Термодиссоционный генератор водорода и кислорода

Номер документа 3020170010

РУБРИКА:
6. Патентное дело, изобретательство, рационализаторство

РУБРИКА ГРНТИ:
44.31.39. Водородная энергетика

АТРИБУТЫ:
Отрасли: Теплоэнергетика
Тепловая энергия: Водородная энергетика
Электрическая энергия:
Виды топлива:
Водные ресурсы:

РЕКВИЗИТЫ:
Вид документа: Патент
Номер: 2549847С1
Автор (принявший орган): Артамонов Александр Сергеевич, Артамонов Евгений Александрович
Дата: 27.04.2015
Регион: Астраханская область
Источник информации: http://www1.fips.ru

ПОЛНЫЙ ТЕКСТ ДОКУМЕНТА:

 Термодиссоционный генератор водорода и кислорода содержит парогенератор,

вращающийся коллектор пара с отверстиями для выпуска пара, плазмохимические реакторы для термической диссоциации водяного пара и получения водорода и кислорода, подключенные к источнику питания и сообщающиеся с одной стороны с отверстиями в коллекторе пара и с другой стороны с расширяющимися соплами и цилиндрами волновых компрессоров. При этом плазмохимические реакторы либо состоят из корпуса, в котором установлен электрод-катод и который имеет рубашку, сообщающуюся с охлаждаемым соплом-анодом, при этом передняя поверхность корпуса выполнена в виде диска с отверстиями для впуска пара, либо плазмохимические реакторы выполнены в виде блока корпусов реакторов, сообщающихся с блоком охлаждаемых сопел-анодов, в корпусах расположены электроды-катоды, при этом на блоке плазмохимических реакторов расположен клапанный механизм для впуска пара. Плазмохимические реакторы, расширяющиеся сопла и цилиндры волновых компрессоров имеют рубашки для циркуляции охлаждающей жидкости. Изобретение обеспечивает снижение стоимости готовой продукции.

Изобретение относится к области энергетики и предназначено для производства

водорода и кислорода /гремучего газа/ из водяного пара методом термической диссоциации при температуре, превышающей 2500°C, для применения в промышленности, сельском хозяйстве, коммунально-бытовой отрасли, для работы двигателей внутреннего сгорания и газотурбинных установок, при этом электрическая энергия для получения водорода и кислорода в основном поступает от атомных электростанций, которые не потребляют кислород из воздуха и не выбрасывают в атмосферу углекислый газ.

Водородная энергетика, основанная на применении гремучего газа, предельно

экологически чиста и достаточно эффективна по КПД.

Известны схемы получения водорода и кислорода.

К ним относятся ЭЛЕКТРОЛИЗ воды, ФОТОЛИЗ основан на разложении воды

под действием солнечного света, а также ТЕРМОХИМИЧЕСКОЕ разложение воды. Недостатком ЭЛЕКТРОЛИЗА воды является большой расход электроэнергии. Теоретически для получения одного кубического метра водорода требуется 2,95 кВт ч. Недостатком ФОТОЛИЗА является очень низкий КПД, не превышающий 1%. ТЕРМОХИМИЧЕСКОЕ разложение воды было впервые предложено в 60-х годах прошлого столетия. Если попытаться разложить воду с помощью тепла, потребуется температура, превышающая 2500°C. Однако вода может быть разложена при существенно более низкой температуре с использованием ряда последовательных реакций. По одной из схем используется цикл из четырех ступеней с тремя соединениями - ртути, брома и кальция. Недостаток его связан в первую очередь с использованием

ртути - дорогостоящего и вредного для здоровья человека вещества /см. Г. Мучник "Новые методы преобразования энергии", Техника, Знание, 1984 /4, стр.45-49/. Вместе с тем ТЕРМОХИМИЧЕСКОЕ разложение воды является ближайшим аналогом-прототипом, так как содержит признаки, совпадающие с признаками заявляемого изобретения, в частности: - разложение воды происходит при повышенной температуре - ниже 600°C за счет тепла ядерных реакторов. Недостатком ТЕРМОХИМИЧЕСКОГО разложения воды является также использование веществ - тех же брома и кальция, кроме ртути – дорогостоящих материалов, вследствие чего в предлагаемом термодиссоционном генераторе водорода и кислорода - термодиссоционный генератор выполнен с плазмохимическими реакторами, равномерно расположенными по окружности для термической диссоциации водяного пара и получения водорода и кислорода с температурой, превышающей 2500°C, и высоким давлением, подключенными к источнику питания, сообщающимися с одной стороны с отверстиями в коллекторе пара, имеющими кольцевые лабиринтовые уплотнения, вращающемся с заданной частотой на осях, установленных в подшипниках с лабиринтовым уплотнением, одна из которых выполнена пустотелой для впуска пара в коллектор и сообщается с паропроводом, а с другой соединенными с расширяющимися соплами и цилиндрами волновых компрессоров с расположенными на них форсунками для впрыскивания воды или жидкого металла, подсоединенными к газовой турбине,

укрепленной на валу, соединенном с электрогенератором, подключенным к электрощиту, снабженной выпускным патрубком для выпуска отработанных водорода и кислорода, - при этом плазмохимические реакторы для термической диссоциации водяного парами получения водорода и кислорода с температурой, превышающей 2500°C, расширяющиеся сопла и цилиндры волновых компрессоров имеют рубашки для циркуляции охлаждающей жидкости - жидкометаллического теплоносителя, - плазмохимические реакторы содержат корпус с рубашкой, сообщающийся с охлаждаемым соплом-анодом, с расположенным в корпусе электродом-катодом, укрепленным в устройстве, подключенном к источнику питания, с размещенной в корпусе форсункой для впрыскивания легкоионизирующей присадки или - несколько плазмохимических реакторов, расположенных в одном блоке, содержат корпуса с рубашкой и крышкой с укрепленными в корпусах электродами-катодами, сообщающимися с охлаждаемыми соплами-анодами и расширяющимся соплом и цилиндром волнового компрессора, при этом на блоке плазмохимических реакторов расположен клапанный механизм с впускным клапаном для впуска водяного пара, - клапанный механизм включает патрубок для впуска пара, соединенный с коллектором пара, подсоединенным к корпусам плазмохимических реакторов, с размещенным на коллекторе впускным клапаном с пружиной для впуска пара, - форсунка для впрыскивания легкоионизирующей присадки содержит корпус с патрубками для впуска жидкого металла, соединенными с цилиндрическими каналами, расположенными внутри корпуса в слое электроизоляционного материала, с одной стороны которых установлены электроды, подключенные к генератору импульсов, а с другой выполнены сопла, направленные под углом друг к другу и сообщающиеся с взрывной камерой форсунки, имеющей сопло для выхода газовой струи. Изложенная выше совокупность существенных признаков при внедрении обеспечивает реализацию поставленной цели, при этом каждой из данной совокупности приведенных признаков необходим, а все вместе достаточны для получения положительного эффекта - использования термодиссоционного генератора водорода и кислорода для производства водорода и кислорода /гремучего газа/ из водяного пара и снижения стоимости готовой продукции. Исходя из приведенных доводов совершенно правомерен вывод о соотвествии заявляемого технического решения критерию изобретения - "изобретательский уровень". Неоднократная возможность реализации при изготовлении заявляемого технического решения с изложенной выше совокупностью существенных признаков отвечает также в полной мере другому главному критерию изобретения - “промышленная применимость.”

Изложенная сущность технического решения поясняется чертежами, на которых:

- на фиг.1 показана схема термодиссоционного генератора водорода и кислорода

со вспомогательными устройствами,

- на фиг.2 показан продольный разрез по плазмохимическому реактору и сообщающимися с ним устройствами - коллектором пара с одной стороны и расширяющимся соплом и цилиндром волнового компрессора с другой, узел “N”,

- на фиг.3 показано продольное сечение по электроду-катоду, выполненному охлаждаемым - второй вариант,

- на фиг.4 в продольном разрезе показан второй вариант устройства плазмохимических реакторов, выполненных в виде нескольких корпусов в одном блоке,

- на фиг.5 показан продольный разрез по форсунке для впрыскивания легкоионизирующей присадки.

- на фиг.6 приведен разрез по 1-1.

Термодиссоционный генератор водорода и кислорода, служащий для производства этих газов из водяного пара, содержит коллектор пара 1, имеющий на внешней поверхности отверстия 2 для выпуска пара в плазмохимические реакторы 3, расположенные равномерно по окружности, который вращается с заданной частотой на осях 4 и 5 с помощью приводного механизма /не показанного на чертеже/ и шестерни

6. При этом на внешней поверхности коллектора выполнены зубья для сцепления с шестерней 6. Оси коллектора установлены на подшипниках 7 и 8, причем ось 4 выполнена пустотелой для пропуска пара и сообщается в подшипнике с патрубком 9, соединенным с паропроводом 10.

 

Формула изобретения

Термодиссоционный генератор водорода и кислорода содержит пусковой парогенератор, экономайзер перегретой воды, подсоединенный к емкости для воды, насосу, парогенератору, холодильнику для охлаждения водорода и кислорода и выпускному патрубку отработанных водорода и кислорода с температурой 550-600°C термодиссоционного генератора, подключенному к источнику питания и электрощиту, соединенному с источником электроэнергии, парогенератор, подключенный к системе охлаждения на жидкометаллическом теплоносителе, соединенный паропроводом с коллектором пара термодиссоционного генератора и пусковым парогенератором, при этом термодиссоционный генератор выполнен с плазмохимическими реакторами, равномерно расположенными по окружности для термической диссоциации водяного пара и получения водорода и кислорода с температурой, превышающей 2500°C, и высоким давлением, подключенными к источнику питания, сообщающимися с одной стороны с отверстиями в коллекторе пара, имеющими кольцевые лабиринтовые уплотнения, вращающемся с заданной частотой на осях, установленных в подшипниках с лабиринтовым уплотнением, одна из которых выполнена пустотелой для впуска пара в коллектор и сообщается с паропроводом, а с другой соединенными с расширяющимися соплами и цилиндрами волновых компрессоров с расположенными на них форсунками для впрыскивания воды или жидкого металла, подсоединенными к газовой турбине, укрепленной на валу, соединенном с электрогенератором, подключенным к электрощиту, снабженной выпускным патрубком для выпуска отработанных водорода и кислорода, при этом плазмохимические реакторы для термической диссоциации водяного пара и получения водорода и кислорода с температурой, превышающей 2500°C, расширяющиеся сопла и цилиндры волновых компрессоров имеют рубашки для циркуляции охлаждающей жидкости - жидкометаллического теплоносителя, плазмохимические реакторы содержат корпус с рубашкой, сообщающийся с охлаждаемым соплом-анодом, с расположенным в корпусе электродом-катодом, укрепленным в устройстве, подключенным к источнику питания, с размещенной в корпусе форсункой для впрыскивания легкоионизирующей присадки или несколько плазмохимических реакторов, расположенных в одном блоке, содержат корпуса с рубашкой и крышкой, с укрепленными в корпусах электродами-катодами, сообщающиеся с охлаждаемыми соплами-анодами и расширяющимся соплом и цилиндром волнового компрессора, при этом на блоке плазмохимических реакторов расположен клапанный механизм с впускным клапаном для впуска водяного пара, клапанный механизм включает патрубок для впуска пара, соединенный с коллектором пара, подсоединенным к корпусам плазмохимических реакторов, с размещенным наколлекторе впускным клапаном с пружиной для впуска водяного пара, форсунка для впрыскивания легкоионизирующей присадки содержит корпус с патрубками для впуска жидкого металла, соединенными с цилиндрическими каналами, расположенными внутри корпуса в слое электроизоляционного материала, с одной стороны которых установлены электроды, подключенные к генератору импульсов, а с другой выполнены сопла, направленные под углом друг к другу и сообщающиеся с взрывной камерой форсунки, имеющей сопло для выхода газовой струи.


Скачать