Электролизное устройство, электролизная система и способ электролиза для индукционного источника питания переменного тока Российский патент 2025 года по МПК C25B9/65 C25B15/02 C25B1/50 

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ Приоритет настоящей заявки заявляется по дате подачи китайской патентной заявки №202111267982.7, поданной 29 октября 2021 г., содержание которой включено в настоящий документ посредством ссылки.

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение относится к электрохимии, в частности к электролизному устройству, электролизной системе и способу электролиза для индукционного источника питания переменного тока.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Электролиз - это процесс, в котором ток пропускают через раствор электролита или расплавленный электролит (вместе именуемый «электролит»), и электролит подвергается окислительно-восстановительной реакции на катоде и аноде для получения требуемого продукта. Электролиз широко используется в таких отраслях, как хлоро-щелочная промышленность, выплавка металлов, электрохимическое хранение энергии и т.д., при этом производство возобновляемой энергии - электролиз воды для производства водорода является основным источником водородной энергии в будущем.

В предшествующем уровне техники источник питания, используемый для электролиза, представляет собой низковольтный, сильноточный источник постоянного тока, который создает большие резистивные потери и магнитные поля. Существующие электросети обычно представляют собой электросети переменного тока, которые обеспечивают трехфазный синусоидальный переменный ток (независимо от гармонических загрязнений и т.д.). Если используется источник питания переменного тока, то в электролизном устройстве необходимо использовать трансформаторы и выпрямители для снижения напряжения источника питания переменного тока высокого напряжения и выпрямления его в постоянный ток, прежде чем его можно будет использовать для электролиза. Таким образом, известная технология электролиза имеет недостатки, связанные с необходимостью увеличения стоимости оборудования выпрямителей и чрезмерными потерями энергии в процессе преобразования энергии.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Целью вариантов выполнения настоящего изобретения является создание электролизного устройства, электролизной системы и способа электролиза для индукционного источника питания переменного тока, причем в электролизном устройстве источник питания переменного тока формирует магнитное поле через электромагнитную катушку и магнитные сердечники, так что электролитическая ячейка генерирует индукционный ток, тем самым уменьшая связь преобразования переменного тока и постоянного тока и уменьшая потери энергии, вызванные преобразованием энергии.

Для достижения вышеуказанной цели в одном варианте выполнения настоящего изобретения предложено электролизное устройство для индукционного источника питания переменного тока, содержащее по меньшей мере одну группу магнитных контуров и электролитическую ячейку, при этом магнитные контуры содержат магнитный сердечник, на который намотана электромагнитная катушка, причем магнитный сердечник расположен снаружи электролитической ячейки, а магнитный контур выполнен с возможностью создания вращающегося магнитного поля, окружающего электролитическую ячейку, с помощью источника питания переменного тока, при этом вращающееся магнитное поле воздействует на электролит в электролитической ячейке, генерируя индукционный постоянный ток, так что электролит подвергается электролизу.

При необходимости, верхний и нижний концы магнитного сердечника соединены с парой полюсных наконечников, адаптированных к электролитической ячейке, причем относительное движение магнитного поля между парой полюсных наконечников и электролитом в электролитической ячейке разрезает линию магнитного поля, причем направление линии магнитного поля непараллельно тангенциальному направлению движения вращающегося магнитного поля и направление линии магнитного поля или тангенциальное направление движения вращающегося магнитного поля не перпендикулярно плоскости диафрагмы электролитической ячейки.

При необходимости, источник питания переменного тока выдает многофазный синусоидальный переменный ток, а магнитные контуры содержат m × n пар магнитных сердечников, где m - количество фаз источника питания переменного тока, а n- целое число, не меньшее 1.

При необходимости, источник питания переменного тока выдает трехфазный синусоидальный переменный ток, магнитные контуры содержат 3n пар магнитных сердечников, фазовая линия трехфазного синусоидального переменного тока подключена к одному концу электромагнитной катушки, а электромагнитная катушка подключена звездой или треугольником.

При необходимости, электролитическая ячейка представляет собой электролитическую ячейку в форме кольца (далее, кольцевую электролитическую ячейку), причем электролитическая ячейка содержит диафрагму, выпускной трубопровод для продукта электролиза и трубопровод для пополнения электролита, причем диафрагма электролитической ячейки служит для разделения электролита на католит и анолит.

При необходимости, католит и анолит снабжены, соответственно, катодной пластиной и анодной пластиной, причем электрическая цепь между катодной пластиной и анодной пластиной закорочена.

При необходимости, электролитическая ячейка содержит несколько взаимно независимых подполостей, расположенных в форме кольца.

При необходимости, в каждой из подполостей расположены диафрагма электролитической ячейки, катодная пластина и анодная пластина.

При необходимости, блок управления содержит блок мониторинга и блок обработки, причем блок мониторинга выполнен с возможностью контролировать скорость электролиза электролита, а блок обработки выполнен с возможностью управлять током электромагнитной катушки в соответствии со скоростью электролиза электролита, регулировать интенсивность магнитной индукции вращающегося магнитного поля путем управления током электромагнитной катушки и управлять частотой тока электромагнитной катушки в зависимости от скорости электролиза электролита для управления скоростью вращения вращающегося магнитного поля.

В другом аспекте настоящего изобретения предложена электролизная система для индукционного источника питания переменного тока, причем электролизная система содержит источник питания переменного тока и электролизное устройство для индукционного источника питания переменного тока, упомянутое выше.

В другом аспекте настоящего изобретения предложен способ электролиза для индукционного источника питания переменного тока, при этом способ электролиза использует электролизную систему для индукционного источника питания переменного тока, упомянутую выше, и включает подключение источника питания переменного тока к магнитным контурам, создание вращающегося магнитного поля, окружающего электролитическую ячейку, с помощью магнитных контуров, и обеспечение воздействия вращающегося магнитного поля на электролит в электролитической ячейке для создания индукционного постоянного тока, так что электролит подвергается электролизу.

Настоящее изобретение представляет собой электролизное устройство для индукционного источника питания переменного тока, содержащее по меньшей мере одну группу магнитных контуров и электролитическую ячейку, причем магнитные контуры содержат магнитный сердечник, на который намотана электромагнитная катушка, причем магнитный сердечник расположен снаружи электролитической ячейки, а магнитный контур выполнен с возможностью создания вращающегося магнитного поля, окружающего электролитическую ячейку, причем вращающееся магнитное поле действует на электролит в электролитической ячейке, создавая индукционный постоянный ток, так что электролит подвергается электролизу. Электролизное устройство напрямую генерирует индукционный постоянный ток из электролитической ячейки с помощью переменного тока для непосредственного выполнения процесса электролиза, что снижает потери энергии, вызванные выпрямлением переменного тока в постоянный.

Другие признаки и преимущества вариантов выполнения изобретения подробно описаны в следующем разделе «Подробное описание».

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Сопровождающие чертежи включены для обеспечения дальнейшего понимания вариантов выполнения изобретения и составляют часть данного описания и вместе с подробным описанием, приведенным ниже, служат для пояснения, но не ограничения вариантов выполнения изобретения. На прилагаемых чертежах:

Фиг. 1 изображает структурную принципиальную схему электролизного устройства для индукционного источника питания переменного тока, выполненного в соответствии с изобретением;

Фиг. 2 изображает одностороннюю схематическую диаграмму индукционного потенциала электролизного устройства для индукционного источника питания переменного тока в разрезе, выполненного в соответствии с изобретением;

Фиг. 3 изображает схематический вид сверху индукционного потенциала электролитической ячейки электролизного устройства для индукционного источника питания переменного тока, выполненного в соответствии с изобретением;

Фиг. 4 изображает принципиальную схему подключения источника питания трехфазного переменного тока к электромагнитным катушкам, соединенным звездой, в соответствии с изобретением;

Фиг. 5 изображает принципиальную схему расположения подполостей электролизного устройства для индукционного источника питания переменного тока, выполненного в соответствии с изобретением; и

Фиг. 6 изображает принципиальную схему подключения однофазного источника питания переменного тока к электромагнитным катушкам, соединенным звездой, посредством емкостного расщепления фазы, в соответствии с изобретением.

Описание номеров позиций

11 - контур магнитных сердечников;

12 - кольцевая электролитическая ячейка;

13 - источник трехфазного переменного тока;

101 - электромагнитная катушка;

102 - магнитный сердечник;

112 - первый полюсный наконечник;

113 - второй полюсный наконечник;

121 - диафрагма электролитической ячейки;

122 - катодная пластина;

123 - анодная пластина; и

201 - подполость.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ВЫПОЛНЕНИЯ

Подробное описание вариантов выполнения изобретения ниже описано со ссылкой на прилагаемые чертежи. Следует понимать, что конкретные варианты выполнения, описанные в настоящем описании, являются просто иллюстративными и пояснительными к вариантам выполнения изобретения и не предназначены для их ограничения.

В предшествующем уровне техники в принципе работы электролитической ячейки обычно используется источник питания переменного тока плюс выпрямитель для подачи постоянного тока на две электродные пластины в электролитической ячейке, чтобы вызвать генерирование электрического потенциала и тока в электролите по обе стороны мембраны электролитической ячейки, для создания движения ионов, тем самым приводя к электролизу электролита. Однако конструкция электролизного устройства предшествующего уровня техники слишком сложна, а потери энергии велики.

Чтобы решить вышеуказанную проблему, в настоящем изобретении предложено электролизное устройство для индукционного источника питания переменного тока, при этом Фиг. 1 изображает структурную принципиальную схему электролизного устройства для индукционного источника питания переменного тока, выполненного в соответствии с изобретением. Как показано на Фиг. 1, этот чертеж изображает структурную принципиальную схему электролизного устройства для индукционного источника питания переменного тока, содержащего по меньшей мере одну группу магнитных контуров, предпочтительно контуры 11 магнитных сердечников, и электролитическую ячейку, причем магнитные контуры содержит магнитные сердечники 102, на которых намотаны электромагнитные катушки 101, причем магнитные сердечники 102 расположены снаружи электролитической ячейки. Предпочтительно, электролитическая ячейка представляет собой кольцевую электролитическую ячейку 13. При использовании электромагнитная катушка 101 подключается к источнику питания переменного тока, а магнитный контур выполнен с возможностью генерирования вращающегося магнитного поля, окружающего электролитическую ячейку, с помощью источника питания переменного тока, при этом вращающееся магнитное поле действует на электролит в электролитической ячейке для создания индукционного постоянного тока, так что электролит подвергается электролизу. Электролизное устройство, выполненное в соответствии с изобретением, не обязательно должно иметь источник питания постоянного тока, но генерирует индукционный потенциал постоянного тока и ток непосредственно в электролите электролитической ячейки с помощью источника 13 питания переменного тока, тем самым осуществляя электролиз электролита.

Электролитическая ячейка представляет собой кольцевую электролитическую ячейку 12, причем электролитическая ячейка содержит диафрагму 121, выпускной трубопровод для продукта электролиза и трубопровод для пополнения электролита, причем диафрагма 121 электролитической ячейки служит для разделения электролита на католит и анолит, при этом католит и анолит имеют, соответственно, катодную пластину 122 и анодную пластину 123; и электрическая цепь между катодной пластиной 122 и анодной пластиной 123 закорочена. В частности, в кольцевую ячейку 12 впрыскивают электролит, причем ячейка 12 содержит мембрану 121, выпускной трубопровод для продукта электролиза (не показан на чертежах) и трубопровод для пополнения электролита (не показан на чертежах), при этом диафрагма электролитической ячейки предпочтительно используется для разделения кольцевой электролитической ячейки на анодную камеру во внутреннем кольце и катодную камеру во внешнем кольце.

Магнитные контуры 11 содержат магнитные сердечники 102, на которые намотаны электромагнитные катушки 101, причем магнитные сердечники 102 расположены снаружи кольцевой электролитической ячейки 12, а пара полюсных наконечников (т.е. первый полюсный наконечник 112 и второй полюсный наконечник 113), адаптированных к кольцевой электролитической ячейки 12, соединены с верхним и нижним концами сердечников 102.

Пара полюсных наконечников, адаптированных к электролитической ячейке, соединена с верхним и нижним концами магнитных сердечников, а источник 13 питания переменного тока соединен с катушками 101 для создания вращающегося магнитного поля между парой полюсных наконечников; вращающееся магнитное поле вызывает генерацию индукционного постоянного тока в электролитах по обе стороны диафрагмы 121 электролитической ячейки. В частности, относительное движение магнитного поля между парой полюсных наконечников и электролитом внутри электролитической ячейки разрезает линию магнитного поля, причем направление линии магнитного поля непараллельно тангенциальному направлению движения вращающегося магнитного поля, а направление линии магнитного поля или тангенциальное направление движения вращающегося магнитного поля не перпендикулярно плоскости диафрагмы электролитической ячейки.

Магнитные контуры содержат m × n пар магнитных сердечников, где m - количество фаз переменного тока, а n - целое число не меньшее 1. Предпочтительно, источник питания переменного тока выдает трехфазный переменный ток, магнитный контур содержит 3n пар магнитных сердечников, фазовая линия трехфазного источника питания переменного тока подключена к одному концу электромагнитной катушки, а электромагнитные катушки соединены звездой или треугольником, как показано на Фиг. 4.

В частности, что касается принципа формирования вращающегося магнитного поля (которое также может называться вращающимся магнитным полем) в двигателе, магнитные сердечники 102, на которые намотаны катушки 101, установлены снаружи кольцевой электролитической ячейки 12, и после включения источника 13 питания переменного тока непрерывно вращающееся магнитное поле (т.е. вращающееся магнитное поле), имеющее круговую траекторию, генерируется парой полюсных наконечников, соответственно расположенных на верхнем и нижнем концах кольцевой электролитической ячейки 12; поскольку электролит в ячейке 12 сам по себе неподвижен, но магнитное поле, в котором он помещен, вращается, непрерывно вращающееся магнитное поле также вызывает относительное перемещение электролита в кольцевой ячейке 12 относительно магнитного поля между парой полюсных наконечников разрезает линию магнитного поля, таким образом в электролите генерируется индукционный постоянный ток, который, в свою очередь, вызывает электролиз электролита. В соответствии с предпочтительным вариантом выполнения, относительное движение магнитного поля между парой полюсных наконечников и электролитом в электролитической ячейке разрезает линию магнитного поля, причем направление линии магнитного поля перпендикулярно тангенциальному направлению движения вращающегося магнитного поля, и направление линии магнитного поля или тангенциальное направление движения вращающегося магнитного поля параллельно плоскости диафрагмы электролитической ячейки, чтобы максимизировать генерируемый индукционный потенциал. Чтобы обеспечить образование индукционного тока, катод и анод электролитической ячейки должны быть закорочены вне магнитного поля.

На практике, как показано на Фиг. 2, поперечное сечение кольцевой электролитической ячейки 12 может быть прямоугольным, кроме того, кольцевая ячейка 12 также может иметь поперечное сечение в форме кольца, а электролитом в ячейке 12 может быть подвергнутая электролизу вода или ионный жидкий электролит. Электролит в ячейке 12 необходимо разделить на катодную камеру и анодную камеру диафрагмой 121, причем направление диафрагмы 121 электролитической ячейки должно быть адаптировано к паре полюсных наконечников контуров 11 магнитного сердечника, то есть после того, как диафрагма 121 электролитической ячейки разделит ячейку 12 на анодную камеру и катодную камеру, одна или большее количество пар противоположных полюсных наконечников расположены, соответственно, на стороне анодной камеры и на стороне катодной камеры, так что, когда магнитное поле вращается вдоль пары полюсных наконечников, линия магнитного поля между парами полюсных наконечников разрезается электролитом в кольцевой электролитической ячейке 12.

В частности, как показано на Фиг. 3, когда магнитное поле вращается вдоль пары полюсных наконечников, электролит внутри ячейки 12 движется относительно магнитного поля (интенсивность магнитной индукции В) между парой полюсных наконечников с относительной скоростью v и перпендикулярно линии магнитного поля, а поскольку электролит электропроводен, в электролите создается индукционное электрическое поле постоянного тока:

Под действием индукционного электрического поля E_i катионы мигрируют к катоду, а анионы мигрируют к аноду в электролите, в результате чего плотность тока составляет:

Электролит в ячейке 12 подвергается электролитической реакции, соответственно, на катоде и аноде. Анод и катод соединены проводами внешней цепи, образуя токовую петлю, чтобы избежать повышения напряжения, вызванного накоплением заряда. В отличие от внешнего источника питания постоянного тока предшествующего уровня техники, электрическое поле в этом варианте выполнения изобретения индуцируется в электролите, тогда как в предшествующем уровне техники применялся внешний источник питания постоянного тока.

Кроме того, чтобы иметь возможность управлять скоростью потока раствора для пополнения электролита, в одном варианте выполнения настоящего изобретения трубопровод пополнения электролита дополнительно имеет подкачивающий насос. Как показано на Фиг. 3, внутренняя полость ячейки 12 в этом варианте выполнения изобретения может дополнительно содержать несколько взаимно независимых подполостей 201; каждая подполость 201 имеет диафрагму 121, катодную пластину 122 и анодную пластину 123; таким образом, каждая подполость может индивидуально использоваться в качестве субэлектролитической ячейки. Следует отметить, что количество и размер подполостей в этом варианте выполнения изобретения могут быть установлены в соответствии с потребностями специалистов в данной области техники и в настоящем описании конкретно не ограничены.

Кроме того, в одном варианте выполнения изобретения дополнительно может быть включен блок управления; блок управления содержит блок мониторинга (определяющий ток электролиза, как показано на чертеже, с помощью амперметра А) и блок обработки, причем блок мониторинга используется для контроля скорости реакции электролиза электролита, а блок обработки используется для формирования команды управления в зависимости от скорости реакции электролиза, при этом команда управления используется для управления интенсивностью магнитной индукции и/или скоростью вращения электромагнитной катушки и вращающегося магнитного поля, для управления потенциалом индукционного постоянного тока и/или индукционным постоянным током внутри кольцевой электролитической ячейки и, наконец, для достижения цели управления скоростью электролитической реакции.

В этом варианте выполнения изобретения электролитом в кольцевой электролитической ячейке 12 может быть электролизная вода, так что электролитическое устройство в этом варианте выполнения изобретения может применяться для производства водорода с помощью возобновляемых источников энергии, то есть производство водорода путем электролиза воды напрямую реализуется за счет переменного тока генератора, приводимого в движение первичным двигателем, например, ветряной турбиной.

Первый вариант выполнения

В этом варианте выполнения изобретения, когда источник 13 питания переменного тока выдает трехфазный переменный ток, конструкция контуров 11 магнитных сердечников следующая: имеется 3n пар магнитных сердечников 102, на которые намотаны электромагнитные катушки 101 (т.е. количество пар магнитных сердечников кратно 3, например 6,12 или 18 и т.д.); каждая пара магнитных сердечников 102 расположена концентрично относительно кольцевой электролитической ячейки 12, причем каждая из трех катушек 101, подключенных, соответственно, к трем фазам источника 13 питания переменного тока, занимает электрический угол 2/3π.

В частности, если взять в качестве примера n=1, количество магнитных сердечников 102 теперь составляет 3 пары, всего 6; 6 магнитных сердечников 102 расположены на равном расстоянии по окружности снаружи ячейки 12, а три (каждая вторая электромагнитная катушка) из 6 электромагнитных катушек 101 служат интерфейсами источников питания, т.е. три катушки 101 соединены, соответственно, с трехфазным источником 13 питания переменного тока; в паре полюсных наконечников (т.е. первом полюсном наконечнике 112 и втором полюсном наконечнике 113), соединенных с ячейкой 12; первый полюсный наконечник 112 находится над ячейкой 12, а второй полюсный наконечник 113 находится под ячейкой 12. Когда трехфазный переменный ток подается на катушки 101, между полюсными наконечниками (т.е. в месте расположения ячейки 12) формируется круговое вращающееся магнитное поле. Вращающееся магнитное поле вращается относительно неподвижной ячейки 12, приводя к тому, что электролит пассивно разрезает линию магнитного поля, генерируя, таким образом, потенциал и ток между электролитами по обе стороны диафрагмы электролитической ячейки, а затем электролизуя электролит.

Трехфазный источник переменного тока и трехфазные катушки образуют кольцевое вращающееся магнитное поле, причем каждая трехфазная электромагнитная катушка и каждый магнитный сердечник занимают электрический угол 2/3π, а вращающееся внутрь магнитное поле формируется за счет преобразования железным сердечником, линия магнитного поля направлена изнутри наружу, интенсивность магнитной индукции В= где f - частота источника питания, Е - электродвижущая сила катушки, S - площадь поперечного сечения окружаемого проводника (например, железного сердечника), а N - количество витков.

Принцип этого варианта выполнения изобретения аналогичен трехфазному двигателю, при этом электромагнитное поле, синтезируемое путем подключения электромагнитных катушек и магнитных сердечников в обратной последовательности фаз к трехфазному симметричному источнику питания, будет вращаться против часовой стрелки. Линейная скорость v выражается следующим образом:

где f- частота источника питания, r - радиус катушки, p - количество пар полюсов катушки (магнитного полюса), а n - скорость вращения.

В этом варианте выполнения изобретения диафрагма 121 электролитической ячейки может быть установлена для разделения электролитической ячейки на анодную камеру со стороны кольцевой внутренней стенки ячейки 12 и катодную камеру со стороны кольцевой внешней стенки ячейки 12 (как показано на Фиг. 1); кроме того, в зависимости от направления вращения контуров 11 магнитных сердечников можно также разделить электролитическую ячейку на катодную камеру со стороны кольцевой внутренней стенки ячейки 12 и анодную камеру со стороны кольцевой внешней стенки ячейки 12; на этом этапе, чтобы адаптировать пару полюсных наконечников к диафрагме 121 электролитической ячейки, конструкция контуров 11 магнитных сердечников может быть установлена следующим образом:

верхний и нижний концы магнитных сердечников 102 имеют одну или большее количество пар полюсных наконечников (т.е., соответственно, первый полюсный наконечник 112 и второй полюсный наконечник 113), а ячейка 12 расположена между парой полюсных наконечников. Предпочтительно, чтобы внешний край пары полюсных наконечников соответствовал внешнему краю ячейки 12.

Магнитное поле В, приложенное контурами 11 магнитных сердечников, перпендикулярно электролитической ячейке, вращение которой может влиять на вращение магнитного поля. Интенсивность магнитной индукции контуров 11 магнитных сердечников в электролитической ячейке равна В, линейная скорость вращения равна v, причем, поскольку электролит относительно неподвижен, а магнитное поле относительно подвижно, направление v в формуле расчета индукционного электрического поля противоположно направлению движения магнитного поля. Взяв Фиг. 3 в качестве примера, индукционное электрическое поле направлено от внутреннего кольца к внешнему кольцу, так что сторона кольцевой внутренней стенки ячейки 12 представляет собой анодную камеру электролитической ячейки, а сторона кольцевой внешней стенки электролитической ячейки представляет собой катодную камеру электролитической ячейки, то есть, для ячейки 12, как показано на Фиг. 2, внутренняя сторона вызывает анодную реакцию, а внешняя сторона вызывает катодную реакцию.

Следует отметить, что конкретные режимы применения и технические эффекты электролизного устройства для индукционного источника питания переменного тока в этих вариантах выполнения изобретения могут также относиться к электролизному устройству для индукционного источника питания переменного тока, соответствующему этим вариантам выполнения, и не будут подробно описаны в настоящем документе.

Кроме того, источник питания переменного тока может использовать многофазный источник питания с числом фаз, кратным 3, или же однофазный источник питания переменного тока может использоваться для формирования многофазного источника питания через силовой электронный преобразователь, который согласован с многофазной электромагнитной катушкой для формирования вращающегося магнитного поля. В качестве альтернативы, когда однофазный источник питания используется для формирования двухфазного источника питания путем индуктивного разделения, вращающееся магнитное поле, создаваемое электромагнитными катушками, будет иметь эллиптическую форму, поэтому расчетную форму электролитической ячейки необходимо оптимизировать.

Второй вариант выполнения

На основе первого варианта выполнения, предпочтительно, в этом варианте выполнения изобретения, как показано на Фиг. 6, когда источник 13 питания переменного тока представляет собой однофазный переменный ток, источник 13 питания переменного тока дополнительно содержит фазоделитель для генерации второй фазы (в частности, конденсаторный фазоделитель, индукторный фазоделитель или фазоделитель на основе преобразователя и т.д.). В настоящее время конструкция возбудимых магнитных контуров 11 имеет следующий вид:

имеется 2n пар магнитных сердечников 102, на которые намотаны электромагнитные катушки, причем каждая пара магнитных сердечников 102 концентрична кольцевой электролитической ячейке 12, а каждая из двух электромагнитных катушек 101, подключенных к двум фазам источника 13 питания переменного тока, занимает электрический угол π, создавая почти круговое вращающееся магнитное поле.

Конкретно, если взять в качестве примера n=1, то в этом случае имеется 2 пары магнитных сердечников 102, всего 4, причем четыре магнитных сердечника 102 расположены на равном расстоянии по кругу снаружи ячейки 12, а две (каждая вторая электромагнитная катушка) из четырех электромагнитных катушек 101 взяты в качестве интерфейсов источника питания, т.е. две электромагнитные катушки 101 соединены, соответственно, с двумя фазами источника 13 питания переменного тока, при этом в паре полюсных наконечников (т.е. первом полюсном наконечнике 112 и втором полюсном наконечнике 113), соединенных с ячейкой 12, первый полюсный наконечник 112 находится над ячейкой 12, а второй полюсный наконечник 113 находится под ячейкой 12, причем, когда на электромагнитные катушки 101 подается двухфазный переменный ток, между полюсными наконечниками (то есть положение ячейки 12) формируется круговое вращающееся магнитное поле. Вращающееся магнитное поле вращается относительно неподвижной ячейки 12, что приводит к тому, что электролит пассивно разрезает линию магнитного поля, таким образом создавая потенциал и ток между электролитами по обе стороны диафрагмы электролитической ячейки, а затем электролизируя электролит.

Подобно однофазному генератору переменного тока, способному формировать источник питания с расщепленной фазой, после того, как фазоделительным элементом (таким как фазоделительный конденсатор, фазоделительный резистор или фазоделительный индуктор или преобразователь, в варианте выполнения изобретения в качестве примера используется фазоделительный конденсатор) генерируется вторая фаза, две фазы однофазного источника питания переменного тока могут формировать круговое вращающееся магнитное поле после соединения с двумя электромагнитными катушками для источника питания, причем каждая двухфазная электромагнитная катушка и каждый магнитный сердечник занимают электрический угол π (т.е. четыре магнитных сердечника образуют квадрат, диагонали квадрата перпендикулярны друг другу, а две электромагнитные катушки, соединенные по диагонали, соответственно соединены с двумя фазами однофазного источника переменного тока), при этом вращающееся внутрь магнитное поле формируется путем преобразования железным сердечником, линия магнитного поля направлена изнутри наружу, а интенсивность магнитной индукции где f - частота источника питания, Е - электродвижущая сила катушки, S - площадь поперечного сечения окружаемого проводника (например, железного сердечника), а N - количество витков.

Источник питания с расщепленной фазой соединен с электромагнитными катушками и магнитными сердечниками в обратной последовательности фаз, т.е. катушки с емкостным расщеплением фазы размещены в ориентации против часовой стрелки основной катушки, при этом результирующее электромагнитное поле будет вращаться против часовой стрелки, а линейная скорость v выражается следующим образом:

где f- частота источника питания, r - радиус катушки, P - количество пар полюсов катушки, а n - скорость вращения.

Следует отметить, что в этом варианте выполнения изобретения при использовании однофазного источника питания необходимо рассчитать витки фазоделительного элемента и двух электромагнитных катушек, чтобы сформировать лучшее кольцевое магнитное поле, близкое к идеальному кругу (т.е. вращающееся магнитное поле).

Теоретическая индукционная электродвижущая сила равна: E=Blv=2V.

Экспериментальное устройство имеет следующие характеристики: интенсивность магнитной индукции В, ампер-витки катушки An, длина электролитической ячейки l, диаметр электролитической ячейки d, скорость вращения v и количество пар полюсов p:

В=μIn =0,1 Т;

l=πd=0.2 М;

v=pfl=100 м/c;

p=10.

Подводя итог, можно сказать, что экспериментальные данные совпадают с теоретическим расчетом.

Следует отметить, что конкретный вариант выполнения и технические эффекты электролизного устройства для индукционного источника питания переменного тока в этом варианте выполнения изобретения могут также относиться к электролизному устройству для индукционного источника питания переменного тока, выполненного в соответствии с первым вариантом выполнения, и не будут быть подробно описано в настоящем описании.

Электролизное устройство и система электролиза для индукционного источника питания переменного тока, предложенные в настоящим изобретении, могут применяться в различных отраслях промышленности, использующих электролиз, включая, помимо прочего, электролиз алюминия, электролиз рассола, электролиз воды и тому подобное.

В настоящем изобретении также предложено электролизное устройство для индукционного источника питания переменного тока, содержащее источник питания переменного тока, контуры с магнитными сердечниками и кольцевую электролитическую ячейку, заполненную электролитом, при этом кольцевая электролитическая ячейка содержит мембрану, выпускной трубопровод для продукта электролиза и трубопровод для пополнения электролита. Диафрагма электролитической ячейки служит для разделения электролита в катодную камеру и в анодную камеру, причем катодная камера и анодная камера имеют, соответственно, катодную пластину и анодную пластину, при этом электрическая цепь между катодной пластиной и анодной пластиной закорочена, причем контуры магнитных сердечников содержат несколько магнитных сердечников, на которых намотаны электромагнитные катушки, при этом магнитные сердечники расположены снаружи кольцевой электролитической ячейки, причем магнитные сердечники имеют пару полюсных наконечников, соединенных с кольцевой электролитической ячейкой на ее верхнем и нижнем концах, а источник питания переменного тока соединен с электромагнитными катушками для создания вращающегося магнитного поля между парой полюсных наконечников, причем вращающееся магнитное поле вызывает возникновение индукционного постоянного тока между электролитами по обе стороны диафрагмы электролитической ячейки.

Предпочтительно, когда источник питания переменного тока выдает трехфазный переменный ток, структура контуров магнитных сердечников следующая: имеется 3n пар магнитных сердечников, на которые намотаны электромагнитные катушки, причем каждая пара магнитных сердечников расположена концентрично относительно кольцевой электролитической ячейки, а каждая из трех электромагнитных катушек, соединенных, соответственно, с тремя фазами источника питания переменного тока, занимает электрический угол 2/3π. Предпочтительно, когда источник питания переменного тока выдает однофазный синусоидальный переменный ток, источник питания переменного тока также содержит фазоделительный конденсатор для генерации второй фазы, причем структура контуров магнитных сердечников следующая: имеется 2n пар магнитных сердечников, на которые намотаны электромагнитные катушки, причем каждая пара магнитных сердечников расположена концентрично относительно кольцевой электролитической ячейки, а каждая из двух электромагнитных катушек, соединенных, соответственно, с двумя фазами источника питания переменного тока, занимает электрический угол π.

Предпочтительно, диафрагма электролитической ячейки выполнена с возможностью разделения кольцевой электролитической ячейки на анодную камеру во внутреннем кольце и катодную камеру во внешнем кольце. Предпочтительно, трубопровод для пополнения электролита дополнительно содержит подкачивающий насос. Предпочтительно внутренняя полость кольцевой электролитической ячейки содержит несколько взаимно независимых подполостей, причем диафрагма электролитической ячейки, катодная пластина и анодная пластина расположены в каждой из подполостей. Предпочтительно электролит включает воду или ионный жидкий электролит.

Предпочтительно, дополнительно включен блок управления, который содержит блок мониторинга и блок обработки, причем блок мониторинга используется для управления скоростью реакции электролиза электролита, а блок обработки используется для формирования команды управления в соответствии со скоростью реакции электролиза, причем команда управления используется для управления интенсивностью магнитной индукции и/или скоростью вращения электромагнитных катушек и магнитных сердечников для управления потенциалом индукционного постоянного тока и/или индукционным постоянным током внутри кольцевой электролитической ячейки. В другом аспекте настоящего изобретения также предложена электролизная система для индукционного источника питания переменного тока, содержащая первичный двигатель и электролизное устройство для индукционного источника питания переменного тока, описанное выше.

Настоящее изобретение также предлагает способ электролиза для индукционного источника питания переменного тока, причем в способе используется электролизная система для индукционного источника питания переменного тока, описанная выше, и способ включает: соединение источника питания переменного тока с магнитными контурами, создание вращающегося магнитного поля, окружающего электролитическую ячейку, магнитными контурами, и обеспечение воздействия вращающегося магнитного поля на электролит в электролитической ячейке, создавая индукционный постоянный ток, так что электролит подвергается электролизу.

Следует отметить, что конкретные режимы выполнения и технические эффекты системы электролиза и способа для индукционного источника питания переменного тока в вариантах выполнения изобретения могут относиться к электролизному устройству для индукционного источника питания переменного тока, выполненному в соответствии с первым вариантом выполнения и не будут описаны подробно в настоящем документе.

Необязательные режимы применения вариантов выполнения настоящего изобретения подробно описаны выше вместе с сопроводительными чертежами, однако варианты выполнения настоящего изобретения не ограничиваются конкретными деталями вариантов выполнения, описанными выше, при этом может быть сделано множество простых изменений, чтобы технические решения вариантов выполнения изобретения находились в объеме технического решения вариантов выполнения изобретения, которые все попадают в объем защиты вариантов выполнения изобретения.

Далее следует отметить, что конкретные технические характеристики, описанные в вышеупомянутых конкретных вариантах выполнения, могут быть объединены любым подходящим образом без противоречий. Во избежание ненужного повторения варианты выполнения настоящего изобретения в отношении различных возможных комбинаций не описываются дополнительно.

Также необходимо отметить, что термины «включает», «включая» или любые другие их варианты предназначены для обозначения неисключительного включения, так что процесс, способ, продукт или устройство, которое включает набор элементов, включает не только те элементы, но и другие элементы, которые не перечислены явно или не присущи такому процессу, способу, продукту или устройству. При отсутствии дополнительных ограничений элементы, определенные фразой «содержат...», не исключают существования других идентичных элементов в процессе, способе, продукте или устройстве, в которое включены эти элементы.

Вышеупомянутое является лишь вариантами выполнения настоящего изобретения и не используется для его ограничения. Специалисты в данной области техники могут вносить различные модификации и вариации в изобретения. Любые модификации, эквиваленты, модификации и т.д., сделанные в духе и принципах настоящей заявки, должны быть включены в объем формулы изобретения.

В настоящем изобретении предложены электролизное устройство, электролизная система и способ электролиза для индукционного источника питания переменного тока. При этом электролизное устройство для индукционного источника питания переменного тока содержит по меньшей мере одну группу магнитных контуров и электролитическую ячейку, причем магнитный контур содержит магнитный сердечник, на который намотана электромагнитная катушка, причем магнитный сердечник расположен снаружи электролитической ячейки. Магнитный контур выполнен с возможностью генерирования вращающегося магнитного поля, окружающего электролитическую ячейку, с помощью источника питания переменного тока, при этом вращающееся магнитное поле воздействует на электролит в электролитической ячейке для создания индукционного постоянного тока, так что электролит подвергается электролизу, причем верхний и нижний концы магнитного сердечника соединены с парой полюсных наконечников, адаптированных к электролитической ячейке, причем относительное движение магнитного поля между парой полюсных наконечников и электролитом в электролитической ячейке разрезает линию магнитного поля, причем направление линии магнитного поля не параллельно тангенциальному направлению движения вращающегося магнитного поля, при этом направление линии магнитного поля или тангенциальное направление движения вращающегося магнитного поля не перпендикулярно плоскости диафрагмы электролитической ячейки. В соответствии с электролизным устройством электролитическая ячейка генерирует индукционный постоянный ток непосредственно с помощью переменного тока, так что связи преобразования переменного и постоянного тока уменьшаются, и потери энергии, вызванные преобразованием энергии, также уменьшаются. 3 н. и 7 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Электролизное устройство для индукционного источника питания переменного тока, содержащее по меньшей мере одну группу магнитных контуров и электролитическую ячейку,

при этом магнитный контур содержит магнитный сердечник, на который намотана электромагнитная катушка, причем магнитный сердечник расположен снаружи электролитической ячейки, и

магнитный контур выполнен с возможностью генерирования вращающегося магнитного поля, окружающего электролитическую ячейку, с помощью источника питания переменного тока, при этом вращающееся магнитное поле воздействует на электролит в электролитической ячейке для создания индукционного постоянного тока, так что электролит подвергается электролизу,

причем верхний и нижний концы магнитного сердечника соединены с парой полюсных наконечников, адаптированных к электролитической ячейке,

причем относительное движение магнитного поля между парой полюсных наконечников и электролитом в электролитической ячейке разрезает линию магнитного поля, причем направление линии магнитного поля не параллельно тангенциальному направлению движения вращающегося магнитного поля, при этом направление линии магнитного поля или тангенциальное направление движения вращающегося магнитного поля не перпендикулярно плоскости диафрагмы электролитической ячейки.

2. Электролизное устройство по п.1, в котором источник питания переменного тока выдает многофазный синусоидальный переменный ток, а магнитные контуры содержит m × n пар магнитных сердечников, где m - количество фаз источника питания переменного тока, а n - целое число, не меньшее 1.

3. Электролизное устройство по п.1, в котором источник питания переменного тока выдает трехфазный синусоидальный переменный ток, причем магнитные контуры содержат 3n пар магнитных сердечников, а фазовые линии трехфазного синусоидального переменного тока подключены к одному концу электромагнитной катушки, при этом электромагнитная катушка подключена звездой или треугольником.

4. Электролизное устройство по любому из пп.1-3, в котором электролитическая ячейка представляет собой кольцевую электролитическую ячейку и содержит диафрагму, выпускной трубопровод для продукта электролиза и трубопровод для пополнения электролита, прием диафрагма электролитической ячейки служит для разделения электролита на католит и анолит.

5. Электролизное устройство по п.4, в котором католит и анолит снабжены, соответственно, катодной пластиной и анодной пластиной, причем электрическая цепь между катодной пластиной и анодной пластиной закорочена.

6. Электролизное устройство по п.4, в котором электролитическая ячейка содержит несколько взаимно независимых подполостей, расположенных в форме кольца.

7. Электролизное устройство по п.6, в котором электролитическая ячейка, катодная пластина и анодная пластина расположены в каждой подполости.

8. Электролизное устройство по любому из пп.1-7, дополнительно содержащее блок управления, который содержит блок мониторинга и блок обработки, причем блок мониторинга выполнен с возможностью контроля скорости электролиза электролита, а блок обработки выполнен с возможностью управления током электромагнитной катушки в соответствии со скоростью электролиза электролита, регулирования интенсивности магнитной индукции вращающегося магнитного поля путем управления током электромагнитной катушки и управления частотой тока электромагнитной катушки в зависимости от скорости электролиза электролита для управления скоростью вращения вращающегося магнитного поля.

9. Электролизная система для индукционного источника питания переменного тока, содержащая источник питания переменного тока и электролизное устройство для индукционного источника питания переменного тока по любому из пп.1-8.

10. Способ электролиза для индукционного источника питания переменного тока, в котором используют электролизную систему для индукционного источника питания переменного тока по п.9 и который включает подключение источника питания переменного тока к магнитным контурам, создание вращающегося магнитного поля, окружающего электролитическую ячейку, с помощью магнитных контуров, и обеспечение воздействия вращающегося магнитного поля на электролит в электролитической ячейке для создания индукционного постоянного тока, так что электролит подвергается электролизу.