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.
Известны способ получения водорода из воды и устройство для его осуществления (Патент России №2456377, C25B 1/04, опубликован 20.07.2012). Устройство содержит корпус, выполненный способом литья под давлением, например, из теплостойкого сополимера, диэлектрическая проницаемость которого доходит до 100000 единиц, имеет горизонтальные каналы, обеспечивающие вход-выход воды, которые соединяются с коаксиально расположенными каналами, в перегородках которых залиты обкладки конденсатора и обмотки индуктивности. Коаксиальные каналы вертикальными отверстиями, по ходу магнитных силовых линий индуктивностей, связаны с выходными газовыми отверстиями, имеющими металлические сетки, на которые подается постоянное напряжение, обеспечивающее нейтрализацию ионов водорода и кислорода. Клапаны обеспечивают выход газов при незначительном избыточном давлении. Недостатком устройства является его громоздкость, сложность и необходимость создания материалов с диэлектрической проницаемостью порядка 10000.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является «Устройство для преобразования воды в водород» (Патент Канады №2067735, C01B 3/04, п.10, опубликован 17.05.1991), 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 зону реакции паров воды на водород и кислород. Недостатком системы является недостаточно полное разложение паров воды на водород и кислород.
Задачей предлагаемого технического решения является разработка устройства, позволяющего эффективно разлагать пары воды на водород и кислород.
Сущность заявляемого технического решения заключается в том, что аналогично прототипу устройство для разложения воды содержит резонансную электрическую цепь, включающую электрически связанные трансформатор, диод, катушку индуктивности, электрическую емкость, противоположные обкладки которой образованы электропроводящими поверхностями, между которыми расположена зона реакции, катушку переменной индуктивности, узел для впрыска воды и пара в зону реакции. В отличие от прототипа, устройство дополнительно содержит дифференцирующую RC-цепочку (R - активное сопротивление, С - конденсатор), в которой конденсатор С подключен последовательно с катушками индуктивности и электрической емкостью, а активное сопротивление R подключено параллельно электрической емкости.
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) в зоне реакции.
Экспериментально установлено, что разложение паров воды на водород и кислород происходит тем эффективнее, чем выше скорость нарастания напряжения (крутизна фронта импульса) в зоне реакции. Введение в устройство дифференцирующей цепочки позволяет увеличить скорость нарастания напряжения в зоне реакции до величины, превышающей скорость поляризации воды. В результате связи между ионами водорода и кислорода разрушаются сильнее и увеличивается количество молекул воды, распадающихся на водород и кислород.
Сущность предлагаемого решения иллюстрируется фиг. , на которой изображена электрическая схема устройства для разложения воды, где 1 - трансформатор, 2 - диод, 3 - катушка индуктивности, 8 - катушка переменной индуктивности, 4 и 5 - электропроводящие поверхности, 6 - электрическая емкость, 7 - зона реакции, 9 - конденсатор С, 10 - активное сопротивление R.
Устройство для разложения воды включает резонансную электрическую цепь, содержащую последовательно электрически соединенные трансформатор 1, диод 2, катушку 3 индуктивности, электрическую емкость 6, катушку 8 переменной индуктивности. Противоположные обкладки емкости 6 образованы электропроводящими поверхностями 4 и 5, между которыми расположена зона 7 реакции, соединенная с узлом для впрыска воды и пара. Устройство дополнительно содержит дифференцирующую RC - цепочку, состоящую из конденсатора 9 и активного сопротивления 10. Сопротивление 10 и электрическая емкость 6 соединены параллельно. Конденсатор 9 соединен последовательно с катушкой 3 индуктивности, активным сопротивлением 10 и катушкой 8 переменной индуктивности.
Устройство для разложения воды работает следующим образом. Электрическое напряжение от промышленной сети поступает на вход трансформатора 1, увеличивается по амплитуде, проходит через диод 2 и возбуждает колебательный контур, состоящий из катушки 3, катушки 8, конденсатора 9, электрической емкости 6. Указанный колебательный контур настраивают катушкой 8 переменной индуктивности на резонансную частоту, обеспечивая максимальную амплитуду электрического напряжения с высокой крутизной фронта в зоне 7 реакции. В зону 7 реакции с помощью узла для впрыска воды и пара подают воду преимущественно в виде пара. Дифференцирующая цепочка, состоящая из конденсатора 9 и активного сопротивления 10, повышает скорость нарастания напряжения в зоне реакции. При превышении скорости нарастания напряжения над скоростью поляризации воды связи между ионами водорода и кислорода разрушаются, молекулы воды интенсивно распадаются на водород и кислород, что обеспечивает эффективность разложения паров воды на водород и кислород.
С целью опытной проверки полезной модели был изготовлен и испытан образец устройства для разложения воды при питающем напряжении промышленной частоты, содержащий трансформатор 1:100, диод Д237, катушку индуктивности 8 мГн, электрическую емкость 15 пкФ, катушку переменной индуктивности 1-3 мГн, узел для впрыска воды и пара. Газ на выходе из электрической емкости поджигался, оценивалась интенсивность свечения выходящего газа. При включении в устройство дифференцирующей цепочки, состоящей из конденсатора и активного сопротивления, по схеме, представленной на фиг. , интенсивность свечения выходящего газа увеличивалась в несколько раз, следовательно, возрастала эффективность разложения воды на водород и кислород.
Таким образом, предлагаемое устройство для разложения воды на водород и кислород позволяет формировать быстро нарастающее высокое напряжение и, вследствие этого, эффективно разлагать пары воды на водород и кислород.