专利名称：水制取氢氧气的方法及其装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种水制取氢氧气的方法及其装置，用于从水制取氢气和氧气。
目前，由水制取氢气和氧气有多种方法，如电解法，热分解方法、光化学分解方法等。然而从大量的水热分解或光化学分解产生的氢氧原子如何分离，又如何结合为分子确是一大难题，目前世界上尚无相应的分离和结合的方法和装置，在由氢、氧原子结合为氢、氧分子的过程中的成键热能也未获得利用。
本发明的目的在于发明一种由水获取氢气和氧气的水制取氢氧气的方法及其装置。
本发明方法是这样来实现其目的的它是在封闭系统的条件下将水进行催化热分解，获得氢、氧原子气，与此同时，将其在超高速旋转强力场中进行离心分离分层，形成氢原子层和氧原子层，在系统自然压差作用下，氢、氧原子脱离旋转强力场，分流，分别结合为氢分子和氧分子，同时与待分解的水进行成键热能交换，获得成键热能的水经加热补充能量后进行催化热分解，氢氧分子再经与水进行热交换后，获得氢气和氧气。
本发明的方法也可以这样来实现其目的水催化热分解的加热温度控制在1000℃至2500℃，催化剂采用铂黑粉或钯粉，超高速旋转强力场中氢原子的线速度为1000米/秒至2000米/秒。
本发明的装置是这样来实现其目的的它包括有呈同轴心线的圆筒体结构的转鼓和催化热分解装置，转鼓装于产生超高速旋转强力场的片式超高速电机内，并与转子直接装联，催化热分解装置位于转鼓的轴心线部位，转鼓右端内设计有原子气分流器，构成成键热能交换的高温氢管道和氧管道的输入端分别与原子气分流器的氢原子气通道和氧原子气通道相通联，其输出端与传热器相通联，水通道包围氧管道、氢管道、传热器，并汇集于轴心线上的水通道，与催化热分解装置相通联，氢管道、氧管道、传热器、水通道通过外围的真空保温层，转鼓和催化热分解装置通过圆盘状盖和套装于其上的磁流体密封器形成封闭系统，支承于机座上。
本发明装置的转鼓通过套装于其上的磁垫轴承和与其配合的滑动轴承支承于机座上。
本发明装置的滑动轴承由圆环状的轴承体、通过花键装于轴承体上的固定滑圈、与固定滑圈相配合的动滑圈组成，固定滑圈与润滑油泵相通联。
本发明装置的磁流体密封器由两圆环状磁极片、夹装于磁极片之间的磁石、位于待密封件和磁极片之间的磁流体组成，磁极片装于圆环支架上。
本发明装置的片式超高速电机的两定子和转子均为铁磁体圆环状结构，沿其径向槽中嵌装有线圈，两定子装于圆环状电机架上，转子位于两定子之间。
本发明装置的氧管道、氢管道呈曲折状，排布呈圆柱状结构，氧管道靠近真空保温层，氢管道靠近轴心线的水通道。
本发明装置的水催化热分解装置由圆筒状导流管、套装于导流管上的导流片、装于原子气分流器上并伸入导流管内的高频感应加热器、伸入导流管内的催化剂管构成，催化剂管通过管座和支架装于机座上，导流管两端通过圆盘状盖和支架与转鼓装联，管座上装有真空保温层，导流管和管座之间设计有齿形阻流器。
本发明装置的导流管的支架为具有径向支撑杆的圆环结构，导流片由圆盘叶片、设计在叶片上的旋流片构成，旋流片之间设计有旋流孔，导流管上设计有与导流片上的旋流孔相配合的旋流孔。
由于本发明采用了上述方法和装置，起动时，外界水泵将水送入催化热分解装置内，经1000℃至2500℃的高温加热器加热，并在催化剂作用下，分解成氢原子气和氧原子气，同时片式超高速电机带动封闭转鼓，产生旋转强力场，形成强大的向心力和离心力，在向心力和离心力以及科里奥利力的作用下，原子气中的氢、氧原子由无序运动变成有序运动，并只能分离分层，不能复合为水分子，使不同质量和速度的原子分布于转鼓内的不同层次(轨道)上，从而使氢原子定域约束在转鼓内缘壁附近，氧原子被定域约束在氧原子气通道口附近。然后，由于系统有自然压差作用，氢氧原子气经原子气分流器分流，分别进入高温氢氧管道中，从而脱离强力场的约束，由有序运动转变为无序运动，原子相互碰撞，分别结合为氢分子和氧分子，并释放出成键热能，被包围氢、氧管道的低温水，即待分解的水吸收，而后水进入催化热分解装置内，进一步被补充能量(加热)，进行催化热分解。形成的氢分子和氧分子进入传热器中，再继续将余热传给水，而后输出获得氢气和氧气。根据化学原理知道，一摩尔的水分子分解成氢、氧原子时，约需925.5KJ(干焦)能量，在氢原子结合为氢分子时，放出436KJ/MOL(干焦/摩尔)能量，氧原子结合为氧分子时，放出138KJ/MOL的一半的能量，也就是说，氢、氧原子分别结合为氢、氧分子时，释放出成键热能为分解水分子所需分解能的55%，这55%的能量可以用来加热待分解的水，再通过催化热分解装置补充50%左右的能量即可完成对水的分解。如此循环，一旦该装置进入正常运转，便可实现成键热能的利用，实现水分解，获得氢气和氧气，除开始时，需要外界提供较多的能量外，以后仅需补充约50%的能量，即完成分解，大大降低能耗。
下面结合附图和实施例加以进一步描述，但具体实施方案并不仅限于下面的具体描述。
图1是本发明装置的总体结构示意图;
图2是本发明装置的滑动轴承结构示意图;
图3是本发明装置的磁流体密封器的结构示意图;
图4是本发明装置图1中的氢氧管道部分的A-A结构示意图;
图5是本发明装置的片式超高速电机转子的结构示意图;
图6是本发明装置的片式超高速电机定子的结构示意图;
图7是本发明装置的圆盘状盖的结构示意图，其中(b)为(a)的B-B结构示意图;
图8是本发明装置的导流管支架的结构示意图，其中(b)为(a)的C-C结构示意图;
图9是本发明装置的导流片的结构示意图;
图10是图9的D-D结构示意图;
图11是本发明装置的分解装置改为激光化学分解装置的结构示意图。
本发明的方法是在一封闭系统的条件下，即在一个封闭装置内进行催化热分解(或光化学分解，见图11)，将水通过外界水泵送入催化热分解装置内，加热到1000℃至2500℃，在催化剂铂黑粉或钯粉作用下，分解为氢、氧原子气，与此同时，分解出的原子气在一个超高速旋转强力场中进行离心分离分层，在该力场中的氢原子线速度达到1000米/秒至2000米/秒，旋转强力场将氢、氧原子分别约束在封闭装置内的不同层次(轨道)上，形成氧原子层和氢原子层，在系统自然压差作用下，氢、氧原子脱离强力场，经分流器分流，分别由有序运动转为无序运动，结合为氢分子和氧分子，同时释放出成键热能，与包围的待分解的低温水进行热交换，吸取了成键热能的水进入催化热分解装置内进行加热补充能量后，又进行催化热分解。经成键交换热能后的氢分子和氧分子进入传热器内，再与包围的待分解水进行热交换，从而获得氢气和氧气。
实现本发明方法的装置系一个全封闭系统，仅水入口与水泵相通，氢气、氧气出口与其收集装置相通，图上的H2O、H2、O2及其相应箭头表示此意思，图中的O、H及其箭头表示氧原子及氢原子气流动方向。本封闭装置包括有圆筒体结构的转鼓3和催化热分解装置(图11中为激光光化学分解装置)，二者呈同轴心线装置，转鼓3为最外层，由高强度，耐高温的轻质材料制成，催化热分解装置位于转鼓3轴心线部位，转鼓3装于片式超高速电机5的转子(38)和定子(37)内，并直接与转子38相装联。通过其产生超高速旋转强力场，催化热分解装置作同步超高速旋转，催化热分解装置内产生的氢、氧原子气在其离心力和向心力及其科里奥利力的作用下，分离分层，不至于复合为水分子。转鼓3右端内设计有原子气分流器12，构成成键热能交换的高温氢管道17、氧管道16的输入端分别与原子气分流器12上的氢原子气通道14、氧原子气通道13通联，其输出端与传热器20(为氢、氧分子流通的管道结构)通联，水通道19包围氧管道16、氢管道17、传热器20，并汇集于轴心线上的水通道，并与催化热分解装置内通联，吸收成键热能后的水送入该分解装置内，加热补充能量，进行催化热分解。氢、氧管道17、16，传热器20、水通道19被外围上的真空保温层18封闭，防止热散失，转鼓3左端被圆盘状盖4封闭，转鼓3和催化热分解装置均通过套装于其上的磁流体密封器11、26封闭，从而使整个装置形成一封闭系统结构，并支承于机座21上。转鼓3通过套装于其上的磁垫轴承1和与其配合的滑动轴承2支承于机座21上，磁垫轴承1的结构与磁垫火车的磁垫轴承结构相似，仅大小有区别。滑动轴承2由圆环状轴承体28、通过花键30装于轴承体28上的固定滑圈29、与固定滑圈29相配合的动滑圈31组成，固定滑圈29与润滑油泵22相通联，当转鼓3处于起始和停机阶段时，速度低，由滑动轴承2支承，当转鼓3进入高速运转时，转为磁垫轴承1支承。磁流体密封器11、26均由两圆环状磁极片34、夹装于两磁极片34之间的磁石32、位于待密封件和磁极片34之间的磁流体35组成，磁极片34装于圆环支承架33上，该密封器与现有技术相似，套装于转鼓3上和催化热分解装置左端上。片式超高速电机5由装于圆环状电机架36上的一对完全相同的定子37和位于两定子37之间的转子38构成，定子37、转子38均为铁磁体圆环状结构，沿其径向槽中嵌装有线圈39，转鼓3装于定子37和转子38的圆环内，并与转子38直接相联。高温氧管道16、氢管道17呈曲折状，排布呈圆柱状结构，其靠近轴心线水通道19的为氢管道17，靠近真空保温层18的为氧管道16，以便氢、氧原子气在一个有限短的距离内分别结合为分子，并与外围的低温水进行成键热能交换。水催化热分解装置由圆筒状导流管7、套装于导流管7上的导流片8、装于原子气分流器12上并伸入导流管7内的高频感应加热器15，伸入导流管7内的催化剂管6构成。催化剂管6通过管座24和支架23装于机座21上，导流管7两端与圆盘状盖4和支架9相装联，并装于转鼓3上，管座24上装有真空保温层27，导流管7和管座24之间设计有齿形阻流器25，以降低高速气流的冲击作用。高频感应加热器15与普通技术相同，为装于石英玻管外的高频感应加热线圈构成，高频线圈与系统外的高频炉相接即可(本图中未绘出)，该加热器也可以改用普通的电阻加热方式替代(本附图未绘出，与普通电阻加热结构相同)。导流管7的支架9为具有径向支撑杆9A的圆环结构，导流片8由圆盘叶片8A、设计在叶片8A上的旋流片8B构成，旋流片8B之间设计有旋流孔8C，导流管7上设计有与导流片8上的旋流孔8C相配合的旋流孔7A，同转鼓3同步高速旋转时，将其内产生的原子气形成旋流状进入旋转强力场中。
图11为催化热分解装置改为激光光化学分解装置的示意图，在转鼓3左端装有激光发射器10，然后直接将激光束辐射到导流管7内，产生的光子对水分子进行分解，光子能量为3.3ev至6.3ev(电子伏特)。激光发射器10为已有技术，可用固体或气体激光器。图11中的结构与图1中的结构相同，仅只去掉其中的高频感应加热器15、催化剂管6及其管座24，真空保温层27即可。阻流器26装于导流管7和激光发射器10之间。
权利要求
1.一种水制取氢氧气的方法，其特征在于在封闭系统的条件下将水进行催化热分解，获得氢、氧原子气，与此同时将其在高速旋转强力场中进行离心分离分层，形成氢原子层和氧原子层，在系统自然压差作用下，氢氧原子脱离旋转强力场，分流，分别结合为氧原子和氢原子，同时与待分解的水进行成键热能交换，获得成键热能的水经加热补充能量后进行催化热分解，氢氧分子再经与水交换热能后，获得氢气和氧气。
2.根据权利要求1所述的水制取氢氧气的方法，其特征在于水催化热分解的加热温度控制在1000℃至2500℃，催化剂采用铂黑粉或钯粉，超高速旋转强力场中氢分子的线速度为1000米/秒至2000米/秒。
3.一种水制取氢氧气方法的装置，其特征在于它包括有呈同轴心线的圆筒体结构的转鼓(3)和催化热分解装置，转鼓(3)装于片式超高速电机(5)内并与其转子直接装联，催化热分解装置位于转鼓(3)的轴心线部位，转鼓(3)右端设计有原子气分流器(12)，构成成键热能交换的高温氢管道(17)和氧管道(16)的输入端分别与原子气分流器(12)的氢原子气通道(14)和氧原子气通道(13)相通联，其输出端与传热器(20)相通联，水通道(19)包围氧管道(16)和氢管道(17)、传热器(20)，并汇集于轴心线上的水通道，与催化热分解装置相通联，氢管道(17)、氧管道(16)、传热器(20)、水通道(19)通过外围的真空保温层(18)，转鼓(3)和催化热分解装置通过圆盘状盖(4)和套装于其上的磁流体密封器(11)、(26)形成密闭系统，支承于机座(21)上。
4.根据权利要求3所述的水制取氢氧气方法的装置，其特征在于转鼓(3)通过套装于其上的磁垫轴承(1)和与其配合的滑动转轴(2)支承于机座(21)上。
5.根据权利要求4所述的水制取氢氧气方法的装置，其特征在于滑动轴承(2)由圆环状的轴承体(28)、通过花键(30)装于轴承体(28)上的固定滑圈(29)、与固定滑圈(29)相配合的滑动圈(31)组成，固定滑圈(29)与润滑油泵(22)相通联。
6.根据权利要求3所述的水制取氢氧气方法的装置，其特征在于磁流体密封器(11)、(26)均由两圆环状磁极片(34)、夹装于两磁极片(34)之间的磁石(32)、位于待密封件和磁极片(34)之间的磁流体(35)组成，磁极片(34)装于圆环支承架(33)上。
7.根据权利要求3所述的水制取氢氧气方法的装置，其特征在于片式超高速电机(5)的两定子(37)和转子(38)均为铁磁体圆环状结构，沿其径向槽中嵌装有线圈(39)，两定子(37)装于圆环状电机架(36)上，转子(38)位于两定子(37)之间。
8.根据权利要求3所述的水制取氢氧气方法的装置，其特征在于氧管道(16)、氢管道(17)呈曲折状，排布呈圆柱状结构，氧管道(16)靠近真空保温层(18)，氢管道(17)靠近轴心线的水通道(19)。
9.根据权利要求3所述的水制取氢氧气方法的装置，其特征在于催化热分解装置由圆筒状的导管(7)、套装于导流管(7)上的导流片(8)、装于原子气分流器(12)上并伸入导流管(7)内的高频感应加热器(15)，伸入导流管(7)内的催化剂管(6)构成，催化剂管(6)通过管座(24)和支架(23)装于机座(21)上，导流管(7)两端通过圆盘状盖(4)和支架(9)与转鼓(3)装联，管座(24)上装有真空保温层(27)，导流管(7)和管座(24)之间设计有齿形阻流器(25)。
10.根据权利要求9所述的水制取氢氧气方法的装置，其特征在于导流管(7)的支架(9)为具有径向支撑杆(9A)的圆环状结构，导流片(8)由圆盘叶片(8A)、设计在叶片(8A)上的旋流片(8B)构成，旋流片(8B)之间设计有旋流孔(8C)，导流管(7)上设计有与导流片(8)上的旋流孔(8C)相配合的旋流孔(7A)。
全文摘要
本发明涉及一种水制取氢氧气的方法及其装置。是将水送入封闭系统的催化热分解装置内分解成氢、氧原子气，同时在片式超高速电机带动的转鼓内的旋转强力场作用下进行离心分离分层，经原子气分流器分流，再进入高温氢、氧管道内结合为分子，进行成键热能交换，被加热的水进入分解装置内补充能量，进行催化热分解。结合成的氢、氧分子经传热器与水进一步交换热能，制取氢、氧气体。整个装置由真空保温层、磁流体密封器、圆盘状盖封闭，支承于机座上。
文档编号C01B3/50GK1099717SQ94111800
公开日1995年3月8日 申请日期1994年6月16日 优先权日1994年6月16日
发明者刘之政 申请人:刘之政