устройство для получения электричества, тепловой энергии, водорода и кислорода

Формула изобретения

Устройство для получения электричества, тепловой энергии, водорода и кислорода, содержащее корпус с осевым отверстием, патрубок ввода рабочего раствора, межэлектродную камеру, анод, соединенный с положительным источником питания, катод, соединенный с отрицательным полюсом источника питания, и устройство для создания переменного магнитного поля, корпус, изготовленный из диэлектрического материала, имеет нижний прилив и нижнюю крышку, образующие межэлектродную камеру, разделенную нижним цилиндрическим приливом на анодную и катодную полости, при этом анод выполнен плоским кольцевым с отверстиями и расположен в анодной полости межэлектродной камеры, а стержневой катод, выполненный из тугоплавкого материала, расположен в диэлектрическом стержне с наружной резьбой, посредством которой он введен в межэлектродную камеру через резьбовое отверстие в нижней крышке и центрирован в отверстии выходного патрубка, образующего совместно с корпусом прикатодную полость, устройство для создания переменного магнитного поля цилиндрической формы с обмотками надето на нижнюю крышку и своим магнитным полем охватывает катод и прикатодную полость, электроды для съема генерируемого электрического тока расположены в цилиндрической части анодной полости, патрубок для вывода парогазовой смеси расположен в корпусе концентрично катоду, патрубки для вывода кислорода установлены в верхней части анодной полости.

Описание изобретения к патенту

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

Известно техническое решение (см. Яковлев С.В., Краснобородько И.Г. и 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.

Также известно техническое решение (см. Патент США N3969214, кл. С 25 В 1/02, 1976), содержащее корпус с осевым отверстием, патрубок ввода рабочего раствора, расположенный в нижней части межэлектродной полости, межэлектродную камеру, анод, соединенный с положительным полюсом источника питания, и катод, соединенный с отрицательным источником питания, устройство создания переменного магнитного поля.

Недостатком известных изобретений является то, что анод и катод находятся в одной полости межэлектродной камеры. В результате кислород, выделившийся у анода, смешивается с водородом, который выделяется у катода. Процесс смешивания указанных газов сопровождается эндотермическими реакциями образования перекиси водорода H₂O₂ и озона O₃, которые, поглощая энергию, снижают общее количество энергии, генерируемой электролитическим процессом, и таким образом снижают энергетические показатели устройства. Кроме того, указанное устройство нагревает раствор без образования пара.

Техническим решением задачи является повышение энергетических показателей устройства.

Цель достигается тем, что в устройстве для получения электричества, тепловой энергии, водорода и кислорода, содержащем корпус с осевым отверстием, патрубок ввода рабочего раствора, межэлектродную камеру, анод, соединенный с положительным источником питания, катод, соединенный с отрицательным полюсом источника питания, и устройство для создания переменного магнитного поля, корпус, изготовленный из диэлектрического материала, имеет нижний прилив и нижнюю крышку, образующие межэлектродную камеру, разделенную нижним цилиндрическим приливом на анодную и катодную полости, при этом анод выполнен плоским кольцевым с отверстиями и расположен в анодной полости межэлектродной камеры, а стержневой катод, выполненный из тугоплавкого материала, расположен в диэлектрическом стержне с наружной резьбой, посредством которой он введен в межэлектродную камеру через резьбовое отверстие в нижней крышке и центрирован в отверстии выходного патрубка, образующего совместно с корпусом прикатодную полость, устройство для создания переменного магнитного поля цилиндрической формы с обмотками надето на нижнюю крышку и своим магнитным полем охватывает анод и анодную полость, катод и прикатодную полость, электроды для съема генерируемого электрического тока расположены в цилиндрической части анодной полости, патрубок ввода рабочего раствора расположен в нижней части межэлектродной полости, патрубок для вывода парогазовой смеси расположен в корпусе концентрично катоду, патрубки для вывода кислорода установлены в верхней части анодной полости.

Новизна заявляемого предложения обусловлена тем, что катод, вокруг которого формируется плазма, помещен в регулируемое переменное магнитное поле, которое совместно с электрическим полем активизирует электрохимические процессы парообразования, разложения молекул воды на водород и кислород и вызывает генерацию электрического тока в кольцевом объеме полости анода, что ведет к повышению энергетических показателей устройства.

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

Сущность изобретения поясняется чертежом, где изображен общий вид устройства.

Устройство для получения электричества, тепловой энергии, водорода и кислорода содержит корпус 1, изготовленный из диэлектрического материала, который имеет нижний прилив 2 с осевым отверстием 3 и нижнюю крышку 4, межэлектродную камеру 5, разделенную нижним цилиндрическим приливом 2 на анодную 6 и катодную 7 полости, при этом анод 8 выполнен плоским кольцевым с отверстиями и расположен в анодной полости межэлектродной камеры, а стержневой катод 9, выполненный из тугоплавкого материала, расположен в диэлектрическом стержне 10 с наружной резьбой, посредством которой он введен в межэлектродную камеру через резьбовое отверстие 11 в нижней крышке и центрирован в отверстии выходного патрубка, образующего совместно с нижним цилиндрическим приливом корпуса прикатодную полость, устройство для создания переменного магнитного поля 12 цилиндрической формы с обмотками 13 надето на нижнюю крышку 4 устройства и своим магнитным полем охватывает катод и прикатодную полость, при этом патрубок 14 ввода рабочего раствора расположен в средней части анодной полости, а патрубки 15 для вывода кислорода установлены в верхней части анодной полости, причем патрубок 16 для вывода парогазовой смеси расположен в корпусе 1 концентрично катоду 9. В верхней части кольцевой анодной полости 6 введены электроды 17, с которых снимается вырабатываемый устройством электрический ток.

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

Анодную 6 и катодную 7 полости заполняют слабым раствором щелочи или кислоты через патрубок 14 и устанавливают необходимый расход раствора. Затем устройство подключают к электрической сети постоянного тока и постепенно повышают напряжение до появления устойчивой плазмы. В катодной полости 7 происходит нагрев раствора до температуры кипения при частичном разложении воды на водород и кислород. Кислород, выделившийся у анода, поднимается в верхнюю часть анодной полости 6 и через патрубки 15 удаляется из анодной полости.

Газообразный молекулярный водород, формирующийся на границе плазма-жидкость, собирается в верхней части катодной полости и выходит вместе с водяным паром через выходной патрубок.

Под действием электрического поля между многократно уменьшенной площадью катода 9 по отношению к площади анода 8 формируется сфокусированный на катод поток ионов щелочного металла. Имея запас кинетической энергии при движении к катоду, ионы щелочного металла отделяют от молекул воды протоны атомов водорода и атомы водорода. В результате в прикатодной полости формируется плазма атомарного водорода. Источником тепловой энергии являются процессы синтеза атомов и молекул водорода.

Наличие в зоне плазмы, кроме электрического поля, переменного магнитного поля интенсифицирует процесс нагревания воды и разложения ее на водород и кислород. За счет этого повышается энергетическая эффективность процесса.

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

Эффективность технологического процесса зависит от многих факторов. Главными из этих факторов являются коэффициент центрирования К_C катода 9 и коэффициент его фокусировки S. Величина коэффициента центрирования определяется по формуле

K_C= D/d, (1)

где D - диаметр сквозного отверстия 3; d - диаметр катода 10.

Экспериментально установлено, что оптимальная величина коэффициента центрирования К_C катода 9 находится в пределах 1,3<K<1,7, а коэффициент фокусировки S, определяющий величину входа катода 9 в цилиндрическую часть сквозного отверстия патрубка 16, изменяется в пределах (-0,5d < S < +0,5d). Знак минус означает, что катод 9 не доходит до отверстия выходного патрубка на величину 0,5d, а знак плюс - вход катода 9 в отверстие на величину 0,5d.

Эффективность устройства определяет общий показатель эффективности К_О, учитывающий электрическую энергию E_e, вводимую в устройство, тепловую энергию Е_t которая аккумулируется в нагретом водном растворе и водяном паре, и энергию Е_g, содержащуюся в выделившихся газах: водороде и кислороде.

Экспериментально установлено, что при учете только энергии, содержащейся в нагретом водном растворе и водяном паре, показатель эффективности принимает значения К_О= 1,7 0,20 Приближенный учет выделившихся газов повышает этот показатель до 1,9 0,2 (табл. 1, 2), a учет и генерируемой электрической энергии - до 2,1 0,2.