Устройство для получения водорода

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОП ИСАНИ Е

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К ПАТЕНТУ

iii 698555 (61) Дополнительный к патенту— (22) Заявлено 26.08.76 (21) 2390306/23-26 (51) М. Кл

G01 В 1/27

В 01 D 13/00 (23) Приоритет— (32) 27.08.75 (31) 7526389 (33) Франция

Государственный комитет

СССР по делам нзооретений н открытий

Опубликовано 15.11.79. Бюллетень № 42

Дата опубликования описания 25.11.79 (53) УДК 532.711.66..067 (088.8) !

Иностранец

Жак Фалли (Франция) (72) Автор изобретения

Иностранная фирма

«Компани Женеральд Элсктрисите С.А.» (франция) (71) Заявитель (54) УСТРОИСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ВОДОРОДА

Изобретение относится к устройствам для получения водорода из воды термическим способом, может быть использовано в любой отрасли промышленности, где необходимо применение чистого водорода, например, в качестве горючего.

Известны устройства для получения водорода из воды электролитическим путем (11

Эти устройства сложны и не эффективны из-за низкого коэффициента полезного действия электролизной реакции.

Изве тно устройство для получения водорода путем термического разложения воды, содержащее корпус, внутрь которого подводится тепловая энергия и в котором расположены трубчатая селективная мембрана из окисла тугоплавкого металла и соосная ей камера разложения воды, снабженная трубопроводом для подачи перегретого водяного пара (2).

Недостатками известного устройства являются низкая производительность селективной мембраны по кислороду, который диффундирует сквозь нее, а также невысокая чистота конечного продукта, поскольку некоторая часть образовавшегося кислорода остается в нем.

Целью изобретения является повышение эффективности работы устройства.

Цель достигается тем, что трубчатая селективная мембрана выполнена из окисла циркония с добавками окислов иттрия и железа, а устройство снабжено вакуум-насосом, соединенным с внутренней полостью трубчатой селективной мембраны.

Повышение эффективности работы устройства достигается в результате того, что добавки окислов металлов в материал мембраны значительно ускоряют диффузию кислорода через селективную мембрану, чему способствует также и увеличение разности

1 концентраций кислорода с обеих сторон мембраны, поддерживаемое с помошью вакуумнасоса.

На чертеже представлен один из вариантов выполнения устройства.

Устройство состоит из корпуса 1, пред2В ставляющего собой муфту с вертикальной осью. Через верхнее отверстие 2 в корпус поступает тепловая энергия, способная довести температуру атмосферы внутри кор698555

$о

$S пользоваться и другие, например, окись кальция СаО. Наилучшей добавкой для обеспепуса до уровня 1800 †25 С. В представленном варианте эта тепловая энергия показана в виде конического пучка 3 солнечной энергии, исходящей из фокуса 4 зеркальной системы (не показана) . Можно нагревать внутренний объем и другими средствами, например сжиганием топлива или с помощью ядерной установки.

В корпусе 1 .расположен кольцевой трубопровод 5, образованный наружной стенкой 6, герметичной для водорода и кислорода, и внутренней стенкой (селективная мембрана) 7, выполненной из окисла циркония ZrO с добавками для обеспечения ионной проводимости кислорода и электронной проводимости. Наилучшей добавкой для увеличения ионной проводимости кислорода является окись иттрия У Оз, но могут исчения электронной проводимости является окись железа 1.еО+ но могут использоваться и другие, например окислы урана UO или церия СеОз или смеси этих окислов.

Обе стенки трубопровода 5 выполнены в виде соосных трубок, закрытых с верхнего конца, и выходят за пределы корпуса

1 через его нижнее отверстие. Обе они опираются на основание 8, выполненное, например, из нержавеющей стали. Через отверстие 9 в основании 8 в трубопровод 5 вставлена трубка 10, через которую подается циркулирующий газ. Он выводится из трубопровода 5 через отверстие 11 в основании 8.

В центральной части основания 8 имеется также отверстие 12, в которое вставлена трубка 13, соединяющая внутренний объем селективной мембраны 7 с вакуум-насосом

14. На трубке 13 может быть при необходимости размещена система охлаждения 15.

Газ, отсасываемый вакуум насосом 14, собирается в резервуаре 16.

Трубка 17, вставленная в отверстие 11 основания 8, через клапан 18 и систему охлаждения 19 соединяет трубопровод 5 с конденсационной камерой 20, которая в свою очередь соединена с резервуаром 21 через форвакуумный насос 22 и клапан 23.

Два змеевиковых теплообменника 24 и

25, соединенных последовательно, охватывают трубки 13 и 17, а также нижнюю часть наружной стенки 6 трубопровода 5, выходящей за пределы корпуса 1. Свободный конец теплообменника 24 вставлен в отверстие 9 основания 8, а свободный конец теплообменника 25 соединен с трубой 26, обвивающей нижнюю часть корпуса 1 и через клапан 27 связанной с системой 28 подачи воды (не показана).

С целью уменьшения потерь тепла теплообменники 24 и 25 окружены теплоизоляционным материалом 29.

Для контроля за ходом процесса на трубке 17 расположен манометр 30, а для под2$ за

3$

4$

$о

S$ держания необходимого давления во внутреннем объеме селективной мембраны 7 установлен клапан 31.

Устройство работает следующим образом.

Внутренний объем корпуса 1 нагревается до температуры 2200 С под действием пучка лучей 3. При открытом клапане 27 вода через систему 28 поступает в трубу 26 с постоянным давлением. Эта вода предпочтительно является дистиллированной, чтобы избежать отложения накипи в устройстве. Хотя система 28 не показана на чертеже, дистиллированная вода может быть нагрета посредством циркуляции на системах охлаждения 15 и 19, причем тепло, необходимое для дистилляции, может быть обеспечено за счет тепловых потерь корпуса 1.

Вода, которая циркулирует в трубе 26, нагревается сначала от контакта с наружной стенкой корпуса 1, затем, проходя в трубы теплообменника 25, от контакта с нижней частью стенки 6. Вода, выходящая из теплообменника 25, уже переходит в пар.

Водяной пар перегревается в теплообменнике 24 и с температурой приблизительно 800 С подходит к входному отверстию 9 трубопровода 5.

Температура перегретого водяного пара увеличивается еще больше в трубке 10 внутри трубопровода 5, она близка внутренней температуре 2200 С, когда пар выходит из трубки 10 в верхнюю часть трубопровода 5.

Водяной пар, поступающий в трубопровод

5, разлагается на водород и кислород вследствие реакции:

Н О вЂ” э Н + 1/2 О

Вдоль внутренней стенки 7 трубопровода 5 происходит электрохимический процесс отделения полученного таким образом кислорода, который проникает сквозь стенку 7.

Этот процесс обеспечивается диффузией сквозь стенку 7 кислорода, содержащегося в трубопроводе 5, а также потоком электронов, проходящем в обратном направлении.

Этот электронный поток нагревает стенку 7, что обеспечивает экономию энергии.

Чем больше разность концентрации кислорода с обеих сторон мембраны, тем сильнее диффузия кислорода сквозь селективную м емб ра ну.

Именно поэтому снаружи трубопровода

5 на стенке 7 создается депрессия кислорода посредством вакуум-насоса 14. Кислород, проникающий сквозь мембрану, хранится в резервуаре 16.

Кислород, полученный при разложении водяного пара, содержащегося в трубопроводе 5, выводится, таким образом, постоянно, что способствует почти полному разложению водяного лара, содержащегося в трубопроводе 5. Разность давления кислорода с обеих сторон селективной мембраны 7

698555

Составитель А. Свнтцов

Редактор Т. Девятко Техред О. Луговая Корректор Г. Назарова

Заказ 6978)41 Тираж 844 Подписное

ЦН И И ПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, )К вЂ” 35, Раушская наб., д. 4iI5

Филиал П П П е Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4 достаточно велика для того, чтобы на выходе из отверстия 11 трубопровода 5 оставался практически чистый водород.

Этот водород собирается, например, в сжатом виде в резервуаре 21 с помощью насоса 22, причем неразложившиеся следы воды конденсируются в конденсационной камере 20.

Следует заметить, что для своей работы это устройство потребляет только воду, запасы которой практически неисчерпаемы, а также то, что тепловая и механическая энергия могут быть получены из солнечной энергии.

Предлагаемое устройство может применяться для хранения сжатого водорода или водорода в жидком виде, а также для питания электростанции, работающей на газовых турбинах для обеспечения работы двигателей на водороде или для обеспечения топливом вообще

Формула изобретения

Устройство для получения водорода путем термического разложения воды, содержащее корпус, внутри которого имеется источник тепловой энергии и в котором расположены трубчатая селективная мембрана из окисла тугоплавкого металла и соосная ей камера разложения воды, снабженная трубопроводом для подачи перегретого водяного пара, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности работы, трубчатая селективная мембрана выполнена из окисла циркония с добавками окислов иттрия и железа, а устройство снабжено вакуум-насосом, соединенным с внутренней полостью трубчатой селективной мембраны.

1$ Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Лебедев В. В., Водород, его получение и использование, M., 1958.

2. Патент США № 3901669, кл. 55-16, опублик. 26.08.75 (прототип).