УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ, ВОДОРОДА И КИСЛОРОДА Российский патент 2003 года по МПК C25B1/02 C25B9/00 

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

Известно техническое решение (см. Яковлев С.В., Краснобородько И.Г., Рогов В. М. Технология электрохимической очистки воды. - Л.: Стройиздат, 1987, с. 207-211, 227-231), содержащее корпус с патрубками для подвода и отвода обрабатываемого раствора, электроразрядную камеру с размещенными в ней плоским и игольчатым электродами.

Известно техническое решение (см. Яковлев С.В., Краснобородько И.Г., Рогов В. М. Технология электрохимической очистки воды. - Л.: Стройиздат, 1987, с. 207-211, 227-231), содержащее корпус с патрубками для подвода и отвода обрабатываемого раствора, электроразрядную камеру с размещенными в ней плоским и игольчатым электродом.

Известно техническое решение, описанное в SU 487665, 15.10.75, С 25 В 9/00, содержащее корпус, верхнюю и нижнюю крышки, патрубки для ввода и вывода рабочего раствора, анод, соединенный с положительным полюсом источника питания, и катод, соединенный с отрицательным полюсом источника питания.

Известно также техническое решение (см. патент РФ 2157861, кл. С 25 В 1/02, 9/00, 2000 - прототип) для получения тепловой энергии, водорода и кислорода, содержащее корпус, верхнюю и нижнюю крышки, патрубки для ввода и вывода рабочего раствора, плоские аноды, расположенные в верхней и нижней межэлектродных камерах, соединенные с положительным полюсом источника питания, и стержневые катоды, соединенные с отрицательным полюсом источника питания.

Недостатком известных изобретений является то, что они имеют плоские аноды, к которым подводится один контакт от внешнего источника тока. В результате, как показывают наблюдения, интенсивность выделения кислорода наибольшая в зоне контакта внешнего проводника с плоским анодом. По мере удаления от этой зоны контакта, интенсивность выделения кислорода с поверхности анода резко уменьшается, это свидетельствует о неравномерности распределения плотности электрического потенциала по поверхности анода, а значит, и в растворе, что снижает энергетическую эффективность электрохимического процесса и устройства. Неравномерность распределения плотности электрического потенциала легко наблюдается по интенсивности выделения кислорода в разных зонах анода. Она резко уменьшается по мере удаления от той части поверхности анода, где подведен контактный провод.

Техническим решением задачи является повышение энергетических показателей устройства.

Цель достигается тем, что устройство для получения тепловой энергии, водорода и кислорода, содержащее корпус, верхнюю и нижнюю крышки, патрубки для ввода и вывода рабочего раствора, аноды, расположенные в верхней и нижней межэлектродных камерах, соединенные с положительным полюсом источника питания, и стержневые катоды, соединенные с отрицательным полюсом источника питания, отличается тем, что анод, расположенный в анодной полости нижней межэлектродной камеры, и анод, расположенный в верхней межэлектродной камере, выполнены в виде стержней, соединенных между собой проводником с внешней стороны устройства.

Новизна заявляемого предложения обусловлена тем, что стержневые аноды, соединенные между собой проводниками с внешней стороны устройства, равномернее распределяют контакт с раствором положительного электрического потенциала и за счет этого повышают энергетическую эффективность устройства для получения тепла, водорода и кислорода.

По данным патентно-технической литературы не обнаружена аналогичная совокупность признаков, что позволяет судить об изобретательском уровне предложения.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на чертеже изображен общий вид устройства.

Устройство для получения тепловой энергии, водорода и кислорода содержит корпус 1, с цилиндроконическим приливом 2 и сквозным отверстием 3, нижнюю 4 и верхнюю 5 крышки, нижнюю 6 и верхнюю 7 межэлектродные камеры, при этом нижняя межэлектродная камера имеет анодную 8 и катодную 9 полости, анод 10 в виде стержней, соединенных проводником с наружной стороны нижней крышки, расположенных в анодной полости 8, катод 11 - в виде стержня из тугоплавкого материала, вставлен в диэлектрический стержень 12 с наружной резьбой, посредством которой он введен в нижнюю межэлектродную камеру 6 через резьбовое отверстие 13 в нижней крышке и центрирован в сквозном отверстии 3 корпуса 1, верхняя межэлектродная камера 7 имеет анод 14, выполненный в виде стержней, соединенных между собой проводником с наружной стороны корпуса и расположенных над корпусом 1, и игольчатый катод 15, который введен в верхнюю межэлектродную камеру 7 через резьбовое отверстие 16 в ее крышке 5 соосно со сквозным отверстием 3 корпуса 1, патрубок 17 для ввода рабочего раствора расположен в средней части анодной полости 8, патрубки 18 для вывода кислорода установлены в верхней части анодной полости, патрубок 19 для вывода парогазовой смеси расположен в верхней крышке.

Устройство для получения тепловой энергии, водорода и кислорода работает следующим образом.

Анодную 8 и катодную 9 полости нижней межэлектродной камеры 6 заполняют слабым раствором щелочи или кислоты через патрубок 17 и устанавливают необходимый расход раствора. Затем устройство подключают к электрической сети и постепенно повышают напряжение до появления устойчивой плазмы в зоне катодов. В нижней катодной полости 9 происходит нагрев раствора до температуры кипения при частичном разложении воды на водород и кислород. Кислород, выделившийся у стержневого анода 10, поднимается в верхнюю часть анодной полости 8 и через патрубки 18 удаляется из анодной полости.

Газообразный молекулярный водород, формирующийся на границе плазма-жидкость, собирается в верхней части катодной полости 9 и вместе с парами воды и водяным раствором выходит через сквозное отверстие 3 в межэлектродную камеру 7, в которой в зоне катода выделяется дополнительное количество водорода и весь он вместе с водяным паром и нагретым раствором выходит через патрубок 19.

Сущность плазмоэлектролитического процесса заключается в том, что под действием электрического поля между многократно уменьшенной площадью катода по отношению к суммарной площади анода, состоящего из нескольких стержней, формируется начальный поток ионов щелочного металла, сфокусированный на катод. Имея запас кинетической энергии при движении к катоду, ионы щелочного металла отделяют атомы водорода от молекул воды Н₂О в результате формируется плазма атомарного водорода, которая, охлаждаясь на границе плазма - жидкость, формирует молекулы водорода. Одновременно в плазме присутствуют и свободные протоны. Соединяясь с электронами, испущенными катодом, они также синтезируют атомы водорода. Процессы синтеза атомов и молекул водорода генерируют больше энергии, чем ее затрачивается на разрушение молекулы воды.

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

Экспериментально установлено, что замена плоского анода на анод, состоящий из стержней, соединенных между собой не в зоне раствора, а за его пределами, на внешней стороне устройства, повышает энергетическую эффективность устройства на 10-15%.

Изобретение относится к физико-химическим технологиям получения тепла, водорода и кислорода. Устройство имеет корпус с цилиндроконическим приливом и сквозным отверстием, нижнюю и верхнюю крышки, которые образуют совместно с корпусом нижнюю и верхнюю межэлектродные камеры. Нижняя межэлектродная камера имеет анодную и катодную полости, разделенные цилиндроконическим приливом корпуса и сообщающиеся между собой в нижней части камеры. Нижний и верхний аноды выполнены в виде стержней, расположенных в нижней и верхней межэлектродных камерах и соединенных между собой проводниками с внешней стороны устройства. Нижний стержневой катод вставлен в диэлектрический стержень, который вводится в нижнюю межэлектродную камеру через резьбовое отверстие в нижней крышке. Это дает возможность центрировать рабочую часть катода относительно сквозного отверстия корпуса. Технический эффект - повышение энергетических показателей устройства. 1 ил.

Устройство для получения тепловой энергии, водорода и кислорода, содержащее корпус, верхнюю и нижнюю крышки, патрубки для ввода и вывода рабочего раствора, аноды, расположенные в верхней и нижней межэлектродных камерах, соединенные с положительным полюсом источника питания, и стержневые катоды, соединенные с отрицательным полюсом источника питания, отличающееся тем, что анод, расположенный в анодной полости нижней межэлектродной камеры, и анод, расположенный в верхней межэлектродной камере, выполнены в виде стержней, соединенных между собой проводником с внешней стороны устройства.