| початок розділу
Виробничі, аматорські радіоаматорські Авіамодельний, ракетомодельного Корисні, цікаві |
хитрощі майстру
електроніка фізика технології винаходи |
таємниці космосу
таємниці Землі таємниці Океану хитрощі Карта розділу |
  |
| Використання матеріалів сайту дозволяється за умови посилання (для сайтів - гіперпосилання) | |||
Навігація: => |
На головну / Каталог патентів / В розділ каталогу / Назад / |
|
ВИНАХІД
Патент Російської Федерації RU2142905
Дешевий спосіб ОТРИМАННЯ водню і кисню з води
Ім'я винахідника: Єрмаков Віктор Григорович
Ім'я патентовласника: Єрмаков Віктор Григорович
Адреса для листування: 614037, Перм, ул.Мозирская, буд.5, кв.70 Єрмакову Віктору Григоровичу
Дата початку дії патенту: 1998.04.27
Винахід призначений для енергетики і може бути використано при отриманні дешевих і економічних джерел енергії. Отримують в незамкнутому просторі перегрітий водяну пару з температурою 500-550 o C. Перегрітий водяну пару пропускають через постійне електричне поле високої напруги (6000 В) з отриманням водню і кисню. Спосіб простий в аппаратурном оформленні, економічний, пожежо- та вибухобезпечний, високопродуктивний.
ОПИС ВИНАХОДИ
Водень при з'єднанні з киснем-окисленні, займає перше місце по калорійності на 1 кг палива серед всіх горючих використовуваних для повчання електроенергії та тепла. Але висока калорійність водню до сих пір не використовується в отриманні електроенергії і тепла і не може конкурувати з вуглеводневим паливом.
Перешкодою для використання водню в енергетиці є дорогий спосіб його отримання, який економічно невиправданою. Для отримання водню в основному застосовуються електролізні установки, які малопродуктивні і енергія, витрачена на отримання водню, дорівнює енергії, отриманої від спалювання цього водню.
Відомий спосіб отримання водню і кисню з перегрітого водяної пари з температурою 1800-2500 o C, описаний в заявці Великобританії N 1489054 (кл. C 01 B 1/03, 1977). Цей спосіб складний, енергоємний і трудноосуществім.
Найбільш близьким до запропонованого є спосіб отримання водню і кисню з водяної пари на каталізаторі при пропущенні цього пара через електричне поле, описаний в заявці Великобританії N 1585527 (кл. C 01 B 3/04, 1981).
До недоліків цього способу належать:
- неможливість отримання водню в великих кількостях;
- енергоємність;
- складність пристрою і використання дорогих матеріалів;
- неможливість здійснення цього способу при використанні технічної води, т. к. при температурі насиченої пари на стінках пристрою і на каталізаторі будуть утворюватися відкладення і накип, що призведе до її швидкого виходу з ладу;
- для збору отриманих водню і кисню використовуються спеціальні збірні ємності, що робить спосіб пожежо-і вибухонебезпечним.
Завданням, на яку направлено винахід, є усунення вищевказаних недоліків, а й отримання дешевого джерела енергії і тепла.
Це досягається тим, що в способі отримання водню і кисню з пара води, що включає пропускання цього пари через електричне поле, відповідно до винаходу використовують перегрітий пар з температурою 500-550 o C і пропускають його через електричне поле постійного струму високої напруги, викликаючи тим самим дисоціацію пара і поділ його на атоми водню і кисню.
ЗАПРОПОНОВАНИЙ СПОСІБ ЗАСНОВАНИЙ НА НАСТУПНОМУ
Електронна зв'язок між атомами водню і кисню слабшає пропорційно підвищенню температури води. Це підтверджується практикою при спалюванні сухої кам'яного вугілля. Перед тим як спалювати сухе вугілля, його поливають водою. Мокрий вугілля дає більше тепла, краще горить. Це відбувається від того, що при високій температурі горіння вугілля вода розпадається на водень і кисень. Водень згорає і дає додаткові калорії вугіллю, а кисень збільшує обсяг кисню повітря в топці, що сприяє кращому і повному згорянню вугілля.
Температура займання водню від 580 до 590 o C, розкладання води повинно бути нижче порога запалювання водню.
Електронна зв'язок між атомами водню і кисню при температурі 550 o C ще достатня для утворення молекул води, але орбіти електронів вже спотворені, зв'язок з атомами водню і кисню ослаблена. Для того, щоб електрони зійшли зі своїх орбіт і атомна зв'язок між ними розпалася, потрібно електронам додати ще енергії, але вже не тепла, а енергію електричного поля високої напруги. Тоді потенційна енергія електричного поля перетворюється в кінетичну енергію електрона. Швидкість електронів в електричному полі постійного струму зростає пропорційно квадратному кореню напруги, прикладеного до електродів.
Розкладання перегрітої пари в електричному полі може відбуватися при невеликій швидкості пара, а таку швидкість пара при температурі 550 o C можна отримати тільки в незамкнутому просторі.
Для отримання водню і кисню в великих кількостях потрібно використовувати закон збереження матерії. З цього закону випливає: в якій кількості була розкладена вода на водень і кисень, в такій же кількості отримаємо воду при окисленні цих газів.
Можливість здійснення винаходу підтверджується прикладами, здійснюваними в трьох варіантах установок.
Всі три варіанти установок виготовляються з однакових, уніфікованих виробів циліндричної форми зі сталевих труб.
Перший варіант
Робота і пристрій установки першого варіанту (схема 1).
У всіх трьох варіантах робота установок починається з приготування перегрітої пари в незамкнутому просторі з температурою пари 550 o C. незамкнутого простір забезпечує швидкість по контуру розкладання пара до 2 м / с.
Приготування перегрітої пари відбувається в сталевій трубі з жароміцної стали / стартер /, діаметр і довжина якого залежить від потужності установки. Потужність установки визначає кількість розкладається води, літрів / с.
Один літр води містить 124 л водню і 622 л кисню, в перерахунку на калорії становить 329 ккал.
Перед пуском установки стартер розігрівається від 800 до 1000 o C / розігрів виробляється будь-яким способом /.
Один кінець стартера заглушений фланцем, через який надходить дозована вода для розкладання на розраховану потужність. Вода в стартері нагрівається до 550 o C, вільно виходить з іншого кінця стартера і надходить в камеру розкладання, з якої стартер з'єднаний фланцями.
У камері розкладання перегрітий пар розкладається на водень і кисень електричним полем, створюваним позитивним і негативним електродами, на які подається постійний струм з напругою 6000 В. Позитивним електродом служить сам корпус камери / труба /, а негативним електродом служить труба з тонкостінної стали, змонтована по центру корпусу, по всій поверхні якої є отвори діаметром по 20 мм.
Труба - електрод являє собою сітку, яка не повинна створювати опір для входу в електрод водню. Електрод кріпиться до корпусу труби на прохідних ізоляторах і з цього ж кріпленню подається висока напруга. Кінець труби негативного електрода закінчується електроізоляційної і термостійкої трубою для виходу водню через фланець камери. Вихід кисню з корпусу камери розкладання через сталевий патрубок. Позитивний електрод / корпус камери / повинен бути заземлений і заземлений позитивний полюс у джерела живлення постійного струму.
Вихід водню по відношенню до кисню 1: 5.
Другий варіант
Робота і пристрій установки за другим варіантом (схема 2).
Установка другого варіанту призначена для отримання великої кількості водню і кисню за рахунок паралельного розкладання великої кількості води і, окислення газів в котлах для отримання робочого пара високого тиску для електростанцій, що працюють на водні / надалі ВЕС /.
Робота установки, як і в першому варіанті, починається з приготування перегрітої пари в стартері. Але цей стартер відрізняється від стартера в 1-му варіанті. Відмінність полягає в тому, що на кінці стартера приварений відвід, в якому змонтований перемикач пара, що має два положення - "пуск" і "робота".
Отриманий в стартері пар надходить в теплообмінник, який призначений для коригування температури відновленої води після окислення в котлі / К1 / до 550 o C. Теплообмінник / Те / - труба, як і всі вироби з таким же діаметром. Між фланцями труби вмонтовані трубки з жароміцної стали, за якими проходить перегрітий пар. Трубки обтекаются водою із замкнутої системи охолодження.
З теплообмінника перегріта пара надходить в камеру розкладання, точно таку ж, як і в першому варіанті установки.
Водень і кисень з камери розкладання надходять в пальник котла 1, в якій водень підпалюється запальничкою, - утворюється факел. Факел, обтікаючи котел 1, створює в ньому робочий пар високого тиску. Хвіст факела з котла 1 надходить в котел 2 і своїм теплом в котлі 2 готує пар для котла 1. Починається безперервне окислення газів по всьому контуру котлів за відомою формулою:
2H 2 + O 2 = 2H 2 O + тепло
В результаті окислення газів відновлюється вода і виділяється тепло. Це тепло в установці збирають котли 1 і котли 2, перетворюючи це тепло в робочий пар високого тиску. А відновлена вода з високою температурою надходить у наступний теплообмінник, з нього в наступну камеру розкладання. Така послідовність переходу води з одного стану в інший триває стільки раз, скільки потрібно отримати від цього зібраного тепла енергії у вигляді робочого пара для забезпечення проектної потужності ВЕС.
Після того, як перша порція перегрітої пари обійде всі вироби, дасть контуру розрахункову енергію і вийде з останнього в контурі котла 2, перегрітий пар по трубі направляється в перемикач пара, змонтований на стартері. Перемикач пара з положення "пуск" перекладається в положення "робота", після чого він потрапляє в стартер. Стартер відключається / вода, розігрів /. З стартера перегрітий пар надходить в перший теплообмінник, а з нього в камеру розкладання. Починається новий виток перегрітої пари по контуру. З цього моменту контур розкладання і плазми замкнутий сам на себе.
Вода установкою витрачається тільки на освіту робочого пара високого тиску, яка береться з обратки контуру відпрацьованого пара після турбіни.
Недолік силових установок для ВЕС - це їх громіздкість. Наприклад, для ВЕС на 250 МВт потрібно розкладати одночасно 455 л води в одну секунду, а для цього потрібно 227 камер розкладання, 227 теплообмінників, 227 котлів / К1 /, 227 котлів / К2 /. Але така громіздкість стократ буде виправдана вже тільки тим, що паливом для ВЕС буде тільки вода, не кажучи вже про екологічну чистоту ВЕС, дешевої електричної енергії та теплі.
третій варіант
3-й варіант силової установки (схема 3).
Це точно така ж силова установка, як і друга.
Різниця між ними в тому, що ця установка працює постійно від стартера, контур розкладання пара і спалювання водню в кисні не замкнутий сам на себе. Кінцевим виробом в установці буде теплообмінник з камерою розкладання. Така компоновка виробів дозволить отримувати крім електричної енергії і тепла, ще водень і кисень або водень і озон. Силова установка на 250 МВт при роботі від стартера буде витрачати енергію на розігрів стартера, воду 7,2 м 3 / год і воду на освіту робочого пара 1620 м 3 / год / вода використовується з зворотного контуру відпрацьованого пара /. У силовій установці для ВЕС температура води 550 o C. Тиск пара 250 ат. Витрата енергії на створення електричного поля на одну камеру розкладання орієнтовно складе 3600 кВт / год.
Силова установка на 250 МВт при розміщенні виробів на чотирьох поверхах займе площу 114 х 20 м і висоту 10 м. Не враховуючи площу під турбіну, генератор і трансформатор на 250 кВА - 380 х 6000 В.
ВИНАХІД МАЄ НАСТУПНІ ПЕРЕВАГИ
Тепло, отримане при окисленні газів, можна використовувати безпосередньо на місці, причому водень і кисень виходять при утилізації відпрацьованого пара і технічної води.
Невеликий витрата води при отриманні електроенергії і тепла.
Простота способу.
Значна економія енергії, тому що вона витрачається тільки на розігрів стартера до сталого теплового режиму.
Висока продуктивність процесу, тому що дисоціація молекул води триває десяті частки секунди.
Вибухо-та пожежобезпечність способу, тому що при його здійсненні немає необхідності в ємностях для збору водню і кисню.
У процесі роботи установки вода багаторазово очищається, перетворюючись в дистильовану. Це виключає опади і накип, що збільшує термін служби установки.
Установка виготовляється зі звичайної сталі; за винятком котлів, що виготовляються з жароміцних сталей з футеровкой і екрануванням їх стінок. Тобто не потрібні спеціальні дорогі матеріали.
Винахід може знайти застосування в промисловості шляхом заміни вуглеводневої і ядерного палива в силових установках на дешеве, поширене і екологічно чисте - воду при збереженні потужності цих установок.
ФОРМУЛА ВИНАХОДУ
Спосіб отримання водню і кисню з пара води, що включає пропускання цього пари через електричне поле, що відрізняється тим, що використовують перегрітий пар води з температурою 500 - 550 o C, що пропускається через електричне поле постійного струму високої напруги для дисоціації пари і поділу його на атоми водню і кисню.
Версія для друку
Дата публікації 02.11.2006гг
Коментарі
Коментуючи, пам'ятайте про те, що зміст і тон Вашого повідомлення можуть зачіпати почуття реальних людей, проявляйте повагу та толерантність до своїх співрозмовників навіть у тому випадку, якщо Ви не поділяєте їхню думку, Ваша поведінка за умов свободи висловлювань та анонімності, наданих інтернетом, змінює не тільки віртуальний, але й реальний світ. Всі коменти приховані з індексу, спам контролюється.