УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАЗЛОЖЕНИЯ ВОДЫ

Предлагаемое техническое решение относится к области электрохимической техники и может быть использовано при создании устройств для производства водорода и кислорода в качестве топлива, в том числе на энергоемких промышленных объектах.
Известно «Устройство для преобразования воды в водород» (Патент Канады №2067735, С01В 3/04, п. 10, опубликован 18.11.1992), содержащее резонансную электрическую цепь, включающую электрически связанные трансформатор, диод, катушку индуктивности, электрическую емкость, противоположные обкладки которой образованы электропроводящими поверхностями, между которыми предусмотрена зона реакции, снабженная устройством для впрыска воды и пара, катушку переменной индуктивности. Предлагаемое устройство под действием электрического поля в зоне между обкладками электрической емкости осуществляет разложение впрыскиваемых в указанную зону (зону реакции) паров воды на водород и кислород. К недостаткам устройства относится недостаточно полное разложение паров воды на водород и кислород и сложность схемы.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является «Устройство для разложения воды» (Патент России №136806, С25В 1/04, опубликован 20.01.2014 Бюл. №2), содержащее резонансную электрическую цепь, включающую электрически соединенные трансформатор, диод, катушку индуктивности, электрическую емкость, противоположные обкладки которой образованы электропроводящими поверхностями, между которыми расположена зона реакции, катушку переменной индуктивности, дифференцирующую RC-цепочку, состоящую из конденсатора и активного сопротивления, и узел для впрыска воды и пара в зону реакции. Конденсатор соединен последовательно с катушками индуктивности и электрической емкостью, а активное сопротивление подключено параллельно этой емкости. Данное устройство под действием электрического поля в зоне реакции между обкладками электрической емкости осуществляет разложение впрыскиваемых в указанную зону паров воды на водород и кислород. Питание устройства осуществляется напряжением промышленной сети. Недостатки устройства - недостаточно полное разложение паров воды на водород и кислород и сложность схемы.
Техническая проблема предлагаемого технического решения заключается в разработке простого устройства, позволяющего повысить степень разложения паров воды на водород и кислород.
Сущность заявляемого технического решения заключается в том, что аналогично прототипу устройство для разложения воды содержит электрическую цепь, включающую электрически связанные электрическую емкость, противоположные обкладки которой образованы электропроводящими поверхностями, между которыми расположена зона реакции, дифференцирующую RC-цепочку (R-активное сопротивление, С-конденсатор), в которой конденсатор С включен последовательно с электрической емкостью, а активное сопротивление R подключено параллельно электрической емкости, и узел для впрыска воды и пара в зону реакции. В отличие от прототипа устройство содержит генератор высоковольтных импульсов, подключенный последовательно с конденсатором С и параллельно активному сопротивлению R.
14
Благодаря перечисленной совокупности существенных признаков устройство для разложения воды обеспечивает высокий уровень разложения паров воды на водород и кислород за счет повышения скорости нарастания напряжения (крутизны фронта импульса) с помощью генератора высоковольтных импульсов. Известно, что диэлектрическая проницаемость воды при воздействии на нее промышленной частоты (50 Гц) - более 80, при воздействии оптической частоты (10 Гц) - меньше 2, т.е. диэлектрическая проницаемость воды резко падает с ростом частоты электрического поля. Поэтому при введении в устройство для разложения воды генератора высоковольтных импульсов, характеризующегося наличием спектра частот с высокочастотными составляющими, резко растет напряженность электрического поля в зоне реакции и при впрыске паров воды в зону реакции происходит ослабление сил притяжения между атомами водорода и кислорода, вода интенсивно разлагается на водород и кислород.
Сущность предлагаемого решения иллюстрируется фиг., на которой изображена электрическая схема устройства для разложения воды, где 1 - генератор высоковольтных импульсов, 2 - конденсатор С, 3 - активное сопротивление R, 4 - электрическая емкость, 5 и 6 - электропроводящие поверхности, 7 - зона реакции.
Устройство для разложения воды содержит электрическую цепь, включающую генератор 1 высоковольтных импульсов, конденсатор 2, активное сопротивление 3, электрическую емкость 4, и узел для впрыска воды и пара. Генератор 1, конденсатор 2 и электрическая емкость 4 соединены последовательно, а активное сопротивление 3 включено параллельно генератору 1 и емкости 4. Конденсатор 2 и активное сопротивление 3 составляют дифференцирующую RC-цепочку. Противоположные обкладки электрической емкости 4 образованы электропроводящими поверхностями 5 и 6, между которыми расположена зона 7 реакции, соединенная с узлом для впрыска воды и пара.
Устройство для разложения воды работает следующим образом. Высоковольтные электрические импульсы от генератора 1 поступают на конденсатор 2 дифференцирующей RC-цепочки, в результате дифференцирования число импульсов удваивается, а длительность заметно уменьшается (каждый импульс генератора 1 превращается при дифференцировании в два коротких импульса). Указанные преобразованные импульсы с сопротивления 3 поступают на электрическую емкость 4. В результате в зоне реакции 7 оказываются высоковольтные электрические импульсы удвоенной частоты с высокой крутизной фронта. В зону 7 реакции с помощью узла для впрыска воды и пара подают воду преимущественно в виде пара. При воздействии высоковольтных импульсов, имеющих высокочастотные составляющие, на пары воды, как только скорость нарастания напряжения в зоне 7 становится больше скорости поляризации воды, связи между ионами водорода и кислорода разрушаются, молекулы воды интенсивно распадаются на водород и кислород, что обеспечивает максимальное разложение паров воды на водород и кислород.
Степень разложения паров воды на водород и кислород повышается по сравнению с прототипом, т.к. генератор высоковольтных импульсов обеспечивает в цепи импульсы электрического напряжения с более крутыми фронтами, чем трансформатор у прототипа, а сочетание генератора высоковольтных импульсов с дифференцирующей цепочкой приводит как к удвоению частоты, так и к повышению крутизны фронта импульсов после дифференцирования.
Опытным путем проводилась проверка работоспособности предлагаемой модели. Был изготовлен и испытан образец устройства для разложения воды, содержащий генератор 1 высоковольтных импульсов напряжением 3 кВ, конденсатор 2 на 15 пкФ, сопротивление 3 на 1 кОм, емкость 4, образованная электропроводящими поверхностями 5 и 6, площадью по 3 кв. см каждая и узел для впрыска воды и пара в виде пульверизатора. Газ на выходе из зоны реакции 7 поджигался, оценивалась мощность свечения выходящего газа с помощью измерительного прибора ИМО 2, которая составила 2 мВт. Мощность свечения выходящего газа в установке - прототипе, содержащей трансформатор 1:100, диод Д237, катушку индуктивности 8 мГн, электрическую емкость, образованную электропроводящими поверхностями, площадью по 3 кв. см каждая, катушку переменной индуктивности 1-3 мГн, конденсатор на 15 пкФ, сопротивление на 1 кОм, узел для впрыска воды и пара в виде пульверизатора, составляла 1 мВт. Следовательно, при упрощении установки (уменьшении количества входящих в нее элементов) степень разложения воды на водород и кислород увеличилась вдвое.
Таким образом, предлагаемое устройство для разложения воды на водород и кислород расширяет арсенал технических средств для разложения воды, имеет более простую схему, позволяет эффективно разлагать пары воды на водород и кислород за счет схемного решения и введения генератора высоковольтных импульсов.