SU698555A3 - Устройство дл получени водорода - Google Patents

Description

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ВОДОРОДА

1

Изобретение относитс  к устройствам дл  получени  водорода из воды термическим способом, может быть использовано в любой отрасли промышленности, где необ.ходимо применение чистого водорода, например , в качестве горючего.

Известны устройстба дл  получени  водорода из воды электролитическим путем 1 Эти устройства сложны и не эффективны из-за низкого коэффициента полезного действи  электролизной реакции.

Известно устройство дл  получени  водорода путем термического разложени  воды , содержащее корпус, внутрь которого подводитс  теплова  энерги  и в котором расположены трубчата  селективна  мембрана из окисла тугоплавкого металла и соосна  ей камера разложени  воды, снабженна  трубопроводом дл  подачи перегретого вод ного пара 2.

Недостатками известного устройства  вл ютс  низка  производительность селективной мембраны по кислороду, который диффундирует сквозь нее, а также невысока  чистота конечного продукта, поскольку некотора  часть образовавшегос  кислорода остаетс  в нем.

Целью изобретени   вл етс  повышение эффективности работы устройства.

Цель достигаетс  тем, что трубчата  селективна  мембрана, выполнена из окисла циркони  с добавками окислов иттри  и железа, а устройство снабжено вакуум-насосом , соединенным с внутренней полостью трубчатой селективной мембраны.

Повышение эффективности работы устройства достигаетс  в результате того, что добавки окислов металлов в материал мембраны значительно ускор ют диффузию кислорода через селективную мембрану, чему способствует также и увеличение разности концентраций кислорода с обеих сторон мембраны , поддерживаемое с помощью вакуумнасоса .

На чертеже представлен один из вариантов выполнени  устройства.

Устройство состоит из корпуса 1, представл юшего собой муфту с вертика,1ьной осью. Через верхнее отверстие 2 в корпус поступает теплова  энерги , способна  довести температуру атмосферы внутри корпуса до уровн  1800-2500°С. В представленном варианте эта теплова  энерги  показана в виде конического пучка 3 солнечной энергии, исход щей из фокуса 4 зеркальной системы (не показана). Можно нагревать внутренний объем и другими средствами, например сжиганием топлива или с помощью  дерной установки.

В корпусе 1 .расположен кольцевой трубопровод 5, образованный наружной стенкой 6, герметичной дл  водорода и кислорода , и внутренней стенкой (селективна  мембрана) 7, выполненной из окисла циркони  ZrOj сдобавками дл  обеспечени  ионной проводимости кислорода и электронной проводимости. Наилучщей добавкой дл  увеличени  ионной проводимости кислорода  вл етс  окись иттри  ., но могут использоватьс  и другие, например, окись кальци  СаО. Наилучшей добавкой дл  обеспечени  электронной проводимости  вл етс  окись железа FejO, но могут использоватьс  и другие, например окислы урана UO или цери  CeOj или смеси этих окислов.

Обе стенки трубопровода 5 выполнены в виде соосных трубок, закрытых с верхнего конца, и выход т за пределы корпуса 1 через его нижнее отверстие. Обе они опираютс  на основание 8, выполненное, например , из нержавеющей стали. Через отверстие 9 в основании 8 в трубопровод 5 вставлена трубка 10, через которую подаетс  циркулирую .щий газ. Он выводитс  из трубопровода 5 через отверстие 11 в основании 8. Б центральной части основани  8 имеетс  также отверстие 12, в которое вставлена трубка 13, соедин юща  внутренний объем селективной мембраны 7 с вакуум-насосом 14. На трубке 13 .может быть при необходимости размещена система охлаждени  15. Газ, отсасываемый вaкyyм нacocoм 14, собираетс  в резервуаре 16.

Трубка 17, вставленна  в отверстие 11 основани  8, через клапан 18 и систему охлаждени  19 соедин ет трубопровод 5 с конденсационной камерой 20, котора  в свою очередь соединена с резервуаром 21 через форвакуумный насос 22 и клапан 23.

Два змеевиковых теплообменника 24 и 25, соединенных последовательно, охватывают трубки 13 и 17, а также нижнюю часть наружной стенки 6 труб.опровода 5, выход щей за пределы корпуса 1. Свободный конец теплообменника 24 вставлен в отверстие 9 основани  8, а свободный конец теплообменника 25 соединен с трубой 26, обвивающей нижнюю часть корпуса 1 и через клапан 27 св занной с системой 28 подачи воды (не показана).

С целью уменьщени  потерь тепла теплообменники 24 и 25 окружены теплоизол ционным материалом 29.

Дл  контрол  за ходом процесса на трубке 17 расположен манометр 30, а дл  поддержани  необходимого давлени  во внутреннем объеме селективной мембраны 7 установлен клапан 31.

Устройство работает следующим образом.

Внутренний объем корпуса 1 нагреваетс  до температуры 2200°С под действием пучка лучей 3. При открытом клапане 27 вода через систему 28 поступает в трубу 26 с посто нным давлением. Эта вода предпочтительно  вл етс  дистиллированной, чтобы избежать отложени  накипи в устройстве. Хот  система 28 не показана на чертеже, дистиллированна  вода может быть нагрета посредством циркул ции на системах охлаждени  15 и 19, причем тепло, необходимое дл  дистилл ции, может быть обеспечено за счет тепловых потерь корпуса 1.

Вода, котора  циркулирует в трубе 26, нагреваетс  сначала от контакта с наружной стенкой корпуса 1, затем, проход  в трубы теплообменника 25, от контакта с нижней частью стенки 6. Вода, выход ща  из теплообменника 25, уже переходит в пар. Вод ной пар перегреваетс  в теплообменнике 24 и с температурой приблизительно 800°С подходит к входному отверстию 9 трубопровода 5.

Температура перегретого вод ного пара увеличиваетс  еще больще в трубке 10 внутри трубопровода 5, она близка внутренней температуре 2200°С, когда пар выходит из трубки 10 в верхнюю часть трубопровода 5. Вод ной пар, поступающий в трубопровод 5, разлагаетс  на водород и кислород вследствие реакции:

Н - Н2.+ 1/2 Оа.

Вдоль внутренней стенки 7 трубопровода 5 происходит электрохимический процесс отделени  полученного таким образом кислорода , который проникает сквозь стенку 7. Этот процесс обеспечиваетс  диффузией сквозь стенку 7 кислорода, содержащегос  в трубопроводе 5, а также потоком электронов , проход щем в обратном направлении. Этот электронный поток нагревает стенку 7, что обеспечивает экономию энергии.

Чем больще разность концентрации кислорода с обеих сторон мембраны, тем сильнее диффузи  кислорода сквозь селективную мембрану.

Именно поэтому снаружи трубопровода 5 на стенке 7 создаетс  депресси  кислорода посредством вакуум-насоса 14. Кислород, проникающий сквозь мембрану, хранитс  в резервуаре 16.

Кислород, полученный при разложении вод ного пара, содержащегос  в трубопроводе 5, выводитс , таким образом, посто нно , что способствует почти полному разложению вод ного пара, содержащегос  в трубопроводе 5. Разность давлени  кислорода с обеих сторон селективной мембраны 7