RU2167958C2 - Gear to generate thermal energy, hydrogen and oxygen - Google Patents

Gear to generate thermal energy, hydrogen and oxygen Download PDF

Info

Publication number
RU2167958C2
RU2167958C2 RU99111975/12A RU99111975A RU2167958C2 RU 2167958 C2 RU2167958 C2 RU 2167958C2 RU 99111975/12 A RU99111975/12 A RU 99111975/12A RU 99111975 A RU99111975 A RU 99111975A RU 2167958 C2 RU2167958 C2 RU 2167958C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
cathode
anode
hole
oxygen
hydrogen
Prior art date
Application number
RU99111975/12A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU99111975A (en
Inventor
Ф.М. Канарев
В.В. Конарев
В.В. Подобедов
Original Assignee
Кубанский государственный аграрный университет
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Кубанский государственный аграрный университет filed Critical Кубанский государственный аграрный университет
Priority to RU99111975/12A priority Critical patent/RU2167958C2/en
Publication of RU99111975A publication Critical patent/RU99111975A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2167958C2 publication Critical patent/RU2167958C2/en

Links

Landscapes

  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)

Abstract

FIELD: physicochemical technology of generation of heat, hydrogen and oxygen. SUBSTANCE: gear has frame with axial hole and cylindrical-conical boss and lower cover which form jointly with frame interelectrode chamber including intercommunicating anode and cathode spaces. Circular anode with hole is positioned in anode space and rod cathode in put into dielectric rod which is brought into interelectrode chamber through threaded hole in lower cover. It enables working part of cathode to be centered relative to hole in refractory metal bushing put through axial hole of frame. Diameter of hole in bushing is less than diameter of cathode. Branch pipe to feed working solution is located in anode chamber, branch pipes to release oxygen are brought to upper part of anode space, branch pipes to release hydrogen are brought to upper part of cathode space and branch pipe to remove steam and gas mixture is installed in axial hole of frame. Given gear makes it feasible to generate thermal energy by heating of solution with the use of plasma and to produce simultaneously hydrogen and oxygen by way of electrolytic and thermal decomposition of water. EFFECT: raised efficiency of gear. 1 dwg

Description

Изобретение относится к области физико-химических технологий получения тепловой энергии, водорода и кислорода. The invention relates to the field of physicochemical technologies for the production of thermal energy, hydrogen and oxygen.

Известно устройство для получения тепловой энергии, водорода и кислорода при электролизе воды, содержащее корпус, в котором смонтированы низковольтные, но высокотемпературные электролитические ячейки, в которых вода разлагается на водород и кислород (Иванов В.С., Серебрянский Ф.З. Газомасляное хозяйство генераторов с водородным охлаждением.- М.-Л.: Энергоиздат, 1965, с. 107 - 111). A device is known for producing thermal energy, hydrogen and oxygen during electrolysis of water, comprising a housing in which low-voltage, but high-temperature electrolytic cells are mounted in which water is decomposed into hydrogen and oxygen (Ivanov V.S., Serebryansky F.Z. Gas-oil generator facilities with hydrogen cooling.- M.-L.: Energoizdat, 1965, p. 107 - 111).

Недостатком этого устройства является то, что для получения водорода и кислорода используется только процесс электролитической диссоциации молекул воды и не используется процесс термической ее диссоциации. The disadvantage of this device is that for the production of hydrogen and oxygen, only the process of electrolytic dissociation of water molecules is used and its thermal dissociation is not used.

Известно также устройство для получения тепловой энергии, водорода и кислорода, содержащее корпус, изготовленный из диэлектрического материала, со сквозным отверстием, межэлектродную камеру, патрубки для ввода и вывода рабочего раствора, анод, соединенный с положительным полюсом источника питания, и катод, соединенный с отрицательны полюсом источника питания (GB 1139614 A, 08.01.1969). It is also known a device for producing thermal energy, hydrogen and oxygen, comprising a housing made of a dielectric material with a through hole, an interelectrode chamber, nozzles for input and output of a working solution, an anode connected to the positive pole of the power source, and a cathode connected to negative power supply pole (GB 1139614 A, 01/08/1969).

Недостатком такого устройства является использование только процесса электролитической диссоциации молекул воды. The disadvantage of this device is the use of only the process of electrolytic dissociation of water molecules.

Технический результат, достигаемый в заявленном изобретении, заключается в получении тепловой энергии путем нагрева раствора с помощью плазмы и получении водорода и кислорода путем электролитического и термического разложения воды одновременно. The technical result achieved in the claimed invention is to obtain thermal energy by heating the solution using plasma and to produce hydrogen and oxygen by electrolytic and thermal decomposition of water at the same time.

Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для получения тепловой энергии, водорода и кислорода, содержащем корпус, изготовленный из диэлектрического материала, со сквозным отверстием, межэлектродную камеру, патрубки для ввода и вывода рабочего раствора, анод, соединенный с положительным полюсом источника питания, и катод, соединенный с отрицательным полюсом источника питания, согласно изобретению, корпус с осевым отверстием имеет нижний цилиндроконический прилив, нижнюю крышку, образующую совместно с корпусом межэлектродную камеру, разделенную цилиндроконическим приливом корпуса на сообщающиеся между собой в нижней части анодную и катодную полости, плоский кольцевой анод с отверстиями расположен в анодной полости, стержневой катод, выполненный из тугоплавкого материала, с тугоплавкой защитной втулкой вставлен в диэлектрический стержень с наружной резьбой, посредством которой он введен в межэлектродную камеру через резьбовое отверстие в нижней крышке и центрирован у входа в отверстие тугоплавкой втулки, диаметр которой меньше диаметра цилиндрического катода, патрубок для ввода рабочего раствора расположен на боковой цилиндрической поверхности нижней крышки и в средней части анодной полости, патрубки для вывода кислорода установлены в верхней части анодной полости, патрубки для вывода водорода установлены в верхней части катодной полости, патрубок для вывода парогазовой смеси установлен в сквозном осевом отверстии корпуса. The specified technical result is achieved in that in a device for generating thermal energy, hydrogen and oxygen, comprising a housing made of dielectric material with a through hole, an interelectrode chamber, nozzles for input and output of a working solution, an anode connected to the positive pole of the power source, and a cathode connected to the negative pole of the power source according to the invention, the housing with an axial hole has a lower cylindrical tide, a lower cover, forming together with the housing an electrode chamber divided by a cylindrical-conical tide of the housing into anode and cathode cavities communicating with each other in the lower part, a flat annular anode with holes located in the anode cavity, a rod cathode made of refractory material, with a refractory protective sleeve inserted into an dielectric rod with an external thread, by which it is introduced into the interelectrode chamber through a threaded hole in the bottom cover and centered at the entrance to the hole of the refractory sleeve, the diameter of which is smaller than the diameter of the cylinder cathode, the nozzle for introducing the working solution is located on the lateral cylindrical surface of the lower cover and in the middle part of the anode cavity, nozzles for oxygen output are installed in the upper part of the anode cavity, nozzles for hydrogen output are installed in the upper part of the cathode cavity, the nozzle for outputting the gas mixture in the through axial hole of the housing.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где изображен общий вид устройства. The invention is illustrated in the drawing, which shows a General view of the device.

Устройство для получения тепловой энергии, водорода и кислорода содержит корпус 1, изготовленный из диэлектрического материала с осевым отверстием 2 и цилиндрическим приливом 3, нижнюю крышку 4, образующую совместно с корпусом нижнюю межэлектродную камеру 5, анодную 6 и катодную 7 полости, кольцевой анод 8 с отверстиями, соединенный с положительным полюсом источника питания, стержневой катод 9, соединенный с отрицательным полюсом источника питания, защищен от перегрева трубкой 10 из тугоплавкого материала и размещен в диэлектрическом стержне 11, вводимом в межэлектродную камеру 5 через резьбовое отверстие 12 крышки 4 и центрируемый у входа в отверстие втулки 13 из тугоплавкого материала, вставленной в сквозное отверстие 2 корпуса 1, патрубок 14 для ввода в устройство рабочего раствора, патрубки 15 для вывода кислорода из анодной полости, патрубки 16 для вывода водорода из катодной полости и патрубок 17 для вывода парогазовой смеси. A device for producing thermal energy, hydrogen and oxygen contains a housing 1 made of a dielectric material with an axial bore 2 and a cylindrical tide 3, a lower cover 4, which together with the housing forms a lower interelectrode chamber 5, the anode 6 and the cathode 7 of the cavity, an annular anode of 8 s holes connected to the positive pole of the power source, the rod cathode 9 connected to the negative pole of the power source is protected from overheating by a tube 10 of refractory material and is placed in a dielectric rod 11, introduced into the interelectrode chamber 5 through the threaded hole 12 of the cover 4 and centered at the entrance to the hole of the sleeve 13 of refractory material inserted into the through hole 2 of the housing 1, a pipe 14 for introducing a working solution into the device, a pipe 15 for removing oxygen from the anode cavity , nozzles 16 for outputting hydrogen from the cathode cavity and nozzle 17 for outputting the vapor-gas mixture.

Диэлектрический стержень 11 вместе с катодом 9 за счет резьбового отверстия 12 в крышке 4 и своей наружной резьбы имеет возможность регулировать величину зазора S между цилиндрическим катодом 9 и отверстием во втулке 13 из тугоплавкого материала. Катод 9 фокусируется у входа в отверстие втулки 13 на величину S = 0,2...1,0d (где d - диаметр отверстия во втулке 13). Соотношение диаметра D цилиндрической части катода 9 и диаметра d отверстия втулки 13 определяется коэффициентом центрирования катода Kc, изменяющимся в пределах 1,3 < Kc < 1,7.The dielectric rod 11 together with the cathode 9 due to the threaded hole 12 in the cover 4 and its external thread has the ability to adjust the gap S between the cylindrical cathode 9 and the hole in the sleeve 13 made of refractory material. The cathode 9 is focused at the entrance to the hole of the sleeve 13 by the amount S = 0.2 ... 1.0d (where d is the diameter of the hole in the sleeve 13). The ratio of the diameter D of the cylindrical part of the cathode 9 and the diameter d of the hole of the sleeve 13 is determined by the centering coefficient of the cathode K c , varying within 1.3 <K c <1.7.

Устройство для получения тепловой энергии, водорода и кислорода работает следующим образом. A device for producing thermal energy, hydrogen and oxygen works as follows.

Анодную 6 и катодную 7 полости межэлектродной камеры 5 заполняют слабым раствором щелочи или кислоты через патрубок 14 и устанавливают необходимый расход раствора. Затем устройство подключают к электрической сети и постепенно повышают напряжение до появления устойчивой плазмы. Кислород, выделившийся у анода 8, поднимается в верхнюю часть анодной полости 6 и удаляется через патрубки 15. The anode 6 and cathode 7 of the cavity of the interelectrode chamber 5 are filled with a weak solution of alkali or acid through the pipe 14 and the required flow rate of the solution is established. Then the device is connected to the electrical network and gradually increase the voltage until a stable plasma appears. Oxygen released at the anode 8 rises to the upper part of the anode cavity 6 and is removed through the nozzles 15.

Газообразный молекулярный водород, формирующийся на границе плазма - жидкость частично собирается в верхней части катодной полости 7 и выходит через патрубки 16, а основная часть парогазовой смеси выходит через патрубок 17, введенный в осевое отверстие 2. Gaseous molecular hydrogen formed at the plasma boundary — a liquid partially collects in the upper part of the cathode cavity 7 and exits through nozzles 16, and the main part of the vapor – gas mixture exits through nozzle 17 introduced into the axial hole 2.

Под действием электрического поля между многократно уменьшенной площадью катода по отношению к площади анода формируется начальный, сфокусированый на катод поток ионов щелочного металла и протонов. Имея запас кинетической энергии при движении к катоду, ионы щелочного металла и первичные протоны выбивают протоны атомов водорода из молекул воды H2O и ионов гидроксиния H3O+. Достигнув катода, протоны приобретают электроны и образуют атомы водорода, излучая фотоны, которые формируют плазму атомарного водорода с температурой 5000. . .10000oC. Энергия этой плазмы и служит источником термической диссоциации воды на водород и кислород и источником дополнительной энергии, наличие которой легко фиксируется по энергии нагретого раствора, испарившейся воды и собранных газов. Одновременно с этим у анода идет электролитический процесс выделения кислорода.Under the influence of an electric field, between the multiply reduced cathode area with respect to the anode area, an initial stream of alkali metal ions and protons is focused on the cathode. Having a reserve of kinetic energy when moving to the cathode, alkali metal ions and primary protons knock out protons of hydrogen atoms from water molecules H 2 O and hydroxynium ions H 3 O + . Upon reaching the cathode, protons acquire electrons and form hydrogen atoms, emitting photons that form an atomic hydrogen plasma with a temperature of 5000.. .10000 o C. The energy of this plasma serves as a source of thermal dissociation of water into hydrogen and oxygen and a source of additional energy, the presence of which is easily fixed by the energy of a heated solution, evaporated water and collected gases. At the same time, the anode undergoes an electrolytic process of oxygen evolution.

Поскольку диаметр отверстия во втулке 13 меньше диаметра цилиндрического катода, то это увеличивает площадь активного контакта раствора с катодом и за счет этого повышается эффективность устройства. Since the diameter of the hole in the sleeve 13 is less than the diameter of the cylindrical cathode, this increases the area of active contact of the solution with the cathode and thereby increases the efficiency of the device.

Таким образом, водородная плазма у катода является источником тепловой энергии, передаваемой водному раствору, и источником атомарного и молекулярного водорода и кислорода одновременно. Thus, the hydrogen plasma at the cathode is a source of thermal energy transmitted to the aqueous solution, and a source of atomic and molecular hydrogen and oxygen simultaneously.

Эффективность технологического процесса зависит от многих факторов. Главными из этих факторов являются коэффициент центрирования Kc катода 9 и коэффициент его фокусировки S. Величина коэффициента центрирования определяется по формуле

Figure 00000002

где d - диаметр сквозного отверстия 3,
D - диаметр катода 9.The effectiveness of the process depends on many factors. The main of these factors are the centering coefficient K c of cathode 9 and its focusing coefficient S. The value of the centering coefficient is determined by the formula
Figure 00000002

where d is the diameter of the through hole 3,
D is the diameter of the cathode 9.

Экспериментально установлено, что оптимальная величина коэффициента центрирования Kc катода 9 находится в пределах 1,3 < Kc < 1,7, а коэффициент фокусировки S, определяющий величину входа катода 9 в отверстие втулки 13, изменяется в пределах (0,2 < S < 1,0d).It was experimentally established that the optimal value of the centering coefficient K c of the cathode 9 is in the range 1.3 <K c <1.7, and the focusing coefficient S, which determines the value of the input of the cathode 9 into the hole of the sleeve 13, varies within (0.2 <S <1.0d).

Эффективность устройства определяет общий показатель эффективности K0, учитывающий электрическую энергию Ee, вводимую в устройство, тепловую энергию Et, которая аккумулируется в нагретом водном растворе и водяном паре, и энергию Eg, содержащуюся в выделившихся газах: водороде и кислороде.The efficiency of the device is determined by the overall efficiency indicator K 0 , which takes into account the electrical energy E e introduced into the device, the thermal energy E t that is accumulated in the heated aqueous solution and water vapor, and the energy E g contained in the released gases: hydrogen and oxygen.

Figure 00000003

где Ee - электрическая энергия,
Et - тепловая энергия,
Eg - энергия, содержащаяся в выделившихся газах.
Figure 00000003

where E e is electrical energy,
E t is thermal energy,
E g is the energy contained in the released gases.

Экспериментально установлено, что при учете только энергии, содержащейся в нагретом водном растворе и водяном паре, показатель эффективности принимает значения K0 = 1,5 ± 1,7. Приближенный учет выделившихся газов повышает этот показатель до 2,2 ± 0,2.It was experimentally established that when only the energy contained in a heated aqueous solution and water vapor is taken into account, the efficiency indicator takes the values K 0 = 1.5 ± 1.7. An approximate accounting of the released gases increases this indicator to 2.2 ± 0.2.

Claims (1)

Устройство для получения тепловой энергии, водорода и кислорода, содержащее корпус, изготовленный из диэлектрического материала, со сквозным отверстием, межэлектродную камеру, патрубки для ввода и вывода рабочего раствора, анод, соединенный с положительным полюсом источника питания, и катод, соединенный с отрицательным полюсом источника питания, отличающееся тем, что корпус с осевым отверстием имеет нижний цилиндроконический прилив, нижнюю крышку, образующую совместно с корпусом межэлектродную камеру, разделенную цилиндроконическим приливом корпуса на сообщающиеся между собой в нижней части анодную и катодную полости, плоский кольцевой анод с отверстиями расположен в анодной полости, стержневой катод, выполненный из тугоплавкого материала, с тугоплавкой защитной втулкой вставлен в диэлектрический стержень с наружной резьбой, посредством которой он введен в межэлектродную камеру через резьбовое отверстие в нижней крышке и центрирован у входа в отверстие тугоплавкой втулки, диаметр которого меньше диаметра цилиндрического катода, патрубок для ввода рабочего раствора расположен в средней части анодной полости, патрубки для вывода кислорода установлены в верхней части анодной полости, патрубки для вывода водорода установлены в верхней части катодной полости, патрубок для вывода парогазовой смеси установлен в сквозном осевом отверстии корпуса. A device for generating thermal energy, hydrogen and oxygen, comprising a housing made of a dielectric material with a through hole, an interelectrode chamber, nozzles for input and output of a working solution, an anode connected to the positive pole of the power source, and a cathode connected to the negative pole of the source power supply, characterized in that the housing with an axial hole has a lower cylinder conical tide, a lower cover, which together with the housing forms an interelectrode chamber divided by a cylindrical by tapping the casing into the anode and cathode cavities communicating with each other in the lower part, a flat annular anode with holes is located in the anode cavity, a rod cathode made of refractory material, with a refractory protective sleeve inserted into a dielectric rod with an external thread, through which it is inserted into the interelectrode the chamber through the threaded hole in the bottom cover and is centered at the entrance to the hole of the refractory sleeve, the diameter of which is less than the diameter of the cylindrical cathode, a pipe for introducing the working solution the ora is located in the middle part of the anode cavity, nozzles for oxygen output are installed in the upper part of the anode cavity, nozzles for hydrogen output are installed in the upper part of the cathode cavity, the nozzle for outputting the vapor-gas mixture is installed in the through axial hole of the housing.
RU99111975/12A 1999-06-02 1999-06-02 Gear to generate thermal energy, hydrogen and oxygen RU2167958C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU99111975/12A RU2167958C2 (en) 1999-06-02 1999-06-02 Gear to generate thermal energy, hydrogen and oxygen

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU99111975/12A RU2167958C2 (en) 1999-06-02 1999-06-02 Gear to generate thermal energy, hydrogen and oxygen

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU99111975A RU99111975A (en) 2001-05-20
RU2167958C2 true RU2167958C2 (en) 2001-05-27

Family

ID=20220864

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU99111975/12A RU2167958C2 (en) 1999-06-02 1999-06-02 Gear to generate thermal energy, hydrogen and oxygen

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2167958C2 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7384619B2 (en) 2003-06-30 2008-06-10 Bar-Gadda, Llc Method for generating hydrogen from water or steam in a plasma
WO2012055624A1 (en) * 2010-10-27 2012-05-03 Stoecklinger Robert Device and method for generating combustible gas in a plasma
RU2821975C1 (en) * 2023-10-25 2024-06-28 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный аграрный университет имени И.Т. Трубилина" Method of producing thermal energy, hydrogen and oxygen

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ИВАНОВ В.С., СЕРЕБРЯНСКИЙ Ф.З. Газомасляное хозяйство генераторов с водородным охлаждением. - М.-Л.: Энергия, 1965, с.107-111. *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7384619B2 (en) 2003-06-30 2008-06-10 Bar-Gadda, Llc Method for generating hydrogen from water or steam in a plasma
WO2012055624A1 (en) * 2010-10-27 2012-05-03 Stoecklinger Robert Device and method for generating combustible gas in a plasma
RU2821975C1 (en) * 2023-10-25 2024-06-28 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный аграрный университет имени И.Т. Трубилина" Method of producing thermal energy, hydrogen and oxygen
RU2821976C1 (en) * 2023-10-25 2024-06-28 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный аграрный университет имени И.Т. Трубилина" Flow-through device for producing heat energy, hydrogen and oxygen

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2167958C2 (en) Gear to generate thermal energy, hydrogen and oxygen
RU2157861C2 (en) Device for production of heat energy, hydrogen and oxygen
JP2004059977A (en) Method and apparatus for generating hydrogen gas
RU2596605C2 (en) Hydrogen generator of electric energy
RU2175027C2 (en) Apparatus for producing heat energy, hydrogen and oxygen
CN108548165A (en) Novel scale-free steam generator
RU2177512C1 (en) Apparatus for producing electrical and heat energy, hydrogen, and oxygen
RU2821976C1 (en) Flow-through device for producing heat energy, hydrogen and oxygen
RU2347855C2 (en) Device for generating heat energy and gas-vapour mixture
RU2821975C1 (en) Method of producing thermal energy, hydrogen and oxygen
RU2210630C1 (en) Facility for generation of gas mixture and transmutation of nuclei of atoms of chemical elements
RU2157427C1 (en) Gear to generate thermal energy of hydrogen and oxygen
RU99112024A (en) DEVICE FOR PRODUCING THERMAL ENERGY, HYDROGEN AND OXYGEN
RU2157862C2 (en) Apparatus to generate thermal energy and steam and gas mixture
RU2816471C1 (en) Device for obtaining heat energy of hydrogen and oxygen with power control
RU2346084C2 (en) Device for heat energy, hydrogen and oxygen production
CA2897246C (en) A steam generator using a plasma arc
RU2178435C2 (en) Device for production of diamonds
RU2003135142A (en) DEVICE FOR PRODUCING THERMAL ENERGY, HYDROGEN AND OXYGEN
RU42877U1 (en) PLASMODYNAMIC STEAM GENERATOR
EP2764759A1 (en) Method and a device for production of plasma
RU2072640C1 (en) Arc-plasma torch
RU2788269C1 (en) Method for obtaining thermal energy, extracting electrical energy and a device for its implementation
RU2232829C1 (en) Device for production of hydrogen and oxygen
RU2466514C2 (en) Method to produce electric discharge in vapours of electrolyte and device for its realisation