Способ выработки озона из кислорода воздуха Российский патент 2018 года по МПК C01B13/10 H01M8/08 

Изобретение может быть использовано в машиностроении, в химической промышленности, в транспорте, в энергетике, в строительстве для резки камня и металла, для выполнения художественных работ, например для резьбы по камню, металлу, выжигания, инструктирования, шлифовки, в очистке воды, в медицине для создания пергидроля, т.п.

Топливный элемент представляет собой пластину собранную из большого количества неоднородных строчных образований, соединенных гальванически из разнородных сплавов никеля и железа (фиг. 7). Строчные образования изготовлены из адсорбированного молекулярным водородом никеля, покрытые слоем гидрооксида никеля с обеих сторон, и высокоуглеродистой перлитно-цементитной стали, имеющая в своей структуре железоникелевый феррит, выполненный в виде кристалла шпинели, и карбид железа (фиг. 6). В рукоятке пластины все крайние слои из никеля и сердцевина из железа спаяны для создания контакта термоэлектродвижующей силы (фиг. 4).

Способ выработки озона из кислорода воздуха включает создание неравновесного термодинамического состояния в пластине топливного элемента в двух точках на лезвии клинка и рукоятки, получение открытого колебательного контура излучения электромагнитных волн за счет переменной циркуляции термоэлектрических токов и механоэмиссии электронов при раскалывании кристаллов гидрооксидов никеля и слоев никеля в теле топливного элемента, вхождение топливной пластины в акустомагнетоэлектрический резонанс, дающий в зернах железоникелевого феррита Виллари эффект в результате воздействия ультразвука на феррит, получение вакуумных микротрещин в строчных слоях кристаллов доменов никеля, создание условий протекания фотохимических реакций путем воздействия на молекулы кислорода ультрафиолетовых лучей, и встречной диссоциации молекулярного кислорода и озона.

Технический результат заключается в уменьшении затрат энергии, необходимой для выработки озона из кислорода воздуха, который может применяться непосредственно на транспортных единицах в качестве топлива, не используя углеводородные вещества как топливо в двигателях внутреннего сгорания, в очистке питьевой воды и сточных канализационных вод от вредных для здоровья человека химических соединений и болезнетворных микроорганизмов, а также как промежуточный продукт для выработки перекиси водорода.

Поставленная техническая задача решается тем, что способ выработки озона из кислорода воздуха заключается в работе строчных образований из никеля и железа, в создании неравновесной термодинамической системы между пластиной топливного элемента и нагреваемой рукоятки клинка, в прохождении термоэлектрических токов по телу пластины, приводящих к нагреву и охлаждению n-p-n и p-n-p переходов гальванических спаек разнородных металлов со своими электропроводными характеристиками, в переменной циркуляции термоэлектрических токов, дающие переменное магнитное поле в толщи топливного элемента, в получении первичной электромагнитной волны в открытом колебательном контуре тела пластины, в совокупности размеров и форм пластины(фиг. 9), зерен железоникелевого феррита и карбида железа, толщин строчных образований из железа и никеля, выявленных в своеобразном рисунке на поверхности клинка топливного элемента, позволяющий получить возможность вхождение пластины в акустомагнетоэлектрический резонанс, дающий энергообмен с одной из частот электромагнитного спектра магнитосферы Земли, в прохождении звукофотохимических процессов(фиг. 16) в теле топливного элемента, в линейных размерах и форме клинка, дающие возможность ультразвуку получить в зернах железоникелевого феррита-шпинели большой коэффициент линейного расширения, в большой амплитуде деформаций зерен феррита сплава железа и никеля стиснутого между твердыми слоями карбида железа, в действии на мягкие слои соединений никеля кристаллов шпинели железоникелевого феррита, проламывающего в начале соединения гидрооксида никеля, достигая в последствии слои адсорбированного водородом никеля, делая в хрупких слоях никеля глубокие вакуумные микротрещины, в возникновении в микротрещинах сильного электростатического поля между "берегами" трещин, в пробое электронами вакуумного просвета, в автоэлектронной эмиссии, увлекающая протоны и позволяющая прохождению фотохимических реакций в микротрещинах конечным результатом которых является получение озона, в встречной диссоциации молекулярного кислорода и озона при возникновении избыточного давления, возникающего при трещинообразовании и спайке объема микротрещины.

Принцип работы патентуемого элемента заключается в том, что при воздействии острыми гранями (шипами) зерен минерала шпинели железоникелевого феррита, вибрирующие при резонансном действии на них ультразвука, в слоях гидрооксида никеля и насыщенного водородом никеля соответственно образуются микротрещины, в которых сильные электрические поля ускоряют в них электроны автоэлектронной эмиссии, подобно тому, как они возникают при разрушении ионных кристаллов в результате разделения трещиной ионов на положительные и отрицательные, вследствие периодического пробоя в микротрещинах, в них возникают свободные электромагнитные волны, входящие в резонанс с одной из частот магнитосферы Земли, получают энергообмен для создания магнитострикционных колебаний ультразвука в зернах железоникелевого феррита, все эти процессы дают возможность прохождения фотохимических реакций получения озона из кислорода воздуха, для поддержания и активации электромагнитных волн в теле пластины подается тепловая энергия в виде термоэлектрических токов от рукоятки элемента.

Хорошо известно явление сонолюминесценсии. Сонолюминесценсия это явление возникновения вспышки света при схлопывании кавитационных пузырьков, рожденных в жидкости мощной ультразвуковой волной. Типичный опыт по наблюдению сонолюминесценсии выглядит следующим образом: в емкость с водой помещают резонатор и создают в ней стоячую сферическую ультразвуковую волну. При достаточной мощности ультразвука в самом центре резервуара появляется яркий точечный источник голубоватого света - звук превращается в свет. Мы имеем схожую ситуацию с трещинообразованием вакуумных просветов в кристаллах никеля и образованием кавитационных пузырьков в воде, но имеются не большие различия, т.е. никелевая кристаллическая решетка лопается и спаивается одновременно по мимо воздействия ультразвука, распространяющегося по телу топливного элемента еще дополнительно механическим воздействием кристаллов железоникелевого феррита-шпинели. Процесс пробоя вакуумных просветов потоком электронов одинаков, как и вспышка ультрафиолетого излучения при схлопывании пузырьков в жидкости и спайке кристаллов никеля. При этом возникает эффект Доплера, заключающийся в изменении частоты излучения атомов водорода вакуумных трещинах при выходе их из решеток кристаллов никеля, с инфракрасного (теплового) при расширении трещины на ультрафиолетовый при спайке кристаллов. Для получения энергии топливным элементом, вырабатывающим озон из кислорода воздуха, придаем ему внутреннюю структуру и форму для вхождения пластины в акустомагнетоэлектрический резонанс. Для этого подбирается частота из ряда частот излучения атома водорода составленный под редакцией д.м.н. старшим научным сотрудником, директором Инновационного медицинского центра КОРПСАН В.В. Бутухановым. Из этого ряда резонансных частот выбирается одна резонансная частота, которая будет давать энергообмен: с 11,36 ГГц; 22,72 ГГц; 45,44 ГГц; 90,88 ГГц; 181,8 ГГц; 363,5 ГГц. Под каждую резонансную частоту подбирается разное количество строчных неоднородных образований. С аналогией формулы подбора пар полюсов, используемой в электротехнике при подборе количества оборотов для электродвигателя при частоте 50 Гц пульсации электротока в сети. Приводим пример: 2р2 - 3000 об/мин, 2р4 - 1500 об/мин, 2р6 - 1000 об/мин. Количество неоднородных строчных образований в топливных элементах выбирается: из частот 11,36 Ггц - 4 пары слоев из никеля и железа/г.е. 2р8; 22,72 ГГц - 2р16; 45,44 ГГц - 2р32; 90,88 ГГц - 2р64; 181,8 ГГц - 2р128; 363,5 ГГц - 2р256. Работы академика РАН Б.В. Дерягина открыли явление механоэмиссии-излучение электромагнитных волн и электронов, ускоренных до десятков кэВ, при раскалывании кристаллов, рассмотрены в книге Ю.С. Потапов., Л.О. Фоминский., С.Ю. Потапов. "Энергия вращения", глава 12 "Загадки сонолюминесценсии", 12.1 Ускорительный механизм холодного ядерного синтеза. Известен эффект Колдамасова Александра Ивановича. Опыты Р.Г. Герца экспериментального получения электромагнитных волн, рассмотрены в книге Т.И. Трофимовой "Физика", глава 20 "Электромагнитные волны", 161. Экспериментальное получение электромагнитных волн, а также хорошо известен акустомагнетоэлектрический эффект открытый советскими учеными под №133 с приоритетом от 31.01.64 г. "Уставлено неизвестное ранее явление возникновения в телах, проводящих ток, помещенных в магнитное поле, при прохождении через них звука электродвижущей силы поперек направления распространения звука, обусловленной взаимодействием со звуковой волной носителей заряда, находящихся в различных энергетических состояниях.

Выводы И.М. Маргулиса из диссертации "Влияние динамики кавитационных пузырьков в акустическом поле на механизм сонолюминесценсии и звукохимических реакций, год: 2002, говорят о том, что механизм сонолюминесценсии в кавитационных пузырьках не тепловой, а электрический. Магнитоупругий эффект в области парапроцесса в железоникелевых ферритах-шпинелях, исследованный К.Г. Беловым, объясняет большую объемную магнитострикцию в инварных сплавах никеля и железа при смещении границ доменов и вращения векторов намагниченности доменов во внешнем магнитом поле."Упругие, тепловые, электрические явления в ферромагнетиках". М., Физматиздат, 1959 г. "Эффекты однонаправленной обменной анизотропии в ферритах", стр. 798.

На основании вышеописанных эффектов объемная магнитострикция парапроцесса в железоникелевых ферритах-шпинелях позволяет проламывать слои гидрооксида никеля и адсорбированного водородом никеля. Это свойство ферритов-шпинелей заложено во внутренней структуре кристалла ферримагнетика, у которого магнитные моменты атомов различных подрешеток ориентируются антипараллельно, но моменты различных подрешеток не равны, и, тем самым, результирующий момент не равен нулю. Процесс выработки озона из кислорода воздуха в топливных элементах аналогичен процессу протекания химических реакций при зарядах и разрядах в железоникелевых аккумуляторах, в которых отрицательный электрод состоит из порошкового железа, а положительный электрод из гидроокиси никеля. В пластине топливного элемента конструкционно совмещен ряд последовательно соединенных железоникелевых аккумуляторов, где происходят периодические заряды и разряды слоев из железа никеля с частотой собственных колебаний атомов водорода, т.е. 1420 МГц, при циркуляции термоэлектрических токов по телу топливной пластины. Слои из гидрооксида никеля выполняют роль затворов обкладок конденсатора, т.е. периодически аккумулируют электрическую энергию в пластине. Периодически трехвалентные катионы никеля переходят в катионы двухвалентного никеля и наоборот, т.е. изолятор переходит в состояние полупроводника и наоборот. Слои высокоуглеродистой перлитно-цементитной стали, имеющие в своей структуре с обеих сторон кристаллы железоникелевого феррита-шпинели, являются проводниками и поставщиками молекулярного кислорода из воздуха в вакуумные просветы слоев никеля. Недостаток в ионах водорода пластины пополняют из воздуха, насыщенного водяными парами, на "террасах" заточек с обеих сторон пластины (фиг. 10).

Сущность изобретения поясняется общей схемой устройства топливного элемента, показанной на фиг. 1, также на фиг. 2-16, на которых показано следующее:

фиг. 2 - внешний вид топливного элемента,

фиг. 3 - общая компоновка агрегатов легкового автомобиля,

фиг. 4 - схема термоэлектрического устройства топливного элемента,

фиг. 5 - схема термоэлектрического устройства топливного элемента (обратный электроток),

фиг. 6 - схема строчных образований топливных элементов,

фиг. 7 - внешний вид топливного элемента,

фиг. 8 - схема поперечной укладки строчных образований,

фиг. 9 - схема продольной укладки строчных образований,

фиг. 10 - "терраса" заточек топливного элемента,

фиг. 11 - схема механоэмиссии и звукофотохимических реакций в топливном элементе,

фиг. 12 - схема образования микротрещин,

фиг. 13 - схема автоэлектронной эмиссии,

фиг. 14 - схема вылета протонов,

фиг. 15 - схема разрыва связей,

фиг. 16 - схема образования озона.

Предлагаемый способ в процессе работы устройства осуществляется следующим образом:

- имеется первоначальное термодинамическое равновесие и контактная разность потенциалов в рукоятке топливного элемента между железной сердцевиной пластины и крайними слоями из никеля. Топливная пластина не активирована;

- замыкается цепь между крайними слоями из никеля и железной сердцевиной пластины, создается разность температур в двух точках на рукоятке и лезвии пластин топливного элемента, путем нагрева рукоятки нагревательным устройством;

- появляется термоЭДС на контактах перехода p-n-р в рукоятке пластины, время действия термоэлектродвижущей силы зависит от быстроты выравнивания температур в названых точках элемента (время активации);

- возникает цепь колебательного движения термоэлектрических токов по телу пластины топливного элемента, формируя первичный спектр электромагнитных волн;

- идут периодические процессы заряда и разряда между слоями из железа и никеля, генерируются собственные частоты электромагнитных колебаний пластины резонансные с собственной частотой колебаний атомарного водорода, благодаря совокупности форм и размеров пластины топливного элемента;

- происходит фильтрация электромагнитных волн в открытом колебательном контуре топливного элемента (эффект камертона);

- одновременно идет акустомагнетоэлектрический резонанс, заключающейся в резонансе электромагнитных и акустических(звуковых) полей от генерации электрической энергии теплом: магнитострикция создает в слоях железа ультразвуковые колебания которые усиливаются звуковым(механической энергией)полем, Виллари эффект дает возможность обратной связи (автоподстройки) с электромагнитным полем внешней среды;

- эффект объемной магнитострикции парапроцесса в кристаллах железоникелевого феррита-шпинели дает возможность острыми (шипами) гранями кристалла создать глубокие вакуумные микротрещины в мягких слоях никеля;

- при магнитострикции в слоях железа происходит "дыхание" адсорбция молекулярного кислорода из воздуха в слои высокоуглеродистой перлитно-цементитной стали и транспортировка в вакуумные микротрещины слоев никеля отрицательно заряженных молекул кислорода во время процессов заряда и разряда между слоями из железа никеля;

- при периодических процессах заряда и разряда в слоях никеля на противоположных поверхностях слоев возникают объемные электрические заряды, для генерации их, слои из гидрооксида никеля выполняют роль затвора, т.е. постоянный переход катионов никеля из трех- в двухвалетное состояние и наоборот, диэлектрик в полупроводник и наоборот;

- при движении термоэлектрических токов через слои никеля в переменном магнитном поле с частотой собственных колебаний атомов водорода активируется высокая амплитуда выхода ионов атома водорода из кристаллической решетки никеля, возникают токи смещения;

- трещинообразование и спайка вакуумных просветов в слоях никеля при периодической смене валентности катионов никеля порождает эффект Доплера, инфракрасное излучение атомов водорода при расширении трещины переходит в ультрафиолетовое при спайке трещины;

- ультрафиолетовое излучение воздействует на молекулярный кислород, поставляемый слоями высокоуглеродистой стали в вакуумные просветы слоев никеля, образуется озон;

- токи смещения (эффект Холла) порождают токи "Фуко", т.е. время активации термоэлектрическими токами от нагрева рукоятки пластины в теле элемента закачивается;

- циркуляция конвекционных токов в слоях пластин топливного элемента поддерживает активацию колебаний по выработки озона из кислорода воздуха;

- выработка озона из кислорода воздуха прекращается при размыкании цепи между крайними слоями из никеля и железной сердцевиной пластины.

Был собран лабораторный макет действующего топливного элемента из тонких пластин из железа и никеля для выработки озона из кислорода воздуха, использующий акустомагнетоэлектрический резонанс при нагреве рукоятки пластины теплом ладони человека.

Изобретение относится преимущественно к машиностроению, а также химической промышленности, транспорту, энергетике и к другим отраслям промышленности. Способ выработки озона из кислорода воздуха заключается в том, что работу строчных образований пластин топливных элементов из железа и никеля обеспечивают вибрацией при резонансном действии на них ультразвуком. Это обеспечивает появление микротрещин в слоях адсорбированного водородом никеля с формированием в микротрещинах электромагнитных волн и электрического поля. В электрическом поле ускоряются электроны автоэлектронной эмиссии вследствие периодического пробоя, что создает магнитострикционные колебания ультразвука в кристаллах железоникелевых ферритов-шпинелей и обеспечивает возможность прохождения фотохимических реакций. Результатом таких реакций является выход озона из пластин топливных элементов. Технический результат заключается в уменьшении затрат энергии, необходимой для выработки озона, что характеризует снижение стоимости выработки озона из кислорода воздуха. 5 з.п. ф-лы, 16 ил.

1. Способ выработки озона из кислорода воздуха, заключающийся в том, что работу строчных образований пластин топливных элементов из железа и никеля обеспечивают вибрацией при резонансном действии на них ультразвуком, что обеспечивает появление микротрещин в слоях адсорбированного водородом никеля, с формированием в микротрещинах электромагнитных волн и электрического поля с ускорением в последнем электронов автоэлектронной эмиссии, вследствие периодического пробоя, что создает магнитострикционные колебания ультразвука в кристаллах железоникелевых ферритов-шпинелей и обеспечивает возможность прохождения фотохимических реакций, результатом которых является выход озона из пластин топливных элементов.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что слои из адсорбированного водородом никеля покрыты с обеих сторон гидрооксидом никеля.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что слои высокоуглеродистой перлитно-цементитной стали имеют в своей структуре с обеих сторон кристаллы железоникелевого феррита-шпинели.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что крайние слои из никеля и железная сердцевина пластины спаяны гальванически для создания контакта термоэлектрической силы.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что области заточек пластин топливного элемента используются для пополнения запасов ионов атомарного водорода.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что совокупность форм и размеров строчных образований пластин топливного элемента обеспечивает появление акустомагнетоэлектрического резонанса в открытом колебательном контуре топливного элемента.