02.07.2004 09:59
╘ В. Д. Дудышев, доктор технических наук, член-кор.
Российской Экологической Академии
Самарский государственный технический университет
Контакт с автором: ecolog@samaramail.ru
г. Самара, 443013, а/я 3613
Тел.: 8-462-36-86-67
В статье обсуждается новое перспективное научно- техническом направление водородной энергетики- новейшая электрокапиллярная технология получения н2 и топливных газов. В ее основе заложен экспериментально апробирован новый электрофизический эффект интенсивного ⌠холодного■ испарения и диссоциации водно-органических растворов в топливные газы в сильном электрическом поле. Открытый эффект является физической основой многих новых ⌠прорывных■ технологий в топливной и водородной энергетике .Технология апробирована...
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..Заманчива 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 показано на рис.1.
Простейшее устройство (рис.1) для реализации предложенного способа получения горючего газа из водных растворов состоит из диэлектрической емкости 1, с налитой в нее жидкостью2 (водо-топливной 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 5,5-1, 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 7. По существу, устройство, содержащее блоки 3, 4, 5, 6, является комбинированным устройством электроосмотического насоса 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 также техническая возможность изменения расстояния и положения электрода 5 относительно поверхности испарителя 4. В принципе для создания требуемой напряженности электрического поля вместо электрического блока 6 и электрода 5 можно использовать керамические моноэлектреты ..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). 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 7, 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 (1 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 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 понятна
Поскольку при капиллярном электроосмотическом ⌠холодном■■ испарении и диссоциации жидкостей, протекает одновременно и поочередно много различных электрохимических, электрофизических, электромеханических и иных процессов, особенно при движении водного раствора по капилляру инжекции молекул с края капилляра в направлении электрического поля.
Проще говоря, физическая сущность нового эффекта и новой технологии состоит в преобразовании потенциальной энергии электрического поля в кинетическую энергию движения молекул жидкости и структур по капилляру и вне его. При этом в процессе испарения и диссоциации жидкости практически не потребляется электрический ток, потому что расходуется именно потенциальная энергия электрического поля. Именно электрическое поле в капиллярном электроосмосе запускает и поддерживает возникновение и одновременном протекании в жидкости в процессе преобразования ее фракций и агрегатных состояний устройстве сразу многих полезных эффектов преобразования молекулярных структур и молекул жидкости в горючий газ. А именно: высоковольтный капиллярный электроосмос обеспечивает одновременно мощную поляризацию молекул воды и ее структур с одновременным частичным разрывом межмолекулярных связей воды в наэлектризованном капилляре, дробление поляризованных молекул воды и кластеров на заряженные радикалы в самом капилляре посредством потенциальной энергии электрического поля.
Регулировка интенсивности образования водного тумана (интенсивность холодного испарения) достигается изменением параметров электрического поля направленного вдоль капиллярного испарителя и(или) изменением расстояния между наружной поверхностью капиллярного материала и ускоряющим электродом, с помощью которого и создается электрическое поле в капиллярах.
Регулирование производительности получения водорода из воды осуществляют изменением (регулированием) величины и формы электрического поля, площади и диаметра капилляров, изменением состава и свойств воды. Эти условия оптимальной диссоциации жидкости различны в зависимости от вида жидкости, от свойств капилляров, от параметров поля. и диктуются требуемой производительностью процесса диссоциации конкретной жидкости. Опыты показывают, что наиболее эффективное получения Н2 из воды достигается при расщепление молекул полученного электроосмосом водного тумана осуществлять вторым электрическим полем, рациональные параметры которого были подобраны преимущественно экспериментальным путем. (рис.2)В частности, выяснилась целесообразность окончательного расщепления молекул водного тумана производить именно импульсным знакопостоянным электрическим полем с вектором поля перпендикулярно вектору первого поля, используемого в электроосмосе воды. Воздействие электрических полем на жидкость в процессе ее преобразования в туман и далее в процессе расщепления молекул жидкости может осуществляться одновременно или поочередно.Благодаря этим описанным механизмам при комбинированном электроосмосе и воздействии двух электрических полей на жидкость(воду) в капилляре удается достичь максимальной производительности процесса получения горючего газа и практически устранить электрические и тепловые затраты энергии при получении этого газа из воды из любых водо-топливных жидкостей.Данная технология в принципе применима для получения топливного газа из любого жидкого топлива или его водных эмульсий.Полученный топливный газ в зависимости от концентрации в нем воднотопливного тумана и Н2 имел разную теплоемкость. Она оценивалась путем его сжигания и нагрева контрольного объема воды. Наиболее эффективно данный газ горел в электрическом поле/4/.
Прочие общие аспекты практической реализации новой технологии
Рассмотрим еще некоторые практические аспекты реализации предлагаемой новой революционной электротехнологии технологии разложения углеводородных растворов воды, ее иные возможные эффективные варианты для развития базовой схемы реализации новой технологии, а также некоторые дополнительные пояснения, технологические рекомендации и технологические ⌠хитрости■ полезные при ее практической реализации.
Некоторые иные апробированные варианты электроосмотических топливных генераторов представлены в упрощенном виде на рис.2-3. Один из простых вариантов комбинированного способа получения горючего газа из водо-топливной смеси или воды может быть реализован в устройстве (рис.2)
Оно состоит по существу из комбинации устройства (рис.1) дополнительным устройством, содержащим плоские поперечные электроды 8,8-1, присоединенные ко второму источнику сильного электрического поля 9.
Рис. 2
Топливный газификатор снабжен также термическим нагревателем 10, размещенным, например, под днищем емкости 1. На автотранспорте это может быть выпускной коллектор горячих выхлопных газов, боковые стенки корпуса самого двигателя. Блоки 3, 4, 5, 6 составляют в совокупности комбинированное устройство электроосмотического насоса и электростатического испарителя жидкости. Блок 6 позволяет регулировать напряженность электрического поля от 1 кВ/см до 30 кВ/см. В устройстве (рис.2) предусмотрена также техническая возможность изменения расстояния и положения пластинчатого сетчатого или пористого электрода 5 относительно испарителя 4, а также расстояния между плоскими электродами 8 и 8-1.
Для повышения интенсивности получения топливного газа, жидкость (воду) целесообразно вначале активизировать(предварительный нагрев, предварительное разделение ее на кислотную и щелочную фракции, электризация и поляризация и прочее). Предварительную электроактивацию воды(и любой водной эмульсии) с разделением ее на кислотную и щелочную фракции осуществляют частичным электролизом посредством дополнительных электродов, размещенных в специальной полупроницаемых диафрагмах для их последующего раздельного испарения (рис.3).
Рис. 3
В случае предварительного разделения исходно химически нейтральной воды на химические активные (кислотную и щелочную)фракции, реализация технологии получения горючего газа из воды становится возможен и при минусовых температурах(до √30 град. Цельсия), что весьма важно и полезно зимой для автотранспорта. Потому что такая ⌠фракционная■ электроактивированная вода вообще не замерзает при морозах. Значит, такая установка по получению топливного газа и Н2 из такой активированной воды тоже сможет работать и при минусовых температурах окружающей среды и в морозы. Это устройство в отличие от поясненных выше дополнено электрохимическим активизатором жидкости, двумя парами электродов 5,5-1. Устройство (рис.3) содержит емкость 1 с жидкостью 2, например, водой, два пористых капиллярных фитиля 3 с испарителями 4, две пары электродов 5,5-1. Источник электрического поля 6, электрические потенциалы которого присоединены к электродам 5,5-1. Устройство содержит также газосборный трубопровод7, разделительный фильтровый барьер-диафрагму 19, разделяющий емкость1 надвое. дополнительный блок регулируемого по величине знакопостоянного напряжения 17, выходы которого через электроды 18 введены в жидкость 2 внутрь емкости1 по обе стороны полупроницаемой диафрагмы 19.
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
ВЫВОДЫ:
Открыт и экспериментально исследован новый электрофизический эффект интенсивного высоковольтного капиллярного -⌠холодного■ испарения и диссоциации молекул любых жидкостей в сильных электрических полях определенных параметров.
Сущность нового метода получения топливных газов путем диссоциации практически любой жидкости состоит в разрыве ее межмолекулярных и молекулярных связей высоковольтным капиллярным электроосмосом
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.
Цитируемая литература:
Дудышев В.Д. ⌠Новый эффект холодного испарения и диссоциации жидкостей на основе капиллярного электроосмотического эффекта ⌠ в ж-ле ■Новая энергетика■ ⌠╧1/2003 г.
V.D.Dudyshev New Effekt of gold Evaporation- New Energy Technologies √Januar 2003
DUDYSHEV VALERY DMITRIEVICH (RU) ZAVYALOV STANISLAV YURIEVICH (RU); METHOD FOR DISSOCIATING LIQUID- Requested Patent WO0207874 -- Application Number WO2001RU00308 20010725
Дудышев В.Д. ⌠Электроогневая технология-эффективный путь решения энергетических и экологических проблем-⌠Экология и промышленность России■, ╧3/97
Стэнли Мейер Патент США 4.936,961 Метод производства топливного газа
Дата публикации: 22 июня 2004
Источник: SciTecLibrary.ru
http://www.sciteclibrary.ru/rus/catalog/pages/7599.html
Recycling plastics waste
добавить ресурс
.gif){kind=small}
Переработка мусора:
ТБО и другие проблемы современности:
© Дизайн Студии РОМАрт, 2004.