ЭЛЕКТРОМОБИЛЬ
ELECTRIC MOTOR CAR

Изобретение относится к автомобильной промышленности.
Известны электромобили, содержащие кузов, колеса, электродвигатели, включатель, аккумулятор, редуктор трансмиссии, акселератор, электрические батареи с топливными элементами (Большая Советская энциклопедия, 3 издание, 3 диск к компьютеру, раздел «Электромобиль»).
Известен «Топливный элемент», состоящий из двух пластинчатых электродов, разделенных жидким электролитом, в полости, граничащие с электродами, одного подается водород, в полости другого - кислород. В качестве топлива используется водород, в качестве окислителя - кислород, катализатор-никель, в качестве электролита - жидкая щелочь (едкий натрий или едкий калий). На поверхности раздела электролит-электрод в присутствии катализатора происходит реакция окисления и восстановления. В результате этих реакций образуются ионы А и В (рекомбинирующие затем до конечного продукта реакции АВ) и выделяется (или поглощается) тепло Q, освободившиеся при реакции окисления топлива электроны создают на аноде избыточный отрицательный заряд, а на катоде - избыточно положительный заряд. При замыкании внешней цепи появляется электрический ток, совершающий полезную работу (Большая Советская энциклопедия, 3 изд., 3 диск компьютера, раздел Топливный элемент). Известен электромобиль, работающий на топливных элементах (100 великих чудес техники. С.А.Мусский, М., 2001 г., с.357).
Недостатками известного электромобиля являются большие затраты денежных средств на покупку водорода и кислорода, требуются заправочные станции, заводы на производство сжиженного газа водорода и кислорода, машины для транспортировки сжиженного газа до заправочных станций.
Целью изобретения является повышение производительности, сокращение затрат денежных средств на топливо и расширение технологических возможностей.
3
Поставленная цель достигается тем, что электроды (анод и катод) топливного элемента выполнены в форме квадрата или прямоугольника, многоугольника, ромба, окружности, овала или в форме геометрических фигур с треугольными выступами по окружности в форме 3, 4, 5, 6, 8-конечных звезд, расположенных коаксиально или параллельно друг другу с надлежащим интервалом, между ними содержится электролит, а в центре и окраине топливного элемента расположены герметичные полости с реагентами, выполнены с возможностью подачи топлива и окислителя в полости, граничащие с электродами. Сосуды батареи питательного элемента расположены выше уровня бака для воды и соединены между собой в замкнутый цикл при помощи трубки и газопроводов, выполненных с возможностью перемещения продуктов реакции - дистиллированной воды из сосуда батареи в емкость для расщепления воды самотеком, а из емкости для расщепления воды перемещение в полости батареи топливного элемента - топлива (водород) на анод, окислителя (кислород) - на катод через вакуум-баллон при помощи вакуум-насосов. Выполнены с возможностью в замкнутом цикле поточного производства топлива и окислителя непосредственно в автомобиле в процессе его работы путем расщепления воды на водород и кислород, затем прямого преобразования их в электрическую энергию при помощи топливного элемента. Электроды (аноды и катоды) батареи питательного элемента соединены электрической цепью с четными электродами устройства для расщепления воды через понижающий трансформатор, выполнены с возможностью преобразования параметров напряжения в слабый электрический ток 10 и с нечетными электродами через повышающий трансформатор, генератор электрических импульсов, резонатор, дроссель, шаговый искатель выполнены с возможностью преобразования параметров напряжения в ток высокого напряжения в десятки тысяч вольт, создания электрических импульсов при помощи генератора электрических импульсов в режиме резонанса и возможности регулирования напряжения и продолжительности импульсов при помощи регуляторов и создания комбинации пульсирующего и постоянного тока с разными параметрами напряжения, и высокая частота импульсов производит ступенчатое поднятие потенциала на электродах для ослабления электрических, ионных и ковалентных связей молекул воды для поляризации, деформации и разрыва связей молекул воды и расщепления их на водород и кислород и перемещения водорода и кислорода в полости топливного элемента. Устройство для расщепления воды может быть выполнено в форме электролизера воды.
Новизна заявленного технического устройства по сравнению с известными техническими решениями обусловлена тем, что за счет соединения между собой сосудов батареи питательного элемента с баком для воды в замкнутом цикле при помощи трубок, а емкости для расщепления воды с сосудами батареи топливных элементов происходит одновременно перемещение самотеком дистиллированной воды из сосуда батареи в бак для воды, а из емкости для расщепления воды в полости батареи топливного элемента - топлива (водород) на анод и окислителя (кислород) на катод через вакуум-баллон при помощи вакуум-насосов, обеспечивается непрерывное производство топлива и окислителя непосредственно в автомобиле в процессе его работы путем устройства для расщепления воды на водород, кислород и прямое преобразование их в электрическую энергию при помощи топливного элемента.
За счет устройства для расщепления воды на водород, кислород, вакуум-баллона, вакуум-насосов обеспечивается повышение производительности, снижаются затраты денежных средств на топливо и ускоряется расщепление воды на водород и кислород.
За счет применения электролизера и устройства для расщепления воды на водород и кислород обеспечивается расширение технологических возможностей.
За счет применения электродов топливного элемента в поперечном сечении в форме квадрата или прямоугольника, многоугольника, окружности, овала обеспечивается расширение технологических возможностей.
При исследовании заявленного технического решения по сравнению с известным по патентным, научным, научно-техническим материалом не обнаружена такая совокупность признаков, что позволяет судить о существенности заявленных признаков.
Сущность изобретения поясняется чертежами.
На фиг.1 изображено поперечное сечение топливного элемента, выполненного в форме квадрата.
На фиг.2 - то же в форме шестигранника.
На фиг.3 - то же в форме окружности.
На фиг.4 - то же в форме прямоугольника.
На фиг.5 - то же в форме ромба.
На фиг.6 изображен продольный разрез топливного элемента.
На фиг.7 изображено поперечное сечение топливного элемента, выполненного в форме овала.
На фиг.8 изображена схема работы батареи топливного элемента.
На фиг.9 изображен поперечный разрез топливного элемента, выполненного в форме шестиконечной звезды.
На фиг.10 - то же выполнено в форме пятиконечной звезды.
На фиг.11 изображена блочная схема взаимодействия узлов и деталей.
На фиг.12 изображен поперечный разрез топливного элемента в форме квадрата.
На фиг.13 - то же в форме шестигранника.
На фиг.14 изображен автомобиль.
На фиг.15 и 16 изображены электрические схемы устройства для расщепления воды.
На фиг.17 изображено изменение молекулярного состояния воды в процессе расщепления.
Электромобиль состоит из кузова 1, колес 2, сиденья 3, рулевого управления 4, электрических двигателей 5, включателя 6, аккумулятора 7, редуктора трансмиссии 8, топливного элемента 9, устройства 10 для расщепления воды на водород и кислород. Топливный элемент 9 состоит из сосуда 11, пористых электродов анода 12, катода 13 и полостей 14 и 15 с реагентами. Электроды анод 12 и катод 13 топливного элемента 9 в поперечном сечении выполнены в форме квадрата (или прямоугольника, многоугольника, ромба, окружности, овала или в форме геометрических фигур с треугольными выступами по окружности в форме 3, 4, 5, 6, 8-конечных звезд), расположены коаксильно или параллельно друг другу с надлежащим интервалом. Между ними содержится электролит 16, а в центре и окраине топливного элемента расположены герметичные полости 14 и 15 с реагентами, выполненные с возможностью подачи топлива и окислителя в полости, граничащие с электродами. Электролит (водный раствор кислоты или щелочи). Окислитель 17 - кислород. Топливо 18 - водород, сопротивление 19. Газопроводы 20 для подачи топлива 18 (водород) на анод 12 и окислителя 17 (кислород) на катод 13. Выполнены с возможностью проведения распада молекул водорода на атомы на аноде 12, они теряют свои электроны, становятся положительными ионами и уходят в электролит. Потерявший ионы анод приобретает отрицательный заряд по отношению к другому электроду, и свободные электроны движутся к последнему по внешней цепи, там они соединяются с атомами кислорода - образуют отрицательные ионы, последние проходят через электролит и соединяются с положительными ионами водорода, так возникает замкнутая цепь, по которой идет электрический ток, и топливный элемент становится электрическим генератором. При реакции окисления топлива электроны создают на электроде-аноде избыточный отрицательный заряд, а на катоде в результате реакции восстановления окислителя создается избыточный положительный заряд. При замыкании внешней цепи в ней появляется электрический ток, совершающий полезную работу.
3
Кроме электроэнергии в нем образуются еще побочные продукты, дистиллированная вода и тепло. Одиночный топливный элемент 9 создает напряжение около 1,5 В. Для получения более высокого напряжения топливные элементы 9 последовательно соединяют друг с другом в батарею 21. Устройство 10 для расщепления воды выполнено в форме электролизера 22, состоящего из емкости 23 или системы емкостей, наполненных электролитом 16, с размещенными в нем электродами - катодом 24 и анодом 25, соединенными с отрицательными и положительными полюсами источника постоянного тока с топливным элементом 9 батареи. Однотипные одинаковые емкости 23 могут быть последовательно или параллельно объединены в батарею 21 для совместного действия и получения требуемого количества водорода и кислорода непосредственно из воды в процессе работы автомобиля. Электролизер 22 герметически закрытого типа предназначен для поточной работы. Электролизер содержит неподвижные электроды 24, 25. Для изготовления электродов - анода 25 применяют графит, для изготовления катода 24 - нержавеющую сталь. Аноды 12 и катоды 13 батареи 21 топливного элемента 9 соединены с инвертором 26, выполнены с возможностью преобразования постоянного тока в переменный ток. Сосуды 11 батареи 21 топливных элементов 9 расположены выше уровня бака для воды и соединены между собой трубками 20. Выполнены с возможностью в процессе электролиза и прямого преобразования химической энергии реагентов топлива и окислителя в электрическую энергию - отвода продуктов реакции - дистиллированной воды из сосудов 11 батареи 21 в бак для воды - самотеком, а из емкости 23 - перемещение топлива водород в полость 14 на анод 12 и окислителя кислород в полость 15 на катод 13 топливных элементов 9 через вакуум-баллон, через вакуум-насос для подачи водорода в полости 14 топливных элементов 9 на аноды 12 при помощи вакуум-насоса, для подачи кислорода в полости 15 топливных элементов на катоды 13 топливных элементов 9. Выполнены с возможностью поточного производства топлива и окислителя непосредственно из воды в автомобиле в процессе его работы путем электролиза или расщепления воды на водород и кислород и прямого преобразования их в электрическую энергию при помощи топливных элементов 9 батареи 21. Расщепление воды на водород и кислород можно производить вторым вариантом. Второй вариант такой же, как первый вариант, отличается от него тем, что в бак заливаем пресную водопроводную или речную воду. Нечетные электроды устройства соединены с источником постоянного тока через понижающий трансформатор 27 и выпрямительный диод 28 сопротивления. Выполнены с возможностью преобразования переменного электрического тока в постоянный ток при помощи диода 28 и преобразования параметров напряжения электрического тока в слабый электрический ток 10 A при помощи трансформатора 27. Четные однополярные электроды соединены с источником переменного тока через выпрямитель 29, повышающий трансформатор 30, генератор электрических импульсов 31, резонатор 32, дроссельную катушку 33 и шаговый искатель 34. Выполнены с возможностью преобразования переменного электрического тока в постоянный электрический ток при помощи выпрямителя 29, преобразования параметров напряжения в ток высокого напряжения в десятки тысяч вольт при помощи повышающего трансформатора 27, создания электрических импульсов при помощи генератора электрических импульсов 31 в режиме резонанса и возможности регулирования напряжения при помощи регулятора 35 и продолжительности импульсов при помощи регуляторов 36, создания комбинации пульсирующего и постоянного тока с разными параметрами напряжения электрического тока. Внешняя индуктивность образует колебательный контур и создает параллельную резонансную схему. Она возбуждается мощным импульсным генератором 31, который вместе с емкостью и выпрямительным диодом 28 составляет схему накачки, высокая частота импульсов позволяет ступенчато поднимать потенциал на электродах до тех пор, пока не достигнет точки, где молекула воды распадается и возникает кратковременный импульс тока. Схема измерения тока питания выявляет этот скачок и запирает источник импульса на несколько циклов, позволяя воде восстановиться. Обыкновенная водопроводная пресная вода разлагается на водород и кислород посредством комбинации высоковольтных импульсов при среднем потреблении тока, измеряемого всего лишь миллиамперах. При этом отсутствует нагрев электродов и емкости 23. При расщеплении воды ослабляются электрические, ионные и ковалентные связи молекул воды, происходит поляризация, деформация и разрыв молекулярных связей и освобождение водорода и кислорода. (Патент США 4936961.)
Емкость 23 электролизера воды или устройство для расщепления воды соединены с вакуум-баллоном 37. Вакуум-баллон 37 снабжен вакуум-регулятором 38 и вакуум-насосами 39 и 40. Вакуум-насос 39 предназначен для перемещения водорода в полость 14 топливных элементов 9, а вакуум-насос 40 - для перемещения кислорода в полость 15 топливного элемента 9 батареи 21.
Батарея 21 снабжена кожухом 41, воздуховодом 42 и вентилятором 43. Выполнены с возможностью отвода тепла потоком воздуха от поверхности топливных элементов 9 батареи 21 в салон автомобиля по направляющим змеевика кожуха 41, при помощи вентилятора 43, в холодное время года из-под кожуха 41 через воздуховод 42 при помощи электрического вентилятора 43 для обогрева внутреннего помещения салона. Емкость 23 соединена с баком 44 для воды при помощи электрического насоса 45 и водопровода 46. В емкости 23 установлен регулятор уровня жидкости 47, снабженный поплавковой камерой 48, поплавком 49. В верхнем и нижнем основании поплавка 49 установлены пластины 50 из постоянного магнита. В верхнем основании поплавковой камеры 48 установлены геркон 51, работающий на размыкании электрической цепи, в нижнем основании камеры 48 установлен геркон 52, работающий на замыкании электрической цепи, питающей электрический насос 45. На водопроводе 46, трубках и газопроводах 20 имеются вентиля 53. Второй вариант устройства для расщепления воды на водород и кислород содержит автоматический прерыватель 54 напряженности импульса, программный переключатель 55 электрической цепи, параллельное соединение 56 выпрямителя тока 29, электрическую цепь 57, напряжение 58, заземление 59, первичную обмотку трансформатора 60, блокировочную систему диода 61, катушку индуктивности 33, вторичную обмотку электрической цепи 62, режим такта пульса 63, затвор пульса 64. Сосуды 11 батареи 21 топливных элементов 9 последовательно или параллельно соединены с баком 65 для электролита при помощи водопровода 46 и патрубков. Бак 65 для электролита расположен выше уровня сосудов 11 батареи 21 и выполнен с возможностью бесперебойного снабжения и подачи электролита 16 в сосуды 11 топливных элементов 9 батареи 21 по мере необходимости - самотеком. Все емкости электролита 16 топливных элементов 9 объединены в батарею 21 и последовательно или параллельно соединены между собой и баком 44 при помощи водопровода 46 и патрубков в форме сообщающихся сосудов. Выполнены с возможностью отвода продуктов химической реакции - дистиллированной воды в бак 44 - самотеком. Все аноды 12 соединены между собой, все катоды 13 топливных элементов 9 последовательно или параллельно соединены между собой при помощи электрической цепи в батарею 21 для совместного действия и прямого преобразования химической энергии реагентов топлива и окислителя в электрическую энергию для получения требуемых параметров электрического напряжения или силы тока.
Устройство работает следующим образом. В вакуум-баллоне 37 имеется запас водорода и кислорода. Заливаем бак 44 щелочной дистиллированной водой. Открываем вентиля 53 на водопроводе 46 и газопроводах 20.
Регулятор уровня жидкости 47 работает следующим образом. Замыкаем электрическую цепь, питающую электрический насос 45. Он перемещает воду из бака 44 в емкость 23 и наполняет ее. Поплавок 49 всплывает в поплавковой камере 48. Как только уровень жидкости поднимется до заданных пределов, поплавок 49, всплывая, постоянным магнитом 50 взаимодействует с герконом 51. Геркон 51 размыкает электрическую цепь, питающую электрический насос 45. Работа насоса 45 прекращается, прекращается подача воды из бака 44 в емкость 23. Как только уровень жидкости понижается ниже заданных пределов, поплавок 49, перемещаясь вниз, взаимодействует с герконом 52. Геркон 52 замыкает электрическую цепь, питающую электрический насос 45. Электрический насос 45 снова перемещает воду из бака 44 в емкость 23. Далее все технологические операции повторяются.
Для электролиза воды замыкаем электрическую цепь, питающую электроды катод 24 и анод 25. Электрический ток от аккумуляторной батареи 7 или от топливного элемента 9 батареи 21, от анода 12 постоянный ток поступает на анод 25, от катода 13 на катод 24 электролизера 22. При этом происходят электрохимические процессы движения ионов к электродам 24 и 25 электролизера 22. При прохождении через них электрического тока ионы электролита движутся к электродам 24 и 25. Положительно заряженные ионы (катионы) - к катоду 24, а отрицательно заряженные ионы (анионы) - к аноду 25. Происходят окисления и восстановления. Электрохимическое окисление происходит на аноде 25, восстановление - на катоде 24. В результате на катоде 24 происходит восстановление ионов или молекул электролита. Катионы принимают электроны и превращаются в ионы более низкой степени окисления или в атомы. На аноде 25 происходит окисление ионов или молекул, находящихся в электролите. Скорости электродных реакций зависят от состава и концентрации электролита, от материалов электрода, электродного потенциала, температуры и ряда других факторов. В результате электролиза воды получаем водород и кислород.
3
Получить водород и кислород можно вторым вариантом. Второй вариант такой же, как первый вариант, отличается от него тем, что в бак 44 заливаем пресную водопроводную или чистую речную воду. При замыкании электрической цепи от аккумуляторной батареи 7 или от батареи 21 топливного элемента 9, от анода 12 и катода 13 электрический ток, проходя через инвертор 26, преобразуется в переменный ток. Переменный ток, проходя через понижающий трансформатор 27, понижает параметры напряжения, преобразует в слабый электрический ток 10 А и подает на выпрямительный диод 28, он преобразует переменный ток в постоянный ток и подает на нечетные электроды
На четных однополярных электродах - переменный ток, трансформатор 30 преобразует в ток высокого напряжения в десятки тысяч вольт. Генератор электрических импульсов 31 создает электрические импульсы. Выпрямитель 29 переменный электрический ток преобразует в постоянный электрический ток, он подается на четные однополярные электроды. Производим регулировку напряжения при помощи регулятора напряжения 35 и регулятора 36 продолжительности импульсов в режиме резонанса и приведения в соответствие с частотой резонанса молекулы воды для зарядки той же полярности, растяжения оболочки атомов и молекул воды, деформации и разрыва электрических, ионных, и ковалентных связей молекул воды и создания комбинаций пульсирующего и постоянного электрического тока с разными параметрами напряжения электрического тока. Внешняя индуктивность образует колебательный контур и создает параллельную резонансную схему. Она возбуждается мощным импульсным генератором 31, резонатором 32, которые вместе с емкостью и выпрямительным диодом 28 составляет схему накачки. Шаговый искатель 34 и высокая частота импульсов позволяют ступенчато поднимать потенциал на электродах до тех пор, пока не достигнет точки, где молекулы воды распадаются и возникает кратковременный импульс тока. Схема измерения тока питания выявляет этот скачок и запирает этот источник импульса на несколько циклов, позволяя воде восстановиться. Обыкновенная водопроводная вода разлагается на водород и кислород посредством комбинации высоковольтных импульсов при среднем потреблении тока, измеряемого миллиамперах. При этом отсутствует нагрев электродов и емкости 23. При расщеплении воды ослабляются электрические ионные и ковалентные связи молекулы воды, происходит поляризация, деформация и разрыв молекулярных связей и освобождение водорода и кислорода (патент США 4936961).
При электролизе воды или при расщеплении воды замыкаем электрическую цепь, питающую вакуум-насосы 39 и 40. Вакуум-насосы 40 и 39 создают низкое давление-вакуум в вакуум-баллоне 37 и емкости 23. За счет вакуума в емкости 23 происходит извлечение водорода и кислорода в процессе расщепления. Вакуум-насос 39 перемещает водород из вакуум-баллона 37 в полость 14 батареи 21. Вакуум-насос 40 перемещает кислород из вакуум-баллона 37 в полость 15 батареи 21 по газопроводам 20. На поверхности раздела - электролита (щелочи) 16-электродов 12 и 13 в присутствии катализатора никеля происходит реакция окисления и восстановления. При реакции окисления топлива водорода электроны создают на аноде 12 избыточный отрицательный заряд, а на катоде 13 в результате реакции восстановления окислителя создается избыточный положительный заряд. При замыкании внешней цепи в ней появляется электрический ток, который питает: электрические двигатели 5 ведущих ходовых колес 2, аккумуляторную батарею 7, анод 25, катод 24, электрический вентилятор 43, электрический насос 45 и другие. Происходит отвод продуктов реакции - дистиллированной воды из полости 15 топливного элемента 9 батареи 21 в емкость 23 электролизера 22 или устройство 10 (для расщепления воды на водород и кислород). Происходит отвод тепла из поверхности топливных элементов под кожухом 41 по воздуховоду 42 при помощи электрического вентилятора 43 в салон автомобиля для обогрева внутреннего помещения в холодный период времени зимой, весной, осенью.