmniej jednego zbiornika buforowego na każdy produkt wytworzony w procesie elektrolizy. Generator nie mający technicznych możliwości wytwarzania odseparowanych od siebie frakcji wodoru oraz tlenu, czyli wytwarzający HHO, podłączony jest do co najmniej jednego zbiornika buforowego wodoru i tlenu.

Przewód wyrównawczy ciśnienia między ciśnieniem roboczym w generatorze, a ciśnieniem w zbiorniku zasilającym, jest poprowadzony z przewodu odbioru wodoru i/lub tlenu łączącego generator ze zbiornikiem buforowym wodoru i/lub tlenu.

Generator wyposażony jest we wskaźnik poziomu, sygnalizujący jednocześnie stan napełnienia elektrolitu zarówno w generatorze jak i w zbiorniku buforowym gdyż oba te zbiorniki są naczyniami połączonymi za pomocą przewodu wyrównawczego elektrolitu poprowadzonego z dolnej części zbiornika buforowego do generatora, oraz za pomocą przewodu odbioru wodoru i/lub tlenu, do zbiornika buforowego wodoru i/lub tlenu.

Wskaźnik poziomu spełnia funkcję kontrolną napełnienia generatora elektrolitem. Poziom napełnienia generatora warunkuje jego optymalną pracę wtedy, gdy poziom elektrolitu nie przekracza napełnienia maksymalnego Hmax lub minimalnego Hmin w związku z wysokością zanurzenia powierzchni czynnych elektrod w elektrolicie.

Przedmiot wynalazku pokazany został w przykładach wykonania na załączonym rysunku, na którym poszczególne figury ilustrują:

Fig. 1 - zespół generatora z jednym zbiornikiem buforowym dla mieszaniny wodoru oraz tlenu.

Fig. 2 - zespół generatora dwoma zbiornikami buforowymi oraz z zewnętrznym źródłem ciśnienia.

Fig. 3 - zespół generatora z dwoma zbiornikami buforowymi, gdzie dla wyrównania ciśnień wykorzystuje się ciśnienie tlenu w zbiorniku buforowym.

Fig. 4 - zespół generatora z dwoma zbiornikami buforowymi, gdzie dla wyrównania ciśnień wykorzystuje się ciśnienie wodoru.

Fig. 5 - zespół generatora z dwoma zbiornikami buforowymi, gdzie dla wyrównania ciśnień wykorzystuje się ciśnienie wodoru lub tlenu.

Fig. 6 - zbiornik zasilający wyposażony w elastyczną przeponę w stanie nienapełnionym przepony.

Fig. 7 - zbiornik zasilający wyposażony w elastyczną przeponę w stanie napełnionym przepony.

Zespół generatora wodoru oraz tlenu przedstawiono w przykładach wykonania na załączonych rysunkach. Zespół według wynalazku zawiera generator 1 wodoru oraz tlenu, zwany w dalszej treści opisu generator. Generator 1 połączony jest przewodem zasilającym 3 ze zbiornikiem elektrolitu, zwanym w treści niniejszego opisu zbiornikiem zasilającym 2.

PL 229 230 B1

P r z y k ł a d I

W przykładzie wykonania, pokazanym na rysunku fig. 1, strefa gazowa 9 generatora 1 połączona jest przewodem odbioru 4 produktów elektrolizy w postaci wodoru oraz tlenu z jednym zbiornikiem buforowym 5 wodoru i tlenu, które to gazy są głównym produktem elektrolizy. Wymieniony generator 1, zbiornik zasilający 2 oraz wymienione wcześniej zbiornik buforowy wodoru i tlenu 5 wyposażone są w znane urządzenia kontrolno-pomiarowe. Generator 1 zawiera poziomowskaz 6, zaś zbiornik buforowy wodoru i tlenu 5 zawiera poziom roboczy elektrolitu 7 pomiędzy Hmin oraz Hmax. W tym przykładzie wykonania generator 1 wyposażony jest w manometr M oraz presostat P.

Pod określeniem elektrolit w tym opisie patentowym rozumie się zarówno wodę, jak i wodę zawierającą dodatki ułatwiające procesy elektrolityczne na przykład zawierającą dodatki modyfikujące odczyn na zasadowy. W tym przykładzie wykonania elektrolit stanowi roztwór 25% wag. wodorotlenku potasu w wodzie destylowanej. Wymienione zbiorniki 2,5 oraz generator 1 połączone są systemem przewodów łączących. Jak pokazano na załączonym rysunku fig. 1, dno zbiornika zasilającego 2 połączone jest przewodem zasilającym 3 ze strefą dna generatora 1. Przewód wyrównawczy 10 poprowadzony jest ze strefy dna generatora 1 do dna zbiornika buforowego 5 wodoru i tlenu. Przewód odbioru wodoru i tlenu 4 jest wyprowadzony ze strefy gazowej 9 generatora 1 i doprowadzony jest do strefy poniżej poziomu Hmin elektrolitu w zbiorniku buforowym 5 wodoru i tlenu. Na przewodach łączących, oraz na przewodach spustowych znajdują się zawory 8 ułatwiające czynności eksploatacyjno-konserwacyjne.

Co najmniej jedna anoda oraz co najmniej jedna katoda generatora 1, czego nie pokazano na rysunkach, zasilana jest w znany sposób energią elektryczną z zewnętrznego źródła.

Generator 1 wyposażony jest we wskaźniki minimalnego poziomu Hmin oraz maksymalnego poziomu Hmax elektrolitu co ułatwia ocenę bieżącego poziomu elektrolitu.

Wlot przewodu zasilającego 3 do generatora 1 znajduje się w tym przykładzie wykonania poniżej minimalnego poziomu Hmin elektrolitu w tym generatorze 1.

Natomiast wylot elektrolitu ze zbiornika zasilającego 2 do przewodu zasilającego 3, znajduje się powyżej maksymalnego poziomu Hmax elektrolitu w generatorze 1.

Zespół generatora zawiera w przykładzie wykonania pokazanym na rysunku fig. 1 jeden zbiornik buforowy 5 wodoru i tlenu, które to gazy stanowią produkty elektrolizy.

Wylot przewodu odbioru wodoru i tlenu 4 z generatora 1, w zbiorniku buforowym wodoru i tlenu 5 znajduje się według wynalazku poniżej poziomu minimalnego Hmin elektrolitu, w tym zbiorniku buforowym 5. Pokazano to na rysunku fig. 1. Na tym samym rysunku pokazano, że pomiędzy generatorem 1 a zbiornikiem zasilającym 2 znajduje się przewód wyrównawczy ciśnienia 11. Przewód wyrównawczy ciśnienia 11 połączony jest z przewodem odbioru wodoru i tlenu 4 łączącym generator 1 ze zbiornikiem buforowym 5 wodoru i tlenu. Zaproponowany przewód wyrównawczy ciśnienia 11 powinien być zabezpieczony przed ew. implozją w zbiorniku buforowym wodoru i tlenu 5, dlatego poprowadzono przewód wyrównawczy ciśnienia 11 z miejsca zabezpieczonego przez bufor.

Na przewodzie zasilającym 3, łączącym zbiornik zasilający 2 z generatorem 1 zainstalowany jest zawór 8.

W innym przykładzie wykonania rozwiązania według wynalazku, w wewnętrznej przestrzeni zbiornika zasilającego 2 wydzielona jest komora elektrolitu 2.1 oraz komora gazowa 2.2, przy czym obie komory 2.1,2.2 są od siebie oddzielone elastyczną przeponą 2.3. Skumulowane ciśnienie czynnika gazowego w komorze gazowej 2.2, poprzez elastyczną przeponę 2.3 oddziałuje na ciśnienie w komorze elektrolitu 2.1. Ciśnienie w komorze elektrolitu 2.1 może być regulowane zgodnie z ciśnieniem w generatorze 1, a wówczas po otwarciu zaworu 8 elektrolit grawitacyjnie ze zbiornika zasilającego 2 spłynie do generatora 1 i uzupełni niedobór elektrolitu w generatorze 1. W tym przykładzie wykonania zespołu generatora, komora elektrolitu 2.1 jest w całości wypełniona elektrolitem i nie zawiera przestrzeni gazowej. Pokazano to na rysunkach fig. 6 oraz fig. 7.

Na rysunku fig. 1, pokazano, że przestrzeń gazowa ponad lustrem poziomu elektrolitu w zbiorniku zasilającym 2 połączona jest przewodem wyrównawczym ciśnienia 11 z przewodem 4 odbioru wodoru i tlenu z generatora 1 do zbiornika buforowego 5 wodoru i tlenu. W tym przykładzie wykonania znajduje się co najmniej jeden zbiornik buforowy wodoru i tlenu 5 gdzie gromadzi się razem wodór i tlen pochodzący z procesu elektrolizy w generatorze 1. Zbiornik buforowy 5 w tym przykładzie wypełniony jest w części elektrolitem, dzięki połączeniu przewodem wyrównawczym 10 strefy przydennej zbiornika buforowego 5 oraz strefy przydennej generatora 1. Pokazano to na rysunku fig. 1. Na rysunku fig. 1

PL 229 230 B1 pokazano również, że poziomy elektrolitu pomiędzy poziomami Hmin oraz Hmax są identyczne w generatorze 1 jak i w zbiorniku buforowym wodoru i tlenu 5. Ponieważ wylot przewodu odbioru wodoru i tlenu 4 w zbiorniku buforowym 5 znajduje się poniżej poziomu lustra elektrolitu w tym zbiorniku buforowym 5, zaś pomiędzy generatorem 1 a zbiornikiem buforowym wodoru i tlenu 5 znajduje się przewód wyrównawczy 10, poziomy elektrolitu w generatorze 1 oraz w zbiorniku buforowym wodoru i tlenu 5 są jednakowe.

W tym przykładzie wykonania, po stwierdzeniu na poziomowskazie 6 osiągnięcia poziomu Hmin, po uprzednim wyrównaniu ciśnienia za pośrednictwem przewodu wyrównawczego ciśnienia 11 oraz po otwarciu zainstalowanego na nim zaworu 8 i po otwarciu zaworu 8 na przewodzie zasilającym 3, nastąpi spływ elektrolitu ze zbiornika zasilającego 2 do generatora 1 do momentu osiągnięcia w generatorze 1 poziomu Hmax. Wówczas następuje zamknięcie zaworu 8 na przewodzie zasilającym 3. Czynności te mogą być wykonywane ręcznie przez operatora, lub w innych przykładowych wykonaniach mogą być zautomatyzowane z wykorzystaniem na przykład czujników poziomu elektrolitu w postaci sond.

P r z y k ł a d II

W innym przykładzie wykonania, pokazanym na rysunku fig. 2, zespół generatora według wynalazku zawiera generator 1 oraz niezależny zbiornik buforowy wodoru 5.1 oraz niezależny zbiornik buforowy tlenu 5.2. W tym przykładzie wykonania, przestrzeń ponad lustrem poziomu elektrolitu w zbiorniku zasilającym 2 połączona jest z zewnętrznym źródłem ciśnienia 13. Poprzez wymienione połączenie z zewnętrznym źródłem ciśnienia 13, ciśnienie nad lustrem elektrolitu w zbiorniku zasilającym 2 jest zrównywane z ciśnieniem roboczym ponad lustrem elektrolitu w generatorze 1 poprzez uruchomienie działania zewnętrznego źródła ciśnienia 13 w postaci sprężonych gazów technicznych. Po wyrównaniu ciśnienia w zbiorniku zasilającym 2 z ciśnieniem w generatorze 1 otwiera się zawór 8, zainstalowany na przewodzie zasilającym 3 i uzupełnia się poziom elektrolitu w generatorze 1 do poziomu Hmax. Dzięki różnicy poziomu luster elektrolitu między generatorem 1 i zbiornikiem zasilającym 2 w tych warunkach nastąpi grawitacyjne uzupełnienie poprzez przepływ porcji elektrolitu ze zbiornika zasilającego 2 osadzonego wyżej, do generatora 1 osadzonego niżej za pośrednictwem ciśnienia hydrostatycznego słupa elektrolitu.

W tym przykładzie wykonania w generatorze 1 znajduje się oddzielny przewód odbioru wodoru 4.1 oraz oddzielny przewód odbioru tlenu 4.2. Pokazano to na rysunku fig. 2. Oba przewody 4.1,4.2 doprowadzają oba produkty elektrolizy do obszaru poniżej minimalnego poziomu Hmin odpowiednio w zbiorniku buforowym wodoru 5.1 oraz w zbiorniku buforowym tlenu 5.2. Rozwiązanie to zabezpiecza przewody 4.1,4.2 oraz generator 1 przed możliwą implozją tych gazów. Przy zmianie polaryzacji zasilania na elektrodach generatora 1, wymieniony zbiornik buforowy tlenu 5.2 będzie pełnił funkcję zbiornika buforowego wodoru, zaś zbiornik buforowy wodoru 5.1 będzie pełnił funkcję zbiornika buforowego tlenu. W tym przykładzie wykonania wyrównanie ciśnień w zbiorniku zasilającym 2 oraz w generatorze 1, następuje przed grawitacyjnym spływem kolejnej, uzupełniającej porcji elektrolitu. Wyrównanie ciśnień następuje po porównaniu aktualnie panujących ciśnień w zbiorniku zasilającym 2 oraz w generatorze 1. Wyrównanie ciśnień oraz spływ kolejnej porcji elektrolitu mogą być także zautomatyzowane poprzez zastosowanie znanych układów czujników w postaci sond poziomu elektrolitu i zaworów sterowanych tymi czujnikami, czego bliżej na rysunkach nie pokazano.

P r z y k ł a d III

Kolejny przykład wykonania zespołu według wynalazku pokazano na rysunku fig. 3. W tym przykładzie wykonania, podobnie jak w przykładzie II, znajduje się niezależny zbiornik buforowy wodoru 5.1 oraz niezależny zbiornik buforowy tlenu 5.2. Przewód odbioru wodoru 4.1 zawiera wylot wodoru w zbiorniku buforowym wodoru 5.1 pod lustrem poziomu minimalnego Hmin elektrolitu. Rozwiązanie to ma na celu zabezpieczenie generatora 1 oraz przewodów 11,4.1 przed implozją.

Natomiast wylot przewodu odbioru tlenu 4.2 doprowadzony jest do obszaru pod lustrem poziomu minimalnego Hmin elektrolitu w zbiorniku buforowym tlenu 5.2. W tym przykładzie wykonania przewód wyrównawczy ciśnienia 11 włączony jest w układ pomiędzy strefą gazową zbiornika zasilającego 2, a przewodem odbioru tlenu 5 4.2. Pozostałe elementy układu, z wyjątkiem zewnętrznego źródła ciśnienia 13, są połączone podobnie jak to przedstawiono w przykładzie II. W niniejszym przykładzie wykonania, w porównaniu do przykładu II nie ma więc zewnętrznego źródła ciśnienia 13, zaś wyrównanie ciśnienia następuje poprzez otwarcie zaworu 8 na przewodzie wyrównawczym ciśnienia 11. Wyrównanie ciśnienia w generatorze 1 oraz w zbiorniku zasilającym 2, podobnie jak w przykładzie I oraz w przykładzie II, jest warunkiem koniecznym dla grawitacyjnego uzupełnienia elektrolitu ze zbiornika zasilającego 2 do generatora 1, po otwarciu zaworu 8 na przewodzie zasilającym 3.

PL 229 230 B1

P r z y k ł a d IV

Kolejny przykład wykonania według wynalazku przedstawiono na rysunku fig. 4. W tym przykładzie realizacji, przewód wyrównawczy ciśnienia 11 jest dołączony do przewodu odbioru wodoru 4.1, podczas kiedy w przykładzie III przewód 11 był dołączony do przewodu odbioru tlenu 4.2. W tym przykładzie wykonania, czynnikiem wyrównującym ciśnienie w zbiorniku zasilającym 2 jest więc ciśnienie w przewodzie odbioru wodoru 4.1. Pozostałe elementy zespołu pokazane na rysunku fig. 4 są takie same jak elementy opisane w przykładzie III i pokazane na rysunku fig. 3.

P r z y k ł a d V

Pokazany na rysunku fig. 5 kolejny przykład realizacji wynalazku, stanowi połączenie przykładu III oraz przykładu IV. Na rysunku fig. 5 pokazano kolejną wersję zespołu według wynalazku, gdzie w opisanym wcześniej układzie przewód wyrównawczy ciśnienia 11 posiada połączenie zarówno z przewodem odbioru wodoru 4.1 pomiędzy generatorem 1 a zbiornikiem buforowym wodoru 5.1, jak z przewodem odbioru tlenu 4.2 pomiędzy generatorem 1, a zbiornikiem buforowym tlenu 5.2. Na obu połączeniach znajdują się zawory 8. W tym przykładzie wykonania istnieje możliwość wyboru czynnika wyrównującego ciśnienie w przestrzeni gazowej zbiornika zasilającego 2, w zależności od polaryzacji zasilania generatora 1. Jak to przedstawiono w powyższym opisie, najniższy punkt zbiornika zasilającego generator 1 jest zlokalizowany powyżej maksymalnego najwyższego poziomu H max elektrolitu w generatorze 1. Ponieważ w zbiornikach buforowych wodoru i/lub tlenu 5,5.1,5.2, poziom Hmax elektrolitu odpowiada poziomowi Hmax w generatorze 1, po wyrównaniu ciśnień w układ zie, następuje grawitacyjne uzupełnienie brakującej ilości elektrolitu w generatorze 1 przy wykorzystaniu ciśnienia hydrostatycznego słupa cieczy.

Na przewodzie wyrównawczym ciśnienia 11 zainstalowany jest zawór 8.

Korzystnym rozwiązaniem zapobiegającym pulsacji ciśnienia czynnika wyrównującego ciśnienie w zbiorniku zasilającym 2 jest zainstalowanie dodatkowego, nie pokazanego na rysunku zaworu zwrotnego na przewodzie wyrównawczym ciśnienia w sąsiedztwie zaworu 8.

Wskaźnikiem poziomu napełnienia generatora 1 może być zarówno konwencjonalny poziomowskaz 6, jak również sondy poziomu cieczy Hmin, Hmax, lub pływaki. Wskaźniki poziomu cieczy sygnalizują poziom napełnienia zarówno generatora 1, jak również zbiorników buforowych wodoru i/lub tlenu 5,5.1,5.2 ponieważ, jak to wyżej wykazano są to naczynia połączone. Zawór 8 zlokalizowany na przewodzie 11 wyrównawczym ciśnienia między generatorem 1 a zbiornikiem zasilającym 2, oraz zawory 8 zlokalizowane na przewodach zasilających 3, dostarczających elektrolit ze zbiornika zasilającego 2 do generatora 1, mogą zostać zastąpione przez zawory elektromagnetyczne, krokowe, silnikowe lub zawory wyposażone w nastawniki. Zbiorniki w zespole generatora wyposażone są w króćce serwisowe

12. Przewody zasilające, wyrównawcze elektrolitu, wyrównawcze ciśnienia, przewody odbioru wodoru i tlenu, odbioru samego wodoru bądź przewody odbioru samego tlenu, mogą być wyposażone w znane zawory ułatwiające eksploatację i konserwację zespołu generatora według wynalazku.

Wykaz oznaczeń na rysunkach

1. - Generator.

2. - Zbiornik zasilający.

2.1. Komora elektrolitu.

2.2. Komora gazowa.

2.3. Elastyczna przepona.

3. - Przewód zasilający.

4. - Przewód odbioru wodoru i tlenu.

4.1. Przewód odbioru wodoru.

4.2. Przewód odbioru tlenu.

5. - Zbiornik buforowy wodoru i tlenu.

5.1. Zbiornik buforowy wodoru.

5.2. Zbiornik buforowy tlenu.

6. - Poziomowskaz.

7. - Poziom roboczy elektrolitu.

8. - Zawór.

9. - Strefa gazowa generatora.

PL 229 230 B1

10. - Przewód wyrównawczy elektrolitu.

11. - Przewód wyrównawczy ciśnienia.

12. - Króciec serwisowy.

13. - Zewnętrzne źródło ciśnienia.

Claims (12)

1. Zespół generatora wodoru oraz tlenu, zawierający generator połączony co najmniej jednym przewodem zasilającym ze zbiornikiem zasilającym ten generator elektrolitem oraz połączony przewodami odbioru wodoru i/lub tlenu z co najmniej jednym zbiornikiem buforowym wodoru i/lub tlenu przy czym generator, zbiornik zasilający oraz co najmniej jeden zbiornik buforowy wodoru i/lub tlenu wyposażone są w urządzenia kontro lno-pomiarowe, zaś na przewodach znajdują się zawory odcinające, przy czym co najmniej jedna anoda oraz co najmniej katoda tego generatora zasilana jest energią elektryczną z zewnętrznego źródła energii elektrycznej, przy czym generator wyposażony jest we wskaźnik minimalnego poziomu (Hmin) oraz wskaźnik maksymalnego poziomu (Hmax) elektrolitu, gdzie wlot przewodu zasilającego (3) do generatora (1) znajduje się poniżej minimalnego dopuszczalnego poziomu (Hmin) elektrolitu w tym generatorze (1), natomiast wlot elektrolitu do przewodu zasilającego (3) ze zbiornika zasilającego (2), znajduje się powyżej maksymalnego poziomu (Hmax) elektrolitu w generatorze (1), znamienny tym, że co najmniej jeden zbiornik buforowy (5.5.1.5.2) wodoru i/lub tlenu połączony jest z generatorem (1) co najmniej jednym przewodem wyrównawczym (10) poziomu elektrolitu, oraz wylot przewodu (4,4.1,4.2) odbioru wodoru i/lub tlenu z generatora (1) w co najmniej jednym zbiorniku buforowym (5,5.1,5.2) wodoru i/lub tlenu znajduje się poniżej dopuszczalnego poziomu minimalnego (Hmin) elektrolitu, w tym zbiorniku buforowym (5,5.1,5.2).

2. Zespół generatora według zastrz. 1, znamienny tym, że przewód wyrównawczy ciśnienia (11) pomiędzy generatorem (1), a zbiornikiem zasilającym (2) poprowadzony jest z przewodu (4.4.1.4.2) łączącego ten generator (1) ze zbiornikiem buforowym (5,5.1,5.2), przy czym wylot tego przewodu (4,4.1,4.2) znajduje się poniżej poziomu Hmin.

3. Zespół generatora według zastrz. 1, znamienny tym, że w przestrzeni zbiornika zasilającego (2) wydzielona jest komora elektrolitu (2.1) oraz komora gazowa (2.2), przy czym obie komory (2.1,2.2,) są od siebie oddzielone elastyczną przeponą (2.3).

4. Zespół generatora według zastrz. 3, znamienny tym, że komora elektrolitu w zbiorniku zasilającym (2) wypełniona jest w całości elektrolitem.

5. Zespół generatora według zastrz. 1, znamienny tym, że przestrzeń ponad lustrem poziomu elektrolitu w zbiorniku zasilającym (2) połączona jest przewodem wyrównawczym ciśnienia (11) z zewnętrznym źródłem ciśnienia (13).

6. Zespół generatora według zastrz. 1, znamienny tym, że zawiera niezależny odbiorczy zbiornik buforowy wodoru (5.1) oraz niezależny odbiorczy zbiornik buforowy tlenu (5.2), przy czym generator (1) zawiera oddzielny przewód odbioru tlenu (4.2) oraz oddzielny przewód odbioru wodoru (4.1).

7. Zespół generatora według zastrz. 1 albo 6, znamienny tym, że wlot przewodów odbiorczych (4,4.1,4.2) wodoru i/lub tlenu do zbiorników buforowych (5,5.1,5.2) wodoru i/lub tlenu znajduje się poniżej poziomu Hmin elektrolitu w tych zbiornikach buforowych (5,5.1,5.2).

8. Zespół generatora według zastrz. 6, znamienny tym, że przestrzeń ponad lustrem poziomu elektrolitu w zbiorniku elektrolitu (2) połączona jest przewodem wyrównawczym (11) ciśnienia z przewodem odbiorczym tlenu z generatora (1) do zbiornika buforowego tlenu (5.2).

9. Zespół generatora według zastrz. 6, znamienny tym, że przestrzeń ponad lustrem poziomu elektrolitu w zbiorniku zasilającym (2) połączona jest przewodem wyrównawczym ciśnienia (11) z przewodem odbioru wodoru (4.1) z generatora (1) do zbiornika buforowego wodoru (5.1).

10. Zespół generatora według zastrz. 1, znamienny tym, że wylot przewodu zasilania (3) ze zbiornika zasilającego (2) znajduje się w najniższym punkcie konstrukcyjnym tego zbiornika zasilającego (2).

PL 229 230 Β1

11. Zespół generatora według zastrz. 1, znamienny tym, że generator (1) oraz zbiornik zasilający (2) wyposażone są w zawory (8).

12. Zespół generatora według zastrz. 5, znamienny tym, że ciśnienie z zewnętrznego źródła ciśnienia (13) w czasie zasilania elektrolitem generatora (1) jest równe ciśnieniu w generatorze (1).