Плазмохимотрон

Предлагаемая полезная модель относится к устройству, осуществляющему физико-химические технологии, и к технике для обработки воды и водных растворов, в частности, к конструкции плазмохимотрона, и может быть использована во всех отраслях промышленности, энергетике, сельском хозяйстве, медицине, коммунальном и водном хозяйствах. Техническим результатом, решаемым предлагаемой полезной моделью, является создание конструкции плазмохимотрона, позволяющей производить разделение среды плазмообразования (воды) на водород и кислород.

Полезная модель относится к устройству, осуществляющему физико-химические технологии, и к технике для обработки воды и водных растворов, в частности, к конструкции плазмохимотрона, и может быть использована во всех отраслях промышленности, энергетике, сельском хозяйстве, медицине, коммунальном и водном хозяйствах.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому решению является плазмохимотрон, включающий вертикально-цилиндрический корпус с патрубками для ввода среды плазмообразования и вывода готового продукта, расположенную в корпусе герметичную межэлектродную камеру с цилиндрическими электродами, причем нижнее основание межэлектродной камеры ограничено нижним основанием цилиндра одного из электродов, а в центре камеры установлен второй электрод, источник питания (см. патент РФ 2285753)

В данной конструкции один из электродов (анод) выполнен дырчатым.

Известное устройство обладает рядом недостатков:

- невозможность разделения газообразных компонентов на водород и кислород;

- возможность быстрого выведения электродов из рабочего состояния за счет коррозии или эрозии с кавитацией в парогазовой среде при получение парогазовых смесей высокого 280-400 вольт межэлектродного напряжения;

- постоянное изменение сечений малых отверстий одного из электродов и, как следствие, нестабильность работы плазмохимотрона;

- межэлектродная камера работает очень короткое время, т.к. ее корпус не обладает охлаждающей рубашкой и, следовательно, в результате контакта с парогазовой средой, разогретой устойчивой объемной химотронной плазмой будет разогреваться вплоть до температуры плавления;

- необходима высокая скорость прохождения («продавливания») рабочей среды через отверстия электрода.

- низкая экономичность процесса, так как при создание высокого напряжения в межэлектродном пространстве возможно получать низкую концентрацию ионов H₃O⁺ или OH- не превышающей 0,2 М;

не возможность образования в потоке парогазовой смеси устойчивой объемной шаровой химотронной плазмы при пропускании асимметричного по плотности выпрямленного тока между дырчатым анодом и катодом.

Техническим результатом, решаемым предлагаемой полезной моделью, является создание конструкции плазмохимотрона, позволяющей производить разделение среды плазмообразования (воды) на водород и кислород.

Технический результат в предлагаемой полезной модели достигают созданием плазмохимотрона, включающего вертикально-цилиндрический корпус с патрубками для ввода среды плазмообразования и вывода газообразных продуктов, расположенную в корпусе герметичную межэлектродную камеру с цилиндрическими электродами, причем нижнее основание межэлектродной камеры ограничено нижним основанием цилиндра одного из электродов, а в центре камеры установлен второй электрод, источник питания с токоподводами, в котором, согласно полезной модели, корпус выполнен прозрачным с конической горловиной, в которой размещен растровый приемник одного газообразного продукта, например, водорода, при этом один из электродов, закрепленный на цилиндрической части корпуса, выполнен из материала, невзаимодействующего с водородом и кислородом, и имеет продольный проем для наблюдения за плазмой, а второй электрод выполнен в виде капилляров из газопроницаемого для водорода материала, герметичных с одного конца и открытых с другого, при этом, капилляры герметично закреплены в нижней части растрового приемника водорода, а токоподводы источника питания соединены с верхним каналом приемника водорода и со стенкой корпуса плазмохимотрона.

Использование в качестве газопроницаемого для водорода материала пористого материала, размер пор, которого соизмерим с атомным диаметром водорода, например, или палладий, или цирконий, или титан позволяет разделять продукты диссоциации воды в «горящей» плазме - водород молекулярный, водород атомарный, протоны, а также кислород молекулярный, кислород атомарный, и озон.

Использование в качестве материала, невзаимодействующего с водородом и кислородом используют или фольгу, или никель, или кобальт или нержавеющую сталь позволяет собрать накапливающиеся в процессе «горения» плазмы примеси в виде соединений особенно тяжелых металлов (соли, щелочные гидриды, механические примеси)

Выполнение корпуса прозрачными, например из оргстекла, позволяет проводить наблюдения за протеканием процесса плазменной диссоциацией воды.

Выполнение одного из электродов в виде капилляров необходимо для:

- разделения компонентов диссоциации воды за счет избирательного пропускания внутрь капилляров водорода, протона из пузырьков «горящей» в воде плазмы,

- для зажигания плазмы в воде при более низких энергозатратах за счет развитой поверхности электрода (более 2900 см² в 984 капиллярах в объеме воды 180 см³) и, если он из палладия,, то и за счет каталитического действия по отношению к продуктам диссоциации воды (например, объем палладия около 90 см³ сорбирует 63000 см³ водорода в минуту при 1 атм, и 20°С).

Использование горловины корпуса в качестве газоввода позволяет упростить сборку корпуса и дополнительно позволяет снизить радиальное напряжение в стенках газоввода, и как следствие, предотвратить внезапное его разрушение.

Проведенные патентные исследования показали, что не известны технические решения с указанной совокупностью существенных признаков, в аналогичных конструкциях плазмохимотронов, т.е. предлагаемое решение, соответствует критерию «новизна».

Считаем, что сведений, изложенных в материалах заявки, достаточно для практического осуществления полезной модели.

Предлагаемый плазмохимотрон поясняется следующим описанием и чертежом, где: показана конструкция плазмахимотрона в разрезе.

Плазмохимотрон включает вертикально-цилиндрический прозрачным корпус 1 с конической горловиной 2 с патрубками для ввода среды плазмообразования 3 и вывода газообразных продуктов 4, расположенную в корпусе герметичную межэлектродную камеру 5 с цилиндрическими электродами 6 и 7, и источник питания 8 с токоподводами.

Нижнее основание межэлектродной камеры ограничено нижним основанием цилиндра одного из электродов, например, электрода 6.

Электрод 5 закреплен на цилиндрической части корпуса 1 и выполнен из материала, невзаимодействующего с водородом и кислородом, и имеет продольный проем 9 для наблюдения за плазмой (на черт не показано). В качестве материала, невзаимодействующего с водородом и кислородом используют или никелевую фольгу, или никель, или кобальт или нержавеющая сталь.

В центре камеры установлен второй электрод 7, выполненный в виде капилляров из газопроницаемого для водорода материала, герметичных с одного конца и открытых с другого, при этом капилляры герметично закреплены в нижней части растрового приемника 10 водорода.

В качестве газопроницаемого для водорода материала используют пористый материал, размер пор, которого соизмерим с атомным диаметром водорода, например, цирконий, титан или палладий.

В случае, например, использования палладиевых капилляров, они могут быть выполнены с внешним диаметром от 0,5 до 1 мм и с толщиной стенки 0,1-0,25 мм (Данные размеры определены опытным путем и зависят от технологических возможностей изготовителя)

Растровый приемник 10 водорода установлен конической горловине 2 корпуса 1 и может быть выполнен из никеля.

Токоподвод 11 источника питания 8 подключен к верхнему каналу приемника 8 водорода, а токоподвод 12 источника питания 8 - к стенке корпуса 1 плазмохимотрон.

Работа плазмохимотрона осуществляют следующим образом:

Внутрь корпуса 1 плазмохимотрона заливают воду через патрубок для ввода среды плазмообразования 3 и поддерживают на указанном максимальном уровне, как указано на эскизе, диссоциации воды.

На растровый приемник 10 для сбора водорода и вывод газообразных продуктов 4, например, кислорода одевают эластичные емкости (на черт не показаны).

Перед заполнением корпуса водой через патрубок для ввода среды плазмообразования 3 его продувают гелием для предотвращения образования детонирующей смеси водород-воздух.

Напряжение между электродами 6 и 7 подают под визуальным контролем за плазмой, не допуская резкого вскипания воды. На момент запуска плазмохимотрона не допускается пополнение уровня воды, т.к. это делает плазму не стабильной.

По мере диссоциации и испарения воды ее уровень непрерывно поддерживают постоянным, в зависимости от потребных объемов водорода и кислорода.

Выключение плазмохимотрона осуществляют в любое время, а емкости для сбора водорода и кислорода сначала герметизируют, а затем снимают с одновременной подачей через нижний патрубок 3 гелия в режиме барбатирования, для предотвращения детонации в результате контакта оставшегося водорода в плазмохимотроне с воздухом.

Была испытана предлагаемая полезная модель и получены следующие результаты:

- вода питьевая, энергоемкость процесса 1,33 Кват. час, выход 0,97 м³ H₂

- вода морская (40 г/л соли), энергоемкость процесса 1,35 Кват. час, выход 0,95 м³ H₂

- вода фильтрат Норильского ГОКа (140 г/л), энергоемкость процесса 1.37 Кват час, выход 0,98 м³ H₂

- вода питьевая плюс 10% пищевой соды, энергоемкость процесса 1.25 Кват. час, выход 1,1 м³ H₂

1. Плазмохимотрон, включающий вертикально-цилиндрический корпус с патрубками для ввода среды плазмообразования и вывода газообразных продуктов, расположенную в корпусе герметичную межэлектродную камеру с цилиндрическими электродами, причем нижнее основание межэлектродной камеры ограничено нижним основанием цилиндра одного из электродов, а в центре камеры установлен второй электрод, источник питания с токоподводами, в котором корпус выполнен прозрачным с конической горловиной, в которой размещен растровый приемник одного газообразного продукта, например водорода, при этом один из электродов, закрепленный на цилиндрической части корпуса, выполнен из материала, не взаимодействующего с водородом и кислородом, и имеет продольный проем для наблюдения за плазмой, а второй электрод выполнен в виде капилляров из газопроницаемого для водорода материала, герметичных с одного конца и открытых с другого, при этом капилляры герметично закреплены в нижней части растрового приемника водорода, а токоподводы источника питания соединены с верхним каналом приемника водорода и со стенкой корпуса плазмохимотрона.

2. Плазмохимотрон по п.1, отличающийся тем, что в качестве газопроницаемого для водорода материала используют пористый материал, размер пор которого соизмерим с атомным диаметром водорода.

3. Плазмохимотрон по п.1, отличающийся тем, что в качестве газопроницаемого для водорода материала используют или палладий, или цирконий, или титан.

4. Плазмохимотрон по п.1, отличающийся тем, что в качестве материала, не взаимодействующего с водородом и кислородом, используют или фольгу, или никель, или кобальт, или нержавеющую сталь.