GE P 2014 6048 B:
Изобретение относится к устройствам для получения водорода.
В настоящее время водород получают в основном из природного газа. Эта технология, хотя и достаточно энергетически выгодна, но не считается перспективным направлением, поскольку природный газ сжижается, и при производстве водорода по этой технологии выделяются парниковые газы. Следовательно, эта технология не может решить проблему глобального потепления. Эти же особенности характеризуют технологию получения водорода из угля и биомассы. Единственным экологически чистым способом получения водорода является электролиз, однако его высокая энергозатратность препятствует коммерциализации этого направления. Эту задачу решает настоящее изобретение, в котором предлагается новый кавитационно-электролитический способ получения водорода, который не только существенно снижает энергозатраты при производстве водорода, но и удешевляет само устройство. Известно несколько методов электролиза, имеющих свои сильные и слабые стороны. Особого внимания заслуживают высокотемпературные и высоконапорные технологии электролиза. Изобретение сочетает в себе сильные стороны этих технологий и не содержит их отрицательных свойств. Например, при кавитации локально в кавитационных пузырьках генерируются высокие температуры и высокие давления, равные тысячам градусов – в этой технологии уже нет необходимости помещать очищенную воду в емкости, устойчивые к высокому давлению, поскольку высокое давление локализовано. в кавитационном пузыре этот факт тормозит технологию, так как емкости, устойчивые к высокому давлению, сами по себе достаточно дороги. Данная технология также не требует дополнительного подвода тепла для достижения высоких температур, что существенно повышает энергетические показатели. В обычных электролизерах используются химически активные катализаторы, поэтому сами электроды требуют покрытия драгоценными металлами. Предлагаемая технология не требует использования драгоценных металлов и вследствие этого значительно дешевле существующих электролизеров.
Фактически представлено новое устройство для получения водорода, которое по сути представляет собой кавитационный физико-химический реактор, или электролизер. Наиболее близким к изобретению является кавитационный генератор водорода, представленный в Патенте США
US6719817B1 "Cavitation hydrogen generator", в котором используется только гидравлическая кавитация. В изобретении также эффективно используется метод нелинейного электролиза, в результате чего повышается эффективность устройства по сравнению с прототипом. А что касается нелинейного электролитического устройства Мейера, модифицированный способ которого использован в изобретении, то оно без модификации имеет ограничение производительности. В данном устройстве эта проблема решена. От обычных электролизных аппаратов устройство отличается главным образом использованием кавитации. Само явление кавитации интересно своим многообразием, противоречиями и удивительными открытиями. Кавитация определяется как явление капли жидкости, когда в ней создается отрицательное давление. Разгерметизация, вызывающая кавитацию, может осуществляться различными способами: обтеканием жидкостью препятствия, движением твердого тела с большой скоростью против жидкости, растяжением жидкости поршнем, быстрый отрыв поршня от жидкости, передача ударной нагрузки на жидкость, завихрение жидкости. Известна также ультразвуковая или акустическая кавитация. Соответственно, мы имеем два типа кавитации в жидкости: акустическую и гидродинамическую. Отдельного упоминания заслуживает ультразвуковая кавитация, лежащая в основе явления сонолюминесценции и относящаяся к области сонохимии. В отличие от химических эффектов гидродинамической кавитации, химия ультразвуковой кавитации, или сонохимия, относительно хорошо изучена. В воде при ультразвуковой обработке развиваются следующие реакции:
(формула 1, см. оригинальный патент)
Из-за высокой температуры в кавитационном пузыре может развиться следующее термическое разложение:
(формула 2, см. оригинальный патент)
Как мы видим, при ультразвуковой кавитации образуется водород, и этот факт не является новым для науки, но эти процессы характеризуются высокой скоростью рекомбинации, поэтому ультразвуковую кавитацию для получения производственного водорода не используют. Небольшой взрыв кавитационного пузыря приводит к высокой температуре (5000 С), высокому давлению ( 1000 атм) и очень высокой скорости нагрева (>100 С/сек), что приводит к уникальному взаимодействию материи и энергии. Эти экстремальные условия вызывают образование водородных связей. вода разрушается и образуются кластеры. В результате снижается энергия, необходимая для электролиза. Одной из задач изобретения является разработка модели турбулентной кавитации и теоретическое исследование водородных связей в воде, как они влияют на структуру воды. Увеличение эффективности электролиза. Своеобразная плазма. Известно также, что плазмохимические методы получения водорода являются одними из наиболее эффективных плахмохимических процессов, получаемых за счет высокочастотного воздействия на воду. Поэтому применяется электролиз. Достигается максимальный энергетический эффект. В устройстве используется совершенно новая электролитно-кавитационная технология получения дешевого водорода. Электролизер, полученный по этой технологии, будет примерно в 10 раз дешевле существующих прототипов. В этой технологии также получено весьма существенное снижение энергопотребления по сравнению с энергетическими характеристиками существующих прототипов. По сути, изобретение представляет собой устройство для получения водорода, которое по своей основной особенности представляет собой кавитационный физико-химический реактор или электролизер. В изобретении использован совершенно новый подход к электролизу - кавитационно-электролитический метод, основанный на изучении фундаментальных свойств воды - изучении V-водородной связи в воде и ее влиянии на свойства водорода, исследовании эффекта кавитации и его влияния на фундаментальные свойства воды и ее использование для электролиза. Устройство кавитационного электролитического получения водорода показано на рис. 1. Цифры обозначают:
1, 2 – электроды, цилиндрические катод и анод, 3 – кавитатор, 4 – водяной насос, 5 – модулятор, 6, 7 – кислородные и водородные сосуды, б – источник энергии. Электроды 1, 2 – анод и катод – изготовлены из нержавеющей стали. Кавитатор 3 содержит вход и выход воды, водяной насос 4 подбирается по интенсивности производства водорода, модулятор 5 содержит элементы резонансного контура, источник питания 8 подает импульсный ток. Водородное кавитационно-электролитическое устройство работает следующим образом: с помощью насоса (4) вода подается снизу в кавитатор (3), где она подвергается турбулентной гидравлической кавитации. Вода продолжает турбулентно закручиваться и кавитировать, движется вверх и попадает между коаксиальными цилиндрическими электродами из нержавеющей стали С, 2) (катод и анод), к электродам подается специальный импульсный высокочастотный ток, модулированный по собственной частоте. На первом электроде – катоде генерируется водород, а на втором (аноде) – кислород. Эффект накопления на этих электродах воды, полученной из кавитационно- и резонансно-разделенной воды, усиливается за счет эффекта центрифугирования воды. Расстояние между электродами должно быть достаточным, чтобы не смешивалась вода, насыщенная водородом и кислородом. Электроды играют роль своеобразного конденсатора в резонансном контуре, который регулируется по частоте. Выбор размера устройства производится с учетом фактора производительности. Соответственно изготавливается модулятор, который включается в цепь между упомянутым источником и катодом. Единственное, что необходимо учитывать – это модуляцию собственной частоты воды. Встроенное устройство не имеет верхнего или нижнего предела производительности. Пройдя пространство электродов, вода, смешанная с водородом и кислородом, поступает по трубопроводам в две разные емкости (сосуды) и подвергается дегазации. Затем вода возвращается в циркулярную систему насосом по трубам, подсоединенным к днищу сосудов, полученные водород и кислород выводятся через газоотводные трубы, подсоединенные к резервуарам водорода и кислорода. Устройство не требует дистиллированной воды и работает на водопроводной воде. Что касается морской воды, ее также можно использовать в устройстве после настройки соответствующей частоты воды. Также считается, что «отходы, полученные в процессе электролиза, следует утилизировать». Формула изобретения. Кавитационно-электролизное устройство для получения водорода, содержащее цилиндрический кавитатор, заполненный водой, расположенные в нем катод и анод, имеющие форму коаксиальных полых цилиндров из нержавеющей стали, циркуляционный водяной насос, соединенный с днищем кавитатора через трубопровод, источник пульсирующего тока, соединенный с катодом и анодом, модулятор, включенный в цепь между указанным источником и катодом, сосуд с водородом, соединенный с верхом кавитатора через трубопровод, сосуд с кислородом, подключенный к к нижней части кавитатора по трубопроводу, к днищу которого через трубопровод подключен водяной насос, газоотводные трубы соединены с сосудами для водорода и кислорода.
Cavitation-electrolysis device for hydrogen generation
Cavitation-electrolysis device for hydrogen generation(Georgian lanq)
