Импульсный электромеханический источник питания

Изобретение относится к области электротехники и физико-химических технологий и касается устройств, используемых для электролиза воды. Сущность изобретения состоит в том, что в импульсном электромеханическом источнике питания, содержащем корпус (1), статор (3) в виде магнитопровода (4) с обмоткой (5), ротор (7) и токосъемник (9), согласно данному изобретению в корпусе (1) установлен электродвигатель (2), на валу (6) которого расположен ротор (7) с постоянными магнитами (8), установленными вдоль магнитопровода (4) обмоток (5) статора (3), жестко соединенного с корпусом (1), причем постоянные магниты (8) расположены противоположно друг другу с возможностью обеспечения пронизывания магнитными силовыми линиями обмоток (5) статора (3), при этом внутренние поверхности постоянных магнитов (8) имеют разноименные полюса, а в качестве токосъемника использованы выводы обмотки (5) статора (3). Технический результат - уменьшение затрат энергии на электролиз воды. 2 ил.

 

Изобретение относится к физико-химическим технологиям и технике для электролиза воды.

Известно устройство для питания электролизера, представляющее собой электрический генератор (патент РФ №2230197, МПК F01K 13/00, Н02К 57/00, 2004 г.). Сущность изобретения состоит в том, что генератор снабжен электролизером воды, содержащим щеткообразные электроды с вольфрамовыми иголками, направленными друг на друга и установленными с надлежащим зазором, электроды установлены в прямоугольную или цилиндрическую емкость коаксиально друг другу. На дне емкости электролизера установлена перфорированная трубка аэратор-катализатор, трубка соединена с компрессором. Емкость электролизера соединена входной трубкой с секцией емкости накопления конденсата через конденсатопровод, электрический насос и с емкостью жидкой щелочи через дозатор, снабженный соленоидом и реле времени. Емкость электролизера соединена с плазмотроном, расположенным в камере ионизации, при помощи трубки. Камера ионизации снабжена плазмотроном, отражателем плазменной струи и водяного пара, коллектором и паровыми трубками, расположенными под разным углом наклона, направленными на плазменную струю. Электроды электролизера соединены с источником переменного тока через электромашинный преобразователь, датчик электрических импульсов и переключатели.

Известно также устройство получения электрической энергии для электролиза воды, содержащее корпус, статор в виде магнитопровода с обмоткой, ротор и токосъемник; патент РФ №2284629, МПК Н02К 21/20, Н02К 31/02, 2006 г. (прототип). Сущность изобретения состоит в следующем. Униполярный бесколлекторный торцовый генератор постоянного тока, содержащий неподвижный раздвоенный кольцевой магнитопровод якоря с пазами для укладки обмотки якоря, вращающиеся торцовые магнитопроводы индукторов для возбуждения и вентилятор, отличающийся тем, что в схеме возбуждения генератора установлены радиальные электромагниты и круговые электромагниты, при этом вращающиеся на валу ротора генератора торцовые магнитопроводы обоих индукторов вместе с радиальными и круговыми электромагнитами обращены встречно через воздушный промежуток одноименными полюсами к магнитопроводам с обмоткой якоря, что обеспечивает в торцовых магнитопроводах обоих индукторов постоянное наличие остаточного магнетизма, способствующего возбуждению генератора, при этом схема возбуждения снабжена двумя щеточно-контактными узлами, включающими щетками токосъема и неразрезные контактные кольца. Область использования предлагаемого изобретения расширяется путем обеспечения возможности его использования в промышленности как в качестве генератора, так и в качестве двигателя, а именно в электрифицированном транспорте, в ветроустановках, для электросварки и электролиза.

Недостатком известных устройств является большое потребление энергии для питания электролизеров, современные промышленные электролизеры расходуют от 3 до 6 кВтч электроэнергии на получение одного кубического метра смеси водорода и кислорода. Это превосходит количество энергии, которая выделяется при сжигании этой смеси. Также в известном устройстве (прототипе) схема возбуждения снабжена двумя щеточно-контактными узлами, а это отрицательно влияет на надежность и долговечность.

Техническим решением задачи является снижение затрат электрической энергии на получение из воды газовой смеси водорода и кислорода или этих газов в разделенном состоянии.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в импульсном электромеханическом источнике питания, содержащем корпус, статор в виде магнитопровода с обмоткой, ротор и токосъемник, согласно изобретению в корпусе установлен электродвигатель, на валу которого расположен ротор с постоянными магнитами, установленными вдоль магнитопровода обмоток статора, жестко соединенного с корпусом, причем магниты расположены противоположно друг другу с возможностью обеспечения пронизывания магнитными силовыми линиями обмоток статора, при этом внутренние поверхности магнитов имеют разноименные полюса, а в качестве токосъемника использованы выводы обмотки статора.

Новизна заявляемого предложения обусловлена тем, что все электролизеры, заряжаясь в начале работы, приобретают постоянный потенциал, свойственный конденсатору. Величина этого потенциала увеличивается с увеличением количества ячеек в электролизере. Таким образом при длительной работе электролизера его достаточно подзаряжать дополнительными импульсами напряжения, амплитуда которых должна превышать величину постоянного потенциала на 5-10%, а средняя величина такого импульса в зависимости от длительности и скважности импульсов может составлять 5-10% от общего постоянного потенциала. Установлено также, что мощность, формирующаяся на общем валу электромотора и генератора импульсов, равна произведению средней величины импульса напряжения на среднюю величину импульса тока. Указанная величина оказывается значительно меньше величины произведения постоянного потенциала на среднюю величину тока.

По данным научно-технической и патентной литературы не обнаружена совокупность признаков, аналогичная заявляемой, что позволяет судить об изобретательском уровне предложения.

Поскольку предлагаемое техническое решение может быть применено в промышленности для экономии электрической энергии при электролизе воды, то можно утверждать, что предложение соответствует критерию «промышленная применимость».

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен импульсный электромеханический источник питания; на фиг.2 представлен график электрических импульсов для подзарядки электролизера.

Импульсный электромеханический источник питания состоит из корпуса 1, на котором жестко закреплен электродвигатель 2 и статор 3 в виде магнитопровода 4 с обмоткой 5. На валу 6 электродвигателя расположен ротор 7 с двумя постоянными магнитами 8, причем магниты расположены так, чтобы магнитные силовые линии пронизывали обмотки статора и наводили в них ЭДС. Образующиеся при этом импульсы напряжения и тока снимаются с выводов 9 обмотки 5 и используются для питания электролизера. Причем импульсы имеют строго определенную форму с крутым подъемом и пологим спуском.

Импульсный электромеханический источник питания работает следующим образом. Электродвигатель 1 включается в сеть, начинает вращаться вал 6, вращение передается жестко закрепленному на валу ротору 7 с двумя постоянными магнитами 8. При прохождении магнитами вблизи магнитопровода 4 магнитные силовые линии пронизывают магнитопровод и наводят ЭДС в его обмотке 5, образующиеся при этом импульсы напряжения и тока снимаются с выводов обмотки 9 и используются для питания электролизера.

Поскольку электрическая сеть электролизера связана со всей электрической сетью, то приборы, измеряющие мощность, потребляемую электролизером, формируют показания, в которых учитывается величина постоянного потенциала и средняя величина формирующегося при этом электрического тока. При такой системе подачи электрической энергии в электролизер измерительные приборы учитывают не только величину напряжения, которое необходимо для его подзарядки, а полную величину постоянного потенциала, которая в 10-15 раз больше величины потенциала, необходимого для подзарядки электролизера (фиг.2). Так работают все современные электролизеры и все варианты совершенствования такого способа его питания, которые взяты в качестве прототипов, уже задействованы.

При проведении эксперимента в качестве ячеек использованы электроды из нержавеющей стали газогенератора «Аква-Терм», изготовляемого Азовским ПО «Донпрессмаш». При проведении серии опытов удельная мощность на получение газовой смеси Вт/л остается постоянной при увеличении количества ячеек. При этом надо иметь в виду, что это - прямой показатель, так как в нем не учитываются затраты мощности на трансформацию и выпрямление сетевого напряжения, что составляет около 30%. Поэтому при обычном способе питания указанного электролизера счетчик электроэнергии показывает величину примерно 5,8 Вт/л, а при использовании импульсного электромеханического источника питания вольтметр и амперметр показывают около 4,5 Вт/л, а счетчик электроэнергии - около 2,0 Вт/л газовой смеси.

Таким образом экспериментально доказано, что затраты энергии на электролиз воды существующими электролизерами можно уменьшить примерно в 2 раза. Для этого необходимо питать электролизер электричеством, генерируемым импульсным электромеханическим источником питания.

Амплитуды импульсов напряжения и тока, а также их частоты, длительности и скважности рассчитываются для каждого конкретного электролизера индивидуально по известным методикам. При этом импульсы напряжения 1 (фиг.2) должны иметь крутой подъем и пологий спуск.

Предлагаемый импульсный электромеханический источник питания уменьшает затраты электрической энергии, потребляемой электролизерами, повышает их энергетическую эффективность и снижает стоимость получаемых при электролизе воды газов: кислорода и водорода.

Импульсный электромеханический источник питания, состоящий из корпуса, статора в виде магнитопровода с обмотками, ротора и токосъемника, отличающийся тем, что в корпусе установлен электродвигатель, на валу которого расположен ротор с постоянными магнитами, установленными вдоль магнитопровода обмотки статора, который жестко соединен с корпусом, причем магниты расположены противоположно друг другу с возможностью обеспечения пронизывания магнитными силовыми линиями обмотки статора, при этом внутренние поверхности магнитов имеют разноименные полюса, а в качестве токосъемника использованы выводы обмотки статора.