CN111020617A

CN111020617A - 一种高能电子撞击水分子制取氢氧可燃混合气的技术与方法

Info

Publication number: CN111020617A
Application number: CN201911370762.XA
Authority: CN
Inventors: 初强
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2019-12-26
Filing date: 2019-12-26
Publication date: 2020-04-17

Abstract

一种高能电子撞击水分子制取氢氧可燃混合气的技术与方法，所述的塑料电解槽的上端设置有水槽盖，其上部一侧连通有进水管，底部设置有出水管；所述塑料电解槽的中上部一侧壁上设置有高能电子发射枪，在塑料电解槽的底部设置有高压正极板；所述塑料电解槽的水槽盖上连通有氢氧混合气收集装置；所述高压正极板与高压直流脉冲电源的正极电连接，高能电子发射枪与高压直流脉冲电源的负极电连接。本发明所公开的制取氢氧混合气的技术与方法，本方法制取氢氧混合气的效率比普通电解水更高，在消耗同样多的电能时，能够得到更多的气体，富集的氢氧混合气体与高能电子发射枪之间有水阻隔，使氢氧混合气的制取更加安全、高效。

Description

一种高能电子撞击水分子制取氢氧可燃混合气的技术与方法

技术领域

本发明属于氢能源技术领域，涉及一种用物理方法分解水制取氢氧可燃气的技术。

背景技术

目前，人们依赖的主要能源还是化石能源，长期使用化石能源，让我们居住的地球环境越来越恶劣。同时，化石能源也在逐渐枯竭，这促使人们去努力寻找清洁高效的替代能源。改善环境，发展清洁可再生能源已成为人们急需解决的问题。

氢是高效的能量载体。氢能源一直被认为是未来最有希望替代化石能源的清洁高效的可再生能源。目前，工业电解水制氢的实际效率为65%—75%，制氢成本高，无法与化石能源制氢相比。通常情况下，电解水制氢需要添加电解质增加水的导电性，水分子分别在两个电极上得失电子产生氢气（H₂）和氧气（O₂），符合法拉第电解定律，即正负电极得失电子数与产生的气体量是一定的。对于电解水来说，正电极一般需要化学惰性的贵金属制作，成本较高，电流在通过水溶液导电时，由于水溶液电阻的存在，至少有20%以上的电能转化成了热能消耗在水温的升高上，因此，电解水制氢能耗高，经济性差是制约其发展的瓶颈。人们渴望清洁的地球环境，迫切希望找到高效、廉价的制氢方法。为此，各国的科学家都在做着不懈的努力。

发明内容

本发明的目的在于解决上述技术问题，提供一种高效的物理制氢方法—一种高能电子撞击水分子制取氢氧可燃混合气的技术与方法。

所述的一种高能电子撞击水分子制取氢氧可燃混合气的技术与方法，包括塑料电解槽、高能电子发射枪、高压正极板、高压直流脉冲电源和氢氧混合气收集装置。所述的塑料电解槽的上端设置有水槽盖，其上部一侧连通有进水管，底部设置有出水管；所述塑料电解槽的中上部一侧壁上设置有高能电子发射枪，在塑料电解槽的底部设置有高压正极板；所述高能电子发射枪由高压导线、电子枪头和狭缝组成；所述高压导线的一端设置有电子枪头，电子枪头上开设有狭缝；所述狭缝的末端设置有按狭缝形状排列的高压导线的金属丝；所述塑料电解槽的水槽盖上连通有氢氧混合气收集装置；所述高压正极板与高压直流脉冲电源的正极电连接，高能电子发射枪与高压直流脉冲电源的负极电连接。

进一步的，所述氢氧混合气收集装置由连接管、水封集气瓶、橡胶塞和出气管组成，所述水封集气瓶内装有三分之二容积的水，瓶口由橡胶塞封堵；所述连接管通过一个止回阀与水槽盖连通，其另一端穿过橡胶塞伸入水封集气瓶的底部；所述出气管穿过橡胶塞伸入水封集气瓶的水面以上的瓶口处。

进一步的，所述狭缝的宽度在0.1nm——10nm之间。

进一步的，所述高能电子发射枪的电子枪头的制作材料选自石英玻璃、绝缘陶瓷、硬质环氧树脂或者绝缘胶带等绝缘材料中的一种。

进一步的，所述高能电子发射枪的狭缝选自一字型狭缝、微孔型狭缝或多微孔型狭缝中的一种。

进一步的，所述进水管的管口处设置有浮球阀，所述出水管的管口处设置有阀门。

关于本发明的一些细节，需要做出如下更为详细的说明：

（1）此法以自来水或纯净水为原料，不必添加电解质。此法的原理为物理撞击法，即高能电子直接撞击液态水分子，使其分子结构破坏，化学键断裂，进而分解为氢气（H₂）和氧气（O₂）。其反应机理为：做功用的电子一般由高压脉冲电源产生，经过电子枪的狭缝时，被高压电场加速成为高动能电子，水槽里的水分子被高能电子击中后，H-O键发生断裂，水分子的结构被破坏，分解产生氢原子（H）和羟基（-OH），由于产生的氢原子和羟基不稳定，化学性质很活泼，会继续发生一系列的化学反应，最终生成稳定的氢气（H₂）和氧气（O₂），其中涉及到的反应包括但不限于以下几种：

（2）此法，与普通电解水在电子的做功形式上是完全不同的：普通电解水是利用电子的电势能做功，而撞击法分解水则是利用了电子的动能做功；普通电解水正负电极上得失的电子与产生的气体分子之间是一一对应的关系，即一个电子只能产生一个氢原子，而撞击法则是一个电子可以产生许多个氢原子。两者之间的不同之处还在于撞击法的电子枪发射的电子不参与化学反应，正、负电极上也不发生化学反应，只有负极区发生化学反应，产生氢氧混合气。由于正极不发生化学反应，只起导电（即回收电子，构成电回路）的作用，故可以使用普通的金属铝、不锈钢等金属材料制作正极板。普通电解水是在正负两个电极上分别发生的电化学反应（氧化-还原反应），正极板如果不用化学惰性的贵金属制作，电解水时正极板就会发生氧化反应而被腐蚀，自然也得不到氧气。

（3）由于该方法不属于法拉第电解，不受法拉第电解定律的束缚，在不违背能量守恒的前提下，一个高能电子可以将几百个、几千个水分子分解，这取决于电子动能的大小，即发射电压的高低。从这个意义上说，电子的动能越大，分解水的能力越强，效率也越高。由于本设备在工作时水的温升很小，这就意味着本方法比普通电解水的效率更高，在消耗同样多的电能时，能够得到更多的气体，得到常规电解得不到的一些物质。用该方法制取的氢氧混合气可直接点燃，无需空气中的氧气助燃。虽然氢氧混合气是在塑料电解槽中产生，却不会在其中燃烧和爆炸，原因在于氢氧混合气在水中刚生成时是很多细小的气泡，这些气泡在塑料电解槽的水面上富集、析出，中间有水阻隔，高能电子不会也无法将水面上方富集的氢氧混合气点燃，因此该方法是可以安全生产的。

本发明的工作原理：（1）首先，通过进水管向塑料电解槽内注入一定量的自来水或者纯净水；（2）将氢氧混合气收集装置和塑料电解槽的水槽盖连通，然后分别将高压正极板和高能电子发射枪与高压直流脉冲电源的正负极电连接；（3）做功用的电子由高压脉冲电源产生，当电子经过电子枪头的狭缝时，被高压电场加速成为高动能电子，水槽里的水分子被高能电子击中后，H-O键发生断裂，水分子的结构被破坏，分解产生氢原子（H）和羟基（-OH），由于产生的氢原子和羟基不稳定，化学性质很活泼，会继续发生一系列的化学反应，最终生成稳定的氢气（H₂）和氧气（O₂）。正极不发生化学反应，只起导电（即回收电子，构成电回路）的作用；（4）制取氢氧混合气结束后，将高压正极板和高能电子发射枪与高压直流脉冲电源的电连接切断；（5）当塑料电解槽内的水需要更换或者排空时，可以通过塑料电解槽底部的出水管排放出去。

附图说明：

图1：氢氧混合气制取装置的整体示意图；

图2：塑料电解槽的结构示意图；

图3：氢氧混合气收集装置的结构示意图；

图4：一字型狭缝结构示意图；

图5：微孔型狭缝结构示意图；

图6：多微孔型狭缝结构示意图。

其中：1-塑料电解槽，10-进水管，11-出水管，12-浮球阀，13-阀门，14-水槽盖，15-高压正极板，2-高能电子发射枪，20-高压导线，21-电子枪头，22-狭缝，221-一字型狭缝，222-微孔型狭缝，223-多微孔型狭缝，23-金属丝，3-高压直流脉冲电源，4-氢氧混合气收集装置，40-连接管，41-水封集气瓶，42-橡胶塞，43-出气管，44-止回阀。

具体实施方式：

下面将结合附图，对本发明进行详细的说明。

结合附图，一种高能电子撞击水分子制取氢氧可燃混合气的技术与方法，包括塑料电解槽1、高能电子发射枪2、高压正极板15、高压直流脉冲电源3和氢氧混合气收集装置4。所述的塑料电解槽1的上端设置有水槽盖14，其上部一侧连通有进水管10，底部设置有出水管11。所述进水管10的管口处设置有浮球阀12，所述出水管11的管口处设置有阀门13。所述塑料电解槽1的中上部一侧壁上设置有高能电子发射枪2，在塑料电解槽1的底部设置有高压正极板15。所述高能电子发射枪2由高压导线20、电子枪头21和狭缝22组成。所述狭缝22的宽度在0.1nm—10nm之间。所述高压导线20的一端设置有电子枪头21，电子枪头21上开设有狭缝22。所述狭缝22的末端设置有按狭缝22形状排列的高压导线20的金属丝23。所述塑料电解槽1的水槽盖上连通有氢氧混合气收集装置4。所述氢氧混合气收集装置4由连接管40、水封集气瓶41、橡胶塞42和出气管43组成，所述水封集气瓶41内装有三分之二容积的水，瓶口由橡胶塞42封堵。所述连接管40通过一个止回阀44与水槽盖14连通，其另一端穿过橡胶塞42伸入水封集气瓶41的底部。所述出气管43穿过橡胶塞42伸入水封集气瓶41的水面以上的瓶口处。所述高压正极板15与高压直流脉冲电源3的正极电连接，高能电子发射枪2与高压直流脉冲电源3的负极电连接。

优选的，所述高能电子发射枪2的电子枪头21的制作材料选自石英玻璃、绝缘陶瓷、硬质环氧树脂或者绝缘胶带等绝缘材料中的一种。所述高能电子发射枪2的狭缝22形式选自一字型狭缝221、微孔型狭缝222或多微孔型狭缝223中的一种。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

本发明的有益之处：本发明所公开的制取氢氧混合气的技术与方法，以自来水或纯净水为原料，不必添加电解质，减少了电能的损耗；由于正极不发生化学反应，故可以使用普通的金属铝、不锈钢等金属材料制作正极板，减少设备成本的投入；本方法制取氢氧混合气的效率比普通电解水更高，在消耗同样多的电能时，能够得到更多的气体，而且制取的氢氧混合气可直接点燃，无需空气中的氧气助燃。同时，富集的氢氧混合气体与高能电子发射枪之间有水阻隔，高能电子不会也无法将水面上方富集的氢氧混合气点燃，使氢氧混合气的制取更加安全、高效。

Claims

1.一种高能电子撞击水分子制取氢氧可燃混合气的技术与方法，包括塑料电解槽（1）、高能电子发射枪（2）、高压正极板（15）、高压直流脉冲电源（3）和氢氧混合气收集装置（4），其特征在于：所述的塑料电解槽（1）的上端设置有水槽盖（14），其上部一侧连通有进水管（10），底部设置有出水管（11）；所述塑料电解槽（1）的中上部一侧壁上设置有高能电子发射枪（2），在塑料电解槽（1）的底部设置有高压正极板（15）；所述高能电子发射枪（2）由高压导线（20）、电子枪头（21）和狭缝（22）组成；所述高压导线（20）的一端设置有电子枪头（21），电子枪头（21）上开设有狭缝（22）；所述狭缝（22）的末端设置有按狭缝（22）形状排列的高压导线（20）的金属丝（23）；所述塑料电解槽（1）的水槽盖（14）上连通有氢氧混合气收集装置（4）；所述高压正极板（15）与高压直流脉冲电源（3）的正极电连接，高能电子发射枪（2）与高压直流脉冲电源（3）的负极电连接。

2.根据权利要求1所述一种高能电子撞击水分子制取氢氧可燃混合气的技术与方法，其特征在于：所述氢氧混合气收集装置（4）由连接管（40）、水封集气瓶（41）、橡胶塞（42）和出气管（43）组成，所述水封集气瓶（41）内装有三分之二容积的水，瓶口由橡胶塞（42）封堵；所述连接管（40）通过一个止回阀（44）与水槽盖（14）连通，其另一端穿过橡胶塞（42）伸入水封集气瓶（41）的底部；所述出气管（43）穿过橡胶塞（42）伸入水封集气瓶（41）的水面以上的瓶口处。

3.根据权利要求1所述一种高能电子撞击水分子制取氢氧可燃混合气的技术与方法，其特征在于：所述狭缝（22）的宽度在0.1nm——10nm之间。

4.根据权利要求1所述一种高能电子撞击水分子制取氢氧可燃混合气的技术与方法，其特征在于：所述高能电子发射枪（2）的电子枪头（21）的制作材料选自石英玻璃、绝缘陶瓷、硬质环氧树脂或者绝缘胶带等绝缘材料中的一种。

5.根据权利要求1所述一种高能电子撞击水分子制取氢氧可燃混合气的技术与方法，其特征在于：所述高能电子发射枪（2）的狭缝（22）选自一字型狭缝（221）、微孔型狭缝（222）或多微孔型狭缝（223）中的一种。

6.根据权利要求1所述一种高能电子撞击水分子制取氢氧可燃混合气的技术与方法，其特征在于：所述进水管（10）的管口处设置有浮球阀（12），所述出水管（11）的管口处设置有阀门（13）。