Интересный патент, вероятно китайцы выложили в 1992 г. инструкцию по сборке по Зографосу, даже некоторые размеры в тексте указали:
Изобретение представляет собой способ и устройство для получения водорода путем электролиза водяного пара микроволновым электрическим полем.
В настоящее время широко используемые отечественные и зарубежные методы получения водорода из электролизной воды включают в себя: метод электролита, метод электролиза воды с высокой температурой (900 ° C) № 9 1986 года, Ван Хунчханг - выдержка из «водных ресурсов» Западной Германии в 1985 году. Недостатками этих методов являются: 1 высокое потребление энергии, обычно используемый метод электролита для приема 1 кубического метра энергии хлористого водорода 3,5 ~ 4,3 кВт, высокотемпературный метод электролиза водяного пара для приема 1 кубического метра водорода также потребляет электричество От 2,3 до 3 кВт.
2 Оборудование для производства водорода громоздкое, например, устройство с газообразованием 5 м3 / ч. Оборудование весит 4 тонны.
3 высокая стоимость, высокая стоимость, например, электродная пластина - никелевый металл, а также химические материалы.
4 Коррозионное, сложное оборудование и загрязнение окружающей среды.
5 Использование высокотемпературного метода электролиза водяного пара с температурой 900 ° C из-за низкой температуры вспышки водорода, есть определенные технические проблемы, которые нельзя использовать сегодня.
Целью настоящего изобретения является создание нового способа и устройства для получения водорода. Метод имеет высокую эффективность, низкое потребление энергии, прямое использование пара без использования электролита и отсутствие загрязнения. Оборудование, используемое в этом методе, не потребляет цветные металлы и мало потребляет, оборудование имеет небольшие размеры и легкий вес.
Изобретение основано на принципе, согласно которому микроволновая энергия может значительно ускорить определенные химические реакции и ионизировать газ с образованием положительных и отрицательных ионов. Выход СВЧ-ионизованного газа зависит от напряженности электрического поля СВЧ, времени действия, давления газа, температуры, частоты СВЧ и других условий.
Микроволновый генератор по настоящему изобретению генерирует микроволны и направляет их в электролитическую ячейку при абсолютном давлении от 0,1 МПа до 1 МПа, температуре от 100 до 180 ° С, плотности мощности СВЧ 0,1 / см 3 до 1,2 Вт / м 3 и микроволновой частоте от 800 МГц до 22200 МГц. Для 900-2000 МГц, с напряженностью электрического поля постоянного тока от 200 до 800 В / м, микроволновая печь нагревает воду на дне электролизера для ее испарения, а микроволны возбуждают водяной пар в высокоэнергетическое состояние, и электрическое поле постоянного тока передается водяному пару. Электролиз производит водород и кислород.
Устройство, используемое в способе по настоящему изобретению, представляет собой электролитическую ячейку, имеющую электродную пластину, диафрагму и выход воздуха в электролитической ячейке. Электролитическая ячейка также служит в виде прямоугольной резонансной полости микроволны, а металлическая экранирующая сетка с сетчатой структурой, параллельной электродной пластине, помещается в электролизер. Экранированный затвора соединен с участком СВЧ-резонатора дросселем, состоящим из небольшой структуры типа канавки, глубина тонкой структуры канавки составляет 1/4 от длины волны, ворот щита, прикрепленного к металлической пластине резонатору, на щит металлического ворота и сбоку от микроволнового резонатора Между пластинами имеется изолирующая прокладка. Электродная пластина помещается между стенкой ячейки и защитной сеткой. В нижней части электролизера имеется резервуар для воды и вход для воды. На крышке электролитической ячейки предусмотрено отверстие для подачи микроволн, изолирующая пластина прикреплена к нижней поверхности крышки электролизера.
Изоляционные пластины - пластиковые, стеклянные или керамические, которые устойчивы к температуре и давлению.
Настоящее изобретение по сравнению с предшествующим уровнем техники имеет следующие преимущества и эффекты: - эффективность электролиза значительно улучшилась: Получение обычноым электролизом воды 1 м3 водорода потребляется энергии 3,5 ~ 4.3kwh, West 900 ℃ high temperature steam electrolysis - получение куб. метра водорода обходится в 2,3 ~ 3 кВт, но использование метода высокой температуры не позволяет решить некоторые технические проблемы.
В изобретении применяется абсолютное давление от 100 до 180 ° С и 0,1 МПа-1 МПа, а технологии и материалы оборудования легко реализовать. Использование микроволн для стимуляции молекул воды, так что молекулы воды, возбуждаемые в более высокое энергетическое состояние, легко поддаются электролизу, потребляется для 1 куб. метра водорода менее 2 кВт-ч, что более чем в 1 раз более эффективно, чем обычные методы.
2, поскольку не используется коррозионный электролит, устраняя коррозию электролита электродной пластины электролизера и других труб, поэтому электролитическое устройство может упростить, сохранить расход коррозионной стойкости из цветных металлов, расширить Срок службы оборудования, отсутствие загрязнения окружающей среды.
(3) Поскольку микроволновая печь ограничена в резонансной полости электролитической ячейки, вода в ее нижней части поглощает энергию микроволн, а внешняя часть закрыта крышкой, а микроволна не будет течь.
Относительно, хотя микроволновый генератор добавлен к способу настоящего изобретения, он принимает часть энергии для создания микроволн. В настоящее время магнетрон отечественных микроволновых печей имеет КПД около 50% до 70% и срок службы 2000 часов. Энергопотребление электролиза водяного пара этим методом представляет собой сумму потребления энергии микроволн и потребления электроэнергии электролизом постоянного тока. Она меньше других методов, и ее общая эффективность также превосходит другие методы.
Фиг.1 - схематическая блок-схема способа по настоящему изобретению;
Фиг.2 - вид в разрезе устройства по настоящему изобретению.
На фиг.3 показан увеличенный вид структуры протектора с прорезями при соединении между экранирующей сеткой и микроволновым резонатором.
Ниже приведено описание принципа и способа получения водорода для микроволнового электролизного пара и детальная структура устройства со ссылкой на прилагаемые чертежи.
Вода является полярная молекула, относительная диэлектрическая проницаемость ε 76, тангенс угла потерь tgδ 1570, мощность может быть вычислена в единице объема среды, поглощенной в микроволновом поле: Рс = 5 / 9fE2εtgδ × 10-10 (Вт / м 3 В формуле Pc: мощность на единицу объема нагреваемой среды, подлежащей поглощению в СВЧ-поле E: микроволновое электромагнитное поле, f: частота СВЧ, ε: относительная диэлектрическая проницаемость нагретого материала, tgδ: тангенс потерь нагретого материала; Εtgδ: коэффициент диэлектрических потерь.
Коэффициент диэлектрических потерь (εtgδ) воды уменьшается с повышением температуры, но водяной пар все еще может поглощать энергию СВЧ. Согласно теории квантовой механики, электроны и атомы молекул воды возбуждаются высокочастотными электромагнитными полями (микроволнами), а также столкновениями между молекулами и возбуждаются до более высоких уровней энергии. Применение электрических полей постоянного тока может легко разлагать молекулы воды.
Пусть напряженность электрического поля постоянного тока равна Ed, а напряженность электрического поля СВЧ - Ea. Полная напряженность электрического поля в электролитической ячейке: E = Ed + EaE <Критическая прочность электрического поля пробоя среды.
Как показано на, рисунках 1 и 2, сначала вводится в водяной камере в электролитической ячейке 25 1 воды в нижней части микроволновой печи, источника питания, подключенного, контроллер 2 открывается, начиная микроволновый генератор 5, микроволновая печь, испускаемый по трубопроводу 4 в микроволновой резонансной ячейки Камера 1 испаряет воду в водяной камере 25 на дне электролизера для насыщения водяного пара. Контролировать температуру резонансной камеры 1 электролизной ячейки при 100-180 ° С, абсолютное давление 0,01 МПа ~ 1 МПа, плотность СВЧ-мощности 0,1 Вт / см3 ~ 1,2 Вт / см3, СВЧ-частоту 800 ~ 22200 МГц, предпочтительно 900-2000 МГц, постоянный ток При напряженности от 200 до 800 В / м контроллер активирует тиристор 3, а водяной пар разлагается. Разложенный водород (кислород) поступает в емкости для разделения водорода (кислорода) 9, 10 через трубопроводы 7, 8 для отделения водорода (кислорода) от других веществ, а затем поступает в газовые охладители 11, 12 для снижения содержания водорода (кислорода) в Ниже 50 ° С воздушно-водяные сепараторы 13 и 14 снова вводятся для уменьшения содержания влаги и, наконец, входят в резервуары 15 и 16.
Как показано на фиг.2, устройство для получения водорода посредством микроволнового электролиза водяного пара представляет собой электролитическую ячейку, которая служит в качестве микроволновой прямоугольной полости 1, а также служит в качестве электролизера для электролиза водяного пара. Крышка 33 в верхней части электролизера имеет канал 17 подачи микроволн и камеру 25 для хранения воды и впускное отверстие 24 для воды в нижней части электролизера. Уплотнительное кольцо 32 расположено между боковой пластиной 27 микроволновой полости 1 и стенкой 19 электролитической ячейки, которая является неотъемлемой частью крышки 33 электролизера и поддона 26 резервуара и закреплена винтами и гайками.
Изолирующая пластина 18, которая устойчива к высокой температуре и повышенному давлению, прикреплена к нижней поверхности крышки 33 электролизера. Изолирующая пластина 18 представляет собой пластик, стекло или керамику. В резонансной камере 1 имеется экранирующая сетка 28, расположенная параллельно стенке 19 ячейки, и электродная пластина 30 с выводной линией 20 помещается между стенкой 19 и сеткой 28 экрана и сеткой экрана. Электродная пластина 30 обычно находится в пределах от 2 до 10 миллиметров, предпочтительно от 3 до 5 миллиметров, от экранированной решетки 28. Параллельная диафрагма 29 помещается в полость 1, а выпускное отверстие 31 для воздуха остается в стенке верхней части бака для электролиза.
СВЧ-экранирующая сетка 28 представляет собой сетчатую структуру, и ее основная функция заключается в ограничении микроволн в резонансной полости 1, обеспечивая путь для электрического поля постоянного тока, а также позволяя прохождению газа.
Соединительная часть между экранирующей сеткой 28 и боковой пластиной 27 микроволновой полости принимает структуру 21 противовеса, а глубина 1 малой щелевой структуры равна 1/4 длины волны λ, которая основана на принципе характеристики преобразования полного сопротивления четвертьволновой линии передачи. , Согласно теории линии передачи входной импеданс концевой линии короткого замыкания представлен следующим уравнением: Zi = jZotg (2πl) / (λ), где: Zo - характерный импеданс линии передачи. λ - рабочая длина волны линии передачи. l - длина секции передачи. j - фазовое мнимое число.
Из приведенного выше уравнения можно узнать, что при длине волны противотока 1 = 1/4 входное сопротивление точки контакта между экранирующей сеткой и стенкой резонатора: Zi = j Z otg [2 πλ · λ4] = j Zo t gπ2 = a ]]> В этом случае ток стенки равен нулю, падение напряжения не происходит независимо от того, есть ли там контакт, не будет утечки микроволновой энергии.
Экранированный затвор 28 с помощью винтов 22 или метод с использованием клея, прикрепленный к о-бип-й плите 27, защищая ворота 28 и пластину полости помещает 1 ~ 1,5 мм толстой изоляции высокой температуры 27 между пластиной 23, потому что, когда после того, как внешние ворота 28 щита постоянного электрического поля применяется, с одной стороны, через электрическое поле постоянного тока экранирующей сетку сетку, действующую на микроволновой печи по всей клетке, с другой стороны, под воздействием металлической сетки, чтобы продвигать изменения электрического поля постоянного тока, в маске Более или менее индуцированный заряд на сетке. Если он не изолирован здесь, через стенку резонансной полости будет образовываться циркуляция, и произойдет разрядка дуги и произойдет пробой. Таким образом, защитные сетки и изолирующая опорная пластина 27. Индуцированные заряды и токи стенки на экранированной сетке реагируют только с окислительно-восстановительной реакцией заряженных ионов (Н +) с аналогичными электродами. В такой электролитической ячейке, в которой накладываются СВЧ (высокочастотное электромагнитное поле) и электрическое поле постоянного тока, молекулы воды нагреваются микроволнами и возбуждаются до высоких уровней энергии. (Эффект подобен эффекту повышения уровня энергии при высокой температуре 900 ° C). Молекулы воды в более высоком энергетическом состоянии ионизируются электрическим полем постоянного тока. Ионы водорода (Н +) получаются на катодной пластине для получения водорода, и на аноде теряются кислородные ионы (О-) для получения кислорода.
В процессе электрохимической реакции процесс получения водорода и кислорода путем электролиза воды включает следующие этапы:
1 (массовая передача) в жидкой (газовой) фазе. В электрохимической системе ионы водорода, присутствующие в водном растворе, все находятся в форме ионов пероксида водорода (H3o +), а в молекулярном газе воды молекулы водяного пара ионизируются микроволнами. Он существует в виде H +, O-. Под действием внешнего электрического поля происходит ионная электромиграция. В то же время сопротивление трения, создаваемое ионным столкновением, преодолевается, и сила взаимодействия между ионами достигает электрода.
2 Электрохимические этапы реакции: ионы H3O + и H + переносятся на поверхность электрода и подвергаются электронному восстановлению на катоде, чтобы генерировать адсорбированные атомы водорода на поверхности электрода. Здесь MH представляет собой адсорбцию атомов водорода на поверхности электрода.
(3) Последующие этапы трансформации: молекулы водорода образуются на поверхности электрода двумя адсорбированными атомами водорода и десорбируются и выходят из поверхности электрода. На каждой стадии реакции выделения водорода имеется масса переноса жидкости (газа), которая влияет на скорость реакции. На этом этапе эта стадия быстро ионизирует молекулы воды с образованием заряженных ионов H +, O-, и они будут мигрировать под действием электрического поля и не станут ступенью управления. Согласно электрохимической теории, этапы управления включают в себя: а) стадии электрохимической реакции, а соответствующая теория имеет механизм с задержкой разряда. б) Последующие этапы преобразования, соответствующие теории, что задержка в рецептурном механизме.
В соответствии с механизмом медленного разряда стадией электрохимической реакции является этапом управления во всем процессе реакции выделения водорода, и первой стадией является преодоление взаимодействия между ионами водорода и молекулами воды при восстановлении ионов водорода, поэтому реакция восстановления ионов водорода и электронов объединяется. Это требует высокой энергии активации. Этап ионного разряда становится этапом управления процессом реакции выделения водорода. В процессе эволюции водорода метод водяного пара ионизируется микроволновой энергией, а молекулы воды массово ионизируются. Некоторые молекулы воды достигают электрода вместе с ионами водорода, а взаимодействие между ионами водорода и молекулами воды намного меньше, чем раньше, поэтому эффективность выделения водорода значительно улучшается.
Согласно теории медленных соединений большое количество атомов водорода адсорбируется на поверхности электрода во время реакции выделения водорода. Например, на никелевом катоде ток катода отключается, и только через некоторое время потенциал может быть восстановлен до равновесного значения потенциала. Метод использует энергию микроволн, чтобы стимулировать электрод воздействовать на всю электролизную ячейку через экранирующую решетку, и в то же время на сетке экранов возникает заряд, создаваемый местом постоянного тока. Кроме того, экранирующая сетка является частью микроволновой резонансной полости, и на ней протекает высокочастотный наведенный ток. индукционный ток высокой частоты постоянно меняется, он экранирован с индуцированным зарядом электрического поля постоянного тока, наложенной с затвором, электрическое поле щита электрод затвора поверхности этого узкого пространства силы колеблется, то есть, чтобы произвести силовое поле на поверхности электрода Вибрация может привести к тому, что атомы водорода, адсорбированные на поверхности электрода, будут вибрировать, ускорить реакцию восстановления и увеличить скорость реакции.
В то же время при той же плотности тока потенциал роста водорода уменьшается, когда температура высокая. В том же перенапряженном состоянии, когда температура высокая, скорость реакции выше. Приведенный способ и устройство используют электролизированные водяные пары и имеют высокую температуру, что является преимуществом для повышения эффективности электролиза.
Claims:
Способ получения водорода микроволновым электролизом водяного пара, включающий стадии: электролиза молекул воды для получения газообразного водорода и газообразного кислорода, отличающийся тем, что микроволны, генерируемые микроволновым генератором 5, поступают в резонансную полость 1 электролизера при температуре 100-180 ° С. Абсолютное давление 0,1 МПа ~ 1 МПа, плотность СВЧ-мощности 0,1 Вт / см3 ~ 1,2 Вт / см3, частота СВЧ 800 МГц ~ 22200 МГц, мощность постоянного тока 200 В / м ~ 800 В / м, микроволновое нагревание дна электролизера, Он испаряется, а молекулы водяного пара электролизуются для получения водорода и кислорода.
Способ получения газообразного водорода микроволновым электролизом водяного пара по п.1, в котором микроволновая частота предпочтительно составляет 900-2500 МГц.
Устройство для получения водорода микроволновым электролизом водяного пара по п.1, содержащее диафрагму 29, электродную пластину 30 и выпускное отверстие для воздуха 31, отличающееся тем, что электроды и электроды размещены в электролитической ячейке 1 (резонансная полость). Металлическая сетчатая сетка 28 параллельной сетевой структуры пластины 30, соединительная часть экранирующей сетки 28 и микроволновой полости 1 представляет собой устойчивую к потоку небольшую пазную структуру 21, а глубина l небольшой структуры канавок 21 равна 1/4 длины волны (λ). Между защитной сеткой 28 и металлической боковой пластиной 27 микроволновой резонансной полости 1 расположен изолирующий мат 32, электродная пластина 30 расположена между стенкой 19 электролитической ячейки и защитной сеткой 28, а в нижней части электролизера сформирована камера 25 для хранения воды и впускное отверстие для воды. 24. Крышка 23 электролизеров имеет канал 17 подачи микроволн и изолирующая пластина 18 прикреплена к нижней поверхности крышки 17 электролизера.
4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что расстояние между электродной пластиной 30 и сеткой 28 экрана составляет 2-10 мм, предпочтительно 3-5 мм.
5. Устройство по п.3, в котором изолирующая пластина 18 представляет собой пластик, стекло или керамику, которая устойчива к температуре и давлению.
17
Sergh (30 Октябрь 2017 - 17:27) писал:
222.JPG 46,44К
11 Количество загрузок:
