Устройство для преобразования энергии

Изобретение относится к получению кислорода и водорода электролизом воды путем преобразования тепловой энергии и энергии магнитного поля в химическую и электрическую энергии. Устройство для преобразования энергии путем электролиза содержит неподвижную емкость, заполненную водным раствором электролита, каналы подвода раствора электролита в емкость и отвода продуктов электролиза. Внутренняя поверхность емкости выполнена в форме усеченного конуса. Под действием электромагнитных полей, создаваемых электромагнитной катушкой, установленной вокруг емкости, и электромагнитного поля спиральной катушки, установленной под емкостью, обеспечивается вращение электролита, при этом электроды, электромагнитная и спиральная катушки соединены в контур через один и тот же источник электроэнергии. Технический результат заключается в повышении эффективности электролиза. 1 ил.

 

Изобретение относится к области энергетического машиностроения и может быть использовано при создании устройства для преобразования одного вида энергии в другой путем, например электролиза.

Известно устройство для преобразования механической энергии в электрическую, а затем в химическую путем разложения воды электролизом раствора электролита и получения при этом водорода и кислорода (Центробежный электролизер. РФ, патент № 2015395 C1, F02М 21/00, 1990). Емкость заполнена раствором электролита, в ней электроды включены в электрическую цепь генератора и имеются каналы для подвода начальных и отвода конечных продуктов электролиза.

Недостатком известного устройства является то, что емкость с электролитом вращается, что приведет к дополнительным проблемам на движущемся транспорте. Данное устройство не позволяет совершать нетрадиционные преобразования, то есть одновременно несколько параллельных циклов преобразования энергии, а также КПД устройства будет низким, поскольку компенсация эндотермического эффекта реакции разложения воды производится за счет использования выработанной электроэнергии.

Известен также способ магнитодинамического автоэлектролиза:

Заявка ФРГ № 2733444, кл. С25В 9/00, 1979. На электрохимическую систему, содержащую электроды и электролит, воздействуют внешним магнитным полем, ортогональным контурам электродов. Причем осуществляют вращение источников магнитного поля в плоскостях, параллельных контурам электродов. Однако ему присущи определенные недостатки. Они связаны с необходимостью либо покачивания электролита, либо вращения системы постоянных магнитов, так как данный способ является динамическим. Это ведет к усложнению способа, связанному с использованием двигателей для вращения системы постоянных магнитов или покачивания электролита с использованием специальных насосов для работы в агрессивных средах, а также трудностям надежного крепления массивных постоянных магнитов во вращающейся системе, балансировки такой системы и герметизации токовыводов и напорных трубопроводов.

В качестве прототипа выбрано (Устройство для преобразования энергии. РФ, Патент № 2174162 C1, C25В 9/00,1/02, F02М 21/02, 27.09.2001), которая позволяет повышать эффективность электролиза, получать наряду с водородом и кислородом электрическую энергию, и утилизировать тепло любого природного или техногенного происхождения. Недостатком известного устройства также является то, что емкость с электролитом вращается до очень больших скоростей, что приводит к быстрому выходу из рабочего состояния электродов и других приспособлений, находящихся внутри емкости.

Целью изобретения является получение водорода в большом количестве, упрощение конструкции электролизера, повышение эффективности электролиза за счет утилизации тепловой энергии из окружающей среды.

Поставленная цель достигается путем преобразования энергии магнитного, электрического полей и тепловой энергии в химическую и электрическую энергии с помощью предлагаемого устройства, при этом часть энергии магнитного поля преобразуется в механическую.

На чертеже представлена принципиальная схема конструктивного решения заявленного устройства для преобразования энергии.

Устройство содержит неподвижную емкость 1 с водным раствором электролита с плотно закрывающейся крышкой 3, установленную над спиральной катушкой 2, при этом емкость находится внутри электромагнитной катушки 4. Устройство имеет электроды 5 и 6, а также каналы 7, 8 и 9 соответственно для подвода электролита или воды и отвода продуктов электролиза. При этом электроды, электромагнитная катушка и спиральная катушка соединены в контур через один и тот же источник электроэнергии. Внутренняя поверхность емкости выполнена в форме усеченного конуса для циркуляции электролита, совершающего вихревое движение в электромагнитном поле.

Предлагаемое устройство функционирует следующим образом.

В диэлектрическую емкость 1 устройства через канал 7, плотно закрепленной к крышке 3, подают заранее подготовленный водный раствор электролита. При этом его уровень перекрывает нижнюю часть анода 5, которая находится в стеклянном чехле 10, для выхода водорода, катод 6 для выхода кислорода также находится в стеклянном чехле, конец которого не доходит до водного раствора электролита, причем нижняя часть катода 6 выполнена кольцевой и установлена по периметру внутри емкости 1. Кольцо из нержавейки имеет высоту 10 см, толщину 3 мм и диаметр ее на 4 см меньше внутреннего диаметра емкости 1, и оно крепится к корпусу емкости болтами. Емкость 1 устанавливают внутри электромагнитной катушки 4, расположенной над плоской спиральной катушкой 2. Включают источник тока и одновременно повышают нагрузку на спиральной катушке 2, электромагнитной катушке 4 и на электродах 5 и 6. По достижении энергии электромагнитного поля 25 кДж в каждой катушке, а также под действием электрического поля, которое образуется между кольцевым катодом 6 и анодом 5, происходит разложение воды на водород и кислород, а в устройстве обеспечивается дозированное поступление воды или свежего водного раствора электролита в емкость 1 по каналу 9 и удаление водорода по каналу 7 и кислорода по каналу 8, а также других конечных продуктов процесса через соответствующие каналы 8 и 9. При достижении величины тока 10 А и напряжения 12 В энергия магнитного поля в водном растворе электролита достигает от 25000 до 50000 Дж. Начало разложения водного раствора электролита на водород и кислород происходит при достижении энергии магнитного поля в водном растворе электролита 25000 Дж. Частота вращения водного раствора электролита максимальна в центре и уменьшается к периферии. Как и в прототипе, при вихревом движении жидкости в магнитном поле наблюдается повышение температуры у анода и понижение температуры у катода, которое связано с разложением воды. Понижение температуры за катодным кольцом объясняется тем, что процесс разложения воды на кислород и водород за счет восстановления их ионов сопровождается уменьшением энтальпии раствора, в результате чего температура раствора постоянно снижается, и, если не восполнять теплопотери, то раствор замерзнет и процесс прекратится. По этой причине в предлагаемом устройстве предусмотрен подогрев наружной поверхности емкости 1 теплом из окружающей среды или утилизируемым теплом. Внутри емкости водный раствор электролита под действием энергии магнитного поля вращается, и при достижении ее значения 25000-50000 Дж происходит разрушение водородной связи, и при этом за счет центробежных сил тяжелые отрицательно заряженные частицы накапливаются на внутренней поверхности емкости, а легкие положительно заряженные частицы водорода собирается в центре емкости. Следовательно, подведенная к устройству из окружающей среды тепловая энергия в результате совершения работы по деформированию гидратных связей ионов в водном растворе электролита полностью преобразуется в потенциальную химическую и электрическую энергии. Ее общий КПД существенно больше, чем у прототипа и в среднем составляет 0,87-0,93 за счет преобразования энергий магнитных полей электромагнитной и спиральной катушек, электрической энергии и тепловой энергии окружающей среды в химическую и электрическую энергии.

Выход по водороду в предлагаемом устройстве составляет 10-13 кг за 1 час, что хватает для езды автомобиля в среднем со скоростью 80-90 км/ч чисто на водороде на 550-600 километров при непрерывной езде автомобиля в течении 6-7 часов. В процессе разложения воды из водного раствора электролита на водород и кислород для поддержания заданного значения концентрации добавляет воду.

При вышеуказанных параметрах тока и напряжения электроэнергия затрачивается на преодоление внутреннего омического сопротивления самого устройства, а в случае превышения порогового значения энергии магнитного поля избыток подведенной энергии магнитного поля порождает избыток электрической энергии, то есть порождает уже внешнюю силовую электрическую энергию (поскольку плотность тока достигает максимального значения, или состояния насыщения, а напряжение неограниченно возрастает), которая в свою очередь уже способна производить работу на потребителя. Тем самым устройство приобретает свойства термохимического источника (генератора) электрического тока, работающего с побочным выделением свободных водорода и кислорода и поглощением тепла.

Конструкция заявленного устройства для преобразования энергии очень проста и может быть использована автономно на транспортных средствах с ДВС. Устройство можно изготавливать в условиях как единичного, так и серийного производства с использованием традиционных конструкционных материалов и известных электролитов.

Устройство для преобразования энергии, которое позволяет получать водород и кислород и может быть применено, например, в агрегате с ДВС автомобиля, трактора, тепловоза, самолета, морского судна и других транспортных средств, повышая их топливную экономичность в два раза, а также автономном исполнении для утилизации тепла в металлургической промышленности, или природного, или в сельском хозяйстве.

Основные характеристики спиральной катушки.

Энергия магнитного поля - 25000 Дж.

Высота спиральной катушки - 0,11 м.

Площадь спиральной катушки - 0,192 м².

Диаметр спиральной катушки - 0,35 м.

Число витков - 37,18 витка.

Диаметр проволоки одного витка - 3 мм.

Витки уложены в один ряд вплотную друг к другу.

Каркас спиральной катушки изготовлен из пластин железоникелевого сплава марки 79НМ толщиной 0,02-0,03 мм и с максимальной магнитной проницаемостью 150000 Гс/Э.

Индуктивность спиральной катушки - 500 Гн.

Ток - 10 А.

Напряжение - 12 В.

Основные характеристики электромагнитной катушки.

Энергия магнитного поля - 25000 Дж.

Высота электромагнитной катушки - 0,21 м.

Площадь электромагнитной катушки - 0,192 м².

Внутренний диаметр - 0,35 м.

Число витков - 52,5 витка.

Диаметр проволоки одного витка - 4 мм.

Витки уложены в один ряд вплотную друг к другу.

Индуктивность - 500 Гн.

Каркас электромагнитной катушки изготовлен из пластин железоникелевого сплава марки 79НМ толщиной 0,02-0,03 мм и с максимальной магнитной проницаемостью 150000 Гс/Э.

Энергия магнитного поля 25000 Дж.

Ток - 10 А.

Напряжение - 12 В.

Высота емкости с электролитом - 0,25 м.

Толщина стенки емкости - 5 мм.

Внутренний диаметр емкости - 0,3 м.

Вместимость емкости для водного раствора электролита - 38 литра.

Источники информации

1. Ильин Г.В. Центробежный электролизер, РФ, патент № 2015395 С1, F02М 21/00, 1990 г.

2. Способ магнитодинамического автоэлектролиза: Заявка ФРГ № 2733444, Кл. С25В 9/00, 1979.

3. Кудымов Г.И. Студенников В.В. Устройство для преобразования энергии, РФ, Патент № 2174162 C1, C25В 9/00,1/02, F02М 21/02, 27.09.2001 г.

Устройство для преобразования энергии путем электролиза, содержащее емкость, заполненную электролитом, каналы подвода раствора электролита в емкость и отвода продуктов электролиза, отличающееся тем, что оно содержит неподвижную емкость, заполненную водным раствором электролита, внутренняя поверхность которой выполнена в форме усеченного конуса, под действием электромагнитных полей, создаваемых электромагнитной катушкой, установленной вокруг емкости, и электромагнитного поля спиральной катушки, установленной под емкостью, обеспечивается вращение электролита, при этом электроды, электромагнитная и спиральная катушки соединены в контур через один и тот же источник электроэнергии.