ЭКОНОМИЧНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ВОДОРОДНО-КИСЛОРОДНОГО ТОПЛИВА

Комаров Станислав Григорьевич
независимый исследователь, электромеханик

Аннотация
Предложена к проектированию и практической реализации экономичная установка для производства водородно – кислородного топлива термическим методом в условиях гидроэлектростанций малой и большой мощности.

Ключевые слова: водяной холодильник – первичный образователь пара, паровой выход водяного холодильника, последующего их хранения и поставки потребителю, Продольный перегреватель пара, система удаления водорода и кислорода из цилиндров, соединённый с входом продольного перегревателя пара, трубопровод для пара с продуктами диссоциации воды, установленные в водяном потоке конец трубопровода для пара с продуктами диссоциации и цилиндры для сбора водорода и кислорода


Рубрика: 05.00.00 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

Библиографическая ссылка на статью:
Комаров С.Г. Экономичная установка для производства водородно-кислородного топлива // Современные научные исследования и инновации. 2012. № 3 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2012/03/9860 (дата обращения: 30.09.2017).

Принципиальная схема установки для производства водородно – кислородного топлива особо не нуждается в представлении графических изображений (специалистам она очевидна).

Детальное описание установки.

В камере продольного перегревателя пара наиболее эффективно применим индукционный электронагреватель, действующий путём возбуждения тока внутри железных стержней (с температурой плавления 1565 градусов Цельсия), помещённых в специальную изолирующую керамику (типа карборунда, с температурой плавления 2700 градусов) с продольными отверстиями для прохождения и перегрева пара до температуры порядка 1100 – 1400 градусов. Поверх изолирующей керамики размещён соленоид, выполненный в виде металлической трубки, свёрнутой в спираль, по которой в процессе естественной или же принудительной циркуляции движется вода для охлаждения соленоида. Соленоид запитывается током повышенной частоты (порядка 10 – 20 кгц) от специального генератора.

Выход продольного перегревателя пара трубопроводом для пара с продуктами диссоциации воды пропущен через водяной холодильник – первичный образователь пара с температурой более 200 градусов. Конец трубопровода установлен в горизонтальном потоке проточной воды, имеющем заданные в канале потока определённые высоту и приток воды, определяющие её скорость. Материалы трубопроводов уже известны в водородной энергетике.

Паровой выход водяного холодильника, являющегося одновременно первичным образователем пара, соединён с входом перегревателя пара.

В канале потока воды установлены два цилиндра – ёмкости для сбора водорода и кислорода. Водород легче кислорода в 16 раз. Поэтому первым поступает водород в заглубленный в водяной поток цилиндр – ёмкость для сбора водорода. Цилиндр – ёмкость для сбора кислорода расположена на определённом расстоянии (по ходу притока воды в канале), определяемом экспериментально, от цилиндра – ёмкости для сбора водорода. Водяной пар, охлаждаясь в потоке воды, превращается в воду.

Работает установка для производства водородного топлива следующим образом.

В водяном холодильнике – первичном образователе пара включается вспомогательный электронагреватель, нагревающий воду до образования пара. Этот пар начинает поступать в продольный перегреватель пара, в котором в это время работает индукционный нагреватель. Подогретый здесь пар далее через трубопровод в водяном холодильнике продолжает нагревать в нём воду с повышением парообразования. Затем в водяном холодильнике отключается вспомогательный электронагреватель. Процесс первичного образования пара запущен. Добавка горячей воды в водяной холодильник по мере её расхода контролируется микроконтроллером.

С цилиндров – ёмкостей для сбора водорода и кислорода через вспомогательные вентили выпускается воздух. Цилиндры – ёмкости заполняются водой с канала потока воды. Вентили закрываются и цилиндры оказываются подготовленными для сбора соответствующих им газов. Контроль количества образующегося газа в цилиндрах – ёмкостях также осуществляется микроконтроллером, действующим от соответствующих датчиков количества образующегося газа. Микроконтроллер, кроме того, управляет включением – отключением клапанов для передачи газов в систему удаления газов из цилиндров – ёмкостей, последующего их хранения и передачи потребителю.

Как известно, вырабатываемый газ водород возможно превращать в жидкий водород. При соединении жидкого водорода с кислородом, например, в том числе из атмосферного воздуха, выделяется значительное количество тепла. Таким образом, водород может служить топливом для двигателей, не имеющих выхлопных газов, загрязняющих атмосферу.

Прочие дополнения к описанию установки.

Молекулы воды имеют большую устойчивость по отношению к нагреванию. Однако при температурах выше 1000 градусов Цельсия водяной пар начинает заметно диссоциировать (разлагаться) на водород и кислород. Этот процесс идёт с поглощением тепла. Повышение температуры сдвигает равновесие вправо, т. е. с большим образованием двух объёмов водорода и одного объёма кислорода.

Используя термический метод разложения водяного пара на водород и кислород, возможно получать даже при температуре 2000 градусов степень диссоциации (число продиссоциировавших молекул пара) только 1, 8 % (от общего числа молекул пара, участвующих в химическом равновесии), причём за довольно длительное время, и уже при охлаждении водяного пара и продуктов диссоциации в сфере взаимодействия немногим ниже 1000 градусов равновесие практически полностью сдвигается в сторону образования водяного пара. При температуре более 1000 градусов, если постоянно поддерживать концентрацию водяного пара, равновесие всё время смещается в сторону реакции, понижающей концентрацию пара и увеличивающей количество гремучего газа.

Если образовавшиеся при высокой температуре продукты диссоциации быстро охлаждать, то равновесие не успевает сразу сместиться, а затем уже не смещается ввиду крайне малой скорости реакции при относительно низкой температуре. Таким образом, сохраняется соотношение между веществами, существовавшее при высокой температуре.

Несмотря на низкий процент выхода с установки водородно – кислородного топлива, следует учитывать, что на его производство затрачивается в основном дешёвая в условиях гидроэлектростанции электроэнергия. В то же время при удорожании конструкции продольного перегревателя пара возможно значительно повысить процент степени диссоциации.

Так, например, возможно в продольном перегревателе пара произвести платинирование продольных отверстий в изолирующей керамике, предназначенных для прохождения и перегрева пара, и размещения в них мелкораздробленного палладия, насыщенного в промышленных условиях водородом. Температура плавления платины 1769 градусов, палладия 1552 градуса.

Платина и палладий – высокоэффективные катализаторы. Они замечательны своей способностью поглощать огромное количество водорода (платина 100, а палладий до 900 объёмов на один объём металла). Этот поглощённый водород приближен к атомарному водороду и поэтому очень активен. Платина и палладий способны не только хранить водород в адсорбированном состоянии, но и многократно ускорять при температуре более 1000 градусов процесс диссоциации водяного пара на водород и кислород при правильно подобранных исходных объёмах этих металлов.

Введение платинового и палладие-водородного катализаторов в равновесную систему не изменяет состояния равновесия, т. к. катализаторы в одинаковой степени ускоряют и прямую и обратную реакции. Но применение катализаторов даёт возможность значительно ускорить наступление равновесия, т. е. в более короткий и необходимый в практическом отношении срок получить необходимое количество водорода и кислорода. Реакция диссоциации водяного пара протекает с достаточной скоростью только при температуре порядка 1300 градусов и в присутствии достаточных объёмов катализаторов.

Кроме того, если на входе продольного перегревателя пара при помощи пластинчатого конденсатора из металлов, не подверженных окислению водяным паром, на поступающий пар произвести наложение слабоэнергетического высокочастотного поля, создаваемого импульсным генератором, то в определённом пределе температур возможно приостановить продвижение смещения химической реакции от продольного перегревателя пара в сторону его входа и образования водяного пара.

Характерная особенность обратимых реакций заключается в том, что они не доходят до конца, если продукты реакции не удалять из сферы взаимодействия. При неизменных условиях химическое равновесие может сохраняться как угодно долго. Но если образующиеся от суммы воздействующих факторов продукты реакции быстро охлаждать, удалять из сферы взаимодействия, то новой реакции, направленной в сторону образования большего количества пара, не происходит, поскольку молекулы водорода, кислорода и водяного пара оказываются теперь свободными. При температурах ниже 1000 градусов скорость реакции крайне мала.

Избыток производства водорода и кислорода может быть использован для получения электрической энергии с применением топливных элементов. Например, получаемый на выходе топливных элементов постоянный ток может быть преобразован в переменный ток повышенной частоты (10 и более кгц), подаваемый на вход соленоида в продольном перегревателе пара.

Учёные и изобретатели работают над созданием радиоактивных элементов (препаратов), например, с периодом полураспада до одного года, радиоактивные превращения в которых связаны с выделением исключительно бета-частиц – быстрых электронов, из-за чего не требуется очень сложной системы защиты персонала от проникающих радиоактивных излучений. Быстрые электроны способны нагревать металлические оболочки, например, в продольном перегревателе пара с керамической оболочкой, сохраняющей тепло в активной зоне перегревателя пара. Применение таких радиоактивных элементов (препаратов) в продольном перегревателе пара в будущем сократит затраты электрической энергии на производство водородно – кислородного топлива.


Библиографический список
  1. Н. Л. Глинка «Общая химия», Госхимиздат, М., 1956, с. 219 – 220, 196 – 199.
  2. А. А. Кудрявцев «Составление химических уравнений», М., «Высшая школа», 1991, с. 220 – 222.


Все статьи автора «Комаров Станислав Григорьевич»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

2 комментариев к “Экономичная установка для производства водородно-кислородного топлива”

  1. 19.10.2015 в 16:52

    Станислав Григорьевич, добрый день
    Нас заинтересовали Ваши научные работы, мы хотели бы предложить Вам пообщаться на данную тематику.
    Как мы можем с Вами связаться?
    С уважением, Морозов Денис Анатольевич.

  2. 21.10.2015 в 09:13

    Уважаемый Денис Анатольевич, добрый день.

    Я в таком возрасте и состоянии здоровья, а также из-за состояния здоровья моей супруги, которое требует за ней постоянного ухода и присмотра, что не смогу воспользоваться Вашим предложением.

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться: