CN105200447A - 一种高能气体产生装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高能气体产生装置，所述装置包括至少一对由主极板A与主极板B构成的电解机构，以及至少一组激发副极板A与激发副极板B构成的激发机构；其中所述激发机构所产生的电场方向与所述电解机构的电场方向相互垂直，所述电解机构和激发机构产生的电场相互作用下，增加水分解的能量。本发明通过设置的上述两个机构的电场相互作用，增加了氢原子和氧原子之间的电场作用力，改变电子的分层排布，拉大原子和原子之间的距离，改变水的氢键结构。进而形成了氢氧元素的粒子状态相对平衡、稳定共存的混合气态物质，该气态物质燃烧高效稳定不易爆燃，可随被加热物质的不同而产生不同的燃烧温度，且可在欠氧状态下燃烧，是一种真正高效、环保清洁的燃气能源。

Description

一种高能气体产生装置及方法

技术领域

本领域涉及水电解领域，具体涉及一种可产生高能气体装置及其方法。

背景技术

传统水电解分离产生氢、氧气体的电解反应技术，原理是水通过正负电极电子量的转换从而改变氢离子化合价升降，使水分解成氢气与氧气。当电流通过时溶液中的H+离子移向阴极吸收电子析出氢气；在阳极上OH-离子放出电子析出氧气；分别产生可燃的氢气和助燃的氧气两种气体输出，再经超低温液化或压缩成气体产品各自应用。

这种气体是由氢分子和氧分子组成的，在整个反应中，水的氢键网络构型态势没有改变。一般方法是，水电解得到的氢气和氧气是以分子气体结构相互分离的，而分离后的氢气和氧气，由于比重相差太大，一般很难再混合，在氢气占4-74％情形下与氧气再混合极容易爆燃，如此导致氢氧燃烧的效能发挥率较低。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的技术方案对现有技术进行改进的目的旨在提供一种通过电解生成，不是一般由氢分子和氧分子组成的氢、氧气两种气体，而是通过所述设计的电解机构和激发机构，产生相互交叉电场，在此电场的作用下，进一步增加水分解的能量，使水的氢键结构发生变化，形成由氢元素和氧元素按照自身原始比例组成、具有活跃态变能量但又能够相对平衡、稳定共存的混合气态物质。该气态物质具有可燃、高热值以及在欠氧状态下可燃等特性。燃烧后无污染，只还原成水蒸气的一种新型高效、环保清洁的燃气能源。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种高能气体产生装置，包括用于产生所述高能量气体的水箱，电源控制器以及输出所述高能气体的导管及气体收集装置，所述装置包括过滤水和监测气量表及气压表；包括用于产生所述高能气体的一个密闭的非金属水容器造外壳的反应槽，其中所述反应槽中其特征在于设有至少一对电解机构，所述电解机构由主极板A与主极板B构成；还包括至少一组激发机构，激发机构由激发副极板A与激发副极板B构成；所述激发机构所产生的电场方向与所述电解机构的电场方向相互垂直，所述电解机构和激发机构用于产生交叉电场，增加水分解的能量。

需要说明的是，所述激发机构包括相互紧密靠近且互不接触的激发副极板A与副极板B，为了进一步增加水的分解效果，所述激发副极板A与副极板B表面分别设有规则分布或不规则分布的通孔。

作为另一种优选的技术方案，需要说明的是，所述激发机构包括激发副极板A与副极板B，为了更进一步地增加水的分解效果，所述激发副极板A的表面设有凸缘，所述激发副极板B设有与所述凸缘位置相应的凹陷部，所述激发副极板A通过所述凸缘对接于所述激发副极板B的凹陷部中，所述激发副极板A与所述激发副极板B紧密靠近但互不接触。

需要说明的是，所述激发副极板A与激发副极板B之间设置绝缘板或绝缘膜。

需要进一步说明的是，为了使正电极或负电极在通电后可以产生均匀的电荷，所述电源控制器的正极连接于所述主极板A的中心，其负极与所述主极板B的中心连接；所述电源控制器的正极连接于所述副极板A的中心，其负极与所述副极板B的中心连接；主极板A、B以及副极板A、B可互换连接于电源控制器的正负极。

作为本发明装置的实施，对应的方法如下：

一种利用高能气体产生装置产生高能气体的方法，所述方法包括以下步骤：

S1向所述非金属水容器注入一定量的水，使所述电解机构与所述激发机构接通直流电源，开始水的电分解过程；

S2此时水通电自偶电离产生氢离子和氢氧根离子，具有导电性，电子e-从正极流向负极，正极、负极以及正负极之间分别产生了包含氢、氧元素的气体；

S3在产生包含氢、氧元素的气体过程中，水将在电解机构中作规则的流动，在激发机构的电场与电解机构的电场的相互作用下，获得更大的分解能量，并将该分解所获得的高能量气体输出。

需要说明的是，实施S3时，通过垂直于电解机构电场的激发机构组成交叉电场，在此电场的作用下，使水分子中各原子的原子核和电子的分层排布扩大，增加水分子中氢原子和氧原子的相互作用力，从而增大水分子的体积，形成高能量气体并输出。

需要进一步说明的是，本发明的原理在于，水是由氢、氧两种元素组成的，水中存在氢离子和氢氧根离子。高能气体就是水的阴、阳离子通过正负电极电子量的转换，在改变阴、阳离子化合价升降从而分解氢、氧的过程中，增加合适电场条件，能促进氢原子和氧原子之间的相互作用力(O-H…O)，加大原子核与电子的分层排布，改变水的氢键结构。这实质上是改变了氧、氢原子的位置使水分子内各个原子之间距离拉开，形成了氢、氧元素的粒子状态能够相互平衡、稳定共存的高能量气体。

本发明的有益效果在于：

1、高效稳定不易爆燃：本发明产生的高能气体有一定的惰性。一升纯氢气重量0.09克，一升高能气体重量0.535克，是氢气重量的近6倍，在一定的压力下，氢和氧元素的粒子状态能够相互平衡，组成的一种不易爆燃、无色无味无毒的气体，与普通氢气或氢/氧混合气体用火种一点就爆炸或燃烧的点燃方法不同，这种气体的相对稳定性形成的燃点和低爆极限较高，燃点为400℃，低爆极限达到6.5Vol％，一般小火星火种不易点燃形成火焰或爆燃。

2、燃烧温度可变化：一般可燃气体包括氢气的燃烧温度是一定的，而本发明产生的高能气体燃烧时，其温度却随被燃物质的不同而不同。这种气体在加热物体时，可达到的温度与物体自身的熔点有关，当它燃烧某种物质时，产生火焰的最大特征是遇强则会更强，熔点较低的物质，如铝在600℃左右熔化后温度不会再持续升高，而熔沸点达5000℃以上的物质，如钨也可快速熔化。

3、燃烧可不消耗外来氧气：本发明产生的高能气体按水中氢、氧元素的原始比例生成和释放，因为它本身就是氢原子和氧原子按照体积2∶1的比例相对稳定组成的，这种气体可以自身燃烧生成水，它的燃烧可消耗自身的氧气，不需要外来空气中氧气，所以这种气体可以在水中燃烧，并且能够在隔绝空气的情况下对金属进行焊接，减少金属被氧化。

附图说明

图1为本发明所述高能气体制备过程中所用高能气体产生装置的结构示意图；

图2为图1中激发机构的结构示意图。

图中，10为水箱：12为进水管、14为水箱体、15为水开关、16为水箱盖、18为滤网；20为反应槽：22为反应槽本体、24为副极板、242为激发副极板A、244为激发副极板B、25为绝缘片、26为主极板、262为主极板A、264为主极板B；30为电源控制器：32为正电极、34为负电极；40为气体收集装置：42为进气管、44为过滤器、442为过滤器本体、444为水、46为输出气管、462为单向阀、464为出气开关、466为气压表、468为气量表。

具体实施方式

以下将对本发明作进一步的描述，需要说明的是，本实施例以本技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围并不限于本实施例。

如图1所示，本发明为一种高能气体产生装置，包括用于产生所述高能气体的水箱10，电源控制器以及输出所述高能气体的导管12，所述装置包括至少一个密闭的非金属水容器20，其中所述非金属水容器20中设有至少一对电解机构，所述电解机构由主极板A262与主极板B264构成，还包括设有至少一组激发机构，所述激发机构由激发副极板A242与激发副极板B244构成，所产生的电场方向与所述电解机构的电场方向相互垂直，所述激发机构和电解机构用于增加水分解的能量。

需要进一步说明的是，如图2所示，所述激发机构的激发副极板A242与激发副极板B244相互紧密靠近但互不接触，为了进一步增加水分解的效果，所述激发副极板A242与激发副极板B244表面分别设有规则分布或不规则分布的通孔。

作为另一种优选的技术方案，需要说明的是，所述激发机构包括激发副极板A242与激发副极板B244，为了更进一步地增加水分解的效果，所述激发副极板A242的表面设有凸缘，所述激发副极板B244设有与所述凸缘位置相应的凹陷部，所述激发副极板A242通过所述凸缘对接于所述激发副极板B244的凹陷部中，所述激发副极板A242与所述激发副极板B244紧密靠近但互不接触。

需要说明的是，所述激发副极板A242与激发副极板B244之间设置绝缘板或绝缘膜。

需要进一步说明的是，为了使正电极或负电极在通电后可以产生均匀的电荷，所述电源控制器的正极与所述主极板A的中心连接，其负极与所述主极板B的中心连接；所述电源控制器的正极与所述副极板A的中心连接，其负极与所述副极板B的中心连接；主极板A、B以及副极板A、B可互换连接于电源控制器的正负极。

作为本发明装置的实施，对应的方法如下：

一种利用高能气体产生装置产生高能气体的方法，所述方法包括以下步骤：

S1向所述非金属水容器注入一定量的水，使所述电解机构与所述激发机构接通直流电源，开始水的电分解过程；

S2此时水通电自偶电离产生氢离子和氢氧根离子，具有导电性，电子e-从正极流向负极，正极、负极以及正负极之间分别产生了包含氢、氧元素的气体；

S3在输出包含氢、氧元素气体过程中，水将在电解机构中作不规则的流动，在激发机构的电场与电解机构的电场的相互作用下，获得更大的分解能量，并将该分解所获得的高能气体输出。

需要说明的是，本发明所产生的高能气体的水电解方程式仍然是：2H₂O＝(电解)2H₂+O₂，生成66.66％氢气和33.33％氧气的混合气体。通过实际测量，本发明的高能气体产生装置和方法，用一升水生成了1866升的高能气体。这个实测结果符合理论依据：氢的分子量是1，氧的分子量是16，水的分子量是两份氢原子加一份氧原子，总共是18。一千克水是1000/18mol的水分解可以得到1000/18mol的氢气和500/18mol的氧气(在标况下体积为22.4L气体其物质的量为1mol(摩尔))。因此一千克水分解可以得到22.4x1000/18＝1244(升)的氢气和22.4x500/18＝622(升)的氧气。总共含有1866升氢、氧元素粒子的混合气体。

进一步的说，水的分子量是两份氢原子加一份氧原子，氢的分子量是1，氧的分子量是16。一升水在标准环境下为1000克，一般情况下，通过电解后析出含有2x1000/18＝111.11(克)的氢气和含有16x1000/18＝888.88(克)的氧气，氢与氧的重量比达到1.1∶8.9。由于比重相差太大，分离后的氢气和氧气在通常情况下是不容易混合的。

但是，通过本发明的高能气体产生装置及方法，产生出的高能气体中氢气和氧气没有分离，而是按照自身氢氧元素的原始比例，由氢原子和氧原子在离子状态下组成的气态物质，在燃烧和内爆时产生数倍于由氢分子和氧分子组成的气体的效能。

一般情况下氢气是可燃气体，氧气是助燃气体，4克氢气与32克助燃氧气燃烧放热在570千卡左右，而本发明的高能气体，由于氢、氧原子核与电子分层排布的改变，氢和氧元素就不单是可燃与助燃的关系，这种在等离子状态下由氢、氧元素粒子组成的高能气体，实测热值达到142.9kj/g，相当于每克氢原子完全燃烧生成液态水释放的热量，36克的高能量气体放热达到5144.4千卡，是4克氢气和32克助燃氧气燃烧放出热量的数倍。

实施例1

本发明给出了高能气体的热值输入输出试验。

采用一台600W、结构如实施例1所述高能气体产生装置进行试验，实测结果如下：

输入600Wh功耗(60V/10A)；

输出200L/h高能气体；

1L水可分解出1866L气体，重1000g；

1L高能气体＝1000g/1886L＝0.53g；

因此输出的高能气体重量为200×0.53g＝106g；

1g高能气体的热值为142.9Kj；

106g高能气体的热值为106×142.9＝15147Kj；

15147Kj＝15147000Ws/3600s＝4200Wh(1j＝1Ws)；

输出/输入热值功率比为：4200Wh/600Wh＝7；

即输出的热值功率是输入的7倍。

由上述试验结果进一步证实了，本发明的高能气体具有能量高达于所耗能量的7倍的特性，本发明的产生装置进一步改进，有可能达到9倍的理论值。

对于本领域的技术人员来说，可以根据以上的技术方案和构思，作出各种相应的改变和变形，特别是在水电分解的过程中，通过有效地增加能量，改变水的氢氧元素粒子结构的方式，获得气态物质，而产生这种气态物质的装置的改变和变形都应该包括在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种高能气体产生装置，包括用于产生所述高能气体的水箱，电源控制器以及输出所述高能气体的导管及气体收集装置，所述装置包括过滤水和监测气量表及气压表；包括用于产生所述高能气体的一个密闭的非金属水容器造外壳的反应槽，其中所述反应槽中，其特征在于设有至少一对电解机构，所述电解机构由主极板A与主极板B构成，还包括设有至少一组激发机构，激发机构由激发副极板A与激发副极板B构成；所述激发机构所产生的电场方向与所述电解机构的电场方向相互垂直，所述两个机构用于产生交叉电场，增加水分解的能量。

2.根据权利要求1所述的高能气体产生装置，其特征在于，所述激发机构包括相互紧密靠近且互不接触的激发副极板A与激发副极板B，其中，所述激发副极板A与激发副极板B表面分别设有规则分布或不规则分布的通孔。

3.根据权利要求1所述的高能气体产生装置，其特征在于，所述激发机构包括激发副极板A与激发副极板B，其中，所述激发副极板A的表面设有凸缘，所述激发副极板B设有与所述凸缘位置相应的凹陷部，所述激发副极板A通过所述凸缘对接于所述激发副极板B的凹陷部中，所述激发副极板A与所述激发副极板B紧密靠近但互不接触。

4.根据权利要求1所述的高能气体产生装置，其特征在于，所述电源控制器的正极与所述主极板A的中心连接，其负极与所述主极板B的中心连接。并且主极板A和主极板B可以互换连接于电源控制器的正负极。

5.根据权利要求1所述的高能气体产生装置，其特征在于，所述电源控制器的正极与所述副极板A的中心连接，其负极与所述副极板B的中心连接。并且副极板A和副极板B可以互换连接于电源控制器的正负极。

6.一种利用权利要求1的产生高能气体的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

S1向所述非金属水容器注入一定量的水，使所述电解机构与所述激发机构接通直流电源，开始水的电分解过程；

S2此时水通电自偶电离产生氢离子和氢氧根离子，具有导电性，电子e-从正极流向负极，正极、负极以及正负极之间分别产生了包含氢、氧元素的气体并从导管输出；

S3在输出包含氢、氧元素的气体过程中，水将在电解机构中作规则的流动，在激发机构的电场与电解机构的电场的相互作用下，获得增加分解的能量，并将该分解所获得的高能气体输出。