ЭЛЕКТРОВОДОРОДНЫЙ ГЕНЕРАТОР
ELECTRIC HYDROGEN GENERATOR

Изобретение относится к области электрохимии, а именно к конструкциям электролизеров для получения кислородно-водородной смеси - гремучего газа, путем электролиза воды.
Известны следующие устройства для преобразования энергии путем разложения воды электролизом:
RU 2015395, F02М 21/00, 30.06.1994 г.;
RU 2174162, С25В 9/00, 1/02, 2001 г.;
RU 2224051, С25В 1/04, С25В 9/12, 2004 г.
Признаки: наличие полого корпуса, заполненного электролитом; наличие электродов, один из которых образован внутренней поверхностью корпуса, - являются общими существенными признаками заявляемого и известных технических решений.
С известным устройством, описанным в патенте RU 2346083, С25В 1/04 2009 г., схожесть представляемого устройства заключается в наличии стационарного цилиндрического корпуса и расположение второго электрода вдоль продольной оси цилиндрического корпуса.
Общей характеристикой принципа работы устройств является создание механического поля искусственной силы тяжести (инерционного поля), достаточной для преодоления сил гидратных связей и создающей электродвижущую силу (ЭДС) для наведения электрического тока в электролите, с целью проведения электрохимических реакций с выделением водорода и кислорода (см. описание изобретения к патенту RU 2174162, С25В 9/00, 1/02, 2001 г.).
2
2
2
Недостаток перечисленных устройств вытекает из механики их работы, которая подразумевает вращение объема электролита вокруг оси с постоянной угловой скоростью ω. При этом сила действия инерционного поля, приложенная к какой-либо точке объема электролита, пропорциональна центростремительному ускорению, то есть пропорциональна соотношению ν/R, где ν - проекция вектора линейной скорости на плоскость, перпендикулярную оси вращения, a R - радиус траектории. Известно, что линейная скорость связана с угловой скоростью выражением ν=Rω, поэтому отношение ν/R можно представить как ωR. Из этого следует, что при работе приведенных устройств максимальное действие инерционного поля испытывает слой электролита находящийся у наружного электрода (анода), которое ограничивается частотой вращения вала (для RU 2346083, С25В 1/04, 2009 г. - подачей насоса), что, безусловно, ограничивает их производительность.
Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, состоит в повышении производительности и упрощении конструкции устройства.
Указанный технический результат достигается заявляемым в настоящем описании устройством, путем применения механизма, формирующего скрученный выворачивающийся тороидальный поток из встречных (наружного и внутреннего) спиральных течений электролита, за счет чего образуется смерчеобразный вихрь, который создает высокоинтенсивное инерционное поле, действующее на электролит в приосевой области его объема.
На фиг.1 представлена схема устройства и принцип его работы.
Устройство содержит заполненный электролитом цилиндрический корпус 1 с соосно-расположенной внутри него токопроводящей штангой 2. По сути, поверхность штанги представляет собой катод, а внутренняя поверхность корпуса - анод. Токопроводящая штанга либо гальванически короткозамкнута с корпусом, либо соединена с ним через потребитель постоянного электрического тока. Внутри корпуса, соосно с ним и токопроводящей штангой, расположено устройство, задающее движение электролита, представленное как центробежная крыльчатка 3, приводимая в движение внешним приводом 4. В качестве устройства, задающего движение электролита, вместо центробежной крыльчатки, соединенной с приводом вращения, может быть использовано другое устройство, способное выполнить указанную функцию, например: плоский диск, приводимый во вращение вокруг собственной оси внешним приводом; устройство, формирующее вращающееся магнитное поле, по типу статора асинхронного двигателя, взаимодействие которого с ионами электролита задает движение последнего; устройство циклотронного типа и т.п. Продукты электролиза выводятся из устройства через канал 5, величина потока продуктов электролиза регулируется вентилем 6. Расход воды и электролита пополняется через подводящий канал 7. Для осуществления теплообмена с окружающей средой, с целью компенсации теплоты эндотермической реакции, на внешней поверхности корпуса устройства может быть выполнен воздушный либо жидкостный теплообмен.
Признаки: наличие механизма, формирующего скрученный выворачивающийся тороидальный поток из встречных (наружного и внутреннего) спиральных течений электролита, представленного совокупностью устройства, задающего движение электролита, и цилиндрического корпуса; наличие второго электрода круглого сечения, представленного токопроводящей штангой, расположенного вдоль продольной оси цилиндрического корпуса - являются существенными признаками, отличающими заявляемое устройство от его ближайшего аналога.
Электролит движется по спирали радиусом R вдоль стенок корпуса в сторону от крыльчатки к противоположному основанию, достигнув которого поток электролита проталкивается к оси корпуса, и далее движется в сторону крыльчатки, по спирали меньшего радиуса r, создавая вихрь, подобный смерчу. Так как радиус вращения уменьшается, то угловая скорость вращения значительно возрастает по сравнению с прилегающими слоями, а следовательно, динамический напор потока увеличился, а статический, соответственно с законом Бернулли, становится меньше, чем в прилегающих к нему внешних слоях. Понижение статической составляющей давления ведет к дополнительному уменьшению радиуса r потока за счет действия статического давления внешних слоев электролита, и соответственно сжатию сечения потока. В результате, из-за уменьшения поперечного сечения потока значение модуля линейной скорости ν увеличивается согласно принципу не сжимаемости жидкости. На фиг.2 видом сверху представлена схема динамики образования смерчеобразного вихря в электролите.
2
Часть потока электролита, проходящая в приосевой зоне установки, испытывает максимальное действие центробежного поля, так как здесь достигается наибольшее значение отношения квадрата линейной скорости к радиусу траектории ν/r, здесь же идет разделение гидратированных ионов раствора согласно их массе. Легкие катионы выталкиваются к оси корпуса и разряжаются на поверхности токопроводящей штанги, восстанавливаясь в молекулы водорода. Тяжелые анионы выносятся от оси под действием инерционных сил и сил межионного электрического взаимодействия.
На фиг.3 представлена схема электрохимических реакций, протекающих при работе установки, на примере водного раствора бромноватой кислоты.
Высвобожденные газы собираются в пузырьки и выносятся по штанге к каналу отвода продуктов электролиза, который может быть выполнен в штанге либо в крыльчатке. Поток пузырьков отводимых газов регулируется вентилем, что позволяет уменьшить отток части электролита, попадающего в канал вместе с пузырьками газа. Расходуемый в процессе работы электролит пополняется через канал подвода электролита.
Схема установки позволяет достичь высоких значений инерционного поля, действующего на электролит в приосевой зоне, тем самым создает условия для интенсивного разделения ионов электролита и прохождения электрохимической реакции с выделением газов. Кроме того, высокое инерционное поле позволит использовать электролиты с малой разницей массы ионов, входящих в его состав.
Заявляемое изобретение, по сравнению с аналогами, позволяет повысить производительность, упростить конструкцию устройства и расширить его функциональные возможности, например, благодаря созданию большой разницы давлений в приосевой области и около стенок корпуса, становится возможным, помимо инерционного разделения, использовать смещение химического равновесия в смеси химических соединений, изменение растворимости и т.п. с целью получения требуемых продуктов.