RU2788269C1

RU2788269C1 - Method for obtaining thermal energy, extracting electrical energy and a device for its implementation

Info

Publication number: RU2788269C1
Application number: RU2022123632A
Authority: RU
Inventors: Анатолий Иванович Климов; Сергей Егорович Алтунин; Олег Михайлович Кулаковский; Артем Витальевич Захаров
Original assignee: ООО "Научно-технический центр ПРОМЕТЕЙ"
Filing date: 2022-09-05
Publication date: 2023-01-17

Abstract

FIELD: electric power industry and hydrogen energy.

SUBSTANCE: invention relates to the electric power industry and hydrogen energy and can be used in sources of thermal energy and incidentally for the extraction of hydrogen and electrical energy. The method includes the supply of an inert gas through an axial hole 3 in the electrode anode 2, the formation of plasma 10 under the influence of a pulsed high-voltage voltage between electrodes 2 and 7, the formation of a rotational-eddy movement of water 5 relative to the axis between electrodes 2 and 7 and the creation of a gas cavity 9 between the electrodes. The thermal energy released in the gas cavity 9 as a result of the occurrence of plasma-chemical reactions during the interaction of protons with erosive metal particles heats the plasma to 8000 - 10000°C, which increases the generation of thermal energy and the yield of hydrogen. In the device, thermal energy from the plasma is transferred through water to a water seal, where it is removed by a heat exchanger, hydrogen is separated from the gas products of plasma reactions using a gas separator, and electricity is generated using a hydrogen fuel cell.

EFFECT: expansion of the field of application, increase in the efficiency of thermal energy generation, increase in the yield of hydrogen is ensured.

6 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к электроэнергетике, водородной энергетике и может быть использовано в источниках тепловой энергии и попутно для извлечения электрической энергии. Для Российской Федерации с огромной территорией, суровым климатом и вечной мерзлотой обладание эффективным источником тепловой энергии может сыграть ключевую роль для опережающего развития, особенно северных регионов.The invention relates to the electric power industry, hydrogen energy and can be used in sources of thermal energy and incidentally for the extraction of electrical energy. For the Russian Federation with a vast territory, harsh climate and permafrost, the possession of an efficient source of thermal energy can play a key role for rapid development, especially in the northern regions.

Известен способ и устройство [WO 2015/108434 A1, 23.07.2015] для получения тепловой энергии из электрической, заключающийся в том, что в составной электролитической ячейке с водным раствором электролита при подаче напряжения более 300 вольт и тока более 1 ампера на аноде, погруженном в электролит, создается плазменный разряд, обеспечивающий протекание плазмохимических реакций, приводящих к интенсивному энерговыделению и испарению воды, а функцию катода выполняет внутренняя часть электролитической ячейки. При этом выделяется тепловая энергия 10 кВт при потребляемой электрической энергии в 1,6 кВт. A known method and device [WO 2015/108434 A1, 07/23/2015] for obtaining thermal energy from electrical energy, which consists in the fact that in a composite electrolytic cell with an aqueous electrolyte solution, when a voltage of more than 300 volts and a current of more than 1 ampere is applied to the anode, immersed into the electrolyte, a plasma discharge is created, which ensures the occurrence of plasma-chemical reactions, leading to intense energy release and water evaporation, and the function of the cathode is performed by the internal part of the electrolytic cell. In this case, thermal energy of 10 kW is released with an electrical energy consumption of 1.6 kW.

Недостатками способа являются невозможность одновременного получения тепловой энергии, извлечения водорода и электроэнергии.The disadvantages of this method are the impossibility of simultaneously obtaining thermal energy, extracting hydrogen and electricity.

Известны также способы и устройства для получения водорода, тепловой и электрической энергии [RU2554512, С1, Н01J 45/00 27.06.2015] и [RU2738744, С1, F24V 30/00, H02N 3/00, H05H 1/48, 16.12.2020], основанные на использовании плазмохимических реакций, протекающих в плазменном реакторе при взаимодействии протонов с эрозионными металлическими частицами, получаемых в результате ионизации пара воды и электрической эрозии катода при подаче высоковольтного импульсного напряжения. There are also known methods and devices for producing hydrogen, thermal and electrical energy [RU2554512, C1, H01J 45/00 06/27/2015] and [RU2738744, C1, F24V 30/00, H02N 3/00, H05H 1/48, 12/16/2020 ], based on the use of plasma-chemical reactions occurring in a plasma reactor during the interaction of protons with erosive metal particles obtained as a result of ionization of water vapor and electrical erosion of the cathode when a high-voltage pulsed voltage is applied.

В этих реакциях выделяется значительная тепловая энергия, более чем на 2 порядка превышающая тепловую энергию при химических экзотермических реакциях [Y. Iwamura et al., “Anomalous Heat Effects Induced by Metal Nano-composites and Hydrogen Gas”, J. Condensed Matter Nucl. Sci. 29, 119-128, 2019]. В связи с этим это направление открывает новые перспективы для создания дешевых и безопасных источников энергии и ведущие страны мира активно работают в этой области. Так в 2020 г. стартовал проект Европейского союза CleanHME, направленный для создания чистого, безопасного, компактного и дешевого источника энергии на основе водород-металлических и плазменных систем, который может стать прорывом, как для частного, так и промышленного применения. In these reactions, significant thermal energy is released, more than 2 orders of magnitude higher than the thermal energy in chemical exothermic reactions [Y. Iwamura et al., “Anomalous Heat Effects Induced by Metal Nano-composites and Hydrogen Gas”, J. Condensed Matter Nucl. sci. 29, 119-128, 2019]. In this regard, this direction opens up new prospects for the creation of cheap and safe energy sources, and the leading countries of the world are actively working in this area. Thus, in 2020, the CleanHME project of the European Union was launched, aimed at creating a clean, safe, compact and cheap energy source based on hydrogen-metal and plasma systems, which can be a breakthrough for both private and industrial applications.

На экспериментальном устройстве по патенту RU2554512 достигнута удельная тепловая мощность (при диаметре реактора 50 мм и длине 500 мм) 5,1 Вт/см³ и извлекалась электрическая энергия до 400 Вт с помощью зондов-электродов. А на устройстве по патенту RU2738744 была достигнута удельная тепловая мощность 10 Вт/см³ и одновременно извлекался водород до 0,1 Г/с. On the experimental device according to patent RU2554512, a specific thermal power (with a reactor diameter of 50 mm and a length of 500 mm) of 5.1 W/cm ³ was achieved and electrical energy was extracted up to 400 W using probe electrodes. And on the device according to patent RU2738744, a specific thermal power of 10 W/cm ³ was achieved and hydrogen was simultaneously extracted up to 0.1 G/s.

Последнее техническое решение является наиболее близким по технической сущности и получаемому результату и поэтому выбрано в качестве прототипа как для способа, так и для устройства. The last technical solution is the closest in technical essence and the result obtained, and therefore was chosen as a prototype for both the method and the device.

Способ получения тепловой энергии и электрической энергии RU2738744 включает формировании высоковольтного электрического разряда и создание плазменного потока путем подачи высоковольтного импульсного напряжения между установленными последовательно на одной оси анодным электродом и катодным электродом, выполненным из гидридообразующего металла, формирование вращательно-вихревого потока реагента относительно оси в направлении на катод и подачу его в объем осесимметричного плазменного реактора, отвод тепла через теплообменник, извлечение водорода из продуктов плазмохимической реакции с помощью водяного затвора, газового сепаратора и накопителя водорода.RU2738744 method for generating thermal energy and electrical energy includes generating a high-voltage electric discharge and creating a plasma flow by applying a high-voltage pulse voltage between an anode electrode installed in series on one axis and a cathode electrode made of a hydride-forming metal, forming a rotational-vortex flow of a reagent relative to the axis in the direction to cathode and its supply to the volume of an axisymmetric plasma reactor, heat removal through a heat exchanger, extraction of hydrogen from the products of the plasma-chemical reaction using a water seal, gas separator and hydrogen storage.

Недостатками способа являются невозможность одновременного получения тепловой энергии, извлечения водорода и электроэнергии, относительно низкая эффективность генерации тепловой энергии, недостаточный выход водорода.The disadvantages of this method are the impossibility of simultaneously obtaining thermal energy, extracting hydrogen and electricity, relatively low efficiency of thermal energy generation, insufficient hydrogen yield.

Устройство для реализации этого способа RU2738744 содержит узел подачи реагента, узел подачи инертного газа, теплообменник, высоковольтный импульсный генератор электрического напряжения, подключенный к аноду и катоду, осесимметричный плазменный реактор, включающий диэлектрическую трубу из жаропрочного материала с установленными последовательно на одной оси электродным анодом и электродным катодом из гидридообразующего металла, формирователь вихревого потока в направлении на катод, установленный на входном конце трубы, а на выходном конце выходной патрубок, соединенный трубопроводом последовательно с установленными водяным затвором, газовым сепаратором и накопителем водорода.The device for implementing this method RU2738744 contains a reagent supply unit, an inert gas supply unit, a heat exchanger, a high-voltage pulsed electric voltage generator connected to the anode and cathode, an axisymmetric plasma reactor, including a dielectric tube made of heat-resistant material with an electrode anode and an electrode electrode installed in series on one axis. a hydride-forming metal cathode, a vortex flow shaper towards the cathode installed at the inlet end of the pipe, and at the outlet end, an outlet pipe connected in series with a water seal, a gas separator and a hydrogen accumulator by a pipeline.

Недостатками устройства также являются невозможность одновременного получения тепловой энергии, извлечение водорода и электроэнергии, относительно низкая эффективность генерации тепловой энергии, недостаточный выход водорода.The disadvantages of the device are also the impossibility of simultaneous production of thermal energy, extraction of hydrogen and electricity, relatively low efficiency of thermal energy generation, insufficient hydrogen yield.

Технический результат предлагаемого способа состоит в расширении области применения, повышении эффективности генерации тепловой энергии и увеличении выхода водорода. The technical result of the proposed method is to expand the scope, increase the efficiency of thermal energy generation and increase the yield of hydrogen.

Технический результат достигается тем, что в способе, включающем формирование высоковольтного электрического разряда и создание плазменного образования путем подачи высоковольтного импульсного напряжения между установленными последовательно на одной оси анодным электродом и катодным электродом, выполненным из гидридообразующего металла, формирование вращательно-вихревого потока реагента относительно оси в направлении на катод и подачу его в объем осесимметричного плазменного реактора, отвод тепла через теплообменник, извлечение водорода из продуктов плазмохимических реакций с помощью водяного затвора, газового сепаратора и накопителя водорода, согласно изобретению, сначала под давлением вводится инертный газ между электродами в виде приосевой струи, затем подается высоковольтное импульсное напряжение на электроды и создается плазменное образование и, наконец, в качестве реагента в реактор под давлением вводится вода, формируется ее вращательно-вихревое движение относительно оси между электродами и создается газовая полость между концами электродов путем регулирования подачи инертного газа и воды, при этом теплообменник размещают во внутреннем объеме водяного затвора, а из водяного затвора подают повторно подогретую воду в плазменный реактор в качестве реагента взамен холодной воды, при этом уровень воды в водяном затворе должен быть выше теплообменника, но ниже выходного отверстия для газовой фракции продуктов плазменного реактора.The technical result is achieved by the fact that in the method, including the formation of a high-voltage electric discharge and the creation of a plasma formation by applying a high-voltage pulse voltage between the anode electrode installed in series on the same axis and the cathode electrode made of hydride-forming metal, the formation of a rotational-vortex flow of the reagent relative to the axis in the direction to the cathode and supplying it to the volume of the axisymmetric plasma reactor, removing heat through a heat exchanger, extracting hydrogen from the products of plasma-chemical reactions using a water seal, a gas separator and a hydrogen accumulator, according to the invention, first an inert gas is introduced under pressure between the electrodes in the form of a paraxial jet, then a high-voltage pulsed voltage is applied to the electrodes and a plasma formation is created, and finally, water is introduced into the reactor under pressure as a reagent, its rotational-vortex motion is formed relative to the axis between electrodes and a gas cavity is created between the ends of the electrodes by controlling the supply of inert gas and water, while the heat exchanger is placed in the internal volume of the water seal, and reheated water is supplied from the water seal to the plasma reactor as a reagent instead of cold water, while the water level in the water the gate should be above the heat exchanger, but below the outlet for the gas fraction of the products of the plasma reactor.

А также газовую смесь кислорода и инертного газа, оставшуюся после газовой сепарации, осушают, отделяют инертный газ и подают его повторно в плазменный реактор.Also, the gas mixture of oxygen and inert gas remaining after gas separation is dried, the inert gas is separated and fed again into the plasma reactor.

Кроме того, извлекаемый водород и газовую смесь кислорода и инертного газа пропускают через водородный топливный элемент и извлекают электроэнергию, а смесь оставшегося кислорода и инертного газа после водородного топливного элемента осушают, отделяют инертный газ и подают его повторно в плазменный реактор.In addition, the extracted hydrogen and the gas mixture of oxygen and inert gas are passed through the hydrogen fuel cell and electricity is recovered, and the mixture of the remaining oxygen and inert gas after the hydrogen fuel cell is dried, the inert gas is separated and re-supplied to the plasma reactor.

Введение инертного газа между электродами в виде приосевой струи и после этого подача высоковольтного импульсного напряжения на электроды облегчают создание плазменного образования. Причем в среде инертного газа плазма образуется и поддерживается без воздействия постоянной токовой составляющей и при более низкой амплитуде высоковольтных импульсов, что позволяет снизить потребляемую электрическую мощность по сравнению с прототипом. Подача в реактор под давлением воды, формирование ее вращательно-вихревого движения относительно оси между электродами и создание газовой полости между концами электродов, объем которой гораздо меньше, чем внутренний объем реактора, создают условия для интенсификации плазмохимических реакций при взаимодействии протонов с эрозионными металлическими частицами. Поскольку тепловая энергия, выделяемая в результате протекания плазмохимических реакций, рассеивается в газовой полости, объем которой гораздо меньше, чем внутренний объем реактора, то температура в плазменном образовании в предлагаемом способе будет гораздо выше, чем в способе, принятом за прототип, при одинаковом количестве этих реакций. А повышение температуры в плазме, в свою очередь, увеличивает концентрацию протонов и эрозию частиц гидридообразующего металла из катода и, как следствие, количество плазмохимических реакций, а соответственно, и тепловыделение. Кроме того, с ростом температуры повышается и скорость самих реакций и степень термической диссоциации воды, что также увеличивает тепловыделение и извлечение водорода в предлагаемом способе по сравнению с прототипом. Размещение теплообменника во внутреннем объеме водяного затвора и замена газового вихря водяным, имеющего более высокую теплоемкость, повышают теплопередачу тепловой энергии от плазменного образования к потребителю, т.е. увеличивают съем тепловой энергии по сравнению с прототипом. Повторная подача подогретой воды из водяного затвора в плазменный реактор в качестве реагента взамен холодной воды при условии, что уровень воды в водяном затворе должен быть выше теплообменника, но ниже выходного отверстия для газовой фракции продуктов плазменного реактора, позволяет до минимума уменьшить потери воды, снизить потребляемую энергию на подогрев воды, а также создать условия для оптимального съема тепловой энергии. The introduction of an inert gas between the electrodes in the form of a paraxial jet and then the supply of a high-voltage pulsed voltage to the electrodes facilitate the creation of a plasma formation. Moreover, in an inert gas environment, plasma is formed and maintained without exposure to a constant current component and at a lower amplitude of high-voltage pulses, which makes it possible to reduce the consumed electrical power compared to the prototype. The supply of water under pressure to the reactor, the formation of its rotational-vortex motion relative to the axis between the electrodes, and the creation of a gas cavity between the ends of the electrodes, the volume of which is much smaller than the internal volume of the reactor, create conditions for the intensification of plasma-chemical reactions during the interaction of protons with erosive metal particles. Since the thermal energy released as a result of the occurrence of plasma-chemical reactions is dissipated in a gas cavity, the volume of which is much smaller than the internal volume of the reactor, the temperature in the plasma formation in the proposed method will be much higher than in the method adopted for the prototype, with the same number of these reactions. And an increase in the temperature in the plasma, in turn, increases the concentration of protons and the erosion of particles of the hydride-forming metal from the cathode and, as a consequence, the number of plasma-chemical reactions, and, accordingly, the heat release. In addition, with increasing temperature, the rate of the reactions themselves and the degree of thermal dissociation of water also increase, which also increases heat generation and hydrogen extraction in the proposed method compared to the prototype. Placement of the heat exchanger in the internal volume of the water seal and replacement of the gas vortex with a water vortex, which has a higher heat capacity, increase the heat transfer of thermal energy from the plasma formation to the consumer, i.e. increase the removal of thermal energy in comparison with the prototype. Re-supply of heated water from the water seal to the plasma reactor as a reagent instead of cold water, provided that the water level in the water seal must be above the heat exchanger, but below the outlet for the gas fraction of the plasma reactor products, makes it possible to minimize water losses, reduce the consumed energy for water heating, as well as create conditions for optimal removal of thermal energy.

Осушение газовой смеси кислорода и инертного газа, оставшейся после газовой сепарации, а также отделение инертного газа и подача его повторно в плазменный реактор практически исключает расход инертного газа.Drying the gas mixture of oxygen and inert gas remaining after gas separation, as well as separating the inert gas and supplying it again to the plasma reactor, practically eliminates the consumption of inert gas.

Пропускание через водородный топливный элемент водорода и газовой смеси кислорода и инертного газа позволяет расширить возможности предлагаемого технического решения и эффективно генерировать электроэнергию с высоким КПД до 70%, а также произвести предварительную грубую очистку газовой смеси от кислорода. Это создает условия для повторной подачи инертного газ в плазменный реактор после прохождения осушения и окончательной очистки от кислорода, что исключает расход инертного газа.Passing hydrogen and a gas mixture of oxygen and an inert gas through a hydrogen fuel cell makes it possible to expand the possibilities of the proposed technical solution and efficiently generate electricity with a high efficiency of up to 70%, as well as to perform a preliminary coarse purification of the gas mixture from oxygen. This creates conditions for the re-supply of inert gas to the plasma reactor after drying and final purification from oxygen, which eliminates the consumption of inert gas.

Устройство для реализации способа, содержащее узел подачи реагента, узел подачи инертного газа, теплообменник, высоковольтный импульсный генератор электрического напряжения, подключенный к аноду и катоду, осесимметричный плазменный реактор, включающий диэлектрическую трубу из жаропрочного материала с установленными последовательно на одной оси электродным анодом и электродным катодом из гидридообразующего металла, формирователь вихревого потока в направлении на катод, установленный на входном конце трубы, а на выходном конце выходной патрубок, соединенный трубопроводом последовательно с установленными водяным затвором, газовым сепаратором и накопителем водорода, согласно изобретению, узел подачи реагента соединен с формирователем вихревого потока, а узел подачи инертного газа соединен трубопроводом со сквозным осевым отверстием, выполненным в электродном аноде, внутренняя поверхность выходного патрубка выполнена в виде сужающегося конусного отверстия, а во внутреннем объеме водяного затвора размещены теплообменник, так чтобы уровень воды покрывал всю его наружную поверхность, и датчик уровня воды, при этом на боковой поверхности водяного затвора ниже уровня воды выполнено отверстие, которое соединено трубопроводом последовательно с насосом, имеющим блок управления, и узлом подачи реагента, а электрический выход датчика уровня воды соединен с блоком управления насоса.A device for implementing the method, comprising a reagent supply unit, an inert gas supply unit, a heat exchanger, a high-voltage pulsed electric voltage generator connected to the anode and cathode, an axisymmetric plasma reactor, including a dielectric tube made of heat-resistant material with an electrode anode and an electrode cathode installed in series on one axis from hydride-forming metal, a vortex flow shaper in the direction of the cathode installed at the inlet end of the pipe, and at the outlet end an outlet pipe connected by a pipeline in series with the installed water seal, gas separator and hydrogen accumulator, according to the invention, the reagent supply unit is connected to the vortex flow shaper , and the inert gas supply unit is connected by a pipeline with a through axial hole made in the electrode anode, the inner surface of the outlet pipe is made in the form of a tapering conical hole, and in the internal volume of the water a heat exchanger is placed on the lock so that the water level covers its entire outer surface, and a water level sensor, while on the side surface of the water lock below the water level there is a hole connected by a pipeline in series with the pump having a control unit and the reagent supply unit, and the electrical output of the water level sensor is connected to the pump control unit.

А также устройство содержит фильтр грубой очистки от кислорода, осушитель, фильтр тонкой очистки от кислорода, накопитель инертного газа, при этом выхлопной выход газового сепаратора соединен трубопроводом последовательно с фильтром грубой очистки от кислорода, осушителем, фильтром тонкой очистки от кислорода, накопителем инертного газа и узлом подачи инертного газа.And also the device contains a coarse filter from oxygen, a dryer, a fine filter from oxygen, an inert gas accumulator, while the exhaust outlet of the gas separator is connected by a pipeline in series with a coarse oxygen filter, a drier, a fine oxygen filter, an inert gas accumulator and inert gas supply unit.

Кроме того, устройство содержит накопитель газовой смеси кислорода и инертного газа, соединенный с выхлопным выходом газового сепаратора, а также водородный топливный элемент, в котором водородный и воздушный входы соединены трубопроводами, соответственно, с выходом накопителя водорода и выходом накопителя газовой смеси, а выхлопной выход водородного топливного элемента соединен трубопроводом с входом осушителя.In addition, the device contains an accumulator of a gas mixture of oxygen and an inert gas connected to the exhaust outlet of the gas separator, as well as a hydrogen fuel cell, in which the hydrogen and air inlets are connected by pipelines, respectively, to the outlet of the hydrogen accumulator and the outlet of the accumulator of the gas mixture, and the exhaust outlet of the hydrogen fuel cell is connected by a pipeline to the inlet of the dryer.

Узел подачи реагента, соединенный с формирователем вихревого потока, узел подачи инертного газа, соединенный трубопроводом со сквозным осевым отверстием, выполненным в электродном аноде, создают условия для формирования газовой полости и замены парогазового вихря на водяной, что в совокупности повышает генерацию тепловой энергии, выход водорода и снижает потребляемую электрическую мощность. А выполнение внутренней поверхности выходного патрубка в виде сужающегося конусного отверстия устраняет неблагоприятное воздействие отраженного вихревого потока воды на формирование газовой полости. Размещение теплообменника во внутреннем объеме водяного затвора, так чтобы уровень воды покрывал всю его наружную поверхность, и замена парогазового вихря водяным, имеющего более высокую теплоемкость, повышают теплопередачу тепловой энергии от плазмы к потребителю, т.е. увеличивают съем тепловой энергии по сравнению с прототипом. Выполнение отверстия на боковой поверхности водяного затвора ниже уровня воды и соединение его трубопроводом последовательно с насосом, имеющим блок управления, и узлом подачи реагента позволяют повторно подавать в реактор подогретую воду и тем самым до минимума уменьшить потери воды и снизить потребляемую энергию на подогрев воды. Установка уровнемера в водяном затворе и соединение его электрического выхода с блоком управления насоса обеспечивают поддержку уровня воды в водяном затворе в заданных пределах, создавая тем самым оптимальные условия для съема тепловой энергии.The reagent supply unit connected to the vortex flow former, the inert gas supply unit connected by a pipeline with a through axial hole made in the electrode anode, create conditions for the formation of a gas cavity and the replacement of a gas-vapor vortex with a water one, which together increases the generation of thermal energy, the yield of hydrogen and reduces power consumption. And the execution of the inner surface of the outlet pipe in the form of a tapering conical hole eliminates the adverse effect of the reflected vortex water flow on the formation of the gas cavity. Placement of the heat exchanger in the internal volume of the water seal, so that the water level covers its entire outer surface, and the replacement of the steam-gas vortex with a water one, which has a higher heat capacity, increase the heat transfer of thermal energy from the plasma to the consumer, i.e. increase the removal of thermal energy in comparison with the prototype. Making a hole on the side surface of the water seal below the water level and connecting it with a pipeline in series with a pump having a control unit and a reagent supply unit allows heated water to be re-supplied to the reactor and thereby reduce water losses to a minimum and reduce energy consumption for water heating. Installing the level gauge in the water seal and connecting its electrical output to the pump control unit maintains the water level in the water seal within the specified limits, thereby creating optimal conditions for the removal of thermal energy.

Установка фильтра грубой очистки от кислорода, осушителя, фильтра тонкой очистки от кислорода, накопителя инертного газа и соединение выхлопного выхода газового сепаратора трубопроводом последовательно с ними и узлом подачи инертного газа создают условия для повторной подачи инертного газ в плазменный реактор, что практически исключает расход инертного газа.The installation of a coarse oxygen filter, a dryer, a fine oxygen filter, an inert gas accumulator and the connection of the exhaust outlet of the gas separator with a pipeline in series with them and an inert gas supply unit create conditions for re-supply of inert gas to the plasma reactor, which practically eliminates the consumption of inert gas .

Установка накопителя газовой смеси кислорода и инертного газа, соединенного трубопроводом с выхлопным выходом газового сепаратора, и водородного топливного элемента, в котором водородный и воздушный входы соединены трубопроводами, соответственно, с выходом накопителя водорода и выходом накопителя газовой смеси, а выхлопной выход водородного топливного элемента соединен трубопроводом с входом осушителя, позволяет генерировать электроэнергию с высоким КПД. Кроме того, при прохождении газовой смеси инертного газа и кислорода через водородный топливный элемент происходит поглощение кислорода, в результате чего осуществляется предварительная грубая очистка газовой смеси от кислорода. А это создает условия для подачи ее в плазменный реактор после прохождения осушения и тонкой очистки от кислорода, что исключает расход инертного газа в водородном топливном элементе. Поскольку топливный водородный элемент работает как фильтр грубой очистки параллельно с основным фильтром грубой очистки, то это продлевает время работы основного фильтра до его замены, что также повышает эффективность работы устройства. Installation of a gas mixture accumulator of oxygen and an inert gas connected by a pipeline to the exhaust outlet of the gas separator, and a hydrogen fuel cell, in which the hydrogen and air inlets are connected by pipelines, respectively, to the outlet of the hydrogen accumulator and the outlet of the gas mixture accumulator, and the exhaust outlet of the hydrogen fuel cell is connected pipeline with dryer inlet, allows to generate electricity with high efficiency. In addition, when the gas mixture of inert gas and oxygen passes through the hydrogen fuel cell, oxygen is absorbed, as a result of which the gas mixture is preliminary coarsely cleaned of oxygen. And this creates conditions for its supply to the plasma reactor after drying and fine purification from oxygen, which eliminates the consumption of inert gas in a hydrogen fuel cell. Since the hydrogen fuel cell works as a coarse filter in parallel with the main coarse filter, this extends the operating time of the main filter until it is replaced, which also increases the efficiency of the device.

На Фиг. 1 схематично показано устройство плазменного реактора, а на Фиг. 2 общая схема наиболее предпочтительного варианта технического решения.On FIG. 1 schematically shows the device of the plasma reactor, and Fig. 2 is a general scheme of the most preferred technical solution.

Принятые обозначения на Фиг. 1 и Фиг. 2: 1 – входной штуцер для инертного газа; 2 – электродный анод; 3 – осевое отверстие в электродном аноде; 4 - формирователь вихревого потока; 5 -вихревой поток; 6 - диэлектрическая труба; 7 - электродный катод; 8 - выходной патрубок; 9 - газовая полость; 10 - плазма; 11 - вход в формирователь вихревого потока; 12 - высоковольтный импульсный генератор электрического напряжения; 13 – выходное отверстие для газовой фракции; 14 - узел подачи реагента; 15 - узел подачи инертного газа; 16 - водяной затвор; 17 - теплообменник; 18 – измеритель уровня воды; 19 - бойлер; 20 - отверстие в водяном затворе; 21 - насос; 22 - газовый сепаратор; 23 - накопитель водорода; 24 - фильтр грубой очистки; 25 - осушитель; 26 -фильтр тонкой очистки; 27 - накопитель инертного газа; 28 - накопитель смеси инертного газа и кислорода; 29 - водородный топливный элемент; 30 - кран подачи водорода; 31 - кран подачи газовой смеси инертного газа и кислорода; 32 - кран на выхлопном выходе водородного топливного элемента; 33 - выключатель электрической нагрузки Rн; 34 - кран подачи холодной воды; 35 - кран подачи подогретой воды; 36 - кран подачи инертного газа; 37 - кран подачи очищенного инертного газа. The accepted designations in Fig. 1 and FIG. 2: 1 - inlet fitting for inert gas; 2 – electrode anode; 3 – axial hole in the electrode anode; 4 - vortex flow shaper; 5 - vortex flow; 6 - dielectric pipe; 7 - electrode cathode; 8 - outlet pipe; 9 - gas cavity; 10 - plasma; 11 - entrance to the vortex flow shaper; 12 - high-voltage pulse generator of electrical voltage; 13 - outlet for the gas fraction; 14 - reagent supply unit; 15 - inert gas supply unit; 16 - water lock; 17 - heat exchanger; 18 - water level meter; 19 - boiler; 20 - hole in the water seal; 21 - pump; 22 - gas separator; 23 - hydrogen accumulator; 24 - coarse filter; 25 - dryer; 26 - fine filter; 27 - inert gas accumulator; 28 - accumulator of a mixture of inert gas and oxygen; 29 - hydrogen fuel cell; 30 - hydrogen supply valve; 31 - valve for supplying a gas mixture of inert gas and oxygen; 32 - valve at the exhaust outlet of the hydrogen fuel cell; 33 - electrical load switch Rn; 34 - cold water supply valve; 35 - tap for supplying heated water; 36 - inert gas supply valve; 37 - valve for supplying purified inert gas.

В устройстве для получения тепловой и извлечения электрической энергии в диэлектрической трубе 6, выполненной из жаропрочного материала, например из кварца, керамики или композитных материалов, последовательно установлены на одной оси электродный анод 2, выполненный из тугоплавкого электропроводного материала (никеля, титана, молибдена и др.), и электродный катод 7 и из гидридообразующего металла (алюминия, лития, стронция и др.), к которым подключен высоковольтный импульсный генератор электрического напряжения 12. Высоковольтный источник импульсного напряжения 12 выдает высоковольтные импульсы до 2 – 3 кВ и предназначен для образования плазмы, поддержания ее горения и инициации низкоэнергетических ядерных реакций. Вода, используемая в качестве реагента, поступает в узел подачи реагента 14, соединенный трубопроводом с входом 11 в формирователь вихревого потока 4, который создает вихревой поток воды 5 относительно оси между электродами и по направлению к катоду 7. Инертный газ (аргон, гелий, неон и др.) поступает в узел подачи инертного газа 15, соединенный трубопроводом с осевым отверстием 3 в электродном аноде 2 посредством штуцера 1. В результате взаимодействия вихревого потока воды 5 и инертного газа образуется газовая полость 9 между концами электродов 2 и 7. Выходной патрубок 8 соединен трубопроводом с водяным затвором 16, в котором размещены теплообменник 17 и измеритель уровня воды 18. Теплообменник 17 соединен с бойлером 19. На боковой поверхности водяного затвора 16 ниже уровня воды выполнено отверстие 20, которое соединено трубопроводом последовательно с насосом 21, имеющим блок управления (на фиг. 2 не показано), и узлом подачи реагента 14, а электрический выход уровнемера 18 соединен с блоком управления насоса (на фиг. 2 не показано). Верхняя часть водяного затвора, где скапливается газовая фракция продуктов плазмохимических реакций, выходное отверстие 13 соединено трубопроводом с входом газового сепаратора 22, а его выход - с накопителем водорода 23. При этом выхлопной выход газового сепаратора 22 соединен трубопроводом последовательно с фильтром грубой очистки от кислорода 24, осушителем 25, фильтром тонкой очистки от кислорода 26, накопителем инертного газа 27 и узлом подачи инертного газа 15. Фильтр грубой очистки 24 газовой смеси инертного газа и кислорода работает, например, на принципе мембранной технологии и очищает инертный газ до 2 -3 % содержания кислорода. Осушитель 25, например, абсорбционного типа поглощает воду абсорбентом (силикагель, цеолит и др.). Фильтр тонкой очистки 26, работает, например, на принципе химического связывания кислорода в присутствии катализаторов и очищает до 0,01 % содержания кислорода. Вход накопителя газовой смеси кислорода и инертного газа 28 соединен с выхлопным выходом газового сепаратора 22. Для получения электроэнергии установлен водородный топливный элемент 29, в котором водородный и воздушный входы соединены трубопроводами, соответственно, с выходом накопителя водорода 23 и выходом накопителя газовой смеси 28, а выхлопной выход водородного топливного элемента соединен трубопроводом с входом осушителя 25. Накопители водорода 23, инертного газа 27 и смеси инертного газа и кислорода 28 оснащены компрессорами (на фиг. 2 не показано), которые заполняют их соответствующими газами до необходимого давления. In a device for generating heat and extracting electrical energy in a dielectric pipe 6 made of a heat-resistant material, for example, quartz, ceramics or composite materials, an electrode anode 2 made of a refractory electrically conductive material (nickel, titanium, molybdenum, etc.) .), and an electrode cathode 7 and from a hydride-forming metal (aluminum, lithium, strontium, etc.), to which a high-voltage pulsed voltage generator 12 is connected. The high-voltage pulsed voltage source 12 produces high-voltage pulses up to 2–3 kV and is designed to form plasma , maintaining its combustion and initiating low-energy nuclear reactions. The water used as a reagent enters the reagent supply unit 14, connected by a pipeline to the inlet 11 to the vortex flow former 4, which creates a vortex flow of water 5 relative to the axis between the electrodes and towards the cathode 7. Inert gas (argon, helium, neon etc.) enters the inert gas supply unit 15, connected by a pipeline to the axial hole 3 in the electrode anode 2 through a fitting 1. As a result of the interaction of the vortex flow of water 5 and the inert gas, a gas cavity 9 is formed between the ends of the electrodes 2 and 7. Outlet pipe 8 is connected by a pipeline with a water seal 16, in which a heat exchanger 17 and a water level meter 18 are located. The heat exchanger 17 is connected to the boiler 19. An opening 20 is made on the side surface of the water seal 16 below the water level, which is connected by a pipeline in series with the pump 21, which has a control unit ( not shown in Fig. 2), and the reagent supply unit 14, and the electrical output of the level gauge 18 is connected ne with the pump control unit (in fig. 2 not shown). The upper part of the water seal, where the gas fraction of the products of plasma-chemical reactions accumulates, the outlet 13 is connected by a pipeline to the inlet of the gas separator 22, and its outlet is connected to the hydrogen accumulator 23. At the same time, the exhaust outlet of the gas separator 22 is connected by a pipeline in series with a coarse oxygen filter 24 , a dryer 25, a fine oxygen filter 26, an inert gas accumulator 27 and an inert gas supply unit 15. A coarse filter 24 for a gas mixture of inert gas and oxygen operates, for example, on the principle of membrane technology and purifies inert gas up to 2 -3% content oxygen. The dryer 25, for example, absorption type absorbs water with an absorbent (silica gel, zeolite, etc.). Fine filter 26, works, for example, on the principle of chemical bonding of oxygen in the presence of catalysts and purifies up to 0.01% of the oxygen content. The inlet of the accumulator of the gas mixture of oxygen and inert gas 28 is connected to the exhaust outlet of the gas separator 22. To generate electricity, a hydrogen fuel cell 29 is installed, in which the hydrogen and air inlets are connected by pipelines, respectively, to the outlet of the hydrogen accumulator 23 and the outlet of the accumulator of the gas mixture 28, and the exhaust outlet of the hydrogen fuel cell is connected by a pipeline to the inlet of the dryer 25. Accumulators of hydrogen 23, inert gas 27 and a mixture of inert gas and oxygen 28 are equipped with compressors (not shown in Fig. 2), which fill them with the appropriate gases to the required pressure.

Рассмотрим работу устройства на частном примере, где труба 5 выполнена из кварцевого стекла и имеет следующие размеры: длина 200 мм, внутренний диаметр 25 мм, расстояние между электродами 2 и 7 составляет около 30 мм. Consider the operation of the device on a particular example, where the tube 5 is made of quartz glass and has the following dimensions: length 200 mm, inner diameter 25 mm, distance between electrodes 2 and 7 is about 30 mm.

Открывается кран 36 и подается инертный газ в узел подачи инертного газа 15, где задаются расход и давление подачи, и инертный газ под давлением до 2 бар поступает через осевое отверстие 3 в пространство между электродами 2 и 7 в виде приосевой струи. После этого подается высоковольтное импульсное напряжение с амплитудой 2 – 3 кВ на электроды 2 и 7 и образуется плазма 10. Причем в среде инертного газа плазма образуется и поддерживается без воздействия постоянной токовой составляющей и при более низкой амплитуде высоковольтных импульсов, чем в известном техническом решении. Затем открывается кран 35 и подается вода в узел подачи реагентов 14, где задается расход и давление подачи, и вода под давлением до 10 бар поступает в формирователь вихревого потока 3, который создает вихревой поток воды 4 относительно оси между электродами и по направлению к катоду 7. В результате взаимодействия вихревого потока воды и струи инертного газа образуется газовая полость 9. После этого система прогревается и выходит на режим устойчивой работы, который характеризуется стабильностью горения плазмы. При этом температура в плазменном канале повышается и достигает 4000 – 5000 ⁰С. При такой высокой локальной температуре и сильной ионизации под воздействием импульсного электрического поля в газовой полости образуется большое количество водяного пара, молекулы которого диссоциируют вплоть до ионов водорода (Н+), гидроксила (ОН-) и кислорода (О-). Кроме того, вследствие высокой температуры (выше температуры плавления) происходит активная эрозия катода 7 с образованием кластеров наночастиц гидридообразующего металла над поверхностью катода. Это приводит к инициации плазмохимических реакций с выделением тепловой энергии. Поскольку эта тепловая энергия рассеивается в газовой полости, объем которой гораздо меньше, чем внутренний объем реактора, то температура в плазме в предлагаемом способе повышается гораздо выше, чем в способе, принятом за прототип, до 8000 – 10000 ⁰С при одинаковом количестве плазмохимических реакций. А повышение температуры, в свою очередь, увеличивает концентрацию протонов и эрозию частиц гидридообразующего металла из катода и, как следствие, количество плазмохимических реакций, а соответственно, и тепловыделение. Кроме того, с ростом температуры повышается и скорость самих плазмохимических реакций и степень термической диссоциации воды, что также увеличивает тепловыделение и извлечение водорода в предлагаемом способе по сравнению с прототипом. Valve 36 opens and inert gas is supplied to the inert gas supply unit 15, where the flow rate and supply pressure are set, and inert gas at a pressure of up to 2 bar enters through the axial hole 3 into the space between electrodes 2 and 7 in the form of a paraxial jet. After that, a high-voltage pulse voltage with an amplitude of 2–3 kV is applied to electrodes 2 and 7 and plasma 10 is formed. Moreover, in an inert gas environment, plasma is formed and maintained without exposure to a constant current component and at a lower amplitude of high-voltage pulses than in the known technical solution. Then the valve 35 opens and water is supplied to the reagent supply unit 14, where the flow rate and supply pressure are set, and water under pressure up to 10 bar enters the vortex flow shaper 3, which creates a vortex flow of water 4 relative to the axis between the electrodes and towards the cathode 7 As a result of the interaction of the vortex flow of water and the inert gas jet, a gas cavity 9 is formed. After that, the system warms up and enters the stable operation mode, which is characterized by the stability of plasma combustion. At the same time, the temperature in the plasma channel rises and reaches 4000 - 5000 ⁰ C. At such a high local temperature and strong ionization, under the influence of a pulsed electric field, a large amount of water vapor is formed in the gas cavity, the molecules of which dissociate up to hydrogen ions (H+), hydroxyl (OH-) and oxygen (O-). In addition, due to the high temperature (above the melting temperature), cathode 7 is actively eroded with the formation of clusters of nanoparticles of the hydride-forming metal above the cathode surface. This leads to the initiation of plasma-chemical reactions with the release of thermal energy. Since this thermal energy is dissipated in the gas cavity, the volume of which is much smaller than the internal volume of the reactor, the temperature in the plasma in the proposed method rises much higher than in the method adopted as a prototype, up to 8000 - 10000 ⁰ C with the same number of plasma chemical reactions. And an increase in temperature, in turn, increases the concentration of protons and the erosion of particles of the hydride-forming metal from the cathode and, as a consequence, the number of plasma-chemical reactions, and, accordingly, heat release. In addition, with increasing temperature, the rate of the plasma-chemical reactions themselves and the degree of thermal dissociation of water also increase, which also increases heat generation and hydrogen extraction in the proposed method compared to the prototype.

Тепловая энергия, выделяемая в плазменном образовании, передается вихревому потоку воды, которая нагревается до температуры 80 – 100°С, и поступает в водяной затвор 16 и снимается в теплообменнике 17 посредством теплоносителя и идет на нагревание бойлера 19. При достижении уровня воды в водяном затворе до максимального значения ниже выходного отверстия 13 для газовой фракции продуктов плазменного реактора с датчика уровня 18, передается сигнал на блок управления, открывается кран 35, закрывается кран 34 и включается насос 21, подающий подогретую воду в узел подачи реагента 14. При снижении уровня воды в водяном затворе до минимального значения выше теплообменника срабатывает блок управления, открывается кран 34, закрывается кран 35 и отключается насос 21.The thermal energy released in the plasma formation is transferred to the vortex flow of water, which is heated to a temperature of 80 - 100 ° C, and enters the water seal 16 and is removed in the heat exchanger 17 through the heat carrier and goes to heat the boiler 19. When the water level in the water seal is reached to the maximum value below the outlet 13 for the gas fraction of the plasma reactor products from the level sensor 18, a signal is transmitted to the control unit, the valve 35 opens, the valve 34 closes and the pump 21 is turned on, supplying heated water to the reagent supply unit 14. When the water level in the water seal to the minimum value above the heat exchanger, the control unit is activated, valve 34 opens, valve 35 closes and pump 21 is turned off.

Образовавшиеся продукты плазмохимических реакций: твердые частицы и газы (водород, кислород и инертный газ), захватываются вихревым потоком 4 и выводятся под действием избыточного давления внутри диэлектрической трубы 5 через выходной патрубок 8 в водяной затвор 16, где твердые продукты оседают на дно, а газовые – подаются на газовый сепаратор 22 для отделения водорода и подачи его в водородный накопитель 23. При этом оставшаяся газовая смесь инертного газа и кислорода поступает в накопитель газовой смеси 28 и фильтр грубой очистки 24, где очищается до 2 -3% содержания кислорода. Далее смесь осушается в осушителе 25, проходит дальнейшую очистку от кислорода в фильтре тонкой очистки 26 и поступает в накопитель инертного газа 27.The resulting products of plasma-chemical reactions: solid particles and gases (hydrogen, oxygen and inert gas), are captured by the vortex flow 4 and removed under the action of excess pressure inside the dielectric pipe 5 through the outlet pipe 8 into the water seal 16, where solid products settle to the bottom, and gas - are fed to the gas separator 22 to separate hydrogen and supply it to the hydrogen accumulator 23. At the same time, the remaining gas mixture of inert gas and oxygen enters the accumulator of the gas mixture 28 and the coarse filter 24, where it is purified to 2-3% of the oxygen content. Next, the mixture is dried in the dryer 25, undergoes further purification from oxygen in the fine filter 26 and enters the inert gas accumulator 27.

При необходимости потребления электроэнергии открываются кран подачи водорода 30, кран подачи смеси инертного газа и кислорода, кран на выхлопном выходе 32 водородного топливного элемента 29 и соединяется выключатель 33 электрической нагрузки Rн. В процессе работы водородного топливного элемента 29 в каталитическом слое анода водород ионизируется и через протонообменную мембрану переносится от анода к катоду, а электроны поступают во внешнюю электрическую цепь, вызывая в ней электрический ток. На катоде протоны рекомбинируют с электронами и кислородом из газовой смеси аргона и кислорода. В результате образуется вода и очищается газовая смесь до 1 - 3% содержания кислорода. Поэтому газовая смесь из выхлопного выхода водородного топливного элемента 29 поступает непосредственно в осушитель 25, минуя фильтр грубой очистки 24, и далее в фильтр тонкой очистки 26 и накопитель инертного газа 27. If it is necessary to consume electricity, the valve for supplying hydrogen 30, the valve for supplying a mixture of inert gas and oxygen, the valve at the exhaust outlet 32 of the hydrogen fuel cell 29 are opened and the switch 33 of the electric load Rn is connected. During the operation of the hydrogen fuel cell 29 in the catalytic layer of the anode, hydrogen is ionized and transferred from the anode to the cathode through the proton-exchange membrane, and the electrons enter the external electrical circuit, causing an electric current in it. At the cathode, protons recombine with electrons and oxygen from a gas mixture of argon and oxygen. As a result, water is formed and the gas mixture is purified to 1 - 3% oxygen content. Therefore, the gas mixture from the exhaust outlet of the hydrogen fuel cell 29 enters directly into the dryer 25, bypassing the coarse filter 24, and then into the fine filter 26 and the inert gas accumulator 27.

После наполнения накопителя инертного газа 27 до необходимого давления закрывается кран 36 и открывается кран 37, при этом устройство переходит на закольцованную подачу инертного газа. After filling the accumulator of inert gas 27 to the required pressure, valve 36 closes and valve 37 opens, while the device switches to a looped supply of inert gas.

Проведенные исследования на экспериментальной установке позволяют сопоставить результаты применения известного способа и соответствующего ему устройства и предложенного способа и устройства.The conducted studies on the experimental setup allow us to compare the results of applying the known method and the device corresponding to it and the proposed method and device.

Как указано выше, в известном устройстве, реализующем известный способ, достигнута удельная тепловая мощность (при диаметре трубы реактора 50 мм и длине 250 мм) 10 Вт/см³. Одновременно с получением тепловой энергии извлекался водород до 0,1 г/с. As stated above, in a known device that implements a known method, the specific thermal power (with a reactor tube diameter of 50 mm and a length of 250 mm) of 10 W/cm ³ is achieved. Simultaneously with the production of thermal energy, hydrogen was extracted up to 0.1 g/s.

На предложенной авторами экспериментальной установке достигнута удельная тепловая мощность (при диаметре трубы реактора 25 мм и длине 200 мм) 60 Вт/см³, что в 6 раз выше, чем в прототипе. Одновременно с получением тепловой энергии извлекался водород до 0,4 г/с - в 4 раза выше и электроэнергия до 2000 Вт. On the experimental setup proposed by the authors, the specific thermal power (with a reactor tube diameter of 25 mm and a length of 200 mm) of 60 W/cm ³ was achieved, which is 6 times higher than in the prototype. Simultaneously with the production of thermal energy, hydrogen was extracted up to 0.4 g / s - 4 times higher and electricity up to 2000 W.

Таким образом, предложенный способ и устройство расширяют область применения в части генерации электроэнергии и значительно повышают эффективность получения тепловой энергии и водорода по сравнению с прототипом.Thus, the proposed method and device expand the scope in terms of electricity generation and significantly increase the efficiency of obtaining thermal energy and hydrogen in comparison with the prototype.

Claims

1. A method for generating thermal energy, extracting electrical energy, including the formation of a high-voltage electric discharge and the creation of a plasma flow by applying a high-voltage pulse voltage between an anode electrode installed in series on one axis and a cathode electrode made of a hydride-forming metal, the formation of a rotational-vortex flow of a reagent relative to the axis in the direction of the cathode and its supply to the volume of the axisymmetric plasma reactor, heat removal through a heat exchanger, extraction of hydrogen from the products of plasma-chemical reactions using a water seal, a gas separator and a hydrogen accumulator, characterized in that an inert gas is first introduced under pressure between the electrodes in the form of an axial jet, then a high-voltage pulsed voltage is applied to the electrodes and a plasma formation is created, and finally, water is introduced into the reactor under pressure as a reagent, its rotational-vortex motion relative to but the axis between the electrodes and a gas cavity is created between the ends of the electrodes by controlling the supply of inert gas and water, while the heat exchanger is placed in the internal volume of the water seal, and reheated water is supplied from the water seal to the plasma reactor as a reagent instead of cold water, while the level water in the water seal should be above the heat exchanger, but below the outlet for the gas fraction of the products of the plasma reactor.

2. The method according to claim 1, characterized in that the gas mixture of oxygen and inert gas remaining after gas separation is dried, the inert gas is separated and fed again into the plasma reactor.

3. The method according to claim 2, characterized in that the extracted hydrogen and a gas mixture of oxygen and inert gas are passed through a hydrogen fuel cell and electricity is recovered, and the mixture of remaining oxygen and inert gas after the hydrogen fuel cell is dried, the inert gas is separated and it is re-supplied into a plasma reactor.

4. A device for implementing the method according to claim 1, containing a reagent supply unit, an inert gas supply unit, a heat exchanger, a high-voltage pulsed electric voltage generator connected to the anode and cathode, an axisymmetric plasma reactor, including a dielectric tube made of heat-resistant material with installed in series on one axis with an electrode anode and an electrode cathode made of a hydride-forming metal, a vortex flow shaper in the direction of the cathode installed at the inlet end of the pipe, and at the outlet end an outlet pipe connected in series with a water seal, a gas separator and a hydrogen accumulator installed by a pipeline, characterized in that the assembly the reagent supply is connected to the vortex flow former, and the inert gas supply unit is connected by a pipeline with a through axial hole made in the electrode anode, the inner surface of the outlet pipe is made in the form of a tapering conical hole, and in the inner volume A heat exchanger is located in the water seal so that the water level covers its entire outer surface, and a water level sensor, while on the side surface of the water seal below the water level there is a hole connected by a pipeline in series with the pump having a control unit and the reagent supply unit, and the electrical output of the water level sensor is connected to the pump control unit.

5. The device according to claim. 4, characterized in that it contains a coarse filter from oxygen, a dryer, a fine filter from oxygen, an inert gas accumulator, while the exhaust outlet of the gas separator is connected by a pipeline in series with a coarse filter from oxygen, a dryer, a filter fine purification from oxygen, an inert gas accumulator and an inert gas supply unit.

6. The device according to claim 5, characterized in that it contains a gas mixture accumulator of oxygen and an inert gas connected to the exhaust outlet of the gas separator, as well as a hydrogen fuel cell in which the hydrogen and air inlets are connected by pipelines, respectively, to the outlet of the hydrogen accumulator and the outlet of the accumulator of the gas mixture, and the exhaust outlet of the hydrogen fuel cell is connected by a pipeline to the inlet of the dryer.