DE102018203604A1

DE102018203604A1 - Electrolysis apparatus and method

Info

Publication number: DE102018203604A1
Application number: DE102018203604.7A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2018-03-09
Filing date: 2018-03-09
Publication date: 2019-09-12

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Elektrolysevorrichtung zur Gewinnung von Wasserstoff durch eine elektrolytische Aufspaltung von Wasser, aufweisend einen Behälter und zwei innerhalb des Behälters angeordnete Elektroden, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (1, 2) derart über eine Schaltung mit einer Spannungsquelle (4) verbunden sind, dass zwischen den Elektroden (1, 2) eine aus einer Gleichspannung und einer Wechselspannung überlagerte Spannung derart erzeugbar ist, dass die Polarität der Elektroden (1, 2) nicht wechselt sowie ein Verfahren zur Durchführung einer Elektrolyse mit einer erfindungsgemäßen Elektrolysevorrichtung.

The invention relates to an electrolysis apparatus for obtaining hydrogen by an electrolytic splitting of water, comprising a container and two electrodes arranged within the container, characterized in that the electrodes (1, 2) are connected via a circuit to a voltage source (4) in that a voltage superimposed on a DC voltage and an AC voltage can be generated between the electrodes (1, 2) in such a way that the polarity of the electrodes (1, 2) does not change and a method for carrying out an electrolysis with an electrolysis device according to the invention.

Description

Die Erfindung betrifft eine Elektrolysevorrichtung zur Gewinnung von Wasserstoff durch eine elektrolytische Aufspaltung von Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff, aufweisend einen Behälter und zwei innerhalb des Behälters angeordnete Elektroden sowie ein Verfahren zur elektrolytischen Aufspaltung unter Verwendung der Elektrolysevorrichtung.The invention relates to an electrolysis device for the recovery of hydrogen by an electrolytic splitting of water into hydrogen and oxygen, comprising a container and two electrodes arranged inside the container, and an electrolytic splitting method using the electrolyzer.

Vorrichtungen und Verfahren zur elektrolytischen Aufspaltung von Wasser werden in den verschiedensten Qualitäten und mit verschiedensten Inhaltsstoffen eingesetzt. So kann beispielsweise Meer- oder Schmutzwasser elektrolytisch aufgespalten werden. Bei Meerwasser oder natriumchloridhaltigem Wasser kann auch eine gasförmige Chlorverbindung gebildet werden.Devices and methods for the electrolytic splitting of water are used in various qualities and with a wide variety of ingredients. For example, seawater or dirty water can be split electrolytically. With seawater or sodium chloride-containing water, a gaseous chlorine compound can also be formed.

Üblicherweise wird eine Elektrolyse von Wasser so durchgeführt, dass zwei Elektroden in ein Wasserbad eingetaucht werden und die Elektrolyse zur Aufspaltung des Wassers mit einer an die beiden Elektroden angelegten elektrischen Gleichspannung durchgeführt wird. Dabei wird an der Kathode Wasserstoff und an der Anode Sauerstoff freigesetzt. Zumindest der erhaltene Wasserstoff kann dann getrennt abgeführt und für verschiedene Applikationen genutzt werden.Usually, an electrolysis of water is carried out so that two electrodes are immersed in a water bath and the electrolysis is carried out to split the water with a voltage applied to the two electrodes DC electrical voltage. In this case, hydrogen is released at the cathode and oxygen at the anode. At least the hydrogen obtained can then be removed separately and used for various applications.

Zur Vermeidung durch Überhitzungen von bei der Wasserelektrolyse hervorrufbarer Schäden ist es aus US 2011/220516 A1 bekannt, eine Einflussnahme auf die jeweilige elektrische Spannung, den elektrischen Strom, die Wassertemperatur oder die im Wasser enthaltenen, die Elektrolyse beeinflussenden Bestandteile vorzunehmen. Damit kann aber der Wirkungsgrad bei der Elektrolyse nur geringfügig erhöht werden.To prevent it from overheating caused by the electrolysis of water electrolysis it is US 2011/220516 A1 It is known to exert influence on the respective electrical voltage, the electric current, the water temperature or the components contained in the water and influence the electrolysis. But this can only slightly increase the efficiency of the electrolysis.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen hohen Wirkungsgrad bei der elektrolytischen Aufspaltung von Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff kostengünstig zur Verfügung zu stellen.The object of the invention is to provide a high efficiency in the electrolytic splitting of water into hydrogen and oxygen at low cost.

Die Aufgabe wird durch einen Gegenstand und ein Verfahren mit den Merkmalen der selbstständigen Patentansprüche gelöst. Weiterbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.The object is achieved by an object and a method having the features of the independent claims. Further developments are specified in the dependent claims.

Die Aufgabe wird insbesondere durch eine Elektrolysevorrichtung zur Gewinnung von Wasserstoff durch eine elektrolytische Aufspaltung von Wasser gelöst, welche einen Behälter und zwei innerhalb des Behälters angeordnete Elektroden aufweist. Dabei sind die Elektroden derart über eine Schaltung mit einer Spannungsquelle verbunden, dass eine aus einer Gleichspannung und einer Wechselspannung überlagerte Spannung zwischen den Elektroden derart erzeugbar ist, dass die Polarität der Elektroden nicht wechselt. Somit kommt es nicht zu einem Wechsel des Vorzeichens der Spannung zwischen den Elektroden und die Polarität oder Polung der Elektroden bleibt bestehen. Es kommt also nicht zu einem Nulldurchgang der Spannung. Die Wechselspannung ist durch die Gleichspannung derart verlagert, dass eine gewisse Minimalspannung nicht unterschritten wird.The object is achieved in particular by an electrolysis apparatus for obtaining hydrogen by an electrolytic splitting of water which has a container and two electrodes arranged inside the container. In this case, the electrodes are connected to a voltage source via a circuit in such a way that a voltage which is superimposed on a DC voltage and an AC voltage can be generated between the electrodes such that the polarity of the electrodes does not change. Thus, there is no change in the sign of the voltage between the electrodes and the polarity or polarity of the electrodes remains. So it does not come to a zero crossing of the voltage. The AC voltage is shifted by the DC voltage so that a certain minimum voltage is not exceeded.

Bevorzugt ist die Schaltung zwischen den Elektroden und der Spannungsquelle derart ausgebildet, dass eine erste Elektrode als Anode auf ein Potential legbar ist, wobei das Potential eine Überlagerung eines konstanten elektrischen Potentials mit einem periodisch variierenden elektrischen Potential ist, und dass eine zweite Elektrode als Kathode auf ein konstantes elektrisches Potential legbar ist.Preferably, the circuit between the electrodes and the voltage source is formed such that a first electrode is placed as an anode to a potential, wherein the potential is a superposition of a constant electrical potential with a periodically varying electrical potential, and that a second electrode as the cathode a constant electrical potential can be laid.

Die Polarität ist im Sinne der Erfindung die Zu- beziehungsweise Anordnung zweier elektrischer Pole. Die Polarität der Elektroden wechselt nicht, wenn die Anode stets als Anode wirkt und die Kathode stets als Kathode wirkt.The polarity is within the meaning of the invention, the addition or arrangement of two electrical poles. The polarity of the electrodes does not change when the anode always acts as an anode and the cathode always acts as a cathode.

Ein konstantes elektrisches Potential ist ein elektrisches Potential, welches zeitlich invariant ist. Ein elektrisches Potential ist auch dann konstant im Sinne der Erfindung, wenn es eine Restwelligkeit aufweist.A constant electrical potential is an electrical potential that is time-invariant. An electrical potential is also constant in the sense of the invention if it has a residual ripple.

Als ein periodisch variierendes elektrisches Potential wird im Sinne der Erfindung ein elektrisches Potential verstanden, welches sich mit der Zeit wiederkehrend ändert, dessen Polarität in regelmäßiger Wiederholung wechselt und dessen zeitlicher Mittelwert null ist. Dabei sind unterschiedliche Kurvenformen möglich. Beispielsweise kann die Kurvenform einer Sinusform entsprechen. Eine Wechselspannung ist im Sinne der Erfindung eine Spannung, deren Polarität in regelmäßiger Wiederholung wechselt und deren Mittelwert null ist.As a periodically varying electrical potential is understood in the context of the invention, an electrical potential which changes with time recurring, the polarity changes in regular repetition and the time average is zero. Different waveforms are possible. For example, the waveform may correspond to a sinusoidal shape. An alternating voltage in the sense of the invention is a voltage whose polarity changes in regular repetition and whose mean value is zero.

Durch die Überlagerung einer Wechselspannung mit einer Gleichspannung ist die Wechselspannung mit der Spannung um den Gleichanteil, welcher dem Gleichspannungsanteil an der gesamten Spannung entspricht, verschoben oder verlagert. Erfindungsgemäß ist die zwischen den Elektroden anliegende Wechselspannung durch den Gleichanteil derart verlagert, dass die Spannung keinen Nulldurchgang hat. Folglich wechseln die Elektroden nicht zwischen Anode und Kathode. In einer bevorzugten Variante liegt eine Sinusschwingung vor. Der Scheitelwert oder die Amplitude der Sinusschwingung ist dann kleiner als der Gleichanteil der Spannung.By superimposing an AC voltage with a DC voltage, the AC voltage is shifted or shifted with the voltage around the DC component, which corresponds to the DC component of the entire voltage. According to the invention, the alternating voltage applied between the electrodes is displaced by the DC component such that the voltage has no zero crossing. Consequently, the electrodes do not change between anode and cathode. In a preferred variant, there is a sinusoidal oscillation. The peak value or the amplitude of the sinusoidal oscillation is then smaller than the DC component of the voltage.

Die erfindungsgemäße Elektrolysevorrichtung benötigt vorteilhafterweise weniger elektrische Leistung zur Herstellung einer entsprechenden Menge an Wasserstoff mittels einer elektrolytischen Aufspaltung von Wasser. Die Effektivität der Elektrolyse kann mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorteilhaft erhöht werden.The electrolysis device according to the invention advantageously requires less electrical power for producing a corresponding amount of hydrogen by means of an electrolytic Decomposition of water. The effectiveness of the electrolysis can be advantageously increased by means of the device according to the invention.

Bevorzugt ist die Frequenz des periodisch variierenden elektrischen Potentials an der Anode einstellbar. Besonders vorteilhaft ist die Elektrolysevorrichtung geeignet zum Anlegen einer Spannung an den Elektroden mit einer Frequenz im Bereich zwischen 20 kHz und 250 kHz.Preferably, the frequency of the periodically varying electrical potential at the anode is adjustable. Particularly advantageously, the electrolysis device is suitable for applying a voltage to the electrodes with a frequency in the range between 20 kHz and 250 kHz.

In einer vorteilhaften Variante weist die Schaltung zwischen den beiden Elektroden und der Spannungsquelle einen Gleichrichter und einen Kondensator auf. Besonders bevorzugt weist die Elektrolysevorrichtung auch eine Regeleinrichtung zur Regelung der Amplitude und/oder der Frequenz der Spannung auf. In einer Variante ist zwischen den Elektroden und der elektrischen Spannungsquelle wenigstens ein Resonanzwandler geschaltet.In an advantageous variant, the circuit between the two electrodes and the voltage source has a rectifier and a capacitor. Particularly preferably, the electrolysis device also has a control device for regulating the amplitude and / or the frequency of the voltage. In a variant, at least one resonant converter is connected between the electrodes and the electrical voltage source.

Insbesondere wird die Aufgabe der Erfindung auch durch ein Verfahren gelöst, welches zur Gewinnung von Wasserstoff unter Aufspaltung von Wasser mittels einer erfindungsgemäßen Elektrolysevorrichtung geeignet ist. Dabei umfasst das Verfahren folgende Schritte:

1. Einfüllen von Wasser in den Behälter,
2. Einstellen eines pH-Wertes des Wassers auf einen Wert größer als 7 und
3. Anlegen einer aus einer Gleichspannung und einer Wechselspannung überlagerten Spannung zwischen den Elektroden, wobei eine Minimalspannung nicht unterschritten wird, wodurch die Polarität der Elektroden nicht wechselt und ein Nulldurchgang der Spannung vermieden wird.

In particular, the object of the invention is also achieved by a process which is suitable for obtaining hydrogen with decomposition of water by means of an electrolysis device according to the invention. The method comprises the following steps:

1. pouring water into the container,
2. Setting a pH of the water to a value greater than 7 and
3. applying a superimposed from a DC voltage and an AC voltage between the electrodes, wherein a minimum voltage is not exceeded, whereby the polarity of the electrodes does not change and a zero crossing of the voltage is avoided.

Der Füllstand des Wassers hat direkten Einfluss darauf, wie viel Wasser pro Zeiteinheit elektrolytisch aufgespalten werden kann. Ein geringerer Füllstand führt dabei in gewissen Grenzen zu einer geringeren Menge an erzeugtem Wasserstoff. Das Einfüllen des Wassers in den Behälter unterliegt vorzugsweise einer Regelung, welche den Füllstand mit der erwünschten Menge an herzustellendem Wasserstoff pro Zeit abgleicht.The level of the water has a direct influence on how much water can be split electrolytically per unit of time. A lower level leads within certain limits to a smaller amount of hydrogen produced. The filling of the water into the container is preferably subject to a control which balances the level with the desired amount of hydrogen to be produced per time.

Für den Fall, dass das Wasser einen geringeren pH-Wert als 7 aufweist, erfolgt eine Erhöhung des pH-Wertes. Die Erhöhung des pH-Wertes des Wassers erfolgt in einer vorteilhaften Variante durch die Zugabe von Natronlauge.In the event that the water has a lower pH than 7, there is an increase in the pH. The increase in the pH of the water is carried out in an advantageous variant by the addition of sodium hydroxide solution.

In einer Variante wird das periodisch variierende elektrische Potential an der Anode gepulst oder sinusförmig moduliert. Die Spannung zwischen den Elektroden ist eine Überlagerung aus einer Gleichspannung und einer Wechselspannung. Der Wechselspannungsanteil wird dabei vorzugsweise mit einer Frequenz im Bereich zwischen 20 kHz und 250 kHz moduliert. Somit liegt die Frequenz des periodisch variierenden elektrischen Potentials an der Anode ebenfalls im Bereich zwischen 20 kHz und 250 kHz. Besonders bevorzugt liegt die Frequenz zwischen 22 kHz und 200 kHz.In a variant, the periodically varying electrical potential at the anode is pulsed or sinusoidally modulated. The voltage between the electrodes is a superposition of a DC voltage and an AC voltage. The AC voltage component is preferably modulated with a frequency in the range between 20 kHz and 250 kHz. Thus, the frequency of the periodically varying electric potential at the anode is also in the range between 20 kHz and 250 kHz. Particularly preferably, the frequency is between 22 kHz and 200 kHz.

Die Amplitude des zeitlich variierenden Potentials liegt vorzugsweise im Bereich von 60 V, sodass die Spannung zwischen 10 V und 130 V variiert. Unter der Amplitude des zeitlich variierenden Potentials wird im Sinne der Erfindung die Hälfte der Differenz des maximalen und des minimalen Potentials verstanden.The amplitude of the time-varying potential is preferably in the range of 60 V, so that the voltage varies between 10 V and 130 V. For the purposes of the invention, the amplitude of the time-varying potential is understood to be half the difference between the maximum and the minimum potential.

Die Gleichspannung zwischen den Elektroden ist vorzugsweise größer oder gleich 1 V. In einer Variante ist der Gleichanteil größer oder gleich 5 V. Besonders bevorzugt beträgt die Gleichspannung wenigstens 10 V.The DC voltage between the electrodes is preferably greater than or equal to 1 V. In one variant, the DC component is greater than or equal to 5 V. Particularly preferably, the DC voltage is at least 10 V.

Konzeptionsgemäß wird Wasserstoff durch eine elektrolytische Aufspaltung von Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff erzeugt, wobei Wasser in einem Gefäß mit einer als Anode und einer als Kathode geschalteten Elektrode in Kontakt gebracht wird. Die Elektroden sind an eine elektrische Spannungsquelle angeschlossen und an den Elektroden liegt eine Wechselspannung an, welche mit einer Gleichspannung derart überlagert ist, dass ein Nulldurchgang und somit eine Umkehr der Polarität der Elektroden vermieden wird.Conceptually, hydrogen is generated by an electrolytic splitting of water into hydrogen and oxygen, whereby water in a vessel is brought into contact with an electrode connected as an anode and as a cathode. The electrodes are connected to an electrical voltage source and to the electrodes is an AC voltage, which is superimposed with a DC voltage such that a zero crossing and thus a reversal of the polarity of the electrodes is avoided.

In den Schaltkreis zwischen der elektrischen Spannungsquelle und den Elektroden ist mindestens eine elektrische Schaltung geschaltet. Die mindestens eine elektrische Schaltung ist so ausgebildet, dass an der Anode eine elektrische Gleichspannung anliegt, die ausgehend von einer elektrischen Gleichspannung mit einer mindestens mit einer vorgebbaren Frequenz modulierten elektrischen Spannung überlagert ist. Durch eine entsprechende Wahl der Gleichspannung kann gewährleistet werden, dass an der Anode zu jedem Zeitpunkt der Elektrolyse zumindest der Minimalwert der elektrischen Spannung, die größer als 0 V ist, anliegt. Es kann ein Nulldurchgang der Spannung vermieden werden.At least one electrical circuit is connected in the circuit between the electrical voltage source and the electrodes. The at least one electrical circuit is designed such that a DC electrical voltage is applied to the anode, which is superimposed starting from a DC electrical voltage with an at least modulated with a predetermined frequency electrical voltage. By an appropriate choice of the DC voltage can be ensured that at least the minimum value of the electrical voltage, which is greater than 0 V, applied to the anode at any time of the electrolysis. A zero crossing of the voltage can be avoided.

Vorteilhaft sollte die mindestens eine elektrische Schaltung so ausgebildet sein, dass die elektrische Gleichspannung gepulst oder sinusförmig moduliert wird. Bei einer gepulsten Modulierung kann es sich beispielsweise um dreieckförmige oder viereckförmige elektrische Einzelpulsspannungen handeln, die nacheinander mit entsprechendem Anstieg ausgehend von der Minimalspannung bis zu einer Maximalspannung erhöht werden, bis die elektrische Spannung nach einem Einzelpuls bis auf den Minimalwert der Spannung abfällt und im Anschluss daran ein nächster Einzelpuls eingeleitet wird.Advantageously, the at least one electrical circuit should be designed such that the electrical DC voltage is pulsed or sinusoidally modulated. A pulsed modulation can be, for example, triangular or quadrilateral electric single-pulse voltages, which are successively increased with a corresponding increase, starting from the minimum voltage to a maximum voltage, until the electrical voltage after a single pulse except for the Minimum value of the voltage drops and then a next single pulse is initiated.

Bei einer sinusförmig überlagerten modulierten elektrischen Spannung gehen die einzelnen Schwingungen von dem Minimalspannungswert aus. Die elektrische Spannung steigt dann bis zu einem Maximalwert an und fällt daraufhin wieder bis auf die Minimalspannung ab, bevor die nächste Schwingung der sinusförmig modulierten elektrischen Spannung eingeleitet wird. Insbesondere bei einer sinusförmigen Überlagerung können EMV-Probleme vermieden beziehungsweise erheblich unterdrückt werden.With a sinusoidally superposed modulated electrical voltage, the individual oscillations start from the minimum voltage value. The electrical voltage then rises to a maximum value and then drops again to the minimum voltage before the next oscillation of the sinusoidally modulated electrical voltage is initiated. In particular with a sinusoidal overlay, EMC problems can be avoided or significantly suppressed.

Die mindestens eine elektrische Schaltung sollte vorteilhaft so ausgebildet sein, dass die Modulation mit einer Frequenz im Bereich von 20 kHz bis 250 kHz, bevorzugt im Bereich von 22 kHz bis 200 kHz erfolgen kann. Ferner sind Amplituden im Bereich von 10 V bis 130 V, insbesondere 60 V geeignet. Besonders geeignet für die Elektrolyse sind elektrische Minimalspannungen von mindestens 1 V, bevorzugt von mindestens 5 V, besonders bevorzugt von mindestens 10 V. In einer besonders vorteilhaften Variante hat die modulierte elektrische Spannung, die an die Elektroden angelegt ist, eine Minimalspannung von 10 V mit einer maximalen Spannung von 130 V und einer Amplitude von 60 V, wobei die Spannung sinusförmig moduliert ist. Eine weitere auch erhebliche Erhöhung der elektrischen Spannungen ist möglich. Es können sogar elektrische Spannungen im kV-Bereich eingesetzt werden. Die elektrische Minimalspannung von beispielsweise 10 V wird erfindungsgemäß also zu keinem Zeitpunkt während der Elektrolyse unterschritten. Dadurch wird der Elektrolyseprozess zu keinem Zeitpunkt unterbrochen.The at least one electrical circuit should advantageously be designed such that the modulation can take place at a frequency in the range from 20 kHz to 250 kHz, preferably in the range from 22 kHz to 200 kHz. Furthermore, amplitudes in the range of 10 V to 130 V, in particular 60 V are suitable. Particularly suitable for the electrolysis are electrical minimum voltages of at least 1 V, preferably of at least 5 V, more preferably of at least 10 V. In a particularly advantageous variant, the modulated electrical voltage applied to the electrodes, a minimum voltage of 10 V with a maximum voltage of 130V and an amplitude of 60V, the voltage being sinusoidally modulated. Another considerable increase in the electrical voltage is possible. It is even possible to use electrical voltages in the kV range. The electrical minimum voltage of, for example, 10 V according to the invention is therefore not exceeded at any time during the electrolysis. As a result, the electrolysis process is never interrupted.

Es besteht aber auch die Möglichkeit, die Modulation mit höheren Frequenzen und/oder höheren elektrischen Spannungen durchzuführen. Dies trifft sowohl für die elektrische Minimalspannung als auch für die Amplituden zu. Die elektrischen Spannungsbereiche, die vorab konkret genannt worden sind, haben den Vorteil, dass nur Schutzmaßnahmen in geringem Umfang getroffen werden müssen, um den Gesundheitsschutz zu gewährleisten. Die Frequenz kann bis in den GHz-Bereich erhöht werden.However, it is also possible to carry out the modulation with higher frequencies and / or higher electrical voltages. This applies to both the minimum electrical voltage and the amplitudes. The electrical voltage ranges, which have been specifically mentioned in advance, have the advantage that only protective measures must be taken to a limited extent in order to ensure health protection. The frequency can be increased up to the GHz range.

Der fließende elektrische Strom folgt dabei der jeweiligen Modulation der modulierten elektrischen Spannung, die an die Elektroden angelegt ist, so dass sich die elektrische Leistung ebenfalls sinusförmig während der Elektrolyse verändert. Dabei hat der kapazitive Einfluss des Wassers im Gefäß mit seinen gegebenenfalls weiteren darin enthaltenen chemischen Komponenten einen Einfluss, insbesondere auf die Trägheit des elektrolytischen Prozesses. Durch die Speicherdrossel L1 bleibt die aufgenommene Leistung relativ konstant.The flowing electric current follows the respective modulation of the modulated electrical voltage which is applied to the electrodes, so that the electrical power also changes sinusoidally during the electrolysis. In this case, the capacitive influence of the water in the vessel with its optionally further chemical components contained therein has an influence, in particular on the inertia of the electrolytic process. Through the storage throttle L1 the recorded power remains relatively constant.

Die Elektroden und die mindestens eine elektrische Schaltung können an eine elektrische Gleich- und Wechselspannungsquelle angeschlossen sein, die bevorzugt eine konstante elektrische Ausgangsspannung und möglichst auch einen konstanten elektrischen Strom zur Verfügung stellen kann. Bei Anschluss an eine elektrische Wechselspannungsquelle sollte zwischen die Elektroden ein elektrischer Gleichrichter geschaltet oder ein elektrischer Gleichrichter Bestandteil der mindestens einen elektrischen Schaltung sein. Ein elektrischer Gleichrichter sollte bevorzugt mit mindestens einem elektrischen Kondensator im elektrischen Stromkreis zwischen den Elektroden verschaltet sein. Damit kann eine verbesserte Glättung der gleichgerichteten elektrischen Spannung erreicht werden.The electrodes and the at least one electrical circuit can be connected to an electrical direct and alternating voltage source, which can preferably provide a constant electrical output voltage and if possible also a constant electric current. When connected to an electrical AC voltage source, an electrical rectifier should be connected between the electrodes or an electrical rectifier should be part of the at least one electrical circuit. An electrical rectifier should preferably be connected to at least one electrical capacitor in the electrical circuit between the electrodes. Thus, an improved smoothing of the rectified electrical voltage can be achieved.

In einer Ausführungsform der Erfindung ist eine elektronische Regeleinrichtung Bestandteil des Systems, mit der eine Regelung der Frequenz und/oder Amplitude der modulierten elektrischen Gleichspannung erreichbar ist. Mit dieser oder einer anderen Art der Regelung kann eine einem momentanen Bedarf angepasste Menge an Wasserstoff zur Verfügung gestellt werden, wenn der freigesetzte Wasserstoff sofort, insbesondere ohne Zwischenspeicherung in einer größeren oder gegebenenfalls kleineren Menge, verbraucht werden soll. Mit einer erhöhten Amplitude der modulierten elektrischen Gleichspannung kann die Menge an freigesetztem Wasserstoff erhöht werden. Auch eine Erhöhung der Frequenz kann die Menge an freigesetztem Wasserstoff erhöhen.In one embodiment of the invention, an electronic control device is part of the system, with which a regulation of the frequency and / or amplitude of the modulated electrical DC voltage can be achieved. With this or another type of control, an amount of hydrogen adapted to a current requirement can be made available if the released hydrogen is to be consumed immediately, in particular without intermediate storage in a larger or optionally smaller amount. With an increased amplitude of the modulated DC electrical voltage, the amount of hydrogen released can be increased. Increasing the frequency can also increase the amount of hydrogen released.

Zwischen der elektrischen Spannungsquelle und den Elektroden kann aber auch jeweils eine weitere elektrische Schaltung geschaltet sein. Es können also mindestens zwei elektrische Schaltungen für die Modulation der elektrischen Spannung, die an den Elektroden anliegt, genutzt werden. Dabei können die elektrischen Schaltungen bevorzugt jeweils gleich ausgebildet sein und besonders bevorzugt jeweils als Resonanzwandler ausgebildet sein. Die Resonanzwandler können dabei mit mehreren parallel geschalteten bipolaren Transistoren gebildet sein. Es können auch bipolare Transistoren mit isolierter Gateelektrode (IGBTs), Thyristoren oder Metalloxidhalbleiter-Feldeffekttransistoren (Mos-FETs) in den Resonanzwandlern als Alternative zu Transistoren eingesetzt werden.But in each case a further electrical circuit can be connected between the electrical voltage source and the electrodes. It is thus possible to use at least two electrical circuits for the modulation of the electrical voltage applied to the electrodes. In this case, the electrical circuits can preferably be designed identically in each case and particularly preferably be designed in each case as a resonant converter. The resonant converter can be formed with a plurality of parallel bipolar transistors. Also, insulated gate bipolar transistors (IGBTs), thyristors, or metal oxide semiconductor field effect transistors (MOS FETs) can be used in the resonant converters as an alternative to transistors.

Mindestens eine der elektrischen Schaltungen ist in einer vorteilhaften Variante als fremd gesteuerter Leistungsgegentaktverstärker mit vorgeschaltetem Sinusgenerator ausgebildet.In one advantageous variant, at least one of the electrical circuits is designed as a separately controlled power gen-set amplifier with an upstream sine-wave generator.

Bei dem Gefäß kann es sich um ein herkömmliches Gefäß handeln, wie es üblicherweise für Elektrolyseanwendungen eingesetzt wird. Es kann ein Zufluss für Wasser vorgesehen sein, mit dem erreicht werden kann, dass während der Elektrolyse eine ausreichend große Wassermenge im Gefäß enthalten ist. Außerdem kann eine Regelung mit dem jeweiligen Füllstand erreicht werden, in dem der Füllstand an die jeweils erforderliche Menge an Wasserstoff, der bei der Elektrolyse freigesetzt werden soll, angepasst werden kann. Dies betrifft eine Regelung der momentanen Kontaktflächen der in das Wasser eintauchenden Elektroden. Je größer die Kontaktflächen sind, um so mehr Wasserstoff kann bei ansonsten konstant gehaltenen Parametern während der Elektrolyse freigesetzt werden.The vessel may be a conventional vessel commonly used in electrolysis applications. There may be provided an inflow for water with which can be achieved that during the electrolysis a sufficiently large amount of water is contained in the vessel. In addition, a control can be achieved with the respective level, in which the level of the respective required amount of hydrogen to be released during the electrolysis, can be adjusted. This relates to a regulation of the instantaneous contact surfaces of the electrodes immersed in the water. The larger the contact surfaces, the more hydrogen can be released at otherwise constant parameters during the electrolysis.

Elektroden können aber auch so ausgebildet und eingesetzt werden, wie dies aus dem Stand der Technik bekannt ist. Es können beispielsweise plattenförmige Elektroden eingesetzt werden. Die beiden Elektroden können auch jeweils gleich geometrisch gestaltet und dimensioniert sein. Die Elektroden können beispielsweise aus einem Stahl, insbesondere einem mit Chrom und Nickel legierten Stahl, gebildet sein.However, electrodes can also be designed and used as known from the prior art. For example, plate-shaped electrodes can be used. The two electrodes can also be designed and dimensioned identically in each case geometrically. The electrodes can be formed, for example, from a steel, in particular a steel alloyed with chromium and nickel.

Der freigesetzte Wasserstoff kann in üblicher Weise abgezogen und einer Speicherung beziehungsweise einer direkten Nutzung zugeführt werden.The liberated hydrogen can be withdrawn in a conventional manner and fed to a storage or a direct use.

Allein oder zusätzlich kann neben den bereits erwähnten Regelungsmöglichkeiten auch über die Zugabe von chemischen Stoffen, mit denen die elektrische Leitfähigkeit des Wassers beeinflusst werden kann, oder mit der Beeinflussung der Temperatur des Wassers während der Elektrolyse erfolgen. So kann im Wasser, das elektrolytisch aufgespalten werden soll, ein pH-Wert größer 7 eingehalten sein. Dies kann durch Zugabe einer Base, beispielsweise Natronlauge erreicht werden. Es kann aber auch mindestens ein Ionen freisetzendes Salz, insbesondere Natriumchlorid (NaCI) im Wasser enthalten sein oder je nach Bedarf zugegeben werden.Alone or in addition to the already mentioned control options also on the addition of chemical substances with which the electrical conductivity of the water can be influenced, or with the influence of the temperature of the water during the electrolysis. Thus, a pH greater than 7 can be maintained in the water, which is to be split electrolytically. This can be achieved by adding a base, for example sodium hydroxide solution. However, it is also possible for at least one ion-releasing salt, in particular sodium chloride (NaCl), to be present in the water or to be added as required.

Bei der erfindungsgemäßen Elektrolysevorrichtung sind keine, zumindest keine größeren, Maßnahmen zur Beachtung der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) erforderlich.In the electrolysis device according to the invention, no, at least no major, measures to comply with the electromagnetic compatibility (EMC) are required.

Neben deionisiertem oder normalem Trinkwasser können aber auch Salz- und Schmutzwasser mit der erfindungsgemäßen Elektrolysevorrichtung verarbeitet werden. Wie bereits angedeutet, kann der freigesetzte Wasserstoff unmittelbar im Nachgang zu seiner Freisetzung oder einer Filterung oder eines Separationsprozesses einer direkten Nutzung, beispielsweise als Betriebs-, Kraft- oder Brennstoff zugeführt werden. Der freigesetzte Wasserstoff kann aber auch zu medizinischen Zwecken oder für chemische Syntheseverfahren eingesetzt werden. Der freigesetzte Sauerstoff kann ebenfalls einer Nutzung zugeführt werden.In addition to deionized or normal drinking water but also salt and dirty water can be processed with the electrolysis device according to the invention. As already indicated, the released hydrogen can be fed directly after its release or filtration or a separation process of direct use, for example as operating, power or fuel. However, the released hydrogen can also be used for medical purposes or for chemical synthesis processes. The released oxygen can also be used.

Dabei wirkt sich auch die einfach erreichbare Regelbarkeit in Abhängigkeit des momentanen Mengenbedarfs an Wasserstoff für eine jeweilige Anwendung vorteilhaft aus. Es kann bei der Regelung eine sehr kleine Zeitkonstante erreicht werden, um auf Bedarfsschwankungen reagieren zu können. Es können bei Bedarf gleichzeitig mehrere Regelparameter, die ausgewählt sind aus elektrischer Leitfähigkeit und Temperatur des Wassers, die Größe der Flächen, mit denen die Elektroden mit dem Wasser in Kontakt stehen, der Größe der elektrischen Minimalspannung, der Amplitude der auf die Gleichspannung modulierten elektrischen Spannung und deren Frequenz in Abhängigkeit einer momentan benötigten Wasserstoffmenge angepasst werden.The easily achievable controllability, depending on the instantaneous quantity requirement of hydrogen, also has an advantageous effect for a particular application. It can be achieved in the regulation a very small time constant in order to respond to fluctuations in demand. If necessary, a plurality of control parameters, which are selected from the electrical conductivity and temperature of the water, the size of the surfaces, with which the electrodes in contact with the water, the size of the electrical minimum voltage, the amplitude of the voltage modulated to the DC voltage and whose frequency is adjusted depending on a currently required amount of hydrogen.

Das System ist einfach und kostengünstig aufgebaut und es bedarf nur eines kleinen Raums. Es kann sehr umweltfreundlich betrieben werden. Im Vergleich zu herkömmlichen Elektrolysevorrichtungen können die Größe der Elektroden und die Wassermenge, bei zumindest annähernd gleicher Kapazität kleiner gewählt werden.The system is simple and inexpensive and requires only a small space. It can be operated very environmentally friendly. Compared to conventional electrolysis devices, the size of the electrodes and the amount of water can be made smaller, with at least approximately the same capacity.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung stellt ein Netzgerät aus der Netzspannung eine 12 V Betriebsspannung bereit. Alternativ ist auch eine handelsübliche 12 V Batterie einsetzbar. Hieraus induziert der erste Resonanzwandler eine Wechselspannung in Höhe von etwa 42 V bei einer Frequenz von etwa 20 kHz. Hinter der Gleichrichterbrücke aus den Schottkydioden SD 52 stehen am Ladekondensator circa 60 V_DC Gleichspannung an. Der zweite Resonanzwandler induziert eine Wechselspannung von 50 V_AC mit einer Frequenz von etwa 20 kHz. Eine alternative Frequenz kann eine andere Literleistung ergeben. Die Frequenz beeinflusst also die Effektivität der Elektrolyse. Diese Spannungen sind in Reihe geschaltet. Im Versuch haben wir mit Badspannungen, also Spannungen der Elektroden im Wasserbad, zwischen +10 V und +130 V gearbeitet. Vorzugsweise sollte die Spannung nicht unter einen Wert von +10 V sinken.In an advantageous embodiment, a power supply from the mains voltage provides a 12 V operating voltage. Alternatively, a commercially available 12 V battery can be used. From this, the first resonant converter induces an AC voltage of about 42 V at a frequency of about 20 kHz. Behind the rectifier bridge of the Schottky diodes SD 52, approximately 60 V _DC are applied to the charging capacitor. The second resonant converter induces an AC voltage of 50 V _AC at a frequency of about 20 kHz. An alternative frequency may result in a different liter performance. The frequency thus influences the effectiveness of the electrolysis. These voltages are connected in series. In the experiment we have worked with bath voltages, ie voltages of the electrodes in the water bath, between +10 V and +130 V. Preferably, the voltage should not fall below a value of + 10V.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile von Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen. Es zeigen:

1: eine Schaltung zur Realisierung der erfindungsgemäßen Elektrolysevorrichtu ng,
2: eine sinusförmig modulierte elektrische Spannung über der Zeit aufgetragen, überlagert mit einer Gleichspannung, die für die Elektrolyse an den Elektroden anliegt,
3: ein Schaltbild eines Resonanzwandlers zur sinusförmigen Modulierung einer elektrischen Spannung,
4: einen Resonanzwandler und
5: eine Variante eines Gleichrichters.

Further details, features and advantages of embodiments of the invention will become apparent from the following description of exemplary embodiments with reference to the accompanying drawings. Show it:

1 : a circuit for realizing the electrolysis device according to the invention,
2 : a sinusoidally modulated electrical voltage plotted over time, superimposed with a DC voltage applied to the electrodes for electrolysis,
3 FIG. 2: a circuit diagram of a resonant converter for sinusoidally modulating an electrical voltage, FIG.
4 : a resonant converter and
5 : a variant of a rectifier.

Die 1 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel eines Schaltbildes eines elektrischen Schaltungsaufbaus für eine erfindungsgemäße Elektrolysevorrichtung. Insbesondere ist in diesem Prinzipschaltbild dargestellt, wie die Elektroden 1, 2 über zwei Wandlerschaltungen 3.1, 3.2 mit der Spannungsquelle 4 verschaltet sind. Dabei ist die elektrische Spannungsquelle 4 mit zwei Anschlüssen jeweils an die erste elektrische Wandlerschaltung 3.1 und auch an die zweite elektrische Wandlerschaltung 3.2 angeschlossen. Die durch die Netzspannung in Höhe von 230 V_AC betriebene Spannungsquelle stellt eine Gleichspannung in Höhe von 12 V_DC zur Verfügung, wobei der Strom auf 100 A begrenzt ist. Die Spannungsquelle kann ein geeignetes Netzgerät sowie eine handelsübliche 12 V Batterie sein. Die Pole liegen an den Wandlerschaltungen 3.1, 3.2 an, so dass an der ersten und an der zweiten Wandlerschaltung 3.1, 3.2 jeweils eine Gleichspannung von 12 V anliegt. Die Wandlerschaltungen 3.1, 3.2 sind derart aufgebaut, dass sie je nach Art der Verschaltung eine Wechselspannung zur Verfügung stellen oder eine Gleichspannung mit einem Wechselspannungsanteil beaufschlagen. Vorzugsweise wird in den Wandlerschaltungen 3.2, 3.2 ein Resonanzwandler eingesetzt, welcher eine Wechselspannung in Höhe von 42 V mit einer Frequenz von etwa 20 kHz bereitstellt. Die erste Wandlerschaltung 3.1 ist mit einem Gleichrichter 5 aus vier Dioden 5a in einer Brückenschaltung mit nachfolgendem Kondensator 6 verschaltet. Folglich wird die aus der ersten Wandlerschaltung 3.1 resultierende Wechselspannung durch den Gleichrichter 5 und den Kondensator 6 in eine Gleichspannung mit geringer Restwelligkeit transformiert. Der Kondensator 6 weist in diesem Ausführungsbeispiel eine Kapazität von 1000 µF auf und dient der weiteren Glättung der Spannung, wodurch eine Gleichspannung mit einer gewissen Restwelligkeit entsteht. Folglich liegt die Kathode 2 auf einem gleichmäßigen Potential. Ferner ist der Gleichrichter 5 mit dem Kondensator 6 über die zweite Wandlerschaltung 3.2 mit der Anode 1 verschaltet. Durch die zweite Wandlerschaltung 3.2, in welcher ein in 3 dargestellter Wandlertransformator verschaltet ist, wird die Gleichspannung zwischen Anode 1 und Kathode 2 mit einem Wechselanteil überlagert. Die Anode 1 ist über die zweite Wandlerschaltung 3.2 mit dem Gleichrichter 5 verbunden, wodurch die Anode auf einem Potential liegt, welches mit der Zeit variiert. Ein konstantes Potential, welches dem aus dem Gleichrichter 5 entspricht, ist mit einem zeitlich invarianten Potential, welches durch die zweite Wandlerschaltung 3.2 hervorgerufen wird, überlagert. Die Potentialdifferenz zwischen Anode 1 und Kathode 2 ist folglich eine Gleichspannung, welche mit einem Wechselanteil überlagert ist. Diese wird hier als eine Impulsspannung mit einem Maximalwert von 130 V, vorzugsweise sinusförmig, realisiert. Ferner ist in der Schaltung ein induktives Element L1 verschaltet, welches hohe Frequenzen oberhalb der bei der Elektrolyse eingesetzten Frequenz für die Modulation der elektrischen Gleichspannung unterdrückt und somit erhöhte Belastungen verhindert. Das induktive Element L1 hat in diesem Ausführungsbeispiel eine Induktivität von 100 mH. Insbesondere ist das induktive Element L1 geeignet, Schwingungen der Generatoren von der 12 V_DC Betriebsspannung fernzuhalten und den Strom somit zu stabilisieren.The 1 shows schematically an embodiment of a circuit diagram of an electrical circuit structure for an electrolysis device according to the invention. In particular, this schematic diagram shows how the electrodes 1 . 2 via two converter circuits 3.1 . 3.2 with the voltage source 4 are interconnected. Here is the electrical voltage source 4 with two terminals each to the first electrical converter circuit 3.1 and also to the second electrical converter circuit 3.2 connected. The 230V _AC power source provides a DC voltage of 12V _DC with current limited to 100A. The voltage source can be a suitable power supply as well as a standard 12 V battery. The poles are connected to the converter circuits 3.1 . 3.2 on, so that at the first and at the second converter circuit 3.1 . 3.2 in each case a DC voltage of 12 V is applied. The converter circuits 3.1 . 3.2 are constructed such that they provide an AC voltage available depending on the type of interconnection or apply a DC voltage to an AC voltage component. Preferably, in the converter circuits 3.2 . 3.2 a resonant converter is used, which provides an AC voltage of 42 V with a frequency of about 20 kHz. The first converter circuit 3.1 is with a rectifier 5 from four diodes 5a in a bridge circuit with subsequent capacitor 6 connected. Consequently, the output from the first converter circuit 3.1 resulting AC voltage through the rectifier 5 and the capacitor 6 transformed into a DC voltage with low residual ripple. The capacitor 6 has in this embodiment, a capacitance of 1000 uF and is used to further smooth the voltage, creating a DC voltage with a certain residual ripple arises. Consequently, the cathode is located 2 at a steady potential. Further, the rectifier 5 with the capacitor 6 via the second converter circuit 3.2 with the anode 1 connected. By the second converter circuit 3.2 , in which a in 3 is shown connected, the DC voltage between the anode 1 and cathode 2 superimposed with an alternating component. The anode 1 is via the second converter circuit 3.2 with the rectifier 5 connected, whereby the anode is at a potential which varies with time. A constant potential, which from the rectifier 5 is, with a time invariant potential, which by the second converter circuit 3.2 caused, superimposed. The potential difference between anode 1 and cathode 2 is therefore a DC voltage, which is superimposed with an alternating component. This is realized here as a pulse voltage with a maximum value of 130 V, preferably sinusoidal. Further, in the circuit is an inductive element L1 interconnected, which suppresses high frequencies above the frequency used in the electrolysis for the modulation of the DC electrical voltage and thus prevents increased loads. The inductive element L1 has an inductance of 100 mH in this embodiment. In particular, the inductive element L1 suitable for keeping oscillations of the generators away from the 12 V _DC operating voltage and thus stabilizing the current.

Der Wechselanteil ist vorzugsweise eine Sinusschwingung, wie es in 2 dargestellt ist. Die Sinusschwingung ist auf eine Gleichspannung 9 aufmoduliert. Hier ist ein Spannungsverlauf über der Zeit dargestellt. Hier wechselt die Spannung nie ihr Vorzeichen. Die Amplitude 8 der Sinusschwingung beträgt in diesem Beispiel 60 V. Der Gleichanteil 9 liegt bei 70 V. Somit variiert die Spannung zwischen einer Minimalspannung in Höhe von 10 V und einer Maximalspannung in Höhe von 130 V. Die Spannung hat folglich keinen Nulldurchgang und die Polarität wechselt nicht. Die Frequenz des sinusförmigen elektrischen Spannungsverlaufs wird bevorzugt zwischen 22 kHz und 200 kHz gewählt. Die Frequenz kann im einfachsten Fall, wie auch die maximale elektrische Spannung während der Elektrolyse konstant gehalten werden.The alternating component is preferably a sinusoidal oscillation, as in 2 is shown. The sine wave is on a DC voltage 9 modulated. Here is a voltage curve over time shown. Here the tension never changes its sign. The amplitude 8th the sine wave is 60 V in this example. The DC component 9 is at 70 V. Thus, the voltage varies between a minimum voltage of 10 V and a maximum voltage of 130 V. The voltage therefore has no zero crossing and the polarity does not change. The frequency of the sinusoidal electrical voltage profile is preferably selected between 22 kHz and 200 kHz. The frequency can be kept constant in the simplest case, as well as the maximum electrical voltage during the electrolysis.

In den 3 und 4 sind Prinzipskizzen von Ausführungsbeispielen einer elektrischen Wandlerschaltung 3 dargestellt. Dabei zeigt 3 die zweite Wandlerschaltung 3.2 und 4 die erste Wandlerschaltung 3.1. Die elektrischen Wandlerschaltungen 3.1 und 3.2 werden durch Resonanzwandler gebildet und können, wie in 1 gezeigt, in den Schaltungsaufbau geschaltet sein.In the 3 and 4 are schematic diagrams of embodiments of an electrical converter circuit 3 shown. It shows 3 the second converter circuit 3.2 and 4 the first converter circuit 3.1 , The electrical converter circuits 3.1 and 3.2 are formed by resonant converters and can, as in 1 shown, be connected in the circuit structure.

Dabei sind zweimal jeweils sechs Paare bipolarer Transistoren T1 bis T6 und T7 bis T12 zueinander parallelgeschaltet. Die jeweilige Basis B1 und B2 der Transistoren wird ausschließlich von der elektrischen Spule 7.3 und den beiden Widerständen R13 und R14 gesteuert und die Kollektoren der Transistoren T1 bis T12 sind jeweils an eine Primärspule 7.1 eines Wandlertransformators 7 angeschlossen. Die Emitter der Transistoren sind miteinander verbunden, wobei bei diesem Beispiel vor jedem Emitter ein elektrischer Widerstand R1 bis R6 und R7 bis R12 geschaltet ist. Bei einer Parallelschaltung sollten elektrische Widerstände R1 bis R6 und R7 bis R12 an der Emitterseite der Transistoren vorhanden sein, um eine gleichmäßige Verteilung des elektrischen Stromes zu gewährleisten.There are two pairs of bipolar transistors in each case twice T1 to T6 and T7 to T12 connected in parallel with each other. The respective base B1 and B2 the transistors is exclusively from the electrical coil 7.3 and the two resistors R13 and R14 controlled and the collectors of the transistors T1 to T12 are each connected to a primary coil 7.1 a converter transformer 7 connected. The emitters of the transistors are connected to each other, wherein in this example in front of each emitter an electrical resistance R1 to R6 and R7 to R12 is switched. In a parallel connection should electrical resistors R1 to R6 and R7 to R12 be present on the emitter side of the transistors to ensure a uniform distribution of the electric current.

Die Wandlung der elektrischen Spannung für die Modulierung der elektrischen Gleichspannung, die an die beiden Elektroden, also an der Anode und der Kathode, angelegt wird, erfolgt mittels zweier weiterer elektrischer Spulen 7.2 und 7.3, die Bestandteil des Transformators 7 sind. Dabei ist die elektrische Spule 7.3 jeweils die elektrische Spannung der Basen B1 und B2 an jeweils einen Anschluss dieser elektrischen Spule 7.3 angeschlossen. Ferner gehen die Anschlüsse 7.2a, 7.2b der elektrischen Sekundärspule 7.2 nach außen. In einer Schaltung gemäß 1, in der der Resonanzwandler als zweite Wandlerschaltung 3.2 geschaltet ist, ist die Sekundärspule 7.2 einerseits durch den ersten Anschluss 7.2a mit dem elektrischen Gleichrichter 5, also dem Brückengleichrichter, und andererseits mit dem anderen Anschluss 7.2b mit der Anode 1 verbunden. The conversion of the electrical voltage for the modulation of the electrical DC voltage, which is applied to the two electrodes, ie at the anode and the cathode, is effected by means of two further electrical coils 7.2 and 7.3 that are part of the transformer 7 are. Here is the electric coil 7.3 each the electrical voltage of the bases B1 and B2 to each one connection of this electric coil 7.3 connected. Furthermore, the connections go 7.2a . 7.2b the electric secondary coil 7.2 outward. In a circuit according to 1 in which the resonant converter as the second converter circuit 3.2 is switched, is the secondary coil 7.2 on the one hand through the first connection 7.2a with the electric rectifier 5 , so the bridge rectifier, and on the other hand with the other terminal 7.2b with the anode 1 connected.

Bei einer Verwendung des Resonanzwandlers als erste Wandlerschaltung 3.1 ist die Sekundärspule 7.2 mit zwei Anschlüssen des Gleichrichters 5 verbunden. Die elektrische Spule 7.3 dient zur Umschaltung. Die elektrische Sekundärspule 7.2 ist die jeweilige Ausgangswicklung um eine potentialfreie elektrische Spannung zu erzeugen. Der Gleichrichter 5 hinter der Wandlerschaltung 3.1 erzeugt in Verbindung mit dem Kondensator 6 eine Gleichspannung, welche eine Restwelligkeit aufweisen kann. Aus einer Wechselspannung in Höhe von 48 V_AC ergibt sich dann eine Gleichspannung in Höhe von ca. 70 V_DC.When using the resonant converter as the first converter circuit 3.1 is the secondary coil 7.2 with two terminals of the rectifier 5 connected. The electric coil 7.3 serves for switching. The electric secondary coil 7.2 is the respective output winding to generate a potential-free electrical voltage. The rectifier 5 behind the converter circuit 3.1 generated in conjunction with the capacitor 6 a DC voltage, which may have a residual ripple. From an AC voltage of 48 V _AC then results in a DC voltage in the amount of about 70 V _DC .

Durch die elektrischen Widerstände R13 und R14, welche den Basen B1, B2 vorgeschaltet sind, kann eine Vorsteuerung der Transistoren T1 bis T12 erreicht werden. Das induktive Element L1, das als Speicherdrossel ausgebildet sein kann, unterdrückt hohe Frequenzen oberhalb der bei der Elektrolyse eingesetzten Frequenz für die Modulation der elektrischen Gleichspannung und verhindert erhöhte Belastungen. Dementsprechend liegt an der elektrischen Sekundärspule 7.2 des Transformators 7 die auf die elektrische Gleichspannung 9 sinusförmig aufmodulierte elektrische Spannung während der Durchführung der Elektrolyse an. Die elektrische Wandlerschaltung 3.2 ist in einer vorteilhaften Variante als fremdgesteuerte Schaltung, insbesondere als fremdgesteuerter Leistungsgegentaktverstärker mit vorgeschalteten Sinusgenerator ausgebildet.By the electrical resistances R13 and R14 which the bases B1 . B2 upstream, can be a pilot control of the transistors T1 to T12 be achieved. The inductive element L1 , which can be designed as a storage choke, suppressed high frequencies above the frequency used in the electrolysis for the modulation of the DC electrical voltage and prevents increased loads. Accordingly, is due to the electrical secondary coil 7.2 of the transformer 7 the on the electrical DC voltage 9 sinusoidally modulated electrical voltage during the performance of the electrolysis. The electrical converter circuit 3.2 is formed in an advantageous variant as externally controlled circuit, in particular as externally controlled Leistungsgegentaktverstärker with upstream sinusoidal generator.

Die Widerstände R1 bis R12 weisen bevorzugt eine Kapazität von 0,15 Ohm bei einer Leistung von 5 Watt auf. Die Widerstände R13 und R14 weisen einen Widerstand in Höhe von 470 Ohm bei einer Leistung von 0,5 Watt auf. Der Wandlertransformator 7 weist vorzugsweise einen Ferritkern auf. Für die Transistoren T1 bis T12 werden vorzugsweise BD 745 C eingesetzt. Das induktive Element L1 weist eine Induktivität von 3 mH auf und der Kondensator 6 eine Kapazität von 1 µF.The resistors R1 to R12 preferably have a capacitance of 0.15 ohms at a power of 5 watts. The resistors R13 and R14 have a resistance of 470 ohms with a power of 0.5 watts. The converter transformer 7 preferably has a ferrite core. For the transistors T1 to T12 are preferably used BD 745 C. The inductive element L1 has an inductance of 3 mH and the capacitor 6 a capacity of 1 μF.

In 4 ist die erste Wandlerschaltung 3.1 dargestellt. Hier ist sind die Basen B1, B2 über die Widerstände R13 und R14 mit dem induktiven Element L1 und dann mit dem Pluspol der Gleichspannung verbunden. Im Vergleich dazu sind bei der in 3 dargestellten zweiten Wandlerschaltung 3.2 über die Widerstände R13 und R14 direkt mit dem Pluspol der Gleichspannung verbunden.In 4 is the first converter circuit 3.1 shown. Here are the bases B1 . B2 about the resistances R13 and R14 with the inductive element L1 and then connected to the positive pole of the DC voltage. In comparison, at the in 3 shown second converter circuit 3.2 about the resistances R13 and R14 directly connected to the positive pole of the DC voltage.

In 5 ist eine alternative Variante eines Gleichrichters 5 als Gleichrichterbrücke mit Dioden 5a, welche als Schottkydioden, also mit sperrendem Metall-Halbleiter-Übergang, beispielsweise SD 51, ausgebildet sind. Ferner werden hier zur verbesserten Glättung der Gleichspannung zwei Kondensatoren 6a, 6b eingesetzt. Dabei hat der erste Kondensator 6a eine Kapazität in Höhe von 470 µF bei 350 V und der zweite Kondensator 6b eine Kapazität in Höhe von 1µF bei 305 V. Diese Gleichrichterbrücke ist insbesondere geeignet um eine an den Eingangskontakten K1 anliegende Wechselspannung von 42 V_AC in eine an den Ausgangskontakten K2 anliegende Gleichspannung von 60 V_DC umzuwandeln.In 5 is an alternative variant of a rectifier 5 as rectifier bridge with diodes 5a , which as Schottky diodes, ie with a blocking metal-semiconductor junction, for example SD 51 , are formed. Furthermore, two capacitors are here for improved smoothing of the DC voltage 6a . 6b used. It has the first capacitor 6a a capacity of 470 μF at 350 V and the second capacitor 6b a capacity of 1μF at 305V. This rectifier bridge is particularly suitable around one of the input contacts K1 applied AC voltage of 42 V _AC in one at the output contacts K2 convert DC voltage of 60 V _DC .

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Anodeanode
22: Kathodecathode
33: Wandlerschaltungconverter circuit
3.13.1: Erste WandlerschaltungFirst converter circuit
3.23.2: Zweite WandlerschaltungSecond converter circuit
44: Spannungsquellevoltage source
55: Gleichrichterrectifier
5a5a: Diodediode
66: Kondensatorcapacitor
77: Wandlertransformator, TransformatorTransformer transformer, transformer
7.17.1: Primärspule, elektrische SpulePrimary coil, electric coil
7.27.2: Sekundärspule, elektrische SpuleSecondary coil, electric coil
7.2a7.2a: Anschluss der SekundärspuleConnection of the secondary coil
7.2b7.2b: Anschluss der SekundärspuleConnection of the secondary coil
7.37.3: Umschaltungsspule, elektrische SpuleSwitching coil, electric coil
88th: Amplitudeamplitude
99: Gleichanteil, GleichspannungDC component, DC voltage
B1B1: Erste BasisFirst base
B2B2: Zweite BasisSecond base
R1 - R14R1 - R14: Widerständeresistors
T1 - T12T1 - T12: Transistorentransistors
L1 L1: Induktives ElementInductive element
K1K1: Eingangskontakteinput contacts
K2K2: Ausgangskontakteoutput contacts

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

US 2011220516 A1 [0004]

Claims

Electrolysis apparatus for obtaining hydrogen by an electrolytic splitting of water, comprising a container and two electrodes arranged inside the container, characterized in that the electrodes (1, 2) are connected via a circuit to a voltage source (4) such that between the electrodes Electrodes (1, 2) of a DC voltage and an AC voltage superimposed voltage can be generated such that the polarity of the electrodes (1, 2) does not change.

Electrolysis device after Claim 1 , characterized in that the circuit between the electrodes (1, 2) and the voltage source (4) is designed such that a first electrode as an anode (1) can be laid to an electrical potential, wherein the electrical potential is a superposition of a constant electrical Potential is with a periodically varying electrical potential, and a second electrode as the cathode (2) can be laid to a constant electrical potential.

Electrolysis apparatus according to one of Claims 1 or 2 , characterized in that the frequency of the periodically varying electrical potential at the anode (1) is adjustable.

Electrolysis apparatus according to one of Claims 1 to 3 , characterized in that the circuit between the two electrodes (1, 2) and the voltage source comprises a rectifier (5) and a capacitor (6).

Electrolysis apparatus according to one of Claims 1 to 4 , characterized in that the electrolysis device has a control device for regulating the amplitude and / or the frequency of the voltage.

Electrolysis apparatus according to one of Claims 1 to 5 , characterized in that between the electrodes (1, 2) and the electrical voltage source (4) at least one resonant converter is connected.

Electrolysis apparatus according to one of Claims 1 to 6 , characterized in that at the electrodes (1, 2) a voltage with a frequency in the range between 20 kHz and 250 kHz can be applied.

A process for recovering hydrogen by splitting water by means of an electrolyzer according to any one of the preceding claims, comprising the steps of: a) pouring water into the container b) Setting a pH of the water to a value greater than 7 and c) applying a superimposed from a DC voltage and an AC voltage between the electrodes (1, 2), wherein a minimum voltage is not exceeded.

Method according to Claim 8 , characterized in that the periodically varying electrical potential at the anode (1) is pulsed or sinusoidally modulated.

Method according to one of Claims 8 or 9 , characterized in that the increase in the pH of the water by addition of sodium hydroxide solution.

Method according to one of Claims 8 to 10 , characterized in that the frequency of the periodically varying electrical potential is in the range between 20 kHz and 250 kHz.

Method according to one of Claims 8 to 11 , characterized in that the frequency of the periodically varying electrical potential is in the range between 22 kHz and 200 kHz.

Method according to one of Claims 8 to 12 , characterized in that the amplitude of the time-varying potential is in the range of 10 V and 130 V.

Method according to one of Claims 8 to 13 , characterized in that the DC voltage between the electrodes (1, 2) is at least 1 V.