Dispositivo para la descomposición de agua por electrólisis.

Una planta para la descomposición de agua por electrólisis que comprende un dispositivo de accionamiento (8) yun electrolizador que comprende:

un conjunto de soporte de arriba (7);

el conjunto de soporte de debajo (6);

un eje (5) conectado al dispositivo de accionamiento (8) e instalado en el conjunto de soporte de arriba (7) y elconjunto de soporte de debajo (6), y que comprende un conducto de extracción de productos de electrólisis (10)para extraer los productos de la electrólisis; un conducto de suministro de disolución de electrolito (9) parasuministrar una disolución de electrolito; y un conducto de drenado de disolución de electrolito (32) dispuestopara drenar del eje (5) la disolución de electrolito;

una línea de extracción de productos de electrólisis (29) conectada al conducto de extracción de productos deelectrólisis (10) para extraer los productos de la electrólisis;

un cuerpo (2) instalado sobre el eje (5);

unas cubiertas de arriba y de debajo (3,4) para cubrir el cuerpo (2);

un electrodo (11) instalado sobre el eje (5); y

otro electrodo formado por la superficie interna (14) del cuerpo (2), en la que el un electrodo (11) y el otroelectrodo forman unos electrodos en cortocircuito;

una trayectoria de circulación de electrolito externa (16) que comprende:

una línea de suministro de agua (21) para suministrar agua que comprende un depósito de agua (22); y

una línea de suministro de electrolito (22) para suministrar un electrolito, que comprende un depósito deelectrolito (26);

en la que el electrolizador está configurado para separar cationes y aniones en una disolución de electrolito porla fuerza centrífuga debido a la rotación del eje (5) con el fin de generar, como resultado de la rotación, unacorriente eléctrica continua entre los electrodos en cortocircuito para la electrólisis, en la que los cationes tienenuna masa diferente de la de los aniones,

caracterizada por que la línea de suministro de agua (21) comprende además un regulador de flujo de agua(23) y la trayectoria de circulación de electrolito externa (16) comprende además:

una mezcladora de disolución de electrolito (20) conectada a la línea de suministro de agua (21), a la línea desuministro de electrolito (25) y al conducto de suministro de disolución de electrolito (9);

un intercambiador de calor conectado a la mezcladora de disolución de electrolito;

una cámara anular de disolución de electrolito con una superficie interna con forma de hélice (17) que estáfijada al conjunto de soporte de arriba (7); y

un sensor de disolución de electrolito (18) conectado al regulador de flujo de agua (23) y al dispositivo deaccionamiento (8);

en la que el electrolizador comprende además:

un canal de extracción de disolución de electrolito (27) ubicado sobre la cubierta de arriba (4) para extraer delcuerpo (2) una disolución de electrolito, y que comprende una válvula ajustable (28) para permitir la entrada dela disolución de electrolito en la cámara anular de disolución de electrolito;

y en la que la línea de extracción de productos de electrólisis está provista de un dispositivo de bombeo deproductos de electrólisis, el cuerpo comprende una superficie interna que tiene por lo menos una ranura deguiado y las unidades de soporte de arriba y de debajo son eléctricamente conductoras, el eje es vertical, y enla que la disolución de electrolito puede drenarse del eje (5) a través del conducto de drenado de disolución deelectrolito (32).

Dispositivo para la descomposición de agua por electrólisis Ámbito de la tecnología La invención se refiere al área de electroquímica y, más precisamente, a diseños de electrolizadores que producen una mezcla de hidrógeno y oxígeno (gas detonante - hidrógeno y oxígeno) por electrólisis de agua. La invención puede usarse como una fuente de gas detonante para las tecnologías de llama de gas en un número de industrias, para obtener combustible de hidrógeno para motores de combustión interna u otras plantas de potencia o térmicas, así como oxígeno, para fines tecnológicos en varias industrias.

Tecnología existente Un electrolizador de un tipo conocido produce una mezcla de hidrógeno y oxígeno (gas detonante) que se quema en un número de dispositivos de llama de gas en varias industrias. El cuerpo de electrolizador está instalado sobre un eje giratorio; este tiene unos electrodos de tipo disco con unas ranuras anulares fresadas. La salida del electrolizador puede ajustarse (patente RU con n.º 2006526, C25B 1/04, 1994) .

Los inconvenientes del dispositivo son sus limitadas capacidades funcionales, así como un elevado consumo de potencia, debido a que la potencia eléctrica para la electrólisis se obtiene de una fuente externa.

Otro electrolizador centrífugo para producir hidrógeno y oxígeno por electrólisis de agua contiene un depósito con un cuerpo cilíndrico y un eje hueco que está instalado en cojinetes y puede girar. El eje está conectado cinemáticamente a un dispositivo de accionamiento y a un generador de corriente eléctrica. El depósito está equipado con unos electrodos conectados al circuito de generador y tiene canales para suministrar las materias primas y entregar los productos finales de la electrólisis; este se llena con una disolución de electrolito. Con la rotación del depósito, la energía mecánica del dispositivo de accionamiento se convierte en primer lugar en energía eléctrica y, a continuación, en la energía química del hidrógeno y oxígeno que se obtiene del agua (patente RU con n.º 2015395, F 02 M 21/00, 1990) .

El inconveniente del dispositivo es su baja salida debido a la secuencia requerida de conversión de energía; el efecto endotérmico de la reacción de descomposición de agua se compensa mediante la potencia eléctrica producida sin el uso de una energía térmica externa.

La técnica anterior más cercana (en términos de la solución técnica y de los resultados obtenidos) a la planta sugerida es un dispositivo para la conversión de energía mediante la descomposición de agua con electrólisis que consiste en los siguientes componentes: unas líneas tecnológicas para el suministro de agua y el electrolito y para la extracción de los productos de la electrólisis; un depósito giratorio (lleno con una disolución de electrolito) con un eje conectado al dispositivo de accionamiento; dos electrodos que pueden estar en cortocircuito uno con otro – uno está instalado sobre el eje y el otro está formado por la superficie interna del depósito giratorio; los conductos en el eje para el suministro de agua y el electrolito y para la extracción de los productos de la electrólisis; un intercambiador de calor y un separador ubicado en el interior del depósito. El uso de calor a partir de cualquier fuente natural o creada por el hombre aumenta la eficiencia de la electrólisis (patente RU con n.º 2174162, C25B 9/00, 1/02, F02M 21/02, 2001) .

Los inconvenientes del dispositivo existente son su baja eficiencia e inestabilidad de funcionamiento debido una falta de control sobre la posición del límite que separa la disolución de electrolito y el medio de gas en el depósito giratorio. Como resultado, las superficies activas de los discos de electrodo instalados sobre el eje se encuentran o bien en el medio de gas o bien en el área de la disolución de electrolito con un bajo potencial eléctrico; esto quiere decir que la superficie activa del electrodo disminuye y el proceso de la electrólisis se vuelve menos eficiente. El dispositivo se caracteriza también por la complejidad del diseño, debido a que es técnicamente difícil entregar a (y extraer de) el intercambiador de calor ubicado en el interior de un depósito giratorio una sustancia de conducción térmica a través de los conductos en un eje giratorio; además, unas superficies conductoras de corriente del intercambiador de calor impiden la acumulación de una diferencia de potencial en la disolución de electrolito.

Sumario de la invención La invención se define en su forma más amplia en la reivindicación 1, las reivindicaciones 2 a 9 definen unas realizaciones preferidas.

El resultado técnico es una salida aumentada y un diseño más simple de la planta, así como su más amplia funcionalidad.

El resultado técnico se obtiene debido a los siguientes factores. La planta para la descomposición de agua por electrólisis consiste en los siguientes componentes: unas líneas para el suministro de agua y el electrolito y para la extracción de los productos de la electrólisis; un electrolizador que incluye un cuerpo instalado sobre un eje conectado al dispositivo de accionamiento - el eje tiene unos conductos para suministrar una disolución de electrolito, así como para extraer los productos de la electrólisis y la disolución de electrolito; unos electrodos en cortocircuito - uno está instalado sobre el eje y el otro está formado por la superficie interna del cuerpo; y un intercambiador de calor. La planta está equipada con los conjuntos de soporte de arriba y de debajo que sostienen un eje ubicado en vertical y una trayectoria externa de circulación de disolución de electrolito. Lo último incorpora una cámara anular con una superficie interna con forma de hélice (para una disolución de electrolito) instalada en el conjunto de soporte de arriba en una posición fija; un sensor de disolución de electrolito y una mezcladora de disolución de electrolito conectada a las líneas para el suministro del electrolito y agua y un conducto para la entrega de la disolución de electrolito. El cuerpo de electrolizador está fabricado de un material conductor de corriente con unas cubiertas de arriba y de debajo de un material conductor de corriente; el canal de suministro de disolución de electrolito está ubicado en la cubierta de arriba y está equipado con una válvula ajustable que conduce a la cámara anular de disolución de electrolito; la superficie interna del alojamiento está equipada con por lo menos una ranura de guiado; la línea de suministro de agua tiene un regulador de flujo de agua; la línea para la extracción de los productos de la electrólisis está equipada con un dispositivo de bombeo; el intercambiador de calor está ubicado en el circuito de circulación de disolución de electrolito externo; el sensor de disolución de electrolito está conectado al regulador de flujo de agua y al dispositivo de accionamiento de eje. La planta puede estar equipada con un separador instalado sobre la línea para extraer los productos de la electrólisis. El cuerpo de electrolizador puede ser cilíndrico; el electrodo instalado sobre el eje puede estar fabricado como un cono con unos cortes en paralelo al eje y un cilindro con aberturas radiales fijado al cono; una (o preferiblemente dos) ranuras de guiado tienen forma de rosca; una válvula electromagnética puede usarse como el regulador de flujo de agua; una bomba de vacío puede emplearse para bombear los productos de la electrólisis; la planta puede estar provista de una carcasa protectora.

Descripción del dibujo Una vista esquemática de la planta para la descomposición de agua por electrólisis se muestra en el dibujo.

Las dimensiones de los conjuntos y componentes separados no se encuentran a escala para posibilitar la claridad de comprensión.

La planta comprende un electrolizador 1 que incorpora un cuerpo cilíndrico 2 de un material conductor de corriente con las cubiertas de arriba 3 y de debajo 4 de un material conductor de corriente; el cuerpo está ubicado sobre el eje vertical 5 instalado en los conjuntos de soporte de debajo 6 y de arriba 7; el eje 5 está conectado al dispositivo de accionamiento 8 y tiene unos conductos internos para el suministro de la disolución de electrolito 9 y para la extracción de los productos de la electrólisis 10. El eje 5 ubicado en el interior del electrolizador 1 porta un electrodo 11 (por ejemplo, el cátodo) que consiste en un cono 12 con unos cortes en paralelo al eje y un cilindro 13 con aberturas radiales fijado al cono 12. La superficie interna 14 del cuerpo 2 forma el otro electrodo (por ejemplo, el ánodo) ; este tiene una o preferiblemente dos ranuras 15 que pueden tener forma de rosca. El electrolizador 1 está equipado con la trayectoria externa... [Seguir leyendo]

1. Una planta para la descomposición de agua por electrólisis que comprende un dispositivo de accionamiento (8) y un electrolizador que comprende:

un conjunto de soporte de arriba (7) ; el conjunto de soporte de debajo (6) ; un eje (5) conectado al dispositivo de accionamiento (8) e instalado en el conjunto de soporte de arriba (7) y el conjunto de soporte de debajo (6) , y que comprende un conducto de extracción de productos de electrólisis (10) para extraer los productos de la electrólisis; un conducto de suministro de disolución de electrolito (9) para suministrar una disolución de electrolito; y un conducto de drenado de disolución de electrolito (32) dispuesto para drenar del eje (5) la disolución de electrolito; una línea de extracción de productos de electrólisis (29) conectada al conducto de extracción de productos de electrólisis (10) para extraer los productos de la electrólisis; un cuerpo (2) instalado sobre el eje (5) ; unas cubiertas de arriba y de debajo (3, 4) para cubrir el cuerpo (2) ; un electrodo (11) instalado sobre el eje (5) ; y otro electrodo formado por la superficie interna (14) del cuerpo (2) , en la que el un electrodo (11) y el otro electrodo forman unos electrodos en cortocircuito; una trayectoria de circulación de electrolito externa (16) que comprende:

una línea de suministro de agua (21) para suministrar agua que comprende un depósito de agua (22) ; y una línea de suministro de electrolito (22) para suministrar un electrolito, que comprende un depósito de electrolito (26) ;

en la que el electrolizador está configurado para separar cationes y aniones en una disolución de electrolito por la fuerza centrífuga debido a la rotación del eje (5) con el fin de generar, como resultado de la rotación, una corriente eléctrica continua entre los electrodos en cortocircuito para la electrólisis, en la que los cationes tienen una masa diferente de la de los aniones, caracterizada por que la línea de suministro de agua (21) comprende además un regulador de flujo de agua (23) y la trayectoria de circulación de electrolito externa (16) comprende además: una mezcladora de disolución de electrolito (20) conectada a la línea de suministro de agua (21) , a la línea de suministro de electrolito (25) y al conducto de suministro de disolución de electrolito (9) ; un intercambiador de calor conectado a la mezcladora de disolución de electrolito; una cámara anular de disolución de electrolito con una superficie interna con forma de hélice (17) que está fijada al conjunto de soporte de arriba (7) ; y un sensor de disolución de electrolito (18) conectado al regulador de flujo de agua (23) y al dispositivo de accionamiento (8) ;

en la que el electrolizador comprende además:

un canal de extracción de disolución de electrolito (27) ubicado sobre la cubierta de arriba (4) para extraer del cuerpo (2) una disolución de electrolito, y que comprende una válvula ajustable (28) para permitir la entrada de la disolución de electrolito en la cámara anular de disolución de electrolito; y en la que la línea de extracción de productos de electrólisis está provista de un dispositivo de bombeo de productos de electrólisis, el cuerpo comprende una superficie interna que tiene por lo menos una ranura de guiado y las unidades de soporte de arriba y de debajo son eléctricamente conductoras, el eje es vertical, y en la que la disolución de electrolito puede drenarse del eje (5) a través del conducto de drenado de disolución de electrolito (32) .

2. Planta de acuerdo con la reivindicación 1, equipada con un separador instalado sobre la línea de extracción de productos de electrólisis.

3. Planta de acuerdo con las reivindicaciones 1 o 2, con un cuerpo de electrolizador cilíndrico.

4. Planta de acuerdo con las reivindicaciones 1 o 2 o 3, con el electrodo sobre el eje fabricado como un cono con unos cortes en paralelo al eje y que porta un cilindro con aberturas radiales.

5. Planta de acuerdo con las reivindicaciones 1 o 2 o 3 o 4, con por lo menos una ranura de guiado con forma de rosca.

6. Planta de acuerdo con la reivindicación 5, con dos ranuras de guiado con forma de rosca.

7. Planta de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-6, con una válvula electromagnética que se usa como regulador de flujo de agua.

8. Planta de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-7, con una bomba de vacío eléctrica que se usa como el dispositivo de bombeo de productos de electrólisis.

9. Planta de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-8, provista de una carcasa protectora.