СПОСОБ СНИЖЕНИЯ ЗАТРАТ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ НА ЭЛЕКТРОЛИЗ ПОСРЕДСТВОМ ГРАВИТАЦИИ Российский патент 2011 года по МПК C25B5/00 

Изобретение относится к области электролизных систем и может быть использовано в электролизных установках с целью снижения затрат электроэнергии на электролиз.

Общеизвестны электролизеры, аппараты для электролиза, состоящие из одной или многих электролитических ячеек. Электролизер представляет собой сосуд (или систему сосудов), наполненный электролитом с размещенными в нем электродами - катодом и анодом, соединенными соответственно с отрицательным и положительным полюсами источника постоянного тока (Большая Советская Энциклопедия», 1969-1978).

Общеизвестен способ электролиза в промышленных электролизных установках, который включает в себя подвод электролита к электродам, разложение электролита под действием электрического тока, отвод образующихся газов, отвод тепла из зоны электролиза и перемешивание электролита в межэлектродном пространстве (патенты: RU №2006527, 2031980, 2095475 и многие другие)

Общим недостатком всех известных способов электролиза являются большие затраты электроэнергии на электролиз.

Целью изобретения является существенное снижение затрат электроэнергии на электролиз.

Указанная цель достигается за счет следующих технических решений:

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В емкость электролизной установки с электролитом (фиг.1) устанавливается перевернутый вертикальный ковшовый транспортер. Газы, образующиеся в процессе электролиза, поступают в ковши транспортера, которые под действием силы Архимеда поднимаются вверх и тянут за собой ленту транспортера с ковшами, находящимися на противоположной стороне транспортера, при этом ковши, при прохождении ими верхнего положения на транспортере, освобождаются от газов естественным образом, а после прохождения нижнего положения на транспортере, ковши заполняются газами, образующимися при электролизе.

При движении транспортера, вращение одного из валов транспортера через привод или непосредственно обеспечивает вращение вала электрического генератора. Электроэнергия, вырабатываемая генератором, поступает через блок питания или непосредственно на электроды электролизной установки и добавляется к электроэнергии, поступающей от внешнего источника питания для осуществления процесса электролиза, что уменьшает потребление электроэнергии электролизной установкой. В процессе подъема наполненных газами ковшей газы расширяются, вследствие чего электролит охлаждается, что повышает эффективность процесса электролиза.

Ковши транспортера должны иметь обтекаемую форму. Возможно изменение формы ковшей в зависимости от направления их движения, то есть объем ковшей увеличивается при движении вверх и уменьшается при движении вниз (например, ковш в виде разжимающегося-сжимающегося кошелька с гофром по краям, ковш из эластичного материала и т.д.), что уменьшает сопротивление среды электролита движению транспортера и общие потери электроэнергии на электролиз.

Электроды могут находиться в самих ковшах, при этом электрический ток через специальный коммутатор поступает на электроды во время движения ковшей вверх, что обеспечивает полную наполняемость ковшей газами и стабильность скорости движения транспортера.

При электролизе с получением горючих газов (например, при получении водорода из воды) и утилизации этих газов в электролизной установке или в непосредственной близости от нее, с помощью топливных элементов, двигателей внутреннего сгорании, термопары, сегренева колеса или других устройств вода, образующаяся в процессе утилизации, вновь поступает в электролизную установку, при этом часть энергии, получаемой при утилизации горючего газа, может использоваться для компенсации энергозатрат электролизной установки.

Для увеличения эффективности процесса электролиза возможно перемешивание электролита в межэлектродном пространстве специальным перемешивающим устройством, работающим от движения транспортера.

Также для увеличения эффективности возможно вращение и(или) вибрация электродов специальными устройствами, работающими от движения транспортера.

Возможно разделение образующихся в процессе электролиза газов (например, водород и кислород из воды) при заполнении ковшей или после их освобождения от газов, с помощью специальных газофильтрующих мембран и(или) перегородок между электродами, и(или) в ковшах, и(или) в надэлектролитном пространстве или другими устройствами для более эффективной утилизации или для заполнения газами транспортных емкостей.

При постоянном напряжении внешнего источника питания и использовании генератора постоянного тока, блок питания электролизной установки представляет собой коммутатор-сумматор, который суммирует токи от внешнего источника и генератора и перераспределяет их на электроды электролизной установки. При переменном напряжении внешнего источника питания и(или) использовании генератора переменного тока, в состав блока питания могут входить выпрямители. В состав блока питания могут также входить аккумуляторы с зарядным устройством.

В состав блока питания может входить регулятор напряжения и(или) тока для обеспечения наиболее полного заполнения газами ковшей с учетом расширения газов и скорости транспортера.

При использовании импульсного генератора в состав блока питания входит электронный или электромеханический формирователь импульсов, работающий от импульсного генератора. Импульсы от импульсного генератора могут также через коммутатор подаваться непосредственно на электроды.

Импульсное питание электродов обеспечит повышение эффективности процесса электролиза и снижение затрат электроэнергии на электролиз.

Эффективность снижения затрат электрической энергии на электролиз прямо пропорционально зависит от высоты транспортера, плотности электролита и эффективности самого процесса электролиза.

Реализация предлагаемого способа может быть осуществлена множеством схемных и конструктивных решений.

Один из вариантов реализации способа отображен на чертеже.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖА

На чертеже изображен один из вариантов электролизной установки, с использованием способа снижения затрат электроэнергии на электролиз посредством гравитации.

1 - блок питания, 2 - электролит, 3 - электроды электролизера, 4 - пузырьки газов, образующихся при электролизе, 5 - нижний вал транспортера, 6 - транспортная лента транспортера, 7 - ковши транспортера, 8 - шкив на верхнем валу транспортера, 9 - верхний вал транспортера, 10 - ременной привод с транспортера на вал генератора, 11 - газосборник, 12 - газоотвод, 13 - вал генератора, 14 - электрогенератор, 15 - электропровода, 16 - корпус электролизера.

Установка работает следующим образом.

Напряжение промышленной сети через блок питания установки (1), понижающий и выпрямляющий напряжение, подается на электроды электролизера (3), находящиеся в электролите (2). Газы, образующиеся при электролизе (4) поступают в ковши транспортера (7), которые закреплены на транспортной ленте транспортера (6). При подъеме ковшей за счет силы Архимеда, вращаются нижний и верхний валы транспортера (5, 9), а также шкив (8) соосно соединенный с верхним валом транспортера. Через ременной привод (10) вращение шкива передается на вал (13) электрического генератора (14). Газы, выходящие из ковшей, находящихся в верхнем положении на транспортере, поступают в газосборник (11) и через газоотвод (12) поступают на утилизацию или в газосжижающие установки. Механическая энергия вращения вала электрогенератора преобразуется электрогенератором в электрическую энергию. Электрический ток с электрогенератора поступает через электропровода (15) в блок питания (1). В блоке питания электрический ток электрогенератора при необходимости преобразуется до параметров, необходимых для процесса электролиза, и поступает на электроды электролизера, тем самым уменьшая общее потребление электроэнергии из промышленной сети.

Электролизер и транспортер при данном варианте электролизной установки расположены в корпусе электролизера (16).

Изобретение относится к электролизным системам и может быть использовано в электролизных установках. Технический результат состоит в снижении затрат электроэнергии на электролиз. Газы, образующиеся в процессе электролиза, поступают в ковши перевернутого вертикального ковшового транспортера, которые под действием силы Архимеда поднимаются вверх и тянут за собой ленту транспортера с ковшами, находящимися на противоположной стороне движущегося транспортера. Вращение одного из валов транспортера через привод или непосредственно обеспечивает вращение вала электрического генератора, вырабатывающего электрическую энергию, которая поступает через блок питания или непосредственно на электроды электролизной установки, уменьшая общее потребление электроэнергии электролизной установкой. 11 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ электролиза, в котором обеспечивается подвод электролита к электродам, разложение электролита под действием постоянного электрического тока, отвод образующихся газов, отвод тепла из зоны электролиза и перемешивание электролита в межэлектродном пространстве, отличающийся тем, что, газ или газы, образующиеся в процессе электролиза, поступают в ковши перевернутого вертикального ковшового транспортера, которые под действием силы Архимеда поднимаются вверх и тянут за собой ленту транспортера с ковшами, находящимися на противоположной стороне транспортера, при этом ковши при прохождении ими верхнего положения на транспортере освобождаются от газов естественным образом, а после прохождения нижнего положения на транспортере ковши заполняются газами, образующимися при электролизе, при этом вращение одного из валов движущегося транспортера через привод или непосредственно обеспечивает вращение вала электрического генератора, вырабатывающего электрическую энергию, которая поступает через блок питания или непосредственно на электроды электролизной установки, уменьшая общее потребление электроэнергии электролизной установкой, при этом в процессе подъема заполненных газами ковшей газы расширяются, охлаждая электролит, что увеличивает эффективность процесса электролиза, при этом эффективность снижения затрат электроэнергии на электролиз прямо пропорционально зависит от высоты транспортера в электролизной установке, плотности электролита и эффективности процесса электролиза.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что ковши транспортера имеют обтекаемую форму, при этом форма ковшей может изменяться в зависимости от направления движения ковшей, то есть при движении ковшей вверх объем ковшей увеличивается, а при движении вниз объем ковшей уменьшается, что уменьшает сопротивление среды электролита движению ковшей и повышает мощность транспортера.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что электроды находятся в самих ковшах, при этом электрический ток через специальный коммутатор поступает на электроды только во время движения ковшей вверх, что обеспечивает более полное наполнение ковшей газами и стабильность скорости движения транспортера.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что при электролизе с получением горючих газов (например: получении водорода из воды), и утилизации этих газов в электролизной установке или в непосредственной близости от нее с помощью топливных элементов, двигателей внутреннего сгорании, термопар, сегренева колеса или других устройств, вода, образующаяся в процессе утилизации, вновь поступает в электролизную установку, при этом часть энергии, получаемой при утилизации горючего газа, может использоваться для компенсации энергозатрат электролизной установки.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что движение транспортера непосредственно или через специальное перемешивающее устройство обеспечивает механическое перемешивание электролита в межэлектродном пространстве, что увеличивает эффективность процесса электролиза.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что движение транспортера непосредственно или через специальное устройство обеспечивает вращение, и(или) вибрацию электродов, что увеличивает эффективность процесса электролиза.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что газы, образующиеся в процессе электролиза (например: водород и кислород из воды), разделяются при заполнении ковшей или после их освобождения от газов с помощью специальных газофильтрующих мембран и(или) перегородок между электродами, и(или) в ковшах, и(или) в надэлектролитном пространстве для увеличения эффективности утилизации и возможности заполнения разделенными газами транспортных емкостей.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что при постоянном напряжении внешнего источника питания и использовании генератора постоянного тока блок питания электролизной установки представляет собой коммутатор-сумматор, который суммирует токи от внешнего источника и генератора и перераспределяет суммарный ток на электроды электролизной установки.

9. Способ по п.1, отличающийся тем, что при переменном напряжении внешнего источника питания и(или) использовании генератора переменного тока в состав блока питания входят выпрямители.

10. Способ по п.8, отличающийся тем, что в состав блока питания входят аккумуляторы с зарядным устройством.

11. Способ по п.8, отличающийся тем, что в состав блока питания входит регулятор напряжения и(или) тока для обеспечения наиболее полного заполнения газами ковшей с учетом расширения газов и скорости транспортера.

12. Способ по п.1, отличающийся тем, что при использовании импульсного генератора в состав блока питания входит электронный или электромеханический формирователь импульсов, работающий от импульсного генератора, или коммутатор, обеспечивающий поступление импульсов с генератора на электроды непосредственно, что обеспечит повышение эффективности процесса электролиза и снижение затрат электроэнергии на электролиз.