УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ, ВОДОРОДА И КИСЛОРОДА Российский патент 2001 года по МПК C25B1/02 C25B9/00 

Изобретение относится к физико-химическим технологиям и технике для получения тепла, водорода и кислорода.

Известны технические устройства (см. Гольштейн А.Б., Серебрянский Ф.З. Эксплуатация электролизных установок для получения водорода и кислорода. М.: "Энергия", 1969) для получения водорода и кислорода.

Известно техническое решение (см. Патент США 3969214, C 25 B 1/02, 1976), содержащее корпус, патрубок ввода рабочего раствора, межэлектродную камеру, анод, соединенный с положительным полюсом источника питания, катод, соединенный с отрицательным источником питания.

Также известно техническое решение (см. Патент Англии N 1139614, кл. C 01 B 13/06, 08.01. 1969), содержащее корпус, изготовленный из диэлектрического материала, со сквозным отверстием, межэлектродную камеру, патрубки для ввода и вывода рабочего раствора, анод, соединенный с положительным полюсом источника питания и катод, соединенный с отрицательным полюсом источника питания.

Недостатком известных изобретений является то, что для получения водорода и кислорода используется только процесс электролитической диссоциации молекул воды и не используется процесс ее термической диссоциации.

Техническим решением задачи является получение водорода и кислорода путем электролитического и термического разложения воды одновременно за счет энергии плазмы, формирующейся у катода.

Устройство для получения тепловой энергии, водорода и кислорода, содержащее корпус, изготовленный из диэлектрического материала, со сквозным отверстием, межэлектродную камеру, патрубки для ввода и вывода рабочего раствора, анод, соединенный с положительным полюсом источника питания и катод, соединенный с отрицательным полюсом источника питания, отличающееся тем, что корпус с осевым отверстием имеет нижний цилиндроконический прилив и нижнюю крышку, образующую совместно с корпусом межэлектродную камеру, состоящую из анодной и катодной полостей, сообщающихся между собой в нижней части, плоский кольцевой анод с отверстиями, расположенный в анодной полости, катод в виде цилиндрического стержня из тугоплавкого материала, заключенный в диэлектрический стержень с резьбой, введенный в межэлектродную камеру с нижней стороны через резьбовое отверстие в нижней крышке с возможностью вертикального перемещения вдоль осевой линии устройства, емкость для рабочего раствора с системой автоматического регулирования его уровня в катодной полости, соединенной с анодной полостью, охладительную камеру для конденсации пара и выделения водорода, полость которой соединена с входным патрубком подачи рабочего раствора в анодную полость, патрубок для подачи парогазовой смеси в охладительную камеру введен посредством резьбы в осевое отверстие корпуса, патрубок для вывода кислорода введен в верхнюю часть анодной полости.

Новизна заявляемого устройства обусловлена тем, что автоматическое регулирование уровня раствора в катодной полости обеспечивает максимальную эффективность термоэлектролитического процесса разложения воды на водород и кислород, а также тем, что охлаждение и конденсация пара повышают выход получаемого водорода. Совокупность перечисленных признаков уменьшает затраты электрической энергии на получение тепловой энергии, водорода и кислорода.

По данным патентно-технической литературы не обнаружена аналогичная совокупность признаков, при которых значительно уменьшаются затраты энергии на получение водорода и кислорода, что позволяет судить об изобретательском уровне предложения.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где изображен общий вид устройства.

Устройство для получения водорода и кислорода содержит корпус 1, изготовленный из диэлектрического материала с осевым отверстием и цилиндроконическим приливом 2, нижнюю крышку 3, образующую совместно с корпусом анодную 4 и катодную 5 полости, стержневой катод 6, размещенный в диэлектрическом стержне 7, вводимом в катодную полость 5 через резьбовое отверстие 8 крышки 3, плоский кольцевой анод 9 с отверстиями расположен в анодной полости; патрубок 10 для ввода в устройство рабочего раствора соединен с поплавковой камерой 11 регулятора уровня 12 и с помощью трубки 13 - с полостью охладителя 14; катодная и охладительная полости сообщаются между собой с помощью патрубка 15; охладитель 14 содержит сформированную в спираль трубку 16 конической конфигурации с входным 17 и выходным 18 патрубками для подачи охлаждающей жидкости, отражатель 19 несконденсировавшегося пара, патрубок 20 для вывода водорода из охладителя 14; патрубок 21 для вывода кислорода из анодной полости.

Устройство работает следующим образом. Рабочий раствор заливается в емкость 22, из которой он проходит через дозирующее устройство 12 и поплавковую камеру 11 в анодную полость 4 и катодную - 5. После того, как заполнение реактора раствором достигает заданного уровня, поплавок поплавковой камеры 11 закрывает входное отверстие дозирующего устройства. Далее, включается электрическая сеть и постепенно повышается напряжение до момента появления устойчивой плазмы в зоне катода 6. Образующаяся парогазовая смесь у катода поступает в охладитель 14. Пар, соприкасаясь с охлажденной поверхностью трубки охладителя, конденсируется, а выделившийся газ выходит из-под отражателя 19 и поступает к выходному патрубку 20. Конденсат пара поступает в анодную полость 4 через трубку 13 и входной патрубок 10. Кислород, выделившийся у анода 9, поступает в верхнюю часть анодной полости 4 и удаляется из нее через патрубок 21.

Поскольку уровень раствора в реакторе регулируется автоматически, то данное устройство для получения водорода и кислорода работает в автоматическом режиме. По мере расхода раствора, он доливается в приемную емкость 22.

Сущность протекающих физико-химических процессов заключается в том, что под действием электрического поля между многократно уменьшенной площадью катода по отношению к площади анода, формируется начальный, сфокусированный на катод, поток ионов щелочного металла. Имея запас кинетической энергии при движении к катоду, ионы щелочного металла выбивают протоны атомов водорода из молекул воды. Достигнув катода, протоны приобретают электроны и образуют атомы водорода, излучая фотоны, которые формируют плазму атомарного водорода с температурой 5000...10000^oC. Энергия этой плазмы и служит источником термической диссоциации воды на водород и кислород и источником дополнительной энергии, наличие которой легко фиксируется по энергии нагретого раствора, испарившейся воды и собранных газов. Одновременно с этим у анода идет электролитический процесс выделения кислорода.

Таким образом, водородная плазма у катода является источником тепловой энергии, передаваемой водному раствору, и источником атомарного и молекулярного водорода и кислорода одновременно.

Эффективность устройства определяет общий показатель эффективности, учитывающий электрическую энергию, вводимую в устройство, тепловую энергию, передаваемую паром охлаждающей жидкости, и энергию, содержащуюся в выделившемся водороде. В таблице приведены результаты испытаний этого устройства.

Устройство относится к физико-химическим технологиям получения тепла, водорода и кислорода. Устройство имеет корпус с осевым отверстием и цилиндроконическим приливом и нижнюю крышку, которые образуют совместно с корпусом межэлектродную камеру с сообщающимися между собой анодной и катодной полостями. Плоский кольцевой анод с отверстиями расположен в анодной полости. Катод в виде цилиндрического стержня вставлен в диэлектрический стержень, который вводится в межэлектродную камеру через резьбовое отверстие в нижней крышке. Емкость для рабочего раствора с системой автоматического регулирования его уровня в катодной полости соединена с анодной полостью. Охладительная камера для кондиционирования пара и выделения водорода соединена с входным патрубком подачи рабочего раствора в анодную полость. Патрубок для вывода кислорода введен в верхнюю часть анодной полости. Патрубок для подачи парогазовой смеси в охладительную камеру введен посредством резьбы в осевое отверстие корпуса. Данная установка позволяет получить водород и кислород путем электрического и термического разложения воды одновременно за счет энергии плазмы. 1 ил., 1 табл.

Устройство для получения тепловой энергии, водорода и кислорода, содержащее корпус, изготовленный из диэлектрического материала, со сквозным отверстием, межэлектродную камеру, патрубки для ввода и вывода рабочего раствора, анод, соединенный с положительным полюсом источника питания, и катод, соединенный с отрицательным полюсом источника питания, отличающееся тем, что с осевым отверстием имеет нижний цилиндроконический прилив, нижнюю крышку, образующую совместно с корпусом межэлектродную камеру, состоящую из анодной и катодной полостей, сообщающихся между собой в нижней части, плоский кольцевой анод с отверстиями, расположенный в анодной полости, катод в виде цилиндрического стержня из тугоплавкого материала, заключенный в диэлектрический стержень с резьбой, введенный в межэлектродную камеру с нижней стороны через резьбовое отверстие в нижней крышке с возможностью вертикального перемещения вдоль осевой линии устройства, емкость для рабочего раствора с системой автоматического регулирования его уровня в катодной полости, соединенную с анодной полостью, охладительную камеру для конденсации пара и выделения водорода, полость которой соединена с входным патрубком подачи рабочего раствора в анодную полость, патрубок для подачи парогазовой смеси в охладительную камеру введен посредством резьбы отверстие корпуса, патрубок для вывода кислорода введен в верхнюю часть анодной полости.