Спосіб розкладання молекул перегрітої водяної пари на водень і кисень та пристрій для його реалізації

Реферат: Винахід належить до галузі енергетики, а саме до способів і пристроїв для одержання водню і кисню з води. Спосіб розкладання молекул перегрітої водяної пари на водень і кисень здійснюють шляхом пропускання її через електричне поле. Згідно з винаходом, пару перегрівають до температури 530° С і для створення вихору зі звуковою швидкістю уводять її до циліндричної електродної камери, де навколо тонких струн-електродів нерівномірні електричні поля високої напруженості створюють коронні розряди іонізуючі молекули водяної пари. Заявлено також пристрій для здійснення цього способу. Винахід забезпечує зменшення енерго- та ресурсозатрат при одержані водню і кисню. UA 115528 C2 (12) UA 115528 C2 UA 115528 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до енергетичної галузі, а саме до способів і пристроїв для одержання водню і кисню з води шляхом перегріву пари до помірної температури та пропускання її через електричне поле, який може бути використаний в будь-якій галузі, наприклад, як автономний генератор пального для автомобіля чи тепловоза на залізничному транспорті. Використання такого пального не тільки в названих галузях повністю вирішує більшість екологічних проблем навколишнього середовища. Відомі спосіб і пристрій для одержання водню і кисню з водяної пари [1,2]. Цей спосіб полягає в термічному розкладанні перегрітої майже до 2200 °C пари і виділенні водню трубчатою селективною мембраною, виконаною з оксиду цирконію з добавками оксидів ітрію та заліза. Водень та кисень відкачуються вакуумними насосами в спеціальні ємкості. Однак, і спосіб і пристрій дуже складні і коштовні та енергозатратні, бо лише вакуумні насоси споживають енергії більше, ніж буде одержано від виробленого водню. Найбільш близьким до пропонуємого є спосіб [3], в якому пара, перегріта до 478 К, пропускається через електричне поле, де в присутності каталізаторів відбувається дисоціація молекул пари на іони водню та кисню. Електричне поле розводить іони до відповідних електродів, де вони перетворюються в нейтральні атоми, рекомбінують в молекули водню та кисню, які накопичуються в окремих ємкостях. Недоліки цього способу: необхідність використання коштовних каталізаторів, таких як цирконій, палладій, германій, а також інших речовин; низька продуктивність; пожежо- і вибухонебезпечність при збиранні водню і кисню в спеціальні ємкості. Найбільш близьким до пропонуємого є пристрій [3], реалізуючий спосіб одержання водню, прийнятий як прототип. Він складається з циліндричної камери розкладання, в якій розміщені електроди і сітки з металів-каталізаторів, визиваючих дисоціацію молекул водяної пари. Недоліки цього пристрою повністю повторюють недоліки способу. Задачею винаходу є удосконалення способу і пристрою при одержанні дешевих водню і кисню як екологічно чистих енергоносіїв, зручних для використання в єдиному процесі виробництва-споживання без проміжного їх накопичення в значних кількостях. Означена задача вирішується тим, що в способі пару перегрівають до температури 530 С і для створення вихору зі звуковою швидкістю уводять її до циліндричної електродної камери, де навколо тонких струн-електродів в нерівномірних електричних полях високої напруженості створюються коронні розряди іонізуючі молекули водяної пари. В процесі уводу тиск пари знижується до 1 бар. В циліндрі утворюється вихор, периферійні шари якого рухаються зі звуковою швидкістю, а центральні - з дозвуковою. Відцентрові сили орієнтують молекули водяної пари так, що атоми водню повернуті до центру. Від спеціального електроджерела центральна група струн-електродів отримує великий негативний потенціал, а периферійна - позитивний. Навколо тонких струн-електродів виникають електричні поля високої напруженості, які іонізують прилеглі молекули водяної пари, утворюючи корони. Іонізацію молекул визивають діючі в електричному полі сили Кулона, висока температура пари та відцентрові вихрові сили. Чим ближче молекули до струн-електродів, тим більші напруженість електричного поля і сили Кулона, а відцентрові сили тим більші, чим далі молекули від осі вихрової труби. Одержуючи електрони від центральних струн-електродів, іони водню об'єднуються в нейтральні молекули і, піднімаючись до верхнього патрубка, залишають вихрову трубу, а іони кисню, віддаючи зайві електрони позитивним струнам-електродам на периферії, теж рекомбінують і покидають вихрову трубу через нижній патрубок. В зонах корон, які покидають рекомбіновані молекули водню і кисню, знижується тиск і нові нейтральні молекули перегрітої водяної пари затягуються в них, іонізуються і т.д. Продуктивність процесу обмежується максимальною величиною струму спеціального електроджерела, яка в свою чергу визначається його внутрішнім реактивним опором. Структурна технологічна схема пропонованого пристрою, що реалізує пропонований спосіб розділення молекул перегрітої водяної пари на водень і кисень зображена на фіг.1, а на фіг.2 показана конструкція пропонуємого пристрою. Парогенератор представляє собою трансформатор, короткозамкнена вторинна обмотка якого виконана зі сталевої трубки. Вода в парогенератор подається вібраційним насосом через зворотний клапан. Пара направляється в вихрову трубу через звукове сопло з регульованою пропускною здатністю. На виході із сопла температура Т 2=800 К і тиск Р2=1 бар. Пристрій складається з вихрової труби, що являє собою кварцову трубку 1; струн-електродів 2 та 3 з тонкого ніхромового дроту; патрубка виходу водню 4; патрубка виходу кисню 5; діелектричних втулок 6; сопла 7 регулюючого кількість уводимої в вихрову трубу пари; контактних кілець 8, до яких підводиться від джерела постійного струму висока напруга. Біля осі 1 UA 115528 C2 5 10 15 20 25 вихрової труби між двома патрубками 4 та 5 натягнуті тонкі струни-електроди 3 з ніхромового дроту, які підключені до негативного полюсу спеціального джерела постійного струму з високою напругою, позитивний полюс якого підведений до периферійних струн-електродів 2. Навколо кожної струни-електроду виникає зона високої напруженості електричного поля, котра іонізує молекули перегрітої водяної пари, утворюючи корону, радіус якої регулюється величинами напруги і струму спеціального електроджерела. Іонізації молекул водяної пари сприяють висока температура перегрітої водяної пари та відцентрові вихрові сили. На ефективність функціонування пристрою значно впливають втрати тепла поверхнями всіх його елементів. Тому вторинна обмотка трансформатора-парогенератора, вихрова труба і з'єднуючий їх трубопровід покриваються теплоізоляцією, що витримує нагрів до 1000 К. В іонізованих коронах сили Кулона відтягують позитивні іони водню до центральних струнелектродів 3 з негативним зарядом, а негативні іони кисню - до периферійних струн-електродів 2 з позитивним зарядом. Іони водню, одержуючи електрони від центральних струн-електродів З, об'єднуються в нейтральні молекули і піднімаючись до верхнього патрубку 4, покидають вихрову трубу. А іони кисню віддають зайві електрони позитивним струнам-електродам 2 на периферії і рекомбінують до нейтральних молекул, які виходять через нижній патрубок 5. Водень і кисень після вихрової труби при необхідності пропускаються через гідрозатвориохолоджувачі і направляються споживачу, в якості якого може бути, наприклад, двигун внутрішнього згорання автомобіля чи турбіна локомотиву залізничного транспорту. Джерела інформації: 1. А. с. СССР №698 555 Μ. Кл G01B 1/27 B01D 13/00, 27.08.1975; 2. Патент Великобританії №1 489 054 Кл. С01В1/03 B01D 53/22 СО1В 1/27, 27.08.1975; 3. Патент Великобританії №1 585 527 Кл. С01В 3/04 B01J 23/76 23/89 37/34 06.07.1976 (прототип). ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 30 35 40 1. Спосіб розкладання молекул перегрітої водяної пари на водень і кисень шляхом пропускання її через електричне поле, який відрізняється тим, що пару перегрівають до температури 530 °С і для створення вихору зі звуковою швидкістю уводять її до циліндричної електродної камери, де навколо тонких струн-електродів нерівномірні електричні поля високої напруженості створюють коронні розряди іонізуючі молекули водяної пари. 2. Пристрій для розкладання молекул перегрітої водяної пари на водень і кисень, що складається з парогенератора, електродної камери розкладання і електроджерела високої напруги, який відрізняється тим, що парогенератор являє собою трансформатор з короткозамкнутою вторинною обмоткою-трубкою із нержавіючої сталі, а камера розкладання виконана у вигляді вихрової труби з тонкими струнами-електродами біля осі і на периферії, а джерело високої напруги містить конденсатор для обмеження величини струму без затрат енергії. 2 UA 115528 C2 Комп’ютерна верстка О. Рябко Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3