用于气体生成的反应器的制作方法

1.本发明涉及用于通过电解生成气体的反应器，所述反应器包括至少一个用于所产生气体的排气管；和多个相互平行的板，所述板彼此间隔开地布置并且适于附接到电流源，使得所述板中的至少一个是阴极板，所述板中的至少一个是阳极板，以及所述板中的至少一个是中性的并且布置在所述阴极板和所述阳极板之间，其中所述阳极板和所述中性板设置有一个磁体或多个磁体，所述各个板由橡胶框架隔开，用于保持所述各个板彼此之间的预定距离，并用于在所述板之间形成水密性腔。


背景技术：

2.使用电解生成气体的反应器是本领域已知的。本发明的目的是提高这种反应器的效率。这是通过使用磁场来实现的，该磁场在电解过程中加速电子，从而在不增加输入安培数的条件下加速气体的生成。


技术实现要素：

3.本发明的主题是一种用于气体生成的反应器，其包括：彼此间隔开布置并且适于连接到电流源的多个相互平行的板，使得所述板中的至少一个是阴极板，所述板中的至少一个是阳极板，以及所述板中的至少一个是中性板并且布置在所述阴极板和所述阳极板之间。所述反应器还包括多个框架，所述多个框架中的每个框架布置成用于周向地包围与所述板中的至少一个相邻的腔；以及用于将水和电解液供应到所述腔中的导管和用于引导来自反应器的在所述腔中形成的富含所产生气体的液体的导管。根据本发明的反应器的特征在于，它还包括至少一个永磁体，优选多个永磁体，其附接到阳极板和附接到中性板，在阳极板面对阴极板的一侧彼此间隔开，永磁体的北侧面对阴极板。在优选的实施方案中，反应器中的每个框架布置在两个板之间以形成由框架和两个相邻板包围的腔，或者反应器还包括多个膜，其中每个框架包括两个部分，其中框架的每个部分布置在板和膜之间以形成由框架的所述部分、所述板和所述膜包围的腔。磁场可以由一个永磁体产生，或者优选由多个永磁体产生。永磁体优选为钕磁体，和/或具有直径在7mm至13mm范围内、优选在9mm至11mm范围内的盘形，和/或在0.4mm至1.5mm范围内的直径。板优选由不锈钢制成。在另一个优选实施方案中，至少一些板设置有划痕，优选水平划痕和垂直划痕。板之间的间隔优选是均匀的，并且在2.3mm至2.9mm、优选2.6mm至2.8mm的范围内。在又一个实施方案中，板被布置成形成至少一组，其包括阴极板、多个中性板、阳极板、多个中性板和阴极板的序列。中性板在阳极板的一侧的数量优选地与中性板在阳极板的另一侧的数量相同，使得阳极板布置在该组的中间，其中中性板在阳极板的每一侧的优选数量是5。根据本发明的反应器优选包括至少两个电绝缘和防水的端部构件，所述板和所述框架被夹在所述端部构件之间。
4.附图的简要说明
5.在附图中示出了本发明的示例性实施方案。
6.图1示出了本发明的第一示例性实施方案。
7.图2示出了图1的反应器的一部分的详细视图。
8.图3示出了第一示例性实施方案的板上的磁体的布置。
9.图4示出了设置有凹槽的板的照片。
10.图5示出了本发明的第二示例性实施方案。
11.图6示出了图5的反应器的一部分的详细视图。
12.图7示出了第二示例性实施方案的各个板、框架和膜。
13.示例性实施方案的详细描述
14.图1和图2中所示的反应器的第一实施方案适于生成氢氧(oxyhydrogen)，即氢和氧的混合物(hho)。
15.所述反应器包括彼此间隔开布置的相互平行的板1,2,3，其中相邻板1,2,3之间的相互间隔是均匀的，并且其是3mm或更小，优选小于3mm并且大于2.3mm，更优选2.6mm至2.8mm，最优选2.67mm。
16.板1,2,3可以是任何形状，例如正方形、矩形、梯形、圆形等，正方形或矩形是优选的。板1,2,3由不锈钢制成，例如316l。在一个实施方案中，板1,2,3是180mm(高)
×
180mm(宽)。
17.在使用之前，优选以特定的方式处理板1,2,3。这种处理包括在一个方向上水平地刮擦板1,2,3的每一侧，然后从板1,2,3的底部到顶部垂直地刮擦，再次仅在该一个方向上刮擦。刮擦凹槽的宽度为10
‑3mm至10
‑1mm，优选为10
‑3mm至2.10
‑2mm。刮擦凹槽的深度为10
‑3mm至10
‑2mm。图4中示出了经刮擦的板1,2,3的照片。后将板1,2,3在醇如乙醇中储存至少约24小时。所述处理对将气体引出电池(cells)以及从表面除去油层具有积极的影响。
18.在图1和图2所示的该特定实施方案中，有26个板1,2,3，它们连接到电流源，使得四个板是阴极板1，两个板是阳极板2，而其余板是中性板3。板1,2,3的具体布置使得有两组13个板1,2,3按照以下具体顺序布置：阴极板1，5个中性板3，阳极板2，5个中性板3和阴极板1。因此，每个组包括布置在该组中间的一个阳极板2，然后在该组的每一侧布置有阴极板1和总是布置在阳极板2和阴极板1之间的五个中性板3。
19.单独的板1,2,3通过橡胶框架7相互分开，橡胶框架7的外周表面基本上对应于板1,2,3的外周表面。框架7中的每一个保持一对相邻的板1,2,3间隔开，从而提供相互绝缘，并且其包围那些板1,2,3之间的空间，从而在相邻的板1,2,3之间形成封闭/防泄漏的腔。
20.图1和图2所示的反应器还包括端部构件4，其适于将上述组的板1,2,3和框架固定在它们的相互位置。该固定可以通过张紧杆(未示出)来提供，该张紧杆夹紧端部构件4，以保持板1,2,3和框架7彼此严密地压靠，从而防止水和电解液从腔中泄漏。
21.在上述组的板1,2,3之间，存在流体引导构件14，其包括用于将水和电解液供应到反应器中的入口通道5和用于引导来自反应器的富氢氧的流体的氢氧出口通道6。
22.端部构件4以及流体引导构件14由防水和电绝缘材料制成，例如聚(甲基丙烯酸甲酯)。
23.如上所述，存在封闭的腔，它们中的每一个由反应器中的框架7和两个相互相邻的板1,2,3界定。所述腔流体连通，以允许液体和气体自由通过。在该特定实例中，板1,2,3和框架7中的每一个都设置有第一通孔8，用于使水与电解液一起从一个腔通到另一个腔。第一通孔8彼此对齐，并与流体引导构件14的入口通道5的出口开口对齐，以形成用于水和电
解液从入口通道5到每个腔的导管。框架7具有与相应的腔流体连通的第一通孔8。
24.此外，板1,2,3和框架7中的每一个设置有第二通孔9，用于使富含氢氧的液体(水)从一个腔通到另一个腔，或者从单独的腔朝向氢氧出口通道6。第二通孔9彼此对齐，并与流体引导构件14的氢氧出口通道6的入口开口对齐，以形成用于在腔中形成的富含氢氧的液体的导管，并允许其进入氢氧出口通道6。为此作用，框架7具有也与相应腔流体连通的第二通孔9。
25.板1,2,3或框架7内的第一通孔8和第二通孔9布置在板1,2,3或框架7的对角相对的角上。然而，其它相互布置也是可能的。优选地，第一通孔8形成在板1,2,3的下部，第二通孔9形成在板1,2,3的上部。
26.每个阳极板2在阳极板2面对特定组的最近阴极板1的那一侧设置有连接到其上的多个永磁体10，永磁体10的北侧面对阴极板1。在该特定实施方案中，阳极板2位于所述组的板1,2,3的中间，永磁体10布置在每个阳极板2的两侧。
27.同样，每个中性板3在面对属于该特定组的最近阴极板1的那一侧，即面向阴极板1的磁体10的北侧，设置有多个永磁体10。
28.磁体10的数量和尺寸与阳极板2的尺寸成比例，并且其目的是在整个区域中形成(尽可能多的)均匀的磁场，图3示出了磁体的示例性布置。每个永磁体10附接到中性板3或阳极板2，而不接触任何其它板1,2,3。
29.优选地，永磁体10是钕磁体，但是也可以使用提供磁场的任何其它类型的材料。
30.永磁体10可以通过胶水或任何其它合适的装置附接到阳极板2和中性板3。
31.当然，在不脱离本发明的范围的情况下，可以以多种方式改变上述指定的优选实施方案。组内的中性板3的数量可以改变，上述指定组的板1,2,3的数量和板1,2,3的尺寸可以基于反应器的所需输出来调整。框架7已经被描述为橡胶框架，但是其他材料也可以用于框架7。
32.在图5和6所示的第二示例性实施方案中，反应器适于生成氢气(h2)，或者换句话说，适于生成两种单独的气体氢气和氧气。在该实施方案中，有26个板1,2,3，它们附接到电流源，使得四个板是阴极板1，两个板是阳极板2，而其余板是中性板3。板1,2,3的具体布置使得有两组13个板1,2,3按照以下具体顺序布置：阴极板1，5个中性板3，阳极板2，5个中性板3和阴极板1。因此，每个组包括布置在该组中间的一个阳极板2，然后在该组的每一侧布置有阴极板1和总是布置在阳极板2和阴极板1之间的五个中性板3。同样地，在相邻的板1,2,3之间具有用于包围腔的框架7。此外，为了确保氢与氧的分离，在单独的板1,2,3之间存在膜11。每个膜11将形成在一对相邻板1,2,3之间的腔分成两个子腔，其中一个沿着板1,2,3中的一个延伸，另一个沿着板1,2,3中的另一个延伸。膜11仅对氢是可渗透的。单独的板1,2,3通过橡胶框架7相互分开，橡胶框架7的外周表面基本上对应于板1,2,3的外周表面。在该实施方案中，框架7为两个部分形式，其中每个膜11保持在框架7的两个部分之间。膜的其它附接方式也是可能的。
33.所述组的各个组件的顺序如下：阴极板1，第一橡胶框架7的第一部分，膜11，第一橡胶框架7的第二部分，中性板3，第二橡胶框架7的第一部分，膜11，第二橡胶框架7的第二部分，中性板3，第三橡胶框架7的第一部分，膜11，第三橡胶框架7的第二部分，如图5所示。
34.图5和图6中所示的反应器还包括端部构件4，该端部构件4适于将上述组的板1,2,
3、框架7和膜11固定在它们的相互位置。固定可以通过张紧杆(未示出)来提供，该张紧杆夹紧端部构件4，以保持板1,2,3、框架7和膜11彼此严密地压靠，从而防止水和电解液从腔中泄漏。端部构件4本身也通过橡胶框架7与阴极板1分开。
35.在上述组的板1,2,3之间，存在流体引导构件14，其包括用于将水和电解液供应到反应器中的入口通道5，用于引导来自反应器的富含氢的液体的氢出口通道12和用于引导来自反应器的富含氧的液体的氧出口通道13。
36.存在封闭的腔，它们中的每一个由框架7和板1,2或3界定并且由反应器中的膜11分隔。所述腔流体连通，以允许液体和气体自由通过。在该特定实例中，板1,2,3和框架7(两个部分)以及膜11中的每一个都设置有第一通孔8，用于使水与电解液一起从一个腔通到另一个腔。第一通孔8彼此对齐，并与流体引导构件14的入口通道5的出口开口对齐，以形成用于水和电解液从入口通道5到每个腔的导管。框架7(两个部分)具有与相应腔流体连通的第一通孔8。
37.此外，板1,2,3、框架7和膜11中的每一个都设置有用于氧(或更确切地说是富含氧的液体)通过的第二通孔9，以及用于氢(或更确切地说是富含氢的液体)通过的第三通孔16。第二通孔9彼此对齐并且与流体引导构件14的氧出口通道13的入口开口对齐，以形成用于在腔中形成的富含氧的液体的导管，并且允许其进入出口通道13的通道，并且第三通孔16彼此对齐并且与流体引导构件14的氢出口通道12的入口开口对齐，以形成用于在腔中形成的富含氢的液体的导管，并且允许其进入出口通道12的通道。
38.为此作用，设置在膜11的靠近阳极板2的那一侧上的各个框架7的第一部分具有与其各自的腔流体连通的第二通孔9，并且设置在膜11的另一侧上(即，其靠近阴极板1)的各个框架7的第二部分具有与其各自的腔流体连通的第三通孔16。
39.在优选的实施方案中，反应器设置有冷却装置，例如风扇，用于将反应器内的电解液的温度保持为低于35℃。优选地，反应器设置有用于监测电解液温度的传感装置，传感装置与控制单元连接，用于基于传感装置提供的信息控制冷却装置。
40.每个阳极板2在阳极板2面对阴极板1的一侧设置有多个附接到其上的永磁体10，永磁体10的北侧面对相应组的最近阴极板1。同样地，每个中性板3在面对属于该特定组的最接近的阳极板2的那一侧，面对所述阴极板1的磁体10的北侧设置有多个永磁体10。
41.优选地，永磁体10是钕磁体，但是也可以替代使用提供磁场的任何其它类型的材料。永磁体10可以通过胶水或任何其它合适的装置附接到阳极板2和中性板3。
42.磁体10的数量和尺寸与阳极板2的尺寸成比例，并且根据优选实施方案，永磁体10具有直径为10mm和厚度为1mm的盘形，并且附接到阳极板2或中性板3，使得它们的轴线(或磁力作用的轴线)垂直于板。也可以使用其它类型和尺寸的磁体，例如具有0.5mm的厚度的磁体。
43.磁体10的优选数量可以根据方程1如下计数：
[0044][0045]
其中
[0046]
mn是磁体10的数量
[0047]
a是具有以mm为单位测量的正方形形状的板2,3的长度/高度，
[0048]
f是以mm为单位测量的磁场范围(该值可以从磁体的规格获得，或者近似值可以如下简单地测量：通过将两个磁体彼此相邻放置，将一个磁体朝向另一个磁体移动，并且当另一个磁体开始移动时，测量两个磁体之间的确切距离，测量的距离(mm)除以2，并且结果是磁场范围f)。
[0049]
md是磁体直径(mm)。
[0050]
使用上述公式和第一或第二实施方案说明，如下计算设置在阳极板2的每一侧和在中性板3处的永磁体10的数量：
[0051]
阳极板2尺寸a：180mm
×
180mm
[0052]
磁体10磁场范围f：7.5mm
[0053]
磁体10的直径md：10mm
[0054][0055]
在这种情况下，永磁体10的最佳数量将是8块(pcs)。
[0056]
优选地，磁体以这样的方式布置，使得在板之间的区域中提供基本上均匀的磁场。
[0057]
当永磁体10位于阳极板2处并且它们的北侧总是面对相应的阴极板1时，磁场增加了气体的生成，其中可以从反应器的操作开始就观察到这种增加。
[0058]
在水的电解过程中，2h2o分解成2h2 o2。
[0059]
考虑到水(2h2o)，氢的氧化态为 1，氧的氧化态为
‑
2。
[0060]
由于电解，氢获得电子，在另一侧，氧失去2个电子，并且那些电子行进到阳极侧。这就是为什么阳极侧上的磁体10将加速这些电子的原因，这将导致生成加速而不增加所提供的功率能量。因此，加速了电子并增加了反应器的效率。
[0061]
可以使用各种电解液，例如水和水与nahco3(优选10％nahco3的水溶液)、乙酸、氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钾的溶液。
[0062]
例如，当使用10％的nahco3水溶液时，在半反应中具有负电荷的离子为：
[0063]
2h2o 2e
‑
＝h2 2ho
‑
[0064]
磁场还对碳酸氢钠具有巨大的影响，并且由于碳酸氢钠是由钠阳离子(na

)和碳酸氢根阴离子(hco3‑
)构成的盐，永磁体10在na

上提供力并提高其性能，并且该力可以通过使用以下方程来计算：
[0065]
f＝qvb sinθ
[0066]
f＝力
[0067]
q＝粒子上的电荷
[0068]
v＝速率(离子的速率可以从水泵压力、进/出反应器的管的长度和时间获得)
[0069]
b＝磁场强度(特斯拉)
[0070]
θ＝磁场矢量和带电粒子的速度矢量之间的角度。
[0071]
在磁场的不同位置，对于上述反应器的特定优选实施方案，可以使用该方程计算力，其中na

上的计算力为800n至820n，这意味着电解过程毫无疑问将是非常有效的。
[0072]
例如，钠离子(na

)以0.851m/s移动，所有磁体的磁场具有0.245t的强度(该因子可以从磁体的规格或从磁体测量仪器“gaussmeter”获得)。当离子移动时，该磁场对来自不同角度的离子有作用，在我们的实例中，在钠离子的移动期间，我们将取51.0
°
作为平均角
度。在电池之间移动的水的量为约100cm3，na

的浓度为3.00
×
10
20
个离子/cm3。
[0073]
q(对于na

)＝1.6
×
10
‑
19
c
[0074]
v＝0.851m/s
[0075]
b＝0.254t(特斯拉)
[0076]
θ＝51.0
°
[0077]
因此，力/1个离子：f＝(1.60
×
10
‑
19
c)(0.851m/s)(0.254t)sin(51.0
°
)f＝2.69
×
10
‑
20
n
[0078]
离子数n＝(3.00
×
10
20
个离子/cm3)(100cm3)n＝3.00
×
10
22
个离子
[0079]
因此，总力f＝(2.69
×
10
‑
20
n/1个离子)(3.00
×
10
22
个离子)
[0080]
f＝807牛顿
[0081]
使用上文描述的用于生成氢氧(使用布置的永磁体和没有任何永磁体)的反应器的第一示例性实施方案进行了比较测量，其中电解液由10％nahco3水溶液组成。
[0082]
使用磁体的功率消耗：
[0083]
dc电压：17v至18v
[0084]
dc放大：18a至20a
[0085]
生成气体：8升/分钟
[0086]
不使用磁体的功率消耗：
[0087]
dc电压：28v
[0088]
dc放大：40a
[0089]
生成的气体：2至3升/分钟
[0090]
上述测量结果表明，在具有磁体的反应器中氢氧的生成显著较高，而对于相同的反应器所提供的功率(电压，电流)则低得多。
[0091]
根据本发明的反应器的功能性和有效性由授权机构(普通与物理化学研究所，贝尔格莱德，塞尔维亚)测试和批准。此外，还发现反应器是环境友好的，不产生任何废物。
[0092]
上文描述的反应器可以具有本领域已知的经由管道连接至用于清洁和/或干燥气体的其它装置的用于气体的(一个或多个)出口。
[0093]
尽管以上描述了多个示例性实施方案，但是本领域技术人员显然将容易理解这些实施方案的其它可能的替换方案。因此，本发明的范围不限于上述示例性实施方案，而是由所附权利要求书来限定。