Способ производства водорода и кислорода из воды на базе энергоисточника, не использующего углеводороды, с дополнительным тепловым насосом и устройство для его осуществления

Изобретение относится к способам и средствам получения водорода и кислорода с дополнительным тепловым насосом. Устройство содержит источник электроэнергии, водоем, электролизер, хранилища водорода и кислорода. Электролизер связан с тепловым насосом на основе обратного термодинамического цикла. Полученный в процессе электролиза водород направляют в хранилище водорода, а кислород - в хранилище кислорода. Тепло, как заключенное в водоеме, так и выделяющееся при электролизе, забирают тепловым насосом и посылают его в аккумулятор тепла для использования потребителем в качестве отопления или горячего водоснабжения или направляют для хранения в аккумуляторе тепла. В качестве энергоисточника используют атомную и термоядерную энергетику, альтернативные природные энергоисточники - гидроэнергетику, ветроэнергетику, солнечную энергетику, геотермальную энергетику, энергетику возобновляемых биоресурсов Земли. Технический результат: повышение эффективности получения водорода и кислорода из воды на базе энергоисточника, не использующего углеводороды, за счет применения дополнительного теплового насоса. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к способам и средствам получения водорода и кислорода из воды на базе энергоисточника, не использующего углеводороды, с дополнительным тепловым насосом.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому объекту является способ получения водорода и кислорода из воды на базе энергоисточника, не использующего углеводороды, по патенту РФ №2095407, кл. С12М 1/107 от 15.02.1995 г.

Недостатком известного способа является сравнительно невысокая эффективность получения водорода и кислорода из воды на базе энергоисточника, не использующего углеводороды, из-за отсутствия дополнительного теплового насоса.

Технический результат - повышение эффективности получения водорода и кислорода из воды на базе энергоисточника, не использующего углеводороды, за счет применения дополнительного теплового насоса.

Это достигается тем, что в способе для получения водорода и кислорода из воды на базе энергоисточника, не использующего углеводороды, заключающемся в том, что подают энергию от энергоисточника, не использующего углеводороды, в электролизер, из энергоисточника, например ветроустановки, преобразующей энергию ветра в электрическую энергию, а воду в электролизер для осуществления процесса электролиза воды подают насосом из водоема, при этом полученный в результате электролиза воды водород направляют в накопитель водорода, а 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.

На чертеже представлена схема устройства для реализации предложенного способа.

Устройство для получения водорода и кислорода из воды на базе энергоисточника, не использующего углеводороды, например ветроустановки, с дополнительным тепловым насосом предназначено для производства водорода и кислорода из воды с помощью электролиза. Устройство действует на базе энергоисточника, не использующего нефть, природный газ, уголь и другое невозобновляемое топливо. Такими энергоисточниками могут быть атомная и особенно в будущем термоядерная энергетика, альтернативные природные энергоисточники: гидроэнергетика в разнообразных формах, ветроэнергетика, солнечная энергетика, геотермальная энергетика, энергетика возобновляемых биоресурсов Земли.

Устройство для получения водорода и кислорода из воды на базе энергоисточника, не использующего углеводороды, содержит энергоисточник 1 без сжигания углеводородного ископаемого топлива, например ветроустановку, которая преобразует энергию ветра в электрическую энергию и подает ее в электролизер 2. Вода в электролизер 2 для осуществления процесса электролиза воды подается насосом 4 из водоема 3. Полученный в результате электролиза воды водород поступает в накопитель 5, а кислород - в накопитель 6. Тепловой насос 7 забирает тепло, выделяющееся в воде, и посылает его в аккумулятор тепла 8 для использования потребителем (отопление, горячее водоснабжение) или для хранения в аккумуляторе тепла 8. Электролизер 2 связан с тепловым насосом 7, отбирающим тепло воды, как заключенное в водоеме 3, так и выделяющееся при электролизе, причем полученное тепло направляется на потребление и хранение.

Известно, что недостатком процесса электролиза воды является низкий коэффициент полезного действия. Значительная часть электрической энергии при разделении молекулы воды выделяется в виде тепла. Но эту тепловую энергию нельзя считать потерянной. В условиях климата России тепловая энергия необходима для жизнедеятельности человека, Аккумулирование тепловой энергии, выделяющейся в процессе электролиза, позволяет произвести полную утилизацию электроэнергии, подводимой к электролизеру. Такая утилизация производится с помощью теплового насоса на основе обратного термодинамического цикла. Тепловой насос кроме тепловой энергии, выделяемой электролизером за счет КПД, меньшего единицы, забирает тепло из водоема, вода из которого подается в электролизер. Оценим суммарную энергию, производимую предлагаемым устройством.

Способ для получения водорода и кислорода из воды на базе энергоисточника, не использующего углеводороды, осуществляют следующим образом.

Из энергоисточника 1, например ветроустановки, преобразующей энергию ветра в электрическую энергию, подают энергию в электролизер 2, а воду в электролизер 2 для осуществления процесса электролиза воды подают насосом 4 из водоема 3. Полученный в результате электролиза воды водород направляют в накопитель водорода 5, а кислород - в накопитель кислорода 6. Тепловым насосом 7 забирают тепло, выделяющееся в воде, и посылают его в аккумулятор тепла 8 для использования потребителем (отопление, горячее водоснабжение) или для хранения в аккумуляторе тепла 8.

Пример реализации предложенного способа

Рассмотрим случай, когда

где Рэ - электрическая мощность, затрачиваемая на действие электролизера в ваттах;

Рт - тепловая мощность в ваттах; Рс - суммарная мощность в ваттах; Ртн -электрическая мощность, затраченная на работу теплового насоса; η - коэффициент полезного действия электролизера; Т2 - температура в ванне электролизера; Тв - температура водоема; Т1 - температура теплового хранилища или отапливаемого помещения; q - расход воды; с - теплоемкость воды.

Рассмотрим качественный пример: Рэ=1; η=0,7; Т1=333К; Т2=288К. Из формулы (4) получим

Рс=0,7+2,22=2,92. Ртн=0,156.

Таким образом использование дополнительного теплового насоса при производстве водорода из воды в три раза увеличит съем полезной энергии. Из 1,156 единиц электроэнергии 0,7 пойдет на производство водорода и кислорода и будет получено 2,22 тепловых единицы.

Устройство для реализации способа производства водорода и кислорода из воды на базе энергоисточника, не использующего углеводороды, с дополнительным тепловым насосом работает следующим образом.

Энергоисточник 1 питает электрическим током электролизер 2. Вода из водоема 3 насосом 4 подается в электролизер 2. Происходит электролиз воды. Водород поступает в накопитель 5, а кислород - в накопитель 6. Тепловой насос 7 забирает тепло, выделяющееся в воде, и посылает его в аккумулятор тепла 8 для использования потребителем (отопление, горячее водоснабжение) или для хранения в тепловой аккумулятор.

1. Способ для получения водорода и кислорода из воды, заключающийся в том, что подают энергию от энергоисточника, не использующего углеводороды, в электролизер, отличающийся тем, что подают энергию в электролизер из энергоисточника, например ветроустановки, преобразующей энергию ветра в электрическую энергию, а воду в электролизер для осуществления процесса электролиза воды подают насосом из водоема, при этом полученный в результате электролиза воды водород направляют в накопитель водорода, а 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.

2. Устройство для получения водорода и кислорода из воды на базе энергоисточника, не использующего углеводороды, содержащее источник электроэнергии, водоем, электролизер, хранилища водорода и кислорода, отличающееся тем, что электролизер связан с тепловым насосом на основе обратного термодинамического цикла, отбирающим тепло воды, как заключенное в водоеме, так и выделяющееся при электролизе, причем полученное тепло направляется на потребление и хранение, а в качестве энергоисточника, не использующего углеводороды, используются энергоисточники, не использующие нефть, природный газ, уголь и невозобновляемое топливо, а использующие атомную и термоядерную энергетику, альтернативные природные энергоисточники - гидроэнергетику, ветроэнергетику, солнечную энергетику, геотермальную энергетику, энергетику возобновляемых биоресурсов Земли.