ПРОЕКТ

ПРОЕКТ
УЛЬТРОЗВУКОВОЕ УСТРОЙСТВО ПОЛУЧЕНИЯ ВОДОРОДА И ДЕШОВЫЙ
ТОПЛИВНЫЙ ГАЗ ИЗ ВОДЫ И ВОДНЫХ РАСТВОРОВ.
Патент на полезную модель № 81064
Заявка №2008135742 от 02 сентября 2008 года.
2
АНОТАЦИЯ ПРОЕКТА
В последние десятилетие стала совершенно очевидной ситуация, при которой дальнейшее
интенсивное развитие современной энергетики и транспорта ведет человечество к
крупномасштабному экологическому кризису. Стремительное сокращение запасов ископаемого
топлива будет принуждать индустриально развитые страны расширять сеть атомных
энергоустановок, которые во все возрастающей степени станут повышать опасность их
эксплуатации. Резко обострится проблема утилизации радиоактивных отходов.
Учитывая эту тревожную тенденцию, многие ученые и практики определенно
высказываются в пользу ускоренного поиска альтернативных нетрадиционных источников энергии.
В частности, их взоры обращаются к водороду, запасы которого в водах Мирового океана
неисчерпаемы. К тому же неоспоримым достоинством этого топлива являются относительная
экологическая безопасность его использования, приемлемость для тепловых двигателей без
существенного изменения их конструкции, высокая калорийность, возможность долговременного
хранения, транспортировки по существующей транспортной сети, нетоксичность и т.д.. Однако
существенной непреодоленной проблемой до сегодняшнего дня остается неэкономичность его
массового промышленного производства. Более 600 фирм, компаний, концернов, университетских
лабораторий и общественных научно-технических объединений Западной Европы, США,
Австралии, Канады и Японии усиленно работают над удешевлением водорода (см. журнал
«Автомобильный транспорт», № 4, 1992, с.38). Практически во всех странах коме СНГ созданы
национальные Водородные Ассоциации. Успешное решение этой важнейшей задачи
революционным образом изменит всю мировую экономику и оздоровит окружающую среду.
Есть целый ряд известных способов разложения воды: химический, термохимический,
электролиз и др., но все они обладают одним и тем же крупным недостатком - в технологическом
процессе получения водорода используется дорогостоящая высокопотенциальная энергия, на
получение которой в свою очередь затрачивается дефицитное ископаемое топливо (уголь,
природный газ, нефтепродукты) или электроэнергия, вырабатываемая на электростанциях. Такое
производство водорода, естественно, всегда будет оставаться неэкономичным и экологически
опасным, а, следовательно, бесперспективным.
Вместе с тем наша планета в буквальном смысле слова купается в потоке тепловой
энергии, поступающей от Солнца, из земных недр и от хозяйственной деятельности человека. Вся
проблема сводится лишь к тому как “вписать” этот неиссякаемый
источник дарового
низкопотенциального тепла в промышленную технологию получения водорода из воды. Поэтому
встает вопрос о концентрации низкопотенциальной энергии до необходимых термодинамических
параметров.
Традиционно он решается применением оптических концентраторов инфракрасного
излучения Солнца (собирающие линзы, зеркала и т.п.) или использованием тепловых насосов,
обычно когда термический потенциал весьма незначителен, например, в случае отбора тепла из
окружающей воздушной или водной среды. Первое из названных технических решений очень
сильно зависит от климатических и масштабных факторов, нестабильно во времени, а поэтому не
нашло широкого применения. Второе решение в меньшей степени подвержено влиянию этих
факторов, но не обеспечивает достаточно высокой степени концентрации (обычно не более 7-10
раз), что на практике не позволяет сконцентрированное таким способом рассеянное тепло
непосредственно с успехом использовать в процессе разложения воды.
Казалось бы, перспективное на первый взгляд направление развития энергетики просто
неосуществимо. Однако это не так. Такая возможность существует. Решение проблемы
становится очевидным, если процесс электролиза водного раствора электролита и последующее
сжигание полученных водорода и кислорода рассматривать как единый замкнутый
термодинамический цикл теплового насоса.
Как известно причина расточительной затраты электроэнергии при классическом
электролизе кроется в том, что она используется на преодоление сил гидратных связей ионов с
молекулами воды и компенсацию эндотермического эффекта реакции ее разложения. Поэтому
для обеспечения восстановления ионов на соответствующих электродах необходимо приложить
большее напряжение, чем в случае, когда не проявлялась бы это физическое явление. По этой и
другим причинам затраты электроэнергии на выработку одного кубометра водорода с учетом
перенапряжения при традиционном электролизе в промышленных условиях составляют 18-21,6
МДж, а общий расход энергии (с учетом производства самой электроэнергии) превышает 50 МДж,
что делает водород недопустимо дорогим (в США оптовая цена 1,17-3 $/м3 ).
3
ЗАЯВИТЕЛЬ
Арутютюнов Гаригин Леонович родился 20 февраля 1948 года в городе Ленинграде.
В 1969 году окончил Ленинградский Физико-Механический техникум по специальности оптикмехеник. В 1985 году окончил Хабаровский политехнический институт по специальности двигатели
внутреннего сгорания, квалификация инженер-механик. В 1993 году защитил кандидатскую
диссертацию по специальности тепловые машины. В 2005 году присуждена ученая степень доктор
экономических наук в области бизнес администрирования. За заслуги перед отечеством награжден
почетным знаком «Серебряный Крест Георгиевского Союза».
Активный рационализатор и изобретатель, имеет более 50 авторских свидетельств и 10-и
патентов.
СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ИССЛЕДОВАНИЙ И РАЗРАБОТОК В ОБЛАСТИ
РЕАЛИЗАЦИИ ПРОЕКТА И НОВИЗНА ПРЕДЛОГАЕМОГО ПОДХОДА ПО
СРАВНЕНИЮ С ИЗВЕСТНЫМИ.
Эффективное получение водорода из воды - давняя заманчивая мечта цивилизации. Насущная и
актуальная проблема энергетики состоит также в газификации твердых и жидких углеводородных
топлив, конкретнее в создании и внедрении энергосберегающих технологий получения горючих
топливных газов из любых углеводородов, включая каменные угли. Перспектива превращения
любых жидких органических отходов в дешевый топливный газ..
Известны различные методы получения водорода при разложения воды: термический,
электролитический, каталитический, термохимический, термогравитационный, электроимпульсный
и прочие. Существенные энергозатраты при получении топливного газа из воды в известных
технологиях тратятся на преодоление межмолекулярных связей воды в ее жидком агрегатном
состоянии. Биометоды газификации органики не обладают универсальностью, высокой
производительностью и критичны к многим параметрам. Предлагается новая апробированная
технология получения топливного газа из органических растворов с использованием
электрического поля. Простейшее действующее устройство по экспериментальной реализации
эффекта высоковольтного капиллярного электроосмоса
для “холодного” испарения и
диссоциации молекул воды. Для усиления, это устройство дополнено двумя ультразвуковыми
генераторами, один из которых размещен под нижним торцом этих капилляров и второй размещен
выше их верхнего торца, причем устройство дополнено резонансным электронным
диссоциатором молекул для активации водного тумана как показано на рис.1.
4
Простейшее устройство (рис.1) для реализации предложенного способа получения горючего газа
из водных растворов состоит из диэлектрической емкости 1, с налитой в нее жидкостью2 (водотопливной эмульсии или обычной воды), из тонко-пористого капиллярного материала, например,
волокнистого фитиля 3, погруженного в эту жидкость и предварительно смоченного в ней, из
верхнего испарителя 4, в виде капиллярной испарительной поверхности с переменной площадью
в виде непроницаемого экрана (на рис1 не показан). В состав данного устройства входят также
высоковольтные электроды 5-1, электрически присоединенные в разноименным выводам
высоковольтного регулируемого источника знакопостоянного электрического поля 6, причем один
из электродов 5 выполнен в виде дырчато-игольчатой пластины, и размещен подвижно над
испарителем 4, например, параллельно ему на расстоянии, достаточном для предотвращения
электрического пробоя на смоченный фитиль 3, механически соединенный с испарителем 4.
Другой высоковольтный электрод (5-1), электрически подключенный по входу, например, к “+”
выводу источника поля 6, своим выходом механически и электрически присоединен к нижнему
концу пористого материала, фитиля 3, почти на дне емкости 1. Для надежной электроизоляции
электрод защищен от корпуса емкости 1 проходным электроизолятором 5-2 Устройство дополнено
также сборным газовым коллектором. По существу, устройство, содержащее блоки 3, 4, 5, 6,
является комбинированным устройством электроосмотического насоса. которое дополнено двумя
ультразвуковыми генераторами один из которых размещен под нижним торцом этих капилляров и
второй размещен выше их верхнего торца, причем устройство дополнено резонансным
электронным диссоциатором молекул активированного водного тумана, что значительно
усиливает водный туман в капиллярах и электростатического испарителя жидкости 2 из емкости 1.
Блок 6 позволяет регулировать напряженность знакопостоянного (“+”,”-“) электрического поля от 0
до 20 кВ/см. Электрод 5 выполнен дырчатым или пористым для возможности пропускания через
себя образуемого пара. В устройстве (рис.1) предусмотрена техническая возможность устройство
дополнить ультразвуковым генератором 7
и излучающей головкой 5, причем устройство
дополнено резонансным электронным диссоциатором молекул для активации водного тумана.
Первые опыты “холодного испарения” и электрокапиллярной диссоциации жидкостей проводились
с использованием в качестве жидкостей водо-топливные эмульсии и фекалийные растворы
различных концентраций.. Топливные газы были весьма различные по составу и теплоемкости.
Под действием электростатических сил продольного электрического поля дипольные
поляризованные молекулы жидкости перемещаются по капиллярам из емкости в направлении к
противоположному электрическому потенциалу электрода 5 (электроосмос), срываются этими
электрическими силами поля с поверхности испарителя 4 и превращаются вначале в видимый
туман, а затем диссоциируют в электрическом поле при минимальных энергозатратах источника
электрического поля (6).
5
СУЩНОСТЬ ПРЕДЛАГАЕМОЙ РАЗРАБОТКИ
Частичная электрорадиолизная, термокинетическая и электрополевая диссоциация
испаренных полем молекул жидкости возникает путем столкновения между собой и с молекулами
воздуха и озона, электронами в зоне ионизации между испарителем 4 и верхним электродом 5. Как
показывают опыты, эти происходят с образованием горючего газа. Далее этот топливный газ
поступает через газосборник , в накопитель,например, в камеры сгорания двигателя
автотранспорта.В состав этого горючего топливного газа входят молекулы водорода (Н2), %
кислорода,молекулы воды,,метана,и иные сложные органические молекулы топлива и др.
Экспериментально показано, что интенсивность процесса испарения и диссоциации молекул ее
пара и состав топливных газов существенно зависят от изменения параметров водных растворов,
установки и электрического поля. Калорийность топливного газа оценивалась путем его сжигания
для нагрева контрольного объема воды. Опыты показывали высокую производительность данной
капиллярной технологии холодного испарения водных растворов и газообразования. Так, за 10
минут при диаметре капиллярного жгута и рабочего цилиндра 10 см. капиллярный электросмос
испарял достаточно большой объем водотопливной эмульсии (6 литр)практически без затрат
электроэнергии. При концентрации топливного газа от 10 до 30 % объема испаренного раствора.
Опыты показывают, что в каждом из капилляров с наэлектризованной жидкостью под действием
электрического поля и ультразвукового излучателя работает практически бестоковый
электростатический и одновременно ионный насос, которые и поднимают столб поляризованной и
частично ионизированной полем в капилляре микронного по диаметру столба жидкости(воды) от
одного потенциала электрического поля, поданного в саму жидкость и нижнему концу капилляра к
противоположному электрическому потенциалу, размещенному с зазором относительно
противоположного конца этого капилляра. В результате, такой ионно- электростатический, насос
интенсивно разрывает межмолекулярные связи воды, активно с давлением движет
поляризованные молекулы воды и их радикалы по капилляру и затем инжектирует эти молекулы
вместе с порванными электрически заряженными радикалами молекул воды за пределы
капилляра к противоположному потенциалу электрического поля. Опыты показывают, что
частичная диссоциация (разрыв) сольватированных молекул водно-органических растворов тем
больше, чем выше напряженность электрического поля. Во всех этих непростых и одновременно
протекающих процессах капиллярного электроосмоса жидкости используется именно
потенциальная энергия электрического поля. Одновременно на выходе из капилляров,
газообразные молекулы воды и сольватов разрываются электростатическими силами
электрического поля на метан, Н2 и О2. Поскольку этот процесс фазового перехода жидкости воды
в водный туман(газ) и диссоциации молекул воды протекает в эксперименте вообще без видимого
расходования энергии (тепла и тривиальной электроэнергии), то, вероятно, расходуется каким то
образом именно потенциальная энергия электрического поля. Таким образом, высоковольтный
капиллярный электроосмос водной жидкости обеспечивает посредством использования
потенциальной энергии электрического поля действительно интенсивное и энергически
незатратное испарение и расщепления молекул воды на топливный газ(Н2, О2,Н2О). Несмотря на
относительную простоту технической реализации самой технологии, все же реальная физика и
энергетика процессов при реализации этого эффекта весьма сложна и до конца пока непонятна.
Вполне возможно использование данного способа для диссоциации и получения топливных газов
практически из любой водо-органической эмульсии. Наши эксперименты показывают, что данная
технология позволяет эффективно использовать в качестве сырья для выработки топливного газа
любые жидкие органические растворы (например, жидкие фекальные отходы жизнедеятельности
человека и животных). Такой гибридный топливный газ, полученный из органических отходов,
менее взрывоопасен чем Н2.. Таким образом, настоящая топливная технология эффективно
применима как для газификации водотопливных эмульсий, так и для полезной газификации жидких
органических отходов. Графики зависимости производительности топливного газа от параметров
процесса показаны на рис. 4
6
ВЫВОДЫ:
1. Открыт и экспериментально исследован новый электрофизический эффект
интенсивного высоковольтного капиллярного -“холодного” испарения и диссоциации
молекул любых жидкостей в сильных электрических полях определенных параметров.
2. Сущность нового метода получения топливных газов путем диссоциации практически
любой жидкости состоит в разрыве ее межмолекулярных и молекулярных связей
высоковольтным капиллярным электроосмосом
3. Предлагаемая энергосберегающая технология получения топливных газов из любых
слабопроводящих водных растворов применима для эффективного получения
топливного газа из любых жидких топлив и водотопливных эмульсий, включая жидкие
органические отходы.
МЕРОПРИЯТИЯ ПО ОХРАНЕ ПРАВ НА ИНТЕЛЕКТУАЛЬНУЮ СОБСТВЕННОСТЬ.
Патент на полезную модель № 81064 заявка №2008135742 от 02 сентября 2008 года.
КОНКУРЕНТНЫЕ ПРЕИМУШЕСТВА
Данная технология дает возможность получения Н 2 и топливного газа из воды и водных растворов
с использованием тепловой, солнечной и другой энергии переводя ее в электрическое поле
высокого потенциала, но в 100 раз меньшей энергии чем при традиционном электролизе, при
этом объем получения Н2 возрастет в 2 раза. При таком способе затраты энергии в
промышленных условиях составят 0,1-0,3 МДж/м3, а общий расход энергии (с учетом производства
самой электроэнергии) не превышает 0,5 МДж/м3, себестоимость Н2 или топливного газа
составляет от 0,01 до 0,05$/м3 что делает водород самым доступным видом энергии. В настоящий
момент в США оптовая цена Н2 составляет 1,17-3 $/м3.
Разработка имеет потенциально высокий лицензионный и производственно-технологический
рейтинг.
7
РЫНОК СБЫТА
Энергетика, промышленность, все виды транспорта, и д.р.
ПОРЯДОК КОММЕРЦИАЛИЗАЦИИ РЕЗУЛЬТАТОВ РАЗРАБОТКИ
От лабораторной установки до изготовления серийной промышленной установки.
СОСТОЯНИЕ И ИСТОЧНИКИ ИНВЕСТИРОВАНИЯ В РЕАЛИЗАЦИЮ ПРОЕКТА
От 50 000 до 100 000 долларов США.
ПРЕДСТОЯЩИЕ ЗАТРАТЫ ПО ПРОЕКТУ
От 50 000 до 100 000 долларов США.