RU2546149C2

RU2546149C2 - Method and device for generation of hydrogen and oxygen from water vapour with electric gravitational hydrogen cell

Info

Publication number: RU2546149C2
Application number: RU2013113063/05A
Authority: RU
Inventors: Виктор Иванович Павлов
Priority date: 2013-03-22
Filing date: 2013-03-22
Publication date: 2015-04-10
Also published as: RU2013113063A

Abstract

FIELD: power industry.

SUBSTANCE: invention relates to the field of power engineering and can be used for partial or full replacement of hydrocarbon fuel in various modes of transport, in heating systems of residential and industrial premises, in steam generators and for separate generation of pure oxygen and hydrogen for industrial, medical and other applications. The method of generation of hydrogen and oxygen from water vapour includes passing of superheated steam with the temperature 500-550°C through high voltage DC electric field, meanwhile the superheated steam is passed simultaneously through the gravitational (inertial) field created by steam itself during its movement in electric gravitational hydrogen cell, and separation of hydrogen and oxygen mix. For generation of gravitational (inertial) field the electric gravitational hydrogen cell is designed as a set of the disk plates with the central hole which are used as electrodes and guides for movement of water steam along screw trajectory, and collected in such a manner that disk plates form the double screw, and homonymous ones - even, odd disk plates are connected among themselves and electrically insulated from the heteronymic ones.

EFFECT: invention allows to reduce considerably dimensions and to increase productivity of units.

2 cl, 3 dwg

Description

Область техники.The field of technology.

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано для частичного или полного замещения углеводородного топлива на различных видах транспорта, в отопительных системах жилых и производственных помещений, в генераторах производства пара и для раздельного получения чистого кислорода и водорода для производственных, медицинских и пр. нужд.The invention relates to the field of energy and can be used for partial or complete replacement of hydrocarbon fuel in various modes of transport, in heating systems of residential and industrial premises, in steam production generators and for separate production of pure oxygen and hydrogen for industrial, medical and other needs.

Уровень техники.The level of technology.

Известны способы разложения воды на водород и кислород методом низкоамперного электролиза с применением для его осуществления импульсно-резонансного тока высокого напряжения. Наиболее известный способ - это электрическая водородная ячейка Мейера (патент США №4936961, 1990 г.). Известен способ получения водорода и кислорода из пара воды, включающий пропускание этого пара через электрическое поле, отличающийся тем, что перегретый пар воды с температурой 500-550°C пропускают через электрическое поле постоянного тока высокого напряжения для диссоциации пара и разделения его на атомы водорода и кислорода. Патент РФ RU 2142905, автор Ермаков В.Г. Этот способ основан на следующем: электронная связь между атомами водорода и кислорода ослабевает пропорционально повышению температуры воды; температура воспламенения водорода от 580 до 590°C, разложение воды должно быть ниже порога зажигания водорода; электронная связь между атомами водорода и кислорода при температуре 550°C ослаблена, и орбиты электронов уже искажены, для того, чтобы электроны сошли со своих орбит, и атомная связь между ними распалась, нужно электронам добавить энергию электрического поля высокого напряжения. В камере разложения перегретого пара электрическое поле создается положительным и отрицательным электродами, на которые подается постоянный ток, с напряжением 6000 B. Положительным электродом служит корпус камеры /труба/, а отрицательным электродом служит стальная труба, смонтированная по центру корпуса. Наиболее близким из аналогов к предлагаемому изобретению является патент РФ RU 2142905 автора Ермакова В.Г., который и выбран как прототип.Known methods for the decomposition of water into hydrogen and oxygen by low-current electrolysis using high-voltage pulse-resonant current for its implementation. The best known method is the Meyer electric hydrogen cell (US patent No. 4936961, 1990). A known method of producing hydrogen and oxygen from water vapor, comprising passing this steam through an electric field, characterized in that superheated water vapor with a temperature of 500-550 ° C is passed through a high voltage direct current electric field to dissociate the vapor and separate it into hydrogen atoms and oxygen. RF patent RU 2142905, author Ermakov V.G. This method is based on the following: the electronic bond between hydrogen and oxygen atoms weakens in proportion to the increase in water temperature; hydrogen ignition temperature from 580 to 590 ° C; water decomposition should be below the hydrogen ignition threshold; the electron bond between the hydrogen and oxygen atoms at a temperature of 550 ° C is weakened, and the orbits of the electrons are already distorted, in order for the electrons to leave their orbits and the atomic bond between them to decay, the electrons need to add high-voltage electric field energy. In the decomposition chamber of superheated steam, the electric field is created by positive and negative electrodes, to which direct current is supplied, with a voltage of 6000 V. The chamber body / pipe / serves as the positive electrode, and the steel pipe mounted in the center of the body serves as the negative electrode. The closest of the analogues to the proposed invention is a patent of the Russian Federation RU 2142905 by V. Ermakov, which is selected as a prototype.

Недостатки.Disadvantages.

Электрические водородные ячейки Мейера малопроизводительны, потому что в них нет механизма эффективного отвода молекул газа с электродов. Недостатком прототипа (патент РФ RU 2142905) является громоздкость установки и в связи с тем, что диссоциация пара и разделение его на атомы водорода и кислорода осуществляется под воздействием только электрического поля постоянного тока высокого напряжения, низкая производительность.Meyer's electric hydrogen cells are inefficient because they do not have a mechanism for efficient removal of gas molecules from the electrodes. The disadvantage of the prototype (RF patent RU 2142905) is the complexity of the installation and due to the fact that the dissociation of steam and its separation into hydrogen and oxygen atoms is carried out under the influence of only an electric field of direct current high voltage, low productivity.

Цель изобретения.The purpose of the invention.

Целью изобретения являются повышение производительности установки и уменьшение ее габаритов для более широкого применения способа, а также получение более дешевого источника энергии и тепла. Это достигается благодаря тому, что в способе получения водорода и кислорода из пара воды, при пропускании перегретого пара с температурой 500-550°C через электрическое поле постоянного тока высокого напряжения, согласно изобретению перегретый пар одновременно пропускают через электрическое поле и через гравитационное (инерционное) поле, создаваемое самим паром при его движении в электрической гравитационной водородной ячейке, вызывая тем самым более интенсивное разделение его на атомы водорода и кислорода и сепарирование смеси водорода с кислородом.The aim of the invention is to increase the productivity of the installation and reduce its dimensions for wider application of the method, as well as obtaining a cheaper source of energy and heat. This is achieved due to the fact that in the method for producing hydrogen and oxygen from water vapor, while passing superheated steam with a temperature of 500-550 ° C through a high voltage direct current electric field, according to the invention, superheated steam is simultaneously passed through an electric field and through gravitational (inertial) the field created by the steam itself when it moves in an electric gravitational hydrogen cell, thereby causing it to more intensively separate it into hydrogen and oxygen atoms and separate the hydrogen mixture with oxygen.

Для создания гравитационного (инерционного) поля электрическая гравитационная водородная ячейка выполнена в виде набора дисковых пластин с центральным отверстием, выполняющих функции электродов (катод и анод) и направляющих для движения пара воды по винтовой траектории, и собранных таким образом, что дисковые пластины образуют двойной шнек, при этом одноименные (четные, нечетные) дисковые пластины соединены между собой и электрически изолированы от разноименных. Пар, пропускаемый через электрическую гравитационную водородную ячейку, внутри ячейки движется между дисками (катодом и анодом) вихреобразно по винтовой траектории, создавая гравитационное (инерционное) поле.To create a gravitational (inertial) field, an electric gravitational hydrogen cell is made in the form of a set of disk plates with a central hole that perform the functions of electrodes (cathode and anode) and guide the movement of water vapor along a helical path, and assembled in such a way that the disk plates form a double screw while the same (even, odd) disk plates are interconnected and are electrically isolated from unlike. The steam passed through the electric gravitational hydrogen cell inside the cell moves between the disks (cathode and anode) in a vortex-like manner along a helical path, creating a gravitational (inertial) field.

Сущность изобретения и его отличительные (от прототипа) признаки.The invention and its distinctive (from the prototype) features.

На фигуре 1 изображена схема установки для получения водорода и кислорода из водяного пара с электрической гравитационной водородной ячейкой. На фигуре 2 изображен продольный разрез электрической гравитационной водородной ячейки.The figure 1 shows a diagram of a plant for producing hydrogen and oxygen from water vapor with an electric gravitational hydrogen cell. The figure 2 shows a longitudinal section of an electric gravitational hydrogen cell.

На фигуре 3 изображен поперечный разрез пакета дисковых пластин электрической гравитационной водородной ячейки в районе зазора между пластинами.The figure 3 shows a cross section of a package of disk plates of an electric gravitational hydrogen cell in the region of the gap between the plates.

Как показано на рисунках, заявляемый способ и схема содержит: электрическую гравитационную водородную ячейку 1; охладитель 2 водорода и охладитель 3 кислорода; компрессор 4 водорода и компрессор 5 кислорода; электродвигатель 6, являющийся приводом компрессоров 4 и 5; аккумулирующий баллон 7 водорода и аккумулирующий баллон 8 кислорода; парогенератор 9 с камерой сгорания, не указанной на схеме и горелкой 10; клапан 11, регулирующий подачу пара в электрическую гравитационную водородную ячейку 1; клапан 13, подающий пар на потребители. Электрическая гравитационная водородная ячейка 1 соединена трубопроводами 12, с одной стороны с камерой сгорания парогенератора 10 через клапан 11, а с другой стороны с охладителем 2 водорода и охладителем 3 кислорода, которые соединены соответственно с компрессором 4 водорода и компрессором 5 кислорода. Компрессор 4 соединен трубопроводом 12 с аккумулирующим баллоном 7 водорода, а компрессор 5 с аккумулирующим баллоном 8 кислорода. Аккумулирующие баллоны 7, 8 соединены трубопроводами 12 с горелкой 10 парогенератора 9. Электрическая гравитационная водородная ячейка 1 содержит: корпус ячейки 14 и дисковые пластины 15 с разрезом 18; трубу 16 с отверстиями по образующей для свободного входа вовнутрь водорода; изоляторы 17, изолирующие пакет дисковых пластин от корпуса; штоки 19, на которые монтируются отдельно четные и нечетные дисковые пластины; изоляторы 20, изолирующие друг от друга четные и нечетные дисковые пластины. Дисковые пластины 15, изготовленные из немагнитной нержавеющей стали, имеют разрез 18, центральное отверстие для монтажа в нем трубы 16, шесть отверстий с диаметром 4-6 мм для монтажа пластин на шток 18 мм и шесть отверстий с диаметром 10 мм для прохождения в них штоков 19 с изолятором 20. Отверстия расположены по окружности и под углом 120°, по три отверстия каждого размера в районе внешнего диаметра диска и по три отверстия каждого размера в районе внутреннего диаметра. Пакет дисковых пластин, выполняющих функции электродов (катод и анод) и направляющих для движения пара воды по винтовой траектории, и собранных таким образом, что дисковые пластины образуют двойной шнек, при этом одноименные (четные, нечетные) дисковые пластины соединены между собой и электрически изолированы от разноименных. Шаг шнеков определяется по формуле S=δ+2×C, где S - шаг шнека, δ - толщина диска равная 0,8÷1,5 мм, С - зазор между дисковыми пластинами равный 1,0÷4,5 мм. Винтовая форма дисковой пластины 15, которую имеет шнек, достигается фиксацией дисковой пластины 15 в отверстиях меньшего размера в определенных по высоте местах на штоках 19, жестко фиксированных относительно корпуса 14. Штоки 19, соединяющие одноименные дисковые пластины (четные или нечетные), обеспечивают электрическую связь между ними. Штоки 19 первого шнека проходят через дисковые пластины 15 второго шнека через изолятор 20, установленный в отверстие большего диаметра дисковой пластины 15 второго шнека и обеспечивающий изоляцию четной дисковой пластины 15 и нечетной. Прохождение штоков 19 второго шнека через дисковые пластины 15 первого шнека аналогично. К штокам 19 подводится постоянный (или импульсный резонансный, или последовательно постоянный и импульсно-резонансный) ток высокого напряжения от известных типов генераторов. Схема установки работает следующим образом: водород и кислород, находящийся в аккумулирующем баллоне 7 и аккумулирующем баллоне 8, подается через горелку 10 в камеру сгорания парогенератора 9. Соответствующее количество газов регулируется горелкой 10 известными способами. В камере сгорания смесь газов сгорает при температуре 2500-3000°C и в соответствии с формулой 2H₂+O₂=2H₂O превращается в водяной пар. Вода, находящаяся в парогенераторе 9, отбирает тепло сгорания, охлаждает образовавшийся водяной пар и преобразуется сама в пар с определенными параметрами. Когда температура водяного пара в камере сгорания парогенератора 9 снизится до 600°C, клапан 11 открывает доступ пару в электрическую гравитационную водородную ячейку 1. Внутри ячейки пар движется между дисками (катодом и анодом) вихреобразно по винтовой траектории, создавая гравитационное (инерционное) поле. Центробежные силы гравитационного поля отбрасывают кислород на периферию электрической гравитационной водородной ячейки 1, а центростремительные силы гравитационного поля притягивают водород к ее центру. Компрессор 4 через охладитель 2 всасывает водород из электрической гравитационной водородной ячейки 1 и нагнетает его в аккумулирующий баллон 7. Компрессор 5 через охладитель 3 всасывает кислород из электрической гравитационной водородной ячейки 1 и нагнетает его в аккумулирующий баллон 7. Далее цикл повторяется. Пар, произведенный в парогенераторе 9, может быть отобран через клапан 13 и использован в потребителях различного назначения. В случае необходимости использовать водород и кислород для других целей, их отбор производится непосредственно из аккумулирующих баллонов 7 и 8. В этом случае через клапан 11, регулирующий подачу пара, поступает необходимое дополнительное количество его от парогенератора 9.As shown in the drawings, the inventive method and circuit contains: an electric gravitational hydrogen cell 1; hydrogen cooler 2 and oxygen cooler 3; a hydrogen compressor 4 and an oxygen compressor 5; an electric motor 6, which is the drive of the compressors 4 and 5; a hydrogen storage cylinder 7 and an oxygen storage cylinder 8; a steam generator 9 with a combustion chamber not shown in the diagram and a burner 10; a valve 11 regulating the supply of steam to the electric gravitational hydrogen cell 1; a valve 13 supplying steam to consumers. The electric gravitational hydrogen cell 1 is connected by pipelines 12, on the one hand with the combustion chamber of the steam generator 10 through the valve 11, and on the other hand with a hydrogen cooler 2 and oxygen cooler 3, which are connected respectively to the hydrogen compressor 4 and oxygen compressor 5. Compressor 4 is connected by a pipe 12 to a hydrogen storage cylinder 7, and compressor 5 is connected to an oxygen storage cylinder 8. The storage cylinders 7, 8 are connected by pipelines 12 to the burner 10 of the steam generator 9. The electric gravitational hydrogen cell 1 contains: a cell body 14 and disk plates 15 with a cut 18; a pipe 16 with holes along the generatrix for free entry into the hydrogen; insulators 17, isolating the package of disk plates from the housing; rods 19, on which even and odd disk plates are mounted separately; insulators 20 isolating even and odd disk plates from each other. Disk plates 15 made of non-magnetic stainless steel have a cut 18, a central hole for mounting pipes 16 in it, six holes with a diameter of 4-6 mm for mounting plates on a rod 18 mm and six holes with a diameter of 10 mm for passing rods in them 19 with an insulator 20. The holes are located around the circumference and at an angle of 120 °, three holes of each size in the region of the outer diameter of the disk and three holes of each size in the region of the inner diameter. A package of disk plates that act as electrodes (cathode and anode) and guides for the movement of water vapor along a helical path, and assembled in such a way that the disk plates form a double screw, while the same (even, odd) disk plates are interconnected and electrically isolated from opposites. The screw pitch is determined by the formula S = δ + 2 × C, where S is the screw pitch, δ is the disk thickness equal to 0.8 ÷ 1.5 mm, C is the gap between the disk plates equal to 1.0 ÷ 4.5 mm. The screw shape of the disk plate 15, which has a screw, is achieved by fixing the disk plate 15 in the holes of a smaller size in places defined by height on the rods 19, rigidly fixed relative to the housing 14. The rods 19 connecting the same disk plates (even or odd) provide electrical communication between them. The rods 19 of the first screw pass through the disk plates 15 of the second screw through an insulator 20 installed in the hole of a larger diameter of the disk plate 15 of the second screw and providing isolation of an even disk plate 15 and an odd one. The passage of the rods 19 of the second screw through the disk plates 15 of the first screw is similar. A constant (or pulsed resonant, or sequentially constant and pulsed-resonant) high voltage current from known types of generators is supplied to the rods 19. The installation scheme works as follows: hydrogen and oxygen, which is located in the storage cylinder 7 and the storage cylinder 8, is supplied through the burner 10 to the combustion chamber of the steam generator 9. The corresponding amount of gas is regulated by the burner 10 by known methods. In the combustion chamber, the gas mixture burns at a temperature of 2500-3000 ° C and, in accordance with the formula 2H ₂ + O ₂ = 2H ₂ O, turns into water vapor. The water in the steam generator 9 takes the heat of combustion, cools the formed water vapor and is converted itself into steam with certain parameters. When the temperature of the water vapor in the combustion chamber of the steam generator 9 drops to 600 ° C, the valve 11 opens the steam access to the electric gravitational hydrogen cell 1. Inside the cell, the steam moves between the disks (cathode and anode) in a vortex-like spiral path, creating a gravitational (inertial) field. The centrifugal forces of the gravitational field reject oxygen to the periphery of the electric gravitational hydrogen cell 1, and the centripetal forces of the gravitational field attract hydrogen to its center. The compressor 4 through the cooler 2 draws in hydrogen from the electric gravitational hydrogen cell 1 and pumps it into the storage cylinder 7. Compressor 5 through the cooler 3 draws oxygen from the electric gravitational hydrogen cell 1 and pumps it into the storage tank 7. Then the cycle repeats. The steam produced in the steam generator 9, can be selected through the valve 13 and used in consumers for various purposes. If it is necessary to use hydrogen and oxygen for other purposes, their selection is made directly from accumulating cylinders 7 and 8. In this case, the required additional amount of it comes from the steam generator 9 through the valve 11 regulating the supply of steam.

Claims

1. A method of producing hydrogen and oxygen from superheated steam of water with a temperature of 500-550 ° C by passing this steam through a high voltage direct current electric field, characterized in that the superheated steam is simultaneously passed through an electric field and through a gravitational (inertial) field steam itself during its movement in an electric gravitational hydrogen cell, thereby causing a more intense separation of it into hydrogen and oxygen atoms and separation of a mixture of hydrogen with oxygen.

2. A device for producing hydrogen and oxygen from superheated steam of water, implementing the method according to claim 1, characterized in that the electric gravitational hydrogen cell is made in the form of a set of disk plates that perform the functions of electrodes - the cathode and anode, and guides for the movement of water vapor on a screw trajectories, and assembled in such a way that the disk plates form a double auger, with the same name - even, odd disk plates are interconnected and electrically isolated from unlike ones.