IT202100007694A1 - Idrolisi ad alta efficienza – generazione idrogeno ed ossigeno in acqua semplice sistema di idrolisi senza sali e additivi - Google Patents

Description

IDROLISI AD ALTA EFFICIENZA ? GENERAZIONE IDROGENO ED OSSIGENO IN ACQUA SEMPLICE

SISTEMA DI IDROLISI SENZA SALI E ADDITIVI

classificazione : C01B3/065 (Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of inorganic compounds containing electro-positively bound hydrogen, e.g. water, acids, bases, ammonia, with inorganic reducing agents from a hydride) .

Riassunto

il trovato ? un idrolizzatore in grado di funzionare con acqua semplice, anzich? utilizzare l'acqua demineralizzata con aggiunte chimiche di sali e altri composti. Pu? utilizzare sia acqua di fonte che qualunque altro tipo di acqua, come ad esempio l'acqua potabile, l'acqua di mare o le acque grigie o reflue. Ottiene uscite separate di idrogeno ed ossigeno. Gli idrolizzatori classici o standard richiedono una alta conducibilit? dell'acqua (con aggiunta di sali o acidi o basi) e l'assenza di composti disciolti che si possano depositare sulle parti conduttive (acqua demineralizzata).

Il presente trovato riguarda una soluzione meccanica e circuitale che consente la migrazione ionica tra anodi e catodi , tale che non necessiti di aggiunta di potassa o altri sali o altri sistemi chimici atti a migliorare la conducibilit? dell'acqua nella cella di idrolisi.

Il sistema consente una interfaccia superficiale parallela tra anodo e catodo molto ampia, nonostante la distanza fisica tra anodo e catodo e la loro netta separazione. La resistenza totale dell'acqua per ogni cella idrolitica risulta molto bassa, ovvero una elevata conducibilit? attraverso l'acqua, conducibilit? ottenuta attraverso l'artificio del cosiddetto ponte ionico.

DESCRIZIONE

Introduzione

L'idrogeno ? diventato ultimamente una forma di accumulo di energia privilegiata, perch? ? previsto che andr? a sostituire altre forme pi? inquinanti, sia di utilizzo che di accumulo.

Anche la sua forma pi? semplice derivata da idrolisi, l' HHO, ovvero la produzione di idrogeno e ossigeno gi? combinati per un utilizzo immediato, ad esempio come additivo o come propellente per un motore termico, ha numerosi vantaggi in termini di efficienza energetica, recuperando e utilizzando anche il 33% di ossigeno prodotto e non disperso o utilizzato diversamente, in caso di utilizzo immediato per la combustione o la detonazione.

In tutti i casi, che l'idrogeno sia prodotto in modo separato che congiunto con l'ossigeno, l'utilizzo di componenti semplici come l'acqua comune, non desalinizzata e non demineralizzata, aumenta la compatibilit? ambientale per l'assenza di lavorazioni e di scarti o rifiuti che richiedono energia e costi. Anche l'assenza di additivi chimici aumenta la compatibilit? con la natura, evitando la produzione di composti residui che possano impattare con l'ambiente o richiedere costi per la gestione e lo smaltimento.

Stato dell'arte

Lo stato dell'arte e le pubblicazioni sull'idrolisi sono numerose, come pure i brevetti. Molti sono datati nel tempo, altri sono pi? recenti perch? nuovi materiali e nuovi sistemi di sinterizzazione, sintetizzazione e produzione hanno migliorato molto la tecnologia dei materiali a disposizione. Nonostante la semplicit? del trovato, non sono stati trovati riferimenti assimilabili alla presente invenzione. La letteratura ed i brevetti si concentrano sulle celle tipo AEM, PEM e assimilabili

Nella ricerca dell'arte nota, sono state evidenziate alcune soluzioni brevettuali, che citiamo:

- US9353451B2 - United States - Inventor Jim Harold Haywood - applicant Fuel And Emissions Controls LLC - 2013-04-19

?Hydrolysis system and method for a vehicle engine? - Sistema e metodo di idrolisi per il motore di un veicolo

"A hydrolysis system for a vehicle engine includes an electrolysis unit having a plurality of spaced, generally parallel, conductive plates and an electrolyte between the plates that produce fuel gas including hydrogen and oxygen by electrolysis; a reservoir that receives the fuel gas from the electrolysis unit and stores the fuel gas and electrolyte; an electric pump that pumps the electrolyte from the reservoir to the electrolysis unit; a pulse width modulator that provides DC power to the conductive plates and to the pump; a dryer having a filter that removes water from the fuel gas; an expansion tank having an interior cavity that expands the fuel gas and a conduit within the cavity that heats the fuel gas with circulating hot water; and a spray tube that outputs the fuel gas. Methods include preparing and using the hydrolysis system."

Traduzione in Italiano del testo del riassunto del brevetto sopra riportato:

Un sistema di idrolisi per il motore di un veicolo include un'unit? di elettrolisi avente una pluralit? di piastre conduttive distanziate, generalmente parallele e un elettrolita tra le piastre che producono gas combustibile comprendente idrogeno e ossigeno mediante elettrolisi; un serbatoio che riceve il gas combustibile dall'unit? di elettrolisi e immagazzina il gas combustibile e l'elettrolita; una pompa elettrica che pompa l'elettrolita dal serbatoio all'unit? di elettrolisi; un modulatore di larghezza di impulso che fornisce alimentazione CC alle piastre conduttive e alla pompa; un essiccatore avente un filtro che rimuove l'acqua dal gas combustibile; un vaso di espansione avente una cavit? interna che espande il gas combustibile e un condotto all'interno della cavit? che riscalda il gas combustibile con acqua calda circolante; e un tubo spray che emette il gas combustibile. I metodi includono la preparazione e l'utilizzo del sistema di idrolisi.

- US9574276B2 - United States -

?Production of low temperature electrolytic hydrogen? - Produzione di idrogeno elettrolitico a bassa temperatura

"In one embodiment of the present disclosure, a process for electrochemical hydrogen production is provided. The process includes providing an electrochemical cell with an anode side including an anode, a cathode side including a cathode, and a membrane separating the anode side from the cathode side. The process further includes feeding molecules of at least one gaseous reactant to the anode, oxidizing one or more molecules of the gaseous reactant at the anode to produce a gas product and protons, passing the protons through the membrane to the cathode, and reducing the protons at the cathode to form hydrogen gas."

Traduzione in Italiano del testo del riassunto del brevetto sopra riportato:

In una forma di realizzazione della presente invenzione, viene fornito un processo per la produzione elettrochimica di idrogeno. Il processo include la costruzione di una cella elettrochimica con un lato anodico comprendente un anodo, un lato catodico comprendente un catodo e una membrana che separa il lato anodo dal lato catodo. Il processo include inoltre l'alimentazione di molecole di almeno un reagente gassoso all'anodo, l'ossidazione di una o pi? molecole del reagente gassoso all'anodo per produrre un prodotto gassoso e protoni, il passaggio dei protoni attraverso la membrana al catodo e la riduzione dei protoni. al catodo per formare idrogeno gassoso.

- CA2937948C - Canada -- 2014-01-31

?Reformer-electrolyzer-purifier (rep) assembly for hydrogen production, systems incorporation same and method of producing hydrogen ? - Complesso riformatore-elettrolizzatoredepuratore (rep) per la produzione di idrogeno, incorporazione dei sistemi stessi e metodo di produzione dell'idrogeno

A high temperature electrolyzer assembly comprising at least one electrolyzer fuel cell including an anode and a cathode separated by an electrolyte matrix, and a power supply for applying a reverse voltage to the at least one electrolyzer fuel cell, wherein a gas feed comprising steam and one or more of CO2 and hydrocarbon fuel is fed to the anode of the at least one electrolyzer fuel cell, and wherein, when the power supply applies the reverse voltage to the at least one electrolyzer fuel cell, hydrogen-containing gas is generated by an electrolysis reaction in the anode of the at least one electrolyzer fuel cell and carbon dioxide is separated from the hydrogen-containing gas so that the at least one electrolyzer fuel cell outputs the hydrogencontaining gas and separately outputs an oxidant gas comprising carbon dioxide and oxygen.

Traduzione in Italiano del testo del riassunto del brevetto sopra riportato:

Un gruppo elettrolizzatore ad alta temperatura comprendente almeno una cella a combustibile dell'elettrolizzatore comprendente un anodo e un catodo separati da una matrice di elettrolita e un alimentatore per applicare una tensione inversa all'almeno una cella a combustibile dell'elettrolizzatore, in cui un'alimentazione di gas comprendente vapore e una o pi? di CO2 e idrocarburo viene alimentato all'anodo dell'almeno una cella a combustibile dell'elettrolizzatore e in cui, quando l'alimentazione applica la tensione inversa all'almeno una cella a combustibile dell'elettrolizzatore, il gas contenente idrogeno viene generato da un'elettrolisi La reazione nell'anodo dell'almeno una cella a combustibile dell'elettrolizzatore e l'anidride carbonica ? separata dal gas contenente idrogeno in modo che l'almeno una cella a combustibile dell'elettrolizzatore emetta il gas contenente idrogeno e emetta separatamente un gas ossidante comprendente anidride carbonica e ossigeno.

- CN101886270B - -2009-04-30

?For the high pressure electrolysis cell of hydrogen manufacturing from water? - Cella di elettrolisi ad alta pressione per la produzione di idrogeno dall'acqua

"The invention relates to the high pressure electrolysis cell for hydrogen manufacturing from water.Particularly, exemplary embodiment comprises the method and apparatus improving high pressure electrolysis cell electrolytic efficiency, it is by when high pressure electrolysis cell works, reduce anodic current density and reduce anodic overvoltage, reduce to penetrate through from cathode compartment the amounts of hydrogen that electrolytic bath membrane enters anolyte compartment simultaneously and realize."

Traduzione in Italiano del testo del riassunto del brevetto sopra riportato:

L'invenzione riguarda la cella di elettrolisi ad alta pressione per la produzione di idrogeno dall'acqua. In particolare, la forma di realizzazione esemplificativa comprende il metodo e l'apparato che migliorano l'efficienza elettrolitica della cella di elettrolisi ad alta pressione, soluzione realizzata quando la cella di elettrolisi ad alta pressione, mentre funziona, riduce la densit? di corrente anodica e riduce la sovratensione anodica , per ridurre e per penetrare attraverso il compartimento catodico le quantit? di idrogeno che la membrana del bagno elettrolitico cede simultaneamente nel compartimento dell'anolita per realizzare la reazione.

I problemi che risolve il trovato

Acqua semplice: il trovato vuole contribuire a migliorare la produzione di idrogeno ed ossigeno, in particolare attraverso il presente artificio che consente di utilizzare semplice acqua, senza la necessit? di aggiunta di elementi o composti che migliorino la conducibilit? dell'acqua stessa. Pertanto il trovato risolve il problema di consentire l'utilizzo di acqua semplice nella cella o nelle celle di idrolisi; ? comunque utilizzabile l'acqua di mare come pure lo sono le acque grigie e reflue. Il trovato pu? essere utilizzato in qualunque sistema di separazione di fluidi da passaggio di corrente, compreso nel bagno galvanico.

Vasca unica: ulteriore problema che risolve il trovato, riguarda la possibilit? di realizzare il sistema di idrolisi in una vasca unica, senza separazioni in celle distinte, semplificando di molto la realizzazione ed i suoi conseguenti costi, che si riducono in modo sensibile.

Tensioni e correnti diverse e programmabili: ulteriore artificio corrispondente ad un ulteriore problema che risolve, riguarda la possibilit? di utilizzare diverse tensioni e correnti , collegando in serie e/o in parallelo le singole nuove celle, sempre all'interno della medesima vasca.

Pulizia dei conduttori: i conduttori anodici e catodici, attraverso una inversione di polarit? di corrente e/o attraverso delle onde soniche e/o ultrasoniche, sono mantenuti puliti attraverso lo scrostamento meccanico delle superfici, che sono sottoposte a shock elettromeccanici delle onde che si propagano attraverso i trasduttori e l'acqua. I trasduttori ad esempio piezoelettrici possono essere a contatto meccanicamente con i conduttori anodo e catodo, oppure possono essere a contatto indiretto tramite fluidi, compreso l'acqua.

Costruzione del trovato

La cella idrolitica standard di arte nota ? molto semplice come concetto, ? costruita tramite un anodo 101 e un catodo 102 come in figura 100, immersi in una soluzione di idrossido potassio, nota anche col nome di potassa, tutti contenuti in un idoneo contenitore 103 che consenta la separazione e la raccolta dei gas idrogeno ed ossigeno, ben separati attraverso la membrana 104. I gas possono eventualmente anche non essere separati per la produzione di HHO, cio? idrogeno ed ossigeno estratti assieme. In alternativa alla potassa, sono possibili anche molti altri prodotti chimici ed elementi per garantire la conducibilit? dell'elemento acqua, al fine di aumentare il passaggio di corrente e che questa attivi la generazione di idrogeno ed ossigeno. Acidi, basi e sali sono adatti allo scopo, utilizzati da celle anteriori al presente trovato. La cella idrolitica standard di arte nota ? realizzabile in molti modi e con molte divisioni e suddivisioni. E' qui rappresentata nel modo pi? semplice per esporre i concetti e le applicazioni successive.

Per spiegare le origini della soluzione del trovato, si evidenzia che in elettronica industriale si usano da molti anni le paste serigrafiche, che siano conduttive, semiconduttive e resistive, la cui reologia consente la definizione dei paramenti di comportamento elettrico, elettromeccanico, elettronico. Tali paste sono utilizzate per realizzare percorsi di circuiti, resistenze, semiconduttori, tipicamente su superfici ceramiche realizzate in ceramica tecnica al biossido di alluminio (allumina)

La reologia di tali materiali ha, tra gli altri, un parametro caratteristico espresso in "Ohms/Square".

Anche l'acqua ha la propria reologia, anche se tale termine fino ad ora non ? stato utilizzato per definire l'acqua, perlomeno potrebbe risultare inappropriato, prima della esistenza della presente soluzione tecnologica del trovato.

Nelle caratterizzazioni delle acque potabili, la conducibilit? ? espressa in Siemens, dovuta tipicamente ai minerali contenuti. I valori di conducibilit? sono normalmente riportati nelle analisi chimiche delle acque potabili, presenti sulle etichette delle bottiglie.

Trasmutando il concetto di ohms/square anche nel circuito di idrolisi, la misura della conducibilit? dell'acqua in volumi, pu? essere rapportata al centimetro cubo. Pertanto a parit? di distanza tra catodo ed anodo, pi? ampia ? la superficie di contatto con l'acqua, maggiore sar? la conducibilit? e minore la resistenza tra i conduttori immersi.

L'artificio del trovato sta proprio nel consentire un affaccio diretto tra anodo e catodo, aumentando di molto le superfici direttamente affacciate e parallele. D'ora in poi chiameremo questo affaccio diretto tra anodo e catodo come "affaccio efficiente" oppure anche "interfaccia efficiente". L'affaccio ? paragonabile concettualmente e realizzabile come le superfici di un condensatore.

Bench? la tradizionale separazione fisica e netta tra anodo e catodo consenta una decisa separazione tra idrogeno ed ossigeno, come realizzato in figura 100, questa separazione abbatte di molto la conducibilit? disponibile e alza di molto la resistenza del sistema, richiedendo cosi l'utilizzo di un aumento di conduzione del liquido acqua che necessita pertanto l'aggiunta di elementi o composti che migliorino la conducibilit?.

Sono realizzabili altre soluzioni assimilabili a quella descritta standard di arte nota, ma concettualmente la separazione rimane netta. Le celle AEM (anion exchange membrane), le celle PEM (proton exchange membrane) e le celle AEL (alcaline electrolysis) necessitano di utilizzare elementi chimici da aggiungere all'acqua demineralizzata che ne aumentino la conducibilit?, oltre alla separazione fisica, in appositi contenitori o separatori, di ogni cella.

La conducibilit? dell'acqua ? altres? accompagnata dalla bagnabilit? delle superfici utilizzate per la misura: piu' una superficie ? compenetrata dall'acqua, maggiore sar? la risposta conduttiva a parit? di superficie, addirittura superfici minori possono aumentare la conduzione dell'acqua a parit? di distanza. Pertanto a parit? di superficie e distanza tra le placche, la conduzione di acqua sar? maggiore (e minore la resistenza), se maggiore sar? la bagnabilit? delle superfici adottate, grazie ad una maggiore compenetrazione tra acqua e materiali.

Pertanto per utilizzare tale artificio nel trovato, si ? utilizzato un materiale conduttivo forgiato a rete, perch? la rete consente una maggiore compenetrazione tra superficie e acqua, oltre a consentire altri fenomeni sotto indicati in diversi punti del testo. Utilizzando una rete in acciaio inossidabile con fori da 1,5 mm quadro, realizzata con filo da 1 mm di diametro, la superficie bagnabile risulta maggiore del 20%, ovvero di 1,2 volte maggiore rispetto alla stessa superficie piana realizzata piena, senza fori. La rete consente inoltre il passaggio di comunicazione conduttiva e ionica e dei flussi dei fluidi in gioco. D'ora in poi chiameremo questa efficienza legata alla bagnabilit? delle superfici come "superficie efficiente". La rete o griglia che realizza le superfici conduttive sopraindicate, ? realizzabile da maglie i cui fili sono di diametro o di spessore da 0,5 mm a 1,5 mm, con apertura del foro (o fori) della maglia con lato o diametro dai 0,5 ai 1,5 mm.

Pertanto la costruzione del trovato vede il catodo e l'anodo costruiti con la rete descritta sopra, come pure ? costruito con una rete anche un elemento nuovo che andiamo ad introdurre, ovvero quello che noi abbiamo definito "ponte ionico", ovvero una superficie similare ad anodo e catodo, visibile nella figura 200 col numero 203.

L'affaccio tra anodo e catodo puo' essere diretto, in caso di cella fatta da soli due elementi, oppure in caso di composizione della cella come in figura 300, con anodo 301 e catodo 302.

L'affaccio del trovato tra catodo e anodo viene agevolato dalla superficie del ponte ionico 203, che consente la migrazione degli ioni e delle cariche elettriche.

Per ottenere un "affaccio efficiente", anodo 301 e catodo 302 devono trovarsi affacciati e vicini come in figura 300, compromettendo la divisione tra ossigeno ed idrogeno, che rischiano di mescolarsi. Maggiore ? la necessit? di produzione, maggiore saranno le superfici richieste, multiple come in figura. Pertanto per utilizzare la sola acqua, sar? necessario fare in modo che le superfici siano vicine per migliorare la conducibilit?, ma contemporaneamente siano distanti per la separazione dei gas. Per ottenere entrambi i risultati, la separazione delle superfici tra anodo 201 e catodo 202 e per separare i gas idrogeno ed ossigeno, nonch? per ottenere la superficie di affaccio diretta e vicina elettricamente e per il passaggio ionico, si utilizza appunto il ponte ionico 203.

Gli anodi (201) e catodi (202) di figura 200 saranno ancora separati e distanti come gli anodi e i catodi 101 e 102 in figura 100 , ma saranno affacciati ad una superficie (203) avente estensione pari circa alla somma delle due superfici anodo e catodo, cio? una superficie unica conduttiva e cortocircuitata che realizza il passaggio elettrico e ionico tra anodo e catodo, che realizza il "ponte ionico" (203) tra anodo e catodo. Pertanto definiamo d'ora in poi il termine di "ponte ionico" come una superficie unica, preferibilmente in rete conduttiva, che affaccia sia tutta la superficie dell'anodo che tutta la superficie del catodo, consentendo una distanza e una separazione fisica tra le due superfici, unite per? elettricamente e ionicamente attraverso un "affaccio efficiente" realizzato attraverso il "ponte ionico" stesso.

La cella realizzata da anodo e catodo affacciati indirettamente tramite ponte ionico, sar? chiamata e definita d'ora in poi come ?cella a ponte ionico? o semplicemente ?cella a ponte?

La resistenza totale, tra anodo 201 e catodo 202, sar? doppia rispetto a quella di avere catodo e anodo affacciati direttamente, perch? la distanza tra anodo e catodo e' doppia attraverso il conduttore del "ponte ionico" 203.

Raddoppiando il "ponte ionico", cio? includendo anodo 201 e catodo 202 tra due ponti ionici (203 e 204), come in figura 200 e 400, la resistenza totale sar? dimezzata, perch? saranno messe in parallelo le conduzioni attraverso il ponte ionico che ? doppio per ciascuna cella composta da anodo e catodo posti sullo stesso piano. Cio?, come mostrato in figura 400, la resistenza R1405 e la resistenza R2406 sono in serie tra di loro attraverso il ponte ionico, ma R1 ? in parallelo a R3407 e la resistenza R2 ? in parallelo alla resistenza R4408, questo ponendo i ponti ionici 203 e 204 in corto circuito, oppure ponendo gli stessi (203 e 204) allo stesso potenziale elettrico.

Il circuito elettrico ? pertanto costituito da: anodo 201 connesso a ponte ionico 203 attraverso la resistenza R1 (405) che rappresenta la conducibilit? dell'acqua interposta tra le facce dell'anodo 201 e le facce del ponte ionico 203; tale ponte ionico 203 ? connesso alla resistenza R2 (406) che ? connessa a sua volta al catodo 202, la resistenza R2 (406) rappresenta la conducibilit? dell'acqua tra le facce del ponte ionico 203 e le facce del catodo 202; il catodo 202 ? a sua volta connesso al ponte ionico 204 attraverso la resistenza equivalente R4 (408), che rappresenta la conducibilit? tra le superfici del catodo 202 e le superfici del ponte ionico 204; il ponte ionico ? un conduttore ed ? a sua volta connesso all'anodo 201 attraverso la resistenza equivalente R3 (407), che rappresenta la conducibilit? dell'acqua tra le superfici del ponte ionico 204 e le superfici dell'anodo 201.

Pertanto, se le resistenze R1,R2,R3,R4 (405,406,407,408) sono equivalenti, ponendo una tensione Vcc tra anodo 201 e catodo 202, la tensione tra anodo 201 e ponte ionico 203 sar? di 1/2 * Vcc , ovvero la met? della tensione di alimentazione Vcc, come pure sar? la meta di Vcc la tensione tra ponte ionico 203 e catodo 202. Infatti il ponte ionico 203 si trova connesso al centro del partitore resistivo costituito da R1 (405) e R2 (406), che essendo uguali, portano a met? la tensione di alimentazione tra anodo e catodo. Allo stesso modo funziona il partitore costituito da R3 e R4. Pertanto se ponte ionico 203 ? in cortocircuito con ponte ionico 204, le resistenze equivalenti R1 e R3 si trovano in parallelo, abbassando la resistenza risultante tra le due, aumentando pertanto la corrente che pu? passare tra anodo e ponte ionico e poi anche tra ponte ionico e catodo, perch? anche R2 e R4 si troveranno in parallelo. Nel caso in cui ponti ionici 203 e 204 non fossero messi in cortocircuito, si troverebbero comunque allo stesso potenziale elettrico pari ad una tensione che ? la met? di quella di alimentazione, cio? Vcc mezzi. ;;In questo modo gli anodi 201 ed i catodi 202 sono raggruppati da una parte e dall'altra della vasca 610 in cui possono essere inseriti, consentendo la raccolta di idrogeno ed ossigeno, in modo separato, prelevato alla sommit? 607 e 608 di ciascuna delle parti. Tra catodo ed anodo pu? essere inserita una membrana 104 permeabile agli ioni e impermeabile ai gas idrogeno ed ossigeno, ma non risulta necessaria se non per alti gradi di purezza dei gas che possono essere richiesti ;;Questo artificio garantisce la distanza meccanica e fisica tra anodo 201 e catodo 202, ma contemporaneamente garantisce la distanza elettrica minore possibile attraverso il ponte ionico 203, ausiliato dal simile ponte ionico 204. Tale affaccio tramite il ponte ionico garantisce la "conduzione efficente" anche in acqua semplice, pur avendo catodo e anodo ben distanti e separati, senza affaccio diretto. ;;La tensione di idrolisi minima V1 = Vcc e' quella che innesca un passaggio di corrente sufficiente ad avviare il processo di idrolisi tra anodo 201 e catodo 202. ;;In assenza di sali o di elementi che favoriscano la conduzione (sali, acidi, basi, metalli, semiconduttori drogati), la tensione di lavoro per la sola acqua risulta maggiore della tensione tipica di cella idrolitica standard. ;;Con acque locali potabili, ricche di minerali e calcio, la tensione di cella pu? essere indicativamente di circa 5 Volt, tale per cui il passaggio di corrente ? sufficiente a generare una vistosa produzione dei due gas, nel caso di utilizzo di una superficie e di una distanza proporzionali alla potenza di cella che si vuole utilizzare per generare i gas. ;;Si definisce d'ora innanzi il termine "tensione di cella utile" VU, quel parametro in tensione per il quale si avvia il processo di idrolisi con la produzione di idrogeno all'anodo 201 e di ossigeno al catodo 202, in modalit? adeguata in assenza di sali o aggiunte chimiche. ;;Se la tensione di cella utile VU ? di 5 Volt tra anodo e catodo (V 201-202) per innescare il processo di elettrolisi, la tensione tra anodo 201 e ponte ionico 203 (V 201-203) deve essere uguale alla tensione tra ponte ionico 203 e catodo 202 (V 203-202) e pari alla met? della tensione di cella utile. ;;In questo modo la tensione tra anodo 201 e ponte ionico 203 ? pari alla met? della tensione utile VU, ovvero VU*1/2 oppure VU/2, pertanto tale tensione non e' sufficiente a innescare un processo di idrolisi tra anodo 201 e ponte ionico 203. Ugualmente anche la tensione tra ponte ionico 203 e catodo 202 deve essere pari alla met? della tensione utile VU, cio? VU/2, cosi da non ottenere generazione di gas tra ponte ionico 203 e catodo 202.

Il bilanciamento delle tensioni sul ponte ionico, pari alla meta' delle tensioni di cella VU, ? suggerito per il mantenimento degli equilibri del sistema nel suo complesso, ma non ? vincolante, ovvero sono possibili tensioni minori di VU anche sbilanciate o non simmetriche tra ponte ionico e anodo e catodo, purch? la tensione sul ponte ionico sia insufficiente per la produzione di idrogeno o ossigeno.

Nonostante la mancata produzione di gas sulla superficie del ponte ionico 203, il passaggio di elettroni e di ioni e' garantito dalla medesima superficie 203 del ponte ionico, ottenendo un effetto simile all'affaccio diretto tra anodo e catodo, pur avendo anodo e catodo molto distanziati tra loro.

Cosi si ottengono gli effetti desiderati, cio? le quattro condizioni garantite da parte del trovato: 1) l'affaccio efficiente, 2) la superficie efficiente, 3) la conduzione efficiente, 4) la separazione dei gas 5) la possibilit? di utilizzo in vasca unica

L'utilizzo di acqua semplice senza sali, implica alcuni problemi come i depositi di impurit? che tendono a ricoprire le superfici conduttive, riducendo la conducibilit? dei materiali utilizzati. Il fenomeno tipico ? il deposito di calcare

Per risolvere tali aspetti o problemi, si ? trovata una duplice soluzione, che pu? essere utilizzata anche abbinata.

La prima soluzione riguarda l'inversione di polarit? ciclica delle celle, invertendo elettronicamente o elettromeccanicamente la polarit? delle celle. Cosi ciclicamente l'anodo si trasforma in catodo e il catodo si trasforma in anodo, come pure vengono commutate le uscite 605 e 606 dei gas in figura 600, tramite opportuna elettrovalvola di inversione

La seconda soluzione riguarda l'utilizzo di ultrasuoni, atti a muovere le particelle di impurit? deposte sui conduttori anodo, catodo e ponte ionico della cella. Alcuni generatori di ultrasuoni alimentano i trasduttori a ultrasuoni e/o infrasuoni, esempio piezoelettrici, 601602603604 posti sul fondo della cella o vasca 610. Se il funzionamento dei trasduttori avviene contemporaneamente, tale funzionamento dei trasduttori avviene in modalit? definita ?in maniera sincrona?.

Al pari di una lavatrice ad ultrasuoni, le onde sonore provocano la pulizia delle superfici conduttive della cella.

La separazione dei trasduttori, consente una alternanza per aumentare l'efficacia della pulizia attraverso un'onda sfasata. Per ottenere ci? i trasduttori 601 e 603 e sono alimentati e controllati contemporaneamente dallo stesso segnale, mentre i trasduttori 602 e 604 sono alimentati e controllati contemporaneamente da un ulteriore segnale realizzato in controfase o sfasati rispetto allo stimolo dei trasduttori 601 e 603. In questo modo si genera una onda trasversale orizzontale atta a muovere i fluidi attraverso le reti, che si abbina al movimento tipicamente e tendenzialmente verticale dello stimolo singolo. Tale funzionamento dei trasduttori in controfase o sfasati, avviene in modalit? definita ?in maniera asincrona?.

Come gi? detto, ulteriore artificio e problema risolto dal presente trovato, ? quello di utilizzare, all'interno di una vasca unica 600, una serie di celle che sono posizionabili all'interno della medesima vasca senza alcuna separazione. La cella in questo caso ? la cella a ponte ionico, composta da anodo 201, ponte ionico 203 e 204, catodo 202. Tali celle possono essere multiple e messe in serie od in parallelo tra di loro, a seconda delle tensioni e delle correnti che si vogliono utilizzare per produrre idrogeno ed ossigeno. In cima alla vasca 600 ? posto un contenitore cavo separato in due parti 607 e 608, in grado di raccogliere separatamente idrogeno dalla parte dell'anodo ed ossigeno dalla parte del catodo

I contenitori 607 e 608 sono stagni verso l'alto e sui fianchi, mentre sono aperti verso il basso e chiusi esclusivamente dal fluido liquido come acqua, per ricevere i gas che gorgogliano dalla cella a ponte ionico. Attraverso i tubi 605 e 606, sono estratti i gas di idrogeno ed ossigeno, anche in maniera forzata e/o indipendente. Tra le parti 607 e 608, vi ? un opportuno divisorio 611 che separa le parti ed i gas. Il divisorio 611 pu? essere prolungato da una membrana di divisione 104 fino al fondo del contenitore, per una ulteriore separazione tra idrogeno ed ossigeno in caso sia richiesta una alta purezza di idrogeno ed ossigeno. In questo caso, la membrana 104 utilizzata come prolungamento del divisorio 611, sar? attraversata dalle superfici del ponte ionico.

I separatori 611 e 104 possono essere permeabili ai gas oppure rimossi, per la produzione di gas idrogeno ed ossigeno mischiati, per la produzione del cosiddetto gas HHO.

Nella figura 200, le celle a ponte sono cinque (numero 5), come cinque sono gli anodi 201 e cinque sono i catodi 202, mentre i ponti ionici 203 sono sei (numero 6), per contenere completamente anodo e catodo e interfacciarli attraverso due superfici di ponte ionico per ciascuna cella, al fine di dimezzare la resistenza tra anodo e catodo.

Al fine di garantire la corretta impostazione di tensione tra i conduttori anodo e catodo ed il ponte ionico, si interpone tra questi un circuito idoneo ad imporre le tensioni corrette, al fine di neutralizzare la produzione di gas sul ponte ionico 203, 204 e successivi.

In caso di serie tra celle a ponte, queste saranno pilotate tramite circuiti che impongono le tensioni corrette per ciascuna cella a ponte. La tensione di alimentazione generale della somma delle celle, pu? essere suddivisa anche tramite partitori resistivi e/o diodi e/o diodi zener D1 e D2 rispettivamente 409 e 410, che garantiscano la tensione per ciascun anodo e catodo, nonch? garantiscano la tensione per ciascun anodo e ponte ionico, nonch? la tensione per ciascun ponte ionico e anodo. Circuiti di alimentazione esterna possono altres? garantire le alimentazioni corrette per ciascuna componente del sistema, al fine di neutralizzare la tensione del ponte ionico che non deve produrre gas, ma solo condurre ioni ed elettroni

Il numero di celle e le dimensioni delle stesse, sono adattabili facilmente alla potenza necessaria che si vogliono utilizzare per produrre i gas. All'interno della medesima vasca idrolitica, si possono combinare in serie e/o in parallelo le varie celle a ponte, consentendo di variare i parametri di funzionamento in termini di tensione e corrente. Realizzando pi? celle in serie, anche all'interno dello stesso contenitore, si elever? la tensione di funzionamento, mettendone pi? in parallelo, si elever? la corrente in grado di essere assorbita o consumata. La corretta combinazione di serie e parallelo, consentir? di utilizzare diverse tensioni e correnti di utilizzo, a determinare la potenza che si vuole impegnare o impiegare.

In figura 500, circuitalmente anodi 201,d,e,f,205 possono essere alimentati alla stessa tensione, al capo negativo ? Vcc, mentre catodi 202, a, b, c, 206 sono alimentati alla medesima tensione, al capo positivo Vcc. In questo modo sono 5 le celle realizzate a ponte ionico, ad una unica tensione comune.

In alternativa a quanto sopra, una tensione di alimentazione maggiore pu? essere connessa tra anodo 201 e catodo 206. realizzando una serie di 5 celle. Pertanto la alimentazione necessaria sar? moltiplicata di 5 volte, rispetto alla tensione necessaria quando anodi e catodi sono invece alimentati alla stessa tensione. Se per la cella con anodi e catodi in comune servono 5 volt, in quella in serie serviranno 25 volt. La tensione di alimentazione ovviamente ? variabile in funzione della distanza tra le componenti delle celle e in funzione dell'area delle superfici. Il numero delle celle a ponte ionico pu? essere anche molto elevato, tipicamente confinate in un unico contenitore di acqua. Infatti la maggior corrente passer? attraverso la combinazione di celle a ponte ionico, rendendo inutile l'isolamento delle singole celle a ponte ionico del sistema, che cosi possono essere messe in una vasca unica.

Se le dimensioni fisiche delle componenti delle celle sono simmetriche, la differenza di tensione tra gli anodi e i ponti ionici che contengono gli anodi stessi, sar? sempre di una tensione pari alla met? della tensione tra l'anodo ed il catodo della medesima cella, impedendo la generazione di gas sulle superfici del ponte ionico interessato, cosi pure vale per i ponti ionici successivi e contigui.

Per essere sicuri della corretta alimentazione , oppure per compensare difformit? dimensionali o di forma o di distanza, ? possibile alimentare separatamente con fonti di energia indipendenti ciascuna cella componente la serie di celle.

Il alternativa alla alimentazione indipendente di ciascuna cella, ? possibile collegare le serie delle celle con partitori resistivi e/o con diodi in serie oppure diodi zener, come ad esempio in figura 400 dove sono riportati i diodi D1 (409) e D2 (410), al fine di imporre per ciascuna cella, composta da anodo e catodo racchiusi tra due ponti ionici, la corretta tensione e, contemporaneamente, che la tensione tra i ponti ionici sia dimezzata rispetto anodo e catodo della medesima cella, ma anche tra anodo e catodo della cella contigua successiva o precedente.

La pulizia degli elettrodi e il mantenimento di una qualit? adeguata di pulizia del fluido liquido come acqua, utilizzata per l'idrolisi, prevede un eventuale sistema di filtraggio attivo interno o esterno, che provveda a filtrare i fluidi ed eventualmente raffreddare i fluidi interni.

Il mantenimento dei livelli pu? essere garantito da un sistema di alimentazione di acqua, come un serbatoio, che pu? fornire la compensazione dei fluidi liquidi come acqua trasformati in idrogeno ed ossigeno

Il miglior modo di costruire il trovato:

L' idrolizzatore ? costruito e composto da contenitore stagno 610 adatto a contenere fluidi come acqua chiuso da coperchi 607 e 608, coperchio 607 a sua volta connesso a tubo di passaggio idrogeno 605, coperchio 608 connesso a sua volta a tubo di passaggio ossigeno 606, coperchio 607 connesso a separatore 611 connesso a sua volta a coperchio 608, tale che separatore 611 impedisca la comunicazione dei gas contenuti dai coperchi 607 e 608; detti coperchi sono pertanto separati in modo tale per cui i gas di idrogeno gorgogliati dalla parte degli anodi sovrastati e raccolti dal coperchio 607 siano separati dai gas di ossigeno gorgogliati dalla parte del catodo sovrastati e raccolti dal coperchio 608; il separatore 611 ? connesso e prolungato da eventuale opzionale membrana separatrice 104 che consente la migrazione ionica, la parziale separazione elettrica e la separazione dei gas. Detto contenitore 610 contiene allocati sul fondo elementi trasduttori in grado di trasmettere vibrazioni soniche ed ultrasoniche ai fluidi contenuti nel contenitore, come ad esempio trasduttori 601, 602,603,604; tali trasduttori devono essere almeno due ed in grado di funzionare separatamente controllati anche da segnali opportunamente sfasati. Detto contenitore 610 contiene adeguati supporti connessi meccanicamente al fondo del contenitore stesso, che fungono da rialzo e trattengono meccanicamente gli elementi conduttori che fungono da anodo 201, da catodo 202, da ponte ionico 203, detti elementi conduttori sono vicini o connessi ai trasduttori da 601 a 604; detti elementi conduttori sono tenuti assieme e bloccati meccanicamente da vincoli e incastri, come ad esempio passanti bloccanti multipli 208; detti passanti bloccanti possono essere alternativamente conduttori ed isolanti, al fine di realizzare le connessioni elettriche tra le parti conduttrici e gli elementi di alimentazione elettrica, al fine di fornire la connessione in serie e/o in parallelo delle celle e le alimentazioni elettriche necessarie. Detto passante bloccante 208 ? connesso meccanicamente ma non elettricamente alla superficie conduttiva 203 che funge da ponte ionico, affacciata e parallela da un lato alla superficie anodica 201 e affacciata e parallela dall'altro lato alla superficie catodica 202; dette superfici sono mantenute separate e connesse meccanicamente ma non elettricamente da passanti bloccanti multipli 208. Detti passanti bloccanti multipli sostengono una ripetizione multipla in successione di ponte ionico 203, anodo 201 e catodo 202, al fine di costituire la definita cella a ponte ionico, replicata diverse volte, con la cura che ciascuna cella sia composta da anodo 201 e catodo 202 contenuti tra due ponti ionici 203.

Grazie a questi artifici costruttivi e di posizionamento, la resistenza elettrica dovuta agli affacci tra ponti ionici e catodi e anodi, risulta essere sufficientemente bassa tale per cui l'acqua non necessiti di aggiunte chimiche per aumentarne la conducibilit?, consentendo in questo modo all'idrolizzatore di funzionare con la sola acqua, che pu? essere anche non demineralizzata, garantendo contemporaneamente la produzione e la raccolta di gas idrogeno e ossigeno in due punti separati rispettivamente in coperchio 607 e 608, che sovrastano e chiudono il contenitore 610

Claims (8)

1. IDROLISI AD ALTA EFFICIENZA ? GENERAZIONE IDROGENO ED OSSIGENO IN ACQUA SEMPLICE

   SISTEMA DI IDROLISI SENZA SALI E ADDITIVI

   RIVENDICAZIONI

   CLAIM 1)

   Idrolizzatore composto da contenitore stagno 610 adatto a contenere fluidi come acqua chiuso da coperchi 607 e 608, coperchio 607 a sua volta connesso a tubo di passaggio idrogeno 605, coperchio 608 connesso a sua volta a tubo di passaggio ossigeno 606, coperchio 607 connesso a separatore 611 connesso a sua volta a coperchio 608, tale che separatore 611 impedisca la comuncazione dei gas contenuti dai coperchi 607 e 608; detti coperchi sono pertanto separati in modo tale per cui i gas di idrogeno gorgogliati dalla parte degli anodi sovrastati e raccolti dal coperchio 607 siano separati dai gas di ossigeno gorgogliati dalla parte del catodo sovrastati e raccolti dal coperchio 608; il separatore 611 ? connesso e prolungato da eventuale opzionale membrana separatrice 104 che consente la migrazione ionica, la parziale separazione elettrica e la separazione dei gas; detto contenitore 610 contiene allocati sul fondo elementi trasduttori in grado di trasmettere vibrazioni soniche ed ultrasoniche ai fluidi contenuti nel contenitore, come ad esempio trasduttori 601, 602,603,604; tali trasduttori devono essere almeno due ed in grado di funzionare separatamente controllati anche da segnali opportunamente sfasati; detto contenitore 610 contiene adeguati supporti connessi meccanicamente al fondo del contenitore stesso, che fungono da rialzo e trattengono meccancamente gli elementi conduttori che fungono da anodo 201, da catodo 202, da ponte ionico 203, detti elementi conduttori sono vicini o connessi ai trasduttori da 601 a 604; detti elementi conduttori sono tenuti assieme e bloccati meccanicamente da vincoli e incastri, come ad esempio passanti bloccanti multipli 208; detti passanti bloccanti sono alternativamente conduttori ed isolanti, al fine di realizzare le connessioni elettriche tra le parti conduttrici e gli elementi di alimentazione elettrica, al fine di fornire la connessione in serie e/o in parallelo delle celle e le alimentazioni elettriche necessarie; detto passante bloccante 208 ? connesso meccanicamente ma non elettricamente alla superficie conduttiva 203 che funge da ponte ionico, affacciata e parallela da un lato alla superficie anodica 201 e affacciata e parallela dall'altro lato alla superficie catodica 202; dette superfici sono mantenute separate e connesse meccanicamente ma non elettricamente da passanti bloccanti multipli 208; detti passanti bloccanti multipli sostengono una ripetizione multipla in successione di ponte ionico 203, anodo 201 e catodo 202, al fine di costiutire la definita cella a ponte ionico, replicata diverse volte, con la cura che ciascuna cella sia composta da anodo 201 e catodo 202 contenuti tra due ponti ionici 203; detta configurazione costruttiva costituita dalle parti sopracitate e cosi connesse come descritto, ? atta a garantire che la resistenza elettrica dovuta agli affacci tra ponti ionici e catodi e anodi, risulti essere sufficientemente bassa tale per cui l'acqua non necessiti di aggiunte chimiche per aumentarne la conducibilit?, consentendo in questo modo all'idrolizzatore di funzionare con la sola acqua, che ? non demineralizzata, realizzando contemporaneamente la produzione e la raccolta di gas idrogeno e ossigeno in due punti separati rispettivamente in coperchio 607 e 608, che sovrastano e chiudono il contenitore 610.
2. CLAIM 2)

   Idrolizzatore secondo la rivendicazione precedente, la cui cella a ponte ionico ? costituita da due elementi conduttivi paralleli 203 che fungono da ponte ionico per lo scambio di elettroni e di ioni, che contengono tra di loro negli spazi liberi e in modo parallelo, nelle superfici interne, sia anodo 201 che catodo 202, distanziati e allineati sullo stesso piano secondo figura 200, connessi tra di loro meccanicamente ma non elettricamente attraverso passanti bloccanti multipli 208, immersi in fluido acqua, caratterizzato dal fatto che il ponte ionico 203 risulta polarizzato in modo tale da non produrre ne idrogeno ne ossigeno, cio? ? neutro e serve solo per il passaggio di elettroni e di ioni, perch? ? posto ad una tensione pari circa alla met? di quella minima necessaria a anodo 201 e catodo 202 per produrre idrogeno ed ossigeno in modo separato e distanziato; pertanto anodo 201 e catodo 202, pur essendo distanziati sullo stesso piano, hanno a disposizione un affaccio paragonabile a quello posto in essere a anodo 301 e catodo 302 affacciati direttamente in figura 300, ma in una posizione distanziata e spostata di lato tale che permette la raccolta dei gas in maniera separata e distanziata
3. CLAIM 3)

   Idrolizzatore secondo le rivendicazioni precedenti, la cui cella a ponte ionico ? replicata piu' volte all'nterno dello stesso contenitore 610, per realizzare ed utilizzare diverse celle a ponte ionico in serie e/o in parallelo, per utilizzare le tensioni e le correnti volute, tensioni che aumentano se le celle a ponte ionico sono messe in serie, correnti che aumentano se le celle a ponte ionico sono messe in parallelo, e sono combinabili a piacere in un mix di serie e parallelo, caratterizzate dal fatto che tutte le celle a ponte ionico sono contenute in un unico contenitore 610, senza una separazione fisica tra cella e cella, dovuto al fatto che ciascuna cella ha la differenza di potenziale minima per produrre idrogeno ed ossigeno in manera separata; dette tensioni sono garantite da partitori , diodi, zener e/o alimentazioni separate per ciascuna cella, compresi i partitori sequenziali realizzati dalle resistenze costituite dalle superfici conduttive immerse nel fluido acquoso
4. CLAIM 4)

   Idrolizzatore secondo le rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che le superfici dei ponti ionici 203 e 204 siano ad una tensione pari circa alla met? delle tensioni dei catodi 201 e anodi 203 che interfacciano direttamente e che contengono, e che tale caratteristica si riproduca su tutte le celle a ponte ionico contenute nel contenitore 610
5. CLAIM 5)

   Idrolizzatore secondo le rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che le superfici condutrici siano realizzate in rete conduttiva o con superfici di forma assimilabili alla rete, tali per cui sia possibile il passaggio di correnti elettriche, correnti fluidodinamiche, passaggi ionici
6. CLAIM 6)

   Idrolizzatore secondo le rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che i trasduttori sonici ed ultrasonici funzionano in maniera sincrona per effettuare la pulizia delle superfici da elementi inquinanti come calcaree, altenativamente funzionano anche in maniera sfasata per provocare movimenti fluidi sia vertiali che orizzontali
7. CLAIM 7)

   Idrolizzatore secondo le rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che il separatore 611 e 104 sia permeabile ai gas oppure rimosso, per la produzione di gas idrogeno ed ossigeno mischiati, per la produzione del cosiddetto gas HHO
8. CLAIM 8)

   Idrolizzatore secondo le rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che il separatore 611 ? connesso e prolungato da membrana separatrice 104, che consente la migrazione ionica, la parziale separazione elettrica e la separazione dei gas