СИСТЕМА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ

Техническое решение относится к области генерации энергии и предназначено для производства и использования тепловой энергии.
Создание и промышленное освоение высокоэффективной технологии электролиза расщепления воды на водород и кислород является актуальной проблемой современной энергетики.
Существует ряд известных способов разложения воды: электролитическое расщепление (электролиз), воздействие высокотемпературного тепла (термолиз), воздействия излучения (фотолиз и радиолиз), электроимпульсный способ (Жуков В.А. «К вопросу применения параметрического резонанса для генерации топливного газа»// Вологдинские чтения: материалы научной конференции ДВГТУ. Секция: электротехника, радиоэлектроника. Владивосток, - 2001. - 45 с). Для получения водорода из воды пригоден любой метод, позволяющий внешней энергии разорвать валентную связь H=О=Н. Извлечение из воды водорода, являющегося топливным газом, с последующим его беспламенным сжиганием позволит получить тепловую энергию.
Известен электроводородный генератор (заявка РФ №2009130354, на изобретение, дата приоритета 10.08.2009 г.), содержащий каналы подачи воды и продуктов электролиза, электролизер, электроды, теплообменник и механизм, задающий смерчеобразное вихревое движение электролита.
Недостатком известного устройства получения водорода является малая производительность из-за отсутствия высокоэффективной технологии испарения и расщепления молекул жидкостей, не обеспечивается взрыво и пожаробезопасность. Кроме того, данное устройство предназначено только для получения водорода.
Известно устройство для получения водорода из воды (патент РФ №70895 на полезную модель), содержащее полую камеру с водой, электроды, размещенные в воде, высоковольтный источник электроэнергии, капилляры, размещенные вертикально в воде, регулятор напряжения.
Недостатком известного устройства получения водорода является малая производительность из-за отсутствия высокоэффективной технологии испарения и расщепления молекул жидкостей, не обеспечивается взрыво и пожаробезопасиость. Кроме того, данное устройство предназначено только для получения водорода.
Известно устройство для преобразования энергии (патент РФ №2344201 на изобретение), содержащее емкость, выполненную с возможностью вращения, электроды и каналы подвода водного раствора электролита в емкость и отвода продуктов электролиза.
Недостатком известного устройства является сложность конструкции электродов, малая производительность из-за отсутствия высокоэффективной технологии расщепления молекул жидкостей. Кроме того, данное устройство предназначено только для получения электрической энергии.
Известна также система для получения энергии (патент РФ на полезную модель, H02J 15/00), содержащая электролизер, нагрузку в виде потребителя энергии, блоки управления, например из полупроводниковых диодов, высоковольтный блок, гидравлический вентиль, выключатели и соединители. Электролиз происходит при напряжении на рабочих электродах электролизера меньше чем 1,23 В.
К недостаткам известной системы для получения энергии относится то, что:
- сложность регулирования производительностью получения газа;
- невысокий КПД;
- малая производительность из-за отсутствия высокоэффективной технологии испарения и расщепления молекул жидкостей;
- процесс электролиза замедлен из-за того, чтобы разорвать межмолекулярные связи необходимо войти в резонансную зону колебания молекул с последующим их расщеплением, затратить больше электрической энергии.
В основу полезной модели заложена задача - разработать систему для получения тепловой энергии при беспламенном сжигании топливного газа, полученного из воды, при одновременно снижении энергозатрат.
Задача решается тем, что в системе для получения тепловой энергии используется электрокинетическое испарение (использование потенциальной энергии электрического поля маломощного источника электрической энергии) и разрыв молекул воды на молекулы газа происходит с использованием свойств параметрического резонанса, создаваемого высоковольтным источником электропитания при минимальном потреблении электрического тока.
-3
2
В системе для получения тепловой энергии, содержащей электролизер, выполненный в виде емкости и заполненный водой, нагрузку в виде потребителя полезной энергии, в качестве которого использован трубчатый теплообменник, блоки управления, например, из полупроводниковых диодов, гидравлический вентиль, высоковольтный блок, соединительные элементы и выключатели, высоковольтное напряжение подается на поляризующие раствор электроды для проведения электролиза, электролизер выполнен в виде электрохимического активатора с регулятором уровня воды. В систему для получения тепловой энергии дополнительно введены соединенные между собой посредством соединительных элементов (трубопроводов) электрокинетический испаритель, параметрический молекулярный резонатор, накопительная емкость и котел (трубчатый теплообменник) с термокатом. Высоковольтный блок выполнен по схеме умножителя напряжения. Параметры электрохимического активатора: мощность 220 Вт и ток 0,99 А, площадь электродов S=18·10 м.
При этом электроды электрохимического активатора выполнены в виде коаксиальных цилиндров, где периферийный электрод (катод) имеет отрицательный потенциал, а внутренний (анод) соответственно положительный.
В заявленной системе получения тепловой энергии, общими существенными признаками для нее и для ее прототипа являются:
- электролизер в виде емкости и заполненный водой;
- нагрузку в виде потребителя полезной энергии;
- блоки управления;
- высоковольтный блок;
- соединительные элементы;
- выключатели;
- гидравлический вентиль;
- высоковольтное напряжение подается на поляризующие раствор электроды, участвующие в проведения электролиза.
Сопоставительный анализ существенных признаков заявленной системы для получения тепловой энергии и прототипа показывает, что первый в отличие от прототипа, имеет следующие отличительные признаки:
- электролизер выполнен в виде электрохимического активатора с регулятором уровня;
- электрокинетический испаритель;
- параметрический молекулярный резонатор;
- накопительная емкость;
- котел с термокатом;
- высоковольтный блок выполнен по схеме умножителя напряжения;
-3
2
- параметры электрохимического активатора: мощность 220 Вт и ток 0,99 А, площадь электродов S=18·10 м.
Данная совокупность общих и отличительных существенных признаков обеспечивает получение технического результата.
На основании изложенного можно заключить, что совокупность существенных признаков заявленной полезной модели имеет причинно-следственную связь с достигнутым техническим результатом, т.е. благодаря данной совокупности существенных признаков изобретения стало возможным решить поставленную задачу.
Следовательно, заявленная полезная модель является новой и пригодна для промышленного использования.
Полезная модель поясняется чертежом, на котором представлена блок-схема системы для получения тепловой энергии. На ней показаны: электрохимический активатор (ЭХА) 1 с регулятором уровня 2 воды, электрокинетический испаритель (ЭКИ) 3, умножитель напряжения (высоковольтный источник электропитания) 4, параметрический молекулярный резонатор (ПМР) 5, накопительная емкость 6, котел 7 с термокатом 8, полезная нагрузка 9, гидравлические вентиля 10, 11 и 12, блок управления 13 из полупроводниковых диодов, соединительные элементы 14-17.
-1
-1
-3
2
3
-3
3
В электрохимическом активаторе 1 осуществляется частичный электролиз за счет устойчивых резонансных систем «диполей «воды (ионов, молекул, ОН - т.п.) Они образуются около анода и катода при активации. Около анода будет образовываться среда преимущественно состоящая из ионов кислорода, а около катода преимущественно из ионов водорода. Для обеспечения электрохимической активации используется электродная система, где анодная и катодные группы заключены в полупроницаемые мембраны. В каждом из капилляров с жидкостью под действием приложенного напряжения работает ионный насос, который поднимает столб поляризованной и частично ионизированной полем в капилляре микронного по диаметру столба воды от одного потенциала электрического поля, поданного в саму воду к нижнему концу капилляра к противоположному электрическому потенциалу, размещенному с зазором относительно противоположного конца этого капилляра. Источником электрической энергии является выпрямленное напряжение. Параметры ЭХА: потребляемая мощность Р=U·I=220·1=220 Вт.; ток I=U·g=0,99 A; g=4,5 Ом см - удельное электросопротивление водопроводной воды. Материал электродов нержавеющая сталь. Площадь электродов S=18·10 м. В электрокинетическом испарителе 2 осуществляется перевод жидкого агрегатного состояния воды в газ. Вдоль капилляров фитиля и испарителя под действием электростатических сил продольного электрического поля дипольные поляризованные молекулы жидкости двигаются из емкости (ЭХА) в направлении к противоположному электрическому потенциалу электрода (электросмос), срываются этими электрическими силами поля с поверхности испарителя и превращаются в газ (туман), т.е. жидкость переходит в другое агрегатное состояние при минимальных энергозатратах источника электрического поля, и по ним начинается электроосмотический подъем жидкости. В процессе отрыва и столкновения между собой испаренных молекул жидкости с молекулами воздуха и озона, электронами в зоне ионизации между испарителем и верхним электродом происходит частичная диссоциация с образованием горючего газа. Источником питания высоковольтного напряжения является умножитель напряжения 4. Параметры источника питания: Р=U·I=15·10·43·10=650 Вт. В параметрическом молекулярном резонаторе 5 происходит диссоциация молекул испаренной жидкости, например, воды на молекулы водорода и кислорода осуществляется силовым воздействием на них переменным электрическим полем от умножителя напряжения 4. Для каждой жидкости в ее испаренном состоянии существует определенная частота электрических колебаний данного поля и его напряженность, при которых процесс происходит наиболее интенсивно. В качестве источника переменного напряжения используется генератор пилообразного напряжения (ГЛИН) напряжением U=2·10 В. Накопительная емкость 6 предназначена для аккумулирования горючих газов с последующей подачи в термокат 8, в котором происходит беспламенное сжигание водорода. Регулирование производительности системы осуществляется в накопительной емкости 6 при помощи устройства (на чертеже не показано) с коммутационным устройством, включенным в цепь электрического питания электрохимического активатора 1. При достижении определенного объема газа в накопительной емкости 6, происходит отключения электропитания.
Система для получения тепловой энергии эксплуатируется следующим образом. В емкость электрохимического активатора 1 через гидравлический вентиль 10, управляемый регулятором уровня 2, подают заранее подготовленную воду. При достижении 2/3 объема электрохимического активатора 1, перекрывается подача воды. Электропитание на электрохимический активатор 1, подается через блок управления 13, а на электрокинетический испаритель 3 через умножитель напряжения 4. На параметрический молекулярный резонатор 5 также подается питание. В электрохимическом активаторе 1 происходит разделение молекул воды на водород и кислород. Через соединительные элементы 14 водный раствор разделенных элементов поступает в электрокинетический испаритель 3, в котором происходит их перевод жидкого агрегатного состояния воды в газ. Из электрокинетического испарителя 3 по соединительным элементам 15 газ подается в параметрический молекулярный резонатор 5. В параметрическом молекулярном резонаторе 5 происходит диссоциация молекул испаренной жидкости. Из параметрического молекулярного резонатора 5 газ через соединительные элементы 16 в накопительную емкость 6. После чего посредством соединительных элементов 17 газ поступает в термокат 8, где происходит его беспламенное сжигание. Затем продукт горения через вентиля 11 и 12 поступает в теплообменник для системы горячего водоснабжения.