Устройство для утилизации тепла при электролизе

Техническое решение относится к области энергетики и экологии, а именно к способам и устройствам для утилизации тепла при электролизе. Устройство для утилизации тепла при электролизе содержит электролизер 1, заполненный электролитом 2, внутри которого установлен анод 3 и катод 4.. Положительный полюс источника тока 5 подсоединен к аноду при помощи электропровода 6, а отрицательный - к катоду, при помощи электропровода 7, электрически изолированного от корпуса с использованием шины 8. Анод выполнен из трубки, согнутой в виде цилиндрической спирали, что позволяет ему выполнять функцию теплообменника, а катод выполнен в виде цилиндра, коаксиально установленного внутри цилиндрической спирали трубчатого теплообменника - анода и изготовлен из активированного алюминия. Использование устройства позволяет в 5-6 раз увеличить энергоэффективность утилизации тепла при электролизе. 1 н.п.ф., фиг.1

Полезная модель относится к области энергетики и экологии, а именно к устройствам для утилизации тепла при электролизе.

Известно устройство для утилизации тепла при электролизе, содержащее бункеры с исходными компонентами, емкость для воды, емкость для хранения водорода, емкость для хранения кислорода, нагреватель для обеспечения температурных режимов термохимических циклов и соединенный с ним теплопроводами внешний источник тепла, а также реактор окисления и реактор восстановления, связанные между собой системой транспортирования исходных компонентов, промежуточных продуктов термохимических циклов и готового продукта с запорно-регулирующей арматурой. (см. Патент РФ 2389540, кл. B01J 7/00, 2008 г.)

Данное устройство снабжено блоком питания, управления и регулирования, а также электрохимическим генератором, включающим батарею топливных элементов, систему терморегулирования и блок инвертирования и трансформации электрического тока и соединенным трубопроводами с емкостями для хранения водорода и кислорода и питающим электроэнергией агрегаты установки через блок инвертирования и трансформации и блок питания, управления и регулирования с использованием проводов и разъемов.

Недостатком этого устройства является сложность его изготовления и эксплуатации.

Известно устройство для утилизации тепла при электролизе, содержащее электролизер, заполненный электролитом, внутри которого установлены катод и анод, источник тока, установленный вне электролизера, отрицательный полюс которого подсоединен к катоду электролизера, а положительный к его аноду, и теплообменник для утилизации тепла, выделяемого при электролизе. (См. Патент РФ 2404290, МПК С25В 1/04, 2007 г.)

В этом устройстве водород направляют в накопитель водорода, кислород - в накопитель кислорода, а тепловым насосом забирают тепло, выделяющееся в воде, и посылают его в аккумулятор тепла для использования потребителем в качестве отопления или горячего водоснабжения или направляют для хранения в аккумуляторе тепла.

Данное устройство по технической сущности и достигаемому результату является наиболее близким аналогом, предложенного технического решения.

Недостатком известного технического решения является невысокая эффективность получения тепла при работе электролизера.

Техническим результатом заявляемого устройства является повышение эффективности получения тепла при экономии электроэнергии.

Указанный результат достигается тем, что в устройстве для утилизации тепла при электролизе, содержащем электролизер, заполненный электролитом, внутри которого установлены катод, и источник тока, установленный вне электролизера, отрицательный полюс которого подсоединен к катоду посредством электрически изолированного от корпуса с использованием шины проводника, а положительный - к аноду. Анод, представляет собой теплообменник для отвода выделяемого при электролизе тепла и выполнен из трубки, согнутой в виде цилиндрической спирали, установленной внутри электролизера, а катод выполнен из активированного алюминия в виде цилиндра, коаксиально установленного внутри цилиндрической спирали трубчатого теплообменника. Утилизация тепла производится посредством циркуляции теплоносителя в спиральной трубке.

Устройство поясняется чертежом.

На фиг.1 представлена схема устройства.

Устройство для утилизации тепла при электролизе содержит электролизер 1, заполненный электролитом 2, внутри которого установлен анод 3 и катод 4. Положительный полюс источника тока 5 подсоединен к аноду при помощи электропровода 6, а отрицательный - к катоду, при помощи электропровода 7, электрически изолированного от корпуса с использованием шины 8. Анод выполнен из трубки, согнутой в виде цилиндрической спирали, что позволяет ему выполнять функцию теплообменника, а катод выполнен в виде цилиндра, коаксиально установленного внутри цилиндрической спирали трубчатого теплообменника и изготовлен из активированного алюминия.

Устройство работает следующим образом.

Катод 4 электролизера и анод 3 соединяют с источником тока 5 при помощи электропроводов 6 и 7, при этом катод 4 соединяют с источником тока электропроводом и изолируют от корпуса 1 электролизера посредством шины 8. Утилизация тепла производится в процессе электролиза после подключения предварительно подготовленного к работе электролизера к источнику электрической энергии. Процесс электролиза сопровождается интенсивным выделением водорода и нагреванием электролита. Для утилизации тепла по трубке теплообменнику 3 прокачивают теплоноситель, например, воду. Тепло при помощи теплоносителя поступает к потребителю.

При использовании предложенного устройства с катодом из активированного алюминия тепла выделяется в 5-6 раз больше, чем при использовании известных технических решений. Эффективность действия такого электролизера обусловлена тем, что в качестве материала одного из электродов, в данном случае катода, использован активированный алюминий. Технический результат основан и подтвержден многочисленными результатами исследований взаимодействия активированного алюминия с водой. Как известно поверхность алюминия всегда покрыта тонкой пленкой оксида, которая защищает металл от окисления кислородом воздуха и взаимодействия с водой. При удалении этой пленки известными методами механической и химической активации алюминия процесс взаимодействия алюминия с водой, следовательно, и с любым водосодержащим электролитом сопровождается интенсивным выделением водорода и образованием оксида или гидроксида алюминия. В результате такой химической реакции происходит нагревание электролита и выделением большого количества тепла, которое может быть утилизировано с помощью электролизера заявленного типа. Поскольку процесс электролиза сопровождается интенсивным выделением водорода, то при необходимости данное устройство может быть использовано в качестве генератора водорода. Механизм механической и химической активации алюминия достаточно подробно описан в открытых источниках информации («Механохимическая активация алюминия. Кинетика взаимодействия алюминия с водой» Стрелецкий А.Н. и др., Институт физической физики им. Н.Н.Семенова, Академиздатцентр «Наука» РАН, 2006 г.).

Устройство для утилизации тепла при электролизе, содержащее электролизер, заполненный электролитом, и теплообменник для утилизации тепла, выделяемого при электролизе, отличающееся тем, что катод и анод расположены внутри электролизера, а источник тока установлен вне электролизера, отрицательный полюс источника тока подсоединен посредством электропровода к катоду электролизера, а положительный - к его аноду, который выполнен в виде теплообменника из согнутой по цилиндрической спирали трубки с циркулирующим внутри теплоносителем, при этом катод выполнен в виде цилиндра из активированного алюминия, коаксиально установленного внутри цилиндрической спирали трубчатого теплообменника, причем электропровод катода изолирован от корпуса электролизера с помощью шины.