УСТАНОВКА ДЛЯ РАЗДЕЛЕНИЯ ВОДЫ НА ВОДОРОД И КИСЛОРОД, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ В КАЧЕСТВЕ ТОПЛИВА С ПОЛУЧЕНИЕМ ПАРА ВЫСОКИХ ПАРАМЕТРОВ Российский патент 1999 года по МПК F02B43/10 B01J7/00 F02M21/02 

1. Область техники
Изобретенная установка относится к топливно-энергетической области техники, предназначенной для получения в установке неорганического топлива водорода и окислителя кислорода, нарабатываемых в установке, при разделении воды на водород и кислород, используемые в качестве неорганического топлива в физическом реакторе, с получением пара высоких параметров с температурой T = +600^oC и давлением пара P = 250 атмосфер, который может направляться к потребителю, например, для вращения паровых электрических турбин, а также пар высоких параметров можно направлять в водный транссоник, где пар перемешивается с холодной водой, нагревает воду, направляемую на обогрев жилых домов и предприятий промышленности.

Изобретенная установка использует при запуске установки в работу вспомогательное органическое топливо: керосин и окислитель газ кислород, поступающий в камеру сгорания внутри физического реактора, где в камере сгорания реактора происходит их сжигание для разогрева запуска физического реактора, в который поступает вода из резервуара, разделяемая на водород в камере сгорания реактора. В результате физико-химической цепной реакции разделения молекул воды на атомы молекулярного водорода и кислорода выделяется энергия связи E_свз. = +Q, эквивалентная приращению количеству теплоты: Δ Q, расходуемой на поддержание цепной физико-химической реакции разделения воды на водород и кислород, с непрерывным выделением энергии связи + теплоты + Q, позволяющей разделять воду на водород и кислород, используемые в качестве топлива в реакторе, где при разделении воды выделяется теплота + Q, позволяющая непрерывно перерабатывать в установке водород и кислород, сжигаемые в камере сгорания реактора с получением пара высоких параметров.

2. Уровень техники
Предложенная установка для разделения воды на водород и кислород, используемые в качестве топлива с получением пара высоких параметров, имеет отдаленное техническое сходство с ранее известными изобретенными аналогами энергетических установок, используемых для получения пара высоких параметров.

В технической литературе (М.А. Жиделев, В.П. Беспалько. Машиноведение. - М. : Просвещение, 1964) на с. 120 - 123 содержится описание ранее известных энергетических установок для получения пара, на с. 122, рис. 89 содержится описание отдаленного аналога энергетической установки для получения пара высоких параметров, где в указанной установке, изображенной на рис. 89, используется в качестве топлива органическое горючее, а не водород и кислород как в предложенной установке.

Наиболее близким аналогом к предложению является установка для разделения воды на водород и кислород, которые могут быть использованы в качестве топлива с получением пара, включающая резервуар с водой, средство для подачи воды в цилиндрический полый реактор и паропровод, для вывода пара из реактора (FR, заявка N 2288548, кл. B 01 J 7/00, C 01 B 1/07/ F 02 B 43/00, 25.06.76). Известная установка содержит частичный набор конструктивных элементов предлагаемой установки и отличается тем, что корпус реактора выполнен в виде двойных металлических стенок из жаропрочного металла, рассчитанного на давление внутри него 250 кГ/см², реактор снабжен электрической свечой зажигания, расположенной в верхней стенке камеры сгорания, средство для подачи воды в реактор выполнено в виде редуктора-насоса высокого давления, выдерживающего давление 250 кГ/см² и пропускающего воду в одном направлении к реактору, нижнего бокового патрубка для введения воды в камеру сгорания реактора и форсунок, расположенных на его внутренней боковой стенке в верхней части камеры сгорания реактора, при этом установка дополнительно снабжена двумя отдельными резервуарами для органического топлива, керосина и окислителя газа кислорода, соединенными топливными трубопроводами через редукторы высокого давления, выдерживающие давление 250 кГ/см², с верхними патрубками для ввода керосина и кислорода, размещенными в верхней части камеры сгорания реактора, а паропровод закреплен на днище реактора.

3. Сущность изобретения
Установка для разделения воды на водород и кислород представляет собой техническую конструкцию, состоящую из взаимосвязанных между собой конструктивных элементов: металлического цилиндрического полого физического реактора, где происходит разделение воды на водород и кислород, сжигаемые в камере сгорания реактора в качестве топлива, с получением пара высоких параметров с давлением P = 250 атмосфер и температурой T = +600^oC. Физический реактор взаимосвязан трубопроводом через редуктор высокого давления, выдерживающий давление 250 кг/см² с резервуаром для воды, поступающей по трубопроводу из резервуара в реактор, где в камере сгорания происходит разделение воды на водород и кислород, при сжигании вспомогательного топлива керосина в окислителе газе кислороде, используемых из двух раздельных резервуаров, присоединенных топливными трубопроводами к физическому реактору. Цилиндрический металлический корпус физического реактора выполнен из металла жаропрочной нержавеющей стали, прочность корпуса физического реактора рассчитана на давление P = 256 кГ/см² внутри него. Корпус ректора по высоте имеет двойные металлические стенки, между которыми циркулирует вода для нагрева и охлаждения, поступающая из резервуара для воды через редуктор-насос высокого давления, выдерживающего давление P = 250 кГ/см² в обратном от реактора направлении. Редуктор-насос высокого давления пропускает воду в одном направлении: от резервуара с водой к реактору, но не пропускает нагретую между стенок реактора воду к резервуару с водой, это необходимо для сжатия воды до давления P = 250 кГ/см² при нагревании воды, находящейся между двойными стенками реактора, с последующим вводом сжатой воды в камеру сгорания реактора, через форсунки для воды, расположенные на внутренней боковой стенке реактора в верхней части камеры сгорания реактора, куда поступает вода во внутреннюю полую камеру сгорания, где происходит разделение воды на водород и кислород, используемые в качестве топлива с получением пара высоких параметров.

4. Перечень фигур
На фиг. 1 показана конструктивная схема предлагаемой установки.

На фиг. 2 - конструктивный элемент установки - реактор. Установка включает резервуар для воды 1, редуктор - насос высокого давления 2, боковой патрубок 3 для ввода воды в реактор, физический реактор 4 высокого давления, боковые форсунки 5 для керосина 6, редуктор 7 для керосина, дроссель-кран 8 для керосина, резервуар 9 для керосина, дроссель-кран 10 для сжатого воздуха, клапан 11 для сжатого воздуха, баллон 12 для сжатого воздуха, электрическая свеча 13 зажигания, форсунки 14 для газа кислорода, редуктор высокого давления 15 для газа кислорода, дроссель-кран 16 для газа кислорода, клапан 17 для газа кислорода, резервуар 18 для газа кислорода, паропровод 19 в днище реактора, верхний 20 патрубок для ввода керосина в камеру реактора, верхний патрубок 21 для ввода газа кислорода в камеру сгорания реактора.

На фиг. 2 дан конструктивный элемент установки - реактор. Боковой патрубок 3 для ввода воды в физический реактор, физический реактор 4, выполненный из жаропрочного металла, форсунки боковые 5 для ввода воды в камеру сгорания реактора, верхний патрубок 20 для ввода керосина в камеру сгорания реактора, верхний патрубок 21 для ввода газа кислорода в камеру реактора.

5. Общие положения
Установка для разделения воды на водород и кислород, используемые в качестве топлива с получением пара высоких параметров, представляет собой изобретенную техническую конструкцию, состоящую из взаимосвязанных между собой конструктивных элементов: физического - металлического цилиндрического полого внутри реактора 4, рассчитанного на давление P = 250 кГ/см² газов и воды внутри, а также взаимосвязанного с реактором через средство 2 для подачи воды в реактор резервуара 1 с водой. Последнее выполнено в виде редуктора-насоса высокого давления, выдерживающего давление 250 кГ/см² и пропускающего воду в одном направлении к реактору, в виде металлических форсунок, расположенных на внутренней боковой стенке камеры сгорания реактора. Установка дополнительно снабжена двумя отдельными резервуарами, один - для органического углеродного топлива керосина и второй - для окислителя газа кислорода, резервуары соединены соответственно через редукторы высокого давления, с верхними патрубками 20 и 21, расположенными в верхней части корпуса реактора, в камере сгорания реактора, куда из резервуаров по трубопроводам поступают вспомогательное топливо керосин и окислитель газа кислорода, вводимые через форсунки в камеру сгорания реактора, где в химической реакции горения соединения углеродное топливо керосин сгорает в кислороде, в химической реакции: C + O₂ = CO₂ + Q с выделением теплоты, которая расходуется на разложение воды на водород и кислород, в химической реакции 2H₂O = 2H₂ + O₂ - Q, с поглощением теплоты. Сжигание в камере сгорания водорода в кислороде в химической реакции 2H₂ + O₂ + Q = 2H₂O + Q с выделением теплоты расходуется на нагрев воды, находящуюся между двойными стенками реактора 4, где при нагреве воды происходит сжатие воды до давления P = 250 кГ/см² между двойными стенками реактора, и поступление сжатой воды через форсунки 5 в камеру сгорания реактора, где вода разделяется на водород и кислород, в физико-химической реакции 2H₂O + Q = 2H₂+ O₂+ ΔQ с выделение теплоты, за счет выделения энергии связи E_свз = +ΔQ, находящейся в электронных оболочках атомов водорода и кислорода. При разделении молекул воды на атомы водорода и кислорода высвобождается дополнительная энергия связи эквивалентная количеству приращения теплоты, где энергия связи E_свз = +ΔQ. В камере сгорания реактора развивается цепная физико-химическая реакция разделения молекул воды на водород и кислород, с выделением теплоты +ΔQ, по схеме физико-химической реакции

Получаемые водород и кислород в качестве топлива в камере сгорания реактора расходуются на получение пара высоких параметров с температурой T = + 600^oC и давлением пара P = 250 атмосфер, выводимого из реактора паропроводом, закрепленным в днище реактора.

6. Описание работы установки
Запуск установки в работу для разделения воды на водород и кислород, используемые в качестве топлива в реакторе с получением пара высоких параметров, осуществляется в строго последовательном порядке: резервуар для воды 1 емкостью 1 000 кубических метров заполняется пресной водой, очищенной от примесей минеральных солей, далее включается насос-редуктор 2, подающий воду из резервуара по трубопроводу редуктора-насоса 2 в нижний патрубок 3 реактора 4, где вода заполняет пространство между двойными стенками реактора 4, где между двойными стенками реактора происходит накопление воды. Затем включается электрическая свеча 13 зажигания от высоковольтного источника тока, дающего электрические разряды, электрическое зажигание остается включенным до момента времени поступления в камеру реактора вспомогательного топлива керосина и окислителя газа кислорода.

Так, система электрического зажигания опережает во времени поступление в полую камеру сгорания топлива керосина и окислителя газа кислорода, используемых при выпуске установки в работу для разогрева реактора и находящихся в двух раздельных резервуарах 9 и 18, где в резервуаре 9 для керосина находится 300 литров керосина вспомогательного топлива, а газ кислород - в резервуаре 18 в соотношении с керосином в объеме, необходимом для окисления вспомогательного топлива керосина, по формуле химической реакции окисления органического топлива.

Вспомогательное топливо керосин поступает в камеру сгорания реактора при открытом клапане 11 для сжатого воздуха, находящегося в баллоне 12, где сжатый воздух через клапан 11 и открытый дроссель-кран 10 поджимает керосин, находящийся в резервуаре 9, и поступление керосина через открытый дроссель - кран 8, редуктор 7 и форсунки 6, в камеру сгорания реактора. Для поступления в камеру сгорания окислителя газа кислорода открываются клапан 17 и дроссель-кран 16, через которые газ кислород из резервуара для кислорода 18 начинает поступать через редуктор 15 и форсунки 14 в камеру сгорания реактора, где газ кислород смешивается с вспомогательным топливом керосином и воспламеняется от предварительно включенной системы электрического зажигания, в результате чего образуется плазма с температурой T = 3000^oC. При температуре T = 3000^oC в камере реактора происходит разделение воды на водород и кислород, используемые в качестве топлива и сжигаемые в камере сгорания реактора с получением пара высоких параметров выводимого из реактора паропроводом, закрепленном в днище реакторао

Использование: в топливно-энергетической области техники. Сущность изобретения: установка для разделения воды на водород и кислород, которые могут быть использованы в качестве топлива с получением пара, включает резервуар с водой, средство для подачи воды в цилиндрический полый реактор и паропровод для вывода пара из реактора. Корпус реактора выполнен в виде двойных металлических стенок из жаропрочного металла, рассчитанных на давление внутри него на стенки Р=250 кг/см², реактор снабжен электрической свечой зажигания, расположенной в верхней стенке камеры сгорания реактора, средство для подачи воды в реактор выполнено в виде редуктора - насоса высокого давления, выдерживающего давление 250 кг/см² и пропускающего воду в одном направлении к реактору, нижнего бокового патрубка для введения воды в реактор в камеру сгорания реактора и форсунок, расположенных на его внутренней боковой стенке в верхней части камеры сгорания реактора, при этом установка дополнительно снабжена двумя отдельными резервуарами для органического топлива керосина и для окислителя газа кислорода, резервуары соединены топливными трубопроводами через редукторы высокого давления, выдерживающие давление 250 кг/см², с верхними патрубками для ввода керосина и кислорода, расположенными в верхней стенке корпуса реактора и соединенными соответственно с форсунками для керосина и кислорода, размещенными в верхней части камеры сгорания реактора, а паропровод закреплен в днище реактора. Установка позволяет вырабатывать пар с высокими параметрами, испольауемый для вращения паровых турбин, выработку электроэнергии, обогрев жилых домов и т.д. 2 ил.

Установка для разделения воды на водород и кислород, используемые в качестве топлива с получением пара высоких параметров, включающая резервуар с водой, средство для подачи воды в цилиндрический полый реактор и паропровод для вывода пара из реактора, отличающаяся тем, что корпус реактора выполнен в виде двойных металлических стенок из жаропрочного металла, рассчитанных на давление внутри реактора на стенки Р = 250 кг/см², реактор снабжен электрической свечой зажигания, расположенной в верхней стенке камеры сгорания реактора, средство для подачи воды в реактор выполнено в виде редуктора-насоса высокого давления, выдерживающего давление 250 кг/см² и пропускающего воду в одном направлении к реактору, нижнего бокового патрубка для введения воды в реактор в камеру сгорания реактора, и форсунок, расположенных на его внутренней боковой стенке в верхней части камеры сгорания реактора, при этом установка дополнительно снабжена двумя отдельными резервуарами для органического топлива керосина и окислителя газа кислорода, соединенными топливными трубопроводами через редукторы высокого давления, выдерживающие давление 250 кг/см², с верхними патрубками для ввода керосина и кислорода, расположенными в верхней стенке корпуса реактора и соединенными соответственно с форсунками для керосина и кислорода, размещенными в верхней части камеры сгорания реактора, а паропровод закреплен в днище реактора.