A nagyfeszültségű vízbontás egy lehetséges módjával ismerkedhetsz meg a WO 98/46349 számú kiadványból, melyet kérésemre Lajos fordított magyarra.

Ez a dokumentum a világ szellemi javait kezelő szervezet, a WIPO kiadványa
Kiadmányszám: WO 98/46349
Dátuma: 1998 Október 22

 

Rövid ismertetés

A bontó cella (20) egy edényből (21) áll, amely falai (21a, 21b) elektromosan nem vezető anyagból állnak és tartalmazzák a (26) folyékony dielektrikumot. Az edényen (21) kívül van még a (22, 23) elektróda, amelyek kivezetéseire (1. ábra 8a, 8b) van a pulzáló + és - vezetve. Használat közben, amikor az egyik pár elektródára egy + és - impulzus kerül, akkor a másik pár elektródára is kerül egy + és - impulzus. Ezáltal egy váltakozó elektromos mező keletkezik a dielektrikumban, ami annak a felbomlását eredményezi.
A találmány víz hidrogénre és oxigénre bontásához használható.

 

A találmány lényege

Ez a szabadalom egy bontócellával és annak működésével foglalkozik, amely vízből üzemanyagként hasznosítható gáz előállítására szolgál.

Hagyományosan egy molekulát az atomjaira általában kétféle módon bontunk: vagy csak elektromos úton vagy csak kémiailag. Tisztán kémiai bontáskor egy reagenst vagy egy egyszerű anyagot (2) kell alkalmazni és nem alkalmaznak elektromosságot (1). Hagyományos elektrolízisnél áramot vezetnek át egy anyagon (elektroliton) a cella elektródái között, mely áram ionok áramlását okozza. Az ionok az anód és a katód felé vándorolnak, miközben felvesznek ill. leadnak elektronokat. Ez lehetővé teszi az áramkör kialakulását az elektródák között. A hagyományos elektrolízis nem megy végbe az ionos áramvezetés nélkül. Ez elengedhetetlen feltétele az elektrolízisnek.

Az utóbbi időben számos vízbontó berendezést ismertettek, melyek elektromos erőteret használnak hidrogén és oxigén előállítására. Az egyik ilyen a US-A-4936961 szabadalom. Ebben üzemanyag előállító vízkondenzátorról beszélnek, melyben két koncentrikusan elhelyezett kondenzátor fegyverzet között a víz szerepel dielektrikumként. Az ilyen "kondenzátor" valójában egy töltésfüggő ellenállás, amely azután válik vezetővé, hogy egy kis kezdeti áram már átfolyt rajta. A "kondenzátor" része egy hangolt töltő áramkörnek, melyben sorosan van kötve egy induktív ellenállással. A "kondenzátor"-on megjelenő pulzáló egyenáram a lemezei között levő vizet pulzáló elektromos erőtérnek teszi ki. A "kondenzátor" töltve marad addig, amíg elektromos áramot vezetünk át rajta. A kialakult lüktető elektromos erőtér hatására a vízmolekulák kovalens kötése meggyengül, majd elszakadva alkotóelemeire, hidrogénre és oxigénre bomlik szét.

Az ilyen típusú berendezésekben a működésükből kifolyólag mindig jelen van a vízben vagy más anyagban egy pár elektróda. A felhasznált áram csökkentésének gyakran használt módja nagy impedancia (váltakozó áramú ellenállás) használata az áramkörben, ahol az ionok mozgásának az ideje is jelentős szerepet játszik. Az ilyen áramkörökben az áram mindig kikapcsolódik, mielőtt jelentős ionvándorlás alakulhatna ki.

Az ilyen rendszernek láthatóan korlátot szab az egy ciklus alatt keletkezhető ionvándorlás, molekulabomlás és elektron leadás ill. felvétel. Nagyon pontos áramkorlátozást, hangolást és nagyon pontos kapcsoló áramkört igényelnek
Az összes ilyen bontócellának a közös jellemzője, hogy közönséges elektrolizáló cellaként viselkednek előbb vagy utóbb az áram bekapcsolása után, mivel az elektródáik érintkeznek a vízzel vagy a használt folyadékkal.
Ez a szabadalom más megoldást kínál víz vagy más egyszerű molekulák felbontására.

Nevezetesen egy kapacitív bontócellát, mely elektromosan nem vezető edényből áll. Ebben van a folyékony dielektrikum. Az elektródák az edényen kívül helyezkednek el, közrefogva az edényt. Amikor az egyik pár elektródára + és - impulzus kerül, ugyanakkor a másik pár elektródára is egy + és - impulzus jut úgy, hogy a váltakozó elektromos erőtér hatására a folyadék alkotó elemeire bomlik.

Ebben a szabadalomban leirt bontócellában az elektródák nem érintkeznek a bontásra kerülő folyékony dielektrikummal. A bontandó folyadék egyszerűen csak a kondenzátor dielektrikuma. Egyszerű egyenáramú ellenállás nem létezik a cellában és használat közben nem folyik áram benne az ionkeletkezés hatására. Az elektrolit felbomlását elektromos erőtérrel érjük el, ami csak kis vándorlási áramot eredményez a cellában.
A kívánatos elektrolit tartalmazhat vizet, desztillált vizet vagy nehézvizet.

Az elektródák párban működnek. Az elektróda párokra váltakozva pozitív és negatív töltőáram csomagokat kapcsolunk úgy, hogy az elektromos csomagok között kis szünetet hagyunk. Az alkalmazott feszültség + és - 15 kV-tól fölfelé 25 kV körüli. A feszültséget egy közös ponttól, azaz a földtől + és - irányban értjük (vagyis az elektródák között 50 kV mérhető). Az elektróda párokra juttatott feszültség fáziseltolásban van egymáshoz képest. Mivel minden elektróda két bipoláris elektródából áll, az egyiket bipoláris 1-nek, a másikát bipoláris 2-nek nevezzük, amelyek elektromosan el vannak választva. Amikor a + töltőáramot rákapcsoljuk az egyik bipoláris elektródára, ugyanakkor a párjára a negatív feszültség kapcsolódik.

Ugyanez játszódik le, amikor a másik elektródákra kapcsoljuk az áramot. Az áram váltakozó kapcsolgatásával váltakozó elektromos erőteret keltünk a cella belsejében levő dielektrikumos folyadékban. A töltőáram úgy van szinkronizálva, hogy az egyik elektróda párról történő lekapcsolása és a másikra kapcsolása között egy kis szünet van.

 

Részletes leírás

Ha két elektróda közötti erős elektromos térbe vizet helyezünk, a vízmolekula szétbomlik. A keletkezett termékek hidrogén ion és OH- ion. Ez olyan kis mértékű, hogy még nem lenne használható hidrogén kinyerés céljára. Egy protonban gazdag réteg alakul ki, amely gyorsan megszűnik a töltőfeszültség kikapcsolása után.

Az egyik érdekes mellékhatása az elektromos erőtérnek, hogy az OH- ionok elvesztik az elektronjaikat, amint a cella pozitív elektródájához közelednek
Bármelyik negatív töltésű ion így viselkedik egy megfelelő erősségű elektromos erőtérben. Az OH- ionok különösen hajlamosak az ilyen viselkedésre. Ennek az eredményeként ideiglenesen egy negatívan töltött zóna alakul ki a cella pozitív oldalán. Ezáltal az aktív cella oldalain hidrogén ionok (szabad protonok) és kiszorított elektronok (-ve töltő réteg) tartózkodnak, amelyek mind a töltött elektródák közelében sűrűsödnek föl.
Ha ekkor megszüntetjük a töltést az elektródákon, a töltött zónák a cella közepe felé vándorolnak. Azonban a szabad elektronok és a hidrogén ionok vándorlási sebessége két kitevővel gyorsabb, mint a H3O+ ion vagy az OH- ion.

Ha ekkor a töltést fordított polaritással visszakapcsoljuk a cella lemezeire, akkor egy érdekes és hasznos jelenséget figyelhetünk meg. A hidrogén ionok vándorlása felgyorsul az új -ve lemez és a szabad elektronok vándorlása az új +ve lemez felé. Amint megfelelő koncentrációt ér el mind a két termék, amiben részt vesz az előző ciklus alatt kialakult termék is, egyatomos hidrogén és kis mennyiségű hő keletkezik. Az egyatomos hidrogén közönséges H2-vé alakulva buborékok formájában távozik a cellából.
A szabad OH- ionok elvesztik a H magokat és részt vesznek az átalakulásban. Az O-- ionok elvesztik elektronjaikat és kétatomos oxigén gáz formájában szintén elhagyják a cellát. Vagyis az erős váltakozó elektromos erőtér képes a vízmolekulák alkotó elemeire való bontására sokkal kevesebb energiát igényelve, mint a hagyományos elektrolízis vagy kémiai eljárás, miközben hőt termel a hidrogén és oxigén entalpiájából a kétatomos kötés kialakulásakor.

A következőkben a fenti eljárás kivitelezését mutatjuk be.

Az 1. ábrán a berendezés egyszerűsített elektromos kapcsolása látható.

1. ábra. A bontó cella elektromos kapcsolása

 

2. ábra. Az 1. ábra egyik részletének kifejtése

 

Az 5-30 kHz-es frekvencia generátor (PRF) (1) a cellához hangolandó impulzus csomagokat állítja elő. Az impulzuscsomag lefutó éle vezérli az időzítő áramkört (PW) (2). Az időzítő kimenetén a (PRF) (1) generátor által keltett hullámoknak a (2) időzítő által beállított csomagjaival találkozunk.
A (3) egy 555-ös időzítővel felépített áramkör, amely a 3a. ábrán látható hullámformát kelti.

3a - 3d. ábrák. Az 1. ábrán látható áramkörben keletkezett hullámformák

 

A keltett frekvencia 1-5 ms között állítható. A képen 2 ms látható. A kitöltési tényezője ennek a hullámformának 50% és 95% között változtatható. A (3) kimenete egy-egy logikai ÉS kapu (5a, 5b) bemenetére csatlakozik, melyekre egy kettes osztó (4) kimenete van kötve. A (4) kimeneti jele a 3b. ábrán látható.

Az osztó (4) kimenő jele közvetlenül csatlakozik az ÉS kapu (5b) bemenetére, amely a (7b) második fázis meghajtót vezérli. Ugyanakkor (4) kimenete fázisfordított, mielőtt csatlakozik az (5a) bemenetére, amely a (7a) első fázis meghajtót vezérli.

A 5a ÉS kapu kimenete tehát: ((órajel ÉS (NEM (órajel)/2)), míg az (5b) ÉS kapunak a kimenő jele: ((órajel) ÉS (órajel/2)). A (6a és 6b) bemenő jelei a 3c és 3d ábrán láthatóak.

Az 5-30 kHz-es négyszög hullámok váltakozva vezérlik a (7a-7b) erősítőt egy kis szünettel a hullámcsomagok között. A hullámszünet az eredeti órajel generátor (3) kitöltési tényezőjétől függ. A szünetnek az a célja, hogy megakadályozzuk a koronakisülést a fázisváltások között.

A meghajtó erősítő (7a, 7b) mindegyike tartalmaz egy BC182L típusú tranzisztort (10) (lásd 2. ábrát), egy kis 2:1 toroid impulzus transzformátort (11) és egy BUZ11 teljesítmény MOSFET-et (12). A meghajtók kimenete impulzus csomagokat küld a (8a, 8b) kimenő transzformátorok primer oldalára, melyek 25 kV-os nagyfrekvenciás jelet juttatnak a bontócella (20) (4.ábra) lemezeire egy egyszerű félhullámos egyenirányítás után.

4. ábra. A bontócella metszete

 

A bontócella nagyfeszültsége el van választva a földtől.

A bontócella (20) a következőkből áll:

Az elektródalemezek (22a és 23a) párban vannak (A pár) és a (21) cella átellenes oldalán helyezkednek el.

Az elektródalemezek ( 22b és 23b) párban vannak (B pár) és a (21) cella átellenes oldalán helyezkednek el.

Egy polikarbonát szigetelő réteg (25), hasonló a 24a és 24b-hez, lehet a bipoláris elektródák között (22) és (23) a hozzá közelebb eső cella fala (21a és 21b) között.

Elektrolitként vizet használunk.

Működéskor pozitív elektromos jelsorozatot vezetünk a (22a és 23b) lemezekre és negatív elektromos jelsorozatot a (23a és 22b) lemezekre.

5. ábra. Az elektródákra vezetett hullámformák

 

Amint az 5. ábrán látható, amikor az (A) pár lemezre vagy a (B) pár lemezre egy pozitív impulzust vezetünk (22a) vagy (23b), akkor egy negatív impulzust is vezetünk a (23a) vagy ( 22b)-re. Azonban az A elektróda párra küldött impulzusok időben el vannak csúsztatva a B elektróda párra küldött jelektől. Minden jelsorozatban a jelcsomag rövidebb, mint a szünet a két jelcsomag között. Vagyis amikor az A elektródapár feszültséget kap, a B szünetel és viszont. A polaritás váltás között kis szünet van. Az 5. ábrán látható, hogy P1 és Q1 impulzusok ugyanakkor kapcsolódnak a (22a és 23a) lemezekre. A P1 és Q1 jelcsomagok egyforma hosszúak és amikor megszűnnek, egy kis "t" idő telik el, mielőtt R1 és S1 jelcsomag rákapcsolódik a (23b és 22b) elektródákra. Az R1 és S1 impulzuscsomagok hosszúsága megegyezik a P1 és Q1 impulzuscsomagokéval, megszűnésükkor egy kis "t" szünet van, mielőtt P2 és Q2 újra rákapcsolódik a (22a és 23a) elektródákra. Amikor egy + impulzuscsomag kacsolódik egy elektródapár egyikére, ugyanakkor egy - negativ impulzuscsomag is kapcsolódik a párjára. Az áram egyik elektróda párról a másikra kapcsolásával mintegy "váltakozó" elektromos erőteret keltünk a "folyékony dielektrikumban ", azaz a vizben.

 

A szabadalmat angol nyelven itt olvashatod.

 

(A zárójelek között levő szövegek a fordító megjegyzései, magyarázatai a szöveg könnyebb megérthetése érdekében. Az eredeti szöveg néha nehéz szakmai nyelven íródik, amit szinte lehetetlen jól magyarra fordítani és sok olyan mondatszerkezetet tartalmaz, ami a magyarban nem használatos, így a fordítás az eredeti szöveg értelmi fordítása. Igyekeztem az eredeti szöveget korrigálni, ahol látható az elírás. Az eredeti forrás mindig együtt van publikálva a fordítással, így ha valami nem jól érthető, könnyen visszakereshető. A szabadalmaztatott eljárást a szerzők megmagyarázzák, de sok leírás a hagyományos technikai vagy tudományos területen kívül esik, ezért szükséges új szavak bevezetése, ami betűről-betűre átkerül a magyar szövegbe. Néhány feltaláló félremagyarázza a találmánya működését, ekkor is az eredeti szöveg kerül fordításra.)

 

 

Utolsó frissítés dátuma: 2006 július 18.