Устройство и способ для получения газового водородно-кислородного топлива из воды (варианты)

Авторы патента:

C25B1/04 - Электролитические способы; электрофорез; устройства для них (электродиализ, электроосмос, разделение жидкостей с помощью электричества B01D; обработка металла воздействием электрического тока высокой плотности B23H; обработка воды, промышленных и бытовых сточных вод или отстоя сточных вод электрохимическими способами C02F 1/46; поверхностная обработка металлического материала или покрытия, включающая по крайней мере один способ, охватываемый классом C23 и по крайней мере другой способ, охватываемый этим классом, C23C 28/00, C23F 17/00; анодная или катодная защита C23F; электролитические способы получения монокристаллов C30B; металлизация текстильных изделий D06M 11/83; декоративная обработка текстильных изделий местной

Владельцы патента RU 2515884:

Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства Российской академии наук (ГНУ ВИЭСХ РООССЕЛЬХОЗАКАДЕМИИ) (RU)

Изобретение относится к устройству получения газового водородно-кислородного топлива из воды методом электролиза, содержащем электролизер с двумя электродами и источник питания, электроды выполнены в виде двух, внешнего и внутреннего цилиндров с общей осью симметрии, внешний цилиндр совмещен с рубашкой водяного охлаждения электролизера и заземлен, а внутренний цилиндр выполнен в виде стакана с боковыми стенками и сплошным дном, закреплен на изоляторе внутри корпуса электролизера и имеет входное отверстие, совмещенное с отверстием в корпусе электролизера для подвода дистиллированной воды, выходной патрубок электролизера расположен осесимметрично относительно цилиндрических электродов за сплошным дном внутреннего цилиндрического электрода и снабжен рубашкой водяного охлаждения, а высокочастотный источник питания соединен через первый высокочастотный конденсатор с резонансным высокочастотным трансформатором Тесла с выходным напряжением 1-500 кВ, частотой 0,5-100 кГц, высоковольтный вывод которого через высоковольтный диод соединен с внутренним цилиндрическим электродом и с одной обкладкой второго высокочастотного конденсатора, другая обкладка конденсатора соединена с внешним цилиндрическим электродом. В способе получения газового водородно-кислородного топлива электролизом воды при подаче электрической энергии от источника питания на электроды внутри реактора электролиза на электроды подают от высокочастотного источника питания через высоковольтный резонансный высокочастотный трансформатор Тесла и высоковольтный диод электростатические пакеты высоковольтных высокочастотных импульсов одной полярности с выходным напряжением 1-500 кВ, частотой 0,5-100 кГц, амплитуда которых постоянно возрастает для постепенного ослабления межмолекулярных связей водорода с группой ОН и кислородом в дистиллированной воде, а при появлении ионного тока между электродами амплитуду высоковольтных высоко-частотных импульсов уменьшают до прекращения ионного тока между электродами и процесс увеличения амплитуды высоковольтных высокочистотных импульсов повторяют, а скважность подачи пакета высоковольтных импульсов выбирают из условия ограничения и блокирования ионного тока между электродами электролизера. В варианте способа получения газового водородно-кислородного топлива электролизом воды при подаче электрической энергии от источника питания на электроды внутри реактора электролиза высокочастотный источник питания соединяют с резонансным высокочастотным трансформатором Тесла с выходным напряжением 1-500 кВ, частотой 0,5-100 кГц, высоковольтный вывод трансформатора Тесла соединяют через высокочастотный высоковольтный диод с высокочастотным электрическим конденсатором и с изолированным электродом электролизера, электролизер и второй электрод заземляют и подбирают путем регулирования частоты, напряжения и величины электрической емкости конденсатора скважность пакетов высоковольтных импульсов через дистиллированную воду и электроды реактора электролиза и блокируют появление и увеличение ионного тока между электродами электролизера. Технический результат заключается в создании устройства, позволяющего получать газовое топливо из воды в виде водородно-кислородной смеси при затратах энергии менее 0,13 кВт∙ч на 1 м³ газового топлива. 6 н. и 3 з.п. ф-лы, 4 ил., 2 пр.

Изобретение относится к области химической технологии, а более конкретно к способам и устройствам для получения газового водородно-кислородного топлива электролизом воды.

Известен способ и устройство получения водорода электролизом воды, где электролитом служит водный раствор КОН (350-400 г/л), давление в элекролизерах от атмосферного до 4 МПа (Химическая энциклопедия в 5 томах под редакцией Н.П.Кнунянца. -М.: Сов. энциклопедия, 1988 г., т.1, с.401).

Производительность электролизеров в известном классическом способе составляет 4-500 кубических метра в час, а расход электроэнергии для получения 1 м³ водорода равен 4,0-5,6 кВт/ч.

Недостатком известного способа является большой расход электроэнергии.

Известен способ и устройство для получения водорода электролизом воды, где используют дистиллированную воду в качестве диэлектрической жидкости между обкладками конденсатора, включенного в последовательную резонансную схему с дросселем, к конденсатору прикладывают пульсирующее однополярное напряжение, подбирают частоту импульсов, поступающих на конденсатор, соответствующую собственной частоте резонанса молекулы воды, продолжительное действие импульсов в режиме резонанса приводит к росту колебательной энергии молекул, а комбинация пульсирующего и постоянного электрического поля к ослаблению сил электрической связи в молекуле воды, сила внешнего электрического поля превосходит энергию связи и атомы кислорода и водорода освобождаются как самостоятельные газы, происходит сбор смеси кислорода, водорода, готовой к употреблению в качестве топлива. Зазор между пластинами конденсатора составлял 1,5 мм, потенциал в импульсе - 20 кВ и более, затраты энергии на электролиз снижались в 17 раз по сравнению с классической схемой электролиза (Stanley Meyer. Пат. США №5.149.407 от 22.09.1992).

Аналогичные результаты получены Генри Пухаревичем, который нашел резонансные частоты расщепления воды 600 Гц, 12 кГц, 42,8 кГц. Напряжение в его электролизере составляло 40 кВ при зазоре между пластинами конденсатора 5 мм. Затраты энергии на электролиз снижались в 20 раз по сравнению с классической схемой электролиза (Henry K.Puharich. Пат. США №4394230 от 19.07.1983 г.).

Недостатком известных способов электролиза воды является высокие затраты энергии на получение смеси водорода и кислорода.

Задачей предлагаемого изобретения является снижение энергетических затрат на получение смеси водорода и кислорода в 30 и боле раз по сравнению с классическим методом электролиза воды.

Технический результат заключается в создании устройства, позволяющего получать газовое топливо из воды в виде водородно-кислородной смеси при затратах энергии менее 0,13 кВт∙ч на 1 м³ газового топлива.

Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве получения газового водородно-кислородного топлива из воды методом электролиза, содержащем электролизер с двумя электродами и источник питания, электроды выполнены в виде двух, внешнего и внутреннего цилиндров с общей осью симметрии, внешний цилиндр совмещен с рубашкой водяного охлаждения электролизера и заземлен, а внутренний цилиндр выполнен в виде стакана с боковыми стенками и сплошным дном, закреплен на изоляторе внутри корпуса электролизера и имеет входное отверстие, совмещенное с отверстием в корпусе электролизера для подвода дистиллированной воды, выходной патрубок электролизера расположен осесимметрично относительно цилиндрических электродов за сплошным дном внутреннего цилиндрического электрода и снабжен рубашкой водяного охлаждения, а высокочастотный источник питания соединен через первый высокочастотный конденсатор с резонансным высокочастотным трансформатором Тесла с выходным напряжением 1-500 кВ, частотой 0,5-100 кГц, высоковольтный вывод которого через высоковольтный диод соединен с внутренним цилиндрическим электродом и с одной обкладкой второго высокочастотного конденсатора, другая обкладка конденсатора соединена с внешним цилиндрическим электродом.

В варианте устройства получения газового водородно-кислородного топлива из воды методом электролиза внутренний цилиндрический электрод выполнен в виде стакана с перфорированными боковыми стенками.

В варианте устройства получения газового водородно-кислородного топлива из воды методом электролиза, содержащем электролизер с электродами и источник питания, электроды выполнены в виде трех, внешнего, среднего и внутреннего цилиндров с общей осью симметрии, средний цилиндрический электрод изолирован от корпуса электролизера и выполнен в виде стакана с боковыми стенками и сплошным дном и закреплен на изоляторе между внутренним и внешним цилиндрическими электродами, внутренний цилиндрический электрод имеет входное отверстие, совмещенное с отверстием в корпусе электролизера для подвода дистиллированной воды, выходной патрубок электролизера расположен осесимметрично относительно цилиндрических электродов за сплошным дном внутреннего цилиндрического электрода и имеет водяное охлаждение, а высокочастотный источник питания соединен через первый высокочастотный конденсатор с резонансным высокочастотным трансформатором Тесла с напряжением на высоковольтном электроде 1-500 кВ, частотой 0,5-100 кГц, высоковольтный вывод трансформатора Тесла соединен через высоковольтный диод со средним цилиндрическим электродом и с одной обкладкой второго высокочастотного конденсатора, другая обкладка конденсатора соединена с внешним и внутренним цилиндрическими электродами.

В варианте устройства получения газового водородно-кислородного топлива из воды методом электролиза средний цилиндрический электрод выполнен в виде стакана с перфорированными стенками.

В варианте устройства получения газового водородно-кислородного топлива из воды методом электролиза, содержащем электролизер с двумя электродами и источник питания, электроды выполнены в виде двух, внешнего и внутреннего цилиндров с общей осью симметрии, изолированных от корпуса электролизера, внутренний цилиндр выполнен в виде стакана с боковыми стенками и сплошным дном и закреплен на изоляторе внутри корпуса и имеет входное отверстие, совмещенное с отверстием в корпусе электролизера, выходной патрубок электролизера расположен осесимметрично относительно цилиндрических электродов за сплошным дном внутреннего цилиндрического электрода, а высокочастотный источник питания соединен с низковольтной обмоткой резонансного высокочастотного трансформатора Тесла через первый конденсатор с емкостью C₁, высоковольтный вывод трансформатора Тесла напряжением 1-500 кВ, частотой 0,5-100 кГц соединен через высокочастотный высоковольтный диод с обкладкой второго конденсатора с электрической емкостью С₂ и одним из электродов электролизера, другой электрод электролизера соединен с низкопотенциальным выводом трансформатора Тесла и с другой обкладкой второго конденсатора.

В способе получения газового водородно-кислородного топлива электролизом воды при подаче электрической энергии от источника питания на электроды внутри реактора электролиза, на электроды подают от высокочастотного источника питания через высоковольтный резонансный высокочастотный трансформатор Тесла и высовольтный диод электростатические пакеты высоковольтных высокочастотных импульсов одной полярности с выходным напряжением 1-500 кВ, частотой 0,5-100 кГц, амплитуда которых постоянно возрастает для постепенного ослабления межмолекулярных связей водорода с группой ОН и кислородом в дистиллированной воде, а при появлении ионного тока между электродами амплитуду высоковольтных высокочастотных импульсов уменьшают до прекращения ионного тока между электродами и процесс увеличения амплитуды высоковольтных высокочастотных импульсов повторяют, а скважность подачи пакета высоковольтных высокочастотных импульсов выбирают из условия ограничения и блокирования ионного тока между электродами электролизера.

В варианте способа получения газового водородно-кислородного топлива электролизом воды при подаче электрической энергии от источника питания на электроды внутри реактора электролиза высокочастотный источник питания соединяют с резонансным высокочастотным трансформатором Тесла с выходным напряжением 1-500 кВ, частотой 0,5-100 кГц, высоковольтный вывод трансформатора Тесла соединяют через высокочастотный высоковольтный диод с высокочастотным электрическим конденсатором и с изолированным электродом электролизера, электролизер и второй электрод заземляют и подбирают путем регулирования частоты, напряжения и величины электрической емкости конденсатора скважность пакетов высоковольтных импульсов через дистиллированную воду и электроды реактора электролиза и блокируют появление и увеличение ионного тока между электродами электролизера.

В другом варианте способа получения газового водородно-кислородного топлива электролизом воды при подаче электрической энергии от источника питания на изолированные электроды внутри реактора электролиза высокочастотный источник питания соединяют с резонансным высокочастотным трансформатором Тесла с выходным напряжением 1-500 кВ, частотой 0,5-100 кГц, цепь которого образует последовательный резонансный контур с электрической емкостью C₁ первого конденсатора и низковольтной обмоткой трансформатора Тесла, высоковольтный высокочастотный вывод трансформатора Тесла соединяют через высокочастотный высоковольтный диод с выводом второго конденсатора электрической емкостью С₂ и с одним изолированным электродом электролизера, низкопотенциальный вывод трансформатора Тесла соединяют с другим изолированным электродом электролизера и с другой обкладкой второго конденсатора и путем регулирования величины емкости С₁ частоты срабатывания разрядного устройства, частоты и напряжения на выходе высоковольтного вывода трансформатора Тесла и величины электрической емкости С₂ подбирают скорость увеличения напряжения в пакетах высоковольтных импульсов и их скважность на электродах в дистиллированной воде реактора электролиза и блокируют появление и увеличение ионного тока между электродами электролизера.

Изобретение иллюстрируется фиг.1, фиг.2, фиг.3, фиг.4, где на фиг.1 показана блок-схема способа и устройства для получения газового водородно-кислородного топлива в электролизере с одним изолированным перфорированным электродом. На фиг.2 - блок-схема способа и устройства для получения газового водородно-кислородного топлива в электролизере с одним изолированным сплошным электродом. На фиг.3 - блок-схема способа и устройства получения газового водородно-кислородного топлива в электролизере с одним изолированным и двумя заземленными электродами. На фиг.4 - блок-схема способа и устройства для получения газового водородно-кислородного топлива с двумя изолированными электродами.

Устройство на фиг.1 содержит электролизер 1 с системой водяного охлаждения 2 и фланцем 3, на котором установлены штуцер 4 для подачи дистиллированной воды, кольцевой изолятор 5 и высоковольтный изолированный токовывод 6. На кольцевом изоляторе 5 закреплен первый цилиндрический электрод 7, выполненный в виде стакана с перфорированными боковыми стенками 8 и сплошным дном 9. Цилиндрический электрод 7 удален от фланца 3 на расстояние δ₁=10-20 мм. Второй цилиндрический электрод 10 выполнен соосно с первым цилиндрическим электродом 7 с кольцевым зазором Δ₁=1-10 мм между электродами 7 и 10. Второй цилиндрический электрод 10 совмещен с внутренней цилиндрической оболочкой 11 системы охлаждения 2 электролизера 1. Выходной патрубок 12 электролизера 1 расположен соосно с электродами 7 и 10 за сплошным дном 9 первого цилиндрического электрода 7. Высокочастотный источник энергии 13 через конденсатор 14 с регулируемой величиной емкости C₁ соединен с низковольтной обмоткой 15 трансформатора Тесла 16. Высоковольтный вывод 17 высоковольтной обмотки 18 трансформатора Тесла 16 присоединен через диод 19 и высоковольтный токовывод 6 к первому цилиндрическому электроду 7 электролизера 1. Низкопотенциальный вывод 20 высоковольтной обмотки 18 соединен с низковольтной обмоткой 15 трансформатора Тесла 16. Второй цилиндрический электрод 10 соединен с системой охлаждения 2, которая имеет патрубки 21 для подвода и отвода воды, электролизер 1 имеет заземление 22. Конденсатор 23 с регулируемой емкостью С₂ соединен с цилиндрическими электродами 7 и 10.

Устройство для получения газового водородно-кислородного топлива на фиг.2 содержит первый цилиндрический электрод 24, который выполнен в виде стакана со сплошными стенками 25 и сплошным дном 26. Первый цилиндрический электрод 24 установлен на изоляторах 27 соосно со вторым цилиндрическим электродом 10 с зазором между электродами 10 и 24 Δ₂ = 1-10 мм и с зазором между фланцем 3 и первым цилиндрическим электродом 24 δ₂=10-20 мм.

Устройство для получения газового водородно-кислородного топлива на фиг.3 содержит внутренний цилиндрический электрод 28, который закреплен на фланце 3 электролизера 1 и соединен с входным штуцером 4 для подачи воды. Средний цилиндрический электрод 29 выполнен в виде стакана со сплошными стенками 30 и сплошным дном 9 и установлен на изоляторах 31 соосно между внутренним цилиндрическим электродом 28 и внешним цилиндрическим электродом 32 с зазором между электродами 29 и 30 и 29 и 32 Δ₃=1-10 мм и между фланцем 3 и средним цилиндрическим электродом 29 δ₃=10-20 мм. Внешний цилиндрический электрод 32 совмещен с внутренней цилиндрической оболочкой 11 системы охлаждения 2 электролизера 1. Внутренний 28 и внешний 32 электроды соединены с корпусом электролизера 1 и имеют заземление 22. Средний цилиндрический электрод 29 через высоковольтный изолированный токовывод 6 во фланце 3 и высоковольтный диод 19 соединен с высоковольтным выводом 17 высоковольтной обмотки 18 трансформатора Тесла 16. Высокочастотный конденсатор 23 с регулируемой емкостью С₃ соединен через токовывод 6 со средним цилиндрическим электродом 29, а второй вывод конденсатора 23 через корпус электролизера соединен с внутренним 28 и внешним 32 цилиндрическими электродами.

На фиг.4 внутренний цилиндрический электрод 33 изолирован от фланца 3 с помощью кольцевого изолятора 34 и соединен со вторым высоковольтным токовыводом 35, который установлен на фланце 3 электролизера 1 и соединен с низкопотенциальным выводом 20 высоковольтной обмотки 18 трансформатора Тесла 16. Конденсатор 36 с регулируемой емкостью С4 соединен через токовыводы 17 и 35 с внутренним 33 и средним 29 цилиндрическими электродами электролизера. Внутренний 33 и средний 29 цилиндрические электроды удалены от фланца 3 на расстояние δ₄=10-20 мм. Расстояние между внутренним 33 и средним 29 электродом составляет Δ₄=1-10 мм.

Устройство работает следующим образом. В электролизере используют дистиллированную воду с целью стабилизации параметров процесса, увеличения ресурса и предупреждения образования накипи.

В предлагаемом способе и устройстве в отличие от известных способов и устройств для электролиза воды используют одноэлектродный электролизер с одним изолированным активным электродом 7 (фиг.1), 24 (фиг.2), 29 (фиг.3), 33 (фиг.4), на который подают через высоковольтный диод 19 потенциал от трансформатора Тесла 16. Остальные электроды являются пассивными электродами, которые заземлены или соединены с низкопотенциальным выводом трансформатора Тесла.

Другим отличием является использование холодноплазменного высокочастотного разряда в дистиллированной воде между активным электродом 7 (фиг.1), 24 (фиг.2), 29 (фиг.3), 33 (фиг.4) и электродами с нулевым потенциалом 10 (фиг1, 2), 32 (фиг.3), 35 (фиг.4). Холодноплазменный разряд возникает при подаче высоковольтного потенциала на активные электроды от трансформатора Тесла 16 через высоковольтный диод 19. Высоковольтный потенциал содержит постоянную составляющую и пакет высокочастотных импульсов отрицательной полярности.

На электрод 7 подают высокочастотные импульсы напряжения и тока отрицательной полярности. Путем регулирования частоты высокочастотного источника энергии 13 (фиг.1) и величины емкости Q конденсатора 14 устанавливают резонансную частоту f₀, соответствующую максимальному выделению газовой водородно-кислородной смеси в электролизере 1 при фиксированном зазоре Δ₁ между цилиндрическими электродами 7 и 10. Затем путем регулирования напряжения на высоковольтном выводе 17 высоковольтной обмотки 18 трансформатора Тесла 16 определяют напряжение пробоя V_max между электродами 7 и 10 электролизера 1. С помощью емкости С₂ конденсатора 23 регулируют время возрастания напряжения пакета высокочастотных импульсов на электроде 7 до величины V_max. На выходе высоковольтного диода 19 мы имеем пакеты высокочастотных импульсов отрицательной полярности V₀, которая описывается уравнением:

$\begin{matrix} V = - \sin x \\ y = 0 \end{matrix} \begin{matrix} 0 \leq x \leq π \\ π < x < 2 π \end{matrix}$ .

Разложение этой функции в ряде Фурье имеет вид:

$y = - (\frac{1}{π} + \frac{1}{2} \sin x) + \frac{2}{π} (\frac{\cos 2 x}{1 \cdot 3} + \cos \frac{4 x}{3 \cdot 5} + ...)$

Таким образом, волну пульсирующего напряжения отрицательной полярности можно представить как отрицательную сумму постоянного напряжения и основной гармоники, к которой прибавляются косинусы высших четных гармоник. Аналогично можно разложить в ряд Фурье отрицательную полуволну тока.

Резонансный режим работы трансформатора Тесла с частотой основной гармоники f₀ позволяет выделить эту гармонику и использовать для получения газового водородно-кислородного топлива. При зарядке конденсатора 23 напряжение между электродами 7 и 10 состоит из постоянной возрастающей по абсолютной величине -V₀ и напряжения высокочастотных импульсов с резонансной частотой f₀. Постоянная составляющая V₀ обеспечивает ослабление электрических связей ионов в молекуле воды, а высокочастотные импульсы с частотой резонанса f₀ обеспечивают подачу энергии и перевод молекул воды в возбужденное состояние.

Связи атомов водорода и кислорода в молекуле воды обусловлены электрическим взаимодействием и поэтому достаточно энергии 4 кВт-ч на получение 1 м³ водорода в процессе электролиза, который широко используется при производстве водорода. Расходы электрической энергии на электролиз воды снижаются в 30 раз до величины 0,13 кВт·ч/м³, если вместо смеси Н₂+О₂ получать на выходе смесь Н-О-О-Н. Если сразу после получения смесь Н-О-О-Н воспламенить, она горит с теплотворной способностью более 4 кВт·ч/кг воды, что меньше теплоты сгорания водорода 43,6 МДж/кг, но совпадает теплотворной способностью торфа 15 МДж/кг. Смесь Н-О-О-Н является нестабильной и при хранении восстанавливается в структуру воды, что существенно увеличивает безопасность процесса ее хранения и использования. Поскольку полного разрыва связей Н₂ и О₂ и образования молекулярного водорода и кислорода не происходит, затраты электрической энергии снижаются в 30 и более раз.

Примеры выполнения устройства и способа получения газового водородно-кислородного топлива.

Пример 1. Электролизер 1 выполнен из нержавеющей стали, имеет первый цилиндрический электрод 7 (фиг.1) толщиной 0,5 мм, наружным диаметром 25 мм, длиной 120 мм с перфорированными стенками цилиндра. Размеры отверстий составляют 1 мм при плотности перфорации 10 отверстий на 1 см² поверхности электрода. Электрод 7 изолирован от фланца 3 электролизера 1 с помощью кольцевого изолятора 5, выполненного из керамики или стекла. Внутренний диаметр второго цилиндрического электрода 10 30 мм, длина 150 мм, зазор между электродами Δ₁ = 2,5 мм. На первый электрод 7 подают отрицательный потенциал 30-40 кВ от высоковольтного вывода 17 трансформатора Тесла 16 через высоковольтный диод 19. Резонансная частота f₀ = 42 кГц, затраты электрической энергии на получение 1 м³ газового водородно-кислородного топлива 0,12 кВт·ч, производительность по газовому топливу 10 м³/час.

Пример 2. Электролизер 1 (фиг.3) выполнен из нержавеющей стали и содержит внутренний электрод 28 наружным диаметром 25 мм, длиной 150 мм, средний электрод 29 внутренним диаметром 30 мм и внешний электрод 32 с внутренним диаметром 37 мм. Толщина стенок электродов 1 мм, зазор между электродами Δ₃ = 2,5 мм. Средний электрод 29 закреплен на изоляторах 31 и соединен через высоковольтный токовывод 6 на фланце 3 и через-высоковольтный диод 19 с высоковольтным выводом 17 трансформатора Тесла 16. На средний электрод подают отрицательный потенциал 30-50 кВ. Резонансная частота f₀ = 12 кГц, производительность по газовому топливу 20 м³/час, затраты электрической энергии 0,1 кВт·ч на 1 м³ газового водородно-кислородного топлива.

Технология получения смеси Н-О-О-Н относится к процессам неполного электролиза (полуэлектролиза) и позволяет использовать воду в качестве эффективного и экономичного аккумулятора энергии с плотностью энергии 14,4 МДж/л и коэффициентом преобразования

$к = \frac{Е_{в ы х}}{Е_{в х}} \geq 30$ , где Е_вх - энергия, затрачиваемая на получение газового водородно-кислородного топлива, Е_вых - энергия, полученная при сжигании этого газового топлива.

Отличие процесса неполного электролиза от процесса полного электролиза состоит в том, что используют электростатические пакеты высоковольтных высокочастотных импульсов, постоянно возрастающей амплитудой для постепенного ослабления внутримолекулярных связей водорода и группы ОН в воде до образования возбужденных кластеров со структурой Н-О-О-Н. При дальнейшем увеличении амплитуды и длительности высоковольтных высокочастотных импульсов на электродах электролизера начинается выделение молекул водорода и кислорода с образованием ионного тока между электродами, соответствующего стандартному процессу электролиза. При появлении ионного тока происходит разряд конденсатора 23 (фиг.1, 2, 3) и 36 (фиг.4), напряжение на электродах уменьшается и процесс повторяют Скважность потока импульсов напряжения подбирают с учетом блокирования образования ионных токов между электродами. Поэтому электролизер остается холодным, а затраты энергии снижаются в 30 и более раз. При этом эффективного полного разложения воды и выделения водорода и кислорода не происходит, смесь Н-О-О-Н является нестабильной, и если она не сгорает, то в процессе хранения восстанавливается в структуру воды.

Смесь Н-О-О-Н является разновидностью гремучего газа, поэтому на выходе электролизера 1 необходимо устанавливать обратный клапан, пропускать смесь через затворы со специальной жидкостью и использовать стандартные пламегасители, препятствующие распространению фронта горения в электролизер 1.

1. Устройство получения газового водородно-кислородного топлива из воды методом электролиза, содержащее электролизер с двумя электродами и источник питания, отличающееся тем, что электроды выполнены в виде двух, внешнего и внутреннего цилиндров с общей осью симметрии, внешний цилиндр совмещен с рубашкой водяного охлаждения электролизера и заземлен, а внутренний цилиндр выполнен в виде стакана с боковыми стенками и сплошным дном, закреплен на изоляторе внутри корпуса электролизера и имеет входное отверстие, совмещенное с отверстием в корпусе электролизера для подвода дистиллированной воды, выходной патрубок электролизера расположен осесимметрично относительно цилиндрических электродов за сплошным дном внутреннего цилиндрического электрода и снабжен рубашкой водяного охлаждения, а высокочастотный источник питания соединен через первый высокочастотный конденсатор с резонансным высокочастотным трансформатором Тесла с выходным напряжением 1-500 кВ, частотой 0,5-100 кГц, высоковольтный вывод которого через высоковольтный диод соединен с внутренним цилиндрическим электродом и с одной обкладкой второго высокочастотного конденсатора, другая обкладка конденсатора соединена с внешним цилиндрическим электродом.

2. Устройство получения газового водородно-кислородного топлива из воды методом электролиза по п.1, отличающееся тем, что внутренний цилиндрический электрод выполнен в виде стакана с перфорированными боковыми стенками.

3. Устройство получения газового водородно-кислородного топлива из воды методом электролиза, содержащее электролизер с электродами и источник питания, отличающееся тем, что электроды выполнены в виде трех, внешнего, среднего и внутреннего цилиндров с общей осью симметрии, средний цилиндрический электрод изолирован от корпуса электролизера и выполнен в виде стакана с боковыми стенками и сплошным дном и закреплен на изоляторе между внутренним и внешним цилиндрическими электродами, внутренний цилиндрический электрод имеет входное отверстие, совмещенное с отверстием в корпусе электролизера для подвода дистиллированной воды, выходной патрубок электролизера расположен осесимметрично относительно цилиндрических электродов за сплошным дном внутреннего цилиндрического электрода и имеет водяное охлаждение, а высокочастотный источник питания соединен через первый высокочастотный конденсатор с резонансным высокочастотным трансформатором Тесла с напряжением на высоковольтном электроде 1-500 кВ, частотой 0,5-100 кГц, высоковольтный вывод трансформатора Тесла соединен через высоковольтный диод со средним цилиндрическим электродом и с одной обкладкой второго высокочастотного конденсатора, другая обкладка конденсатора соединена с внешним и внутренним цилиндрическими электродами.

4. Устройство получения газового водородно-кислородного топлива из воды методом электролиза по п.3, отличающееся тем, что средний цилиндрический электрод выполнен в виде стакана с перфорированными стенками.

5. Устройство получения газового водородно-кислородного топлива из воды методом электролиза, содержащее электролизер с двумя электродами и источник питания, отличающееся тем, что электроды выполнены в виде двух, внешнего и внутреннего цилиндров с общей осью симметрии, изолированных от корпуса электролизера, внутренний цилиндр выполнен в виде стакана с боковыми стенками и сплошным дном и закреплен на изоляторе внутри корпуса и имеет входное отверстие, совмещенное с отверстием в корпусе электролизера, выходной патрубок электролизера расположен осесимметрично относительно цилиндрических электродов за сплошным дном внутреннего цилиндрического электрода, а высокочастотный источник питания соединен с низковольтной обмоткой резонансного высокочастотного трансформатора Тесла через первый конденсатор с емкостью С₁, высоковольтный вывод трансформатора Тесла напряжением 1-500 кВ, частотой 0,5-100 кГц соединен через высокочастотный высоковольтный диод с обкладкой второго конденсатора с электрической емкостью С₂ и одним из электродов электролизера, другой электрод электролизера соединен с низкопотенциальным выводом трансформатора Тесла и с другой обкладкой второго конденсатора.

6. Устройство получения газового водородно-кислородного топлива из воды методом электролиза по п.5, отличающееся тем, что внутренний цилиндрический электрод выполнен в виде стакана с перфорированными боковыми стенками.

7. Способ получения газового водородно-кислородного топлива электролизом воды при подаче электрической энергии от источника питания на электроды внутри реактора электролиза, отличающийся тем, что на электроды подают от высокочастотного источника питания через высоковольтный резонансный высокочастотный трансформатор Тесла и высоковольтный диод электростатические пакеты высоковольтных высокочастотных импульсов одной полярности с выходным напряжением 1-500 кВ, частотой 0,5-100 кГц, амплитуда которых постоянно возрастает для постепенного ослабления межмолекулярных связей водорода с группой ОН и кислородом в дистиллированной воде, а при появлении ионного тока между электродами амплитуду высоковольтных высокочастотных импульсов уменьшают до прекращения ионного тока между электродами и процесс увеличения амплитуды высоковольтных высокочастотных импульсов повторяют, а скважность подачи пакета высоковольтных высокочастотных импульсов выбирают из условия ограничения и блокирования ионного тока между электродами электролизера.

8. Способ получения газового водородно-кислородного топлива электролизом воды при подаче электрической энергии от источника питания на электроды внутри реактора электролиза, отличающийся тем, что высокочастотный источник питания соединяют с резонансным высокочастотным трансформатором Тесла с выходным напряжением 1-500 кВ, частотой 0,5-100 кГц, высоковольтный вывод трансформатора Тесла соединяют через высокочастотный высоковольтный диод с высокочастотным электрическим конденсатором и с изолированным электродом электролизера, электролизер и второй электрод заземляют и подбирают путем регулирования частоты, напряжения и величины электрической емкости конденсатора скважность пакетов высоковольтных импульсов через дистиллированную воду и электроды реактора электролиза и блокируют появление и увеличение ионного тока между электродами электролизера.

9. Способ получения газового водородно-кислородного топлива электролизом воды при подаче электрической энергии от источника питания на электроды внутри реактора электролиза, отличающийся тем, что высокочастотный источник питания соединяют с резонансным высокочастотным трансформатором Тесла с выходным напряжением 1-500 кВ, частотой 0,5-100 кГц, цепь которого образует последовательный резонансный контур с электрической емкостью C₁ первого конденсатора и низковольтной обмоткой трансформатора Тесла, высоковольтный высокочастотный вывод трансформатора Тесла соединяют через высокочастотный высоковольтный диод с выводом второго конденсатора электрической емкостью С₂ и одним изолированным электродом электролизера, низкопотенциальный вывод трансформатора Тесла соединяют с другим изолированным электродом электролизера и с другой обкладкой второго конденсатора и путем регулирования величины емкости С₁ частоты срабатывания разрядного устройства, частоты и напряжения на выходе высоковольтного вывода трансформатора Тесла и величины электрической емкости С₂ подбирают скорость увеличения напряжения в пакетах высоковольтных импульсов и их скважность на электродах в дистиллированной воде реактора электролиза и блокируют появление и увеличение ионного тока между электродами электролизера.

Изобретение относится к электрохимическим производствам, в частности к технологии получения хлора и гидроокисей щелочных металлов электролизом раствора хлорида щелочного металла в электролизере с синтетической ионообменной мембраной.

Способ получения активированной воды // 2515243

Изобретение относится к способу активации воды, заключающемуся в ее электролизе между двумя электродами, разделенными между собой пористой диафрагмой, между которыми подано напряжение, отрицательный и положительный потенциалы которого соединены соответственно с катодным и анодным электродами.

Способ получения чистого перрената аммония // 2514941

Изобретение относится к способу получения чистого перрената аммония, а также к высокочистому перренату аммония. Способ получения чистого перрената аммония путем электролиза включает получение водной суспензии, содержащей технический перренат аммония, добавление азотной кислоты, введение полученной суспензии в катодное пространство электролитической ячейки, приложение напряжения, катодное восстановление азотной кислоты до азотистой кислоты, взаимодействие азотистой кислоты с аммониевыми ионами перрената аммония с образованием водной рениевой кислоты, удаление ионов калия из водной рениевой кислоты и отделение чистого перрената аммония от рениевой кислоты добавлением аммиака.

Электролизер для получения раствора гипохлорита натрия // 2514194

Изобретение относится к очистке воды, а именно к устройствам для обеззараживания питьевых и сточных вод, бассейнов и прочих водных объектов, использующих водные растворы хлора и других хлорсодержащих соединений, в частности гипохлорита натрия, и может быть использовано в технологиях водоподготовки.

Материал катода на основе нанокристаллического цементита, способ его изготовления, катод для электролитического получения водорода из водных щелочных и кислотных растворов и способ его изготовления // 2511546

Группа изобретений относится к изготовлению электродов для электролитического получения водорода из водных щелочных и кислотных растворов. Способ получения нанокристаллического композиционного материала катода включает проведение механоактивации смеси порошков железа и графита в атомном отношении 75:25 в среде аргона в течение 15÷20 ч с получением порошковой смеси из наноразмерных зерен цементита Fe3C и α-Fe при их соотношении в мас.%: (90÷95):(10÷5).

Электролитический способ получения ультрадисперсного порошка гексаборида диспрозия // 2510630

Изобретение относится к электролитическим способам получения чистого гексаборида диспрозия. В качестве источника диспрозия используют безводный трихлорид диспрозия, источника бора - фторборат калия, фонового электролита - эквимольную смесь хлоридов калия и натрия.

Способ производства хлора, каустической соды и водорода // 2509829

Изобретение относится к способу производства хлора, гидроксида щелочного металла и водорода и устройству с компьютерным управлением для осуществления заявленного способа, при этом способ включает следующие стадии: (а) приготовление рассола путем растворения источника хлорида щелочного металла в воде; (b) удаление из рассола, полученного на стадии (а), щелочного осадка в присутствии пероксида водорода или в присутствии, самое большее, 5 мг/л активного хлора посредством фильтра из активированного угля и получение готового рассола; (с) обработка, по меньшей мере, части готового рассола, полученного на стадии (b), на стадии ионообмена; (d) обработка, по меньшей мере, части рассола, полученного на стадии (с), на стадии электролиза; (е) выделение, по меньшей мере, части хлора, гидроксида щелочного металла, водорода и рассола, полученных на стадии (d); (f) обработка, по меньшей мере, части рассола, полученного на стадии (е), на стадии обесхлоривания, осуществляемой в присутствии пероксида водорода; и (g) рециркулирование, по меньшей мере, части обесхлоренного рассола, полученного на стадии (f), на стадию (а).

Система и способ производства химической потенциальной энергии // 2509828

Настоящее изобретение относится к системе и способу производства химической потенциальной энергии и может быть использовано в производстве эффективного топлива, которое можно было бы использовать в чистых энергетических процессах, при которых не образуются и не выделяются парниковые газы и другие загрязнители окружающей среды.

Способ и устройство для получения водорода из воды (варианты) // 2509719

Изобретение относится к области химии. Согласно первому варианту для получения водорода железные стержни изолируют от стенок реактора 1 и подают на них высоковольтный потенциал от трансформатора Тесла 14.

Электрод озонаторной установки и способ его изготовления // 2509180

Изобретение относится к технологическому оборудованию, предназначенному для использования в производстве озонаторных установок. Электрод озонаторной установки представляет собой полую цельнопаяную конструкцию, состоящую из двух одинаковых мембран с диэлектрическим барьером на внешней поверхности; внешнего и внутреннего проставочных колец, определяющих высоту электрода; теплообменной насадки, размещенной в полости электрода для повышения эффективности охлаждения его рабочих поверхностей при синтезе озона; штуцеров для подвода и отвода теплоносителя, диаметрально расположенных на внешнем кольце.

Установка для получения продуктов анодного окисления растворов хлоридов щелочных или щелочноземельных металлов // 2516150

Изобретение относится к устройствам для электрохимической обработки водных растворов. Установка содержит электрохимический реактор, выполненный из проточных электрохимических снабженных корпусом модульных ячеек, каждая из которых содержит один или несколько вертикальных катодов и три или более анода. Коаксиально каждому катоду установлена диафрагма, аноды установлены в корпусе между наружными поверхностями диафрагм и внутренними стенками корпуса, при этом в плоскость поперечного сечения корпуса условно вписан один правильный многоугольник с числом вершин 3-12, или в плоскость поперечного сечения корпуса условно вписаны несколько плотноупакованных правильных многоугольников, каждый из которых является или равносторонним треугольником, или квадратом, или шестиугольником, при этом коаксиально размещенные катоды и диафрагмы установлены в центре многоугольника или многоугольников, а аноды - в вершинах многоугольника или многоугольников. Каждая ячейка реактора снабжена катодным циркуляционным контуром с емкостью в виде теплообменника. Технический результат - упрощение установки большой производительности, снижение расхода энергии, увеличение выхода целевых продуктов - смеси оксидантов при одновременном повышении надежности. 13 з.п. ф-лы, 4 ил., 2 пр.

Электрохимическая модульная ячейка для обработки растворов электролита // 2516226

Изобретение относится к устройствам для электрохимической обработки водных растворов и может быть использовано в процессах электрохимического получения различных химических продуктов путем электролиза водных растворов, в частности смеси оксидантов при электролизе водного раствора хлоридов щелочных или щелочноземельных металлов. Модульная ячейка, содержащая цилиндрические основной и противоэлектрод, установленные вертикально, а также керамическую диафрагму, размещенную коаксиально основному электроду и разделяющую межэлектродное пространство на герметичные анодную и катодную камеры с приспособлениями для подачи обрабатываемых жидкостей и отвода жидкостей и газов, дополнительно снабжена верхними и нижними заглушками, при этом ячейка содержит один или несколько основных вертикальных электродов и более одного противоэлектрода, при этом основные электроды являются катодами, а противоэлектроды - анодами, и аноды закреплены в верхней и нижней заглушках, диафрагмы закреплены или на заглушках, или на катодах, и ячейка снабжена корпусом, на верхней и нижней частях которого также установлены заглушки. Повышение производительности ячейки по анодным продуктам, за счет сокращения установки вспомогательных коммуникаций, компактность и простота устройства обеспечивают расширение ее функциональных возможностей, что является техническим результатом. 8 з.п. ф-лы, 3 ил.

Электрохимический способ получения элементной серы из сероводорода в органических растворителях // 2516480

Изобретение относится к области органической химии, в частности, к способам получения элементной серы из сероводородсодержащих газов и газоконденсатных смесей, и может быть использовано на предприятиях химической, нефтехимической, газоперерабатывающей и металлургической промышленности. Способ получения элементной серы из сероводорода включает проведение электролиза сероводорода на платиновом аноде в органическом растворителе в присутствии фонового электролита при температуре 20-25°С и атмосферном давлении. Предварительно перед проведением электролиза сероводорода в органический растворитель вносят триэтиламин. Технический результат - усовершенствование процесса получения элементной серы, позволяющее значительно снизить значение анодного перенапряжения при проведении электросинтеза серы на основе сероводорода. Конверсия сероводорода в элементную серу - 95-98%. 1 прим.

Регенеративная электрохимическая система энергоснабжения пилотируемого космического аппарата с замкнутым по воде рабочим циклом и способ ее эксплуатации // 2516534

Изобретение относится к энергетике, к системе энергоснабжения космических аппаратов и напланетных станций. Электрохимическая система энергоснабжения космического аппарата с замкнутым по воде рабочим циклом включает электролизер воды и кислородо-водородный генератор, гидравлически связанные друг с другом через резервуар сбора воды и пневматически сообщающиеся с баллонами хранения водорода и кислорода, последний из которых соединен с системой обеспечения жизнедеятельности космического аппарата пневмомагистралью с запорным элементом, металло-водородный аккумулятор, имеющий штуцер для водорода, через который он соединен с баллоном хранения водорода пневмомагистралью с запорным элементом. Способ эксплуатации указанной системы включает осуществление замкнутого цикла реакций разложения воды током на водород и кислород, стехиометрическое соединение этих газов с получением электричества и воды с отбором из этого цикла кислорода, избыток водорода используют в качестве реагента в металло-водородном аккумуляторе, который предварительно заряжают, удаляя из него образующийся при этом водород. Технический результат - сохранение энергоемкости утилизация избыточного водорода, повышение безопасности системы. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

Материал электрода на основе железа для электрохимического получения водорода и способ его изготовления // 2518466

Изобретение относится к способу изготовления материала электрода для электрохимического получения водорода, который заключается в том, что на поверхность электрода наносят порошкообразную композицию Fe-C и осуществляют синтез нанокристаллических элементов Fe-C со средним размером в пределах 10-15 нм обработкой лазерными импульсами с длиной волны 1-1,5 мкм при плотности излучения 107-109 Вт/см2, скорости сканирования лазером 8-15 см/с, частоте импульсов 33-60 кГц в вакууме или в среде аргона, не доводя при этом процесс до плавления и появления карбида железа Fe3C. Изобретение также относится к материалу электрода на основе железа в качестве катодного материала для электрохимического получения водорода. Технический результат заключается в модификации поверхности железа, позволяющей повысить электрокаталитическую активность такого материала. 2 н.п.ф-лы, 2 табл.

Активация катода // 2518899

Изобретение относится к способу активации катода в электролитической ячейке для получения хлората щелочного металла. Способ включает стадию, в которой проводят электролиз электролита, содержащего хлорид щелочного металла, в электролитической ячейке, в которой размещены по меньшей мере один анод и по меньшей мере один катод. При этом a) указанный электролит содержит хром в любой форме в количестве, варьирующем от приблизительно 0,01·10-6 до приблизительно 100·10-6 моль/дм3; b) указанный электролит содержит молибден, вольфрам, ванадий, марганец и/или их смеси в любой форме в совокупном количестве, варьирующем от приблизительно 0,1·10-6 до приблизительно 0,1·10-3 моль/дм3. Также изобретение относится к способу получения хлората щелочного металла. Использование настоящего способа позволяет снизить напряжение на клеммах ячейки. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 5 пр., 6 табл.

Способ преобразования солнечной энергии в химическую и аккумулирование ее в водородсодержащих продуктах // 2520475

Изобретение может быть использовано в химической промышленности, в системах производства топлива для транспорта и в стационарных энергоустановках. Способ преобразования солнечной энергии в химическую и аккумулирования ее в водородсодержащих продуктах включает производство биомассы с использованием солнечной энергии, которую подвергают реакции парокислородной каталитической конверсии с получением продуктов реакции, содержащих водород и диоксид углерода. Полученные продукты направляют в высокотемпературный электрохимический процесс для получения синтез-газа и кислорода. Из полученного синтез-газа на катализаторе в процессе Фишера-Тропша получают углеводороды, а кислород возвращают в начало процесса на конверсию. В качестве рабочего тела используют воду, которую при нагреве синтез-газом испаряют при давлении в диапазоне от 0,1 до 7,0 МПа и направляют на турбину для выработки механической и/или электроэнергии и теплоносителя. Изобретение позволяет снизить тепловые затраты на процесс получения энергоносителей и эффективно производить энергоносители при отсутствии кислорода из атмосферы. 12 з.п. ф-лы, 1 ил., 3 табл.

Способ и устройство для получения водорода из воды // 2520490

Изобретение относится к области химии. Реактор 1 для получения водорода содержит корпус 2, патрубок 10 для подачи воды, патрубок 11 для выхода водорода и патрубок 12 для удаления продуктов реакции водного окисления. Внутри реактора 1 расположен контейнер 6 с металлом 9, который установлен на изоляторах 8. Электрический ввод 5 соединен с высоковольтным выводом 13 трансформатора Тесла 14. Низковольтная обмотка 15 трансформатора Тесла 14 вместе с емкостью 16 образует последовательный резонансный контур, который присоединен к высокочастотному источнику питания 17. При подаче потенциала от высоковольтного вывода 13 трансформатора Тесла 14 на металл 9 на поверхности металла возникают плазменные высокочастотные разряды, которые разрушают пленку окислов на поверхности металла, и происходит реакция водного окисления металлосодержащего вещества с водой с выделением водорода. Изобретение позволяет снизить энергозатраты. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

Способы получения водорода из воды и преобразования частоты, устройство для осуществления первого способа (водородная ячейка) // 2521868

Изобретение относится к водородной энергетике. Технический результат состоит в получении водорода разложением воды с увеличением частоты периодического воздействия напряженностей электрических полей на воду. Способ получения водорода из воды включает разложение воды под действием двух электромагнитных резонансных полей, вектора напряженностей электрических полей которых поочередно меняют направление на 180 градусов при постоянно направленной перпендикулярно им суммарной напряженности магнитных полей от индуктивности контуров. Водородная ячейка содержит два колебательных контура, конденсаторные пластины (13, 14) которых перфорированы таким образом, что пластины первого конденсатора (13) взаимодействуют через отверстия в пластине второго конденсатора (14) и, наоборот, пластины второго конденсатора (14) взаимодействуют через отверстия в пластине (13) первого. Индуктивности (11, 12), имеющие противоположную намотку, расположены между обкладками конденсаторов. 2 н.п. ф-лы, 4 ил.

Способ электролиза водных растворов хлористого водорода или хлорида щелочного металла в электролизере и установка для реализации данного способа // 2521971

Заявленное изобретение относится к способу электролиза водных растворов хлористого водорода или хлорида щелочного металла. В процессе электролиза хлорида щелочного металла предложено использование катода, потребляющего кислород, для чего процесс протекает при высоком избытке кислорода. Необходимый для электролиза кислород обеспечивается устройством для разделения газов, например вакуумно-напорным циклическим безнагревным адсорбционным устройством (VPSA) или воздухоразделительным устройством. Согласно предложенному изобретению обогащенная кислородом газовая среда, образовывающаяся в результате указанного процесса, снова направляется в устройство для разделения газов как питающий газ. Таким образом, устройство для разделения газов работает с питающим газом, обогащенным кислородом, который, в свою очередь, направляется к катоду, где происходит расходование кислорода. Повышение экономичности процесса является техническим результатом заявленного изобретения.2 н. и 2 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 пр.