Устройство получения тепловой энергии и химических веществ Российский патент 2025 года по МПК C25B9/17 C25B1/04 

Изобретение относится к электрохимическим технологиям, а именно к устройствам получения тепловой энергии и химических веществ с применением электролиза и может найти применение в различных областях промышленности и системах тепловодоснабжения и отопления.

Известно устройство для получения тепловой энергии, водорода и кислорода (патент РФ № 2167958, 2001 г.). Устройство включает 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, кольцевой анод с отверстиями расположен в анодной полости, а стержневой катод вставлен в диэлектрический стержень, который вводится в межэлектродную камеру через резьбовое отверстие в нижней крышке. Это дает возможность центрировать рабочую часть катода относительно отверстия втулки из тугоплавкого материала, вставленной в сквозное осевое отверстие корпуса. При этом диаметр отверстия втулки меньше диаметра катода. Патрубок для ввода рабочего раствора расположен в анодной камере, патрубки для вывода кислорода подведены к верхней части анодной полости, патрубки для вывода водорода подведены к верхней части катодной полости, патрубок для вывода парогазовой смеси установлен в осевом отверстии корпуса.

Недостатками известного устройства является то, что оно не предусматривает получение твердых химических веществ, что ограничивает область его практического применения.

Известно устройство для получения элементов (патент РФ № 2096846, 1998 г.). Устройство для получения элементов, содержит средство для генерации высокотемпературной плазмы и преобразования атомно-молекулярного строения исходного вещества, один модуль упомянутого средства включает направляющую из диэлектрического материала с рабочей полостью по форме тела вращения с плавным сужением в зоне концентрации напряженности магнитного поля, средства генерирования импульсного разряда и высокотемпературной плазмы в виде двух электродов, расположенных в области сужения рабочей полости, и средства стабилизации высокотемпературной плазмы в виде электродов со сквозными отверстиями, одно из которых сообщено с рабочей полостью направляющей, а другое направлено встречно ему по другую сторону от сужения вдоль рабочей полости. Кроме того, устройство содержит систему классификации и компактирования полученных элементов и утилизации теплоты.

Недостатками известного устройства являются его не высокая производительность и эффективность при получении веществ и тепловой энергии связанные с тем, что процесс трансмутации веществ и выделение тепла происходит в небольшом объеме (несколько кубических миллиметров), где через электрическую дугу между электродами протекает струя воды. Кроме того, из-за используемой при его работе высокотемпературной электрической дуги, создаваемой в водной среде это устройство обладает повышенной опасностью поражения электрическим током обслуживающего персонала.

За прототип принято устройство для получения веществ (полезная модель патент РФ №197661, 2020 г.), содержащее корпус, системы подачи водного раствора, электрического питания, электроды, где катод и анод в пакете электродов чередуются друг с другом. Устройство содержит также систему отвода водного раствора, систему его очистки и сбора веществ, соединенную с системой подачи водного раствора.

Недостатком известного устройства является его не высокая эффективность при получении тепловой энергии и химических веществ, получаемых в процессе электролиза.

Задача, на решение которой направлено изобретение устройства заключается в повышении эффективности получения тепловой энергии и химических веществ.

При применении электролиза под действием электрического тока на поверхности электродов происходит реакция холодного ядерного синтеза при этом образуются твердые и газообразные химические вещества с выделением тепла. Повышение эффективности работы предложенного устройства при получения тепловой энергии и химических веществ достигается за счет применения системы подготовки воды путем растворения в ней гелия, углекислого газа и дейтерия в виде тяжелой воды. При пропускании в процессе электролиза постоянного электрического тока между катодом и анодом через водный раствор, содержащий одинаковое количество атомов гелия (⁴He) и дейтерия (D), на поверхности электродов под действием электрического тока реализуется реакция холодного ядерного синтеза по схеме:

⁴He + D → ⁶Li + γ + 1,47 МэВ. (1)

Этот процесс сопровождается образованием 1,472 МэВ тепловой энергии, изотопа лития с атомным весом 6 и γ-кванта. Это обеспечивает устройству получение дополнительно, по сравнению с прототипом, значительного количества тепловой энергии, которая утилизируется для последующего использования. На практике установлено, что растворение системой подготовки в рабочем растворе углекислого газа активизирует процессы получения устройством химических веществ и увеличивает их выход.

Наличие в предложенном устройстве систем отвода газообразных продуктов электролиза, выделение из них гелия и углекислого газа с их возвратом в систему подготовки рабочего раствора для повторного использования повышает эффективность работы предложенного устройства.

Для ввода в корпус устройства рабочего водного раствора из системы его подготовки используют соединенную с ней систему ввода, выполненную виде перфорированной трубы, пропущенной через отверстия в верхних частях электродов. Труба имеет отверстия, соединяющие ее с межэлектродными пространствами для подачи электролита в каждый межэлектродный промежуток.

Для отвода газообразных продуктов электролиза используют систему отвода, выполненную виде перфорированной трубы, размещенной внутри перфорированной трубы для ввода рабочего раствора, имеющую отверстие вывода газов, соединяющее ее последовательно с системами выделения из газовой смеси гелия, его возврата в систему подготовки рабочего водного раствора и системой выделения из газовой смеси углекислого газа и его возврата в систему подготовки рабочего водного раствора.

Для отвода отработанного раствора используют систему отвода, выполненную в виде трубы, пропущенной через отверстия в нижних частях электродов, которая имеет отверстия, соединяющие ее с межэлектродными пространствами, через которые в нее попадает отработанный рабочий раствор. Система отвода отработанного раствора последовательно соединена с системами утилизации из него тепла, очистки раствора от твердых продуктов электролиза, возврата очищенной воды в систему ее начальной подготовки.

Электроды могут иметь структурированную поверхность с микроуглублениями и микровозвышениями, включающими нанослои электропроводящих материалов. Это обеспечивает более быстрое формирование пузырьков газов на одном месте без их слипания, ускоряет их отрыв от поверхности электродов освобождая ее для формирования твердых и газообразных химических веществ. Использование электродов с такой поверхностью приводит к получению большего количества веществ, образующихся в процессе электролиза, и повышает эффективность применения предложенного устройства.

Технический результат заявленного устройства состоит в повышении КПД при получении тепловой энергии и химических веществ.

Заявленный результат достигается за счет наличия у устройства рабочего корпуса, вертикально установленных электродов, блока электрического питания, подключенного ко всем электродам, при этом анод и катод чередуются друг с другом, систем подачи водного раствора в рабочий корпус, отвода отработанного раствора, его очистки и сбора полученных веществ, соединенной с системой подачи водного раствора. Устройство содержит систему подготовки воды для растворения в ней гелия, углекислого газа и тяжелой воды соединенную с системой подачи водного раствора в рабочий корпус, систему утилизации тепловой энергии из отработанного водного раствора, системы отвода газообразных продуктов электролиза, отделения гелия, углекислого газа и возврата их для повторного использования в систему подготовки воды, при этом системы подачи водного раствора в рабочий корпус и отвода газообразных продуктов электролиза совмещены и выполнены в виде перфорированных труб, расположенных одна внутри другой пропущенных через отверстия в верхних частях электродов; система отвода отработанного рабочего раствора выполнена в виде трубы с отверстиями соединяющую ее с межэлектродными пространствами, пропущенной через отверстия в нижних частях электродов и соединённой последовательно с системами утилизации тепла из отработанного раствора, его очистки и сбора полученных твердых веществ, возврата очищенной воды в систему ее подготовки.

Таким образом, заявляемая совокупность признаков являются существенными и взаимосвязанными между собой причинно-следственной связью с образованием совокупности признаков, необходимых и достаточных для достижения поставленной цели, что позволяет использовать устройство для получения тепловой энергии и химических веществ.

Сущность изобретения устройства поясняется чертежом, где на Фиг.1 приведена схема предлагаемого устройства.

Устройство получения тепловой энергии и химических веществ содержит рабочий корпус 1, электроды 2, блок электрического питания 3, систему 4 подготовки воды для растворения в ней гелия, углекислого газа и тяжелой воды, систему 5 подачи рабочего раствора в рабочий корпус 1, систему 6 отвода отработанного раствора, блок утилизации тепловой энергии 7, блок очистки воды и сбора полученных твердых веществ 8, соединенный с системой подготовки воды 4, систему 9 отвода газообразных продуктов электролиза, систему 10 отделения гелия и его возврата для повторного использования соединенную с системой подготовки воды 4, систему 11 отделения углекислого газа и возврата его для повторного использования соединенную с системой подготовки воды 4, систему 12 отвода оставшихся газообразных продуктов электролиза.

Устройство работает следующим образом. В системе подготовки воды 4 растворяют в ней гелий, тяжелую воду и углекислый газ. Подготовленный рабочий раствор системой подачи 5 направляют в рабочий корпус 1 в пространства между вертикально расположенными электродами 2, подключенными к блоку питания 3, при этом анод и катод чередуются друг с другом. На поверхности электродов под действием электрического тока происходит реакция холодного ядерного синтеза при этом образуются твердые и газообразные химические вещества с выделением тепловой энергии, нагревающей отработанный рабочий раствор, который отводится системой 6 из рабочего корпуса 1 для утилизации тепловой энергии в блок 7, который соединен с блоком 8 для очистки отработанного раствора от твердых веществ, образовавшихся в процессе электролиза. Очищенная вода направляется для повторного использования в систему подготовки воды 4. Газообразные продукты электролиза поднимаются в верхнюю часть рабочего корпуса и выводятся из него системой 9, соединенной с системой 10 для отделения из газовой смеси остатков гелия и его возврата его для повторного использования в систему подготовки воды 4. Газовая смесь без гелия поступает в систему 11, где происходит выделение из нее остатков углекислого газа и его возврат для повторного использования в систему подготовки воды 4. Оставшаяся газовая смесь выводится из устройства системой 12.

Пример. В системе подготовки воды растворили в ней гелий, тяжелую воду и углекислый газ. Полученный раствор вводили в рабочий корпус устройства в пространство между электродами, подключенными к источнику постоянного тока, при этом анод и катод чередовались друг с другом. Электролиз проводили при напряжении 220 вольт. Отводили отработанный нагретый водный раствор и утилизировали из него избыточное тепло. Очищали полученный раствор от твердых химических веществ, образовавшихся в процессе ядерного синтеза. Возвращали очищенную воду для повторного использования в систему подготовки воды. Утилизированные тепло и химические вещества использовали для практических целей. Отводили газообразные продукты электролиза, выделяли из них гелий и возвращали его в систему подготовке воды для повторного использования. Из оставшихся газообразных продуктов выделяли углекислый газ и направляли его в систему подготовки воды для повторного использования. Отводили оставшиеся газообразные продукты.

Для сравнения полученного результата с вариантом прототипа провели аналогичный эксперимент без растворения в воде гелия, тяжелой воды и углекислого газа. Количество полученного при этом тепла и химических веществ было в несколько раз меньше по сравнению с предложенным устройством.

Таким образом, предложенное устройство позволяет повысить эффективность получения тепловой энергии и химических веществ.

Изобретение относится к электрохимическим технологиям, а именно к устройствам получения тепловой энергии и химических веществ с применением электролиза. Устройство получения химических веществ и тепловой энергии содержит рабочий корпус, вертикально установленные электроды, блок электрического питания, подключенный ко всем электродам, при этом анод и катод чередуются друг с другом, системы подачи водного раствора в рабочий корпус, отвода отработанного раствора, его очистки и сбора полученных веществ, соединенные с системой подачи водного раствора. Оно содержит также систему подготовки воды для растворения в ней гелия, углекислого газа и тяжелой воды, систему утилизации тепловой энергии из отработанного водного раствора, системы отвода газообразных продуктов электролиза, отделения гелия, углекислого газа и возврата их для повторного использования. Системы подачи водного раствора в рабочий корпус и отвода газообразных продуктов электролиза совмещены и выполнены в виде перфорированных труб, расположенных одна внутри другой, пропущенных через отверстия в верхних частях электродов. Технический результат - повышение эффективности получения тепловой энергии и химических веществ. 1 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 пр.

1. Устройство получения тепловой энергии и химических веществ, содержащее рабочий корпус, вертикально установленные электроды, блок электрического питания, подключенный ко всем электродам, при этом анод и катод чередуются друг с другом, системы подачи водного раствора в рабочий корпус, отвода отработанного раствора, его очистки и сбора полученных веществ, соединенные с системой подачи водного раствора, отличающееся тем, что оно содержит систему подготовки воды для растворения в ней гелия, углекислого газа и тяжелой воды, соединенную с системой подачи водного раствора в рабочий корпус, систему утилизации тепловой энергии из отработанного водного раствора, системы отвода газообразных продуктов электролиза, отделения гелия, углекислого газа и возврата их для повторного использования в систему подготовки воды, при этом системы подачи водного раствора в рабочий корпус и отвода газообразных продуктов электролиза совмещены и выполнены в виде перфорированных труб, расположенных одна внутри другой, пропущенных через отверстия в верхних частях электродов; система отвода отработанного рабочего раствора выполнена в виде трубы с отверстиями, соединяющей ее с межэлектродными пространствами, пропущенной через отверстия в нижних частях электродов и соединенной последовательно с системами утилизации тепла из отработанного раствора, его очистки и сбора полученных твердых веществ, возврата очищенной воды в систему ее подготовки.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что электроды имеют структурированную поверхность с микроуглублениями и микровозвышениями, включающими нанослои электропроводящих материалов.