Изобретение относится к области электрохимии, а именно к конструкциям электролизеров для получения кислородно-водородной смеси - гремучего газа, путем электролиза воды.

Известны следующие устройства для преобразования энергии путем разложения воды электролизом:

RU 2015395, F02 M21/00 30.06.1994г;

RU 2174162, C25 B9/00, 1/02 2001г;

RU 2224051, C25 В 1/04, C25B9/12 2004г;

Признаки: наличие полого корпуса, заполненного электролитом; наличие электродов, один из которых образован внутренней поверхностью корпуса, - являются общими существенными признаками заявляемого и известных технических решений.

С известным устройством, описанным в патенте RU 2346083, C25 В 1/04 2009г, схожесть представляемого устройства заключается в наличии стационарного цилиндрического корпуса и расположение второго электрода вдоль продольной оси цилиндрического корпуса.

Общей характеристикой принципа работы устройств является создание механического поля искусственной силы тяжести (инерционного поля), достаточной для преодоления сил гидратных связей и создающей электродвижущую силу (ЭДС) для наведения электрического тока в электролите, с целью проведения электрохимических реакций с выделением водорода и кислорода (см. описание изобретения к патенту RU 2174162, C25 B9/00, 1/02 2001г).

Недостаток перечисленных устройств вытекает из механики их работы, которая подразумевает вращение объёма электролита вокруг оси с постоянной угловой скоростью ω. При этом, сила действия инерционного поля, приложенная к какой либо точке объёма электролита, пропорциональна центростремительному ускорению, то есть пропорциональна соотношению V ² ZR, где v - проекция вектора линейной скорости на плоскость перпендикулярную оси вращения, а R - радиус траектории. Известно, что линейная скорость связана с угловой скоростью выражением v = Rω, поэтому отношение V ² ZR можно представить как ω ² R. Из этого следует что при работе приведённых устройств, максимальное действие инерционного поля испытывает слой электролита находящийся у наружного электрода (анода), которое ограничивается частотой вращения вала (для RU 2346083, C25 В 1/04 2009г - подачей насоса), что безусловно ограничивает их производительность.

Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, состоит в повышении производительности и упрощении конструкции устройства.

Указанный технический результат достигается заявляемым в настоящем описании устройством, путём применения механизма, представляемого совокупностью крыльчатки, соединённой с приводом вращения, и корпуса устройства, формирующего скрученный выворачивающийся тороидальный поток из встречных (наружного и внутреннего) спиральных течений электролита, за счёт чего образуется смерчеобразный вихрь, который создаёт высокоинтенсивное инерционное поле, действующее на электролит. На фиг.1 представлена схема устройства и принцип его работы.

Устройство содержит заполненный электролитом цилиндрический корпус 1 с соосно-расположенной внутри него токопроводящей штангой 2. По сути, поверхность штанги представляет собой катод, а внутренняя поверхность корпуса - анод. Токопроводящая штанга либо гальванически короткозамкнута с корпусом, либо соединена с ним через потребитель постоянного электрического тока. Внутри корпуса, соосно с ним и токопроводящей штангой, расположена центробежная крыльчатка 3, приводимая в движение внешним приводом 4 и задающая движение электролита внутри корпуса. Продукты электролиза выводятся из устройства через канал 5, величина потока продуктов электролиза регулируется вентилем 6. Расход воды и электролита пополняется через подводящий канал 7. Для осуществления теплообмена с окружающей средой, с целью компенсации теплоты эндотермической реакции, на внешней поверхности корпуса устройства может быть выполнен воздушный либо жидкостный теплообмен.

Признаки: наличие механизма формирующего скрученный выворачивающийся тороидальный поток электролита, представленного совокупностью крыльчатки, соединённой с приводом вращения, и корпуса устройства;

наличие второго электрода круглого сечения, представленного токопроводящей штангой, расположенного вдоль продольной оси цилиндрического корпуса - являются существенными признаками, отличающими заявляемое устройство от его ближайшего аналога.

Электролит движется по спирали радиусом R вдоль стенок корпуса в сторону от крыльчатки к противоположному основанию, достигнув которого поток электролита проталкивается к оси корпуса, и далее движется в сторону крыльчатки, по спирали меньшего радиуса г создавая вихрь подобный смерчу. Так как радиус вращения уменьшается, то угловая скорость вращения значительно возрастает по сравнению с прилегающими слоями, а следовательно динамический напор потока увеличился, а статический, соответственно с законом Бернулли становится меньше чем в прилегающих к нему внешних слоях. Понижение статической составляющей давления ведёт к дополнительному уменьшению радиуса г потока за счет действия статического давления внешних слоев электролита, и соответственно сжатию сечения потока. В результате, из-за уменьшения поперечного сечения потока, значение модуля линейной скорости v увеличивается согласно принципу не сжимаемости жидкости. На фиг.2 видом сверху представлена схема динамики образования смерчеобразного вихря в электролите.

Часть потока электролита, проходящая в приосевой зоне установки, испытывает максимальное действие центробежного поля, так как здесь достигается наибольшее значение отношения квадрата линейной скорости к радиусу траектории v ² /r , здесь же идёт разделение гидратированных ионов раствора согласно их массе. Лёгкие катионы выталкиваются к оси корпуса и разряжаются на поверхности токопроводящей штанги, восстанавливаясь в молекулы водорода. Тяжёлые анионы выносятся от оси под действием инерционных сил и сил межионного электрического взаимодействия.

На фиг.З представлена схема электрохимических реакций протекающих при работе установки на примере водного раствора бромноватой кислоты.

Высвобожденные газы собираются в пузырьки и выносится по штанге к каналу отвода продуктов электролиза, который может быть выполнен в штанге либо в крыльчатке. Поток пузырьков отводимых газов регулируется вентилем, что позволяет уменьшить отток части электролита, попадающего в канал вместе с пузырьками газа. Расходуемый в процессе работы электролит пополняется через канал подвода электролита.

Схема установки позволяет достичь высоких значений инерционного поля действующего на электролит в приосевой зоне, тем самым создает условия для интенсивного разделения ионов электролита и прохождения электрохимической реакции с выделением газов. Кроме того, высокое инерционное поле позволит использовать электролиты с малой разницей массы ионов входящих в его состав. Заявляемое изобретение по сравнению с аналогами позволяет повысить производительность, упростить конструкцию устройства и расширить его функциональные возможности, например, благодаря созданию большой разницы давлений в приосевой области и около стенок корпуса, становится возможным, помимо инерционного разделения, использовать смещение химического равновесия в смеси химических соединений, изменение растворимости и т.п. с целью получения требуемых продуктов.