Генератор газа Брауна

Область техники, к которой относится полезная модель
Полезная модель относится к области энергетики и предназначена для получения газа Брауна (гремучий газ). Генератор может быть использован в энергетических установках различного назначения, например, в энергетических установках транспортных средств или в отопительных системах.
Уровень техники
Известно устройство для преобразования энергии (патент РФ на изобретение №2350691, кл. МПК C25B 1/06, опубл. 27.03.2009), содержащее газогенератор для получения водородно-кислородной смеси или газа Брауна и реакционную камеру, в которой расположены электроды, причем реакционная камера имеет ось симметрии, а внутренняя ограничительная поверхность реакционной камеры в области корпуса реакционной камеры, по меньшей мере, на отдельных участках образована внутренними поверхностями электродов газогенератора, в газогенераторе выполнен ротор с осью вращения, причем ось вращения ориентирована коаксиально оси реакционной камеры.
Известен генератор водорода для водогрейного котла (патент РФ на полезную модель №196520, кл. МПК C01B 3/08, опубл. 03.03.2020), который содержит блок управления с запорной арматурой управления производством водорода, а также последовательно соединенные трубопроводами водяной насос, реактор и ресивер воды и водорода. Реактор выполнен в виде пластинчатого теплообменника, установленного в газовой камере сжигания водорода. Пластины теплообменника выполнены из сплава алюминия и добавки, разрушающей окисную пленку алюминия при взаимодействии с водой и инициирующей экзотермическую реакцию выделения из воды тепла и водорода. Газовая горелка камеры сжигания водорода через дозатор водорода соединена с водородным выходом генератора. Реактор установлен в полости камеры сжигания над газовой горелкой, а дозатор водорода выполнен в виде электромагнитного клапана, управляющий вход которого соединен с соответствующим выходом блока управления. Полезная модель позволяет увеличить объем производства, синтезированного из воды водородного топлива за счет инициирования в реакторе дополнительной эндотермической реакции преобразования молекул воды в газ Брауна с последующим выделением из него в ресивере чистого водорода.
Известна система питания теплового двигателя (патент РФ на полезную модель №128665, кл. МПК F02M 25/00, опубл. 27.05.2013), которая содержит последовательно соединенные электронную схему управления, представляющую собой широтно-импульсный модулятор тока, электролизер, циркуляционный резервуар, осушитель газа, соединенный через пламегаситель, представляющий собой, например, участок трубы, заполненный проволочной канителью, с воздушным трубопроводом и далее с камерой сгорания двигателя. При этом второй выход циркуляционного резервуара соединен с входом электролизера, снабженного датчиком температуры, соединенным с одним из входов схемы управления, второй вход которой соединен с датчиком частоты вращения коленвала двигателя. Циркуляционный резервуар выполнен из двух частей, разделенных перегородкой на две сообщающихся полости. Одна из полостей с гремучим газом (газом Брауна) отделена перегородкой от второй полости с заправочной горловиной, при этом уровень заправочной горловины расположен ниже места подключения патрубка подвода гремучего газа (газа Брауна). Полость снабжена датчиком уровня электролита и датчиком давления, соединенным через механически управляемый электрический ключ с подключенным к входу электролизера выходом схемы управления. Третий вход схемы управления соединен с датчиком положения педали акселератора. Осушитель газа снабжен датчиком уровня жидкости (конденсата). При этом электронная схема управления представляет собой широтно-импульсный модулятор тока.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту к заявленному устройству - прототип - является генератор газа Брауна (патент РФ на полезную модель №96185, кл. МПК F02M 25/00, C25B 1/00, опубл. 20.07.2010), который включающий электролизную емкость, заполненную жидкостью, в которой расположены электроды, каждый из которых подключен к основному функционально самостоятельному источнику электрической энергии и термоэлектрическому генератору, камеру сбора газа Брауна, соединенную с электролизной емкостью и входом камеры сгорания поршневого ДВС, отличающийся тем, что камера сбора газа Брауна расположена над электролизной емкостью, отделена от нее статическим успокоителем и соединена с выходом компрессора подачи сжатого воздуха, при этом термоэлектрический генератор совмещен с наружной поверхностью электролизной емкости.
Недостатком известного устройства является относительно высокое энергопотребление при генерации газа Брауна и недостаточная энергоэффективность, обусловленная, в том числе, значительными коррозионными процессами на электродах.
Раскрытие полезной модели
Задачей настоящей полезной модели является устранение недостатков аналогов и прототипа, решение проблемы коррозии электродов и больших затрат электроэнергии на разрыв молекул воды.
Технический результат - снижение энергопотребления и повышение энергоэффективности работы устройства, а также снижение коррозионных процессов.
Указанный технический результат достигается тем, что генератор газа Брауна содержит емкость, включающую последовательно соединенные с помощью трубок электролизер и два водных затвора, электролизер заполнен 10% раствором сульфата натрия, в котором расположены угольные электроды, каждый из которых подключен к источнику электрической энергии, причем один конец трубки для сбора газа Брауна расположен выше уровня жидкости, а другой конец трубки погружен в воду затвора, трубки для сбора газа в затворах расположены выше уровня воды, при этом выход трубки для сбора газа оснащен соплом.
В качестве источника электрической энергии может быть использован аккумулятор.
Электроды могут быть соединены с источником тока через выключатель.
Источник электрической энергии может генерировать постоянный ток со следующими параметрами: напряжение 1,1-2 В и сила тока 1 А.
Сопло может дополнительно содержать наконечник в виде полой иглы.
Существует много вариантов генераторов Брауна применяемых для получения газовой смеси используемой в газовых горелках. Везде указывается главный недостаток этих генераторов - большие затраты электроэнергии на разрыв молекулы воды. В случае применения 10%-ого раствора сульфата натрия в воде, при  взаимодействии молекул друг с другом воды и сульфата происходит распад молекул на ионы: водорода, кислорода, натрия и сернокислого остатка, которые находятся в состоянии динамического равновесия. Таким образом, в предлагаемом варианте конструкции электроэнергия нужна только для транспортировки ионов к соответствующим электродам и накоплению электропотенциала необходимого для прохождения окислительно-восстановительных реакций, в результате которых происходит выделение молекулярных водорода и кислорода. Кроме того, в результате применения угольных электродов, заменяющих металлические, устраняется явление коррозии электродов.
Замена воды на электролит в виде 10%-ого раствора сульфата натрия в воде обеспечивает и снижение энергопотребления, и повышение энергоэффективности.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 представлена схема общего вида генератора газа Брауна.
На фигуре приняты следующие обозначения: 1 - I затвор; 2 - II затвор; 3 - электролизер; 4 - угольные электроды; 5 - анод; 6 - катод; 7-9 - трубки; 10 - сопло с наконечником в виде полой иглы.
Осуществление полезной модели
Генератор газа Брауна содержит емкость, включающую последовательно соединенные с помощью трубок 7-9 электролизер 3 и два водных затвора 1 и 2.
2
4
Электролизер 3 заполнен 10%-ным раствором сульфата натрия NaSO, в котором расположены угольные электроды 5 и 6, каждый из которых подключен к источнику электрической энергии (на фиг. источник не показан). В растворе (электролите) используется дистиллированная вода и сульфат натрия, который абсолютно безвреден для человека, его используют, в том числе, в медицинских целях.
Один конец трубки 7 для сбора газа Брауна расположен выше уровня раствора в электролизере 3, а другой конец трубки 7 погружен в воду затвора 1, выход трубки 8 погружен в воду затвора 2, а входы трубок 8-9 для сбора газа в затворах расположены выше уровня воды, при этом выход трубки 9 для сбора газа оснащен соплом.
В качестве источника электрической энергии может быть использован аккумулятор. Электроды 5-6 могут быть соединены с источником тока через выключатель. Чтобы инициировать начало электролиза, а значит, и получение гремучего газа нужно замкнуть электрическую цепь выключателем, также и остановить процесс можно размыканием электрической цепи.
Источник электрической энергии генерирует постоянный ток, например, со следующими параметрами: напряжение 1,1-2 В и сила тока 1 А.
Сопло 10 может дополнительно содержать наконечник в виде полой иглы.
Генератор газа Брауна работает следующим образом.
В электролизер 3 помещают 10%-ный раствор сульфата натрия в дистиллированной воде при комнатной температуре. В результате диссоциации происходит образование в растворе отрицательно заряженных анионов гидроксила и сернокислого остатка, а также положительно заряженных катионов водорода и натрия. От аккумуляторной батареи электрический ток с параметрами: 1,1-2 В и 1 А подается на угольные электроды 5 и 6, расположенные в глубине электролита. Под воздействием электрических потенциалов, образованных на электродах 5-6 в электролите происходит ориентация и движение ионов в соответствии с их зарядами к соответствующим электродам с последующими процессами окислительно-восстановительных реакций. Так на катоде 6 происходит восстановление катионов водорода до атомарного водорода с последующим образованием его молекул. Катионы натрия находятся в состоянии динамического равновесия с молекулами сульфата натрия и в восстановлении не участвуют. На аноде 5 происходит окисление гидроксила до атомарного кислорода с последующим образованием молекул. Сернокислый остаток не участвует в окислении, а находится в состоянии динамического равновесия с молекулами сульфата натрия. Смесь выделенных молекул водорода и кислорода, именуемая газом Брауна, попадает в свободное от электролита пространство  электролизера 3 и через водяные затворы 1 и 2 идет на сопло 10, где при инициировании (зажигании) происходит горение (синтез воды) с выделением энергии и воды, которая, при необходимости может быть возвращена в электролизер самотеком.
Таким образом, в заявленном устройстве:
применяются угольные электроды, которые не расходуются, не подвергаются коррозии и дешевле в изготовлении;
2
4
электроды помещаются в 10%-ный раствор сульфата натрия NaSО, который в процессе диссоциации разлагает молекулы воды до катионов водорода и анионов кислорода, которые разряжаются до атомов на соответствующих электродах с образованием молекул. В процессе работы сульфат натрия не расходуется, а находится в состоянии динамического равновесия между молекулами  сульфата и его ионами;
часть устройства с раствором электролита не подвергается сильному разогреву;
электроды могут быть включены в цепь слабого постоянного электротока (1,1-2 В и 1 А), что позволяет исключить любые другие устройства для регулирования электрической цепи;
в связи с тем, что при диссоциации молекулы воды самопроизвольно диссоциируют в катионы водорода и анионы гидроксила электроэнергия в генераторе расходуется только на их восстановление и окисление (соответственно). Это обстоятельство делает работу предлагаемого генератора очень экономичным;
в связи с использованием в цепи слабого электротока достигается значительное снижение стоимости получаемого газа Брауна.
В электролите используется дистиллированная вода и при сгорании газа Брауна тоже образуется чистая вода без примесей, и она может возвращаться самотеком в электролизер. Это также повышает энергоэффективность и минимизурует расход воды. Также может быть реализовано использование отработанной теплой воды в отопительных системах.
Сопоставительный анализ заявляемой полезной модели показал, что совокупность существенных признаков заявленного устройства не известна из уровня техники и значит, соответствует условию патентоспособности «Новизна».
Приведенные сведения подтверждают возможность применения заявленного устройства в энергетике для получения газа Брауна, который может быть использован в энергетических установках различного назначения, и поэтому соответствует условию патентоспособности «Промышленная применимость».