專利名稱：水制取氫氧氣的方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種水制取氫氧氣的方法及其裝置，用于從水制取氫氣和氧氣。
目前，由水制取氫氣和氧氣有多種方法，如電解法，熱分解方法、光化學(xué)分解方法等。然而從大量的水熱分解或光化學(xué)分解產(chǎn)生的氫氧原子如何分離，又如何結(jié)合為分子確是一大難題，目前世界上尚無相應(yīng)的分離和結(jié)合的方法和裝置，在由氫、氧原子結(jié)合為氫、氧分子的過程中的成鍵熱能也未獲得利用。
本發(fā)明的目的在于發(fā)明一種由水獲取氫氣和氧氣的水制取氫氧氣的方法及其裝置。
本發(fā)明方法是這樣來實現(xiàn)其目的的它是在封閉系統(tǒng)的條件下將水進行催化熱分解，獲得氫、氧原子氣，與此同時，將其在超高速旋轉(zhuǎn)強力場中進行離心分離分層，形成氫原子層和氧原子層，在系統(tǒng)自然壓差作用下，氫、氧原子脫離旋轉(zhuǎn)強力場，分流，分別結(jié)合為氫分子和氧分子，同時與待分解的水進行成鍵熱能交換，獲得成鍵熱能的水經(jīng)加熱補充能量后進行催化熱分解，氫氧分子再經(jīng)與水進行熱交換后，獲得氫氣和氧氣。
本發(fā)明的方法也可以這樣來實現(xiàn)其目的水催化熱分解的加熱溫度控制在1000℃至2500℃，催化劑采用鉑黑粉或鈀粉，超高速旋轉(zhuǎn)強力場中氫原子的線速度為1000米/秒至2000米/秒。
本發(fā)明的裝置是這樣來實現(xiàn)其目的的它包括有呈同軸心線的圓筒體結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)鼓和催化熱分解裝置，轉(zhuǎn)鼓裝于產(chǎn)生超高速旋轉(zhuǎn)強力場的片式超高速電機內(nèi)，并與轉(zhuǎn)子直接裝聯(lián)，催化熱分解裝置位于轉(zhuǎn)鼓的軸心線部位，轉(zhuǎn)鼓右端內(nèi)設(shè)計有原子氣分流器，構(gòu)成成鍵熱能交換的高溫氫管道和氧管道的輸入端分別與原子氣分流器的氫原子氣通道和氧原子氣通道相通聯(lián)，其輸出端與傳熱器相通聯(lián)，水通道包圍氧管道、氫管道、傳熱器，并匯集于軸心線上的水通道，與催化熱分解裝置相通聯(lián)，氫管道、氧管道、傳熱器、水通道通過外圍的真空保溫層，轉(zhuǎn)鼓和催化熱分解裝置通過圓盤狀蓋和套裝于其上的磁流體密封器形成封閉系統(tǒng)，支承于機座上。
本發(fā)明裝置的轉(zhuǎn)鼓通過套裝于其上的磁墊軸承和與其配合的滑動軸承支承于機座上。
本發(fā)明裝置的滑動軸承由圓環(huán)狀的軸承體、通過花鍵裝于軸承體上的固定滑圈、與固定滑圈相配合的動滑圈組成，固定滑圈與潤滑油泵相通聯(lián)。
本發(fā)明裝置的磁流體密封器由兩圓環(huán)狀磁極片、夾裝于磁極片之間的磁石、位于待密封件和磁極片之間的磁流體組成，磁極片裝于圓環(huán)支架上。
本發(fā)明裝置的片式超高速電機的兩定子和轉(zhuǎn)子均為鐵磁體圓環(huán)狀結(jié)構(gòu)，沿其徑向槽中嵌裝有線圈，兩定子裝于圓環(huán)狀電機架上，轉(zhuǎn)子位于兩定子之間。
本發(fā)明裝置的氧管道、氫管道呈曲折狀，排布呈圓柱狀結(jié)構(gòu)，氧管道靠近真空保溫層，氫管道靠近軸心線的水通道。
本發(fā)明裝置的水催化熱分解裝置由圓筒狀導(dǎo)流管、套裝于導(dǎo)流管上的導(dǎo)流片、裝于原子氣分流器上并伸入導(dǎo)流管內(nèi)的高頻感應(yīng)加熱器、伸入導(dǎo)流管內(nèi)的催化劑管構(gòu)成，催化劑管通過管座和支架裝于機座上，導(dǎo)流管兩端通過圓盤狀蓋和支架與轉(zhuǎn)鼓裝聯(lián)，管座上裝有真空保溫層，導(dǎo)流管和管座之間設(shè)計有齒形阻流器。
本發(fā)明裝置的導(dǎo)流管的支架為具有徑向支撐桿的圓環(huán)結(jié)構(gòu)，導(dǎo)流片由圓盤葉片、設(shè)計在葉片上的旋流片構(gòu)成，旋流片之間設(shè)計有旋流孔，導(dǎo)流管上設(shè)計有與導(dǎo)流片上的旋流孔相配合的旋流孔。
由于本發(fā)明采用了上述方法和裝置，起動時，外界水泵將水送入催化熱分解裝置內(nèi)，經(jīng)1000℃至2500℃的高溫加熱器加熱，并在催化劑作用下，分解成氫原子氣和氧原子氣，同時片式超高速電機帶動封閉轉(zhuǎn)鼓，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)強力場，形成強大的向心力和離心力，在向心力和離心力以及科里奧利力的作用下，原子氣中的氫、氧原子由無序運動變成有序運動，并只能分離分層，不能復(fù)合為水分子，使不同質(zhì)量和速度的原子分布于轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的不同層次(軌道)上，從而使氫原子定域約束在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)緣壁附近，氧原子被定域約束在氧原子氣通道口附近。然后，由于系統(tǒng)有自然壓差作用，氫氧原子氣經(jīng)原子氣分流器分流，分別進入高溫氫氧管道中，從而脫離強力場的約束，由有序運動轉(zhuǎn)變?yōu)闊o序運動，原子相互碰撞，分別結(jié)合為氫分子和氧分子，并釋放出成鍵熱能，被包圍氫、氧管道的低溫水，即待分解的水吸收，而后水進入催化熱分解裝置內(nèi)，進一步被補充能量(加熱)，進行催化熱分解。形成的氫分子和氧分子進入傳熱器中，再繼續(xù)將余熱傳給水，而后輸出獲得氫氣和氧氣。根據(jù)化學(xué)原理知道，一摩爾的水分子分解成氫、氧原子時，約需925.5KJ(干焦)能量，在氫原子結(jié)合為氫分子時，放出436KJ/MOL(干焦/摩爾)能量，氧原子結(jié)合為氧分子時，放出138KJ/MOL的一半的能量，也就是說，氫、氧原子分別結(jié)合為氫、氧分子時，釋放出成鍵熱能為分解水分子所需分解能的55%，這55%的能量可以用來加熱待分解的水，再通過催化熱分解裝置補充50%左右的能量即可完成對水的分解。如此循環(huán)，一旦該裝置進入正常運轉(zhuǎn)，便可實現(xiàn)成鍵熱能的利用，實現(xiàn)水分解，獲得氫氣和氧氣，除開始時，需要外界提供較多的能量外，以后僅需補充約50%的能量，即完成分解，大大降低能耗。
下面結(jié)合附圖和實施例加以進一步描述，但具體實施方案并不僅限于下面的具體描述。


圖1是本發(fā)明裝置的總體結(jié)構(gòu)示意圖;
圖2是本發(fā)明裝置的滑動軸承結(jié)構(gòu)示意圖;
圖3是本發(fā)明裝置的磁流體密封器的結(jié)構(gòu)示意圖;
圖4是本發(fā)明裝置圖1中的氫氧管道部分的A-A結(jié)構(gòu)示意圖;
圖5是本發(fā)明裝置的片式超高速電機轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)示意圖;
圖6是本發(fā)明裝置的片式超高速電機定子的結(jié)構(gòu)示意圖;
圖7是本發(fā)明裝置的圓盤狀蓋的結(jié)構(gòu)示意圖，其中(b)為(a)的B-B結(jié)構(gòu)示意圖;
圖8是本發(fā)明裝置的導(dǎo)流管支架的結(jié)構(gòu)示意圖，其中(b)為(a)的C-C結(jié)構(gòu)示意圖;
圖9是本發(fā)明裝置的導(dǎo)流片的結(jié)構(gòu)示意圖;
圖10是圖9的D-D結(jié)構(gòu)示意圖;
圖11是本發(fā)明裝置的分解裝置改為激光化學(xué)分解裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
本發(fā)明的方法是在一封閉系統(tǒng)的條件下，即在一個封閉裝置內(nèi)進行催化熱分解(或光化學(xué)分解，見圖11)，將水通過外界水泵送入催化熱分解裝置內(nèi)，加熱到1000℃至2500℃，在催化劑鉑黑粉或鈀粉作用下，分解為氫、氧原子氣，與此同時，分解出的原子氣在一個超高速旋轉(zhuǎn)強力場中進行離心分離分層，在該力場中的氫原子線速度達到1000米/秒至2000米/秒，旋轉(zhuǎn)強力場將氫、氧原子分別約束在封閉裝置內(nèi)的不同層次(軌道)上，形成氧原子層和氫原子層，在系統(tǒng)自然壓差作用下，氫、氧原子脫離強力場，經(jīng)分流器分流，分別由有序運動轉(zhuǎn)為無序運動，結(jié)合為氫分子和氧分子，同時釋放出成鍵熱能，與包圍的待分解的低溫水進行熱交換，吸取了成鍵熱能的水進入催化熱分解裝置內(nèi)進行加熱補充能量后，又進行催化熱分解。經(jīng)成鍵交換熱能后的氫分子和氧分子進入傳熱器內(nèi)，再與包圍的待分解水進行熱交換，從而獲得氫氣和氧氣。
實現(xiàn)本發(fā)明方法的裝置系一個全封閉系統(tǒng)，僅水入口與水泵相通，氫氣、氧氣出口與其收集裝置相通，圖上的H2O、H2、O2及其相應(yīng)箭頭表示此意思，圖中的O、H及其箭頭表示氧原子及氫原子氣流動方向。本封閉裝置包括有圓筒體結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)鼓3和催化熱分解裝置(圖11中為激光光化學(xué)分解裝置)，二者呈同軸心線裝置，轉(zhuǎn)鼓3為最外層，由高強度，耐高溫的輕質(zhì)材料制成，催化熱分解裝置位于轉(zhuǎn)鼓3軸心線部位，轉(zhuǎn)鼓3裝于片式超高速電機5的轉(zhuǎn)子(38)和定子(37)內(nèi)，并直接與轉(zhuǎn)子38相裝聯(lián)。通過其產(chǎn)生超高速旋轉(zhuǎn)強力場，催化熱分解裝置作同步超高速旋轉(zhuǎn)，催化熱分解裝置內(nèi)產(chǎn)生的氫、氧原子氣在其離心力和向心力及其科里奧利力的作用下，分離分層，不至于復(fù)合為水分子。轉(zhuǎn)鼓3右端內(nèi)設(shè)計有原子氣分流器12，構(gòu)成成鍵熱能交換的高溫氫管道17、氧管道16的輸入端分別與原子氣分流器12上的氫原子氣通道14、氧原子氣通道13通聯(lián)，其輸出端與傳熱器20(為氫、氧分子流通的管道結(jié)構(gòu))通聯(lián)，水通道19包圍氧管道16、氫管道17、傳熱器20，并匯集于軸心線上的水通道，并與催化熱分解裝置內(nèi)通聯(lián)，吸收成鍵熱能后的水送入該分解裝置內(nèi)，加熱補充能量，進行催化熱分解。氫、氧管道17、16，傳熱器20、水通道19被外圍上的真空保溫層18封閉，防止熱散失，轉(zhuǎn)鼓3左端被圓盤狀蓋4封閉，轉(zhuǎn)鼓3和催化熱分解裝置均通過套裝于其上的磁流體密封器11、26封閉，從而使整個裝置形成一封閉系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，并支承于機座21上。轉(zhuǎn)鼓3通過套裝于其上的磁墊軸承1和與其配合的滑動軸承2支承于機座21上，磁墊軸承1的結(jié)構(gòu)與磁墊火車的磁墊軸承結(jié)構(gòu)相似，僅大小有區(qū)別?；瑒虞S承2由圓環(huán)狀軸承體28、通過花鍵30裝于軸承體28上的固定滑圈29、與固定滑圈29相配合的動滑圈31組成，固定滑圈29與潤滑油泵22相通聯(lián)，當(dāng)轉(zhuǎn)鼓3處于起始和停機階段時，速度低，由滑動軸承2支承，當(dāng)轉(zhuǎn)鼓3進入高速運轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)為磁墊軸承1支承。磁流體密封器11、26均由兩圓環(huán)狀磁極片34、夾裝于兩磁極片34之間的磁石32、位于待密封件和磁極片34之間的磁流體35組成，磁極片34裝于圓環(huán)支承架33上，該密封器與現(xiàn)有技術(shù)相似，套裝于轉(zhuǎn)鼓3上和催化熱分解裝置左端上。片式超高速電機5由裝于圓環(huán)狀電機架36上的一對完全相同的定子37和位于兩定子37之間的轉(zhuǎn)子38構(gòu)成，定子37、轉(zhuǎn)子38均為鐵磁體圓環(huán)狀結(jié)構(gòu)，沿其徑向槽中嵌裝有線圈39，轉(zhuǎn)鼓3裝于定子37和轉(zhuǎn)子38的圓環(huán)內(nèi)，并與轉(zhuǎn)子38直接相聯(lián)。高溫氧管道16、氫管道17呈曲折狀，排布呈圓柱狀結(jié)構(gòu)，其靠近軸心線水通道19的為氫管道17，靠近真空保溫層18的為氧管道16，以便氫、氧原子氣在一個有限短的距離內(nèi)分別結(jié)合為分子，并與外圍的低溫水進行成鍵熱能交換。水催化熱分解裝置由圓筒狀導(dǎo)流管7、套裝于導(dǎo)流管7上的導(dǎo)流片8、裝于原子氣分流器12上并伸入導(dǎo)流管7內(nèi)的高頻感應(yīng)加熱器15，伸入導(dǎo)流管7內(nèi)的催化劑管6構(gòu)成。催化劑管6通過管座24和支架23裝于機座21上，導(dǎo)流管7兩端與圓盤狀蓋4和支架9相裝聯(lián)，并裝于轉(zhuǎn)鼓3上，管座24上裝有真空保溫層27，導(dǎo)流管7和管座24之間設(shè)計有齒形阻流器25，以降低高速氣流的沖擊作用。高頻感應(yīng)加熱器15與普通技術(shù)相同，為裝于石英玻管外的高頻感應(yīng)加熱線圈構(gòu)成，高頻線圈與系統(tǒng)外的高頻爐相接即可(本圖中未繪出)，該加熱器也可以改用普通的電阻加熱方式替代(本附圖未繪出，與普通電阻加熱結(jié)構(gòu)相同)。導(dǎo)流管7的支架9為具有徑向支撐桿9A的圓環(huán)結(jié)構(gòu)，導(dǎo)流片8由圓盤葉片8A、設(shè)計在葉片8A上的旋流片8B構(gòu)成，旋流片8B之間設(shè)計有旋流孔8C，導(dǎo)流管7上設(shè)計有與導(dǎo)流片8上的旋流孔8C相配合的旋流孔7A，同轉(zhuǎn)鼓3同步高速旋轉(zhuǎn)時，將其內(nèi)產(chǎn)生的原子氣形成旋流狀進入旋轉(zhuǎn)強力場中。
圖11為催化熱分解裝置改為激光光化學(xué)分解裝置的示意圖，在轉(zhuǎn)鼓3左端裝有激光發(fā)射器10，然后直接將激光束輻射到導(dǎo)流管7內(nèi)，產(chǎn)生的光子對水分子進行分解，光子能量為3.3ev至6.3ev(電子伏特)。激光發(fā)射器10為已有技術(shù)，可用固體或氣體激光器。圖11中的結(jié)構(gòu)與圖1中的結(jié)構(gòu)相同，僅只去掉其中的高頻感應(yīng)加熱器15、催化劑管6及其管座24，真空保溫層27即可。阻流器26裝于導(dǎo)流管7和激光發(fā)射器10之間。
權(quán)利要求
1.一種水制取氫氧氣的方法，其特征在于在封閉系統(tǒng)的條件下將水進行催化熱分解，獲得氫、氧原子氣，與此同時將其在高速旋轉(zhuǎn)強力場中進行離心分離分層，形成氫原子層和氧原子層，在系統(tǒng)自然壓差作用下，氫氧原子脫離旋轉(zhuǎn)強力場，分流，分別結(jié)合為氧原子和氫原子，同時與待分解的水進行成鍵熱能交換，獲得成鍵熱能的水經(jīng)加熱補充能量后進行催化熱分解，氫氧分子再經(jīng)與水交換熱能后，獲得氫氣和氧氣。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水制取氫氧氣的方法，其特征在于水催化熱分解的加熱溫度控制在1000℃至2500℃，催化劑采用鉑黑粉或鈀粉，超高速旋轉(zhuǎn)強力場中氫分子的線速度為1000米/秒至2000米/秒。
3.一種水制取氫氧氣方法的裝置，其特征在于它包括有呈同軸心線的圓筒體結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)鼓(3)和催化熱分解裝置，轉(zhuǎn)鼓(3)裝于片式超高速電機(5)內(nèi)并與其轉(zhuǎn)子直接裝聯(lián)，催化熱分解裝置位于轉(zhuǎn)鼓(3)的軸心線部位，轉(zhuǎn)鼓(3)右端設(shè)計有原子氣分流器(12)，構(gòu)成成鍵熱能交換的高溫氫管道(17)和氧管道(16)的輸入端分別與原子氣分流器(12)的氫原子氣通道(14)和氧原子氣通道(13)相通聯(lián)，其輸出端與傳熱器(20)相通聯(lián)，水通道(19)包圍氧管道(16)和氫管道(17)、傳熱器(20)，并匯集于軸心線上的水通道，與催化熱分解裝置相通聯(lián)，氫管道(17)、氧管道(16)、傳熱器(20)、水通道(19)通過外圍的真空保溫層(18)，轉(zhuǎn)鼓(3)和催化熱分解裝置通過圓盤狀蓋(4)和套裝于其上的磁流體密封器(11)、(26)形成密閉系統(tǒng)，支承于機座(21)上。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的水制取氫氧氣方法的裝置，其特征在于轉(zhuǎn)鼓(3)通過套裝于其上的磁墊軸承(1)和與其配合的滑動轉(zhuǎn)軸(2)支承于機座(21)上。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的水制取氫氧氣方法的裝置，其特征在于滑動軸承(2)由圓環(huán)狀的軸承體(28)、通過花鍵(30)裝于軸承體(28)上的固定滑圈(29)、與固定滑圈(29)相配合的滑動圈(31)組成，固定滑圈(29)與潤滑油泵(22)相通聯(lián)。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的水制取氫氧氣方法的裝置，其特征在于磁流體密封器(11)、(26)均由兩圓環(huán)狀磁極片(34)、夾裝于兩磁極片(34)之間的磁石(32)、位于待密封件和磁極片(34)之間的磁流體(35)組成，磁極片(34)裝于圓環(huán)支承架(33)上。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的水制取氫氧氣方法的裝置，其特征在于片式超高速電機(5)的兩定子(37)和轉(zhuǎn)子(38)均為鐵磁體圓環(huán)狀結(jié)構(gòu)，沿其徑向槽中嵌裝有線圈(39)，兩定子(37)裝于圓環(huán)狀電機架(36)上，轉(zhuǎn)子(38)位于兩定子(37)之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的水制取氫氧氣方法的裝置，其特征在于氧管道(16)、氫管道(17)呈曲折狀，排布呈圓柱狀結(jié)構(gòu)，氧管道(16)靠近真空保溫層(18)，氫管道(17)靠近軸心線的水通道(19)。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的水制取氫氧氣方法的裝置，其特征在于催化熱分解裝置由圓筒狀的導(dǎo)管(7)、套裝于導(dǎo)流管(7)上的導(dǎo)流片(8)、裝于原子氣分流器(12)上并伸入導(dǎo)流管(7)內(nèi)的高頻感應(yīng)加熱器(15)，伸入導(dǎo)流管(7)內(nèi)的催化劑管(6)構(gòu)成，催化劑管(6)通過管座(24)和支架(23)裝于機座(21)上，導(dǎo)流管(7)兩端通過圓盤狀蓋(4)和支架(9)與轉(zhuǎn)鼓(3)裝聯(lián)，管座(24)上裝有真空保溫層(27)，導(dǎo)流管(7)和管座(24)之間設(shè)計有齒形阻流器(25)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的水制取氫氧氣方法的裝置，其特征在于導(dǎo)流管(7)的支架(9)為具有徑向支撐桿(9A)的圓環(huán)狀結(jié)構(gòu)，導(dǎo)流片(8)由圓盤葉片(8A)、設(shè)計在葉片(8A)上的旋流片(8B)構(gòu)成，旋流片(8B)之間設(shè)計有旋流孔(8C)，導(dǎo)流管(7)上設(shè)計有與導(dǎo)流片(8)上的旋流孔(8C)相配合的旋流孔(7A)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種水制取氫氧氣的方法及其裝置。是將水送入封閉系統(tǒng)的催化熱分解裝置內(nèi)分解成氫、氧原子氣，同時在片式超高速電機帶動的轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的旋轉(zhuǎn)強力場作用下進行離心分離分層，經(jīng)原子氣分流器分流，再進入高溫氫、氧管道內(nèi)結(jié)合為分子，進行成鍵熱能交換，被加熱的水進入分解裝置內(nèi)補充能量，進行催化熱分解。結(jié)合成的氫、氧分子經(jīng)傳熱器與水進一步交換熱能，制取氫、氧氣體。整個裝置由真空保溫層、磁流體密封器、圓盤狀蓋封閉，支承于機座上。
文檔編號C01B3/50GK1099717SQ94111800
公開日1995年3月8日 申請日期1994年6月16日 優(yōu)先權(quán)日1994年6月16日
發(fā)明者劉之政 申請人:劉之政