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Erfindung
Russische Föderation Patent RU2174162

DEVICE für die Energieumwandlung

DEVICE für die Energieumwandlung

Name des Erfinders:. Kudymov GI; Studennikov VV
Der Name des Patentinhabers: Kudymov Georgy; Studennikov Vasily
Korrespondenzanschrift: 103009, Moskau, p / 184, für die PPF "JUS" pat.pov. SV Jäger, reg. Nummer 59
Startdatum des Patents: 1998.06.22

Die Erfindung betrifft die Energietechnik und kann verwendet werden, wenn eine Vorrichtung, die Schaffung einer Energieform in eine andere, beispielsweise durch Elektrolyse zu konvertieren. Die Aufgabe, die durch die Erfindung gelöst werden, eine Vorrichtung zu schaffen, die es ermöglichen würde, Umwandlung von mechanischer und thermischer Energie in elektrische Energie und chemische parallel. Das technische Ergebnis ist die Effizienz der Elektrolyse zu erhöhen, zusammen mit dem Erhalt von Sauerstoff und Wasserstoff Strom und Wärmerückgewinnung. Die Vorrichtung zur Energieumwandlung, beispielsweise durch Elektrolysebehälter umfasst eine Drehwelle, mit Elektrolytlösung gefüllt wird. Kapazität auf dem Rahmen montiert und mit einem Drehantrieb verbunden ist. Das Gerät verfügt über Elektroden, die Elektrolytlösungszufuhrkanal in den Behälter und das Entfernen von Elektrolyseprodukten. Das Gerät verfügt über einen Wärmetauscher. Die Elektroden-Gerät oder kurzgeschlossen miteinander oder in einem Kreislauf durch den Stromverbraucher verbunden. Kapazität, um eine Reihe von Winkelgeschwindigkeit dessen Drehung, aus den mathematischen Beziehungen in den Ansprüchen angegeben bestimmt.

BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Die Erfindung bezieht sich auf Energietechnik und kann verwendet werden , wenn ein Gerät zu schaffen eine Energieform in eine andere, wie zum Beispiel durch Elektrolyse zu konvertieren.

Aus dem Stand der Technik ist es, eine Vorrichtung zur Umwandlung von mechanischer Energie in elektrische Energie und dann in die chemische Zersetzung von Wasser durch Elektrolyse der Elektrolytlösung bekannt und somit Wasserstoff und Sauerstoff erhalten. Diese Vorrichtung weist einen Behälter mit einer Welle, die drehbar in Halterungen an dem Gestell angebracht ist. Es ist kinematisch mit einem Drehantrieb, wie beispielsweise einem Verbrennungsmotor (ICE) und einem elektrischen Stromgenerator verbunden sind. Die Kapazität wird mit der Elektrolytlösung gefüllt ist, enthält er Elektroden in dem elektrischen Schaltkreis des Generators enthalten sind, und die Kanäle für Zu- und Ablauf des Anfangsende der Elektrolyseprodukte (vgl. Die RF Patent N 2.015.395, F 02 M 21/00 1990 YG).

Rufen Sie das gewünschte technische Ergebnis in diesem Gerät die grundlegend unterschiedliche Design auf die Herstellung des Endergebnisses aus der Nutzung der bekannten Erfindung Ansätze verhindert. Darüber hinaus ist dieses Gerät nicht zulassen, dass in den komplexeren unkonventionellen Energieumwandlung auszuführen: mehrere parallele Umwandlungszyklen.

Diese Vorrichtung während der Drehung des Behälters stellt einen mechanischen Antrieb serielle ersten Energie in Elektrizität umzuwandeln, und nur dann in chemische Energie aus einer Wasserstoff-Sauerstoff-Wasser abgeleitet. Eine solche Folge von verbindlichen Energieumwandlung bestimmt die geringe Effizienz der Leistungszahl (COP) der Einrichtung, als Ausgleich für die endotherme Wirkung des Wassers Zersetzungsreaktion wird durch die Verwendung von Elektrizität erzeugt durchgeführt und bieten nicht die Möglichkeit der Nutzungsdauer in der externen Last ohne den starken Rückgang der Ausbeute an Wasserstoff und Sauerstoff.

Die Aufgabe wird durch die beanspruchte Erfindung zu lösende Aufgabe ist es, eine Vorrichtung bereitzustellen, die es ermöglichen würde, Umwandlung von mechanischer und thermischer Energie in elektrische Energie und chemische parallel.

Das technische Ergebnis durch die Umsetzung der vorliegenden Erfindung erhalten werden, umfassen die Verbesserung der Effizienz der Elektrolyse zusammen mit Sauerstoff und Wasserstoff von elektrischer Energie und Wärmerückgewinnung von jeder natürlichen oder künstlichen Ursprungs zu erhalten.

Das Problem wird gelöst und das technische Ergebnis wird dadurch erreicht, dass die Vorrichtung zur Energieumwandlung, beispielsweise durch Elektrolyse, umfassend das Drehen eines Behälters aus einer Welle mit Elektrolytlösung gefüllt ist, auf dem Rahmen montiert ist und mit einem Drehantrieb, der Behälter, der die Elektroden a und Elektrolytlösungszufuhrkanal in und Entfernen von Elektrolyseprodukten gemäß der Erfindung mit einem Wärmetauscher zwischen den Elektroden oder eine kurzgeschlossen oder mit dem Stromkreis über Stromverbraucher verbunden ist, und die Fähigkeit, eine Reihe von Winkelgeschwindigkeit der Drehung bereitzustellen Bestimmt aus den folgenden mathematischen Beziehungen:



wobei q a, q k - elektrischen Ladungen des Anions und Kations des Elektrolyten, Cl, in einem stöchiometrischen Verhältnis;

T - absolute Temperatur der Lösung, K;

m - Massendifferenz hydratisierte Kationen und Anionen kg;

- Lineare Konzentration von schweren Ionen, m -1;

10 = (C · N) 1/3, wo

C - molaren Konzentration der Lösung, mol L -1,

N - Anzahl der Avogadro, mol -1;

h - Höhe der Säule der Lösung, m;

K - der Grad der Dissoziation des Elektrolyten 10 -2%;

R - Radius des Innenbehälters, m;

- Temperaturkoeffizient der Änderung der Hydratisierung der Bindungsenergie, K -1;

o - absolute Dielektrizitätskonstante, S · m -1;

- Die relative Dielektrizitätskonstante von Wasser;

r in - der effektive Radius des Wassermoleküls, m;

r u - der effektive Radius eines schweren Ionen, m.

Die obigen mathematischen Beziehungen abgeleitet von empirischen und theoretischen Studien. Mathematische Berechnungen und Rechtfertigung dieser Abhängigkeit recht sperrig und, um die Materialien, die hier nicht zu überlasten sind nicht gegeben.

DEVICE für die Energieumwandlung

Fig. 1 und 2 sind schematische Darstellungen von verschiedenen konstruktiven Lösungen der beanspruchten Vorrichtung zur Energieumwandlung.

Die Vorrichtung umfaßt einen Rahmen 1, der auf der Welle 2 drehenden Behälter installiert ist 3 mit einer wäßrigen Elektrolytlösung gefüllt. Volume 3 mit einem Drehantrieb verbunden ist (nicht gezeigt). Die Vorrichtung weist Elektroden 4 und 5 und Kanäle 6 und 7 bzw. 8 für die Elektrolytlösung zuzuführen, und die Produkte der Elektrolyse zu entfernen.

Verschiedene Ausführungen der Geräte gehören mehrere Leistung seiner Wärmetauscher. So ist in Fig. 1 zeigt beispielsweise ein Röhrenwärmetauscher 9 in dem Hohlraum des Behälters 3 angeordnet ist, und in einer anderen Ausführungsform konstruktive Lösungen in Fig. 2, der Wärmetauscher Funktion 9 kann den Behälterkörper 3 tragen.

Im Hinblick auf die konstruktive Ausgestaltung der Elektroden, ist es angebracht, die folgendes sagen. Die Elektrode 4 als rotierende Innenfläche des Behälters 3 kann als die zweite Elektrode 5, die verschiedenen Strukturelemente beispielsweise verwendet wird, angeordnet ist, verwendet werden, um die Welle 2 innerhalb des Behälters werden können 3. So ist in Fig. 1 und 2, Elektrode 5 ist strukturell wie beispielsweise Metall miteinander verbunden dargestellt Scheiben auf der Welle 2 frei drehbar gelagert ist. In Abhängigkeit von der chemischen Zusammensetzung des Elektrolyten in der Vorrichtung verwendet wird, kann jede Elektrode als Kathode oder Anode fungieren.

In einer Ausführungsform kann die Struktureinheit sein, beispielsweise versehen mit einem Abscheider 10. In den anderen Fällen (Fig. 2), wie beispielsweise unitization Vorrichtung mit einem Verbrennungsmotor, besteht keine Notwendigkeit, die Trennung von Wasserstoff durchzuführen und Sauerstoff, wie sie gesendet werden Nachverbrennung, so 10 Separator wird nicht verwendet. Darüber hinaus kann die Elektrolytlösung die Funktion des Kühlmittels durchzuführen und damit der innere Wärmeaustauscher 9 und unzweckmäßig.

Entwurf des Wärmetauschers und die Elektroden in der Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind nicht enthalten.

Die Elektroden 4 und 5 können miteinander kurzgeschlossen werden (konstruktive diese schwierige erreichen daher bei dieser Anwendung wird die Leistung nicht angegeben, es ist nicht im Umfang der Ansprüche enthalten sind), oder die Elektroden können verbunden sein, beispielsweise ein Schleifkontakt 11, einen Stromkreis durch die Stromverbraucher (nicht gezeigt). Diese Verbindung ist technisch multivariate und nicht im Rahmen des Rechtsschutzes gesucht enthalten. Es sei nur angemerkt, dass durch die Verbindung des Verbrauchers Strom in der Schaltung, weil als Ergebnis war nur möglich Strom die Vorrichtung zum Erzeugen - daher das Erscheinungsbild des Verbrauchers.

In einer Ausführungs Ausführungsform den Reibungsverlust des Behälters 3 an der Luft zu verringern, kann sie in einem Gehäuse 12 (in den Gegenstand nicht enthalten ist), eingeschlossen werden, um einen abgedichteten Hohlraum Nachricht bilden oder mit dem Motorlufteinlasssystem eines Verbrennungsmotors oder einer Vakuumpumpe, um den Druck des Gases zu reduzieren, und damit die Reibungskraft.

Darüber hinaus kann die Zirkulation der Elektrolytlösung Elektrodenräder zu gewährleisten 5 sich radiale Kanäle umfassen und kinematisch mit einer Bremsvorrichtung (nicht gezeigt) verbunden werden, deren untere Drehzahl relativ zu dem Behälter zu gewährleisten 3, die einen dynamischen Fluss von Fluidkanälen erzeugt. Diese konstruktive Lösungen für die vorliegende Erfindung sind nicht enthalten. Was die mathematische Beziehung, die eine klare Drehgeschwindigkeit definiert :



wie oben dann erwähnt, sind die mathematischen Berechnungen zu dieser Abhängigkeit führt, umständlich und Ergebnis in ihrer Anwendung Materialien unpraktisch.

Vorrichtung zur Energieumwandlung arbeitet wie folgt.

Die Vorrichtung in einem sich drehenden Behälter 3 durch den Kanal 6 wird vorgefertigter lieferte das erforderliche Volumen der Elektrolytlösung. Zugleich deckt sie die Elektrodenschicht 5. Der Behälter 3 auf die Geschwindigkeit für die Vorrichtung durch die obige Formel angegebenen beschleunigt. Wenn der bestimmte Parameter niedriger als die berechnete (threshold) Wert ist, stark reduziert Elektrolyseeffizienz mit dem Prozess der Zersetzung von Wasser verbunden sind, oder es wird überhaupt nicht realisiert werden. Bei Erreichen dieser Drehzahl um die Zersetzung von Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff, und die Vorrichtung liefert eine dosierte Strömung von Wasser oder frische Elektrolytlösung in den Behälter 3 durch den Kanal 6 und das Entfernen davon von Wasserstoff, Sauerstoff und andere Zwischen- und Endprodukte des Verfahrens durch die entsprechenden Kanäle 7 und 8.

Während des Betriebs der Vorrichtung durch die Zentrifugalkraft in dem Behälter 3 erzeugt ein künstliches Gravitationsfeld, in dem die Kationen und Anionen in der Form eines Hydrats im wesentlichen unterschiedliche Eigengewicht getrennt. Schwerere Ionen sein elektrisches Feld einander und zu der Lösung der Umfang auf der inneren Oberfläche des Behälters 3 als eine der Elektroden gebildet Zone mit einer höheren Konzentration von ähnlichen Ionen, beispielsweise Anionen, d.h. negativer räumlichen elektrische Ladung, die induziert die äußere Oberfläche beeinflussen 3 eine ausreichende Kapazität Ladung (Potential) der elektrischen Leitfähigkeit.

leichte Ionen wiederum in den Bereich konzentrieren zwischen der Raumladung und die Elektrode 5 mit einer Raumladung (Potential) des entgegengesetzten Vorzeichens zu bilden. Der Abstand zwischen Kationen und Anionen in Lösung auf der Grenze zwischen zwei herkömmlichen räumlichen Ladungen ist immer größer als der Abstand zwischen der Kationen und der Oberfläche der Kathode, und folglich wird die elektrische Feldstärke in diesem Fall höher. Aus diesem Grund entstand werden Gleichgewicht gebrochen werden und auf der Elektrode 5 aufgebrochen, wenn das Potential ausreichend ist, um ein elektrisches Feld zu schaffen, das Hydrathüllen leichter Ionen verformen kann. Dann nähern sie sich um die Oberfläche der Elektrode 5 und entladen. Schwere Ionen, die durch die Zentrifugalkraft an die Oberfläche der anderen Elektrode 4 gedrückt kann nicht abgesehen von der Lösung sein, so geben sie auf ihre Ladeelektrode 4 und zwischen ihnen durch einen Schleifkontakt 11 kurzgeschlossen durch einen Leiter oder einem konstanten elektrischen Strom fließt. erholen elektrolytische Ionen Wasserstoff und Sauerstoff, und die Zwischenprodukte der Elektrolyse treten in sekundären Wasser-Reaktion zu bilden. Somit kann die erfindungsgemäße Vorrichtung für die elektrische Energie, die durch fließende Strom redox chemischen Reaktionen an den Elektroden erzeugt umwandelt und nicht umgekehrt, was der Fall bei dem bekannten Stand der Technik Vorrichtung ist.

Die Reaktionen der Bildung von molekularem Wasserstoff und Sauerstoff ist exotherm, was die Möglichkeit einer spontanen Ströme zeigt, aber nur überwunden, wenn die Hydratation Kräfte Energiebarriere aufgebauten Verbindungen. Diese Barriere wird durch mechanische Gebiet der künstlichen Schwerkraft zerstört. Gemäß dieser Prozess unumkehrbar wird und erhält einen stetigen langfristiger Natur, als Feld ständig angegeben, und Ionen Entladung (Rückgewinnung) zu ersetzen, geben Sie die neue Lösung von den anderen Schichten. Wiederhergestellte Wasserstoff und Sauerstoff Schwimmers zu der Mitte des Behälters 3, getrennt durch einen Separator 10, falls notwendig, und werden dort durch die jeweiligen Kanäle entfernt 7 und 8 eine Lösung der erfassten Bewegungsmenge zu geben, und somit eine Verringerung der Kosten der mechanischen Energie an der Antriebseinheit ermöglicht.

Leistung der beanspruchten Vorrichtung für Wasserstoff wird durch Ändern der Frequenz des Drehens des Behälters 3 oder der Wert des ohmschen Widerstandes der externen elektrischen Last des Verbrauchers gesteuert. Auf seinem Minimalwert, das heißt, Kurzschluss (Kurzschluß-Elektroden), die Spannung an den Elektroden ist gleich der Summe der Konzentration der Potentialdifferenz und eine elektromotorische Kraft (EMF) des Zentrifugalfeldes, und wenn der externe Widerstand ansteigt, ausreichend um die Spannung an den Elektroden erhöhen und den Strom zur Last des Verbrauchers zu verringern . In dieser Hinsicht unterscheidet sich die beanspruchte Vorrichtung wesentlich von den bekannten elektrochemischen und elektromagnetischen Energiequellen und Stromrichter.

Darüber hinaus sollte der Arbeitsprozess der beanspruchten Vorrichtung aufgezeichnet und andere Merkmale werden.

Der Prozess der Zersetzung von Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff durch Reduktion ihrer Ionen durch Abnahme der Enthalpie der Lösung begleitet, die Lösungstemperatur konstant abnimmt verursacht, und wenn nicht, den Wärmeverlust zu ergänzen, wird die Lösung einfrieren und den Prozess zu stoppen. Aus diesem Grund wird die Lösung erwärmt. In dem Fall, dass der Zustrom von Wärme unzureichend ist, wird die Temperatur der Lösung unter die Umgebungstemperatur, und schaffen die notwendigen Voraussetzungen für die Aufnahme von Wärme in der externen Wärmepumpe Elektrogewinnung. Das Gerät in diesem Modus befindet, minderwertige thermische Energie wandelt chemische Energie in Hochwasser aus dem Wasserstoff und Sauerstoff gewonnen wird. Dies ermöglicht die Verbrennung wieder nach der thermischen Energie zu erhalten, aber eine höhere Kapazität, dh maximale Fokus (Transformation) zu verwenden.

Es sollte beachtet werden, dass das Gerät auf die thermische Energie infolge der mechanischen Arbeit von der Verformung des Hydrats Bindungen gelieferten Ionen in einer wässrigen Elektrolytlösung gleichzeitig potentielle chemische und elektrische Energie vollständig umgewandelt. Seine Gesamtwirkungsgrad deutlich größer als der Prototyp, und ein Durchschnitt von mindestens 0,8. In der obigen Winkelgeschwindigkeit Behälter 3 vollständig elektrische Leistung zu überwinden internen ohmschen Widerstand der Vorrichtung verbraucht empfangen, und im Falle der Schwellenfrequenz übersteigt überschüssiges Eingabe mechanische Energie erzeugt bereits elektrische Energie externe Kraft (weil die Stromdichte ein Maximum oder Sättigungszustand erreicht, und die Spannung erhöht, ohne bound), die wiederum bereits in der Lage ist, die Arbeit an den Verbraucher zu erzeugen. Somit wird das Gerät zur thermochemischen Eigenschaften Quelle (Generator) des elektrischen Stroms, der frei mit einer Seiten Release Wasserstoff, Sauerstoff und Wärme-Absorption.

Somit ist eine Vorrichtung zur mechanischen und thermischen Energie in elektrische und chemische Energie umzuwandeln.

Das Design der beanspruchten Vorrichtung zur Energieumwandlung ist recht einfach. Es ist sowohl in Form von Geld erzeugt, und die Massenproduktion üblichen strukturellen Materialien und bekannten Elektrolyten. Mit hohen spezifischen Indikatoren wie die Massenwärmekapazität von 17-40 kJ · kg -1 Lösung von Wasserstoffkapazität von 15 bis 35 mol · m -2 · s -1 - Elektrode und das durchschnittliche Volumen der elektrischen Leistung von etwa 2,2 MW · m -3 dieses Gerät kann verwendet werden, zum Beispiel in der Einheit mit dem Fahrzeug Verbrennungsmotor, Traktor, Lokomotive Flugzeuge, Schiffe und andere Fahrzeuge, die Erhöhung ihrer Treibstoffeffizienz um die Hälfte, mit Dampfturbinen von thermischen und Kernkraftwerke, aber auch Stand-alone-Version für die Nutzung von industriellen Wärme in der Metallurgie oder natürliche Landwirtschaft.

FORDERUNGEN

Die Vorrichtung zur Energieumwandlung, beispielsweise durch Elektrolyse, umfassend das Drehen eines Behälters aus einer Welle mit Elektrolytlösung gefüllt ist, auf dem Rahmen montiert und mit einem Drehantrieb verbunden ist, wobei die Elektroden a und Elektrolytlösungszufuhrkanal in dem Behälter und das Entfernen der Produkte der Elektrolyse, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung versehen ist mit einen Wärmetauscher, oder die Elektroden miteinander kurzgeschlossen sind, oder in dem Verbraucher über eine Leistungsschaltung verbunden ist, und die Fähigkeit, einen Satz von Winkelgeschwindigkeit zu schaffen, Dreh durch die folgende mathematische Beziehung definiert ist:



wobei q a, q k - elektrischen Ladungen des Anions und Kations des Elektrolyten, Cl, in einem stöchiometrischen Verhältnis;

T - absolute Temperatur der Lösung, K;

m - Massendifferenz hydratisierte Kationen und Anionen kg;

- Lineare Konzentration von schweren Ionen, m -1, 10 = (C · N) 1/3,

wobei C - molaren Konzentration der Lösung mol L -1;

N - Anzahl der Avogadro, mol -1;

h - Höhe der Säule der Lösung, m;

K - der Grad der Dissoziation des Elektrolyten 10 -2%;

R - Radius des Innenbehälters, m;

- Temperaturkoeffizient der Änderung der Hydratisierung der Bindungsenergie, K -1;

0 - absolute Dielektrizitätskonstante, S · m -1;

- Die relative Dielektrizitätskonstante von Wasser;

r in - der effektive Radius des Wassermoleküls, m;

r u - der effektive Radius eines schweren Ionen, m.

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Erscheinungsdatum 14.02.2007gg