Ультразвуковое устройство и технология разложения воды и получения водорода

Предложен новый оригинальный ультразвуковой электроосмотический водородный генератор, содержащий полую камеру с водным раствором, и размещенные в нем вертикальными капиллярами, с их верхними торцами выше уровня воды, и электроды по торцам этих капилляров, присоединенные к источнику электроэнергии, причем устройство дополнено ультразвуковыми генераторами, размещенными по торцам капилляров и электронным диссоциатором водяного тумана, размещенного над уровнем жидкости, и выполненного в виде двух электродов, присоединенных к электронному генератору высокочастотного импульсного электромагнитного излучения.

Полезная модель относится к электрохимии а конкретнее, к водородной энергетике и может быть полезно использована для получения топливной смеси с высоким содержанием водорода из любых водных растворов.

Известны устройства прямого электрохимического разложения (диссоциации) воды и водных растворов на водород и кислород путем пропускания через воду электрического тока. Их главное достоинство - простота реализации. Главные недостатки известного водородного генератора-устройства-прототипа - низкая производительность, значительные энергозатраты и низкий к.п.д. Теоретический расчет требуемой электроэнергии для выработки 1 м3 водорода из воды составляет 2,94 квт-час, что пока затрудняет использование данного способа получения водорода в качестве экологически чистого топлива на транспорте. (кн. "Химическая энциклопедия", т.1, м., 1988 г., с.401)

Наиболее близким устройством (прототипом) по конструкции и того же назначения к заявленной полезной модели по совокупности признаков является известный электролизер - простейший водородный генератор, содержащий полую камеру с водным раствором(водой), электроды, размещенные в нем, и присоединенный к ним источник электроэнергии (кн. «Химическая энциклопедия", т.1, м., 1988 г., с.401)

Сущность работы прототипа - известного водородного генератора состоит в электролитической диссоциации воды и водных растворов под действием электрического тока на Н2 и О2.

Недостаток прототипа состоит в низкой производительности водорода и значительных затратах электроэнергии.

Целью данного изобретения является модернизация устройства для улучшения его энергетической эффективности.

Технический результат, данной полезной модели состоит в техническом и энергетическом усовершенствовании известного устройства, необходимом для достижения поставленной цели.

Указанный технический результат достигается тем, что известное устройство, содержащее полую камеру с водным раствором, электроды, размещенные в воде, присоединенный к ним источник электроэнергии, дополнено капиллярами, размешенными вертикально в воде, с верхними торцами выше уровня воды, причем электроды выполнены плоскими, один из которых размещены под капиллярами, а второй электрод выполнен сетчатым и размещен над ними, причем источник электроэнергии выполнен высоковольтным и регулируемым по амплитуде и частоте, причем зазор между торцами капилляров и вторым электродом и параметры электроэнергии, подаваемой на электроды выбирают по условию обеспечения максимальной производительности по водороду, причем регуляторами производительности является регулятор напряжения упомянутого источника и регулятор зазора между капиллярами и вторым электродом, причем устройство дополнено также двумя ультразвуковыми генераторами, один из которых размещен под нижним торцом этих капилляров и второй - выше их верхнего торца, причем устройство дополнено также электронным диссоциатором молекул активированного водного тумана содержащим пару электродов, размещенных над поверхностью жидкости, с их плоскостями, перпендикулярно поверхности жидкости, и электрически присоединенных к дополнительному электронному генератору высоковольтных высокочастотных импульсов с регулируемой частотой и скважностью, в диапазоне частот, перекрывающим резонансные частоты возбуждения испаренных молекул жидкости и ее ионов.

ОПИСАНИЕ УСТРОЙСТВА В СТАТИКЕ

Устройство для получения водорода из воды (фиг.1) состоит из диэлектрической емкости 1, с налитой в нее водного раствора жидкости 2, из тонко пористого капиллярного материала 3, частично погруженного в эту жидкость и предварительно смоченного в ней. В состав данного устройства входят также высоковольтные металлические электроды 4, 5, размещенные по торцам капилляров 3, и электрически присоединенные к выводам высоковольтного регулируемого источника знакопостоянного электрического поля 10, причем один из электродов 5 выполнен в виде дырчато-игольчатой пластины, и размещен подвижно над торцом капилляров 3, например, параллельно ему на расстоянии. достаточном для предотвращения электрического пробоя на смоченный фитиль 3. Другой высоковольтный электрод 4 размещен в жидкости параллельно нижнему торцу капиллярного, например, пористого материала 3 Устройство дополнено двумя ультразвуковыми генераторами 6, один из которых размещен в жидкости 2, почти на дне емкости 1, а второй размещен над уровнем жидкости, например на сетчатом электроде 5.

Устройство содержит также электронный диссоциатор молекул активированного водного тумана, состоящий из двух электродов 7, 8, размещенных над поверхностью жидкости, с их плоскостями, перпендикулярно поверхности жидкости, и электрически присоединенных к дополнительному электронному генератору 9 высоковольтных высокочастотных импульсов с регулируемой частотой и скважностью, в диапазоне частот, перекрывающим резонансные частоты возбуждения испаренных молекул жидкости и ее ионов. Устройство дополнено также колоколом 12, размещенным над емкостью 1 - сборным газовым коллектором 12, в центре которого размещен выводной патрубок для вывода топливного газа и Н2 к потребителям. По существу, узел устройства, содержащий электроды 4, 5 с блоков высокого напряжения 10 и капиллярный узел 3 4, 5, 6, является комбинированным устройством электроосмотического насоса и электростатического испарителя жидкости 2 из емкости 1.. Блок 10 позволяет регулировать скважность

импульсов и напряженность знакопостоянного электрического поля от 0 до 30 кВ/см.

Электрод 5 выполнен металлическим дырчатым или сетчатым для обеспечения возможности беспрепятственного пропускания через себя образуемого водяного тумана и топливного газа с торца капилляров 3. В устройстве имеются регуляторы и приспособления для изменения частоты импульсов и их амплитуды и скважности, а также для изменения расстояния и положения электрода 5 относительно поверхности капиллярного испарителя 3(на фиг.1 они не показаны).

ОПИСАНИЕ УСТРОЙСТВА РАБОТЫ УСТРОЙСТВА (РИС.1)

Вначале наливают в емкость 1 водный раствор, например активированную воду или водо-топливную смесь(эмульсию)2. предварительно смачивают ею капилляр 3 - пористый испаритель. Затем включают высоковольтный источник напряжения 10 и подают высоковольтную разность потенциалов к капиллярному испарителю 3, через электроды 4, 5, причем размещают дырчатый электрод 5 выше поверхности торца капилляров 3 на расстояние, достаточное для предотвращения электрического пробоя между электродами 4, 5. В результате, вдоль волокон капилляров 3 под действием электроосмотических а по сути - электростатических сил продольного электрического поля водные кластеры частично разрываются и сортируясь по размерам, всасываются в капилляры 3. Причем дипольные поляризованные молекулы жидкости разворачиваются вдоль вектора электрического поля и двигаются из емкости в направлении верхнего торца капилляров 3 к противоположному электрическому потенциалу электрода 5 (электроосмос). Затем они, под действием электростатических сил, срываются этими электрическими силами поля с поверхности торца капилляра 3 - по сути электроосмотического испарителя и превращаются в частично диссоциированный поляризованный наэлектризованный водяной туман. Этот водяной туман выше электрода 5 затем интенсивно обрабатывают также импульсным поперечным высокочастотным электрическим полем, создаваемым между поперечными электродами 7, 8 электронным генератором высокой частоты 9. В

процессе интенсивного столкновения испаренных дипольных молекул и водных кластеров над жидкостью между собою с молекулами воздуха и озона, электронами в зоне ионизации между электродами 7, 8 происходит дополнительная интенсивная диссоциация (радиолиз) активированного водяного тумана с образованием топливного горючего газа.

Далее этот полученный топливный газ поступает самостоятельно вверх в газосборный колокол 12 и далее через выводной патрубок 13 подается потребителям, для приготовления синтетической топливной смеси, например во впускной тракт двигателей внутреннего сгорания и подачи его в камеры сгорания двигателя автотранспорта. В состав этого горючего газа входят молекулы водорода (Н2), кислорода (О2).водяного пара, тумана (H2O), а также активированные органические молекулы испаренных в составе прочего - углеводородных добавок. Экспериментально ранее показана работоспобность данного устройства и выяснено, что интенсивность процесса испарения и диссоциации молекул водных растворов, существенно зависят и изменяются в зависимости от параметров электрического поля источников 9, 10 (напряженности, мощности), от расстояния между электродами 4, 5, от площади капиллярного испарителя 3, от вида жидкости, размеров капилляров и качества капиллярного материала 3. Имеющиеся в устройстве регуляторы позволяют оптимизировать производительность топливного газа в зависимости от вида и параметров водного раствора и конкретной конструкции данного электролизера. Поскольку в данном устройстве водный раствор жидкости интенсивно испаряется и частично диссоциирует на H2 и O2, под действием капиллярного электроосмоса, и ультразвука, а затем дополнительно активно диссоциирует вследствие интенсивных соударений молекул испаренного водного раствора посредством дополнительного поперечного резонансного электрического поля, то такое устройство получения водорода и топливного газа потребляет мало электроэнергии и поэтому существенно в десятки сотни раз экономичнее известных электролизных водородных генераторов.

Ультразвуковое устройство для получения водорода из воды и любого водного раствора, содержащее емкость с водой или водным раствором, металлические электроды, размещенные в ней, и присоединенный к ним источник электроэнергии, отличающееся тем, что оно дополнено капиллярами, размещенными вертикально в этой камере, с их верхними торцами выше уровня водного раствора, причем один из двух электродов размещен в жидкости под капиллярами, а второй электрод выполнен подвижным и сетчатым и размещен над ними, причем источник электроэнергии выполнен высоковольтным и регулируемым по амплитуде и частоте, причем устройство дополнено также двумя ультразвуковыми генераторами, один из которых размещен под нижним торцом этих капилляров и второй размещен выше их верхнего торца, причем устройство дополнено также резонансным электронным диссоциатором молекул активированного водного тумана, содержащим пару электродов, размещенных над поверхностью жидкости, с их плоскостями, перпендикулярно поверхности жидкости, и электрически присоединенных к дополнительному электронному генератору высоковольтных высокочастотных импульсов с регулируемой частотой и скважностью, в диапазоне частот, содержащим резонансные частоты возбуждения испаренных молекул жидкости и ее ионов.