RU2232210C1

RU2232210C1 - Electric power installation for production of hydrogen and oxygen

Info

Publication number: RU2232210C1
Application number: RU2002128693/06A
Authority: RU
Inventors: В.Г. Гнеденко (RU); В.Г. Гнеденко; чев И.В. Гор (RU); И.В. Горячев; А.И. Колдомасов (RU); А.И. Колдомасов; Янг Хаюник (KR); Янг Хаюник
Original assignee: Гнеденко Валерий Герасимович; Горячев Игорь Витальевич
Priority date: 2002-10-28
Filing date: 2002-10-28
Publication date: 2004-07-10

Abstract

FIELD: production of hydrogen and oxygen.

SUBSTANCE: the invention is pertinent to electric power installations. The installation intended for production of hydrogen and oxygen, and also for production of the energy emitted at fusion reactions going in a reactor. The installation contains: a dielectric resistant to cavitational emission housing for intake and gating of the dielectric medium in the form of a mixture of light water and heavy water, an insert mounted in the housing and made out of a dielectric material susceptible to cavitation emission and provided at least with two holes allowing an exit through them of the dielectric medium. The installation is supplied with a impulsator, a pump to deliver the working dielectric medium under pressure, a deflecting system of charged particles and, at least, two branch-pipes electrically isolated from each other and linked with vessels for hydrogen and oxygen collection. At that at exit of the insert in the housing there is a narrowing in the form of Laval's nozzles, behind it along the stream run on the housing there is a deflecting system mounted, behind which the branch-pipes are located. The deflecting system may be electrostatic or magnetic. The invention ensures expansion of functionalities of the installation.

EFFECT: the invention ensures expansion of functionalities of the installation.

3 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к физико-химическим технологиям, к технике получения водорода и кислорода, а также к области ядерной энергетики и может быть использовано для получения энергии, выделяющейся при реакциях синтеза, протекающих в реакторе.The invention relates to physicochemical technologies, to the technique of producing hydrogen and oxygen, as well as to the field of nuclear energy and can be used to produce energy released during synthesis reactions occurring in the reactor.

Известно техническое решение (см. Яковлев С.В., Краснобородько И.Г. и Рогов В.М. Технология электрохимической очистки воды. - Л.: Стройиздат, 1987, с. 207-211, 227-231), содержащее корпус с патрубками для подвода и отвода обрабатываемого раствора, электроразрядную камеру с размещенными в ней плоским и игольчатым электродами.A technical solution is known (see Yakovlev S.V., Krasnoborodko I.G. and Rogov V.M. Technology of electrochemical water treatment. - L .: Stroyizdat, 1987, p. 207-211, 227-231), containing a housing with nozzles for supplying and discharging the treated solution, an electric discharge chamber with flat and needle electrodes placed in it.

Также известно техническое решение (см. патент США №3969214, кл. С 25 В 1/02, 1976), содержащее корпус с осевым отверстием, патрубок ввода рабочего раствора, расположенный в нижней части межэлектронной полости, межэлектронную камеру, анод, соединенный с положительным полюсом источника питания, и катод, соединенный с отрицательным источником питания, устройство создания переменного магнитного поля.A technical solution is also known (see US patent No. 3969214, class C 25 V 1/02, 1976), comprising a housing with an axial hole, a working fluid inlet port located in the lower part of the interelectronic cavity, an interelectronic chamber, and an anode connected to the positive pole of the power source, and a cathode connected to a negative power source, a device for creating an alternating magnetic field.

Недостатком известных изобретений является то, что анод и катод находятся в одной полости межэлектронной камеры. В результате кислород, выделяющийся у анода, смешивается с водородом, который выделяется у катода. Процесс смешивания указанных газов сопровождается эндотермическими реакциями образования перекиси водорода Н₂О₂ и озона, которые, поглощая энергию, снижают общее количество энергии, генерируемой электролитическим процессом, и таким образом снижают энергетические показатели устройства.A disadvantage of the known inventions is that the anode and cathode are in the same cavity of the interelectronic chamber. As a result, the oxygen released at the anode is mixed with hydrogen, which is released at the cathode. The process of mixing these gases is accompanied by endothermic reactions of the formation of hydrogen peroxide H ₂ O ₂ and ozone, which, absorbing energy, reduce the total amount of energy generated by the electrolytic process, and thus reduce the energy performance of the device.

Известны ядерные реакции в дейтерийсодержащих средах (Липсон Г., Клюев В.А., Дерягин Б.В. и др. “Наблюдение нейтронов при кавитационном воздействии на дейтерийсодержащие среды”, журнал Техническая физика, Т. 16, вып.19, 1990 г., с. 89-93; Липсон А.Г., Дерягин Б.В., Клюев В.А. и др. “Инициирование ядерных реакций синтеза при кавитационном воздействии на дейтерийсодержащие среды”, журнал Техническая физика, Т. 62, вып.12, 1992 г., с. 122-130).Nuclear reactions in deuterium-containing media are known (Lipson G., Klyuev V.A., Deryagin B.V. et al. “Observation of neutrons during cavitation action on deuterium-containing media”, Technical Physics vol. 16, no. 19, 1990 ., pp. 89-93; Lipson A.G., Deryagin B.V., Klyuev V.A. et al. “Initiation of nuclear fusion reactions during cavitation exposure to deuterium-containing media”, Technical Physics Vol. 62, vol. 62 .12, 1992, pp. 122-130).

Ядерные реакторы известного типа не позволяют организовать непрерывный цикл реакций, так как тепловые потери в них быстро возрастают с увеличением температуры плазмы (≈Т^7/2) и источники энергии гаснут. Ядерные реакции в них скоротечны и не дают возможности получить избыточную энергию для преодоления Кулоновского барьера и обеспечения ядерного взаимодействия.Nuclear reactors of a known type do not allow organizing a continuous cycle of reactions, since the heat losses in them rapidly increase with increasing plasma temperature (≈Т ^7/2 ) and the energy sources go out. The nuclear reactions in them are fleeting and do not make it possible to obtain excess energy to overcome the Coulomb barrier and ensure nuclear interaction.

Близким техническим решением является установка, содержащая корпус со вставкой из диэлектрического материала с выполненными в ней одним или несколькими отверстиями (авт.св. №334405, опубл. 30.03.72 г.).A close technical solution is the installation containing the housing with an insert of dielectric material with one or more holes made in it (ed. St. No. 334405, publ. 30.03.72 g.).

При регулировании частоты пульсации потока диэлектрической жидкости изменением числа оборотов шестеренчатого насоса в системе формируются мощные резонансные звуковые колебания на частоте около 1 кГц. На входной кромке отверстия, выполненного во вставке, возникает положительный электрический заряд большой плотности. Величина заряда зависит от интенсивности кавитации, диэлектрических свойств вставки и жидкости. В диэлектрической жидкости перед входным отверстием, выполненным во вставке, формируется квазистационарное плазменное образование, запас энергии которого не превышает 1 Дж/см, что не покрывает затрат на его образование и поддержание.When controlling the frequency of the pulsation of the flow of the dielectric fluid by changing the number of revolutions of the gear pump, powerful resonant sound vibrations are formed in the system at a frequency of about 1 kHz. At the input edge of the hole made in the insert, a high-density positive electric charge arises. The amount of charge depends on the intensity of cavitation, the dielectric properties of the insert and fluid. A quasistationary plasma formation is formed in the dielectric fluid in front of the inlet made in the insert, the energy reserve of which does not exceed 1 J / cm, which does not cover the costs of its formation and maintenance.

Известно устройство для получения энергии, работающее на смеси, включающей водород и его изотопы, в виде истекающей диэлектрической среды, содержащее диэлектрический, стойкий к кавитационной эмиссии корпус для приема этой среды, в полости которого установлена вставка, выполненная из диэлектрического материала, склонного к кавитационной эмиссии, и снабженная одним или несколькими отверстиями, в истекающую диэлектрическую среду, например легкую воду, с удельным сопротивлением около 10¹¹ Ом·м вводится химически чистая тяжелая вода с такими же диэлектрическими характеристиками и соотношением приблизительно 100:1, при этом в отверстиях вставки формируется электрический заряд большой плотности, потенциал которого способен ионизировать атомы изотопов водорода и сообщать ядрам этих атомов энергетический импульс для преодоления Кулоновского барьера и обеспечения ядерного взаимодействия (патент Российской Федерации №2152083, МПК: G 21 С 1/00, опубл. 2000 г., прототип).A device for producing energy is known that operates on a mixture including hydrogen and its isotopes, in the form of an expiring dielectric medium, containing a dielectric, cavitation-resistant housing for receiving this medium, in the cavity of which an insert is made made of a dielectric material prone to cavitation emission and equipped with one or more openings, chemically pure heavy water with such a resistance is introduced into an outflowing dielectric medium, for example light water, with a resistivity of about 10 ¹¹ Ohm · m and the same dielectric characteristics and a ratio of approximately 100: 1, while a high-density electric charge is formed in the holes of the insert, the potential of which is able to ionize the atoms of hydrogen isotopes and give the nuclei of these atoms an energy pulse to overcome the Coulomb barrier and ensure nuclear interaction (patent of the Russian Federation No. 2152083 IPC: G 21 C 1/00, publ. 2000, prototype).

Однако в данном устройстве используется только тепловая часть выделяемой энергии. Данное изобретение устраняет недостатки аналогов и прототипа.However, this device uses only the thermal part of the released energy. This invention eliminates the disadvantages of analogues and prototype.

Техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей и увеличение плазменного образования до такой величины, чтобы она превышала затраты на образование и поддержание плазменного образования и ядерных реакций, а также эффективное получение водорода и кислорода.The technical result of the invention is to expand the functionality and increase plasma formation to such a value that it exceeds the cost of education and maintenance of plasma formation and nuclear reactions, as well as the efficient production of hydrogen and oxygen.

Технический результат достигается тем, что энергетическая установка для получения водорода и кислорода, содержащая диэлектрический стойкий к кавитационной эмиссии корпус для приема и пропускания диэлектрической среды в виде смеси легкой и тяжелой воды и вставку, установленную в корпусе, изготовленную из диэлектрического материала, склонного к кавитационной эмиссии, и снабженную, по меньшей мере, двумя отверстиями с возможностью истечения через них диэлектрической среды, снабжена импульсатором, насосом для подачи рабочей диэлектрической среды под давлением, отклоняющей системой и, по меньшей мере, двумя патрубками, электрически изолированными друг от друга и соединенными с сосудами для сбора водорода и кислорода, причем на выходе вставки в корпусе выполнено сужение в виде сопла Лаваля, за ним по ходу потока на корпусе установлена отклоняющая система заряженных частиц, после которой расположены патрубки. Отклоняющая система заряженных частиц выполнена электростатической или магнитной.The technical result is achieved in that a power plant for producing hydrogen and oxygen, comprising a dielectric housing that is resistant to cavitation emissions for receiving and transmitting a dielectric medium in the form of a mixture of light and heavy water, and an insert installed in the housing made of dielectric material prone to cavitation emission and equipped with at least two openings with the possibility of the expiration of a dielectric medium through them, equipped with a pulsator, a pump for supplying a working dielectric medium under pressure, a deflecting system, and at least two nozzles electrically isolated from each other and connected to vessels for collecting hydrogen and oxygen; moreover, at the outlet of the insert in the casing, a narrowing is made in the form of a Laval nozzle, followed by the housing is equipped with a deflecting system of charged particles, after which the nozzles are located. The deflecting system of charged particles is electrostatic or magnetic.

Сущность изобретения поясняется на чертеже, на котором схематично представлена принципиальная схема энергетической установки для получения водорода и кислорода.The invention is illustrated in the drawing, which schematically shows a schematic diagram of a power plant for producing hydrogen and oxygen.

Корпус 1 выполнен из диэлектрического материала, стойкого к тепловым воздействиям и к кавитационной эмиссии (керамика, сапфир и т.п.). В корпусе 1 установлена вставка 2, изготовленная из диэлектрического материала, склонного к кавитационной эмиссии (асбоцемент, фторопласт и т.п.). Во вставке 2 выполнены отверстия 3 (не менее одного), представляющие собой цилиндрические каналы длиной 25-30 мм и диаметром 1-2 мм. На корпусе 1 установлена отклоняющая система 4. После вставки 2 в корпусе 1 выполнено сужение в виде сопла Лаваля, а по ходу потока рабочей жидкости в области действия отклоняющей системы 4 расположены патрубки 5 (не менее двух), соединенные с сосудами для сбора водорода и кислорода. Отклоняющая система 4 может быть выполнена электростатической, например в виде плоскопараллельного конденсатора, или магнитной из постоянных магнитов или индуктивных элементов. Магнитная система возбуждает и поддерживает на выходе вставки 2 и сопла Лаваля однородное магнитное поле. При истечении диэлектрической жидкости через отверстия 3, выполненные в диэлектрической вставке 2 корпуса 1, с частотой пульсации потока, примерно равной собственной частоте пульсаций отверстия 3, возникают резонансные колебания потока истекаемой жидкости. Возникает кавитация на входе в отверстие 3 и сопровождающая ее кавитационная эмиссия. Материал, из которого выполнена вставка 2, в зоне интенсивной кавитации испускает электроны, которые уносятся потоком, а на входной кромке отверстия 3 образуется положительный заряд большой плотности, потенциал которого относительно земли может достигать миллиона вольт. При истечении диэлектрической рабочей среды в зоне влияния этого заряда атомы изотопов водорода теряют электроны со своих орбит. Ядра изотопов водорода заряжены положительно и при взаимодействии с положительным зарядом, расположенным на входной кромке отверстия 3 вставки 2, отталкиваются в центр отверстия 3, где увеличивается их концентрация, т.е. плотность плазмы, а время удержания ядер очень высоко по сравнению с временем протекания ядерных реакций. Импульс, полученный ядром от положительного заряда вставки 2, может превышать 10 кэВ, таким образом, создаются условия для возникновения ядерных реакций синтеза. Ядра преодолевают Кулоновский барьер и взаимодействуют. Число взаимодействия регулируется соотношением легкой и тяжелой воды.The housing 1 is made of a dielectric material resistant to thermal influences and to cavitation emissions (ceramics, sapphire, etc.). An insert 2 is installed in the housing 1, made of a dielectric material prone to cavitation emission (asbestos cement, fluoroplastic, etc.). In the insert 2, holes 3 (at least one) are made, which are cylindrical channels 25-30 mm long and 1-2 mm in diameter. A deflecting system 4 is installed on the housing 1. After insertion 2, the narrowing in the form of a Laval nozzle is made in the housing 1, and along the working fluid flow in the area of the deflecting system 4 there are 5 nozzles 5 (at least two) connected to the vessels for collecting hydrogen and oxygen . The deflecting system 4 can be made electrostatic, for example in the form of a plane-parallel capacitor, or magnetic of permanent magnets or inductive elements. The magnetic system excites and maintains a uniform magnetic field at the output of insert 2 and the Laval nozzle. When the dielectric fluid flows through the holes 3 made in the dielectric insert 2 of the housing 1, with a flow pulsation frequency approximately equal to the natural pulsation frequency of the hole 3, resonant oscillations of the flowing fluid flow occur. Cavitation occurs at the entrance to the hole 3 and the accompanying cavitation emission. The material from which the insert 2 is made, in the zone of intense cavitation emits electrons that are carried away by the flow, and a positive charge of high density forms on the inlet edge of the hole 3, the potential of which can reach a million volts relative to the earth. At the expiration of the dielectric working medium in the zone of influence of this charge, the atoms of hydrogen isotopes lose electrons from their orbits. The nuclei of hydrogen isotopes are positively charged and when interacting with a positive charge located on the input edge of the hole 3 of insert 2, they are repelled to the center of the hole 3, where their concentration increases, i.e. plasma density, and the retention time of nuclei is very high compared with the time of the course of nuclear reactions. The momentum received by the nucleus from the positive charge of insert 2 can exceed 10 keV, thus creating the conditions for the appearance of nuclear fusion reactions. Nuclei cross the Coulomb barrier and interact. The number of interactions is regulated by the ratio of light to heavy water.

Устройство было изготовлено и опробовано. Устройство работает следующим образом.The device has been manufactured and tested. The device operates as follows.

Диэлектрическая рабочая жидкость, смесь легкой и тяжелой воды в пропорции приблизительно 100:1 с помощью насоса под давлением 5-7 МПа подается в корпус 1 реактора, где установлена вставка 2 из диэлектрического материала, например фторопласта, в которой выполнены отверстия 3 длиной 25-30 мм и диаметром 1-2 мм. Импульсатор возбуждает пульсацию потока частотой около 1 кГц. Импульсатор - узел подачи диэлектрической рабочей среды в импульсном режиме. Импульсатор и насос на чертеже не показаны. Резонансная частота пульсации зависит от длины и диаметра отверстия 3 вставки 2 и физических параметров жидкости, которые достигаются путем плавного изменения пульсации потока с помощью импульсатора. Начало ядерных реакций фиксируется, если корпус 1 выполнен из прозрачного материала, например органического стекла, по ионизирующим излучениям, вызывающим свечение окружающего воздуха. По нейтронному потоку, тепловыделениям в рабочую жидкость, изменениям ее химического состава и другим параметрам устанавливают соответствующие детекторы: счетчик нейтронов, термометры, лакмусовые элементы. Сужение основного канала на выходе вставки 2 представляет собой сопло Лаваля, которое способствует ускорению потока ионизованной диэлектрической рабочей среды. В области расположения отклоняющей системы 4 происходит сепарация заряженных частиц. Под действием электрического или магнитного полей разноименные частицы отклоняются в противоположные стороны. Увеличение концентрации тяжелой воды в легкой воде (например, 100: (3-5)) приводит к изменению электризации потока диэлектрической рабочей среды и увеличению выхода водорода и кислорода. Ионизированный таким образом поток диэлектрической рабочей среды и ускоренный в сопле Лаваля пропускается через однородное магнитное поле, вследствие чего возникают силы Лоренца. Положительные ионы движутся к одному отверстию, а отрицательные к другому, таким образом, идут разделительные потоки с отрицательными ионами и положительными, а так как потоки электрически изолированы релаксация их затруднена. Потоки несут различные по знаку ионы в специальные сосуды, где ионы рекомбинируют, отдав свой заряд, и становятся свободными в одном случае водородом, в другом - кислородом.A dielectric working fluid, a mixture of light and heavy water in a ratio of about 100: 1, is pumped into a reactor vessel 1 under a pressure of 5-7 MPa, where an insert 2 of dielectric material, for example fluoroplastic, is made in which holes 3 are made 25-30 long mm and a diameter of 1-2 mm. The pulsator excites flow pulsation with a frequency of about 1 kHz. A pulsator is a supply unit for a dielectric working medium in a pulsed mode. The pulser and pump are not shown in the drawing. The resonant pulsation frequency depends on the length and diameter of the hole 3 of insert 2 and the physical parameters of the liquid, which are achieved by smoothly changing the pulsation of the flow using a pulsator. The onset of nuclear reactions is fixed if the housing 1 is made of a transparent material, such as organic glass, by ionizing radiation, causing the glow of the surrounding air. For the neutron flux, heat in the working fluid, changes in its chemical composition and other parameters, appropriate detectors are installed: a neutron counter, thermometers, and litmus elements. The narrowing of the main channel at the outlet of insert 2 is a Laval nozzle, which helps to accelerate the flow of an ionized dielectric medium. In the region where the deflecting system 4 is located, charged particles are separated. Under the action of an electric or magnetic field, unlike particles deviate in opposite directions. An increase in the concentration of heavy water in light water (for example, 100: (3-5)) leads to a change in the electrification of the flow of the dielectric working medium and an increase in the yield of hydrogen and oxygen. The dielectric fluid flow thus ionized and accelerated in the Laval nozzle is passed through a uniform magnetic field, as a result of which Lorentz forces arise. Positive ions move to one hole, and negative ions to another, thus separating flows with negative and positive ions, and since the flows are electrically isolated, their relaxation is difficult. The streams carry ions of different signs in special vessels, where the ions recombine, giving up their charge, and become free in one case with hydrogen, in the other with oxygen.

Claims

1. Power plant for the production of hydrogen and oxygen, containing a dielectric resistant to cavitation emission housing for receiving and transmitting a dielectric medium in the form of a mixture of light and heavy water and an insert installed in the housing made of a dielectric material prone to cavitation emission, and equipped with, at least two openings with the possibility of the expiration of a dielectric medium through them, characterized in that it is equipped with a pulser, a pump for supplying a working dielectric medium under a phenomenon deflecting a system of charged particles and at least two nozzles electrically isolated from each other and connected to vessels for collecting hydrogen and oxygen, moreover, at the outlet of the insert in the body, a narrowing in the form of a Loval nozzle is made, followed by flow along the body a deflecting system of charged particles is installed, after which the nozzles are located.

2. Installation according to claim 1, characterized in that the deflecting system of charged particles is electrostatic.

3. Installation according to claim 1, characterized in that the deflecting system with charged particles is made magnetic.