ES2985189T3 - Sistema de reacción electrolítica para la producción de hidrógeno y oxígeno gaseosos - Google Patents

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Abstract

La invención se refiere a un sistema de reacción electrolítica (1) para producir hidrógeno y oxígeno gaseosos, que comprende una cámara de reacción (2, 69) para alojar un electrolito y una disposición de electrodos (3) que está compuesta por una pluralidad de electrodos anódicos y catódicos (5, 6). Entre las superficies de revestimiento de los electrodos que están distanciadas entre sí está formado al menos un canal de flujo (71) para el electrolito, extendiéndose dicho canal de flujo entre un primer extremo axial para la entrada del electrolito en la disposición de electrodos (3) y un segundo extremo axial para la salida del electrolito de la disposición de electrodos (3). El al menos un canal de flujo (71) presenta al menos una primera sección transversal de flujo y al menos una segunda sección transversal de flujo, siendo la segunda sección transversal de flujo más pequeña que la primera sección transversal de flujo y estando formada la segunda sección transversal de flujo comparativamente más pequeña en una sección parcial del al menos un canal de flujo (71), que está más próxima al segundo extremo axial de la disposición de electrodos. De este modo se consigue un sistema de reacción electrolítica (1) mejorado y, en particular, más eficiente. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Sistema de reacción electrolítica para la producción de hidrógeno y oxígeno gaseosos
La invención se refiere a un sistema de reacción electrolítica para producir hidrógeno y oxígeno gaseosos tal como se describe en las reivindicaciones.
El WO documento 2011/131868 A1 divulga un dispositivo de electrólisis para generar hidrógeno y oxígeno gaseosos a partir de un medio acuoso. El dispositivo de electrólisis comprende electrodos en forma de embudo o de cono truncado, que están dispuestos coaxialmente con respecto a un eje vertical. Entre las superficies enfrentadas de los electrodos se forman ranuras que permanecen constantes en relación con la dirección vertical para crear cámaras cónicas receptoras de electrolito.
Los documentos RU 2227817 C1, US 2010/320083 A1 y US 4113601 A también divulgan dispositivos de electrólisis con electrodos en forma de embudo o de cono truncado dispuestos coaxialmente respecto a un eje vertical común y apilados unos dentro de otros. Las distancias entre las superficies laterales de los electrodos vecinos también son constantes.
El documento WO 2018/124643 A1 describe un dispositivo para producir agua hidrogenada disolviendo en agua hidrógeno generado. Este dispositivo para producir agua hidrogenada consta de una cuba electrolítica con un canal de flujo que se estrecha verticalmente de arriba hacia abajo para disolver hidrógeno en agua. El hidrógeno se produce por electrólisis del agua bruta suministrada al dispositivo en una sección de electrólisis. La sección de electrólisis comprende una membrana de intercambio iónico, una primera sección de electrodos en la que se produce la reacción de oxidación, y una segunda sección de electrodos que tiene una polaridad diferente a la primera sección de electrodos y genera la reacción de reducción. Además, se forma una porción de electrodo formador de EDLC que se dispone en el recipiente de electrolito, con el hueco que se estrecha de arriba hacia abajo a una cierta distancia de la segunda porción de electrodo de la porción electrolítica, y tiene un potencial inferior al potencial de la segunda porción de electrodo dentro de un rango que impide la electrólisis entre la segunda porción de electrodo y la porción de electrodo formador de EDLC. Así pues, la electrólisis del agua para producir hidrógeno y oxígeno tiene lugar en una primera sección del dispositivo y la disolución del hidrógeno producido en el agua se lleva a cabo en un canal de flujo que se estrecha verticalmente de arriba hacia abajo, canal de flujo que también puede tener un elemento en forma de espiral con un gradiente cambiante para una mezcla aún mejor del hidrógeno y el agua.
El documento RU 2 253 700 C1 y el documento US 3 990 962 A divulgan otros dispositivos de electrólisis con electrodos cilíndricos huecos colocados coaxialmente unos dentro de otros.
El documento WO 2011/038432 A1 describe un dispositivo de electrólisis con electrodos cilíndricos huecos colocados coaxialmente unos dentro de otros, en el que al menos una bobina electromagnética está formada en la sección de extremo axial superior y/o inferior de esta disposición de electrodos. La al menos una bobina electromagnética está prevista para apoyar el desprendimiento de las burbujas de gas adheridas a las superficies de los electrodos.
El documento US 2004/108203 A1 divulga un dispositivo de electrólisis para convertir agua en hidrógeno y oxígeno. El dispositivo de electrólisis comprende bobinas electromagnéticas cuyo campo electromagnético está destinado a favorecer el desprendimiento de las burbujas de gas de los electrodos.
La invención se refiere en particular a un sistema para la producción altamente eficiente de hidrógeno y oxígeno gaseosos mediante un proceso de electrólisis en una cámara de reacción, en el que se persigue y consigue el objetivo de usar de forma óptima la energía eléctrica usada para dividir el agua en hidrógeno y oxígeno gaseosos. Además, la invención se refiere al uso de estos gases, en particular al uso del portador de energía hidrógeno para la combustión química o la oxidación. En particular, el agua se descompone en hidrógeno y oxígeno gaseosos mediante electrólisis, tras lo cual el portador de energía química hidrógeno se convierte en energía térmica o cinética mediante un proceso de combustión. El agua se descompone en los gases mencionados con el mejor equilibrio energético posible. Además, este proceso de electrólisis puede producir grandes cantidades de hidrógeno y oxígeno gaseosos generados electrolíticamente en periodos de tiempo relativamente cortos.
La tecnología según la invención reduce la energía eléctrica usada o necesaria para disociar el agua en hidrógeno y oxígeno con el fin de lograr el mejor balance energético posible o económicamente positivo en la producción del portador de energía química o para lograr un uso económico, y al mismo tiempo respetuoso con el medio ambiente, del hidrógeno combustible gaseoso o de la energía térmica o cinética obtenida del mismo.
La tecnología según la invención se ha creado con el objetivo de generar hidrógeno gaseoso y oxígeno gaseoso, preferentemente a partir de agua natural o de soluciones acuosas electrolíticas, en una cantidad que permita poner a disposición de un consumidor el portador de energía química hidrógeno generado, en particular un dispositivo de uso o un dispositivo de conversión, sin almacenamiento intermedio de gran volumen o técnicamente complejo. A continuación, el dispositivo de uso correspondiente convierte, mediante un proceso de combustión, este portador de energía química o combustible en la forma de energía requerida, en particular en energía térmica o cinética o también en energía eléctrica.
El portador de energía química obtenido según la invención en forma de hidrógeno gaseoso, en particular el hidrógeno gaseoso en combinación con el oxígeno gaseoso, permite la uso o la conversión energética sin los valores de emisión que se producen habitualmente durante la combustión de combustibles fósiles. Cuando se usa el sistema según la invención, sólo se produce vapor de agua o agua condensada y otros oligoelementos además de la forma de energía deseada. Se sabe que los subproductos de la combustión térmica del hidrógeno gaseoso, especialmente cuando se aprovecha su energía, son mucho más respetuosos con el medio ambiente que los combustibles fósiles. El principal producto residual del proceso de combustión del hidrógeno es simplemente vapor de agua o agua, que se pueden liberar fácilmente al medio ambiente. Este producto residual es más puro que muchas otras fuentes de agua y el oxígeno generado electrolíticamente es más puro o está más concentrado que el resto del aire del entorno.
El sistema según la invención y las medidas de proceso según la invención son el resultado de numerosas series de pruebas y experimentos con una amplia variedad de configuraciones y modos operativos de estas configuraciones para la producción de hidrógeno según el principio de electrólisis, que se conoce desde hace más de un siglo en lo que respecta a sus principios físicos.
La electrólisis del agua es un principio fundamentalmente muy sencillo y conocido en el que la disociación del agua en hidrógeno y oxígeno gaseosos se consigue mediante dos o más electrodos situados en un electrolito o un baño de agua y aplicando energía eléctrica, en particular tensión continua. Este proceso no es nada nuevo. Sin embargo, los procesos conocidos son relativamente ineficaces, ya que requieren mucha más energía primaria para la disociación de la que se dispone posteriormente mediante la uso de la energía térmica o química del gas producido o mediante un proceso de combustión del gas producido. Hasta ahora, se ha conseguido un balance energético bastante negativo o pobre desde el punto de vista económico. Por otro lado, había que suministrar un nivel tan alto de energía eléctrica que los beneficios resultantes no eran reconocibles o desaparecían tras generarse una elevada proporción de energía eléctrica a partir de la combustión de combustibles fósiles. Desde el punto de vista medioambiental, por tanto, los sistemas conocidos del estado de la técnica no han aportado ventajas destacables. Por este motivo, la uso del hidrógeno y su potencial energético nunca se ha establecido en la práctica, o sólo en ámbitos de aplicación muy limitados.
Numerosas realizaciones de aparatos de electrólisis son conocidos en la técnica anterior. Obviamente, sin embargo, ninguno de estos dispositivos es capaz de usarse para una amplia gama de aplicaciones. Por ejemplo, estas realizaciones conocidas hasta ahora no son, obviamente, satisfactorias para el suministro energético de vehículos de motor, generadores de energía o sistemas de calefacción, ya que los sistemas de accionamiento o suministro basados en hidrógeno producido electrolíticamente o en una mezcla de hidrógeno y oxígeno no están disponibles de forma estándar o sólo pueden encontrarse en fase experimental.
La tecnología según la invención permite ahora proporcionar el hidrógeno y el oxígeno gaseosos en la cantidad requerida a partir de agua o de soluciones acuosas con una estructura especial o con medidas especiales, es decir, sin almacenamiento intermedio de gran volumen o técnicamente complejo, según las necesidades y con tiempos de reacción rápidos. En particular, se consigue un balance energético económicamente positivo en la producción del portador de energía química, especialmente en la producción electrolítica del hidrógeno gaseoso, y se garantiza la producción de la energía química con un uso reducido de energía primaria. La energía térmica que puede generarse en última instancia a partir de la combustión sin emisiones de hidrógeno y oxígeno se puede usar de muchas formas distintas. Casi todos los aparatos domésticos e industriales, tales como hornos, parrillas, calefactores, sistemas de aire acondicionado e incluso generadores de electricidad, pueden funcionar con esta energía química, convirtiéndola en energía eléctrica, cinética y/o térmica o transformándola en otras formas de energía. El hidrógeno y el oxígeno también se pueden usar para hacer funcionar casi todos los motores de combustión convencionales.
La tecnología de la electrólisis, en particular el sistema de reacción electrolítica según la invención, ofrece la oportunidad de usar la energía química o la energía térmica del hidrógeno y el oxígeno sin contaminar fuertemente el medio ambiente, tal como ocurre actualmente con la combustión de combustibles fósiles.
La tecnología correspondiente es más segura que muchos sistemas conocidos anteriormente para el funcionamiento de motores, la generación de electricidad, la calefacción y similares. Estos sistemas necesitan combustibles para funcionar, que están contenidos en tanques o sistemas de suministro. En estos componentes se almacena o se guarda una cantidad incomparable de energía de combustión. En caso de averías, que se producen una y otra vez en la práctica, esto suele causar graves problemas. En particular, el almacenamiento inmediato de combustible puede tener consecuencias inesperadas. Estos incidentes suelen ser relativamente graves o sólo se les puede controlar hasta cierto punto con un esfuerzo técnico relativamente elevado.
En el sistema según la invención, sólo se almacena en el sistema una cantidad relativamente pequeña, en particular mucho más pequeña, de gas combustible. El único almacenamiento en tanques o tuberías es en forma de soluciones acuosas relativamente acríticas o en forma de agua pura, que química y ambientalmente no resulta problemática y, por supuesto, no es inflamable. Además, al proceso de producción, en particular a la cámara de reacción, se le pueden asignar de forma sencilla dispositivos de seguridad eficaces, fiables y rentables. El sistema de electrólisis particularmente rápido y eficaz según la invención permite almacenar sólo cantidades relativamente pequeñas de gas. En particular, un volumen de almacenamiento o tampón que comprenda la cámara de reacción y los sistemas de alimentación es suficiente en la mayoría de los casos. Como resultado, este sistema de electrólisis o el dispositivo especificado para la conversión de energía es fácil de controlar y el sistema según la invención puede clasificarse como muy seguro.
La presente invención se basa en el objetivo de crear un sistema de reacción electrolítica mejorado. En particular, se desea un sistema electrolítico para la disociación de agua o de soluciones acuosas en hidrógeno y oxígeno gaseosos, que tenga una mayor eficiencia o un alto grado de eficiencia con respecto a la cantidad de energía eléctrica suministrada y la cantidad de energía química, térmica o cinética generada o convertida.
Este objetivo de la invención se consigue mediante un sistema de reacción electrolítica según las características de la reivindicación 1.
Una ventaja sorprendente resultante de las características de la reivindicación 1 es que puede lograrse una buena relación entre la energía eléctrica suministrada y la energía química obtenida con un sistema de reacción electrolítica de este tipo. Esto se consigue principalmente mediante la combinación estructural y la interacción técnica entre la disposición de electrodos y los canales de flujo definidos por los electrodos de la disposición de electrodos, que se estrechan en al menos un punto en relación con la dirección de flujo del electrolito. Las oscilaciones superpuestas del electrolito acelerado en los canales de flujo y los efectos combinados de los campos eléctricos de la disposición de los electrodos crean unas condiciones óptimas para generar con una buena eficacia hidrógeno u oxígeno o la mezcla correspondiente.
Una interacción sorprendente y ventajosa es que las burbujas de gas producidas durante el proceso de electrólisis, en particular las respectivas burbujas de hidrógeno y oxígeno, se desprenden de las superficies de los electrodos de forma mejorada o acelerada. Además, se consiguen tiempos más cortos de desgasificación de los respectivos gases del electrolito. Esto significa que los electrodos disponibles o sus superficies efectivas se maximizan para el proceso de conversión y que el contacto con el electrolito es siempre lo más intenso posible. En particular, las capas límite de gas entre los electrodos y el electrolito se mantienen lo más pequeñas posible o se reducen lo más rápidamente posible.
Un efecto de interacción especialmente útil radica en que las burbujas de gas, que se producen a lo largo de la dirección de flujo en número o densidad cada vez mayores, y en particular se hacen cada vez más numerosas hacia arriba o se acumulan más fuertemente en el electrolito, se eliminan de las superficies de los electrodos de una manera comparativamente más rápida o con mayor intensidad porque se eliminan del al menos un hueco o canal de flujo entre superficies de electrodos vecinas con una velocidad de flujo cada vez mayor. Este efecto se consigue mediante el al menos un canal de flujo diseñado de acuerdo con los requisitos, en particular mediante la forma y/o la alineación de los electrodos. Posteriormente, el desprendimiento intensivo o la eliminación cada vez más acelerada de las burbujas de gas de hidrógeno u oxígeno que surgen garantizan que la densidad de corriente en la disposición de electrodos o en el electrolito se vuelva más uniforme o más pareja y que, por lo tanto, se pueda lograr un proceso de electrólisis eficaz o un alto rendimiento del sistema de reacción. El aumento de la velocidad de flujo del electrolito dentro del al menos un canal de flujo cónico en la dirección de la zona de salida tiene, por lo tanto, un efecto positivo en la intensidad de desprendimiento de las burbujas de gas, en la velocidad de descarga de las burbujas de gas y en la densidad de corriente que se puede alcanzar en la disposición de electrodos o en el electrolito.
En particular, la eliminación del contenido de gas en el electrolito se apoya o acelera de modo que la eficacia o eficiencia del proceso de electrólisis se mantenga siempre lo más alta posible. En general, esto crea un sistema de reacción electrolítica mejorado que proporciona cantidades relativamente altas de hidrógeno y oxígeno gaseosos producidos electrolíticamente en tiempos de proceso relativamente cortos. Además, el sistema de electrólisis según la invención puede construirse de forma relativamente económica y, por lo tanto, es muy económico y se puede usar en la práctica.
Los datos sobre los efectos y los impactos que figuran a continuación, así como los vistos anteriormente, se deben entender como datos a modo de ejemplo y no pretenden ser exhaustivos. Además, no es necesario que se materialicen todos los efectos mencionados en cada caso. Además, los efectos declarados y los datos de impacto no están sujetos a ninguna ponderación y las explicaciones de las distintas correlaciones deben considerarse en algunos casos como las más probables. En algunos casos, hay fenómenos o interacciones que no pueden o apenas pueden explicarse y cuyo trasfondo técnico no es obvio o es difícil de explicar a la comunidad general de expertos. Los resultados correspondientes se basan en parte en numerosas series de pruebas y en modificaciones empíricas de los parámetros del sistema electrolítico.
Con la realización según la reivindicación 2, se puede construir el canal de flujo cónico para que sea mecánicamente robusto. Además, se puede conseguir una instalación lo más sencilla posible y un diseño lo más simple posible del sistema de reacción electrolítica, lo que significa que sus costes de producción pueden mantenerse relativamente bajos.
También es ventajosa una posible realización según la reivindicación 3. Como resultado, se pueden conseguir conicidades pronunciadas en al menos un canal de flujo. Puede ser suficiente con que sólo las superficies laterales interiores o exteriores estén inclinadas con respecto al eje central o con respecto al eje de cilindro o vertical de la disposición de electrodos. Si tanto la superficie límite radialmente interior como la radialmente exterior del canal de flujo discurren en ángulo con respecto al eje de cilindro o vertical, o están alineadas en ángulo con respecto a una vertical, se puede realizar de forma relativamente intensa un estrechamiento del canal de flujo similar al de una tobera. En este caso, las superficies límite anódica y catódica del canal de flujo discurren en ángulo con respecto al eje de cilindro o vertical. Además, se puede crear un canal de flujo relativamente cónico con una inclinación relativamente baja de las superficies exteriores de los electrodos. Esto favorece el desprendimiento tanto de burbujas de hidrógeno como de burbujas de oxígeno de las superficies activas catódicas o anódicas de los electrodos.
Una realización según la reivindicación 4 también es conveniente. Esto permite fabricar la disposición de electrodos y, posteriormente, el sistema de electrólisis de la forma más rentable posible sin que se produzca una pérdida significativa de rendimiento.
Mediante un perfeccionamiento ventajoso según la reivindicación 5, se puede construir una disposición de electrodos fluídicamente favorable y de rendimiento optimizado. Además, se puede conseguir una producción lo más rentable posible, especialmente si se usan procesos de fabricación tales como la fundición y/o el torneado.
También es ventajosa una medida según la cual el al menos un canal de flujo cónico está formado por ejes longitudinales de al menos dos electrodos directamente vecinos que están inclinados entre sí. Un canal de flujo para el electrolito que se ahúsa o se estrecha a lo largo de la dirección de flujo también se puede realizar ventajosamente de una manera simple pero eficaz mediante una posición angular o una alineación definida entre electrodos o superficies de electrodos directamente adyacentes.
De acuerdo con la medida ventajosa según la reivindicación 6, se prevé que al menos una bobina electromagnética esté dispuesta por encima y/o por debajo de la disposición de electrodos en la dirección axial del cilindro virtual o del eje vertical, actuando el campo electromagnético de la bobina actúa sobre el electrolito y sobre la disposición de electrodos cuando se le aplica energía eléctrica. Esto aumenta la densidad de corriente y favorece así la eficacia del proceso de electrólisis. Además, esto puede generar oscilaciones o vibraciones mínimas de los electrodos y del electrolito, lo que puede favorecer el proceso de electrólisis debido, entre otras cosas, a un desprendimiento más intenso de las burbujas de gas en los electrodos y/o debido a una desgasificación más intensa del electrolito.
Además, puede estar previsto que la al menos una cámara de reacción tenga una forma de cuerpo cilíndrico o prismático hueco sustancialmente hueco y su eje central virtual, en particular una superficie lateral de la cámara de reacción, esté orientado en vertical o aproximadamente en vertical. Esto crea una forma y una orientación del cuerpo fluídicamente favorables para conseguir flujos definidos o dirigidos en el electrolito y en las secciones espaciales para los gases acumulados. Además, se pueden conseguir sistemas de reacción electrolítica relativamente compactos con un rendimiento relativamente alto.
Según un perfeccionamiento, tal como se especifica en la reivindicación 7, puede estar previsto que la cámara de reacción comprenda un recipiente receptor cilíndrico sustancialmente hueco o prismático sustancialmente hueco en el que esté dispuesta la disposición de electrodos al menos tubular, o alternativamente en forma de estrella. Esto da lugar a una especie de disposición de un recipiente dentro de otro recipiente, que también favorece la eficacia del proceso de electrólisis. En particular, esto crea una disociación en un recipiente para contener el electrolito y los electrodos y un recipiente o cámara que rodea este recipiente para contener los componentes mencionados y para acumular los gases producidos.
Además, puede estar prevista una realización según la reivindicación 8, en la que el recipiente receptor para el electrolito y para la disposición de al menos un electrodo están configurados para estar abiertos en la sección del extremo superior y su superficie lateral o cilíndrica está dispuesta a una cierta distancia de las superficies de la pared interior de la cámara de reacción. El resultado es la mayor sección transversal de desgasificación posible, lo que contribuye al menor tiempo de desgasificación posible y a la desgasificación más intensa posible. Además, se crea un recipiente para el electrolito, que proporciona un rebosadero libre o generoso para el líquido electrolítico y/o para cualquier espuma electrolítica que pueda formarse. Esta espuma electrolítica suele formarse en el líquido electrolítico, especialmente en la superficie del baño electrolítico, y dificulta parcialmente la desgasificación de los componentes gaseosos del electrolito. La eficacia del sistema puede mantenerse lo más alta posible reduciendo continuamente o evitando una corona de espuma en el baño electrolítico, lo que se puede lograr en particular simplemente descargándolo.
Además, es ventajosamente posible crear un circuito electrolítico definido con relativa facilidad mediante las medidas conforme a las reivindicaciones. En particular, el líquido electrolítico puede suministrarse y descargarse de forma continua o discontinua en relación con el recipiente receptor, por lo que el exceso de líquido electrolítico puede fluir de nuevo en forma de cascada a través del borde superior del recipiente receptor y, si es necesario, puede devolverse al recipiente receptor o electrolítico después de un proceso de limpieza y/o de enfriamiento y/o de tratamiento. De este modo, el líquido electrolítico puede circular de forma sencilla, lo que permite, entre otras cosas, una desgasificación intensa y rápida. En particular, esto crea un recipiente de reacción o de recepción en el que la expansión o el aumento de volumen del electrolito causados por el proceso electrolítico se pueden igualar o regular fácilmente a través del borde de desbordamiento del recipiente de recepción. Alternativamente o en combinación con esto, la cantidad en exceso de líquido electrolítico resultante de un suministro continuo o discontinuo de electrolito al recipiente de recepción puede fluir fuera del recipiente de electrolito de una manera definida y ser retroalimentado al recipiente de recepción de acuerdo con una realización ventajosa. Además, esto crea una especie de "gradiente electrolítico" a través de las paredes exteriores y/o interiores del tanque de retención. Esta salida de electrolito o caída de electrolito puede tener lugar en las superficies exteriores del recipiente receptor y/o en las secciones centrales de la pared interior del recipiente receptor, en la medida en que el recipiente receptor del electrolito tiene una forma de cuerpo cilíndrico hueco o cilíndrico hueco múltiple, en particular está configurado en cascada o tiene recipientes receptores colocados coaxialmente unos dentro de otros.
Las medidas según las cuales un eje de tubo virtual de la disposición de electrodos en forma de tubo se encuentra esencialmente en el eje de cilindro o vertical virtual o es congruente con el eje de cilindro o vertical virtual de la cámara de reacción, también crean un diseño fluídicamente favorable que mejora la eficiencia o el tiempo de reacción del sistema de reacción electrolítica.
Las medidas según las reivindicaciones 9 y/o 10 también son especialmente ventajosas, ya que así se consigue un efecto de electrólisis especialmente bueno o se establece la interacción técnica más intensa posible. En particular, el campo electromagnético de la al menos una bobina electromagnética puede tener un efecto particularmente intenso sobre la disposición de los electrodos y sobre el electrolito, mejorando así el progreso o la eficiencia del proceso electrolítico. Por un lado, el campo electromagnético de la al menos una bobina electromagnética tiene un efecto favorable sobre el proceso de disgregación. Además, las vibraciones mecánicas generadas en la al menos una bobina electromagnética se transmiten lo más directamente posible al electrolito o a la disposición de electrodos. Esto mejora o acelera el proceso de desprendimiento de las burbujas de gas de los electrodos y el proceso de desgasificación del electrolito. Estos efectos van acompañados de una mejora, en particular un aumento de la eficacia y del rendimiento del sistema de reacción electrolítica.
Otro perfeccionamiento según la reivindicación 11 también es ventajoso, ya que dicha bobina electromagnética crea un campo electromagnético que tiene un efecto favorable sobre el proceso electrolítico, en particular aumenta su eficiencia. En particular, esto consigue una exposición relativamente íntima y relativamente uniforme de la disposición de electrodos al campo electromagnético de esta bobina, que produce un campo pulsante o genera un campo alterno. El campo electromagnético circula alrededor del eje vertical o central de la disposición de electrodos o de la cámara de reacción, eje que también atraviesa el núcleo o el centro de la bobina esencialmente anular.
La realización según la cual la bobina electromagnética es de forma toroidal y tiene al menos un arrollamiento, preferentemente al menos dos, en particular cuatro, arrollamientos parciales distribuidos alrededor de la circunferencia de un cuerpo de arrollamiento y enrollados a una cierta distancia unos de otros, es una realización ventajosa o particularmente eficaz de la bobina electromagnética. Esto puede influir favorablemente en la eficacia y el rendimiento global del sistema de reacción electrolítica.
Una realización según la reivindicación 12 también es especialmente ventajosa, ya que mejora o acelera el proceso de desprendimiento o desgasificación en el líquido electrolítico. En particular, esto permite establecer una circulación o generar un flujo, mediante el cual las burbujas de gas se desprenden mejor de las superficies de los electrodos, en particular de manera relativamente completa y rápida. Además, el proceso de desgasificación de las burbujas de gas en el líquido electrolítico se lleva a cabo en una cámara de gas situada por encima del líquido electrolítico. El suministro y/o el rellenado del electrolito en la sección inferior de la cámara de reacción o del recipiente receptor es periódico, aperiódico y/o controlado por demanda. Es esencial que esta alimentación y/o este rellenado cree turbulencias o un flujo en el electrolito.
Los efectos ventajosos o los efectos técnicos mencionados anteriormente también se consiguen independientemente o en combinación mediante las medidas según la reivindicación 13. Los medios para arremolinar el electrolito o para crear un flujo en el electrolito pueden conseguirse mediante el propio electrolito y/o añadiendo medios gaseosos, por ejemplo aire o nitrógeno. De forma ventajosa, el poder calorífico del hidrógeno gaseoso generado electrolíticamente puede ser regulado, en particular reducido, si se suministran otros gases no inflamables, tales como aire ambiente o nitrógeno. Esta adición de gases no inflamables directamente en el electrolito genera, por tanto, turbulencias o flujos en el baño electrolítico, por una parte, y reduce el poder calorífico o la velocidad de combustión del hidrógeno gaseoso generado electrolíticamente, por otra. Esto permite reducir la cantidad de energía o la explosividad, en particular la velocidad de combustión del gas o de la mezcla de gases generados electrolíticamente, a un nivel en el que se pueda usar de forma relativamente fácil y sencilla en motores de combustión interna casi estándar. Además, se pueden preparar mezclas óptimas de gases para aplicaciones posteriores.
Otro desarrollo según la reivindicación 14 también es ventajoso, ya que de este modo se consigue una especie de efecto pulverizador o difusor, que da como resultado una distribución del flujo lo más uniforme o íntima posible en el electrolito. En particular, esto da lugar a la desgasificación más completa o uniforme posible con respecto a las burbujas de gas en el electrolito o con respecto a las burbujas de gas adheridas a las superficies de los electrodos. Además, la densidad del gas externo, en particular la proporción de gases inyectados o introducidos en el electrolito por volumen de electrolito definido, se mantiene baja u homogeneizada, con lo que se mantiene alto el rendimiento de la electrólisis.
Otra forma de realización para acortar los tiempos de desgasificación del líquido y para intensificar el contacto entre el electrolito y las placas de electrodos se consigue porque la al menos una boquilla de entrada y/o boquilla de salida está dispuesta en las proximidades de la superficie lateral interna de la cámara de reacción o del recipiente receptor y está orientada en ángulo con respecto a la superficie lateral interna, de tal modo que se pueda generar un flujo turbulento en remolino en el electrolito. En particular, se puede conseguir un flujo turbulento, especialmente un flujo ascendente en espiral o helicoidal del electrolito, con relativamente poco esfuerzo técnico y al menor coste posible.
Sin embargo, las medidas según la reivindicación 15 también mejoran el efecto de desgasificación o el rendimiento de desgasificación del sistema de reacción electrolítica. En particular, si el líquido electrolítico fluye de forma continua o discontinua por el borde de desbordamiento, se crea una especie de gradiente electrolítico o "cascada", a través del cual se crea una medida de desgasificación intensiva o eficaz, tal como ya se ha explicado anteriormente. El correspondiente desbordamiento o rebosamiento del electrolito puede conseguirse mediante un suministro o un rellenado forzado de líquido electrolítico y/o puede ser causado o iniciado o determinado de manera conjunta por la expansión de volumen del líquido electrolítico durante el proceso de electrólisis.
Se crea un borde de desbordamiento estructural o constructivamente simple haciendo que el al menos un borde de desbordamiento para el electrolito esté formado por un borde límite superior de un recipiente receptor, en particular de un recipiente de electrolito cilíndrico hueco con un eje de cilindro alineado verticalmente. Además, esto crea un desbordamiento relativamente homogéneo o uniforme del electrolito, de tal modo que se consigue la desgasificación o la separación más intensa posible entre el líquido electrolítico y los gases o las burbujas de gas contenidos en el líquido electrolítico. Esto es posible, entre otras cosas, gracias a la extensión relativamente amplia del líquido electrolítico.
Sin embargo, una realización según la reivindicación 16 también es ventajosa, ya que esto significa que siempre están disponibles la desgasificación intensiva o un espacio de gas suficientemente grande. Además, se puede evitar la acumulación de un exceso de presión en la cámara de reacción o la superación de un valor de presión definido. En particular, esto mantiene un cierto nivel de presión dentro de la cámara de reacción después de que la expansión del líquido electrolítico inducida por la electrólisis se iguale o al menos se compense aproximadamente mediante una descarga definida de líquido de electrólisis. En particular, esto mantiene un volumen de desgasificación definido dentro de la cámara de reacción o no se supera una presión de gas definida en el espacio de gas de la cámara de reacción.
Una realización según la reivindicación 17 también es ventajosa, ya que los componentes de gas que están contenidos en el electrolito desbordado o descargado se retienen en el sistema y, por lo tanto, prácticamente no se pierden. Además, la recirculación del electrolito crea una turbulencia o un flujo en la cuba de electrolito, que mejora o acelera la salida o la separación de los componentes gaseosos del electrolito líquido.
Las medidas según la reivindicación 18 impiden, de manera sencilla pero fiable, que el gas hidrógeno, que se acumula principalmente en la sección superior de la cámara de reacción, sea extraído o descargado a través del drenaje del electrolito. En particular, esto impide que el hidrógeno gaseoso producido electrolíticamente se descargue a través del flujo de salida o de entrada del líquido electrolítico o que entre en un circuito de refrigeración del electrolito. Por lo tanto, el hidrógeno gaseoso o la mezcla de hidrógeno y oxígeno generados electrolíticamente están disponibles principalmente para el consumidor o cliente respectivo del hidrógeno o del oxígeno gaseoso. De este modo, también se cumplen unos requisitos de seguridad más estrictos, ya que se evita o minimiza de una manera técnicamente sencilla pero eficaz la descarga de gas hidrógeno en canales o zonas distintas de la zona designada para la salida del gas.
Las medidas se caracterizan también por un flujo continuo o discontinuo de entrada y salida del electrolito, en particular por un intercambio gradual, en función del tiempo, del electrolito que comprende agua, o que está formado por agua, en la cámara de reacción o en un recipiente receptor que recibe el electrolito. Esto crea una circulación en el líquido electrolítico, que acelera o mejora el proceso de desgasificación. Otra ventaja significativa es que es fácil regular el fluido electrolítico. En particular, el enfriamiento o la limitación de la temperatura del líquido electrolítico pueden conseguirse de manera sencilla. El proceso de enfriamiento correspondiente se puede lograr con un aporte de energía relativamente bajo, ya que las temperaturas ambiente habituales suelen ser suficientes para mantener el líquido electrolítico a un nivel de temperatura favorable para el proceso de electrólisis o dentro de un intervalo de temperaturas satisfactorio. Un intervalo de temperatura ventajoso es cuando el líquido electrolítico se mantiene en un intervalo de temperatura inferior a 60 °C, preferentemente en un intervalo de temperatura de entre 20 °C y 50 °C, en particular de entre 28 °C y 43 °C.
Según otro perfeccionamiento, puede disponerse que al menos una abertura de paso, en particular una pluralidad de aberturas de paso distribuidas para introducir aire ambiente en la cámara de reacción, en particular en un recipiente receptor para el electrolito, y/o para soplar nitrógeno gaseoso en el electrolito, estén formadas en la base o la sección de revestimiento de la cámara de reacción, en particular de un recipiente receptor para el electrolito. Por un lado, se consigue enfriar y/o crear turbulencias en el líquido electrolítico y, por lo tanto, aumentar la tasa de desgasificación o la eficiencia de desgasificación con respecto a los componentes gaseosos generados electrolíticamente en el líquido electrolítico. Por otro lado, también se consigue una regulación sencilla del valor calorífico o energético de la mezcla de gases en el sistema de reacción electrolítica. En particular, regulando la cantidad de aire ambiente o de nitrógeno gaseoso suministrado, se puede ajustar su cantidad de energía o su poder calorífico, en particular su velocidad de combustión, de forma que sea posible una combustión sin problemas en consumidores estándar, tales como motores de combustión interna o aparatos de calefacción. Los gases añadidos consiguen así un doble efecto o un efecto múltiple, en el que la suma de los efectos muestra un alcance positivo sorprendentemente elevado.
La reivindicación 19 contiene otra realización ventajosa. Así se consiguen múltiples beneficios y se crea una aplicación ventajosa. En particular, la presión negativa generada por un consumidor o su unidad, tal como una bomba de vacío o un dispositivo de carga para la cámara de combustión (por ejemplo, un turbocompresor), también se usa para apoyar o acelerar la desgasificación o la separación de gases en el sistema de reacción electrolítica. La presión negativa respectiva, que es acumulada por el consumidor respectivo o su suministro de combustible, puede mantenerse dentro de un cierto intervalo que se considera óptimo por cualquiera de las medidas de regulación conocidas en el estado de la técnica.
También son ventajosas las medidas según las cuales la al menos una bobina electromagnética es esencialmente toroidal o anular y comprende una pluralidad de arrollamientos parciales conectados eléctricamente en serie, cada uno de los cuales se extiende sobre un ángulo circunferencial comprendido entre 20° y 50°, en particular entre 25° y 45°, preferentemente sobre aproximadamente 30° de la circunferencia anular de la bobina. Esto define zonas en las que está presente un campo electromagnético comparativamente fuerte o intenso y también crea zonas en las que la intensidad de este campo es comparativamente menor. Estas intensidades de campo no homogéneas, es decir, intensidades de campo que aumentan y disminuyen en relación con la circunferencia del anillo, tienen un efecto positivo correspondiente sobre la eficacia y el rendimiento global del sistema de reacción electrolítica.
Además, pueden proporcionarse las medidas técnicas según la reivindicación 20. Ventajosamente, la disposición de electrodos o sus electrodos tienen o cumplen las propiedades de un núcleo magnético, en particular un núcleo metálico, para la bobina cilíndrica hueca. El flujo magnético que fluye a través de la cámara de recepción o de la cámara de reacción interior está sujeto a un cambio con el tiempo y, por lo tanto, conduce a la inducción electromagnética en o sobre los electrodos. Dado que los electrodos individuales están dispuestos en posiciones radiales de diferente diámetro, se generan diferentes potenciales eléctricos que pueden favorecer el proceso de electrólisis.
[0054] Una realización según la cual una longitud axial de la bobina electromagnética cilíndrica hueca corresponde al menos aproximadamente a una longitud vertical de la disposición de electrodos también es conveniente, ya que esto permite que se establezca la interacción electromagnética más intensa posible entre la disposición de electrodos y la bobina cilíndrica hueca que encierra la disposición de electrodos en el exterior.
En la reivindicación 21 también se da un perfeccionamiento ventajoso. De este modo se garantiza una desgasificación lo más intensa posible del electrolito, cuyo dispositivo de desgasificación se coloca ventajosamente en particular después del flujo a través de la disposición de electrodos. Esto puede aumentar aún más la eficacia y el rendimiento del sistema de reacción electrolítica.
Una realización ventajosa del dispositivo de desgasificación se da en la reivindicación 22. Esto permite construir de forma sencilla pero eficaz una película líquida relativamente fina o una capa de electrolito distribuida en una gran superficie, lo que favorece la separación de las burbujas de gas del electrolito. El dispositivo de desgasificación correspondiente puede instalarse fácilmente y, por lo tanto, de forma rentable. Además, no es necesario un suministro de energía independiente para hacer funcionar este dispositivo de desgasificación, ya que el electrolito puede drenar hacia abajo por gravedad.
De acuerdo con perfeccionamiento según la reivindicación 23, es posible usar toda la sección circunferencial del recipiente receptor o del recipiente electrolítico y lograr así la desgasificación más intensa posible del electrolito.
Las medidas adicionales según la reivindicación 24 se pueden usar para crear una pluralidad de secciones de gradiente creciente y decreciente para el electrolito, lo que puede provocar la mezcla del electrolito y mejorar así adicionalmente el efecto de desgasificación del dispositivo de desgasificación.
Para una mejor comprensión de la invención, ésta se explica más detalladamente con referencia a las figuras siguientes. Las formas de realización mostradas en las Figuras 1-10 constituyen configuraciones no de acuerdo con la invención.
En cada una de ellas se muestra una representación esquemática muy simplificada:
Fig. 1 un diagrama esquemático de una forma de realización del sistema de reacción electrolítica, que ilustra una serie de opciones técnicas de formas realización y perfeccionamiento;
Fig. 2 una vista en perspectiva de una primera forma de realización del sistema de reacción electrolítica;
Fig. 3 una ilustración de una disposición de electrodos con electrodos en forma de estrella, en abanico y en forma de placa en una vista en planta;
Fig. 4 otra forma de realización de una disposición de electrodos en forma de estrella que comprende electrodos en forma de placa con una sección transversal en forma de cuña o de sector, en una vista en planta;
Fig. 5 una forma de realización de una bobina electromagnética tal como se usa en el sistema de reacción electrolítica;
Fig. 6 otra forma de realización de un sistema de reacción electrolítica en sección longitudinal;
Fig. 7 el sistema de reacción electrolítica según la Fig. 6, cortado según las líneas VII - VII de la Fig. 6;
Fig. 8 otra forma de realización de una disposición de electrodos dentro de un sistema de reacción electrolítica en una vista en planta;
Fig. 9 otra forma de realización de una bobina electromagnética tal como se puede usar en el sistema de reacción electrolítica;
Fig. 10 otra forma de realización del sistema de reacción electrolítica;
Fig. 11 una disposición de electrodos en una sección vertical simplificada, que tiene electrodos tubulares con superficies de electrodos alineadas en ángulo o inclinadas entre sí.
A modo de introducción, cabe señalar que en las diversas formas de realización descritas, a las partes iguales se les proporcionan los mismos símbolos de referencia o las mismas designaciones de componentes, por lo que las divulgaciones contenidas en toda la descripción se pueden transferir de forma análoga a las mismas partes con los mismos símbolos de referencia o las mismas designaciones de componentes. Los detalles de posición seleccionados en la descripción, como superior, inferior, lateral, etc., también se refieren a la figura directamente descrita e ilustrada y deben transferirse a la nueva posición en consecuencia si se cambia la posición. Además, las características individuales o combinaciones de características de las diversas realizaciones mostradas y descritas también pueden constituir soluciones inventivas independientes o soluciones según la invención.
Todas las indicaciones de intervalos de valores en la presente descripción deben entenderse que incluyen todos y cada uno de sus intervalos parciales, por ejemplo, la indicación de 1 a 10 debe entenderse que incluye todos los intervalos parciales, empezando por el límite inferior 1 y el límite superior 10, es decir, todos los intervalos parciales empiezan con un límite inferior de 1 o mayor y terminan en un límite superior de 10 o menor, por ejemplo, de 1 a 1,7 o de 3,2 a 8,1 o de 5,5 a 10.
La Fig. 1 muestra un diagrama esquemático de una forma de realización del sistema de reacción electrolítica 1 con respecto a su estructura técnica básica. Se hace constar expresamente que no todas las medidas ilustradas en el mismo forman parte del objeto de la invención. Por supuesto, algunas de las medidas de formación y de proceso mostradas en la Fig. 1 también pueden transferirse a los ejemplos de realización descritos a continuación.
El sistema de reacción electrolítica 1 especificado se usa para producir hidrógeno y oxígeno gaseosos mediante el proceso de electrólisis. En particular, durante el funcionamiento del sistema de reacción electrolítica 1, un electrolito, en particular agua, o un electrolito acuoso, en particular una mezcla de agua y un aditivo que aumenta su conductividad, tal como el ácido sulfúrico, se disocian mediante un proceso electrolítico para dar hidrógeno gaseoso y oxígeno gaseoso o se convierten en una mezcla gaseosa correspondiente.
Tal como es conocido per se, un sistema de reacción electrolítica 1 de este tipo comprende al menos una cámara de reacción 2 para recibir o almacenar un electrolito acuoso o a base de agua, así como al menos una disposición de electrodos 3, que está formada por una pluralidad de electrodos anódicos y catódicos.
La cámara de reacción 2 está formada preferentemente por un recipiente receptor 4 cilíndrico sustancialmente hueco, en el que se dispone al menos una disposición de electrodos 3. Según una primera forma de realización, esta disposición de electrodos 3 está constituida por una pluralidad de electrodos 5, 6 en forma de estrella y en abanico. Las placas de electrodos 5, 6 vecinas forman alternativamente un cátodo y un ánodo. La polaridad sucesiva y alterna de los electrodos individuales 5, 6 para formar cátodos y ánodos sucesivos es conocida en los sistemas electrolíticos. En lugar de los electrodos en forma de estrella, en abanico o en forma de placa 5, 6, también es posible, según otra forma de realización, usar electrodos en forma de cuerpo hueco, en particular electrodos prismáticos o electrodos tubulares, tal como se describe a continuación.
En esta forma de realización con placas de electrodos 5, 6 desplegadas en abanico en forma de estrella o corriendo como rayos, un eje de abanico virtual 7 de esta disposición de electrodos 3 está esencialmente alineada o posicionada en un eje de cilindro o vertical virtual 8 o esencialmente congruente con el eje de cilindro o vertical 8 del recipiente receptor 4, tal como se puede ver en una vista combinada de las Figs. 2 y 3. Los electrodos individuales en forma de placa 5, 6 están alineados verticalmente, es decir, las caras planas de las placas de electrodos individuales 5, 6 están alineadas como paredes y separadas entre sí por una distancia relativamente estrecha de 0,5 mm a 15 mm, preferentemente de 1 mm a 5 mm. El grosor de los electrodos en forma de placa 5, 6 es de 0,1 mm a 5 mm, preferentemente de 1 mm.
Tal como se puede ver mejor en la Fig. 3, hay una distancia variable 9, 9' entre placas de electrodos vecinas 5, 6 de la disposición de electrodos 3 en forma de estrella o de abanico. Esta distancia variable 9, 9' entre placas de electrodos 5, 6 directamente vecinas resulta del curso en forma de estrella o de abanico de los electrodos individuales en forma de placa 5, 6 en relación con un eje de abanico virtual común 7 de esta disposición de electrodos 3. En particular, las placas de electrodos individuales 5, 6 se extienden desde el eje de abanico común y virtual 7 en dirección radial al eje de abanico 7. De este modo, los electrodos 5, 6 están alineados en forma de V cuando se ven desde arriba, tal como se muestra en la Fig. 3. Esto significa que existe un ángulo de dispersión 10 entre placas de electrodos 5, 6 directamente adyacentes, en particular un ángulo denominado de punto central o una dimensión de grado a, que depende del número de pares de placas de electrodos 5, 6 dispuestas en círculo o en haz alrededor del eje del abanico 7, como se puede ver claramente en la Fig. 3. Esta disposición en forma de estrella de las respectivas placas de electrodos 5, 6 y las distancias variables 9, 9' resultantes en función de la distancia al eje del ventilador 7, favorece la eficacia del proceso de electrólisis. En particular, por medio de la distancia variable 9, 9' o el ángulo de dispersión definido 10 entre las placas de electrodos vecinas 5, 6, se pueden tener mejor en cuenta las diferentes calidades del agua o las diferentes conductividades del electrolito. En particular, también se puede llevar a cabo un proceso de electrólisis muy eficaz o potente si existen calidades de agua diferentes o que fluctúan o derivan gradualmente o si su conductividad es diferente. Esto significa que la configuración en forma de estrella especificada es relativamente insensible a la variación de la calidad del agua o a los cambios de conductividad u otras propiedades físicas que cambian durante la duración o la progresión del proceso de electrólisis. Además, estas medidas favorecen o apoyan la desgasificación de los productos de la electrólisis, en particular hidrógeno y oxígeno, a partir de la disposición de electrodos 3. El resultado es un mayor rendimiento o una mayor producción de electrólisis en un periodo de tiempo definido. Según una realización practicable, la distancia 9 entre electrodos vecinos 5, 6 en una sección extrema más cercana al eje del ventilador 7 es de aprox. 0,6 mm y la distancia 9' en la sección extrema que está orientado hacia fuera del eje del ventilador 7 es de aprox. 4 mm.
Vista desde arriba, la disposición de electrodos en forma de estrella 3 es preferentemente circular en cuanto a su perímetro. Sin embargo, también es concebible un contorno poligonal. Según una configuración especialmente práctica, la disposición de electrodos 3 en forma de estrella o de abanico es circular en planta, como puede verse mejor en la Fig. 3. En particular, puede formarse un espacio libre cilíndrico o tubular 11 alrededor del eje del ventilador 7, que se puede llenar completamente con el electrolito y/o puede funcionar al menos parcialmente como un espacio de salida o como un canal de desbordamiento o drenaje para el exceso o el desbordamiento de líquido electrolítico o para la espuma electrolítica, tal como se explicará con más detalle a continuación. Esto significa que las placas de electrodos individuales 5, 6 se abren preferentemente en abanico o se disponen en sucesión alrededor del eje del abanico 7 manteniendo una separación radial definida 12 y se orientan radialmente respecto al eje del abanico 7, como puede verse mejor en la Fig. 3. En conjunto, una disposición de electrodos 3 configurada de este modo forma un cuerpo cilíndrico esencialmente hueco, como puede verse en una vista combinada de las Figs. 2 y 3. Este cuerpo de electrodo cilíndrico hueco tiene un gran número de placas de electrodo 5, 6 de polarización diferente, que están dispuestas en capas como láminas, pero espaciadas entre sí, y que discurren como una valla o haz alrededor del eje común del cilindro o abanico 7. En la vista en planta, los electrodos individuales en forma de placa 5, 6 representan los rayos imaginarios de la disposición de electrodos en forma de estrella 3 que parten del eje del ventilador 7.
Las placas de electrodos individuales 5, 6 tienen un grosor o una resistencia uniforme o constante en relación con los lados planos opuestos de los electrodos de placa. En lugar de formar electrodos 5, 6 en forma de placa, también es posible formar electrodos 5, 6 esencialmente circulares en forma de sector, en particular ánodos y cátodos circulares en forma de sector, tal como se muestra esquemáticamente y a modo de ejemplo en la Fig. 4.
Estos electrodos 5, 6, que tienen forma de sector circular en planta o en sección transversal, también están dispuestos alrededor de un eje de abanico común 7. Los electrodos circulares individuales en forma de sector 5, 6 están dispuestos preferentemente a una distancia radial 12 del eje del ventilador 7. También en este caso se ha previsto una disposición en estrella o en abanico de las placas de electrodos 5, 6, que tienen forma de sector circular o aproximadamente circular en sección transversal - tal como se muestra en la Fig. 4. Por lo tanto, esta disposición de electrodos 3 también tiene una forma de cuerpo esencialmente cilíndrico-hueco, después de que se proporcione preferentemente una holgura cilíndrica o tubular 11 alrededor del eje de abanico virtual o imaginario 7. Sin embargo, a diferencia de la forma de realización mostrada en la Fig. 3, una distancia 9 entre electrodos vecinos 5, 6 permanece constante o aproximadamente constante en relación con diferentes distancias radiales desde el eje del ventilador 7, como puede verse en la Fig. 4.
En la dirección axial del eje virtual de cilindro o vertical 8, es decir, en la dirección axial del eje vertical del recipiente receptor 4, se dispone preferentemente al menos una bobina electromagnética 13 por encima y/o por debajo de la disposición de electrodos 3, que está configurada en forma de estrella. El campo electromagnético generado por esta bobina electromagnética 13 mediante la aplicación de energía eléctrica actúa sobre el electrolito y también sobre la disposición de electrodos 3 en la cámara de reacción 2. Esto significa que la bobina 13 está dispuesta o dimensionada de tal forma que las líneas de campo del campo electromagnético intersecan o influyen en el electrolito y también en los electrodos anódicos y catódicos 5, 6 de la disposición de electrodos 3.
Preferentemente, la al menos una disposición de electrodos 3 está completamente sumergida en el electrolito, que preferentemente está formado por agua o por una solución acuosa. Preferentemente, sin embargo, la al menos una bobina electromagnética 13 también está dispuesta por debajo de un nivel de líquido regular o mínimo 14 para el electrolito. Esto significa que, preferentemente, la bobina electromagnética 13 para generar un campo electromagnético también está sumergida en el electrolito al menos en su mayor parte, preferentemente por completo. Esto es importante para poner el electrolito y, al menos indirectamente, los electrodos anódicos y catódicos 5, 6 en oscilación o en vibración de alta frecuencia y, de este modo, favorecer o acelerar el desprendimiento de burbujas de gas en los electrodos 5, 6 y la desgasificación de las burbujas de hidrógeno u oxígeno del electrolito líquido. En particular, el campo electromagnético de la al menos una bobina 13 hace que los electrodos anódicos y catódicos 5, 6 de la disposición de electrodos 3 vibren mecánicamente de tal manera que se favorece el desprendimiento de burbujas de gas, en particular las respectivas burbujas de oxígeno e hidrógeno, producidas en los electrodos anódicos y catódicos 5, 6. Además, el campo electromagnético de la al menos una bobina electromagnética 13 provoca la ionización y la amplificación o intensificación del proceso electrolítico.
Los electrodos anódicos y catódicos 5, 6 consisten en un material ferromagnético, en particular en un material que puede ser influenciado por campos magnéticos, tales como metales ferrosos y/o metales preciosos, por ejemplo el llamado acero inoxidable Nirosta, o en otro acero inoxidable. Las oscilaciones mecánicas de alta frecuencia de la bobina electromagnética 13, que tienen una amplitud relativamente baja, intensifican o aceleran la separación de gases en los electrodos 5, 6. Como resultado, la superficie efectiva de los electrodos 5, 6 se mantiene lo más alta posible en relación con el electrolito, de modo que la eficacia o productividad del proceso electrolítico o de las superficies de los electrodos 5, 6 se mantiene alta o se maximiza. Esto acelera el proceso de electrólisis y mejora o maximiza el proceso de descomposición en relación con un periodo de tiempo definido. Esto significa que se puede mejorar o aumentar el rendimiento electrolítico o el rendimiento de disociación del sistema de reacción electrolítica 1. En particular, las medidas mencionadas aumentan el trabajo de conversión o de disociación realizado por unidad de tiempo, de tal modo que incluso con sistemas de reacción 1 de volumen relativamente pequeño o de construcción compacta, pueden alcanzarse elevadas producciones de hidrógeno y oxígeno gaseosos o en relación con una mezcla gaseosa correspondiente. El sistema de reacción electrolítica 1 especificado tiene, por lo tanto, una alta reactividad o velocidad de reacción. La bobina electromagnética 13, sumergida al menos parcialmente en el electrolito, ofrece un efecto de sinergia, ya que, por una parte, provoca la ionización y, por otra, actúa como generador de oscilaciones para el electrolito o para los electrodos 5, 6.
Según una realización alternativa o un perfeccionamiento ventajosos, otra disposición de electrodos 3' que comprende una pluralidad de electrodos anódicos y catódicos 5, 6 está dispuesta por encima de la al menos una bobina electromagnética 13. Esta otra disposición de electrodos 3', que está dispuesta por encima de la bobina electromagnética 13, también está preferentemente de manera completa, en particular lo más completamente posible, sumergida en el electrolito líquido, en particular acuoso, dentro de la cámara de reacción 2.
Como se indica en la Fig. 1 a modo de ejemplo y esquemáticamente o en principio, los campos electromagnéticos de la bobina electromagnética energizada 13 tienen un efecto vibratorio sobre los electrodos 5, 6 de la disposición de electrodos 3, 3' dispuestos por debajo y/o por encima, respectivamente de la bobina electromagnética 13 a la que se ha aplicado energía también, o bien actúan sobre el electrolito con vibraciones u oscilaciones, de tal modo que se favorece o intensifica el desprendimiento de burbujas de gas de los electrodos 5, 6 o el ascenso de burbujas de gas en el electrolito.
Alternativamente, también es concebible formar la bobina electromagnética 13 debajo de la disposición de electrodos 3, en particular disponerla en la sección inferior de la cámara de reacción 2 o del recipiente receptor 4 que contiene el electrolito.
Preferentemente, la disposición de electrodos 3 está dispuesta a una distancia vertical de la sección base o de la placa base de la cámara de reacción 2. Como resultado, un volumen definido de electrolito está presente debajo de la disposición de electrodos 3 o una cierta cantidad de electrolito puede acumularse debajo de la disposición de electrodos y se puede formar un canal de flujo cerca del fondo debajo de la disposición de electrodos 3. Una bobina electromagnética 13' colocada en dirección axial al cilindro o al eje vertical 8 por debajo de la disposición de electrodos 3 está preferentemente también distanciada de la sección inferior de la cámara de reacción 2 para permitir una acumulación de flujo en el electrolito dentro de la disposición de electrodos 3, empezando desde la sección inferior en dirección vertical hacia arriba, en particular en dirección al espacio de gas del sistema de reacción electrolítica 1.
Según una forma de realización ventajosa, como puede verse en una vista combinada de las Figuras 1 y 5, la al menos una bobina electromagnética 13 tiene esencialmente forma de anillo en una vista en planta. Un centro o un punto medio 15 de esta bobina electromagnética toroidal 13 se encuentra en o cerca del eje de cilindro o vertical 8 del recipiente receptor 4 o en o cerca del eje de abanico 7 de la disposición de electrodos 3. Esto significa que el plano central 16 de la bobina 12, esencialmente en forma de disco, está alineado transversalmente, en particular en ángulo recto con respecto al eje de cilindro o vertical 8 o en ángulo recto con respecto al eje del ventilador 7, tal como se puede ver mejor en la Fig. 1.
Preferentemente, un cuerpo de enrollamiento 17 de la bobina 13 tiene forma de anillo o de toroide. Este cuerpo de enrollamiento 17 está preferentemente hecho de un material no magnetizable, en particular plástico o similar. Esto significa que la bobina electromagnética 13 está realizada preferentemente sin núcleo de hierro, en particular como bobina con núcleo de aire. Este cuerpo de arrollamiento 17 lleva al menos un arrollamiento de bobina 18, que consiste en una pluralidad de arrollamientos, en particular cientos o miles de arrollamientos, que se enrollan alrededor del cuerpo de arrollamiento 17. Sin embargo, en lugar de formar un cuerpo de arrollamiento 17, también es posible hacer que el al menos un arrollamiento de la bobina 18 sea autoportante, es decir, sin formar un cuerpo de arrollamiento 17 y, por lo tanto, cuasi inherentemente estable.
Los devanados individuales del arrollamiento de la bobina 18 están orientados radialmente o sustancialmente de manera radial con respecto a la bobina anular 13. En particular, los arrollamientos individuales discurren en círculo o se enrollan alrededor del cuerpo de arrollamiento 17 en forma de perla, tal como puede verse mejor en la Fig. 5. Según una forma de realización preferente, cuatro arrollamientos parciales 19, 19', 19", 19" están distribuidos alrededor de la circunferencia del cuerpo de arrollamiento 17 o de la bobina 13 y cada uno de ellos está arrollado a una distancia uno del otro. Los devanados parciales individuales 19-19" están conectados en serie. Preferentemente, se forma un espacio de bobinado 20, 20', 20" entre los bobinados parciales individuales 19-19".
Según un perfeccionamiento ventajoso, se forman tres devanados de bobina, cada uno desplazado 45° con respecto al eje de la bobina o al centro o al punto medio 15 y enrollados uno encima del otro. En particular, esto forma un devanado de bobina 18 de al menos tres capas, cuyas distancias de devanado 20, 20', 20" se suceden o están desplazadas entre sí en la dirección circunferencial de la bobina toroidal 13.
Según una forma de realización ventajosa, la al menos una bobina electromagnética 13 está unida a la disposición de electrodos 3 de manera que soporte la carga o está soportada con respecto a la disposición de electrodos 3 de manera que soporte la carga. Esto significa, por ejemplo, que la al menos una bobina electromagnética 13 no está unida mecánicamente de forma directa a la cámara de reacción 2, sino lo más directamente posible a la disposición de electrodos 3. De este modo se consigue una transmisión de vibraciones lo más intensa posible a la disposición de electrodos 3. En la configuración mostrada en la Fig. 2, la bobina electromagnética 13 se aloja en un elemento de sujeción cónico hueco o en forma de embudo, que se apoya en la parte superior de la disposición de electrodos 3. Esto transmite oscilaciones mecánicas o vibraciones de la bobina electromagnética 13 a la disposición de electrodos 3 y viceversa. En la forma de realización mostrada en las Figs. 6, 7, la al menos una bobina electromagnética 13 está fijada o apoyada en la parte superior de la disposición de electrodos 3 de forma que soporte la carga mediante un soporte o un dispositivo de sujeción similar a una pinza.
Los electrodos 5, 6 están convenientemente soportados o montados de manera que puedan oscilar tan libremente como sea posible en el baño electrolítico. Para ello es favorable un montaje o un cojinete unilateral o de lengüeta. Alternativamente, es concebible que los electrodos 5, 6 puedan montarse en un máximo de dos secciones de borde o caras extremas opuestas de los electrodos 5, 6, tal como se ilustra en la Fig. 2.
Los electrodos anódicos y catódicos individuales 5, 6 de la disposición de electrodos 3 reciben energía eléctrica de una primera fuente de energía eléctrica 21 de una manera conocidaper se.La primera fuente de energía 21 está preferentemente configurada para suministrar energía pulsada a los electrodos anódicos y catódicos 5, 6.
La al menos una bobina electromagnética 13 es alimentada con energía eléctrica por otra fuente de energía eléctrica 22. Preferentemente, la fuente de energía eléctrica adicional 22 está configurada para suministrar energía pulsante a la al menos una bobina electromagnética 13.
Preferentemente, la primera fuente de energía 21 y la fuente de energía adicional 22 suministran cada una de ellas a los electrodos 5, 6 y a la bobina 13 un voltaje de<c>C pulsante con amplitud variable y pausas de pulsos definidas entre los pulsos individuales de voltaje o energía. Las fuentes de energía 21, 22 están formadas preferentemente por convertidores de energía eléctrica, en particular por circuitos convertidores o por generadores de señales, como son bien conocidos en la técnica anterior. Las respectivas fuentes de energía 21, 22 se alimentan con energía eléctrica de una red pública de suministro de energía o, preferentemente, de una fuente de tensión continua, en particular de una fuente de tensión electroquímica, tal como un acumulador. Preferentemente, el proveedor de energía eléctrica para las fuentes de energía 21, 22 está formado por un acumulador, en particular por al menos un acumulador de plomoácido con una tensión en bornes de 12V o 24V. En particular, el proveedor de energía puede ser el sistema eléctrico de 12 V/24 V de un vehículo de motor.
Según una medida ventajosa, una frecuencia de energía de la primera fuente de energía 21 para suministrar energía a los electrodos anódico y catódico 5, 6 se selecciona en comparación con una frecuencia de energía de la segunda fuente de energía 22 para suministrar energía a la al menos una bobina electromagnética 13, de manera que el sistema de reacción electrolítica 1 funcione al menos temporalmente cerca de o a su frecuencia de resonancia. En particular, las respectivas frecuencias de energía de la primera fuente de energía 21 y de la fuente de energía adicional 22 están sintonizadas entre sí de tal manera que el sistema electrolítico funciona en un estado resonante o cuasi resonante y, por lo tanto, proporciona una descomposición química altamente eficiente o altamente eficaz del electrolito en hidrógeno y oxígeno gaseosos. Entre otras cosas, esto influye significativamente en el alcance y la eficacia del desprendimiento de las respectivas burbujas de gas de los electrodos anódico y catódico 5, 6. En particular, el efecto de los campos eléctricos o electromagnéticos en la cámara de reacción 2 favorece o acelera el proceso de disociación electrolítica. Por otra parte, el acoplamiento electromagnético de fuerzas u oscilaciones en el electrolito y/o en los electrodos metálicos, en particular ferromagnéticos, 5, 6 genera una vibración u oscilación que favorece la separación de los gases y, por lo tanto, el proceso de descomposición o disociación.
La frecuencia de impulsos de la primera fuente de energía 21 para alimentar los electrodos anódico y catódico 5, 6 es muchas veces superior a la frecuencia de impulsos o de energía de la segunda fuente de energía 22 para alimentar la al menos una bobina electromagnética 13. En comparación con la frecuencia de suministro de la segunda fuente de energía 22, la frecuencia de suministro de la primera fuente de energía 21 es de al menos cien veces a aproximadamente diez mil o cien mil veces, preferentemente aproximadamente mil veces. La relación de frecuencia entre la alimentación eléctrica de la disposición de electrodos 3 y la alimentación eléctrica de la al menos una bobina electromagnética 13 es, por lo tanto, preferentemente de aproximadamente 1000:1. Por ejemplo, la frecuencia de energía para la bobina 13 es de aproximadamente 30 Hz y la frecuencia de energía para los electrodos anódico y catódico 5, 6 es de aproximadamente 30 kHz. Por supuesto, también se pueden establecer o generar otros valores de base o frecuencia en las fuentes de energía 21,22.
Un nivel de tensión de la primera fuente de energía 21 para alimentar los electrodos anódico y catódico 5, 6 puede ser de varios 100 V.
Los respectivos valores de tensión o de frecuencia dependen principalmente de la disposición estructural y de las dimensiones geométricas de los respectivos componentes dentro de la cámara de reacción 2 y se pueden ajustar o adaptar empíricamente o en el ámbito de los conocimientos profesionales.
Según una forma de realización ventajosa, al menos una abertura de alimentación 23 para el llenado y/o el rellenado continuo o discontinuo de líquido electrolítico está dispuesta en la sección inferior de la cámara de reacción 2, en particular del volumen de electrolito o del recipiente receptor 4 para el electrolito. El electrolito que se suministra o puede suministrarse en la sección inferior, en particular en la sección inferior del baño electrolítico, provoca turbulencias o remolinos del líquido electrolítico, lo que favorece o acelera ventajosamente el desprendimiento de burbujas de gas en los electrodos anódicos y catódicos 5, 6.
Alternativamente o en combinación con esto, en la cámara de reacción 2, en particular en el recipiente receptor 4 para el electrolito, se puede montar al menos un medio 24 para hacer girar el electrolito, en particular para crear un flujo en el electrolito, por ejemplo un flujo turbulento. Este medio de turbulencia 24 puede estar formado por cualquier medida conocida de la técnica anterior para generar flujos o turbulencia en un baño líquido. Una forma de realización ventajosa prevé que los medios 24 de agitación del electrolito estén constituidos por boquillas 25 de entrada y/o de salida del electrolito hacia la cámara de reacción. Preferentemente, se proporcionan una pluralidad de boquillas de entrada y/o de salida 25 para el electrolito, que preferentemente están asociadas al receptáculo 4 para el electrolito. Dependiendo de la turbulencia deseada o de la distribución de las fuerzas de turbulencia respectivas, el número de estas toberas de entrada y/o de salida 25 puede variar enormemente dentro del ámbito de los requisitos respectivos. También dependiendo del diámetro de estas boquillas de entrada y/o de salida 25, pueden formarse preferentemente al menos dos o incluso cientos de dichas boquillas de entrada y/o de salida 25 en la zona de la base del recipiente receptor 4 para el electrolito. Según un perfeccionamiento ventajoso, al menos los ejes de acción individuales de una pluralidad de boquillas de entrada y/o de salida 25 están inclinados con respecto a la sección de base. En particular, los ejes de acción de las toberas de entrada y/o de salida 25 pueden alinearse en ángulo con respecto al eje de cilindro o vertical 8 de la cámara de reacción 2, con el fin de crear una turbulencia íntima o un flujo de gran alcance en el baño electrolítico, que favorezca la evacuación de las burbujas de hidrógeno o de oxígeno de los electrodos anódicos y catódicos 5, 6 o del interior del electrolito en dirección ascendente hacia la zona de desgasificación, en particular hacia un espacio gaseoso 26 de la cámara de reacción 2.
En lugar de una turbulencia o de un flujo en el electrolito impuesto por la introducción de líquido o gas, por supuesto también es posible formar los medios 24 para turbulencia del electrolito mediante al menos un agitador que esté sumergido en el líquido electrolítico. Según una medida ventajosa, los medios 24 para forzar un flujo en el electrolito están configurados de tal manera que se establece un flujo aproximadamente helicoidal alrededor del eje de cilindro o vertical 8 del recipiente receptor 4 o de la cámara de reacción 2, en el que una dirección de propagación de este flujo helicoidal se extiende desde la sección inferior del electrolito en la dirección de la superficie del baño electrolítico.
Según una forma de realización ventajosa, se proporciona al menos un borde de desbordamiento 27 en la cámara de reacción 2, que está configurado para limitar un nivel máximo de líquido 28 del electrolito. Según una forma de realización ventajosa, este al menos un borde de desbordamiento 27 está formado por al menos un borde límite superior 29 de un recipiente de electrolito 30 cilíndrico hueco o prismático hueco. Este recipiente de electrolito 30 tiene preferentemente un eje de cilindro alineado verticalmente 31, que preferentemente coincide o al menos se solapa aproximadamente con el cilindro o eje vertical 8 de la cámara de reacción 2. El al menos un borde de desbordamiento 27 puede estar formado alternativa o adicionalmente al borde límite superior 29 del recipiente de electrolito 30 por al menos un orificio u otra abertura en la carcasa del recipiente de electrolito 30. Preferentemente, sin embargo, la sección superior del recipiente de electrolito 30 está diseñada para ser lo más abierta posible, en particular abierta en toda el área de la sección transversal, con el fin de favorecer también una buena separación o descarga de una espuma 32 que suele formarse durante el proceso de electrólisis, en particular una corona de espuma que se forma sobre el electrolito. En particular, si el nivel del líquido o de electrolito está al mismo nivel que el borde de desbordamiento 37, se consigue una descarga eficaz de la espuma 32 en el electrolito. Un nivel de llenado inicial 33 del electrolito está de manera preferente ligeramente por debajo del borde de desbordamiento 27. Durante un proceso electrolítico activo, el volumen del electrolito aumenta notablemente, debido principalmente a la formación de burbujas de gas en el electrolito. Esto significa que durante el funcionamiento del sistema de reacción electrolítica 1, el nivel de electrolito en la cámara de reacción 2, en particular en el recipiente receptor o de electrolito 4, 30 aumenta. Así, un nivel de llenado inicial 33 para el electrolito se fija preferentemente por debajo del borde de desbordamiento 27 del recipiente de electrolito 30. En cualquier caso, el borde de desbordamiento 27 define el nivel máximo posible de electrolito en la cuba de electrolito 30. Cuando se alcanza o supera este nivel máximo de electrolito, se consigue una descarga eficaz de la espuma electrolítica o del cabezal de espuma.
Según el ejemplo de realización ilustrado, la descarga de la corona de espuma o de la espuma 32 o también del líquido electrolítico desbordante o sobrante tiene lugar partiendo de la zona central del recipiente de electrolito 30 en dirección hacia el exterior, en particular en dirección radial al eje vertical o eje de cilindro 8, 31. Según una forma de realización alternativa o combinatoria, también es posible descargar la espuma 32 o el electrolito que fluye sobre el al menos un borde de desbordamiento 27 en un canal de descarga 34 dispuesto en la región central del recipiente de electrolito 30, como se indica mediante líneas de puntos. En este canal de drenaje 34 dispuesto centralmente, el electrolito o la espuma de electrolito desbordante que se derraman por el borde de desbordamiento 27' pueden ser drenados hacia abajo y, preferentemente, canalizarse de vuelta al recipiente de electrolito 30, tal como se explica con más detalle a continuación.
Preferentemente, en la sección inferior de la cámara de reacción 2 hay formada una sección colectora 35 para el electrolito o la espuma de electrolito que fluye por el borde de desbordamiento 27. Esta sección colectora 35 se extiende sobre una cierta altura vertical de la cámara de reacción 2 e impide o reduce un escape de los gases obtenidos electrolíticamente de una abertura de salida 36, que sirve para la descarga controlada del electrolito de la cámara de reacción 2. Esta sección colectora 35 puede estar formada por un determinado nivel de electrolito en la sección inferior de la cámara de reacción 2 o por otra barrera de gas en forma de sifón. La sección colectora 35 o el sifón de líquido correspondiente se encargan principalmente de que la cámara de reacción 2 sea lo más estanca posible al gas, o de que se impida en la medida de lo posible un escape o extracción de gas hidrógeno y oxígeno a través de una abertura de salida 36 para el electrolito situada cerca del fondo. La sección colectora 35, por ejemplo en forma de sifón, para el líquido electrolítico que fluye por el borde de rebose 27 o para la espuma electrolítica separada, cierra así la abertura de salida 36 de forma relativamente estanca al gas, mientras que es posible una descarga controlada del líquido electrolítico de la cámara de reacción 2 a través de la al menos una abertura de salida 36. En particular, debe garantizarse que exista o se acumule un cierto nivel de líquido dentro de la sección colectora 35 para conseguir una barrera de gas suficientemente estanca.
El nivel de líquido en la sección colectora 35 es preferentemente inferior al nivel de llenado regular 33 para el electrolito dentro del contenedor de electrolito 30. Tal como se muestra, la sección colectora 35 puede formarse alrededor del recipiente de electrolito 30 o, si el electrolito sobrante se introduce centralmente en un canal de drenaje 34 dispuesto centralmente, puede disponerse en la zona central del recipiente de electrolito 30, tal como se muestra en la variante de realización representada en líneas de puntos. Como alternativa, por supuesto, también puede realizarse una acumulación externa e interna combinada, o una acumulación de electrolito en cascada, para la separación y desgasificación de la espuma de electrolito o del líquido electrolítico mediante al menos una sección colectora 35 para el líquido electrolítico.
Además, es conveniente proporcionar al menos un retorno 37 para la porción de electrolito que ha fluido sobre el borde de desbordamiento 27 del recipiente receptor o de electrolito 4, 30. Mediante esta recirculación 37, el electrolito se reintroduce al menos en el recipiente de electrolito cilíndrico hueco o prismático hueco 30 o en la cámara de reacción 2. Preferentemente, en el interior del al menos un conducto de retorno 37 del electrolito se dispone también un depósito de líquido 38, en particular un depósito de agua 39, en el que se mantiene en reserva o tamponada una cierta cantidad de electrolito, en particular de electrolito líquido en forma de agua. A partir de este depósito de líquido 38, el líquido electrolítico se alimenta de forma continua o discontinua al proceso electrolítico dentro de la cámara de reacción 2. El al menos un retorno 37 discurre virtualmente a través o a través del depósito de líquido 38. Esto significa, por un lado, que el retorno 37 se abre hacia el depósito de líquido y, por otro lado, que el retorno 37 se continúa desde el depósito de líquido 38 de vuelta en dirección a la cámara de reacción 2 para conseguir una afluencia o un rellenado con respecto al líquido electrolítico en el recipiente receptor o electrolítico 4, 30. Este circuito electrolítico 41 entre la cámara de reacción 2 y el depósito de líquido 38 o el depósito de agua 39 es comparable en términos hidráulicos a los conductos de alimentación y retorno de los sistemas de alimentación de combustible de los motores de combustión interna.
En el retorno 37 puede disponerse al menos un dispositivo de filtrado 40 para filtrar residuos, en particular impurezas en el electrolito o en el agua tratada electrolíticamente. Para establecer un circuito activo o forzado de agua o electrolito 41, puede integrarse al menos una bomba de líquido 42 en el conducto de retorno 37 o en el conducto de alimentación del electrolito en relación con la cámara de reacción 2. Es conveniente que el retorno 37 sirva también como dispositivo de refrigeración 43 para el electrolito o que comprenda un dispositivo de refrigeración 43. Este dispositivo de refrigeración 43 puede estar formado por las conexiones de línea de la recirculación 37per sey/o por intercambiadores de calor adicionales, en particular por intercambiadores aire/líquido, tales como aletas de refrigeración.
Estos intercambiadores de calor 44 o aletas de refrigeración pueden formarse en el sistema de tuberías y/o en el depósito de líquido 38 o el depósito de agua 39. Según una forma de realización preferente, el dispositivo de enfriamiento 43 está dimensionado, o la recirculación 37 está dimensionada, de tal manera que la temperatura del electrolito se mantiene en un intervalo comprendido entre 20 °C y 60 °C, en particular en un intervalo comprendido entre 28 °C y 50 °C, preferentemente entre 35 °C y 43 °C. Un proceso de electrólisis optimizado o relativamente eficaz tiene lugar, en particular, en el último intervalo de temperatura del electrolito. En particular, en este rango de temperaturas sólo se necesita una cantidad o una potencia de energía eléctrica relativamente pequeñas. Por supuesto, el dispositivo de refrigeración 43 también puede estar formado por otros dispositivos de refrigeración de acción pasiva y/o activa, tales como los conocidos en numerosas realizaciones de la técnica anterior.
Según una forma de realización ventajosa, el sistema de reacción electrolítica 1 tiene así un flujo de entrada 45 continuo o discontinuo y un flujo de salida 46 para el electrolito. En particular, este flujo de entrada 45 y de salida 46 del electrolito crea o acumula un intercambio o una reposición gradual en función del tiempo del electrolito que comprende agua o está formado por agua en la cámara de reacción 2 o en su recipiente de electrolito 30. Preferentemente, se construye un circuito electrolítico autónomo 41, en el que se implementan el depósito de líquido 38 y la al menos una bomba de líquido 42.
Según una medida ventajosa de conformación adicional, en la sección de base y/o en la región de la camisa de la cámara de reacción 2 hay formada preferentemente al menos una abertura pasante 47 para la introducción de aire ambiente 48 en la cámara de reacción 2, en particular en el recipiente receptor 4 para el electrolito. Alternativa o adicionalmente, la al menos una abertura pasante 47 también puede estar prevista para introducir nitrógeno u otros gases no inflamables en el recipiente receptor 4, en particular en el recipiente de electrolito 30. La al menos una abertura de paso 47 se abre directamente en el baño electrolítico, que se encuentra en la cámara de reacción 2, en particular en el recipiente de electrolito 30, durante el funcionamiento del sistema de reacción 1. Preferentemente, una pluralidad de aberturas 47 para aire ambiente 48 y/o nitrógeno están dispuestas distribuidas en la sección de base y/o en la zona de la camisa del contenedor de electrolito 30. En particular, el aire ambiente 48 y/o el nitrógeno se alimentan o introducen directamente en el electrolito, de tal modo que se crea una mezcla líquida o gaseosa y un flujo o turbulencia en el electrolito. En caso necesario, se puede prever un medio de regulación 49, en particular una disposición de válvulas o similar, destinada a regular la cantidad y/o la presión del aire ambiente 48 o del nitrógeno que fluye hacia el electrolito. Preferentemente, esta introducción de aire ambiente 48 o de nitrógeno u otros gases no inflamables tiene lugar bajo presión. Esto significa que el aire ambiente 48 o el oxígeno se insuflan activamente en el electrolito. En caso necesario, también es posible aspirar los gases o mezclas de gases correspondientes, tal como el aire, creando un vacío en la cámara de reacción 2. Las aberturas 47 descritas anteriormente, con las que se sopla o introduce aire ambiente 48 o nitrógeno directamente en el electrolito, favorecen el desprendimiento de las burbujas de oxígeno o de hidrógeno adheridas a la disposición de electrodos 3. Además, esta introducción de aire o de nitrógeno en el electrolito también puede lograr la turbulencia o mezcla del electrolito. Esto tiene un efecto positivo en el rendimiento electrolítico, especialmente en lo que respecta al rendimiento del sistema de reacción electrolítica 1.
Preferentemente, se proporciona una disposición múltiple de aberturas de paso 47, a través de las cuales se introduce de forma selectiva y distribuida aire o nitrógeno en el recipiente receptor 4 para el electrolito. Según una realización ventajosa, estas aberturas 47 están situadas en la sección inferior de la cámara de reacción 2, en particular debajo de la disposición de electrodos 3.
De acuerdo con una medida ventajosa, que forma parte del sistema de reacción electrolítica 1, se le asigna al menos un medio 50 para crear presión negativa dentro de la cámara de reacción 2, en particular en su espacio de gas 26. Esta presión negativa debe entenderse en relación con la presión ambiente atmosférica. Esto significa que los medios generadores de presión negativa 50 crean unas condiciones de presión negativa definidas dentro de la cámara de reacción 2, en particular en la cámara de gas 26. Según una primera forma de realización, este medio 50 puede estar formado por una bomba de vacío. Según una forma de realización ventajosa, este medio 50 para crear presión negativa está formado por un consumidor para el portador de energía química hidrógeno conectado a la cámara de reacción 2. Este consumidor, que según una forma realización ventajosa está formado por un motor de combustión interna 51, en particular un motor de gasolina, gas o diesel, convierte la energía química del hidrógeno en energía cinética liberando energía térmica. Por supuesto, el consumidor también puede estar formado por cualquier sistema de calefacción o generador para la generación de energía. Según una forma de realización ventajosa, la presión negativa se crea así en la cámara de reacción 2 estableciendo una conexión fluídica 52 entre la cámara de reacción 2, en particular su cámara de gas 26, con un suministro de combustible 53, en particular con el colector de admisión de un motor de combustión interna 51 u otro sistema de combustión para convertir la energía química de la mezcla de hidrógeno y oxígeno en energía térmica o cinética. Esto también aumenta el rendimiento de desgasificación en relación con el electrolito y la disposición de electrodos 3 y aumenta el rendimiento de electrólisis alcanzable del sistema de reacción electrolítica 1.
Las Figs. 6, 7 ilustran otra forma de realización del sistema de reacción electrolítica 1 para generar hidrógeno y oxígeno gaseosos. Esta forma de realización es una forma de realización dado el caso independiente del sistema de reacción 1 según la invención. Se usan los mismos símbolos de referencia o designaciones de componentes para piezas idénticas que en las figuras anteriores. Para evitar repeticiones innecesarias, se remite a la descripción detallada de las figuras anteriores. Se hace constar expresamente que no todas las características o medidas estructurales mostradas en estas figuras representan componentes obligatorios del sistema de reacción 1 según la invención. Además, combinaciones de características con características de las figuras precedentes pueden representar formas de realización según la invención.
Este sistema de reacción electrolítica 1 también comprende una cámara de reacción 2 para contener un electrolito, tal como agua, una solución acuosa o una mezcla de agua junto con aditivos que aumentan la conductividad. Además, en la cámara de reacción 2 se dispone al menos una disposición de electrodos 3, formada por una pluralidad de electrodos anódicos y catódicos 5, 6. En esta forma de realización, la disposición de electrodos 3 está formada por al menos dos, preferentemente más de al menos tres, electrodos tubulares 5, 6 dispuestos coaxialmente o aproximadamente coaxialmente uno dentro del otro. En el ejemplo de realización mostrado, cinco electrodos tubulares 5, 6 dispuestos coaxialmente están anidados unos dentro de otros, en particular insertados unos dentro de otros. En este contexto, cabe señalar que se prefieren los electrodos 5, 6 de sección circular o anular o elíptica. Sin embargo, también es posible proporcionar electrodos tubulares 5, 6 con una forma de cuerpo prismática, en particular una sección transversal cuadrada, rectangular u otra poligonal, en lugar de electrodos tubulares 5, 6 con una forma de cuerpo cilíndrica hueca. Los electrodos individuales 5, 6 forman preferentemente ánodos y cátodos en el sistema de reacción electrolítica 1 alternativa o sucesivamente.
Las superficies exteriores cilíndricas o prismáticas de los electrodos tubulares 5, 6, que están dispuestas adyacentes entre sí y alineadas en ángulo entre sí, están separadas entre sí. En particular, se forman distancias definidas 54 o 55 entre las respectivas superficies cilíndricas o laterales, en particular entre las superficies interior y exterior de los respectivos electrodos 5, 6. Según una medida ventajosa, una distancia 54 o una dimensión de separación entre los electrodos prismáticos tubulares o huecos 5, 6 colocados uno dentro del otro se dimensiona cada vez más o se hace más grande a partir de un par de electrodos 5, 6 exteriores en comparación con un electrodo 5, 6 dispuesto más adentro, en particular más cerca de un eje tubular central 56, o un par de electrodos 5, 6 de esta disposición de electrodos tubulares 3 dispuestos más adentro. Esto significa que las distancias 55 entre los electrodos tubulares o prismáticos huecos 5, 6 en el centro de la disposición de electrodos 3 son preferentemente mayores que las distancias 54 entre los pares de electrodos exteriores 5, 6 o los pares de electrodos 5, 6 que rodean los electrodos interiores 5, 6.
Los ejes tubulares virtuales individuales 56 de los electrodos tubulares 5, 6 están preferentemente alineados verticalmente. Los extremos distales de los electrodos tubulares 5, 6 están abiertos. Preferentemente, los electrodos tubulares individuales 5, 6 tienen un área de sección transversal constante en relación con su longitud o altura.
Entre las superficies laterales o cilíndricas de los electrodos tubulares o prismáticos huecos 5, 6 se forma al menos un aproximadamente hueco cilíndrico o prismático 57, 58. La existencia de al menos un hueco 57, 58 entre los distintos electrodos 5, 6 de la disposición de electrodos 3 permite o favorece la salida de burbujas de gas. En particular, las burbujas de gas que se adhieren a los electrodos anódico y catódico 5, 6 durante el proceso de electrólisis pueden eliminarse eficazmente en una cámara de gas 26 situada por encima del electrolito. Esto crea una especie de efecto de succión que ayuda a que las burbujas de gas salgan del electrolito. Este efecto se intensifica por el volumen de electrolito situado debajo de la disposición de electrodos 3 y por un efecto Venturi dentro de la disposición de electrodos tubulares 3.
En particular, el al menos un hueco aproximadamente cilindrico o prismático 57, 58 entre electrodos 5, 6 vecinos crea una especie de efecto chimenea para las burbujas de gas y aumenta así su velocidad de burbujeo o rendimiento de desgasificación. Este efecto se potencia aún más mediante la disposición en cascada o múltiple de los electrodos o pares de electrodos 5, 6.
En relación con el eje tubular central virtual 56, al menos una bobina electromagnética 13 está dispuesta al menos por encima de la disposición de electrodos tubulares 3, tal como ya se ha descrito anteriormente. Es esencial que el campo electromagnético preferentemente alterno o pulsante que se genera o construye al aplicar energía a esta bobina electromagnética 13 actúe sobre el electrolito y también sobre la disposición de electrodos 3. En particular, las líneas de campo intersecan con suficiente intensidad tanto la disposición de electrodos 3 como el volumen de electrolito en el sistema de reacción electrolítica 1. Alternativamente o en combinación con una bobina electromagnética 13 situada por encima de la disposición de electrodos 3, también se puede formar al menos una bobina electromagnética 13 por debajo de la disposición de electrodos 3.
Entre otras cosas, la al menos una bobina electromagnética 13 somete a la disposición de electrodos 3 a oscilaciones o vibraciones mecánicas, que favorecen o aceleran el burbujeo de las perlas de gas fuera del electrolito. Además, el campo eléctrico de la bobina electromagnética 13 en particular también tiene un efecto positivo en el proceso de conversión o disociación electrolítica.
Según una forma de realización ventajosa, la cámara de reacción 2 del sistema de reacción electrolítica 1 tiene una forma de cuerpo cilíndrico hueco o prismático hueco. El cilindro virtual o eje vertical 8, en particular la superficie lateral de la cámara de reacción 2, está orientado verticalmente o al menos aproximadamente en vertical, tal como se puede ver en la Fig. 6 o en la Fig. 2 a modo de ejemplo.
Además, como se puede ver mejor en las Figs. 2 y 6, es conveniente que la cámara de reacción 2 comprenda o tenga un recipiente receptor 4 cilíndrico o prismático hueco, en el que se disponga al menos una disposición de electrodos 3 en forma de estrella o tubular. Según la forma de realización mostrada en las Figs. 1,2, el recipiente receptor 4 para el electrolito y para la disposición de al menos un electrodo 3 está abierto en la sección del extremo superior. Además, su superficie lateral o superficie cilíndrica está separada de las superficies de las paredes interiores de la cámara de reacción 2, tal como puede verse mejor en la Fig. 1. De este modo, la sección de separación o recogida 35 descrita anteriormente se construye de forma sencilla. Según una medida ventajosa, el eje de abanico virtual 7 de la disposición de electrodos en forma de estrella 3 o el eje de tubo virtual 56 de la disposición de electrodos en forma de tubo está situados esencialmente en el eje de cilindro virtual 8 o congruente con el eje de cilindro virtual 8 del recipiente receptor 4 o de la cámara de reacción 2, como puede verse sobre todo en las ilustraciones según las Figs. 1 y 6.
La Fig. 8 muestra otra representación esquematizada o esquemática de una disposición de electrodos 3. El recipiente receptor 4 o la cámara de reacción 2 es cilíndrico hueco, en particular de sección circular. Según una forma de realización alternativa, como se muestra en las líneas de puntos, la cámara de reacción 2 o el recipiente receptor 4 también pueden tener otra forma de cuerpo prismático hueco, en particular una forma de sección transversal angular, aunque son ventajosas las esquinas o zonas de borde redondeadas. En el interior de la cámara de reacción 2 hay varios electrodos 3, 3'. En particular, hay formado un haz de electrodos tubulares, distribuyéndose los pares individuales de electrodos 5, 6 dentro del receptáculo 4 para el electrolito. En particular, una primera disposición de electrodos 3 está formada en el centro del receptáculo 4 y una pluralidad de otras disposiciones de electrodos 3' están dispuestas en círculo alrededor de esta disposición de electrodos central 3. También es posible una mezcla de formas de electrodos. Por ejemplo, los electrodos tubulares circulares 5, 6 y los electrodos tubulares cuadrados 5, 6 pueden combinarse en sección transversal para conseguir una mayor densidad de empaquetamiento dentro del receptáculo 4.
Al dimensionar los electrodos prismáticos tubulares o huecos 5, 6, conviene asegurarse de que sus valores de rigidez no superen un cierto límite superior. En particular, los espesores de pared 59, 60 de los electrodos 5, 6 deben determinarse de forma que el campo electromagnético de la al menos una bobina 13 provoque la excitación de oscilaciones mecánicas de la disposición de electrodos 3 o de al menos electrodos individuales 5, 6. Dado que los electrodos 5, 6 están hechos de material conductor de la electricidad, en particular ferromagnético, el campo electromagnético alterno o el campo electromagnético pulsante de la al menos una bobina 13 tiene un efecto vibratorio o de estimulación de la vibración. Esto favorece la eficacia del desprendimiento de las perlas de gas y la capacidad de las burbujas de gas para burbujear fuera del electrolito. En particular, la elasticidad del material o el grosor de las paredes 59, 60 de los respectivos electrodos 5, 6 deben seleccionarse de forma que se consiga la excitación vibratoria más intensa posible a partir de la bobina electromagnética 13.
Según un perfeccionamiento ventajoso, el al menos un electrodo en forma de placa 5, 6 - Fig. 1 - o el al menos un electrodo prismático tubular o hueco 5, 6 - Fig. 6 - puede tener al menos una hendidura 61,62 o una pluralidad de aberturas o perforaciones para reforzar este proceso de desprendimiento. En particular, los respectivos electrodos 5, 6 tienen al menos un debilitamiento mecánico o reducción de rigidez, por ejemplo hendiduras 61, 62 o aberturas o rebajes de material o ahorros de material, con el fin de ser puestos en oscilaciones mecánicas aumentadas bajo la influencia del campo electromagnético de la al menos una bobina electromagnética 13. Estas medidas también aumentan la eficiencia y el tiempo de reacción del sistema de reacción electrolítica 1 con respecto a la eficiencia del suministro de hidrógeno. Sin embargo, también se consigue una excitación vibratoria intensa o de bajas pérdidas para los electrodos 5, 6 mediante el soporte portante, en particular mediante una conexión mecánica entre la al menos una bobina electromagnética 3 y al menos un electrodo 5, 6 de la disposición de electrodos 3 que sea lo más rígida posible. Esta conexión mecánica o dispositivo de sujeción es de manera preferente eléctricamente aislante.
Según la reivindicación, la disposición de electrodos 3 está formada por al menos un haz de electrodos tubulares colocados coaxialmente uno dentro del otro. Esto permite obtener un rendimiento óptimo de la electrólisis. Sin embargo, también es concebible conseguir efectos o efectos similares con otras disposiciones de electrodos conocidas en la técnica anterior, por ejemplo con una disposición en cascada o en serie de electrodos en forma de placa, de modo que las disposiciones de electrodos según la reivindicación no deben entenderse necesariamente como obligatorias. En particular, sólo cabe esperar pérdidas relativamente pequeñas en el rendimiento y la eficiencia con diferentes disposiciones de los electrodos.
La Fig. 9 ilustra otra forma de realización de la al menos una bobina electromagnética 13, tal como se puede usar ventajosamente en el sistema de reacción electrolítica 1 según las explicaciones precedentes. Esta forma de realización de la bobina electromagnética 13 puede así combinarse con las características anteriores para formar un ventajoso sistema de reacción electrolítica 1. En las secciones siguientes, se usan los mismos símbolos de referencia o designaciones de componentes para piezas idénticas que en las figuras anteriores. Para evitar repeticiones innecesarias, se remite a la descripción detallada de las figuras anteriores.
La bobina electromagnética 13 ilustrada esquemáticamente representa una alternativa a la forma de realización mostrada en la Fig. 5 y está dispuesta preferentemente por encima y/o por debajo de una disposición de electrodos 3 en forma de estrella o de tubo, análoga a las formas de realización anteriores ilustradas en las Figs. 1,2 y 6, de modo que su campo electromagnético actúa por una parte sobre el electrolito y por otra parte sobre la disposición de electrodos 3 como resultado de una aplicación de energía eléctrica.
La bobina electromagnética 13, que se proporciona así al menos una vez, es esencialmente toroidal o en forma de anillo, y comprende una pluralidad de devanados parciales 19, 19', 19", 19" conectados eléctricamente en serie. Los devanados parciales individuales 19, 19', 19", 19" de la bobina electromagnética 13 se extienden cada uno sobre un ángulo circunferencial 63, que es sólo una fracción de la circunferencia anular completa 64, es decir, una fracción angular de 360° de la bobina electromagnética toroidal 13. El ángulo circunferencial 63 de los arrollamientos parciales individuales conectados en serie 19, 19', 19", 19” ' está normalmente comprendido entre 20° y 50°, en particular entre 25° y 45°, preferentemente alrededor de 30° con relación a la circunferencia completa 64 de la bobina 13.
Los arrollamientos parciales conectados en serie 19, 19', 19", 19", que se suceden en la dirección circunferencial de la bobina anular 13, forman entre sí un ángulo de separación 65, que corresponde a las distancias de arrollamiento 20, 20', 20", 20" anteriormente descritas. Dentro de este ángulo libre 65, no hay devanado electromagnético entre devanados parciales directamente consecutivos 19, 19', 19", 19", sino un espacio casi vacío sin cuerpo de devanado electromagnético. Este ángulo de separación 65 entre devanados parciales 19, 19', 19", 19 " ' conectados en serie directamente consecutivos está convenientemente comprendido entre 10° y 30°, en particular entre 15° y 25°, preferentemente alrededor de 20°. Este ángulo de separación 65 o la correspondiente separación de devanados 20, 20', 20", 20" define zonas dentro de la bobina electromagnética 13 en las que prevalecen condiciones electromagnéticas diferentes que en aquellas zonas de la bobina electromagnética 13 en las que están dispuestos o posicionados los devanados parciales consecutivos en serie 19, 19', 19", 19". Los espacios libres sin devanados entre los devanados parciales individuales 19, 19', 19", 19” ' definidos por el ángulo de separación 65 dan lugar a una diversidad dentro del campo electromagnético construido o acumulable con la bobina electromagnética 13, que favorece el proceso electrolítico en el sistema de reacción electrolítica 1.
Una estructura particularmente favorable del campo electromagnético generado o generable con la bobina electromagnética 13 se consigue si el ángulo circunferencial 63 de los arrollamientos parciales individuales 19, 19', 19", 19” ' y el ángulo de separación 65 entre los arrollamientos parciales individuales 19, 19', 19", 19” ' se seleccionan de tal manera que después de más de una revolución completa del anillo, es decir, después de exceder 360° de extensión del arrollamiento, se forma un ángulo de desplazamiento 66 entre los arrollamientos parciales 19, 19', 19", 19” ' enrollados uno encima del otro.es decir, después de superar los 360° de extensión del arrollamiento, se forma un ángulo de desfase 66 entre los arrollamientos parciales 19, 19', 19", 19" arrollados uno encima del otro. Esto significa que los devanados parciales 19, 19', 19", 19” ' del primer circuito alrededor de la bobina anular o toroidal 13 están desplazados un ángulo de desplazamiento 66 con respecto a los devanados parciales 19, 19', 19", 19” ' del segundo o de cada anillo adicional de devanados parciales 19, 19', 19", 19. De este modo los arrollamientos parciales superpuestos 19, 19', 19", 19" están siempre desplazados o deslizados uno respecto del otro en la dirección circunferencial de la bobina anular 13, de tal modo que preferentemente no hay un solapamiento del 100% entre los arrollamientos parciales superpuestos 19, 19', 19", 19” '.
Según una forma de realización conveniente, un número de los devanados parciales sucesivos conectados en serie 19, 19', 19", 19"' se seleccionan de tal manera que se formen aproximadamente tres vueltas de anillo completas, es decir, que los devanados parciales conectados en serie 19, 19', 19", 19" se extiendan aproximadamente sobre 1080° de la bobina 13 en forma de anillo o toroidal.
Según una forma de realización conveniente, los arrollamientos parciales individuales 19, 19', 19", 19" están arrollados en una sola capa, en la que los arrollamientos parciales 19, 19', 19", 19” ' formados según un circuito de anillo completo están arrollados con el correspondiente ángulo de desfase 66, pero esencialmente sin un entrehierro sobre los arrollamientos parciales 19, 19', 19", 19" que están situados por debajo o en el interior.
La bobina electromagnética 13 está realizada preferentemente sin núcleo, en particular sin núcleo electromagnéticamente efectivo. En particular, la bobina electromagnética 13 está realizada como una bobina con núcleo de aire, de tal modo que el campo electromagnético generado actúa en un alto grado sobre el electrolito y sobre la disposición de electrodos 3 y, por lo tanto, influye en gran medida en los procesos físicos y químicos del sistema de reacción electrolítica 1.
Un bobinado parcial 19, 19', 19", 19” ' está constituido por una pluralidad de vueltas, en particular decenas, centenas o millares de vueltas de un conductor aislado, en particular un hilo de cobre esmaltado. La bobina electromagnética 13, que está realizada preferentemente con dos capas, en particular tres capas, que consisten en devanados parciales 19, 19', 19", 19" interconectados en serie y mutuamente espaciados, tiene así una primera conexión de bobina 67 y otra conexión de bobina 68, entre las que se forman los devanados parciales 19, 19', 19", 19'” que se extienden circularmente y mutuamente espaciados. La bobina electromagnética 13 está conectada a la fuente de energía eléctrica 22 a través de estas conexiones de bobina 67, 68, como se ha explicado en las partes anteriores de la descripción.
Se deduce que un diámetro de los arrollamientos parciales exteriores 19, 19', 19", 19" es mayor que un diámetro de los arrollamientos parciales interiores 19, 19', 19", 19" de la bobina electromagnética anular o toroidal 13.
En lugar de los soportes de conexión eléctrica ilustrados esquemáticamente entre los devanados parciales directamente sucesivos 19, 19', 19", 19” ', por supuesto también es posible devanar los devanados parciales individuales 19, 19', 19", 19'” de manera ininterrumpida o continua, en particular a partir de un conductor eléctrico de una sola pieza, de tal modo que al menos algunos de los soportes de conexión situados entre ellos sean innecesarios.
La Fig. 10 muestra otro ejemplo de realización del sistema de reacción electrolítica 1. Se han usado los mismos símbolos de referencia para los componentes ya descritos anteriormente y las partes precedentes de la descripción pueden transferirse análogamente a los mismos componentes con los mismos símbolos de referencia.
Este sistema de reacción electrolítica 1 también está cponfigurado para la producción altamente eficiente de hidrógeno y oxígeno gaseosos. Comprende una cámara de reacción interior 69 para alojar un electrolito, una disposición de electrodos 3 con una pluralidad de electrodos anódicos y catódicos 5, 6, al menos dos bobinas electromagnéticas 13, 70 y un circuito de electrolito 41, que está previsto para hacer circular el electrolito y para hacer fluir el electrolito a través de la disposición de electrodos 3. El flujo del electrolito a través de la disposición de electrodos 3 es soportado o efectuado por medio de al menos una bomba de líquido 42. En particular, una circulación del electrolito en el sistema de reacción electrolítica 1 o un flujo forzado en al menos un canal de flujo 71 definido por los electrodos 5, 6 de la disposición de electrodos 3 puede conseguirse mediante la al menos una bomba de líquido 42.
Los electrodos 5, 6 y la bobina electromagnética en forma de anillo 13, que está situada por encima y/o por debajo de la disposición de electrodos 3, están situados dentro de la cámara de reacción interior 69, preferentemente cilíndrica. La bobina electromagnética adicional 70 tiene una forma cilíndrica hueca y está fijada a una superficie de carcasa exterior 72 del contenedor de electrolito 30, preferentemente enrollada directamente o sin espacios en la superficie de carcasa 72. El recipiente de electrolito 30, que está abierto por la parte superior en dirección vertical, define la cámara de reacción interior 69. La bobina electromagnética cilíndrica hueca 70 tiene una longitud axial o altura 73, que se corresponde aproximadamente a una longitud vertical 74 de la disposición de electrodos 3. La bobina electromagnética 70 orientada verticalmente se instala preferentemente a lo largo de toda la longitud vertical 74 de los electrodos 5, 6. Todas las partes mencionadas del sistema de reacción 1 están alojadas en la cámara de reacción exterior 2.
Se consigue una eficacia mejorada del sistema de reacción electrolítica 1 mediante la configuración específica y/o la orientación de los electrodos 5, 6, mediante la combinación estructural y la interacción técnica entre la disposición de electrodos 3 respectiva y el campo electromagnético pulsado de las bobinas electromagnéticas 13, 70 dispuestas por encima y/o por debajo de la disposición de electrodos 3, así como por el exterior alrededor de la disposición de electrodos 3, y mediante el flujo dirigido del electrolito.
La disposición de electrodos 3 comprende una pluralidad de electrodos tubulares, en particular cilíndricos huecos 5, 6, que están dispuestos coaxialmente entre sí con un espaciado radial 54, 55 constante o diferente. El centro o el eje de cilindro o vertical 8 de la disposición de electrodos 3 coincide preferentemente con el eje de cilindro 31 del recipiente de electrolito 30. Los electrodos 5, 6 directamente vecinos en dirección radial están aislados eléctricamente entre sí o acoplados eléctricamente entre sí en función de la conductividad del electrolito. El grosor de las paredes 59, 60 de los electrodos 5, 6 se mantiene lo más bajo posible. El factor limitante es la suficiente rigidez estructural de la construcción para evitar cortocircuitos entre los electrodos 5, 6. El grosor de las paredes 59, 60 de los electrodos cilíndricos 5, 6 está, por ejemplo, comprendido entre 1 mm y 3 mm.
Los electrodos 5, 6 están aislados eléctricamente en su parte inferior en la cámara de reacción 69. En la sección superior, también pueden sujetarse o apoyarse entre sí mediante insertos aislantes de la electricidad. Los canales de flujo 71 o los espacios anulares 57, 58 en sección transversal entre los electrodos directamente vecinos 5, 6 deben reducirse al mínimo. La distancia radial 54, 55 entre electrodos directamente vecinos 5, 6 puede estar comprendida entre 1 mm y 3 mm.
El material de los electrodos 5, 6 es un metal o una aleación con buenas propiedades magnéticas y un sobrepotencial medio o bajo, que también puede servir como catalizador para mejorar la reacción de formación de gas. Por ejemplo, puede utilizarse un acero inoxidable con un alto contenido en níquel.
Una unidad de suministro de energía o la fuente de energía 21 suministra corriente continua o corriente pulsada a los electrodos 5, 6, por lo que se genera suficiente potencial eléctrico entre los electrodos vecinos 5, 6 para mantener una alta tasa de reacción de producción del gas. La corriente pulsada se suministra preferentemente en una gama de frecuencias comprendida entre 1 kHz y 200 kHz.
Una realización ventajosa del sistema de reacción electrolítica 1 es que los electrodos 5, 6 son tubulares, en particular en forma de cilindros huecos, en los que la superficie lateral radialmente interior y radialmente exterior 75, 76 de al menos uno de los electrodos 5, 6 están inclinados al menos en un ángulo predeterminado 77 entre sí, tal como se muestra en la Fig. 11 a modo de ejemplo. La ilustración de la Fig. 11 muestra una sección vertical a través de la disposición de electrodos 3.
En particular, es conveniente que las superficies laterales cilíndricas 75, 76 o las superficies laterales de los electrodos tubulares 5, 6, que se componen de una pluralidad de superficies alineadas en ángulo entre sí, se dispongan a distancia unas de otras y formen así al menos un canal de flujo 71 para el electrolito entre las superficies laterales mutuamente espaciadas 75, 76 de los electrodos 5, 6. Un canal de flujo 71 de este tipo se extiende entre un primer extremo axial 78 para la entrada del electrolito en la disposición de electrodos 3 y un segundo extremo axial 79 para la salida del electrolito de la disposición de electrodos 3. Es esencial aquí que el al menos un canal de flujo 71 tenga al menos una primera sección transversal de flujo 80 y al menos una segunda sección transversal de flujo 81, en donde la segunda sección transversal de flujo 81 es más pequeña que la primera sección transversal de flujo 80 y la comparativamente más pequeña segunda sección transversal de flujo 81 se forma en una sección del al menos un canal de flujo 71 más cercana al segundo extremo axial 79 de la disposición de electrodos 3.
En el ejemplo de realización ilustrado, la segunda sección transversal de flujo 81 comparativamente más pequeña o la sección transversal de flujo 81 generalmente más pequeña del al menos un canal de flujo 71 se forma directamente en el segundo extremo axial 79 de la disposición de electrodos 3. El al menos un canal de flujo 71 tiene una sección transversal de flujo 80, 81 que se estrecha de forma continua o en forma de tobera entre los extremos axiales primero y segundo 79, 80 de la disposición de electrodos 3. En particular, el al menos un canal de flujo 71 puede tener un contorno límite en forma de cuña que se estrecha en la sección longitudinal a través de la disposición de electrodos 3, como se muestra a modo de ejemplo en la Fig. 11. Esto permite fabricar la disposición de electrodos 3 de la forma más eficaz y económica posible. Además, se puede conseguir de forma fiable el efecto de aceleración deseado frente al electrolito.
Al menos uno o cada uno de los electrodos 5, 6 puede fabricarse de tal manera que una de sus superficies superiores o laterales 75, 76, es decir, la superficie lateral radialmente interior o la superficie lateral radialmente exterior 75, 76, tenga una superficie lateral o lateral 75, 76 inclinada en el ángulo predeterminado 77 con respecto a una vertical. Así, el diámetro interior del extremo axialmente inferior del electrodo tubular 5, 6 está dimensionado mayor en una cierta proporción o extensión en comparación con el diámetro interior del extremo axialmente superior del electrodo tubular 5, 6. Alternativamente, el diámetro exterior del extremo axialmente inferior del electrodo tubular 5, 6 puede ser menor en una cierta proporción o medida en comparación con el diámetro exterior del extremo axialmente superior del electrodo tubular 5, 6. Debido a esta construcción, el al menos un canal de flujo 71 o el hueco 57, 58 entre las superficies laterales de los electrodos vecinos 5, 6, en el que se encuentra el electrolito, tiene una sección transversal de flujo 80, 81 que cambia o disminuye hacia arriba. De este modo, la disposición de electrodos 3 puede construirse de la forma más sencilla y económica posible, pero con una mayor funcionalidad. Preferentemente, la al menos una separación 57, 58 entre electrodos 5, 6 directamente vecinos es máxima o mayor en la región del extremo inferior o primer extremo axial 78 del dispositivo de electrodos 3 y mínima o menor en la región del extremo superior o segundo extremo axial 79. Con respecto a la Fig. 11, se aplica lo siguiente: S1 / S2 < 1, S3 / S4 < 1.
Según una forma de realización alternativa, tanto la superficie lateral radialmente interior 75 como la superficie lateral radialmente exterior 76 de al menos uno de los electrodos 5, 6 pueden estar inclinadas con un ángulo uniforme o diferente 77 con respecto a la vertical. En particular, puede estar previsto que la superficie lateral radialmente interior y radialmente exterior 75, 76 de al menos un electrodo 5, 6, que está/están dispuestos entre un electrodo radialmente más interior y un electrodo radialmente más exterior 5, 6 de la disposición de electrodos 3, esté/estén angulados o inclinados con respecto al eje central o con respecto al eje de cilindro o vertical 8 de la disposición de electrodos.
Por consiguiente, es conveniente que la superficie lateral radialmente interior y/o radialmente exterior 75, 76 de al menos uno de los electrodos 5, 6 tenga la forma de una superficie lateral de un cono truncado.
Además, puede estar previsto que la sección transversal de flujo ahusado 81 entre las superficies laterales 75, 76 de electrodos directamente vecinos 5, 6 esté formada por un espesor de pared 59, 60 de al menos uno de los electrodos 5, 6, que aumenta de forma continua o abrupta desde el primer extremo axial 78 en dirección del segundo extremo axial 79 de la disposición de electrodos 3.
Según el ejemplo de realización mostrado en la Fig. 11, también se puede prever que el electrodo tubular 5 o 6 radialmente más interno de la disposición de electrodos 3 tenga un grosor de pared constante y un diámetro exterior constante en toda su longitud axial. Lo mismo puede aplicarse al electrodo radialmente más exterior 5 o 6.
En lugar o en combinación con la forma cónica o cónica hueca descrita de al menos uno de los electrodos 5, 6, también es posible formar o intensificar el al menos un canal de flujo 71, que se estrecha en la dirección de flujo del electrolito, mediante electrodos 5, 6 directamente vecinos o pares de electrodos alineados en ángulo o inclinados entre sí. En particular, el al menos un canal de flujo en forma de tobera 71 también se puede realizar mediante ejes longitudinales de al menos dos electrodos directamente adyacentes 5, 6 que están en ángulo o inclinados entre sí, en particular mediante una alineación u orientación en ángulo agudo de superficies directamente adyacentes de los electrodos 5, 6. Los ejes longitudinales son los ejes de los electrodos 5, 6 que están orientados en la dirección del flujo o en la dirección longitudinal del canal de flujo 71.
Debido a la forma y/o a la orientación de los electrodos 5, 6, el flujo típicamente turbulento del electrolito en la cámara de reacción 2 se acelera hacia arriba. Su velocidad aumenta constantemente, lo que incrementa la intensidad de la separación de las burbujas de gas de las superficies de los electrodos 5, 6. Esto aumenta el área efectiva de los electrodos 5, 6 o la mantiene lo más grande posible y reduce la resistencia óhmica o caída de tensión, lo que mejora el proceso de electrólisis.
Preferentemente, el electrolito se suministra continuamente a presión en la sección inferior de la cámara de reacción interior 69 o en la sección inferior de la disposición de electrodos 3. La al menos una abertura de alimentación 23 para el electrolito movido por circulación puede estar dispuesta cerca de la superficie interior de la cámara de reacción interior 69 y dispuesta en ángulo agudo con respecto a la superficie de la cámara de reacción interior 69. Esto confiere al electrolito las propiedades de un flujo dirigido, en particular un flujo turbulento, arremolinado y helicoidal ascendente.
El electrolito también fluye entre los electrodos 5, 6 en forma aproximadamente de espiral, por lo que asciende desde la sección inferior de la cámara de reacción interior 69 hacia su borde superior y soporta y acelera el desprendimiento de las burbujas de gas de los electrodos 5, 6. El flujo dirigido del electrolito en combinación con el campo magnético de la al menos una bobina electromagnética 13, 70 induce una corriente iónica adicional en el electrolito, lo que garantiza una mayor densidad de corriente y conduce a una intensificación del proceso.
El circuito de electrolito activo 41, que comprende la al menos una bomba de líquido 43, también hace que el electrolito fluya preferentemente de forma continua o discontinua sobre el borde superior de desbordamiento o limitador 27, 29 de la cámara de reacción interior 69, en particular del recipiente de electrolito 30. Esto crea una especie de "cascada electrolítica", que favorece la desgasificación del electrolito.
Para intensificar la desgasificación del electrolito, puede instalarse o formarse al menos un dispositivo de desgasificación 82 en la superficie exterior de la cámara de reacción interior 69, tal como se muestra esquemáticamente en la Fig. 10. En particular, puede preverse un dispositivo de desgasificación 82 para el electrolito aguas abajo del borde de desbordamiento 27 del recipiente receptor 4 con respecto a una dirección de flujo del electrolito.
El dispositivo de desgasificación 82 puede comprender una serie de cascadas de varias etapas con una superficie estriada, que permiten distribuir el líquido electrolítico en una capa fina sobre la superficie agrandada correspondiente, garantizando así una desgasificación intensiva y eficaz. Según una configuración apropiada, el dispositivo de desgasificación 82 puede estar formado por al menos un elemento de distribución 83 para el electrolito que se extiende en dirección radial al cilindro o eje vertical 8, elemento de distribución 83 que está previsto para ampliar la superficie del electrolito que fluye sobre el borde de desbordamiento 27 o para formar una película electrolito-líquido comparativamente fina en el elemento de distribución 83. El elemento de distribución 83 puede disponerse en forma de anillo alrededor del recipiente receptor 4 o del recipiente de electrolito 30 y, partiendo de su sección radialmente interior, inclinarse hacia abajo en dirección de su sección radialmente exterior, de tal modo que se garantice un flujo de salida inducido por la gravedad del electrolito cargado de gas en dirección descendente, en particular hacia la sección colectora 35.
La combinación del dispositivo de desgasificación 82 y una presión negativa creada por un consumidor o su unidad, por ejemplo una bomba de vacío o una cámara de combustión, elimina intensamente las burbujas de electrolito o los gases disueltos en el electrolito, aumentando así la cantidad de gas suministrada al consumidor, por ejemplo un motor de combustión interna 51, y reduciendo la resistencia óhmica del electrolito. Esto reduce la tensión celular real y mejora el equilibrio energético del proceso. Se consiguen tiempos de liberación más cortos de los respectivos gases del electrolito, de modo que los electrodos 5, 6 y sus superficies efectivas están disponibles para el proceso electrolítico en la mayor medida posible.
Tras el proceso de desgasificación, el electrolito pasa a la cavidad interior o a la sección colectora 35 de la cámara de reacción exterior 2 y vuelve al contenedor de electrolito 30 a través de la al menos una abertura de salida 36. Esto se consigue interponiendo en el depósito de líquido 43 un volumen de reserva de electrolito y, si es necesario, un dispositivo de filtrado 40. Desde el volumen de reserva del depósito de líquido 43, el electrolito es devuelto al contenedor de electrolito 30 o a la disposición de electrodos 3 bajo una presión predeterminada usando la bomba de circulación 42 y el al menos un retorno por conducto 37.
Un conjunto de bobinas electromagnéticas 13 o bobinados parciales 19-19'" (Fig. 5 o 9) está dispuesto por encima y/o por debajo de los electrodos 5, 6. La bobina electromagnética cilíndrica hueca 70 orientada verticalmente se enrolla en la superficie cilíndrica de la cámara de reacción interior 69, que está formada de material dieléctrico, o en un núcleo cilíndrico hueco dieléctrico, que está dispuesto alrededor de la cámara de reacción interior 69 en la dirección axial del cilindro o eje vertical 8. Las bobinas electromagnéticas 13, 70 están preferentemente sumergidas por completo en el electrolito durante el funcionamiento del sistema de reacción electrolítica 1.
A continuación, se hace referencia a las unidades electromagnéticas según la Fig. 5 y la Fig. 9: Las bobinas electromagnéticas 13 o sus devanados parciales 19-19" (Fig. 5 o 9), que están situadas por encima de los electrodos 5, 6 y, como opción, por debajo de los electrodos 5, 6, están bobinadas sobre un núcleo toroidal dieléctrico común. Los devanados parciales 19-19" están conectados en serie con espacios preferentemente de 20 grados o espaciado de devanado 20-20" entre devanados parciales vecinos 19-19". Cada bobinado parcial 19-19" se enrolla apretado y sin espacios con un número máximo de vueltas por unidad de longitud o circunferencia. Los devanados parciales 19 19" se construyen por capas. Cada bobinado parcial 19-19" tiene un número impar de capas de bobinado.
Las bobinas electromagnéticas 13 o sus devanados parciales 19-19" están conectadas a la fuente de alimentación o fuente de energía 22, que suministra energía pulsada en el rango de 1 a 100 Hz. El campo electromagnético de la bobina electromagnética 13 o de sus devanados parciales 19-19" actúan sobre el electrolito y sobre la disposición de electrodos 3 cuando éstos están expuestos a la energía eléctrica, aumentando así la densidad de corriente y, por lo tanto, la eficacia del proceso de electrólisis.
Durante el funcionamiento, la al menos una bobina electromagnética 13 o sus devanados parciales 19-19" generan un campo magnético pulsado no uniforme. El campo magnético de los devanados parciales vecinos 19-19" se superpone en el entrehierro o dentro de los entrehierros 20-20" entre los devanados parciales 19-19"', lo que aumenta su intensidad. El campo magnético pulsado en combinación con el electrolito en movimiento induce un movimiento adicional de los iones en el electrolito, lo que conduce a una mayor densidad de corriente entre los electrodos 5, 6 y aumenta la eficiencia del proceso de formación de gas.
El campo electromagnético pulsado también introduce microvibraciones de los electrodos 5, 6 y genera ondas de choque en el electrolito, que eliminan más intensamente las burbujas de gas de los electrodos 5, 6 y reducen así el sobrepotencial o las sobretensiones en los electrodos 5, 6. Esto se debe a que la energía de sobretensión aplicada suele perderse en forma de calor y, por lo tanto, no contribuye a la conversión del material.
La bobina cilíndrica hueca vertical 70 está montada en la superficie cilíndrica de la cámara de reacción interior 69 hecha de material dieléctrico. La altura vertical de la bobina cilíndrica hueca 70 está en el mismo intervalo que la altura vertical de los electrodos 5, 6. El suministro de energía pulsada se realiza mediante una fuente de alimentación que funciona en una gama de frecuencias de 1 a 100 Hz.
Durante el funcionamiento de la bobina electromagnética vertical 70, los electrodos 5, 6 obtienen las propiedades del núcleo metálico de dicha bobina 70. El flujo magnético que fluye a través de la cámara de reacción interior 69 cambia con el tiempo y por lo tanto conduce a la inducción electromagnética en los electrodos 5, 6. Dado que los electrodos 5, 6 están aislados eléctricamente entre sí y están situados radialmente a diferentes diámetros, también reciben un potencial eléctrico diferente, lo que da lugar a la diferencia de potencial entre los electrodos 5, 6, que intensifica el proceso electrolítico. Además, también se consigue un efecto sinérgico en la zona de interacción de los campos electromagnéticos de la bobina electromagnética cilíndrica hueca 70 con los campos electromagnéticos de la(s) bobina(s) anular(es) 13, lo que refuerza el efecto descrito.
Los campos magnéticos de las bobinas magnéticas superior/inferior 13 y de la bobina electromagnética vertical 70 inducen una fuerza de arrastre que actúa sobre las burbujas de gas en el electrolito y favorece el desprendimiento de las burbujas de la superficie del electrodo. La velocidad de desprendimiento de las burbujas se acelera. El aumento de la velocidad de desprendimiento reduce el tiempo de permanencia de las burbujas en la superficie de los electrodos5, 6 y reduce la cobertura de las burbujas, lo que reduce el sobrepotencial o la sobretensión en los electrodos 5, 6 y mejora la eficacia de la producción de gas. Mientras tanto, se consigue una reducción de la resistencia óhmica o de la caída de tensión en la capa de burbujas aislante de la superficie del electrodo.
La interacción de los campos electromagnéticos de las bobinas electromagnéticas13, 70 con la densidad de corriente local induce un flujo electrolítico adicional que influye en la formación de gas hidrógeno y oxígeno. Una mayor densidad de corriente garantiza una mayor producción de hidrógeno con menores requisitos energéticos. El flujo inducido magnéticamente reduce el espesor de la capa de difusión y mejora el transporte de masa en el electrolito. La interacción del campo magnético no uniforme pulsado y el electrolito en movimiento provoca la convección magnetohidrodinámica del electrolito, lo que mejora la eficacia del proceso de electrólisis y reduce el consumo de energía.
Los ejemplos de realización muestran posibles variantes de realización del sistema de reacción electrolítica 1, por lo que debe tenerse en cuenta en este punto que la invención no se limita a las variantes de realización específicamente ilustradas, sino que también son posibles diversas combinaciones de las variantes de realización individuales entre sí, y esta posibilidad de variación se encuentra dentro de la capacidad de la persona experta que trabaja en este campo técnico debido a la enseñanza sobre la acción técnica de la presente invención. Por lo tanto, el ámbito de protección también abarca todas las variantes de realización concebibles que son posibles combinando detalles individuales de las variantes de realización mostradas y descritas.
En aras del orden, cabe señalar finalmente que, para una mejor comprensión de la estructura del sistema de reacción electrolítica 1, éste o sus componentes se muestran parcialmente fuera de escala y/o ampliados y/o reducidos de tamaño.
El objetivo subyacente a las soluciones inventivas independientes puede extraerse de la descripción.
En particular, las realizaciones individuales mostradas en las Figs. 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 pueden ser objeto de soluciones independientes según la invención. Los objetivos y las soluciones relevantes según la invención pueden encontrarse en las descripciones detalladas de estas figuras.
Lista de símbolos de referencia
1 S i s t e m a d e r e a c c i ó n
2 C á m a r a d e r e a c c i ó n
3 D i s p o s i c i ó n d e l o s e l e c t r o d o s 36 A b e r t u r a d e s a l i d a
3 ' D i s p o s i c i ó n d e l o s e l e c t r o d o s 3 7 R e t o r n o
4 R e c i p i e n t e r e c e p t o r 38 D e p ó s i t o d e l í q u i d o
5 E l e c t r o d o ( a n ó d i c o ) 39 D e p ó s i t o d e a g u a
4 0 D i s p o s i t i v o d e f i l t r a d o
6 E l e c t r o d o ( c a t ó d i c o )
19 ' B o b i n a d o p a r c i a l 54 D i s t a n c i a
19 " B o b i n a d o p a r c i a l 55 D i s t a n c i a
19 " ' B o b i n a d o p a r c i a l 56 E j e h u e c o
2 0 D i s t a n c i a d e b o b i n a d o 5 7 R a n u r a
2 0 ' D i s t a n c i a d e b o b i n a d o 58 R a n u r a
2 0 " D i s t a n c i a d e b o b i n a d o 59 G r o s o r d e l a p a r e d
21 F u e n t e d e e n e r g í a 60 G r o s o r d e l a p a r e d
2 2 F u e n t e d e e n e r g í a 61 H e n d i d u r a
23 A b e r t u r a d e e n t r a d a 62 H e n d i d u r a
2 4 M e d i o ( t u r b u l e n c i a ) 63 Á n g u l o c i r c u n f e r e n c i a l 25 B o q u i l l a s d e e n t r a d a y / o s a l i d a 64 C i r c u n f e r e n c i a d e l a n i l l o
2 6 E s p a c i o d e g a s 65 Á n g u l o l i b r e
2 7 B o r d e d e d e s b o r d a m i e n t o 66 Á n g u l o d e d e s p l a z a m i e n t o 2 8 N i v e l d e l í q u i d o ( m á x . ) 6 7 C o n e x i ó n d e l a b o b i n a 2 9 B o r d e l í m i t e 68 C o n e x i ó n d e l a b o b i n a 30 R e c i p i e n t e d e e l e c t r o l i t o 69 C á m a r a d e r e a c c i ó n i n t e r i o r 31 E j e d e l c i l i n d r o 70 B o b i n a c i l í n d r i c a h u e c a 32 E s p u m a 71 C a n a l d e f l u j o
33 N i v e l d e l l e n a d o 72 S u p e r f i c i e l a t e r a l e x t e r n a 34 C a n a l d e s a l i d a 73 A l t u r a a x i a l
35 S e c c i ó n c o l e c t o r a 74 L o n g i t u d v e r t i c a l
75 S u p e r f i c i e l a t e r a l i n t e r n a
7 6 S u p e r f i c i e l a t e r a l e x t e r n a
7 7 Á n g u l o
7 8 P r i m e r e x t r e m o a x i a l
7 9 S e g u n d o e x t r e m o a x i a l
80 P r i m e r a s e c c i ó n d e f l u j o
81 S e g u n d a s e c c i ó n t r a n s v e r s a l d e f l u j o
82 D i s p o s i t i v o d e s g a s i f i c a d o r
83 E l e m e n t o d e d i s t r i b u c i ó n
5

Claims (24)

REIVINDICACIONES
1. Sistema de reacción electrolítica (1) para la producción de hidrógeno y oxígeno gaseosos, que comprende
- una cámara de reacción (2, 69) para contener un electrolito,
- una disposición de electrodos (3) en la cámara de reacción (2, 69), dicha disposición de electrodos (3) está formada por una pluralidad de electrodos anódicos y catódicos (5, 6),
- en donde la disposición de electrodos (3) está formada por electrodos tubulares (5, 6) dispuestos coaxialmente o de manera aproximada coaxialmente, en la que las superficies laterales cilíndricas o las superficies laterales de los electrodos tubulares (5, 6) dispuestas adyacentes entre sí y compuestas por una pluralidad de superficies alineadas en ángulo entre sí están separadas entre sí por al menos una ranura (57, 58), de tal manera que entre superficies laterales de electrodos (5, 6) mutuamente espaciados hay formado al menos un canal de flujo (71) para el electrolito, que se extiende entre un primer extremo axial (78) para la entrada del electrolito en la disposición de electrodos (3) y un segundo extremo axial (79) para la salida del electrolito de la disposición de electrodos (3),
- en donde el al menos un canal de flujo (71) presenta al menos una primera sección transversal de flujo (80) y al menos una segunda sección transversal de flujo (81), en donde, medida, la segunda sección transversal de flujo (81) es menor que la primera sección transversal de flujo (80),
- y en donde la segunda sección transversal de flujo (81) comparativamente más pequeña está formada en una sección parcial del al menos un canal de flujo (71) que está más cerca del segundo extremo axial (79) de la disposición de electrodos (3),
caracterizado porque
la al menos una ranura (57, 58) entre electrodos directamente adyacentes (5, 6) es máxima o mayor en la región del primer extremo axial (78), inferior en la dirección vertical, de la disposición de electrodos (3) que en la región del segundo extremo axial (79), superior en la dirección vertical, de la disposición de electrodos (3) y esta al menos una ranura (57, 58) es mínima o menor en la región del segundo extremo axial (79), superior en la dirección vertical, de la disposición de electrodos (3).
2. Sistema de reacción electrolítica según la reivindicación 1,caracterizado porquela sección transversal de flujo decreciente (81) está formada por un espesor de pared (59, 60) de al menos uno de los electrodos (5, 6) que aumenta de forma continua o abrupta desde el primer extremo axial (78) en dirección al segundo extremo axial (79).
3. Sistema de reacción electrolítica según las reivindicaciones 1 o 2,caracterizado porqueuna superficie lateral radialmente interior y/o radialmente exterior (75, 76) de al menos un electrodo (5, 6), que está dispuesto entre un electrodo radialmente más interior y un electrodo radialmente más exterior (5, 6) de la disposición de electrodos (3), está realizada inclinada con respecto a un eje de cilindro o vertical (8) de la disposición de electrodos (3).
4. Sistema de reacción electrolítica según una de las reivindicaciones anteriores,caracterizado porqueel electrodo tubular radialmente más interior (5, 6) de la disposición de electrodos (3) presenta un espesor de pared (59) y un diámetro exterior constantes en toda su longitud vertical (74).
5. Sistema de reacción electrolítica según una de las reivindicaciones anteriores,caracterizado porqueuna superficie lateral radialmente interior y/o radialmente exterior (75, 76) de al menos uno de los electrodos (5, 6) está realizada en forma de una superficie lateral de un cono truncado.
6. Sistema de reacción electrolítica según una de las reivindicaciones anteriores,caracterizado porqueal menos una bobina electromagnética (13) está dispuesta por encima y/o por debajo de la disposición de electrodos (3) en la dirección axial de un eje virtual de cilindro o vertical (8) de la disposición de electrodos (3), el campo electromagnético de cuya bobina actúa sobre el electrolito y sobre la disposición de electrodos (3) cuando se les aplica energía eléctrica.
7. Sistema de reacción electrolítica según una de las reivindicaciones anteriores,caracterizadoporque en la cámara de reacción (2) está formado un recipiente receptor (4) cilíndrico hueco o prismático hueco, en particular un recipiente de electrolito (30), en el que está dispuesta la al menos una disposición de electrodos tubulares (3).
8. Sistema de reacción electrolítica según la reivindicación 7,caracterizadoporque el recipiente de electrolito (30) o el recipiente receptor (4) para el electrolito y para la al menos una disposición de electrodos (3) está realizado para estar abierto en la sección del extremo superior y su superficie lateral o de cilindro está dispuesta a una distancia de las superficies de pared interiores de la cámara de reacción (2).
9. Sistema de reacción electrolítica según una de las reivindicaciones 6 a 8,caracterizado porquela al menos una disposición de electrodos (3) está completamente sumergida en el electrolito y la al menos una bobina electromagnética (13, 70) está igualmente por debajo de un nivel de líquido regular o mínimo (14) para el electrolito o está al menos predominantemente sumergida en el electrolito.
10. Sistema de reacción electrolítica según una de las reivindicaciones 6 a 9,caracterizado porqueel campo electromagnético de la al menos una bobina electromagnética (13, 70) hace vibrar mecánicamente los electrodos anódico y catódico (5, 6) de tal manera que se favorece el desprendimiento de las burbujas de gas que se forman o adhieren a los electrodos anódico y catódico (5, 6).
11. Sistema de reacción electrolítica según una de las reivindicaciones 6 a 10,caracterizadopor que la al menos una bobina electromagnética (13) esta realizada sustancialmente de forma anular en planta y su centro o punto medio (15) se encuentra en o cerca del eje de cilindro virtual o vertical (8) de la disposición de electrodos (3).
12. Sistema de reacción electrolítica según una de las reivindicaciones anteriores,caracterizado porqueal menos una abertura de entrada (23) para suministrar y/o rellenar el electrolito está dispuesta en la sección inferior de la cámara de reacción (2, 69) o de un recipiente receptor (4) que recibe el electrolito.
13. Sistema de reacción electrolítica según una de las reivindicaciones anteriores,caracterizado porqueen la cámara de reacción (2, 69) o en un recipiente receptor (4) que recibe el electrolito, está formado al menos un medio (24) para hacer girar el electrolito, en particular para crear en el electrolito un flujo, por ejemplo un flujo turbulento o en forma de vórtice.
14. Sistema de reacción electrolítica según la reivindicación 13,caracterizado porquelos medios (24) de turbulencia están formados por al menos una boquilla (25) de entrada y/o de salida, preferentemente por una pluralidad de boquillas (25) de entrada y/o de salida del electrolito que desembocan en la cámara de reacción (2, 69) o en el recipiente receptor (4) del electrolito.
15. Sistema de reacción electrolítica según una de las reivindicaciones anteriores,caracterizado porqueen la cámara de reacción (2, 69) está formado al menos un borde de desbordamiento (27) para limitar o fijar un nivel máximo de líquido (28) del electrolito.
16. Sistema de reacción electrolítica según la reivindicación 15,caracterizado porqueal menos una abertura de salida (36) está formada en la sección de fondo de la cámara de reacción (2) para descargar electrolito o espuma de electrolito que ha fluido por el borde de rebose (27) desde la cámara de reacción (2).
17. Sistema de reacción electrolítica según la reivindicación 15,caracterizado porun retorno (37) del electrolito que ha fluido por el borde de rebose (27) hacia el recipiente receptor (4), en particular hacia el recipiente cilíndrico hueco de electrolito (30).
18. Sistema de reacción electrolítica según la reivindicación 15,caracterizado por laformación de una sección colectora (35) para el electrolito que fluye sobre el borde de desbordamiento (27) dentro de la cámara de reacción (2) o dentro de un retorno (37) para el electrolito que conduce a la cámara de reacción (2), para formar un sello de gas, en particular una barrera de gas en forma de sifón para el hidrógeno y el oxígeno producidos.
19. Sistema de reacción electrolítica según una de las reivindicaciones anteriores,caracterizado porcrear una presión negativa en la cámara de reacción (2) estableciendo una conexión fluídica (52) entre la cámara de reacción (2), en particular su cámara de gas (26), con un suministro de combustible (53), en particular el sistema de admisión, de un motor de combustión interna (51), en particular un motor de gasolina, de gas o diésel.
20. Sistema de reacción electrolítica según una de las reivindicaciones anteriores,caracterizado porqueuna bobina electromagnética (70) de una o varias capas, cilíndrica hueca, está fijada a una superficie de lateral exterior (72) de la cámara de reacción (2, 69) o del recipiente receptor (4), o a un soporte dieléctrico del bobinado alrededor de la cámara de reacción (2, 69) o del recipiente receptor (4), actuando el campo electromagnético de la bobina sobre el electrolito y sobre la disposición de electrodos (3) cuando se aplica energía eléctrica.
21. Sistema de reacción electrolítica según una de las reivindicaciones 15 a 20,caracterizado porqueun dispositivo de desgasificación (82) para el electrolito está formado en relación con una dirección de flujo del electrolito aguas abajo del borde de desbordamiento (27) de la cámara de reacción (69) o del recipiente receptor (4).
22. Sistema de reacción electrolítica según la reivindicación 21,caracterizado porqueel dispositivo de desgasificación (82) está formado por al menos un elemento de distribución (83) para el electrolito que se extiende en dirección radial al eje de cilindro o vertical (8), cuyo elemento de distribución (83) está previsto para ampliar la superficie del electrolito que fluye sobre el borde de desbordamiento (27) o para formar una película electrolito-líquido sobre el elemento de distribución (83).
23. Sistema de reacción electrolítica según la reivindicación 22,caracterizado porqueel elemento de distribución (83) está dispuesto anularmente alrededor de la cámara de reacción (69) o del recipiente receptor (4) y, partiendo de su sección radialmente interior, está inclinado hacia abajo en dirección de su sección radialmente exterior.
24. Sistema de reacción electrolítica según las reivindicaciones 22 o 23,caracterizado porqueel elemento de distribución (83) tiene una superficie que discurre escalonada u ondulada para distribuir y descargar el electrolito.
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