RU2738744C1 - Method of producing heat and electric energy and device for its implementation - Google Patents

Method of producing heat and electric energy and device for its implementation Download PDF

Info

Publication number
RU2738744C1
RU2738744C1 RU2019145720A RU2019145720A RU2738744C1 RU 2738744 C1 RU2738744 C1 RU 2738744C1 RU 2019145720 A RU2019145720 A RU 2019145720A RU 2019145720 A RU2019145720 A RU 2019145720A RU 2738744 C1 RU2738744 C1 RU 2738744C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
electrode
cathode
electrodes
hydrogen
anode
Prior art date
Application number
RU2019145720A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Никита Константинович Белов
Игорь Петрович Завершинский
Анатолий Иванович Климов
Борис Николаевич Толкунов
Original Assignee
федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва"
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 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва" filed Critical федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва"
Priority to RU2019145720A priority Critical patent/RU2738744C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2738744C1 publication Critical patent/RU2738744C1/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N3/00—Generators in which thermal or kinetic energy is converted into electrical energy by ionisation of a fluid and removal of the charge therefrom

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)

Abstract

FIELD: power engineering.
SUBSTANCE: invention relates to electric power engineering and hydrogen power engineering and can be used in heat and electric energy sources. Method involves generation of high-voltage pulse-periodic electric discharge between series-installed electrodes: anode (3) electrode, passive (6) electrodes – sharpeners of electric field and cathode (7) electrode made of hydride-forming metal, formation of vortex flow of water vapor (2, 7) along axis between electrodes, availability of heat exchanger (8), presence of gas-separator (9, 10) for hydrogen separation and storage. Device comprises ceramic pipe (1), electrode anode (3), passive electrodes (6) and cathode (7) made of hydride-forming metal, generator of vortex flow of steam (2, 7), as well as water heat exchanger-gate (8) and separator-gas holder (9, 10) for hydrogen storage. Conical electrode anode (3) is made of refractory material (for example, tungsten or molybdenum). Electrode cathode is made in the form of nozzle (7) with hole for outlet of hot steam and hydrogen. Passive electrodes – sharpeners (6) are made in form of cooled ogival bodies from refractory material (for example, tungsten). Electric power generator (4, 5) is configured to generate combined voltage including current power pulses and high-voltage ignition pulses.
EFFECT: high intensity of the process of simultaneous generation of heat energy and generation of cheap hydrogen.
2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано при создании автономных источников тепловой и электрической энергии, работа которых основана на использовании взаимодействия ионизированного водорода с нано-кластерными металлическими частицами в вихревом потоке рабочего газа (водяного пара), когда в качестве основного поставщика атомарного и ионизированного водорода используется сам водяной пар, прошедший зону электрического разряда, поставщиком нано-кластерных металлических частиц является эрозирующий катод в этом разряде, поставщиком свободного водорода, очищенного от водяного пара и кислорода является вихревой сепаратор с водяным затвором.The invention relates to power engineering and can be used to create autonomous sources of thermal and electrical energy, the work of which is based on the use of the interaction of ionized hydrogen with nano-cluster metal particles in a vortex flow of working gas (water vapor), when as the main supplier of atomic and ionized hydrogen the water vapor itself, which has passed the electric discharge zone, is used, the supplier of nano-cluster metal particles is the eroding cathode in this discharge, the supplier of free hydrogen purified from water vapor and oxygen is a vortex separator with a water seal.

Известен способ [RU 2448409, С2, H03K 3/37, 20.04.2012], заключающийся в том, что водород пропускают через разрядное устройство, содержащее, по меньшей мере, два электрода - анод и катод, расположенные последовательно по потоку водорода, на анод подают импульсное напряжение, достаточное для возникновения стримерного разряда, а с катода снимают импульсное напряжение для конвертирования и передачи потребителю, причем, импульсное напряжение подают с частотой от 35 до 45 кГц, величина импульсного напряжения, подаваемого на анод, составляет от 13 до 19 кВ, стримерный разряд поддерживают со средним током от 0,5 до 1,0 А, а водород пропускают через разрядное устройство со скоростью потока от 85 до 110 м/с и направлением от катода к аноду, а прошедший через разрядное устройство водород возвращают на вход в разрядное устройство. Недостатком способа является относительно низкий уровень получаемой тепловой энергии, а также невозможность одновременного получения водорода.The known method [RU 2448409, C2, H03K 3/37, 20.04.2012], which consists in the fact that hydrogen is passed through a discharge device containing at least two electrodes - anode and cathode, located in series in the flow of hydrogen, to the anode a pulse voltage is supplied sufficient for the emergence of a streamer discharge, and a pulse voltage is removed from the cathode for conversion and transmission to the consumer, moreover, the pulse voltage is supplied with a frequency of 35 to 45 kHz, the value of the pulse voltage supplied to the anode is from 13 to 19 kV, the streamer discharge is maintained with an average current of 0.5 to 1.0 A, and hydrogen is passed through the discharge device at a flow rate of 85 to 110 m / s and direction from the cathode to the anode, and the hydrogen passed through the discharge device is returned to the input to the discharge device. The disadvantage of this method is the relatively low level of obtained thermal energy, as well as the impossibility of simultaneous production of hydrogen.

Наиболее близким по технической сущности и получаемому результату является способ получения тепловой энергии [Карабут А.Б., Кучеров Я.Р., Савватимова И.Б. Выход тепла и продуктов ядерных реакций из катода тлеющего разряда в дейтерии, с. 124-131. - Материалы 1 Российской конференции по холодному ядерному синтезу (Абрау-Дюрсо, Новороссийск, 28.09-02.10.1993). М.: МНТЦ ВЕНТ, 1994], основанный на формировании в среде водорода (дейтерия) высоковольтного электрического разряда между электродами, один из которых - катод - выполнен из гидридо-образующего металла палладия при токе разряда от 5 до 25 мА, напряжении разряда 500-700 В и давлении газа 5 Торр.The closest in technical essence and the result obtained is a method of obtaining thermal energy [Karabut AB, Kucherov Ya.R., Savvatimova I.B. The release of heat and products of nuclear reactions from the cathode of a glow discharge in deuterium, p. 124-131. - Materials of the 1st Russian Conference on Cold Nuclear Fusion (Abrau-Dyurso, Novorossiysk, 28.09-02.10.1993). M .: ISTC VENT, 1994], based on the formation in a hydrogen (deuterium) medium of a high-voltage electric discharge between electrodes, one of which - the cathode - is made of a hydride-forming palladium metal at a discharge current of 5 to 25 mA, a discharge voltage of 500 700 V and a gas pressure of 5 Torr.

Генерация тепла происходит в результате взаимодействия ионизированного водорода и эрозионных частиц (металлических нанокластеров), создаваемых материалом катода с образованием гидрида палладия, что сопровождается генерацией тепловой энергии ионизации водорода (дейтерия) в плазме высоковольтного электрического разряда, возникающего между электродами. Количество генерируемого тепла (тепловая мощность), рассчитываемая по количеству выделившегося тепла, снимаемого с водо-охлаждаемых электро-держателей, составляет 300 Вт. Удельная тепловая мощность, отнесенная к габаритам (объему) реактора (кварцевой трубе диаметром 50 мм и длиной 500 мм), составляет 0,3 Вт/см3 Heat generation occurs as a result of the interaction of ionized hydrogen and erosion particles (metal nanoclusters) created by the cathode material with the formation of palladium hydride, which is accompanied by the generation of thermal energy of hydrogen (deuterium) ionization in the plasma of a high-voltage electric discharge arising between the electrodes. The amount of generated heat (heat power), calculated by the amount of heat released from the water-cooled electric holders, is 300 W. Specific thermal power related to the dimensions (volume) of the reactor (quartz tube 50 mm in diameter and 500 mm long) is 0.3 W / cm 3

Недостатком наиболее близкого по своей технической сущности способа к предложенному является относительно низкая эффективность генерации тепловой энергии, а также относительно узкая область применения, что обусловлено невозможностью одновременного получения и электрической энергии.The disadvantage of the method closest in its technical essence to the proposed one is the relatively low efficiency of heat energy generation, as well as a relatively narrow field of application, which is due to the impossibility of simultaneous production of electrical energy.

Известны также устройства для получения тепловой энергии.Devices for generating heat energy are also known.

В частности, известен генератор высокого напряжения [RU 2554512, С2, H03K 3/537, 27.08.2012], содержащий вихревой плазменный генератор, имеющий разрядный промежуток, вихревой генератор, а также источник питания, для создания разряда постоянного тока.In particular, a high voltage generator is known [RU 2554512, C2, H03K 3/537, 27.08.2012], which contains a vortex plasma generator having a discharge gap, a vortex generator, and a power source to create a DC discharge.

Недостатком устройства является относительно низкий уровень получаемой тепловой энергии и отсутствие устройства для получения дешевого водорода.The disadvantage of the device is the relatively low level of heat energy received and the lack of a device for producing cheap hydrogen.

Задача, на решение которой направлено предложенное изобретение, заключается в повышении эффективности генерации тепловой энергии при одновременном возможности получения дешевого водорода.The problem to be solved by the proposed invention is to increase the efficiency of generating thermal energy while simultaneously producing cheap hydrogen.

Требуемый технический результат заключается в повышении эффективности генерации тепловой энергии с одновременным расширением области применения путем обеспечения возможности получения дешевого водорода.The required technical result is to increase the efficiency of generating thermal energy with a simultaneous expansion of the field of application by making it possible to obtain cheap hydrogen.

Поставленная задача решается, а требуемый технический результат достигается, тем, что в способе, основанном на формировании высоковольтного электрического разряда между установленными последовательно анодным электродом и катодным электродом, выполненным из гидридо-образующего металла, согласно изобретению на способ, формируется вихревой поток водяного пара вдоль оси между анодным электродом и катодным электродом в направлении на катодный электрод, при этом высоковольтный электрический разряд между анодным и катодным электродами формируется путем подачи на них комбинированного напряжения, включающего силовые токовые импульсы и поджигающие высоковольтные импульсы, катодный электрод выполняют в форме сопла с отверстием, через которое осуществляется выпуск горячего водяного пара и водорода, а между электродами устанавливают, по крайней мере, одну пару пассивных электродов-обострителей для увеличения длины плазменной зоны и оптимизации ее параметров.The problem is solved, and the required technical result is achieved by the fact that in the method based on the formation of a high-voltage electric discharge between the anode electrode installed in series and the cathode electrode made of a hydride-forming metal, according to the invention on the method, a vortex flow of water vapor is formed along the axis between the anode electrode and the cathode electrode in the direction of the cathode electrode, while a high-voltage electric discharge between the anode and cathode electrodes is formed by applying a combined voltage to them, including power current pulses and igniting high-voltage pulses, the cathode electrode is made in the form of a nozzle with a hole through which hot water vapor and hydrogen are released, and at least one pair of passive sharpening electrodes is installed between the electrodes to increase the length of the plasma zone and optimize its parameters.

Причинно-следственная связь между вновь введенными существенными признаками способа и достижением требуемого технического результата объясняется тем, что между электродами формируют вихревой поток водяного пара, что вызывает интенсивное образование и сепарацию ионизированного водорода и существенно более мощное (по сравнению с прототипом) образование кластерных металлических частиц (продуктов эрозии катодного электрода), излучаемых материалом, из которого изготовлен электродный катод. В результате, с помощью комбинированного электрического разряда, имеющего как силовые импульсы, так и поджигающие высоковольтные короткие импульсы, образуется мощный поток ионизированного водорода. Это обусловливает более высокую эффективность генерации тепловой энергии относительно способа-прототипа. Вихревой поток позволяет стабилизировать электрический разряд, концентрировать на оси водород (диссоциированный из водяного пара) и обеспечить тепловую защиту элементов конструкции предлагаемого устройства.The causal relationship between the newly introduced essential features of the method and the achievement of the required technical result is explained by the fact that a vortex flow of water vapor is formed between the electrodes, which causes an intensive formation and separation of ionized hydrogen and a much more powerful (compared to the prototype) formation of cluster metal particles ( erosion products of the cathode electrode) emitted by the material from which the electrode cathode is made. As a result, with the help of a combined electric discharge, which has both power pulses and igniting high-voltage short pulses, a powerful flow of ionized hydrogen is generated. This leads to a higher efficiency of heat energy generation relative to the prototype method. The vortex flow makes it possible to stabilize the electric discharge, to concentrate hydrogen (dissociated from water vapor) on the axis and to provide thermal protection of the structural elements of the proposed device.

Также поставленная задача решается, а требуемый технический результат достигается тем, что в устройство, содержащее керамическую трубу, в которой последовательно установлены на одной оси электродный анод, пассивные электроды и электродный катод, к которым подключен источник питания электрической энергии, при этом электродный катод выполнен из гидридо-образующего металла, согласно изобретению на устройство введен формирователь вихревого потока водяного пара, установленный на входном конце керамической трубы и выполненный с возможностью формирования вихревого потока водяного пара вдоль оси между анодным электродом и катодным электродом в направлении на катодный электрод, а также, на выходе устройства располагается вихревой сепаратор с водяным затвором для разделения чистого водорода от водяного пара и кислорода, при этом, электродный катод выполнен в виде сопла с отверстием для выпуска горячего пара и водорода, а генератор электрической энергии, подключенный к электродному аноду и электродному катоду, выполнен с возможностью формирования импульсно-периодического напряжения, включающего силовую токовую и высоковольтную составляющие.Also, the task is solved, and the required technical result is achieved by the fact that in a device containing a ceramic tube, in which the electrode anode, passive electrodes and an electrode cathode are sequentially installed on one axis, to which the power supply of electrical energy is connected, while the electrode cathode is made of of the hydride-forming metal, according to the invention, a vortex flow of water vapor is introduced into the device, installed at the inlet end of the ceramic tube and configured to form a vortex flow of water vapor along the axis between the anode electrode and the cathode electrode in the direction of the cathode electrode, as well as at the outlet device is a vortex separator with a water seal for separating pure hydrogen from water vapor and oxygen, while the electrode cathode is made in the form of a nozzle with a hole for the release of hot steam and hydrogen, and an electric energy generator connected to the electrode anode and one cathode, is configured to generate a pulse-periodic voltage, including power current and high-voltage components.

Причинно-следственная связь между вновь введенными существенными признаками устройства и достижением требуемого технического результата объясняется тем, что введенные технические средства (формирователь вихревого потока водяного пара, установленный на входном конце керамической трубы и выполненный с возможностью формирования вихревого потока водяного пара вдоль оси между анодным электродом и катодным электродом в направлении на катодный электрод, при этом электродный анод выполнен в виде конуса из тугоплавкого материала, пассивные оживальные охлаждаемые электроды выполнены из тугоплавкого материала вольфрама, электродный катод выполнен в виде сопла с отверстием для выпуска горячего пара, а генератор электрической энергии, подключенный к электродному аноду и электродному катоду, выполнен с возможностью формирования импульсно-периодического напряжения, включающего силовую токовую и высоковольтную составляющие, позволяющие с помощью электрического импульсно-периодического разряда, образовать мощный поток атомарного и ионизированного водорода. Это обусловливает более высокую эффективность генерации тепловой энергии относительно устройства-прототипа, а также возможность получения свободного дешевого водорода. Вихревой поток помогает разделить тяжелые и легкие ионы и электроны и сконцентрировать поток водорода на оси вихря, где установлены анодный и катодный электроды реактора. Тем самым, обеспечивается режим оптимального взаимодействия потока легких ионов водорода и эрозионных нано- кластеров, вылетающих из материала катодного электрода. Наряду с этим, высокая температура в разрядной области (порядка 3000-4000 К) способствует эффективной диссоциации водяного пара. Пассивные электроды помогают значительно увеличить длину плазменной разрядной области, что способствует нагреву плазмы и увеличивает степень диссоциации водяного пара. На чертеже представлен пример выполнения устройства для получения тепловой энергии и водорода.The causal relationship between the newly introduced essential features of the device and the achievement of the required technical result is explained by the fact that the introduced technical means (a generator of a vortex flow of water vapor installed at the inlet end of a ceramic tube and made with the possibility of forming a vortex flow of water vapor along the axis between the anode electrode and cathode electrode in the direction of the cathode electrode, while the electrode anode is made in the form of a cone of refractory material, passive ogival cooled electrodes are made of refractory tungsten material, the electrode cathode is made in the form of a nozzle with a hole for the release of hot steam, and an electric energy generator connected to electrode anode and electrode cathode, is made with the possibility of forming a pulse-periodic voltage, including power current and high-voltage components, allowing, with the help of an electric pulse-periodic discharge, images a powerful stream of atomic and ionized hydrogen. This leads to a higher efficiency of thermal energy generation relative to the prototype device, as well as the possibility of obtaining free cheap hydrogen. The vortex flow helps to separate heavy and light ions and electrons and concentrate the hydrogen flow on the axis of the vortex, where the anode and cathode electrodes of the reactor are installed. Thus, the regime of optimal interaction of the flux of light hydrogen ions and erosion nanoclusters emitted from the material of the cathode electrode is provided. Along with this, the high temperature in the discharge region (about 3000-4000 K) promotes efficient dissociation of water vapor. Passive electrodes help to significantly increase the length of the plasma discharge region, which promotes plasma heating and increases the degree of dissociation of water vapor. The drawing shows an example of an embodiment of a device for producing thermal energy and hydrogen.

Способ работы устройства характеризуется чертежом.The way the device works is characterized by a drawing.

На чертеже обозначены: 1 - керамическая труба, например, диаметром 60 мм и длиной 500 мм, 2 - формирователь вихревого потока водяного пара, 3 - конический электродный анод, 4 - ВЧ генератор Теслы, 5 - источник постоянного напряжения с RC - релаксационным модулятором, 6 - пассивные электроды для обострения электрического поля, 7 - электродный катод в виде сопла с отверстием для выпуска горячего газа, 8 - водяной затвор, 9 - газгольдер для водорода, 10 - вихревой сепаратор для тяжелого кислорода и водорода, 11 - паровой генератор.The drawing indicates: 1 - a ceramic tube, for example, with a diameter of 60 mm and a length of 500 mm, 2 - a generator of a vortex flow of water vapor, 3 - a conical electrode anode, 4 - Tesla's RF generator, 5 - a constant voltage source with an RC - relaxation modulator, 6 - passive electrodes for sharpening the electric field, 7 - electrode cathode in the form of a nozzle with an opening for hot gas outlet, 8 - water seal, 9 - gas holder for hydrogen, 10 - vortex separator for heavy oxygen and hydrogen, 11 - steam generator.

В устройстве для получения тепловой и электрической энергии в кварцевой трубе 1, выполненной, например, с диаметром 60 мм и длиной 500 мм, последовательно установлены на одной оси электродный анод 3, пассивные электроды-обострители 6, электродный катод 7, к которым подключен генератор-модулятор 5 электрической энергии для создания силового импульсно-периодического разряда и одновременно ВЧ генератор Теслы 4. Генераторы 4, 5 электрической энергии, подключенные к электродному аноду 3 и электродному катоду 7, могут быть выполнены, например, в виде генератора-модулятора, запитываемого от источника постоянного тока (8 кВ, 2 А) с возможностью формирования силовых импульсов до 10 А, длительностью до 10-30 мкс и частотой до 30 кГц, смешанные поджигающими импульсами с амплитудой до 60 кВ и длительностью 1-2 мкс.In a device for obtaining thermal and electrical energy in a quartz tube 1, made, for example, with a diameter of 60 mm and a length of 500 mm, electrode anode 3, passive sharpening electrodes 6, electrode cathode 7, to which the generator is connected, are sequentially installed on the same axis. a modulator 5 of electrical energy to create a power pulse-periodic discharge and at the same time an RF generator of Tesla 4. Generators 4, 5 of electrical energy connected to the electrode anode 3 and the electrode cathode 7 can be made, for example, in the form of a generator-modulator powered from a source direct current (8 kV, 2 A) with the possibility of forming power pulses up to 10 A, with a duration of up to 10-30 μs and a frequency of up to 30 kHz, mixed by ignition pulses with an amplitude of up to 60 kV and a duration of 1-2 μs.

Кроме того, в устройстве для получения тепловой энергии и водорода электродный катод 7 выполнен из гидридо-образующего металла, формирователь 2 вихревого потока водяного пара установлен на входном конце керамической трубы 1 и выполнен с возможностью формирования вихревого потока водяного пара вдоль оси между анодным электродом 3 и катодным электродом 7 в направлении на катодный электрод 7, пара пассивных охлаждаемых электродов 6 для увеличения длины плазменного разрядного промежутка и оптимизации параметров гетерогенной плазмы. Для сепарации водорода от водяных паров применяется водяной затвор 8, способный их конденсировать. Для дальнейшего разделения водорода от кислорода используется вихревой сепаратор 10 и газгольдер 9.In addition, in the device for generating thermal energy and hydrogen, the electrode cathode 7 is made of a hydride-forming metal, the vortex flow generator 2 of water vapor is installed at the inlet end of the ceramic tube 1 and is configured to form a vortex flow of water vapor along the axis between the anode electrode 3 and cathode electrode 7 towards the cathode electrode 7, a pair of passive cooled electrodes 6 for increasing the length of the plasma discharge gap and optimizing the parameters of the heterogeneous plasma. To separate hydrogen from water vapor, a water seal 8 is used, which is capable of condensing them. For further separation of hydrogen from oxygen, a vortex separator 10 and a gas holder 9 are used.

В устройстве для получения тепловой и водорода создается вихревой поток водяного пара с помощью завихрителя 2 и парового генератора 11, конический анод 3, выполненный из тугоплавкого материала, и электродный катод 4 выполнен в виде сопла 8 с отверстием для выпуска горячего пара, а генератор 5 высокой частоты, подключенный к электродному аноду 3 и электродному катоду 4, выполнен с возможностью формирования комбинированного разряда, включающего силовые импульсы тока и высоковольтные поджигающие импульсы. Такое выполнение генераторов 4 и 5 позволяет создать неравновесный импульсно-периодический электрический разряд между электродными анодом 3 и катодом 4, что обеспечивает эффективное создание нано-размерных эрозионных металлических частиц (материала эрозии катодного электрода 4). Устройство для реализации предложенного способа получения тепловой и водорода работает следующим образом.In the device for producing heat and hydrogen, a vortex flow of water vapor is created using a swirler 2 and a steam generator 11, a conical anode 3 made of a refractory material, and an electrode cathode 4 is made in the form of a nozzle 8 with a hole for the release of hot steam, and the generator 5 is high frequency, connected to the electrode anode 3 and the electrode cathode 4, is configured to form a combined discharge, including power current pulses and high voltage ignition pulses. This design of generators 4 and 5 allows you to create a non-equilibrium pulse-periodic electrical discharge between electrode anode 3 and cathode 4, which ensures the effective creation of nano-sized erosive metal particles (erosion material of the cathode electrode 4). The device for implementing the proposed method for producing thermal and hydrogen operates as follows.

В частном примере выполнения устройства керамическая труба 1 имеет диаметр 50 мм и длину 500 мм, анодный электрод 3 выполнен из вольфрама диаметром 6 мм на стальной шпильке, катодный электрод 4 выполнен в виде запорного конуса - сопла с отверстием для выпуска горячего газа и перегретого водяного пара, а генератор электрической энергии выполнен на основе совместного использования источника питания постоянного тока 5 постоянного тока 8 кВ, 2 А, релаксационного модулятора R=3 кОм, С=20000 pF, способного получать силовые импульсы с амплитудой 10 А длительностью до 10-30 мкс и частотой до 30 кГц, ВЧ генератора Теслы 4 для формирования коротких высоковольтных импульсов с амплитудой 60 кВ и длительностью 1-2 мкс.In a particular example of the device, the ceramic tube 1 has a diameter of 50 mm and a length of 500 mm, the anode electrode 3 is made of tungsten with a diameter of 6 mm on a steel pin, the cathode electrode 4 is made in the form of a shut-off cone - a nozzle with a hole for the release of hot gas and superheated water vapor , and the electric energy generator is made on the basis of joint use of a DC power supply 5 DC 8 kV, 2 A, a relaxation modulator R = 3 kΩ, C = 20000 pF, capable of receiving power pulses with an amplitude of 10 A and a duration of up to 10-30 μs and frequency up to 30 kHz, HF Tesla generator 4 for the formation of short high-voltage pulses with an amplitude of 60 kV and a duration of 1-2 μs.

Молекулы водяного пара диссоциируются и ионизируются в плазме, созданной высоковольтным комбинированным электрическим разрядом между анодным 3 и катодным 7 электродами благодаря подключению к ним генераторов 4 и 5 электрической энергии. Вихревой поток разделяет ионы по массе. Поэтому на оси вихря концентрируется ионизированный поток водорода. Электрический разряд используется также для создания нано-размерных эрозионных металлических частиц (материал эрозии катодного электрода 7). В рабочей камере реактора, расположенного в кварцевой трубе 1 происходит эффективное взаимодействие этих нанокластеров и потока ионизированного водорода. Это вызывает получение гидридов металлов, в которых могут происходить низкоэнергетические ядерные реакции. На выходе получается сильно разогретый гетерогенный плазменный поток с высокой проводимостью (Тп~3000-4000 К). Именно такой горячий поток используется для получения тепла горячего газа в реакторе и дешевого водорода.Water vapor molecules are dissociated and ionized in the plasma created by the high-voltage combined electric discharge between the anode 3 and cathode 7 electrodes due to the connection of generators 4 and 5 of electric energy to them. The vortex flow separates the ions by mass. Therefore, an ionized stream of hydrogen is concentrated on the axis of the vortex. The electric discharge is also used to create nano-sized erosive metal particles (erosion material of the cathode electrode 7). In the working chamber of the reactor located in the quartz tube 1 there is an effective interaction of these nanoclusters and the flow of ionized hydrogen. This causes the production of metal hydrides, in which low-energy nuclear reactions can occur. At the exit, a highly heated heterogeneous plasma flow with high conductivity ( Tp ~ 3000-4000 K) is obtained. It is this hot stream that is used to generate heat from the hot gas in the reactor and cheap hydrogen.

Проведенные исследования на экспериментальной установке позволяют произвести сопоставление результатов применения известного способа и соответствующего ему устройства и предложенного способа и устройства.The studies carried out on the experimental setup allow comparing the results of applying the known method and the corresponding device and the proposed method and device.

Как указано выше, в известном устройстве, реализующем известный способ, выходная тепловая мощность достигала 300 Вт, что соответствует удельной тепловой мощности (мощности, отнесенной к габаритам (объему) реактора (кварцевой трубе диаметром 50 мм и длиной 500 мм)) 0,3 Вт/см3.As indicated above, in the known device implementing the known method, the output thermal power reached 300 W, which corresponds to the specific thermal power (power referred to the dimensions (volume) of the reactor (quartz tube 50 mm in diameter and 500 mm long)) 0.3 W / cm 3 .

На предложенной авторами экспериментальной установке достигнута удельная тепловая мощность (при диаметре реактора 50 мм и длине 500 мм) 10 Вт/см3. Одновременно с получением тепловой энергии с помощью газгольдера-сепаратора нарабатывается водород до 0.1 Г/с.On the experimental setup proposed by the authors, a specific thermal power (with a reactor diameter of 50 mm and a length of 500 mm) of 10 W / cm 3 was achieved. Simultaneously with the receipt of thermal energy with the help of a gasholder-separator, hydrogen is produced up to 0.1 G / s.

Таким образом, предложенный способ и устройство получения тепловой энергии и водорода существенно увеличивает количество получаемой тепловой энергии по сравнению с прототипом, а также дополнительно обеспечивает получение водорода.Thus, the proposed method and device for obtaining thermal energy and hydrogen significantly increases the amount of thermal energy received in comparison with the prototype, and additionally provides for the production of hydrogen.

Claims (2)

1. Способ получения тепловой энергии и дешевого водорода, основанный на формировании высоковольтного электрического разряда между установленными последовательно анодным электродом, пассивными электродами и катодным электродом, выполненным из гидридо-образующего металла, отличающийся тем, что формируют вихревой поток водяного пара вдоль оси между анодным электродом, пассивными электродами и катодным электродом в направлении на катодный электрод и инжектируют в этот разрядный промежуток горячий водяной пар, при этом высоковольтный электрический разряд между анодным, пассивными и катодным электродами формируют путем подачи на них комбинированного напряжения, включающего силовую токовую и высоковольтную составляющие, катодный электрод выполняют в форме сопла с отверстием, через которое осуществляется выпуск горячего водяного пара и водорода, а между электродами устанавливают по крайней мере одну пару пассивных электродов-обострителей для удлинения разрядной области, разделение водорода и водяного пара реализуется с помощью водяного затвора и газгольдера- сепаратора.1. A method for obtaining thermal energy and cheap hydrogen, based on the formation of a high-voltage electric discharge between the anode electrode, passive electrodes and a cathode electrode made of a hydride-forming metal installed in series, characterized in that a vortex flow of water vapor is formed along the axis between the anode electrode, passive electrodes and the cathode electrode in the direction of the cathode electrode and inject hot water vapor into this discharge gap, while the high-voltage electric discharge between the anode, passive and cathode electrodes is formed by supplying them with a combined voltage, including power current and high-voltage components, the cathode electrode is performed in the form of a nozzle with a hole through which hot water vapor and hydrogen are released, and between the electrodes, at least one pair of passive sharpening electrodes is installed to lengthen the discharge region, separate hydrogen and One steam is realized with the help of a water seal and a gas holder-separator. 2. Устройство для реализации способа, содержащее керамическую трубу, в которой последовательно установлены на одной оси электродный анод, пассивные электроды-обострители и электродный катод, к которым подключен генератор электрической энергии, при этом электродный катод выполнен из гидридо-образующего металла, отличающееся тем, что введен формирователь вихревого потока водяного пара, установленный на входном конце кварцевой трубы и выполненный с возможностью формирования вихревого потока водяного пара вдоль оси между анодным электродом и катодным электродом в направлении на катодный электрод, а также по крайней мере пара пассивных электродов-обострителей, выполненных с целью увеличения плазменной разрядной области, при этом электродный катод выполнен в виде сопла с отверстием для выпуска горячего пара, а генератор электрической энергии, подключенный к электродному аноду и электродному катоду, выполнен с возможностью формирования комбинированного напряжения, включающего силовую токовую и высоковольтную составляющие.2. A device for implementing the method, comprising a ceramic tube in which an electrode anode, passive sharpening electrodes and an electrode cathode are sequentially installed on one axis, to which an electric energy generator is connected, the electrode cathode being made of a hydride-forming metal, characterized in that that a generator of a vortex flow of water vapor is introduced, installed at the inlet end of a quartz tube and made with the possibility of forming a vortex flow of water vapor along the axis between the anode electrode and the cathode electrode in the direction to the cathode electrode, as well as at least a pair of passive sharpening electrodes made with the purpose of increasing the plasma discharge region, while the electrode cathode is made in the form of a nozzle with a hole for the release of hot steam, and the electric energy generator connected to the electrode anode and the electrode cathode is made with the possibility of generating a combined voltage, including power current and high voltage components.
RU2019145720A 2019-12-31 2019-12-31 Method of producing heat and electric energy and device for its implementation RU2738744C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019145720A RU2738744C1 (en) 2019-12-31 2019-12-31 Method of producing heat and electric energy and device for its implementation

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019145720A RU2738744C1 (en) 2019-12-31 2019-12-31 Method of producing heat and electric energy and device for its implementation

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2738744C1 true RU2738744C1 (en) 2020-12-16

Family

ID=73835012

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019145720A RU2738744C1 (en) 2019-12-31 2019-12-31 Method of producing heat and electric energy and device for its implementation

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2738744C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2780263C1 (en) * 2021-12-23 2022-09-21 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-технический центр ПРОМЕТЕЙ" Method for obtaining thermal and electrical energy, hydrogen and a device for its implementation

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1994004461A1 (en) * 1992-08-14 1994-03-03 Materials And Electrochemical Research Corporation Methods and apparati for producing fullerenes
WO1998010510A1 (en) * 1996-09-06 1998-03-12 Vladimir Omarovich Tokarev Method for generating electrical power and device for realising the same
RU2347855C2 (en) * 2007-03-27 2009-02-27 Государственное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Дагестанский Государственный Технический Университет" (Дгту) Device for generating heat energy and gas-vapour mixture
RU2448409C2 (en) * 2009-12-22 2012-04-20 Юрий Александрович Ефимов Method to produce electric power
RU2554512C1 (en) * 2014-03-27 2015-06-27 Общество с ограниченной ответственностью "Нью Инфлоу" Method for thermal and electric energy production and device for its implementation

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1994004461A1 (en) * 1992-08-14 1994-03-03 Materials And Electrochemical Research Corporation Methods and apparati for producing fullerenes
WO1998010510A1 (en) * 1996-09-06 1998-03-12 Vladimir Omarovich Tokarev Method for generating electrical power and device for realising the same
RU2347855C2 (en) * 2007-03-27 2009-02-27 Государственное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Дагестанский Государственный Технический Университет" (Дгту) Device for generating heat energy and gas-vapour mixture
RU2448409C2 (en) * 2009-12-22 2012-04-20 Юрий Александрович Ефимов Method to produce electric power
RU2554512C1 (en) * 2014-03-27 2015-06-27 Общество с ограниченной ответственностью "Нью Инфлоу" Method for thermal and electric energy production and device for its implementation

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Материалы 1 Российской конференции по холодному ядерному синтезу (Абрау-Дюрсо, Новороссийск, 28.09-02.10.1993). Москва, МНТЦ ВЕНТ, 1994, с. 124-131. *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2780263C1 (en) * 2021-12-23 2022-09-21 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-технический центр ПРОМЕТЕЙ" Method for obtaining thermal and electrical energy, hydrogen and a device for its implementation
RU2788269C1 (en) * 2022-09-05 2023-01-17 ООО "Научно-технический центр ПРОМЕТЕЙ" Method for obtaining thermal energy, extracting electrical energy and a device for its implementation
RU2788267C1 (en) * 2022-09-13 2023-01-17 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-технический центр ПРОМЕТЕЙ" Method for obtaining thermal energy, extracting hydrogen and a device for its implementation.

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Wang et al. Uniformity optimization and dynamic studies of plasma jet array interaction in argon
EP0002623B1 (en) Electric arc apparatus and method for treating a flow of material by an electric arc
CA2833965A1 (en) Method for processing a gas and a device for performing the method
JP2022508750A (en) Methods and equipment for plasma chemical gas / gas mixture conversion
AU2006289456B2 (en) Method for producing thermal energy
RU2554512C1 (en) Method for thermal and electric energy production and device for its implementation
RU2738744C1 (en) Method of producing heat and electric energy and device for its implementation
Prakash et al. Influence of pulse modulation frequency on helium RF atmospheric pressure plasma jet characteristics
JP6529059B1 (en) Electron beam irradiation system
Bulychev On the hydrogen production during the discharge in a two-phase vapor-liquid flow
RU2522636C1 (en) Microwave plasma converter
RU2780263C1 (en) Method for obtaining thermal and electrical energy, hydrogen and a device for its implementation
CN112004304B (en) Corona composite dielectric barrier discharge plasma jet generating device
US20230294065A1 (en) Method and system for transforming a gas mixture using pulsed plasma
Shibkov et al. Combined MW-DC discharge in a high speed propane-butane-air stream
RU2017136934A (en) Method for burning hydrocarbon fuel and device for its implementation
Panova et al. Ozone production in a dielectric barrier discharge in air/CH4 mixtures
Sorokin et al. Plasma-processing reactor for the production and treatment of nanoscale structures for nanoelectronics
Elkholy et al. PLASMA IGNITION AND FLAME CONTROL. FUEL REFORMATION AND ACTIVATION
Li et al. Warm plasma aided ignition of coal powders at atmospheric pressure
JP2020091968A (en) Ion beam generating device and method for controlling ion beam generating device
Vlasov Toroidal current layer supported by the pressure of external gas and the internal injection of FAST ions
Karas et al. Low pressure discharge initiated by microwave radiation with stochastically jumping phase
ARATA et al. Pressure Distribution and Basic Properties of Gas Tunnel Type
PL206356B1 (en) Method of and Chemical reactor for carrying processes in the microwave plasma