| початок розділу
Виробничі, аматорські радіоаматорські Авіамодельний, ракетомодельного Корисні, цікаві |
хитрощі майстру
електроніка фізика технології винаходи |
таємниці космосу
таємниці Землі таємниці Океану хитрощі Карта розділу |
  |
| Використання матеріалів сайту дозволяється за умови посилання (для сайтів - гіперпосилання) | |||
Навігація: => |
На головну / Каталог патентів / В розділ каталогу / Назад / |
|
ВИНАХІД
Патент Російської Федерації RU2239754
СПОСІБ ПЕРЕТВОРЕННЯ СОНЯЧНОЇ енергії, накопиченої ШЛЯХОМ ФОТОСИНТЕЗУ, В ЕЛЕКТРИЧНУ ЕНЕРГІЮ
Ім'я винахідника: ЯНТОВСКІЙ Євген (DE)
Ім'я патентовласника: СОЛМЕКС (ІЗРАЇЛЬ) ЛТД. (IL)
Патентний повірений: Ловцов Сергій Вікторович
Адреса для листування: 103009, Москва, а / я 184, ППФ "ЮС", пат.пов. С.В.Ловцову
Дата початку дії патенту: 2000.03.14
Винахід відноситься до способу перетворення сонячної енергії, накопиченої шляхом фотосинтезу, в електричну енергію. Спосіб здійснюється шляхом використання електростанції замкнутого циклу, що містить масив води для вирощування поміщених в нього макроводоростей, і камеру згоряння з псевдозрідженим шаром для спалювання, щонайменше, частини частково висушених макроводоростей, що містять до 60% мас. / Води; спалювання проводиться в штучно створеній атмосфері кисню і вуглекислого газу (діоксиду вуглецю). Винахід дозволяє підвищити ефективність перетворення енергії.
ОПИС ВИНАХОДИ
Винахід відноситься до способів перетворення сонячної енергії, накопиченої шляхом фотосинтезу, в електричну енергію. Точніше, даний винахід відноситься до способу перетворення сонячної енергії, накопиченої шляхом фотосинтезу, в електричну енергію з застосуванням електростанції замкнутого циклу. Зазначений спосіб заснований на спалюванні морських макроводоростей з нульовою емісією СО2.
В даний час відомо і використовується безліч способів вилучення сонячної енергії для виробництва електроенергії. Найбільш широко поширене використання фотоелектричної енергії і теплової енергії сонця з оптичною концентрацією сонячного світла за допомогою параболічних тарілок.
Зазначений вище спосіб, який використовується на електростанціях, є неефективним, тому що середньорічний рівень концентрації енергії (сонячне випромінювання) відносно низький, у Центральній Європі близько 125 Вт / м 2, в Ізраїлі 250 Вт / м 2, в пустелі Сахара 290 Вт / м 2 . Наприклад, енергія у випадку з фотоелектричної енергією, яка потрібна для конструкції, що має велику поверхню, покриту чистим силіконом, великі тарілки і геліостати, як засоби вилучення сонячної енергії, дуже велика в співвідношенні з кількістю палива, що вимагаються у виробничому процесі. Такі витрати енергії можуть бути заповнені системою тільки через кілька років використання.
У книзі "Енергія і ексергетичної потоки", автором якої є винахідник Е.Ш. Янтовскій, і опублікованій Nova Science Publishers (1994), описується спалювання морських мікроводоростей. Однак використання мікроводоростей вважається невдалим, так як призводить до виходу з ладу турбін, які використовуються на таких електростанціях.
У протиставлення до доводів, викладених у зазначеній вище книзі, винахідник виявив спосіб перетворення сонячної енергії в електричну енергію ефективним способом з високим виходом енергії, шляхом використання процесу, що включає спалювання макроводоростей.
Слід зауважити, що морські макроводорості, використовувані в даному винаході, істотно перевищують розміром мікроводорості, і їх використання на електростанціях, що використовують зазначені вище мікроводорості, не представляється можливим. Таким чином, даний винахід і націлене на новий спосіб, що відрізняється від системи, описаної у зазначеній книзі, не тільки використанням макроводоростей на противагу мікроводоростей, як описано і запропоновано вище, але і використанням відмінної системи згоряння.
РОЗКРИТТЯ ВИНАХОДИ
Відповідно до даного винаходу пропонується спосіб перетворення сонячної енергії, накопиченої шляхом фотосинтезу, в електричну енергію, шляхом використання електростанції замкнутого циклу, що містить: а) масив води з поміщеними в нього ростуть макроводоростей; і
б) камеру згоряння з псевдозрідженим шаром для спалювання, щонайменше, частини частково висушених макроводоростей, що містять до 60% мас. / води, спалювання проводиться в штучно створеній атмосфері кисню і вуглекислого газу (діоксиду вуглецю).
Переважний середній розмір макроводоростей при здійсненні даного винаходу не менше 5 мкм; зазначена атмосфера істотно позбавлена азоту; вказане спалювання проводиться при температурі не менше 800 ° С; вказане спалювання проводиться при тиску, щонайменше, що дорівнює атмосферному, причому попіл від спалювання скидається в зазначений масив води і служить в якості поживної речовини для росту макроводоростей.
Зазначена штучно створена атмосфера істотно позбавлена азоту і створена за допомогою установки повітряної сепарації, яка відокремлює і виводить з атмосфери азот.
Винахід являє спосіб, при якому отриманий в процесі спалювання вуглекислий газ подається в зазначений масив води, щоб сприяти процесу фотосинтезу. При цьому згаданий масив води в басейні може містити сіль.
Крім того, вода є стічні води або забруднені води.
При здійсненні даного способу вода, виділена з водоростей перед їх спаленням, використовується для поглинання вуглекислого газу, далі прямує в зазначений масив води і використовується для охолодження конденсату пара.
Крім того, макроводорості вибираються з групи, що складається з Gracillaria і Ulva.
Крім того, гази, отримані в результаті зазначеного спалювання, використовуються для нагрівання пари в паровій енергетичній установці Ранкіна. Додатково гази, отримані в результаті зазначеного спалювання, використовуються для випаровування води в зазначеному псевдоожиженном шарі.
У рефераті японського патенту 015 №385 (С-0871) описується електростанція замкнутого циклу для перетворення сонячної енергії, накопиченої шляхом фотосинтезу, в електричну енергію, що включає масив води для вирощування в ньому морських водоростей і камеру згоряння для спалювання принаймні частини висушених водоростей. Однак дане видання не містить будь-яких вказівок або пропозицій щодо використання макроводоростей в протиставлення мікроводоростей, не вказує і не пропонує використовувати камеру згоряння з псевдозрідженим шаром, не вказує і не пропонує спалювання висушених макроводоростей, що містять до 60% мас. / Води і і не вказує і не пропонує проводити спалювання в штучно створеній атмосфері кисню і вуглекислого газу (діоксиду вуглецю).
Як видно з наведеного нижче опису, макроводорості легко піддаються вирощування і спалюванню в камері згоряння з псевдозрідженим шаром на відміну від мікроводоростей, які неможливо спалити в псевдозрідженому шарі через малого розміру часток і низькій швидкості зрідженого газу. Крім того, справжній спосіб допускає відносно високий вміст води -до 60% при використанні штучно створеної атмосфери кисню і вуглекислого газу (діоксиду вуглецю), оскільки в системі немає баласту у вигляді азоту, присутність якого призвело б до споживання занадто великої кількості енергії в процесі висушування водоростей, що значно б під загрозу ефективність. Крім того, недолік азоту в відпрацьованих газах забезпечує повне поглинання потоку вуглекислого газу, в результаті чого емісія газів в цьому процесі дорівнює нулю і відсутня необхідність в витяжних або вивідних трубах, оскільки весь кисень використовується для випаровування води в зазначеному псевдоожиженном шарі, а весь вуглекислий газ поглинається в процесі фотосинтезу.
Інша особливість цього винаходу полягає в тому, що камера згоряння відноситься до газообразователя з псевдозрідженим шаром і зазначені макроводорості проходять часткове згоряння в зазначеному газообразователя з псевдозрідженим шаром, а продукти газоутворення із зазначеного газообразователя використовуються як джерело енергії для двигуна з газорозподілом або газової турбіни.
Головною метою даного винаходу є створення електростанції з унікальним приймачем сонячної енергії. Цей приймач буде мати форму басейну для вирощування морських водоростей.
Перетворення сонячної радіації здійснюється за допомогою реакції фотосинтезу. Ця реакція використовує сонячну енергію для перетворення вуглекислого газу і води в органічну речовину і кисень:
СО 2 + Н 2 О + hv -> CН 2 О + О 2
Вуглекислий газ, отриманий в результаті реакції згоряння, спочатку розріджується в воді, а потім направляється в басейн, де використовується в якості харчування водоростей. Нижча теплота згоряння даного органічної речовини, представленого в основному формальдегідом, - близько 19 МДж / кг. Така теплота досить велика для згоряння. Основна проблема полягає в тому, що для зростання органічна речовина має бути сильно розчинено у воді, маючи, наприклад, ставлення речовини до води в пропорції 1: 1000. Це означає, що пальне органічна речовина має виділятися з басейну і хоча б частково відділятися від рідини. З цією метою можливе використання установки по відділенню рідини.
Як було зазначено вище, для цього дослідження переважно використання водорості Gracillaria. Дана водорість, яка і вирощується в північному Ізраїлі, може досягати середнього рівня зростання в 8 кг / м 2 / рік.
Морська водорость Ulva і представляє кращий варіант, і вона може досягти навіть більш високих темпів зростання, ніж Gracillaria.
Зрозуміло, що найбільша перевага електростанції, представленої даним винаходом, полягає в тому, що вона виробляє енергію без забруднення навколишнього середовища, оскільки немає емісії СО2, яка поглиблювала б тепличний ефект.
Напруженість потоку енергії в провідному каналі, що веде від басейну з водоростями до електростанції, яка приблизно в 100 разів більше, ніж отримана шляхом оптичної концентрації, розраховується за рівнянням
Конвекція = (a) (s) (V) (LHV) = 19000 кВ / м 2,
де а - фактор концентрації, дорівнює 10 -3 кг паливо / кг води;
s - специфічна маса води, дорівнює 10 -3 кг / м 3;
V - масова швидкість в провідному каналі, дорівнює 1 м / с;
LHV - нижня теплота згоряння палива, дорівнює 19 МДж / кг.
Далі буде описано, як буде можливо застосовувати винахід в деяких бажаних конструктивних реалізаціях, з посиланням на нижче наведені ілюстрації, щоб опис був більш зрозумілим.
Особливо слід відмітити, що деталі, показані на наведених ілюстраціях, наведені тільки як приклади і з метою ілюстративного опису бажаних конструктивних реалізації винаходу і представлені з метою забезпечення найбільш корисного і зрозумілого опису принципів і концептуальних аспектів винаходу. У зв'язку з цим не намагаєтесь показати конструктивні деталі більш докладно, ніж представляється необхідним для основного розуміння винаходу, опис і малюнки наочно показують, як формули винаходу можуть бути реалізовані на практиці.
Фиг.1 є схематичне зображення електростанції даного винаходу
Фиг.2 є графічне відображення впливу частки паливної маси
на ефективність згоряння
Фіг.3 являє собою схематичне зображення електростанції, де макроводорості піддаються часткового згоряння і газифікації в газифікаторі з псевдозрідженим шаром
Цикл управляється комп'ютером за допомогою комерційного коду ASPen +. При одержуваної ефективності фотосинтезу в 6% (Watanable, de la Noue and Hall, 1995; Watanable and Hall, 1995) і ефективності циклу в 25-45%, загальна ефективність дорівнює 1,5 -2,7%. Для енергоустановки в 100 кВ із середньою для Центральної Європи сонячної радіації в 125 В / м 2, поверхня басейну буде дорівнює 3-5 га. На півдні США, в Австралії та Ізраїлі, де радіація дорівнює 250%, розміри будуть наполовину менше.
КОРОТКИЙ ОПИС КРЕСЛЕНЬ
На фіг.1 показана електростанція замкнутого циклу 2 для перетворення сонячної енергії, накопиченої шляхом фотосинтезу, в електричну. Станція насамперед складається з басейну з водою 4 для вирощування в ньому макроводоростей 6 і з камери згоряння 8 для спалювання частково висушених водоростей з вмістом води до 60%, причому згорання відбувається при штучній атмосфері кисню і вуглекислого газу.
Контроль здійснюється шляхом класичному циклі Ранкіна, де паливо з біомаси спалюється при низькому тиску в котлоагрегате з псевдозрідженим шаром. При цьому в процесі спалювання замість повітря використовується суміш кисню і вуглекислого газу. Чистий кисень виробляється установкою повітряної сепарації УВС 10, заснованої на процесі зрідження. УВС виробляє кисень з чистотою понад 98%, споживаючи 0,22 кВтг на кг O 2. Штучна атмосфера використовується в процесі для того, щоб уникнути появи в циклі азоту, який заважає розчиненню вуглекислого газу у воді.
Суміш води і водоростей відкачується з басейну 4 при тиску в 2 бари і направляється в установку поділу палива (УРТ) 12. Аж до 99,9% води відхиляється до конденсатору 14, потім до поглинача СО 2 16, що залишилася суспензія направляється в котел з псевдозрідженим шаром 8, через підігрівач палива 18. Регенератор підігріву води 19 несе ту ж функцію, що і підігрівач води, використовуваної для компенсації втрат при охолодженні, який підігріває воду, яка надходить в котел, і, використовуючи тепло топкових газів, підвищує ефективність і відповідно підвищує температуру теплопоглинання в котлі, що подібно до звичайного циклу Ранкіна.
Попіл відділяється в циклоні 20. Частина відпрацьованих газів рециркулируют в котлі 8 щоб контролювати температуру згоряння СН 2 О в чистому О2. Робочі гази використовуються в псевдозрідженому шарі 8 для випаровування води і перегрівання пари до 540 ° С. У циклі Ранкіна перегрітий пар направляється в парову турбіну 22, де він розширюється до тиску конденсатора 14, а саме до 15 мбар. Живильний насос (не показаний) нагнітає воду до 130 бар.
Щоб поліпшити рентабельність електростанцій, з водоростей можна проводити відділення високоорганізованого речовини для виробництва хімічних продуктів (фармакологічних, харчових, фураж) за допомогою установки поділу палива.
Фиг.2 графічно відображає співвідношення між кількістю фракції паливної маси і ефективність згоряння. Як видно, коли макроводорості містять ~ 20% мас. / Води в порівнянні з рідиною, ефективність згоряння ~ 12%. Однак, якщо кількість макроводоростей становить як мінімум 50% мас. / Води, ефективність згоряння стабілізується приблизно на рівні 25%. Зважаючи на цей факт зникає необхідність істотно осушувати органічна речовина перед спаленням.
На Фіг.3 макроводорості 6 пропускаються через установку поділу палива (УРТ) і надходять в газифікатор 24 для часткового згоряння для виробництва горючих газів СО + Н 2, одночасно з невеликою кількістю баластного газу СО 2. Продукти газифікації служать джерелом енергії для двигуна з газорозподілом 26. Як і на електростанції, зображеної на фіг.1, установка повітряної сепарації 10 забезпечує реакцію згоряння чистим киснем. Циклон 20 відокремлює попіл, що отримується в процесі реакції згоряння, і направляє попіл в басейн 4 для збагачення його поживними компонентами. Вуглекислий газ, вироблений всередині електростанції, повторно використовується в реакції згоряння. Надлишки вуглекислого газу направляються в абсорбер 16, де СО 2 поглинається водою, яка повертається в басейн 4 для забезпечення процесу фотосинтезу вуглекислим газом.
Фахівцям в тій області техніки, до якої належить винахід, буде очевидно, що винахід не обмежується вищеописаними конструктивними втіленнями і що даний винахід, зберігаючи свій дух і сутність, може бути втілено і в інших технічних формах. Таким чином, справжні конструктивні рішення наведені в якості ілюстрації, а не приписи, весь обсяг винаходу розкривається не в описі, наведеному вище, а в поданій формулі винаходу, яка і охоплює всі зміни, які можуть виникнути в значенні і ступеня еквівалентності пунктів формули.
ФОРМУЛА ВИНАХОДУ
1. Спосіб перетворення сонячної енергії, накопиченої шляхом фотосинтезу, в електричну енергію з застосуванням електростанції замкнутого циклу, що включає а) введення басейну з водою і розміщення в ньому макроводоростей для вирощування в даному басейні і б) введення камери згоряння з псевдозрідженим шаром для принаймні часткового спалювання частково висушених макроводоростей, що містять до 60 мас.% води, причому зазначений процес згоряння проходить в штучній атмосфері кисню і вуглекислого газу.
2. Спосіб за п.1, що відрізняється тим, що середній розмір макроводоростей не менше 5 мкм.
3. Спосіб за п.1, що відрізняється тим, що зазначена атмосфера істотно позбавлена азоту.
4. Спосіб за п.1, що відрізняється тим, що зазначений процес згоряння проходить при температурі не менше 800 ° С.
5. Спосіб за п.1, що відрізняється тим, що зазначений процес згоряння проходить при тиску не менше атмосферного тиску.
6. Спосіб за п.1, що відрізняється тим, що попіл від зазначеного процесу згоряння подають в зазначений басейн з водою, де служить в якості поживного середовища для зростання вказаних макроводоростей.
7. Спосіб за п.1, що відрізняється тим, що вода в басейні містить сіль.
8. Спосіб за п.1, що відрізняється тим, що вуглекислий газ, що отримується в результаті процесу згоряння, подають в зазначений басейн з водою, щоб сприяти процесу фотосинтезу.
9. Спосіб за п.1, що відрізняється тим, що перед процесом спалювання воду відокремлюють від зазначених макроводоростей і використовують в якості абсорбера вуглекислого газу, а потім направляють в зазначений басейн з водою.
10. Спосіб за п.9, що відрізняється тим, що зазначену воду використовують для охолодження конденсатора пара.
11. Спосіб за п.1, що відрізняється тим, що зазначена штучна атмосфера проводиться установкою повітряної сепарації, яка видаляє з атмосфери азот.
12. Спосіб за п.1, що відрізняється тим, що зазначені макроводорості вибирають з групи водоростей Gracillaria і Ulva.
13. Спосіб за п.1, що відрізняється тим, що гази, отримані в результаті зазначеної реакції згоряння, використовують як паливні гази в паровій енергетичній установці Ранкіна.
14. Спосіб за п.1, що відрізняється тим, що гази, отримані в результаті зазначеної реакції згоряння, використовуються для випаровування води з зазначеного псевдозрідженим шаром.
15. Спосіб за п.1, що відрізняється тим, що зазначена камера згоряння виконана у вигляді газифікатора з псевдозрідженим шаром, в якому макроводорості піддають часткового згоряння і газифікації.
16. Спосіб за п.15, який відрізняється тим, що продукти газифікації із зазначеного газифікатора використовують як джерело енергії для парового двигуна або парової турбіни.
17. Спосіб за п.1, що відрізняється тим, що вода є стічні води або забруднені води.
Версія для друку
Дата публікації 12.01.2007гг
Коментарі
Коментуючи, пам'ятайте про те, що зміст і тон Вашого повідомлення можуть зачіпати почуття реальних людей, проявляйте повагу та толерантність до своїх співрозмовників навіть у тому випадку, якщо Ви не поділяєте їхню думку, Ваша поведінка за умов свободи висловлювань та анонімності, наданих інтернетом, змінює не тільки віртуальний, але й реальний світ. Всі коменти приховані з індексу, спам контролюється.