МАЛОЗАТРАТНЫЙ МЕТОД ПОЛУЧЕНИЯ ВОДОРОДА

Устройство для получения водорода, кислорода, электроэнергии и тепла из жидкостей 
Заявка на изобретение ФИПС №2004132026
Пол Решение ФИПС на данный патент уже получено

Дудышев Валерий Дмитриевич, Россия, Самара
Самарский технический университет

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

  Полезная модель относится к устройствам получения водорода, кислорода, электроэнергии и тепла из жидкостей, например, из воды.

  Наиболее близким устройством того же назначения к заявленной полезной модели по совокупности признаков является устройство получения водорода электролизом, -электролизер, содержащий ёмкость с жидкостью, два электрода, погружённые в эту жидкость и источник постоянного тока, присоединённый к этим электродам (прототип –электролизер- общеизвестен см. например, Физический энциклопедический словарь, М, 1984 г., с.871).

  Целью изобретения является снижение энергетических затрат для получения водорода, кислорода, электроэнергии и тепла.

  При всех достоинствах прототипа, следует отметить то, что для получения водорода в существующем прототипе необходимо пропускание через электролит больших электрических токов, т.е. прототип энергозатратен и имеет низкий кпд. Кроме того, известное устройство – электролизер не позволяет эффективно получать водород из слабопроводящих и диэлектрических жидкостей.

  Технический результат, данной полезной модели состоит в усовершенствовании известного устройства, приводящего к экономии электроэнергии и повышению его производительности за счет использования кулоновских сил электрического поля, капиллярного эффекта, электроосмоса, эффектов эмульгации, кавитации, и разнообразной активизации любой жидкости, и например, эмульсий жидкостей, содержащих большое количество водорода.

  Указанный технический результат достигается тем, что в известном устройстве, содержащем ёмкость с жидкостью, два электрода, частично или полностью погруженные в жидкость, источник постоянного тока, присоединённый к этим электродам, причем в жидкость погружен первый электрод, электрически присоединённый например, через высоковольтный преобразователь напряжения, например, к его отрицательному выходному электрическому потенциалу, а второй электрод вынесен за пределы жидкости на расстояние недопущения электрического пробоя источника напряжения на жидкость и присоединён к противоположному электрическому потенциалу этого высоковольтного преобразователя напряжения, причем высоковольтный преобразователь напряжения может быть выполнен в виде маломощного преобразователя постоянного, импульсного или переменного напряжения, который по низковольтной стороне электрически присоединен к источнику низкого напряжения, например, 220 вольт, а по высоковольтной стороне присоединен к упомянутым электродам. Преобразователь напряжения может быть выполнен например, в виде генератора высоковольтных импульсов, например, с регулируемой частотой и скважностью, например в виде индуктивно-транзисторного блокинг-генератора, или в виде высоковольтного резонансного трансформатора Тесла, и (или) реверсивного типа, с циклом реверса в зависимости от производительности получаемого водорода, причем диапазон изменения амплитуды, скважности и частоты этих импульсов выбирают из условия обеспечения максимальной производительности водорода.

  Устройство выполнено в виде регулируемого электроосмотического насоса, например, содержащего капиллярный материал, полностью или частично погруженный в жидкость, электроды, когда хотя бы один из которых погружен в жидкость, и высоковольтный преобразователь напряжения, присоединенный к этим электродам, причём капиллярный элемент выполнен, например, из синтетического пористого материала, например, жгут стекловолокна, с микронным диаметром отверстий капилляров, с ориентацией капиллярного элемента направлением волокон капилляров перпендикулярно поверхности жидкости, и с выступом капиллярного элемента выше уровня поверхности жидкости, и с размещением одного электропроводящего электрода, например в виде плоскости, под нижним срезом капиллярного элемента, погруженного в самой жидкости, а размещение второго электрода выше поверхности торца капилляров, например, по условию недопущения электрического пробоя высоковольтного источника напряжения через эти электроды, причем капиллярный элемент может быть составным, например может содержать первый капиллярный элемент полностью погруженный в жидкость и второй капиллярный элемент иного диаметра, и соприкасающийся с первым капиллярным элементом, например, с одинаковыми диаметрами отверстий капилляров и одинаковым направлением волокон капилляров, но с другой толщиной жгута капилляров, с диаметром жгута второго капиллярного элемента равным, например, диаметру емкости, и размещением второго капиллярного элемента, например, на поверхности жидкости. Первый электрод выполнен в виде электропроводящего, например, металлического стержня, плоскости и (или) системы стержней, плоскостей, размещенного горизонтально и (или) вертикально, в емкости с жидкостью, например с касанием этим электродом внутренней поверхности электропроводящей ёмкости, а второй электрод размещен подвижно над емкостью, причем электроды могут быть оснащены острыми выступами на своих поверхностях, например заостренные шипы, иглы, например, в направлении вектора электрического поля между ними и они вставлен (ы) в пористый электропроводящий капиллярный материал, например, углеродно-волокнистый карбонезированный активированный материал, размещенный в жидкости частично или полностью, первый электрод и может быть выполнен в виде объемного элемента, например, выполненного посредством связанных между собой тонких электропроводящих нитей металлической проволоки, например, из нержавеющей стали, например, с касанием электрода внутренней поверхности ёмкости, выполненными, например, из металла, например с платиновым, серебряным или золотым покрытием, причём снаружи и (или) внутри электрода, погруженного в жидкость, может быть размещён пористый, капиллярный элемент, например, поролон, занимающему полный или частичный объём жидкости в ёмкости или может быть выполнен в виде сосуда-адсорбента или просто сосуда, присоединённого к аккумулятору водорода и через реверсивный клапан к аккумулятору кислорода, электроды размещены подвижно относительно друг друга таким образом, чтобы изменять передвижением величину напряженности электрического поля, при условии преимущественно перпендикулярности силовых электрических линий (вектора) электрического поля между ними по отношению к поверхности жидкости. В качестве жидкости может быть использован любой водный раствор, например, вода, электропроводная жидкость, например, морская вода, диэлектрическая жидкость, например, водный раствор углеводородов, спирты, водотопливные эмульсии, органические отходы, устройство снабжёно устройством получения двухфазной среды жидкости, например, вакуумным насосом, дополнительным устройством подогрева жидкости, например, в виде теплообменника, использующего солнечную энергию и (или) любое бросовое тепло, например, теплообменника, размещенного на выпускных трактах теплоэнергетических установок, выпускных коллекторов тепловых двигателей, теплогенератором, устройством перемешивания жидкостей - эмульгатором жидкости с иными компонентами, например, с органическим топливом, спиртом, размещённым, например, в ней и (или) вне ёмкости с жидкостью, кавитатором, выполненным, например, в виде ее внутренней шероховатой боковой поверхности самой ёмкости, причем кавитатор размещен непосредственно в емкости, устройство перемешивания для диэлектрических жидкостей выполнено в виде электростатического двигателя с жидким диэлектрическим ротором, в качестве которого использована сама жидкость, а в качестве источника - преобразователя использован импульсный высоковольтный преобразователь, а устройство перемешивания электропроводных жидкостей выполнено в виде регулируемого электромагнитного двигателя с жидким электропроводящим ротором, в качестве которого использована сама электропроводящая жидкость.

  Устройство снабжёно дополнительным устройством активизации жидкости, размещённым, например, в ней и (или) вне ёмкости с жидкостью причём активизатор выполнен в виде маломощного и малогабатаритного источника регулируемого по интенсивности радиактивного излучения, например с использованием радиоактивных отходов, например, размещенного в виде тонкого слоя на специальном быстросъемном покрытии на внутренней поверхности емкости и (или) непосредственно над уровнем жидкости, например, в ее двухфазной среде, активизатор жидкости, например, воды, выполнен в виде электрохимического активизатора и сепарирования жидкости на кислотную и щелочную компоненты, и содержит дополнительный источник напряжения, например, импульсного типа, полупроницаемую диафрагму (мембрану), размещённую вертикально в ёмкости с жидкостью, разделяющую эту ёмкость на две части и 2 электрода, размещённые соответственно в первой и второй части ёмкости, электрически присоединённых к выходам дополнительного источника напряжения, например, с регулируемой амплитудой и частотой импульсов напряжения, причем в качестве этих электродов могут быть использованы и рабочие электроды, размещенные в каждую из двух полостей емкости отдельно, а в качестве преобразователя, регулируемый высоковольтный преобразователь напряжения, присоединенный выходными электрическими потенциалами к этим электродам.

  Устройство снабжёно устройством диссоциации испаряемой электрическим полем жидкости, например, посредством электроосмотического насоса, в виде ионов, пара жидкости, гидроксидов и пр., который содержит устройство поперечного отклонения всех электрически заряженных частиц испаренной, например, электроосмосом, двухфазной среды над поверхностью жидкости и устройство раздельного восстановления этих ионов до газов, например, два дополнительных подвижных электрода, например, плоских, размещённых над жидкостью, например, с их плоскостями, перпендикулярно поверхности жидкости, и электрически присоединённых к регулируемой электрической нагрузке, согласованной по величине с вырабатываемым электроэнергией, дополнительному преобразователю (источнику) высокого напряжения, например, в виде генератора высоковольтных импульсов с регулируемой частотой и скважностью, например с диапазоном частот, перекрывающим резонансные частоты возбуждения испаренных молекул жидкости и ее ионов, причем электрические цепи генератора импульсов и электрической нагрузки электрически развязаны, например, диодами, и устройство, отклоняющее ионы над уровнем испаренной жидкости, выполнено в виде электромагнита.

  Устройство дополнительно снабжёно генераторами звуковых колебаний и их излучателями, например, низкочастотным и высокочастотным генераторами звуковых колебаний, причём излучатели низкочастотного генератора размещёны непосредственно в жидкости или вне её, и в качестве излучателей могут быть использованы сами электроды, генератор низкочастотного диапазона настраивается на диапазон частот возбуждения всего объёма жидкости, генератор высокочастотного диапазона настраиваются на диапазон частот возбуждения молекул жидкости, причём излучатели высокочастотного генератора в ультразвуковом диапазоне частот, размещёны непосредственно в самой ёмкости с жидкостью или в зоне испаренной двухфазной среды, например, выше её поверхности, и генераторы звуковых колебаний снабжёны устройством управления частотой колебания.

  Устройство снабжено устройством импульсного электрического разряда в жидкости и (или) в двухфазной среде, например, над поверхностью жидкости, содержащим преобразователь (и)регулируемого импульсного напряжения и электроды, размещенные на расстоянии достаточном для возникновения импульсного электрического разряда.

  Устройство снабжено раздельными аккумуляторами получаемого водорода и кислорода, соединенными с генераторами и приемниками этих газов, например, электродами и (или) один или все из этих электродов, может (могут) быть выполнен (ы) в виде газоадсорбента, например, в виде пористого металлодиэлектрического аккумулятора водорода.

Рис. 1

Рис. 2

  На рис. 1. показан простейший электроводородный генератор, содержащий ёмкость 1 с жидкостью 2, два электрода 3, 4, один из которых, катод 3 погружён в эту жидкость 2, а второй электрод 4 вынесен за пределы жидкости 2, причём оба электрода 3, 4 присоединены к разноимённым электрическим потенциалам высоковольтного регулируемого преобразователя напряжения 5, присоединённого к первичному источнику электроэнергии, на рис. 1 он не показан. Устройство 6 управления величиной напряжения и частоты присоединено к преобразователю напряжения 5, причём преобразователь 5 выполнен реверсивным для цикличного изменения знака напряжения на катоде 3 с целью поочерёдного извлечения их жидкости водорода и кислорода.

  На рис. 1 показан и преобразователь высоковольтного знакопеременного напряжения, выполненный, например, в виде высоковольтного трансформатора напряжения 7, подключаемого, при необходимости, через переключатель 8 к катоду 3, причём эти преобразователи напряжения 5 и 7 могут использоваться раздельно и (или) совместно и (или) поочерёдно. На рис. 1 показан и газоприёмник 9 и аккумулятор водорода 10, вакуумный насос 11, устройство подогрева жидкости в виде теплообменника 12, получаемого тепло от теплогенератора 13, эмульгатором жидкости 14.

  На рис. 2 показан электроосмотический насос, содержащий капиллярный элемент, в виде составного капиллярного жгута, содержащего погружённого в жидкость два капиллярных элемента 11 и 12, причём капиллярный элемент 11 с электродом (ами) 3 полностью погружён в жидкость 2, а капиллярный элемент 12 с электродом (ами) 4 находится на поверхности жидкости 2.

  На рис. 3 показан вариант исполнения капиллярного элемента 11 с электродом 3, выполненного в виде сосуда 13, присоединённого к аккумулятору водорода 10 и через реверсивный клапан 14 к аккумулятору кислорода 15.

  На рис. 4 показано устройство перемешивания диэлектрических жидкостей, состоящего из электростатического двигателя.

Рис. 3

Рис. 4

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Устройство для получения водорода, кислорода, электроэнергии и тепла из жидкостей, далее устройство, содержащее ёмкость с жидкостью, два электрода, погружённые полностью или частично в эту жидкость и источник электроэнергии, присоединённый к этим электродам, отличающееся тем, что в жидкость погружен первый электрод, присоединённый, например, к отрицательному электрическому потенциалу источника, постоянному или пульсирующему во времени напряжения, а второй электрод вынесен за пределы жидкости на расстояние достаточным для недопущения электрического пробоя источника напряжения через электроды на жидкость, и присоединён к противоположному электрическому потенциалу этого источника.
2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что оно снабжено высоковольтным (ми) преобразователем (ями) напряжения, например, постоянного, пульсирующего или переменного напряжения, который (е) по низковольтной стороне электрически присоединен (ы) к первичному источнику электроэнергии, а по высоковольтной стороне к электроду (ам), размещенному (ым) в жидкости и вне её.
3. Устройство по п.1, 2отличающиеся тем, что один из преобразователей напряжения выполнен например, в виде генератора высоковольтных импульсов, например, с регулируемой частотой и скважностью, например, в виде автогенератора индуктивно-транзисторного типа, например в виде импульсного блокинг-генератора, в виде резонансного высоковольтного трансформатора Тесла, и (или) иного преобразователя высокого напряжения реверсивного типа, с регулированным циклом реверса в зависимости от производительности получаемого водорода, причем диапазон изменения амплитуды, скважности и частоты этих импульсов напряжения выбирают из условия обеспечения максимальной производительности водорода для конкретной жидкости.
4. Устройство по п. 1-3, отличающееся тем, что в качестве жидкости используется любой водный раствор, например, вода, электропроводная жидкость, например, морская вода, диэлектрическая жидкость, например, водный раствор углеводородов, спирты, водотопливные эмульсии, органические отходы.
5. Устройство по п. 1-4, отличающееся тем, что первый электрод выполнен в виде электропроводящего, например, металлического стержня, плоскости и (или) системы стержней, плоскостей, размещенной горизонтально и (или) вертикально, в емкости с жидкостью, например с касанием этим электродом внутренней поверхности электропроводящей ёмкости, а второй электрод размещен подвижно над емкостью, причем электроды могут быть оснащены острыми выступами на своих поверхностях, например заостренные шипы, иглы, например, в направлении вектора электрического поля между ними 
6. Устройство по п. 1-5, отличающееся тем, что, снаружи и (или) внутри первого электрода, погруженного в жидкость, размещён пористый, капиллярный элемент, например, синтепон, поролон, или сам он выполнен из углеродно-волокнистого карбонизированного активированного материала, размещенного в жидкости частично или полностью.
7. Устройство по п. 1-6, отличающееся тем, что первый электрод выполнен в виде объемного элемента, например, выполненного посредством связанных между собой тонких нитей металлической проволоки, например, из нержавеющей стали, например, с касанием электрода внутренней поверхности ёмкости, выполненными электропроводными, например, из металла, например с платиновым или золотым покрытием.
8. Устройство по п. 1-7, отличающееся тем, что электрод, погруженный в жидкость, выполнен в виде пористого электропроводящего материала в виде сосуда, присоединённого к аккумулятору водорода и через реверсивный клапан к аккумулятору кислорода
9. Устройство по п.1-8, отличающееся тем, что электроды размещены подвижно относительно друг друга таким образом, чтобы изменять передвижением величину напряженности электрического поля, при условии преимущественно перпендикулярности силовых электрических линий(вектора) электрического поля между ними по отношению к поверхности жидкости.
10. Устройство по п. 1-9, отличающееся тем, что оно снабжено устройством перемешивания жидкости, устройством активизации жидкости, испарителем жидкости, активизатором и диссоциатором испарённого пара, устройством раздельного сбора и аккумулирования водорода и кислорода, и устройством генерации электроэнергии.
11. Устройство по п. 1-10, отличающееся тем, что устройство перемешивания жидкости (ей) снабжён, например, эмульгатором жидкости (ей) с иными компонентами жидкости, например, с органическим топливом, спиртом, размещённым, например, в ней и (или) вне ёмкости с жидкостью, и (или) кавитатором, причем он размещен непосредственно в емкости, и выполнен, например, в виде ее внутренней шероховатой боковой поверхности
12. Устройство по п. 1-11, отличающееся тем, что устройство перемешивания диэлектрических жидкостей выполнено в виде электростатического двигателя с жидким диэлектрическим ротором, в качестве которого использована сама жидкость, а в качестве источника - преобразователя использован импульсный высоковольтный преобразователь.
13. Устройство по п. 1-12, отличающееся тем, что устройство перемешивания электропроводных жидкостей выполнено в виде регулируемого электромагнитного двигателя с жидким электропроводящим ротором, в качестве которого использована сама электропроводящая жидкость.
14. Устройство по п. 1-13, отличающееся тем, что устройство активизации жидкости, размещёно, например, в ёмкости с жидкостью и (или) вне её.
15. Устройство по п. 1-14, отличающееся тем, что устройство активизации выполнено в виде маломощного и малогабаритного источника регулируемого по интенсивности радиоактивного излучения, например, радиоактивные отходы, например, размещенного в виде тонкого слоя на специальном быстросъемном покрытии внутренней поверхности емкости и (или) непосредственно над уровнем жидкости, например, в ее двухфазной среде.
16. Устройство по п. 1-15, отличающееся тем, что устройство активизации жидкости, например, воды, выполнен в виде электрохимического активизатора и сепарирования жидкости на кислотную и щелочную компоненты, и содержит дополнительный регулируемый по амплитуде, частоте и напряжению высоковольтный преобразователь напряжения, например, импульсного типа, полупроницаемую диафрагму (мембрану), размещённую вертикально в ёмкости с жидкостью, разделяющую эту ёмкость на две части и 2 электрода, размещённые соответственно в первой и второй части ёмкости, электрически присоединённых к выходам дополнительного преобразователю напряжения, например, причем в качестве этих электродов могут быть использованы и рабочие электроды, размещенные в каждую из двух полостей емкости отдельно.
17. Устройство по п. 1-16, отличающееся тем, что устройство активизации жидкости выполнено, например, в виде устройства (в) импульсного электрического разряда в жидкости и (или) в двухфазной среде, например, над поверхностью жидкости, содержащим преобразователь (и)регулируемого импульсного напряжения и электроды, размещенные на расстоянии достаточном для возникновения импульсного электрического разряда.
18. Устройство по п. 1-17, отличающееся тем, что испаритель жидкости размещён, например, в ёмкости с жидкостью и (или) вне её и выполнен в виде термического нагревателя жидкости, например, утилизатора бросовой тепловой энергии или в виде кавитационного вихревого теплогенератора.
19. Устройство по п. 1-18, отличающееся тем, что испаритель жидкости снабжён устройством получения двухфазной среды жидкости, например, вакуумным насосом.
20. Устройство по п. 1-19, отличающееся тем, что испаритель жидкости выполнен в виде электроосмотического насоса, содержащего например, капиллярный элемент, частично или полностью погруженный в жидкость, электроды, размещенные с обоих торцов этого капиллярного элемента, и высоковольтный преобразователь напряжения, присоединенный к этим электродам.
21. Устройство по п.1-20, отличающееся тем, что капиллярный элемент, выполнен, например, в виде синтетического пористого материала, например, с микронным диаметром отверстий капилляров, например, в виде жгута оптостекловолокна, углеродно–волокнистого карбонизированного активированного материала, с преимущественной ориентацией направления волокон (капилляров) пористого, капиллярного элемента, перпендикулярно поверхности жидкости, и параллельно силовым линиям электрического поля, и с выступом капиллярного элемента выше уровня поверхности жидкости, с размещением одного электропроводящего электрода, например, в виде плоскости, под нижним срезом капиллярного элемента, погруженного в самой жидкости, и размещение второго электрода выше поверхности торца капилляров, например, на расстоянии по условию недопущения электрического пробоя высоковольтного источника напряжения через эти электроды и капиллярный элемент.
22. Устройство по п. 1-21, отличающееся тем, что испаритель выполнен в виде низкочастотного генератора звуковых колебаний и излучателей этих колебаний, размещённых в жидкости и на поверхности ёмкости с жидкостью, ультразвукового генератора и излучателя (ей) этих колебаний, размещённого (ых) в жидкости, на поверхности жидкости и (или)над жидкостью, а и подвижные электроды, размещённые, например в жидкости, на её поверхности и (или) выше поверхности жидкости, и присоединённые электрически к разноимённым электрическим потенциалам высоковольтного преобразователя напряжения, причем генераторы звуковых колебаний снабжёны устройством управления частотой колебания, в диапазоне резонансных частот возбуждения всего объёма жидкости и её молекул.
23. Устройство по п. 1-22, отличающееся тем, что оно снабжён устройством диссоциации испаряемой электрическим полем жидкости, например, посредством электроосмотического насоса, в виде ионов, пара жидкости, гидроксилов и пр., который содержит устройство поперечного отклонения всех электрически заряженных частиц испаренной, например, электроосмосом, двухфазной среды над поверхностью жидкости и устройство раздельного восстановления этихионов до газов, например, устройство, отклоняющее ионы над уровнем испаренной жидкости и выполнено в виде (электро) магнита а и два дополнительных подвижных электрода, например, плоских, размещённых над жидкостью, например, с их плоскостями, перпендикулярно поверхности жидкости, и электрически присоединённых к регулируемой электрической нагрузке, согласованная по величине с вырабатываемым электроэнергией, дополнительному преобразователю (источнику) высокого напряжения, например, в виде генератора высоковольтных импульсов с регулируемой частотой и скважностью, например с диапазоном частот перекрывающим резонансные частоты возбуждения испаренных молекул жидкости и ее ионов, причемэлектрические цепи генератора импульсов и электрической нагрузки электрически развязаны, например, диодами.
24. Устройство по п. 1-23, отличающееся тем, что оно снабжено раздельными аккумуляторами получаемого водорода и кислорода, соединенными с генераторами и приемниками этих газов, например, электродами и (или )один или все из этих электродов, может (могут) быть выполнен (ы) в виде газоадсорбента, например, в виде пористых металлодиэлектрических аккумуляторов водорода и кислорода.
25. Устройство по п. 1-24, отличающееся тем, что оно снабжёно дополнительно генератором (ами) звуковых колебаний, например, в ультразвуковом диапазоне частот, размещённом (ых) непосредственно в самой ёмкости с жидкостью или в зоне испаренной двухфазной среды, например, выше её поверхности, причём в качестве резонатора может быть использована сама ёмкость с жидкостью, причем генератор звуковых колебаний снабжён устройством управления частотой колебания, с диапазоном изменения частот колебаний в диапазоне резонансных частот возбуждения молекул жидкости по критерию максимальной производительности получения водорода.

ВНИМАНИЕ !

Чертежи опытных установок - пояснения к изобретению - являются НОУ-ХАУ автора и предоставляются
по ЗАПРОСУ на коммерческой основе

Версия для печати
Автор: Дудышев Валерий Дмитриевич
P.S. Материал защищён.
Дата публикации 27.02.2005гг

---

---