RO126129A0 - Instalaţie şi procedeu de obţinere a unor gaze combustibile, a hidrogenului şi oxigenului prin electroliză forţată - Google Patents

Abstract

Invenţia se referă la o instalaţie şi la un procedeu de obţinere a hidrogenului şi oxigenului şi/sau a unui gaz combustibil, prin electroliză forţată în impulsuri. Instalaţia conform invenţiei este alcătuită dintr-un grup de celule rezonante, generatoare de gaz, realizate sub forma unor condensatoare având ca dielectric apa, celulele fiind puse în legătură cu un transformator de înaltă tensiune în impulsuri, conectat, la rândul său, cu un bloc formator şi amplificator al trenurilor de impulsuri care vor fi aplicate celulelor rezonante, pentru generarea gazului, gazul generat fiind colectat într-un tub colector, iar debitul gazului fiind monitorizat printr-un bloc de monitorizare constând dintr-un debitmetru de gaz, întregul ansambul astfel descris fiind controlat de o unitate centrală, prevăzută cu microprocesor, în cadrul căreia sunt generate trenurile de impulsuri prestabilite, impuse prin intermediul unui smartcard conectat cu unitatea centrală şi, în funcţie de situaţie, sunt corectate, pe baza unui semnal de feedback provenit de la blocul de monitorizare, energia electrică necesară funcţionării fiind asigurată de o sursă de alimentare ce este pusă în legătură şi cu un sistem de avarie, ce comandă oprirea alimentării cu energie, în anumite cazuri. Unitatea centrală mai cuprinde un driver pentru un afişaj LCD, pe care pot fi vizualizaţi, în timp real, parametrii de funcţionare. Procedeul conform invenţiei constă din tratarea apei, prin electroliză forţată în impulsuri, în interiorul unei celule rezonante, constând dintr-un condensator având ca dielectric apa, conectat într-un circuit electric de tip L-C, pe armăturile c

Description

Tehnologia electrolizei fortate consta in tratarea apei, fara adaugare de electrolit, in interiorul unei camere rezonante, constituita dintr-un condensator cu dielectric apa, conectat intr-un circuit electric de tip L-C, adus la rezonanta de un curent in impulsuri cu frecventa si factor de umplere variabile, la tensiune înalta.

Frecventa si forma impulsurilor sunt dictate de doua considerente:

- volumul si forma camerei de rezonanta din condensator;

- tipul de apa supus electrolizei, vascuozitatea soluției, temperatura acesteia si tipul de contaminare.

In cadrul acestei tehnologii este prevăzută ruperea legăturii covalente din molecula apei prin doua fenomene electrice, care se petrec simultan si care au drept scop marirea randamentului instalației si a cantitatii de gaze degajate pentru unitatea de putere electrica consumata.

Primul fenomen consta in aplicarea unui tren de impulsuri de 2-10 kHz, de înalta tensiune de 2-5kV, pe cele doua armaturi ale condensatorului, ceea ce va conduce la o puternica ionizare a elementelor componente ale moleculelor de apa dar si la o deformare a acestor molecule, slăbind puterea legăturii covalente.

Al doilea fenomen, simultan cu primul, sincron pe același tren de impulsuri, consta in aplicarea unei tensiuni de străpungere de 100-300 V, pe una dintre armaturi, cu scopul de a stabili un curent electric in masa de apa din camera rezonanta, dintre cele 2 armaturi. Acest curent va fi inițial mai mare, de ordinul a 200mA, dar de indata ce se va atinge rezonanta in circuitul electric in care este conectat condensatorul, acesta va scadea la nivelul de aprox. 30mA.

Apariția rezonantei va determina o creștere spectaculoasa a cantitatii de gaz degajat prin acest fenomen de electroliza fortata, acesta fiind aspectul pozitiv al fenomenului si scopul pentru care a fost creata tehnologia.

Aspectul negativ consta in aceea ca odata cu degajarea masiva de gaz din camera de rezonanta, are loc si o schimbare a naturii dielectricului din interiorul condensatorului, in care vor coexista doua stări de agregare ale acelorași elemente chimice, respectiv vom avea si lichid si gaz simultan. Drept urmare condensatorul din circuitul L-C va genera o deviere din frecventa de rezonanta si pentru a nu se preîntâmpina acest fenomen, trebuie realizata o corecție in tirnp real si permanent, a frecventei trenului de impulsuri care comanda acest fenomen.

Astfel apare necesitatea urmăriri frecventei de rezonanta printr-un sistem controlat cu microprocesor, dar si a unui sistem de feed-back către procesor, pentru a corecta in permanenta valorea frecventelor in funcție de menținerea procesului de rezonanta electrica si mai concret in funcție de debitul de gaz produs.

^- 2 0 1 0 - 0 0 324-1 4 -04- 2010

S-a constatat din practica necesitatea utilizării de diferite frecvente de lucru in funcție de calitatea si compoziția apei/solutiei apoase, de vascuozitatea si temperatura acesteia. In scopul realizării unei instalații universale, care sa poata trata diferite tipuri de apa, se considera util ca operatorul acestei instalații sa poata programa gama frecventelor de lucru in mod rapid, lasand in seama microprocesorului instalației reglajul fin al frecventei, pentru atingerea rezonantei, in interiorul gamei programate de operator.

In acest sens, instalația este prevăzută cu un terminal de citire smart-card, operatorul avand la dispoziția sa cârduri pre-programate pentru diferite tipuri de apa. Microprocesorul instalației va citi datele de pe cârd si le va valida, iar pentru controlul efectiv al procesului, toate datele se vor afișa in timp real, pe un afisaj LCD aflat la dispoziția operatorului.

Instalația este completata de o interfața de comunicație USB pentru transmisia de date de lucru: putere consumata, volum de gaz produs, grafice de performanta, etc, ceea ce va permite urmărirea in timp real a funcționarii instalației dar si integrarea acesteia intrun sistem ce cuprinde mai multe instalații similare aflate la mare distanta.

S-a dorit realizarea unei instalații modulare, avand la baza unitati de procesare prin electroliza fortata, care sunt conectate pe sistemul fund-de sertar, ceea ce conferă doua avantaje:

- realizarea compacta, rapida si facila a unor instalații de diferite capacitati in funcție de volumul efectiv de apa ce se dorește a fi tratata sau in funcție de necesarul de gaz care trebuie produs, aspect posibil prin pornirea sau oprirea de către operator a modulelor necesare, fie prin adaugarea rapida de noi module in cazul in care se dorește marirea capacitatii de procesare;

- in cazul unei avarii la unul sau mai multe module nu este compromisa funcționarea întregii instalații, cele avariate fiind oprite fie de către operator fie de microprocesor.

Din schema bloc a instalației de electroliza fortata (Fig. 1) se poate vedea alcătuirea acesteia si se disting principalele blocuri funcționale si modul lor de interconectare.

In cadrul Unitatii centrale prevăzută cu un microprocesor din familia PIC, sunt generate trenurile de impulsuri ce au fost prestabilite si impuse sistemului prin smart-card. Tot aici, pe baza unui semnal de feed-back, provenit de la blocul de Monitorizare debit gaz, se corectează frecventele impuse prin smart-card in sensul menținerii rezonantei si obținerii unui randament maxim al instalației.

In cadrul acestui bloc este inclus un driver pentru un afisaj LCD, care afiseaza următoarele date:

- debitul de gaz;

- consumul electric al instalației;

- randamentul;

- numărul de module aflate in funcționare;

- modulele aflate intr-o eventuala avarie;

- parametrii sursei de alimentare;

- nivelul apei in celulele de electroliza.

ο- 2 01 Ο - Ο Ο 3 2 4 - 1 4 -0V 2010

Numărul de parametrii afișați este restricționat doar de suprafața efectiva a afisajului si de capacitatea de memorare efectiva a memoriei aflata la dispoziția microprocesorului.

Blocul Formator si amplificator tren de impulsuri are rolul de a stabili tipul, forma de unda si factorul de umplere al acesteia pentru a ataca in mod eficient Transformatorul de înalta tensiune. Blocul formator este compus dintr-un montaj electronic ce cuprinde formatoare si draivere integrate, specializate pentru comanda unui etaj final realizat cu Power FET, ce are drept sarcina chiar transformatorul de inalta tensiune. Este foarte important ca acest etaj sa lucreze in parametrii optimi pentru a preveni supraîncălzirea atat a transformatorului cat si a etajului cu FET.

Sursa de alimentare furnizează tensiunile necesare pentru funcționarea fiecărui etaj in parte si are in componenta sa si un modul ce primește feed-back direct de la Sistemul de avarie ce permite oprirea integrala a alimentarii cu energie a instalației in situația in care vreun parametru critic a fost atins, cum ar fi, de exemplu- scăderea nivelului de apa din celula de electroliza sau creșterea excesiva a presiunii gazului la ieșire din celula.

In Fig. 2 este redata schema de principiu a Transformatorului de inalta tensiune, prevăzut cu cele 2 înfășurări secundare, precum si o varianta de montaj electronic de comanda al unei celule de electroliza fortata.

Cele trei înfășurări sunt realizate pe același miez toroidal din ferita pentru a avea sincronizarea aplicării impulsurilor asupra celulei rezonante.

Realizarea Celulei rezonante se face pe principiul obținerii unei camere rezonante, in care lichidul sa realizeze o anumita stagnare iar gazul rezultat sa poata fi evacuat rapid fara a mai fi barbotat in lichidul de proveniența, in acest mod evitandu-se eventualele recombinări chimice.

Practic ceula este ralizata din doi cilindrii din otel inox, dispusi coaxial si izolați electric fata de exterior, asa cum se vede din Fig. 3. Ieșirile din toate celule sunt insumate la un tub colector care este in conexiune cu un separator de apa, ce are scopul de a lașa sa traca doar gazul rezultat. Acest gaz este trecut ulterior printr-un debitmetru de gaz, electronic, ce permite transmisia de date către unitatea centrala prevăzută cu microprocesor, asigurând astfel feed-back pentru îndeplinirea condițiilor de rezonanta fortata.

Alimentarea cu apa a celulelor se face gravitațional, nivelul apei din celule stabilindu-se in funcție de nivelul apei din bazinul de alimentare. Acest procedeu de alimentare cu apa permite ca instalația sa funcționeze fara ca celulele sa fie imersate in bazinul de electroliza si astfel se evita pierderile de putere cauzate de scurgerile de curent in bazin.

Sistemul nu este periculos pentru utilizator, deoarece lipsa alimentarii cu apa nu are drept consecința decât întreruperea electrolizei fortate, concensatorul din celula devenind un condensator cu dielectric aer.

¢^201 0 - 0 0 3 2 4-1 4 -04- 2010

Diametrele tuburilor din care este construita celula se aleg astfel incat diferența de diametre intre exteriorul cilindrului subțire si interiorul cilindrului mai gros sa fie suficient de mica pentru a permite tensiunii de străpungere sa genereze electroliza fortata. Deasemenea o lungime prea mare a tuburilor duce la acumulări de gaz sau la potențial electric insuficient pentru a efectua o ionizare suficienta a moleculelor de apa cuprinse intre cele 2 tuburi.

Dimensiunile efective ale tuburilor se determina si in funcție de tipul de apa tratat, de vascuozitatea acesteia in cazul apelor uzate si de puterea transformatorului de înalta tensiune utilizat.

Pentru fiecare tip de tuburi corespunde un anume consum specific de curent electric si in funcție de puterea aparenta a transformatorului utilizat se stabilește din ce număr de celule este compus un modul.

Modulele, se pot aranja in orice configurație, ținând cont de faptul ca fiecare modul are sursa proprie de alimentare.

Claims (8)

1. Procedeu de electroliza fortata, prin aducerea la rezonanta electrica a unui condensator ce are ca si dielectric apa ce va fi supusa electrolizei si care face parte dintr-un circuit oscilant de tip L-C.

2. Procedeu de alimentare electrica fortata a acestui condensator, prin stabilirea unui potențial de ionizare de înalta tensiune pe electrozii condensatorului si a unei tensiuni de străpungere, ce traversează condensatorul si generează ruperea legăturii covalente din molecula de apa. Atât tensiunea înalta cat si tensiunea de străpungere sunt comandate simulta pe baza unui tren de impulsuri pozitive, produs de un oscilator.

3. Procedeu si tehnologie de realizare a unei celule de electroliza fortata in interiorul unui condensator umplut cu apa, compus din doi cilindrii din otel inox, dispusi coaxial, unul in interiorul celuilalt, prevăzut cu distantiere izolatoare la extremități, intre cilindrii. Alimentarea cu apa a celulei de electroliza se realizează prin fante calibrate situate in partea inferioara a corpul cilindrului interior. Evacuarea gazelor rezultate din electroliza se realizează pe baza presiunii hidrostatice create in corpul celulei, prin fante calibrate situate in partea superioara a cilindrului interior.

4. Procedeu de menținere a rezonantei intr-un condensator ce face parte dintr-un circuit oscilant L-C si care isi schimba natura dielectricului in timpul funcționarii, care face parte dintr-o instalație de electroliza fortata, permițând coexistarea a 2 stări de agregare, lichida si gazoasa, in interiorul dielectricului. Menținerea rezonantei se face pe baza unui feed-back dat de debitul de gaz rezultat, ce modifica forma si frecventa impulsului ce generează rezonanta, deci si fenomenul de producere a gazului.

5. Procedeu si montaj electronic ce generează un puls pozitiv si echilibrat de înalta tensiune, sincronizat cu un puls de joasa tensiune, cu frecventa si factor de umplere variabil funcție de cerințele unui procedeu de electroliza fortata.

6. Procedeu de realizare a unei electrolize clasice sau fortate, fara electrolit si fara a imersa electrozii intr-un bazin de electroliza.

7. Procedeu de obținere a unui gaz combustibil, a hidrogenului si a oxigenului printrun procedeu de electroliza fortata asa cum este descris in aceasta lucrare.

8. Instalație de electroliza fortata, realizata modular, controlata cu microprocesor, cu frecventele de lucru pre-programate pe smart-card, cu realizarea rezonantei electrice in celule de electroliza fortata realizate in interiorul unor condensatori ce au dielectric apa si gaz si electrozi supusi unui dublu potențial, de joasa si de înalta tensiune, in sensul in care este descris in aceasta lucrare.