WO2015152761A1 - Устройство для электролитического получения газообразной смеси водорода и кислорода - Google Patents
Устройство для электролитического получения газообразной смеси водорода и кислорода Download PDFInfo
- Publication number
- WO2015152761A1 WO2015152761A1 PCT/RU2014/000274 RU2014000274W WO2015152761A1 WO 2015152761 A1 WO2015152761 A1 WO 2015152761A1 RU 2014000274 W RU2014000274 W RU 2014000274W WO 2015152761 A1 WO2015152761 A1 WO 2015152761A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- electrolyte
- water
- electrodes
- hydrogen
- oxygen
- Prior art date
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B1/00—Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
- C25B1/01—Products
- C25B1/02—Hydrogen or oxygen
Definitions
- the invention relates to the field of electrochemistry and is intended to produce gaseous hydrogen and gaseous oxygen.
- an electrolytic apparatus used to produce hydrogen gas and oxygen gas by decomposing an aqueous solution of sodium hydroxide is considered.
- electrolyzers apparatuses for electrolysis, consist of one or many electrolytic cells.
- An electrolyzer is a vessel (or a system of vessels) filled with an electrolyte with electrodes placed in it — a cathode and anode, connected respectively to the negative and positive poles of a direct current source.
- electrolyzers of various types and designs are used (for example, open and hermetically sealed, for periodic and continuous operation, with fixed and moving electrodes, with various systems for separating electrolysis products).
- Known electrolyzer containing a housing with an electrolyte, for example an aqueous solution of sodium hydroxide, as well as working electrodes involved in the direct electrolysis process.
- an electrolyte for example an aqueous solution of sodium hydroxide
- working electrodes involved in the direct electrolysis process.
- electrolyte aqueous solutions of inorganic substances, for example sodium hydroxide (NaOH), are used, and as electrodes, metals that are not decomposed by an aqueous solution, for example platinum.
- the disadvantage of the known electrolysis cell is the reduced efficiency of hydrogen and oxygen production, due to the need to expend a large amount of electricity to decompose water on known electrodes.
- a well-known reason preventing the obtaining of a technical result, which is provided by the invention, is the fact that between positive and negative ions diverging to the opposite working electrodes, an additional voltage arises, directed opposite to the voltage applied to the working electrodes, as a result of which the current through the electrolyzer occurs only when the voltage on the working electrodes is higher than 1.48 volts.
- Known ultrasonic device for producing hydrogen from water and any aqueous solution containing a container of water or an aqueous solution, metal electrodes placed in it, and an attached source of electricity.
- the device is supplemented by capillaries placed vertically in this chamber, with their upper ends above the level of the aqueous solution, one of the two electrodes being placed in the liquid under the capillaries, and the second electrode is movable and mesh and placed above them, and the power source is made of high voltage and adjustable in amplitude and frequency
- the device is also supplemented by two ultrasonic generators, one of which is located under the lower end of these capillaries and the second is located above their upper end, and
- the property is also supplemented by a resonant electronic dissociator of activated water mist molecules, containing a pair of electrodes placed above the surface of the liquid, with their planes perpendicular to the surface of the liquid, and electrically connected to an additional electronic generator of high-voltage high-frequency pulses with an adjustable frequency
- the disadvantage of this device is that the use of ultrasonic radiation requires energy. This is due to the fact that the effect is carried out on an unprepared electrolyte solution. As a result of this, part of the energy is spent on translating the solution into a state in which the decomposition of molecular bonds is possible, and another part of the energy spent on the process of the breakdown of ties. This reduces the efficiency of the device and does not allow to rely on high efficiency.
- the present invention is aimed at achieving a technical result, which consists in increasing the productivity and efficiency of a plant for producing hydrogen gas and oxygen gas by decomposing an aqueous solution with sodium hydroxide.
- the device for the electrolytic production of a gaseous mixture of hydrogen and oxygen containing an electrolyzer which is a housing with electrodes placed in the form of plates, electrically connected to a power source, and the cavity is in communication with a container filled with an electrolyte solution based on water and with a channel for discharging a mixture of gas and water into a channel for collecting a gaseous mixture of hydrogen and oxygen, while at least one source of ultrasound is placed in the housing radiation to a water-based electrolyte to weaken the molecular bonds of the indicated electrolyte, an unconcentrated solution of water with sodium hydroxide was used as the electrolyte, the electrolyte tank was closed and sealed, made with an entrance to fill its cavity with electrolyte with the formation of an empty electrolyte cavity above the level of the electrolyte and communicated with the channel for removing a mixture of gas and water from the electrolyzer, and the channel for collecting a gaseous mixture of hydrogen and
- the present invention is illustrated by a specific example of execution, which, however, is not the only possible, but clearly demonstrates the possibility of achieving the desired technical result.
- FIG. 1 shows a block diagram of a device for producing hydrogen gas and oxygen gas by decomposing an aqueous solution of sodium hydroxide.
- the design of a device for producing gaseous hydrogen and gaseous oxygen by decomposing an aqueous solution of sodium hydroxide is used (an electrolyte solution of water with sodium hydroxide is used as an electrolyte - this significantly reduces the heating of the electrolyzer), that is, a device for the electrolytic production of a hydrogen-oxygen mixture explosive gas, which is used for flame technology during combustion in a number of industries.
- a monopolar electrolyzer intended for general industrial use, consumes at least 2400 A.
- the electrolyzer requires massive current leads and a heavy power source, which makes it unacceptably cumbersome to use as part of an electrolysis-water generator (the term "electrolysis-water generator” according to GOST 2601-84, term N ° 160).
- the task is to create a plant with a monopolar electrolyzer that consumes a relatively small current at high efficiency. In such an installation, the energy of the leakage current is spent only on heating the electrolyte, and not on the formation of a hydrogen-oxygen mixture.
- a device for the electrolytic production of a gaseous mixture of hydrogen and oxygen contains an electrolyzer 1 1, which is a housing with electrodes in the form of plates placed electrically connected to a power source through a widely pulse modulation unit 13 to regulate the applied current voltage frequency (regulates the current strength and the rate of decomposition of water into H 2 and O 2 , NNO.).
- Current frequency regulation affects hydrogen atoms and oxygen, the atoms are weak Hi and O atoms in a free medium, they are so weakly charged that they almost instantly reunite with each other to form ⁇ 2 0 back, but ultrasound does not allow reuniting with vibrations, this effect of recharging hydrogen and oxygen atoms supports ultraviolet radiation.
- the electrodes are made in the form of a set of 1 mm thick stainless steel 03Kh16N15MZ plates distantly arranged in a row with numerous vertical and horizontal cuts 0.25 mm deep deposited on their surface and with holes for electrolyte circulation and gas removal, which are made misaligned in each plate in adjacent plates. There should be at least three such holes in each plate (identified by conducting experiments as the most successful solution). These openings are used to circulate electrolyte and discharge gases.
- Non-coaxial holes provide: a delay in the electrolyte solution between the electrodes (plates), an increase in the resistance of the electrolyte solution between the electrodes (plates), which avoids heating the electrolyte solution.
- ions cannot pass through all electrodes from the first to the last in the electrolyte directly.
- ions When hitting an electrode (plate), ions turn into protons and charge the electrode positively or negatively to discharge, which provides a dynamic pole change on the electrodes (plates).
- This phenomenon occurs due to the accumulation of energy in the cell itself and due to the large number of electrodes (plates). The effect affects the electrodes for the separation of gases from the electrodes (plates), reduces plaque on the electrodes (plates) and creates a shock current between the electrodes (plates).
- plates In the body of the electrolyzer, plates, the number of which is determined by the required capacity of the electrolyzer, are interconnected electrically in series.
- the cavity of the electrolyzer body is in communication with a container 14 filled with a water-based electrolyte solution (non-concentrated water solution with sodium hydroxide is made with a ratio of 2.5 grams per 1 liter of distilled water) and with a channel for discharging a mixture of gas and water into a channel for collecting a gaseous mixture of hydrogen and oxygen.
- a water-based electrolyte solution non-concentrated water solution with sodium hydroxide is made with a ratio of 2.5 grams per 1 liter of distilled water
- the cavity of the cell body is communicated by two channels with a capacitance for the electrolyte, while the outputs of these channels are located on opposite walls of the cell body and opposite the in-line plates.
- the electrolyte tank is closed and sealed, made with an entrance to fill its cavity with electrolyte with the formation of an empty cavity with electrolyte above the electrolyte level and communicated with the channel for removing the gas and water mixture from the electrolyzer, and the channel for collecting the gaseous mixture of hydrogen and oxygen, in which the water shutter is installed and a flame arrester valve 9, in communication with an empty electrolyte cavity of the electrolyte tank,
- At least one source of ultrasonic radiation in a water-based electrolyte is placed in the electrolyser housing to weaken the molecular bonds of said electrolyte.
- Ultrasound affects the vibration of water atoms, forcing to enter the resonance, while the bond of oxygen atoms with hydrogen molecules weakens.
- Ultrasound introduces the setup into resonance, forcing it to vibrate, the vibration of the electrodes (plates) ejects gas bubbles from the electrodes (plates).
- a source of ultraviolet radiation to affect the electrolyte.
- the same source of ultraviolet radiation can be placed in the tank, this source is used to influence the electrolyte.
- Ultraviolet radiation soothes water molecules in the electrolyzer, making water softer, thereby preparing water for softer decay with the least cost in subsequent electricity. Under intense irradiation, water is half-life, while the bond of oxygen molecules with hydrogen molecules weakens.
- UV Ultraviolet
- UV radiation covers a range from 100 to 400 nm.
- Oscillations with a wavelength of 100 to 200 nm are called hard or vacuum ultraviolet. Their energy can be enough to destroy organic molecules.
- Oscillations with a wavelength of 200 to 400 nm are generated in special mercury or xenon lamps and are widely used to disinfect water and air from various microorganisms.
- Water treatment with ultraviolet radiation is one of the reagent-free, physical methods of water treatment. There are two methods of ultraviolet irradiation - pulsed, with a wide spectrum of waves, and constant, in the selected wavelength range.
- UV-treatment of water is the absence of changes in its physical and chemical characteristics even at doses much higher than practically necessary (the article “UV Water Treatment” from B. E. Ryabchikov’s book “Modern Methods for Preparing Water for Industrial and Domestic Use”, laid out on the site of “MEDIANA FILTER” of NPK “Mediana-filter” on the Internet in the online access mode at the address: http: // w ⁇ w.mediana-filter.m / water_filter_uf.html).
- Hard UV radiation in the region of 100-200 nm causes the formation of ozone from molecules of oxygen dissolved in water and directly affects the molecules of organic compounds. It should be noted that the effectiveness of UV-disinfection of water can be further improved by combining it with other disinfection methods and with physical influences. So, simultaneous water treatment cavitation or ultrasound and ultraviolet radiation, the introduction of small doses of ozone after UV treatment can reduce the required radiation dose.
- Cavitation leads to the formation of microbubbles of air, when the bubbles “collapse”, large pressure drops occur, 5 at the same time, active radicals are formed in these bubbles under the influence of UV radiation, which effectively destroy microflora and oxidize organic matter in water. In this case, the entire volume of water is treated with ultraviolet light.
- the molecular bonds of water are weakened and ordered in the electrolyte structure, which makes it possible to have weakened molecular bonds when the electrolyte solution enters the field of ultrasonic radiation, which decompose upon weak exposure to ultrasound.
- This relationship of UV radiation and ultrasonic radiation can significantly reduce energy consumption by
- a device for electrolytic production of a gaseous mixture of hydrogen and oxygen as follows.
- the hermetic container is filled so that an air cavity is formed above the level of the electrolyte. This cavity communicates with the channel 6 for collecting a gaseous mixture of hydrogen and oxygen, communicated with the consumer of the gas mixture.
- the electrolyte from the electrolyte tank 14 is supplied to the electrolyzer, while the outputs of these channels are located on opposite walls of the body of the electrolyzer and opposite row-wise plates.
- the electrolyte is supplied to the electrolyzer by counter flows, which leads to the constant bubbling of the solution in the electrolyzer body.
- the electrode plates are in contact with a homogeneous electrolyte mixed in structure.
- water is pretreated in an electrolyte solution, which ensures the weakening of molecular bonds.
- the electrolytic process occurs, in which a water-gas mixture is released, which flows upstream of the channel 5 for discharging a mixture of gas and water and enters the electrolyte, in which the gas component rises up and is sent to channel 6 for collecting a gaseous mixture of hydrogen and oxygen, and the water component remains in the electrolyte environment.
- the present invention is industrially applicable and can be manufactured using technologies and equipment used in the manufacture of electrolyzers.
- the invention improves the productivity of the installation and its efficiency.
- the installation is quite simple, it is made using traditional structural materials and known electrolytes and can be used in a wide aspect of gas consumers.
- Tests of the proposed device confirmed the efficiency of the electrolyzer according to the proposed scheme and all the above advantages of this design. In particular, the heat release was reduced several times in comparison with the heat emission of ordinary electrolyzers of the same capacity in a hydrogen-oxygen mixture.
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
- Oxygen, Ozone, And Oxides In General (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области электрохимии. Устройство для электролитического получения газообразной смеси водорода и кислорода содержит электролизер, представляющий собой корпус с размещенными внутри электродами в виде пластин, электрически связанными с источником питания. Электроды выполнены в виде набора дистантно расположенных пластин из нержавеющей стали с нанесенными на их поверхности вертикальными и горизонтальными запилами и с отверстиями для циркуляции электролита и отведения газов, которые в каждой пластине выполнены несоосно отверстиям в смежно расположенных пластинах. В качестве электролита использован неконцентрированный раствор воды с гидроксидом натрия. Емкость для электролита выполнена замкнутой и герметичной, выполнена с входом для заполнения ее полости электролитом с образованием над уровнем электролита незаполненной электролитом полости и сообщена с канал отвода смеси газа и воды из электролизера, а канал сбора газообразной смеси водорода и кислорода, в котором установлен водный затвор, сообщен с незаполненной электролитом полостью емкости для электролита. При этом в корпусе размещен по крайней мере один источник ультразвукового излучения в электролит на основе воды для ослабления молекулярных связей указанного электролита, и в корпусе так же электролизера размещен источник ультрафиолетового излучения для воздействия на электролит.
Description
Устройство для электролитического получения газообразной смеси водорода и кислорода
Область техники
Изобретение относится к области электрохимии и предназначено для получения газообразного водорода и газообразного кислорода. В частности рассматривается электролитическая установка, используемая для получения газообразного водорода и газообразного кислорода путем разложения водосодержащего раствора гидроксида натрия.
Предшествующий уровень техники
Из уровня техники известно, что электролизёры, аппараты для электролиза, состоят из одной или многих электролитических ячеек. Электролизёр представляет собой сосуд (или систему сосудов), наполненный электролитом с размещенными в нём электродами— катодом и анодом, соединёнными соответственно с отрицательным и положительным полюсами источника постоянного тока. В промышленности и лабораторной практике применяют электролизёры различных типов и конструкций (например, открытые и герметически закрытые, для периодической и непрерывной работы, с неподвижными и движущимися электродами, с различными системами разделения продуктов электролиза).
Известен электролизер (GB 1139614), содержащий корпус с электролитом, например водным раствором гидроксида натрия, а также рабочие электроды, участвующие в непосредственном процессе электролиза. В качестве электролита используются водные растворы неорганических веществ, например гидроксид натрия (NaOH), а в качестве электродов такие металлы, которые не разлагаются водным раствором, например платина.
К недостатку известного электролизера следует отнести пониженную эффективность производства водорода и кислорода, обусловленную необходимостью расхода большого количества электроэнергии для разложения воды на известных электродах. Известной причиной, препятствующей получению технического результата, который обеспечивается изобретением, является то обстоятельство, что между
расходящимися к противоположным рабочим электродам положительными и отрицательными ионами возникает дополнительное напряжение, направленное противоположно к прикладываемому к рабочим электродам напряжению, в результате чего ток через электролизер возникает только при напряжении на рабочих электродах выше 1,48 вольта.
Известно ультразвуковое устройство для получения водорода из воды и любого водного раствора, содержащее емкость с водой или водным раствором, металлические электроды, размещенные в ней, и присоединенный к ним источник электроэнергии. Устройство дополнено капиллярами, размещенными вертикально в этой камере, с их верхними торцами выше уровня водного раствора, причем один из двух электродов размещен в жидкости под капиллярами, а второй электрод выполнен подвижным и сетчатым и размещен над ними, причем источник электроэнергии выполнен высоковольтным и регулируемым по амплитуде и частоте, причем устройство дополнено также двумя ультразвуковыми генераторами, один из которых размещен под нижним торцом этих капилляров и второй размещен выше их верхнего торца, причем устройство дополнено также резонансным электронным диссоциатором молекул активированного водного тумана, содержащим пару электродов, размещенных над поверхностью жидкости, с их плоскостями, перпендикулярно поверхности жидкости, и электрически присоединенных к дополнительному электронному генератору высоковольтных высокочастотных импульсов с регулируемой частотой и скважностью, в диапазоне частот, содержащим резонансные частоты возбуждения испаренных молекул жидкости и ее ионов (RU 81964, С25В1/04, опубл. 10.04.2009).
Недостаток данного устройства заключается в том, что применение ультразвукового излучения требует затрат энергии. Это обусловлено тем, что воздействие проводится на не подготовленный раствор электролита. В результате этого часть энергии расходуется на перевод раствора в состояние, при котором возможен распад молекулярных связей, а друга часть энергии
расходуется на проведение самого процесса распада связей. Это снижает эффективность устройства и не позволяет рассчитывать на высокий кпд.
Раскрытие изобретения
Настоящее изобретение направлено на достижение технического результата, заключающегося в повышении производительности и кпд установки для получения газообразного водорода и газообразного кислорода путем разложения водосодержащего раствора с гидроксидом натрия.
Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для электролитического получения газообразной смеси водорода и кислорода, содержащем электролизер, представляющий собой корпус с размещенными внутри электродами в виде пластин, электрически связанными с источником питания, и полость которого сообщена с емкостью, заполненной раствором электролита на основе воды и с каналом отвода смеси газа и воды в канал сбора газообразной смеси водорода и кислорода, при этом в корпусе размещен по крайней мере один источник ультразвукового излучения в электролит на основе воды для ослабления молекулярных связей указанного электролита, в качестве электролита использован неконцентрированный раствор воды с гидроксидом натрия, емкость для электролита выполнена замкнутой и герметичной, выполнена с входом для заполнения ее полости электролитом с образованием над уровнем электролита незаполненной электролитом полости и сообщена с канал отвода смеси газа и воды из электролизера, а канал сбора газообразной смеси водорода и кислорода, в котором установлен водный затвор, сообщен с незаполненной электролитом полостью емкости для электролита, при этом в корпусе электролизера размещен источник ультрафиолетового излучения для воздействия на электролит, а электроды выполнены в виде набора дистантно расположенных пластин из нержавеющей стали с нанесенными на их поверхности вертикальными и горизонтальными запилами и с отверстиями для циркуляции электролита и отведения газов, которые в каждой пластине выполнены несоосно отверстиям в смежно расположенных пластинах.
Указанные признаки являются существенными и взаимосвязаны с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.
Описание фигур чертежей
Настоящее изобретение поясняется конкретным примером исполнения, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения требуемого технического результата.
На фиг. 1 изображена блок-схема устройства для получения газообразного водорода и газообразного кислорода путем разложения водосодержащего раствора гидроксида натрия.
Лучший вариант осуществления изобретения
В рамках настоящего изобретения рассматривается конструкция устройства для получения газообразного водорода и газообразного кислорода путем разложения водосодержащего раствора гидроксида натрия (в качестве электролита использован неконцентрированный раствор воды с гидроксидом натрия - это значительно снижает нагрев электролизера), то есть устройства для электролитического получения водородно-кислородной смеси - гремучего газа, который при горении используется для газопламенной технологии в ряде отраслей промышленности.
Современные электролизеры подразделяют на монополярные и биполярные по схеме подключения электродов к источнику питания (Якименко Л.М., Модылевская И. А., Ткачек З.А. Электролиз воды. М.: Химия, 1970 г., 263 с). В монополярных электролизерах все электроды- аноды присоединены к одной общей токоведущей шине, а все электроды- катоды - к другой. Поэтому такой электролизер представляет собой, в сущности, одну электролизную ячейку, каждый из электродов которой состоит из нескольких элементов, включенных параллельно в цепь тока. В рамках настоящего изобретения рассматривается конструкция устройства с монополярным электролизером.
Известно, что электролизеры, предназначенные для общепромышленного применения, должны давать не менее 1 ,5 куб. м смеси в час. Монополярный электролизер потребляет около 1600 А на каждый кубометр водородно-кислородной смеси в час. Следовательно,
5 монополярный электролизер, предназначенный для общепромышленного применения, потребляет не менее 2400 А. При таком токе электролизеру необходимы массивные токоподводы и тяжелый источник питания, что делает его неприемлемо громоздким для использования в составе электролизно-водного генератора (термин «электролизно-водный генератор» ю - по ГОСТ 2601-84, термин N°160). В связи с этим в рамках настоящего изобретения ставится задача создания установки с монополярным электролизером, потребляющим сравнительно небольшой ток при высоком кпд. В тако установке энергия тока утечки расходуется только на нагрев электролита, а не на образование водороднокислородной смеси.
15 На фиг. 1 следующими позициями обозначены следующие узлы заявленного устройства: датчик 1 уровня воды, заливной штуцер 2, датчик 3 давления, патрубки залива электролизера (каналы 4подачи электролита в электролизер), патрубок выхода газа/воды из электролизера (канал 5 отвода смеси газа и воды), патрубок выхода газа из емкости (канал 6 сбора
20 газообразной смеси водорода и кислорода), вентиль 7, водный затвор 8, клапан-пламегаситель 9, температурный датчик 10, электролизер 1 1 , вода с добавлением гидроксида натрия (NaOH) (раствор 12 электролита), блок 13 широко импульсной модуляции для регулирования подаваемого напряжения по току и частоте, емкость 14 для электролита.
25 Устройство для электролитического получения газообразной смеси водорода и кислорода (фиг. 1) содержит электролизер 1 1, представляющий собой корпус с размещенными внутри электродами в виде пластин, электрически связанными с источником питания через блок 13 широко импульсной модуляции для регулирования подаваемого напряжения по току зо и частоте (регулирует силу тока и скорость разложения воды на Н2 и О2 , ННО.). Регулирование частоты по току влияет на атомары водорода и
кислорода, атомарами являются слабые атомы Hi и О в свободной среде они на столько слабо заряжены, что практически мгновенно воссоединятся с друг другом образуя обратно Н20, но ультразвук колебаниями не дает воссоединиться обратно, так же этот эффект подзарядки атомов водорода и кислорода поддерживает ультрафиолетовое излучение.
Электроды выполнены в виде набора дистантно расположенных в ряд пластин из нержавеющей стали марки 03Х16Н15МЗ толщиной 1 мм с нанесенными на их поверхности многочисленными вертикальными и горизонтальными запилами глубиной 0,25 мм и с отверстиями для циркуляции электролита и отведения газов, которые в каждой пластине выполнены несоосно отверстиям в смежно расположенных пластинах. Таких отверстий в каждой пластине должно быть не менее трех (выявлено путем проведения экспериментов как наиболее удачное решение). Эти отверстия используются для циркуляции электролита и отведения газов. Несоосные отверстия обеспечивают: задержку раствора электролита между электродами (пластинами), увеличение сопротивления раствора электролита между электродами (пластинами), что позволяет избежать нагрева раствора электролита. При этом ионы не могут пройти сквозь все электроды от первого до последнего в электролите напрямую. Ударяясь об электрод (пластину) ионы превращаются в протоны и заряжают на разряд электрод положительно или отрицательно, что обеспечивает динамическую смену полюсов на электродах (пластинах). Данное явление происходит за счет аккумулирования энергии в самом электролизере и за счет большого количества электродов (пластин). Эффект влияет на электроды для отрыва газов от электродов (пластин), уменьшает налет на электродах (пластинах) и создает ударную силу тока между электродами (пластинами).
В корпусе электролизера пластины, число которых определяется необходимой производительностью электролизера, соединены между собой электрически последовательно.
Полость корпуса электролизера сообщена с емкостью 14, заполненной раствором электролита на основе воды (неконцентрированный раствор воды
с гидроксидом натрия выполнен с соотношении 2,5 грамма на 1 литр дистиллированной воды) и с каналом отвода смеси газа и воды в канал сбора газообразной смеси водорода и кислорода. Полость корпуса электролизера сообщена двумя каналами с емкостью для электролита, при этом выходы этих каналов расположены на противоположных стенках корпуса электролизера и напротив рядно расположенных пластин.
Емкость для электролита выполнена замкнутой и герметичной, выполнена с входом для заполнения ее полости электролитом с образованием над уровнем электролита незаполненной электролитом полости и сообщена с канал отвода смеси газа и воды из электролизера, а канал сбора газообразной смеси водорода и кислорода, в котором установлен водный затвор и клапан-пламегаситель 9, сообщен с незаполненной электролитом полостью емкости для электролита,
Применение в качестве электролита неконцентрированного раствора гидроксида натрия (NaOH) в соотношении 2,5 грамма на 1 литр дистиллированной воды значительно снижает нагрев электролизера. Также отсутствие концентрированного электролита и высоких температур продлевает срок гарантированной службы электролизера до десяти лет. Отсутствие нагрева электролизера является также отличительной чертой позволяющей работать установке в круглосуточном режиме.
В корпусе электролизера размещен по крайней мере один источник ультразвукового излучения в электролит на основе воды для ослабления молекулярных связей указанного электролита. Ультразвук влияет на колебание атомов воды, заставляя входить в резонанс, при этом связь атомов кислорода с молекулами водорода слабеет. Ультразвук вводит установку в резонанс, заставляя вибрировать, вибрация электродов(пластин) сбрасывает пузырьки газа с электродов (пластин).
Так же в этом корпусе размещен источник ультрафиолетового излучения для воздействия на электролит. Такой же источник ультрафиолетового излучения может быть размещен в емкости, этот источник используется для воздействия на электролит. Ультрафиолетовое
излучение успокаивает молекулы воды в электролизере, делая воду мягче, тем самым подготавливает воду к более мягкому распаду с наименьшими затратами в последующем электроэнергии. При интенсивном облучении вода находится в полураспаде, при этом связь молекул кислорода с молекулами водорода слабеет.
Ультрафиолетом (УФ) называют невидимую глазом часть спектра электромагнитных волн, имеющих энергию большую, чем у видимого фиолетового света. УФ-излучение охватывает диапазон с длиной волны от 100 до 400 нм. Колебания с длиной волны от 100 до 200 нм называют жестким или вакуумным ультрафиолетом. Их энергии может хватать на разрушение органических молекул. Колебания с длиной волны от 200 до 400 нм генерируются в специальных ртутных или ксеноновых лампах и широко применяются для обеззараживания воды и воздуха от различных микроорганизмов. Обработка воды ультрафиолетовым излучением относится к числу безреагентных, физических методов водоподготовки. Различают два метода облучения ультрафиолетом - импульсное, с широким спектром волн, и постоянное, в выбранном диапазоне волн. Важнейшим качеством УФ- обработки воды является отсутствие изменения ее физических и химических характеристик даже при дозах, намного превышающих практически необходимые (статья «Обработка воды ультрафиолетом» из книги Рябчикова Б. Е. «Современные методы подготовки воды для промышленного и бытового использования», выложенная на сайте «МЕДИАНА ФИЛЬТР» компании НПК "Медиана - фильтр" в сети Интернет в режиме он-лайн доступа по адресу: http://w\\w.mediana-filter.m/water_filter_uf.html) .
Жесткое УФ-излучение в области 100-200 нм вызывает образование озона из молекул растворенного в воде кислорода и непосредственно воздействует на молекулы органических соединений. Следует отметить, что эффективность УФ-обеззараживания воды может быть дополнительно повышена путем сочетания с другими методами обеззараживания и с физическими воздействиями. Так, одновременная обработка воды
кавитацией или ультразвуком и ультрафиолетом, введение малых доз озона после УФ-обработки позволяют сократить необходимую дозу облучения.
Кавитация приводит к образованию микропузырьков воздуха, при «схлопывании» пузырьков возникают большие перепады давления, 5 одновременно в этих пузырьках под действием УФ-излучения образуются активные радикалы, которые эффективно уничтожают микрофлору и окисляют органику в воде. При этом весь объем воды обрабатывается ультрафиолетом.
При применении УФ-излучения происходит ослабление молекулярных ю связей воды и их упорядочение в структуре электролита, что позволяет при попадании раствора электролита в поле ультразвукового излучения уже иметь ослабленные молекулярные связи, которые при слабом воздействии ультразвука распадаются. Это взаимосвязь УФ-излучения и ультразвукового излучения позволяет существенно сократить расход электроэнергии на
15 питание пластин электродов. А выполнение этих пластин с запилами существенно увеличивает контактную площадь электродов. Так как электроды расположены рядно и в большом количестве, то в пространстве между двумя смежными пластинами образуется динамически процесс смены полюсов на электродах. При таком исполнении резко повышается кпд
20 электролитической установки.
Функционирует устройство для электролитического получения газообразной смеси водорода и кислорода следующим образом.
Осуществляют заполнение емкости 14 через заливной штуцер 2 электролитом в виде смеси воды с гидроксидом натрия (NaOH) до заданного
25 уровня, определяемого датчиком 1 уровня воды. Заполнение герметичной емкости осуществляют так, чтобы над уровнем электролита была сформировано воздушная полость. Это полость сообщается с каналом 6 сбора газообразной смеси водорода и кислорода, сообщенным с потребителем газовой смеси. По двум каналам 4 подачи электролита в зо электролизер электролит из емкости 14 для электролита подается в электролизер, при этом выходы этих каналов расположены на
противоположных стенках корпуса электролизера и напротив рядно расположенных пластин. Таким образом, электролит подается в электролизер встречными потоками, что приводит к постоянному барботажу раствора в корпусе электролизера. При этом пластины электродов находятся в контакте с однородным перемешанным по структуре электролитом. При подаче питания на электроды и включении источников УФ-излучения и ультразвукового излучения происходит предварительная обработка воды в растворе электролита, обеспечивающая ослабление молекулярных связей. После этого происходит сам электролитический процесс, при котором выделяется водогазовая смесь, которая потоком поднимается по каналу 5 отвода смеси газа и воды и попадает в электролит, в котором газовая компонента поднимается вверх и направляется в канал 6 сбора газообразной смеси водорода и кислорода, а водная компонента остается в среде электролита.
Промышленная применимость
Настоящее изобретение промышленно применимо и может быть изготовлено с использованием технологий и оборудования, применяемого при производстве электролизеров. Изобретение позволяет повысить производительность установки и ее кпд. Установка достаточно проста, изготавливается с использованием традиционных конструкционных материалов и известных электролитов и может быть использована в широком аспекте потребителей газа. Испытания предложенного устройства подтвердили работоспособность электролизера по предложенной схеме и все изложенные выше преимущества такого исполнения. В частности, тепловыделение сократилось в несколько раз по сравнению с тепловыделением обычных электролизеров такой же производительности по водородно-кислородной смеси.
Claims
1. Устройство для электролитического получения газообразной смеси водорода и кислорода, содержащее электролизер, представляющий собой корпус с размещенными внутри электродами в виде пластин, электрически связанными с источником питания, и полость которого сообщена с емкостью, заполненной раствором электролита на основе воды и с каналом отвода смеси газа и воды в канал сбора газообразной смеси водорода и кислорода, при этом в корпусе размещен по крайней мере один источник ультразвукового излучения в электролит на основе воды для ослабления молекулярных связей указанного электролита, отличающееся тем, что в качестве электролита использован неконцентрированный раствор воды с гидроксидом натрия, емкость для электролита выполнена замкнутой и герметичной, выполнена с входом для заполнения ее полости электролитом с образованием над уровнем электролита незаполненной электролитом полости и сообщена с канал отвода смеси газа и воды из электролизера, а канал сбора газообразной смеси водорода и кислорода, в котором установлен водный затвор, сообщен с незаполненной электролитом полостью емкости для электролита, при этом в корпусе электролизера размещен источник ультрафиолетового излучения для воздействия на электролит, а электроды выполнены в виде набора дистантно расположенных пластин из нержавеющей стали с нанесенными на их поверхности вертикальными и горизонтальными запилами и с отверстиями для циркуляции электролита и отведения газов, которые в каждой пластине выполнены несоосно отверстиям в смежно расположенных пластинах.
2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что пластины выполнены из нержавеющей стали марки 03Х16Н15МЗ толщиной 1 мм.
3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что запилы выполнены глубиной 0,25 мм.
4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в каждой пластине выполнено по три отверстия.
5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в емкости размещен дополнительный источник ультрафиолетового излучения для воздействия на электролит.
6. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что неконцентрированный раствор воды с гидроксидом натрия выполнен с соотношении 2,5 грамма на 1 литр дистиллированной воды.
7. Устройство по п. 1 , отличающееся тем, что электроды связаны с источником питания через блок широко импульсной модуляции для регулирования подаваемого напряжения по току и частоте.
8. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что полость корпуса электролизера сообщена двумя каналами с емкостью для электролита, при этом выходы этих каналов расположены на противоположных стенках корпуса электролизера и напротив рядно расположенных пластин.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| MDS20150036A MD1026Y (ru) | 2014-03-31 | 2014-04-15 | Устройство для электролитического получения газообразной смеси водорода и кислорода |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014112009/04U RU142285U1 (ru) | 2014-03-31 | 2014-03-31 | Электролитическая установка для получения газообразной смеси водорода и кислорода |
| RU2014112009 | 2014-03-31 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2015152761A1 true WO2015152761A1 (ru) | 2015-10-08 |
Family
ID=51219218
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/RU2014/000274 WO2015152761A1 (ru) | 2014-03-31 | 2014-04-15 | Устройство для электролитического получения газообразной смеси водорода и кислорода |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| MD (1) | MD1026Y (ru) |
| RU (1) | RU142285U1 (ru) |
| WO (1) | WO2015152761A1 (ru) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TWI668332B (zh) * | 2018-12-04 | 2019-08-11 | 林信湧 | 堆疊式產氫裝置 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005028372A2 (en) * | 2003-06-10 | 2005-03-31 | The C & M Group, Llc | Apparatus and process for mediated electrochemical oxidation of materials |
| US20050161342A1 (en) * | 2002-04-26 | 2005-07-28 | Roger W. Carson And Bruce W. Bremer | Mediated electrochemical oxidation process used as a hydrogen fuel generator |
| MD3488F1 (en) * | 2007-01-17 | 2008-01-31 | Universitatea De Stat Din Moldova | Process for hydrogen electrolytic obtaining |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3410770A (en) * | 1966-02-18 | 1968-11-12 | Allis Chalmers Mfg Co | Electrolytic method for producing oxygen and hydrogen |
| MD3213G2 (ru) * | 2006-01-10 | 2007-07-31 | Государственный Университет Молд0 | Электрохимический способ получения гипохлорита натрия и устройство для его реализации |
| MD3370G2 (ru) * | 2006-01-10 | 2008-02-29 | Государственный Университет Молд0 | Устройство для электрохимического получения раствора для чистки канализационных труб в бытовых условиях |
| MD3660G2 (ru) * | 2007-01-17 | 2009-02-28 | Государственный Университет Молд0 | Электролизер для электролитического получения водорода |
| RU81964U1 (ru) * | 2008-09-02 | 2009-04-10 | Валерий Дмитриевич Дудышев | Ультразвуковое устройство получения водорода |
| MD4109C1 (ru) * | 2010-09-27 | 2011-11-30 | Государственный Университет Молд0 | Электрохимический модульный блок для регенерации водорода |
| MD4206C1 (ru) * | 2011-10-10 | 2013-09-30 | Государственный Университет Молд0 | Установка для электрохимического получения водорода |
-
2014
- 2014-03-31 RU RU2014112009/04U patent/RU142285U1/ru not_active IP Right Cessation
- 2014-04-15 MD MDS20150036A patent/MD1026Y/ru not_active IP Right Cessation
- 2014-04-15 WO PCT/RU2014/000274 patent/WO2015152761A1/ru active Application Filing
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20050161342A1 (en) * | 2002-04-26 | 2005-07-28 | Roger W. Carson And Bruce W. Bremer | Mediated electrochemical oxidation process used as a hydrogen fuel generator |
| WO2005028372A2 (en) * | 2003-06-10 | 2005-03-31 | The C & M Group, Llc | Apparatus and process for mediated electrochemical oxidation of materials |
| MD3488F1 (en) * | 2007-01-17 | 2008-01-31 | Universitatea De Stat Din Moldova | Process for hydrogen electrolytic obtaining |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| MD20150036U0 (ru) | 2015-12-31 |
| RU142285U1 (ru) | 2014-06-27 |
| MD1026Y (ru) | 2016-04-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9011697B2 (en) | Fluid treatment using plasma technology | |
| US10941062B2 (en) | Microbubble generator for enhanced plasma treatment of liquid | |
| JP5906444B2 (ja) | 液体処理装置、液体処理方法及びプラズマ処理液 | |
| CN104379513A (zh) | 液体处理装置以及液体处理方法 | |
| US9845250B2 (en) | Method of stretching the discharge of plasma in liquids | |
| CN105060408B (zh) | 一种水下低温等离子体废水处理方法及装置 | |
| CN103889903A (zh) | 液体处理装置以及液体处理方法 | |
| JP5899455B2 (ja) | 液体処理装置及び液体処理方法 | |
| CN107592855A (zh) | 低温水中等离子体发生装置 | |
| CN105002517A (zh) | 一种臭氧生成电极及其阳极的生产工艺和臭氧产生器 | |
| US9409800B2 (en) | Electric arc for aqueous fluid treatment | |
| JP5828058B2 (ja) | 次亜塩素酸塩を生成する方法及び耐スケール設備を有する関連する海水電解槽 | |
| JP6869188B2 (ja) | 還元水の製造装置および還元水の製造方法 | |
| JP2018505306A (ja) | エネルギーを抽出するシステム及び方法 | |
| US8945353B1 (en) | Electrolytic cell with advanced oxidation process | |
| MXPA04003400A (es) | Metodo para producir agua de dispersion ultrafina de particulas ultrafinas de metales nobles. | |
| US10105673B2 (en) | Treatment liquid production device and treatment liquid production method | |
| Son et al. | Electrical discharges with liquid electrodes used in water decontamination | |
| CN101698524A (zh) | 一种采用低温等离子体技术净化家庭饮用水水质的方法及其装置 | |
| RU142285U1 (ru) | Электролитическая установка для получения газообразной смеси водорода и кислорода | |
| RU153346U1 (ru) | Электролитическая установка для получения газообразной смеси водорода и кислорода | |
| JP2013138981A (ja) | イオン水生成装置 | |
| WO2013131102A1 (en) | Waste to product on site generator | |
| MXPA04003264A (es) | Liquido para preparacion del cabello, que comprende particulas ultrafinas de metal del grupo titanio dispersa en agua, por decarga sub-acuatica de plasma y metodo y sistema para producir el mismo. | |
| RU2181106C2 (ru) | Способ электрохимической обработки водосодержащих сред и устройство для его осуществления |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| ENP | Entry into the national phase |
Ref document number: 20150036 Country of ref document: MD Kind code of ref document: A |
|
| WWE | Wipo information: entry into national phase |
Ref document number: S 2015 0036 Country of ref document: MD |
|
| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 14888246 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
| NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
|
| 122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 14888246 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |