|
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 RU2180366
СПОСІБ ВИРОБНИЦТВА ЕКОЛОГІЧНО ЧИСТОГО ХІМІЧНОГО ПАЛЬНОГО ТА ВСТАНОВЛЕННЯ ДЛЯ ЙОГО ЗДІЙСНЕННЯ
Ім'я винахідника: Євсюков Геннадій Олександрович
Ім'я патентовласника: Євсюков Геннадій Олександрович
Адреса для листування: 443087, Самара, п / о 87, а / я 13113, Г.А.Евсюкову
Дата початку дії патенту: 1997.07.16
Винахід призначений для отримання водню і кисню шляхом електролізу води і може знайти застосування в енергетиці та інших галузях. Установка являє собою блок електролізу води та отримання водню і кисню, підключений до ядерного реактора, який здійснює реакції низькотемпературного ядерного синтезу, блок перетворення енергії і отримання електричної енергії. Ядерний синтез здійснюють шляхом радіаційного захоплення реагентом повільних нейтронів, що виділяється ядерну енергію перетворюють в електричну, яку використовують для електролізу води. Винахід забезпечує отримання екологічно чистого хімічного пального.
ОПИС ВИНАХОДИ
Винахід відноситься до проблеми виробництва екологічно чистих видів пального замість застарілих традиційних видів вуглеводневих палив, придатних для автомобільних моторних палив.
Промислова революція, що почалася в 18 столітті, внесла значні зміни у взаємини природи і людини. До пори до часу людина, як і інші живі істоти, був природної складової своїх екосистем, вписувався в кругообіг речовин і жив у злагоді з природою. Але починаючи з промислової революції, ситуація стала стрімко змінюватися, і головною причиною змін стала видобуток і використання вуглеводневого палива - вугілля, нафти, сланців, газу, потім металів і інших корисних копалин. У кругообіг речовин в природі почали включатися запасені колишніми біосферами речовини. Поява в біосфері цих речовин, спочатку їй не властивих, забруднювало воду, повітря, грунт (кислотні дощі, забруднення морів і річок нафтопродуктами та ін.). І процес забруднення біосфери став інтенсивно наростати. В даний час перед людиною на весь зріст піднімається проблема вивчення впливу на його здоров'я, на умови його життя, на його майбутнє тих змін природного середовища, які викликані ним самим. Чинний з березня 1992 р закон про охорону навколишнього природного середовища не стабілізував екологічну ситуацію в країні. Більш того, вона продовжує погіршуватися. Деякі міста виявилися в критичному, а інші в катастрофічному становищі. Серед них перше місце займає Москва, друге Санкт-Петербург, третє Краснодар, далі Омськ і Уфа. У Москві, незважаючи на скорочення обсягів промислового виробництва, зростає валовий викид токсичних речовин автомобілями. До складу відпрацьованих газів автотранспорту входять токсичні і тому небезпечні для здоров'я людини окис вуглецю, оксиди (окис та двоокис) азоту, вуглеводні, альдегіди (формальдегід і акролеїн), сполуки сірки, свинцю і його сполуки, сажа і канцерогенна речовина бензопірен.
Таким чином, пропоноване винахід відноситься до однієї з найбільш актуальних областей техніки, виробництва екологічно чистого, нешкідливого пального для автомобільного транспорту на багато століть. При цьому заявлена установка на відміну від існуючих виробництв практично не витрачає енергію ззовні, виробляючи її за допомогою реакцій низькотемпературного ядерного синтезу.
Найбільш простим у технічному виконанні і вже реалізованим в промисловості відомим способом отримання водню є електроліз води, який має три модифікації:
1) Класичний електроліз в лужному середовищі (25-30% КОН);
2) Електроліз із застосуванням твердих полімерних електролітів, службовців одночасно електролітом і електролізної осередком;
3) Електроліз водяної пари при високих температурах.
Як аналог винаходу зупинимося на винахід (RU 2006527 C1, опубл. 30.01.1994, кл. З 25 В1 / 04).
Однак вказаний спосіб трохи застарів і в даний час є більш досконалі, більш економічні і більш технологічні, на які слід було б орієнтуватися, але використовувати мою енергетичну установку можна на будь-якому агрегаті, що виробляє електроліз води будь-яким способом. Електроліз в розчині лужного електроліту служить зараз основним процесом промислового отримання водню цим методом. Цей процес енергоємний: для отримання 1 м3 водню і 0,5 м 3 кисню потрібно затратити близько 6 кВт.год електроенергії. Тому для зниження вартості виробленого водню слід використовувати дешеву електроенергію, вироблену за рахунок низькотемпературного ядерного синтезу. Ведуться дослідження з підвищення енергоефективності електролізу в лужних розчинах. Наприклад, за рахунок підвищення температури до 100-120 o С, що досягається застосуванням електролізерів, що працюють під тиском 1-5 МПа, знижуються напруга в осередках і щільність струму. При цьому витрата електроенергії на виробництво 1 м 3 водню можна знизити до 4 кВт.год, а енергетичний к.к.д. процесу збільшити з 20 до 25%.
У розроблюваних електролізерах з твердими полімерними електролітами електроліз повинен протікати при температурі 25-150 o С і тиску близько 20 МПа. Енергетичний ККД таких електролізерів може досягати 32%. Електроліз водяної пари проводиться при температурі 800-900 o С з використанням в якості твердого електроліту оксиду цирконію з різними добавками, що збільшують іонну провідність. Перенесення заряду в такому електроліті здійснюється іонами кисню, що утворюються при дисоціації води. У цьому процесі витрата електроенергії мінімальний, але відсутність конструкційних матеріалів, придатних для експлуатації при високих температурах, обмежує можливість його застосування в промисловому масштабі. Витрати на виробництво електролітичного водню в найбільшою мірою залежать від вартості електроенергії.
Ще одним способом отримання водню з води є застосування термохімічних циклів, де розкладання води йде в кілька стадій з використанням реагентів, які теоретично в кінці циклу повністю повертаються в початковий стан. Термічний к.к.д. таких циклів може досягати 55%. Однак реалізація їх стримується через високі температур реакцій, які можуть бути забезпечені при використанні тепла високотемпературних ядерних реакторів, а й корозійної агресивністю середовища, що вимагає застосування спеціальних конструкційних матеріалів для обладнання. У зв'язку з цим термохимические цикли не вийшли ще зі стадії дослідних робіт.
Спосіб виробництва екологічно чистого хімічного пального шляхом електролізу води з отриманням водню і кисню, що відрізняється тим, що здійснюють реакції низькотемпературного ядерного синтезу в ядерному реакторі, в якості вихідного реагенту використовують радіоактивні відходи ядерних реакторів і дейтерій для виробництва нейтронів, ядерний синтез здійснюють шляхом радіаційного захоплення реагентом повільних нейтронів, що виділяється ядерну енергію перетворюють в електричну, яку використовують для електролізу води. Метою винаходу є підготовка до переходу від використання сучасного традиційного моторного палива, заснованого на копалин видах органічних речовин: нафта, вугілля, газ, запаси яких прискорено зменшуються і не відтворюються і їх на Землі залишається не так вже й багато, як цього хотілося б. Ця ситуація викликає тривогу і починає позначатися на зростанні цін на бензин.
За даними МАГАТЕ в даний час енергетичний потенціал вуглеводневої сировини оцінюється величиною 55 х 10 12 МВт.год при нинішньому щорічному витрачання 3 × 10 10 МВт.год Оцінки показують, що з урахуванням зростання витрат вугілля може вистачити на 200-500 років, а газу і нафти - всього на 20-50 років. Їм потрібна термінова заміна, яку слід готувати вже в даний час. Одним з найбільш перспективних видів енергоносіїв, здатних з успіхом замінити вуглеводневу сировину і забезпечити людей дешевою енергією на багато століть в необмеженій кількості, є винайдені мною способи низькотемпературного ядерного синтезу (патенти 2128374, 2123730). Сучасна оцінка водневого палива дає таке уявлення, цитую:
"Перспективним паливом для двигунів внутрішнього згоряння є водень... Перспективний електроліз води для отримання водню, але при наявності дешевої електроенергії. ... Виконані в США розрахунки з урахуванням перспективних оцінок показали, що до 2000 року собівартість отримання водню при електролізі води з використанням енергії АЕС (к.к.д. 27%) - 1427-1732 дол / т ".
Кінець цитати (Г.А. Терентьєв, В.М. Тюков, Ф.В. Смаль. Моторні палива з альтернативних сировинних ресурсов.1989 р, с. 223).
Для порівняння, середні поточні витрати видобутку нафти до 2000 р оцінюються в 44 дол / т (там же, с. 32). Звідси в даний час водень при всіх своїх перевагах є занадто дорогою заміною традиційним палив і доступний тільки для ракетних палив. Його вартість в 1500/44 = 34 рази дорожче традиційних палив. При використанні енергії низькотемпературного ядерного синтезу вартість водню стає порядку 4,33 дол / т, тобто його вартість стане в 10 разів дешевше бензину. Таким чином, проблема заміни вуглеводневих палив воднем знаходить своє рішення в використанні винаходів низькотемпературного ядерного синтезу, цитую:
"При успішному вирішенні проблеми керованих термоядерних реакцій людство було б забезпечено практично невичерпними джерелами енергії, перевершують всі інші джерела. Справді, в 1 літрі води міститься близько 1/30 г дейтерію і його теплотворна здатність як термоядерного пального еквівалентна приблизно 300 л бензину .
В океанах Землі міститься близько 5 · 10 13 т дейтерію. При сучасному рівні енергетичних потреб запасів дейтерію на Землі могло б вистачити на 20 млрд років ".
Кінець цитати (П.Є. Колпаков. Основи ядерної фізики. - М., 1989, с. 328).
Реакції низькотемпературного ядерного синтезу здійсненні і дозволяють перетворювати одне атомне ядро в інше і при цьому виділяється велика кількість енергії. Так, наприклад, якщо перетворити атомне ядро азоту-14 в атомне ядро кисню-16, виділяється енергія порядку 23,79 МеВ. Перетворення 1 кг азоту-14 в кисень супроводжується виділенням 3,9 × 10 10 ккал енергії. Цієї енергії достатньо для розкладання 6 тис. Т води на кисень і водень.
Цитата:
"Оскільки вартість одного грама дейтерію приблизно в 100 разів менше вартості грама урану-235, а його природні запаси практично невичерпні, чого не можна сказати про запаси діляться речовин, широкий розвиток робіт з вишукування шляхів для здійснення керованих реакцій ядерного синтезу економічно виправдано".
Кінець цитати (А.К. Вальтер, І.І. Залюбовський. Ядерна фізика. - Харків, 1991, с. 365).
Таким чином, якщо поєднати отримання ядерної енергії за допомогою низькотемпературного ядерного синтезу з виробництвом водню шляхом електролізу води, то при рівних умовах собівартість водню виявиться в 400-700 разів менше, ніж при використанні енергії АЕС (1 кг дейтерію здатний виділити в 4-7 разів більше енергії, ніж 1 кг урану-235). Звідки вартість електролітичного водню стає 1732/400 = 4,33 дол / т.
Таким чином, мій винахід вирішує проблему забезпечення моторним паливом і вказує шлях, як за допомогою низькотемпературного ядерного синтезу, що має необмежені запаси ядерного пального, калорійність якого в мільйони разів перевищує калорійність бензину, забезпечити майбутнім поколінням людей автомобільний транспорт дешевим екологічно чистим пальним на багато століть. Вирішення цього питання є головною метою мого винаходу.
Доцільніше для виробництва ядерної енергії як реагент використати нереалізовані радіоактивні відходи ядерних реакторів, що підлягають утилізації, припустимо, стронцій-90, цезій-137 і ін. У цьому випадку одночасно з виробництвом водню буде здійснюватися продуктивна утилізація ядерних відходів, що відіб'ється на ще більшому зниженні вартості виробленого водню.
Таким чином, другий важливим завданням, розв'язуваної даними винаходом, є зниження екологічного забруднення навколишнього середовища і активна утилізація ядерних відходів.
Пропонований спосіб включає наступні операції:
1) в ядерний реактор, призначений для низькотемпературного ядерного синтезу, завантажують реагент (стронцій-90);
2) готують до роботи ядерний реактор;
3) готують до роботи електролізери;
4) включають в роботу ядерний реактор і електролізери. У процесі роботи ядерного реактора відбувається опромінення реагенту нейтронами, виробленими основним генератором нейтронів, при цьому здійснюється наступна ланцюжок ядерних реакцій: 
На цьому процес радіаційного захоплення нейтронів не закінчується, він може тривати багато разів. Реагент при цьому не витрачається і не втрачає здатність до радіаційного захоплення нейтронів. Цикл роботи реактора завершується після того, як ядром реагенту (стронцію-90) буде захоплено 40 повільних нейтронів, в результаті чого воно перетвориться в стабільне ядро ксенону-130 у вигляді газоподібного компонента, який буде відкачано з активної зони реактора. При цьому буде виділена енергія порядку 314,3 МеВ. Таким чином, 1 кг реагенту, що складається тільки з ядер стронцію-90, виділить енергію 20,9 х 10 26 МеВ, що еквівалентно спалюванню 7,18 тис. Т бензину. Це в 4 рази більше тієї енергії, яку може виділити 1 кг урану-235.
Енергія виділяється за рахунок витрати нейтронів в процесі їх радіаційного захоплення і зміни внутріядерних зв'язків між нуклонами і перетворенням нуклонів. У наведеному прикладі витрачені 2 нейтрона. Нейтрони виробляються основним генератором нейтронів за рахунок опромінення важкої води гамма-квантами або іншим способом. Таким чином, витрачено 2 дейтерона. Захоплений нейтрон виділяє енергію порядку 18,68 / 2 = 9,34 МеВ. Щоб розділити дейтерон на протон і нейтрон витрачається енергія 2,2 МеВ, отже, кожен прореагировавший дейтерон віддає корисну ядерну енергію зв'язку, рівну 9,34-2,2 = 7,14 МеВ (1 МеВ відповідає 2,83 · 10 -17 ккал ).
Таким чином, витрачення 1 кг дейтерію може виділити 8,2 × 10 10 ккал енергії, що в 4,1 рази більше ніж 1 кг урану-235. Виділена енергія ядерного синтезу вловлюється теплоносієм і надходить в контур теплообміну, де перетворюється в електроенергію з к.к.д. 27%.
Найбільш перспективним способом отримання водню для енергетичних цілей є різні методи розкладання води з використанням ядерної енергії низькотемпературного ядерного синтезу. Це особливо актуально, оскільки традиційні копалини горючі матеріали не відтворюються, їх запаси, ціна, експлуатаційні та екологічні показники не можуть конкурувати з електролізним воднем, отриманим пропонованим способом.
Установка для виробництва екологічно чистого хімічного пального, що містить блок електролізу води та отримання водню і кисню, підключений до джерела електричної енергії, що відрізняється тим, що забезпечена блоком перетворення енергії і блоком низькотемпературного ядерного синтезу з ядерним реактором, виконаним з можливістю здійснення реакцій низькотемпературного ядерного синтезу і з можливістю використання в якості енерговиделяющіх елементів ядерних відходів, в тому числі стронцію-90, і включає основний генератор нейтронів, виконаний з можливістю виробництва нейтронів шляхом опромінення важкої води гамма-променями, помножувач нейтронів і пусковий генератор нейтронів, причому блок електролізу води пов'язаний з блоком перетворення енергії і виробництва електричної енергії, джерелом якої служить останній.
Установка призначена, по-перше, для виробництва водню і кисню шляхом електролізу води з використанням найбільш дешевої електроенергії, виробленої за допомогою низькотемпературного ядерного синтезу. Така установка забезпечена власним незалежним джерелом енергії і не потребує витрат енергії ззовні. По-друге, завданням, яке вирішує установка, є поліпшення екологічної обстановки шляхом корисного витрачання ядерних відходів, що підлягають утилізації та захоронення, і виробництво дешевих екологічно чистих горючих матеріалів, потреба в яких з плином часу зростає швидкими темпами.
 |
До її складу входять (фіг.1): |
Блок низькотемпературного ядерного синтезу є ядерний реактор, призначений для виконання реакцій низькотемпературного ядерного синтезу. Він працює на теплових нейтронах з графітовим сповільнювачем. Ядерним пальним (реагентом) служать відходи ядерних реакторів ділення важких атомних ядер, наприклад, стронцій-90.
 |
Активна зона реактора являє собою графітову ємність, в якій розташовані такі елементи (фіг.2): |
Функціонально робота реактора полягає в тому, що пластини вихідного реагенту опромінюються потоком повільних нейтронів, що випромінюються основним генератором нейтронів. Нейтрони випромінюються важкою водою при опроміненні її потоком гамма-променів, що виходять від вихідного реагенту в процесі здійснення реакцій радіаційного захоплення нейтронів і перетворення нейтронів в протони. Освічені генератором нейтрони перш ніж прореагувати проходять через помножувач і сповільнювач, де збільшується потік нейтронів до необхідної щільності і сповільнюється швидкість нейтронів до необхідної енергії, що відповідає максимальному перетину радіаційного захоплення нейтронів в ядерному реакторі ядром вихідного реагенту. Під дією радіаційного захоплення нейтронів в ядерному реакторі відбувається низькотемпературний ядерний синтез нуклонів в ядрах реагенту, який полягає в тому, що надмірна частина накопичених нейтронів перетворюється в протони і об'єднується з іншими захопленими нейтронами, утворюючи ядра дейтерію або гелію, які потім зливаються з вихідним ядром реагенту. Відбувається виділення енергії за рахунок збільшення енергії зв'язку між нуклонами. В процесі реакції синтезу витрачаються тільки нейтрони, службовці будівельним матеріалом для збільшення складу ядра, але нові покоління нейтронів, як це відбувається при розподілі важких ядер, не народжуються. Постачати нейтрони змушені за допомогою спеціального (основного) генератора нейтронів. Одним з використовуваних в даний час типів генераторів нейтронів є генератор, що складається з системи вузьких трубок, які пронизують активну зону реактора, заповнених важкою водою. У початковому стані важка вода виведена з активної зони і зберігається в спеціальному резервуарі. В робочому стані важка вода прокачується по трубках, опромінюється потоком гамма-променів, що виникають в процесі реакції синтезу, і виробляє нові покоління нейтронів для продовження реакції синтезу. Нейтрони надходять в реагент, збуджують реакції синтезу і беруть у них активну участь. Управління потужністю виділеної енергії виробляють зміною кількості важкої води, що знаходиться в активній зоні. Щоб зменшити потужність, слід витіснити з трубок частина важкої води. В цьому випадку відбудеться скорочення потоку нейтронів і зменшення актів синтезу ядер в одиницю часу. Для збільшення потужності достатньо збільшити кількість важкої води в активній зоні. Для зменшення непродуктивних витрат нейтронів активна зона обмежена відбивачами нейтронів, в якості яких використовуються графітові пластини і графітова обмазка. Енергія, вироблена такою установкою низькотемпературного ядерного синтезу, дешевше енергії, виробленої сучасними АЕС, в 400-700 разів.
 |
Блок перетворення енергії і виробництва електроенергії є типовою контур перетворення ядерної енергії (фіг.3) складається з |
Блок електролізу води та отримання водню і кисню. Найбільш простим у технічному виконанні і широко використовуваним в промисловості відомим способом отримання водню є електроліз води в лужному середовищі (25-30% КОН). Цей процес енергоємний: для отримання 1 м3 водню і 0,5 м 3 кисню потрібно затратити близько 6 кВт.год електроенергії. Тому для зниження вартості виробленого водню слід використовувати дешеву електроенергію, вироблену за рахунок низькотемпературного ядерного синтезу.
Схема електролізу розчину КОН з вугільними (нерозчинними) електродами.
Ще до пропускання струму луг як сильний електроліт дисоціює на іони 
. Вода як слабкий електроліт частково дисоціює на іони 
. Таким чином, в розчині містяться іони К +; Н +; ВІН -.
При пропущенні струму до катода підходять іони К + і Н +, до анода - іони ОН -. На катоді будуть розряджатися іони водррода (іони К + важче розряджаються).
На аноді віддача електронів відбувається у іонів ОН -. В результаті електролізу на катоді виділяється водень, а в розчині біля катода іони ОН - з іонами К + утворюють КОН.
На аноді виділяється кисень, а в розчині біля анода іони Н + з іонами ОН - утворюють Н2О При перемішуванні електроліту луг розчиняється в воді, дисоціює і процес відновлюється. В такому випадку продуктами електролізу будуть тільки водень і кисень, тобто буде відбуватися розкладання води електричним струмом.
Спосіб виробництва екологічно чистого хімічного пального включає наступні операції:
1. Підготовка установки для виробництва екологічно чистого пального до роботи
Проводять огляд блоків, завантажують вихідний реагент в ядерний реактор, заправляють до норми теплоносій, заправляють важку воду генератора нейтронів до норми, виробляють випробування функціонування вузлів ядерного реактора без подачі нейтронів, проводять перевірку готовності до роботи блоку перетворення енергії і виробництва електроенергії, роблять підготовку до роботи електролізерів і засобів збору і зберігання водню і кисню, проводять перевірку роботи системи управління, проводять перевірку роботи системи захисту.
2. Включення установки
Проводять включення системи захисту, роблять включення системи автоматичного управління, роблять включення теплоносія, роблять включення основного генератора нейтронів, виробляють установку і включення пускового генератора нейтронів, після чого порушується реакція синтезу, починає функціонувати основний генератор нейтронів і встановлюється робочий режим ядерного реактора. Під час включення блоку низькотемпературного ядерного синтезу в роботу встановлюють таку кількість важкої води в активній зоні реактора, щоб ядерний реактор при виході в робочий режим виробляв мінімальну потужність вироблюваної енергії при стійкій роботі без зривів. Потім плавно збільшують потужність до заданого рівня, контролюючи роботу всіх вузлів блоку. Після виходу блоку низькотемпературного ядерного синтезу на робочий режим його навантажують турбогенератором, який виконує електроенергію, після чого включають в роботу електролізери, що виробляють водень і кисень.
3. Робочий режим
У робочому режимі здійснюють розкладання води на водень і кисень, використовуючи енергію низькотемпературного ядерного синтезу. В цьому режимі виробляють контроль за роботою вузлів і систем установки і виконанням технологічних процесів виробництва водню і кисню. При необхідності зменшити потужність виробленої енергії зменшують кількість важкої води в активній зоні, а для її збільшення збільшують кількість важкої води.
4. Режим зупинки
Для зупинки і виключення установки знижують потужність виробленої енергії до мінімальної, відключають електроенергію від електролізерів, відключають турбогенератор, зливають важку воду в резервуар, прибирають з активної зони пластини пускового генератора нейтронів. Після цього припиняються реакції ядерного синтезу.
Необхідність заміни традиційних видів моторного палива на більш перспективні підтверджується наступними відомими положеннями.
Традиційними видами палива, інтенсивно використовуваними в даний час, подарованими природою людству, є копалини природні органічні речовини: нафта, вугілля, природний газ. Незважаючи на високі експлуатаційні якості, велику енергоємність і відносно низьку вартість є ряд аспектів, які потребують нагального вирішення. Основними з них є:
а) обмежені запаси природних горючих матеріалів, кількість яких неухильно скорочується. Опубліковані оцінки підтверджують, що, цитую:
"Ресурси мінерального палива обмежені і при збереженні існуючих темпів розвитку енергетики вони будуть вичерпані протягом найближчих десятиліть (нафта, горючі гази) або століть (вугілля)".
Кінець цитати (Фізичний енциклопедичний словник. 1983, с. 786);
б) екологічне забруднення навколишнього середовища від використання традиційних палив надто велике і завдає шкоди живим організмам і рослинам. Цитата:
"Чинний з березня 1992 р закон про охорону навколишнього середовища не стабілізував екологічну ситуацію в країні. Більш того, вона продовжує погіршуватися. Деякі міста виявилися в критичному, інші в катастрофічному становищі. Серед них перше місце займає Москва, друге Санкт-Петербург, третє Краснодар, далі Омськ і Уфа. у Москві не дивлячись на скорочення обсягів промислового виробництва зростає валовий викид токсичних речовин автомобілями. Забруднення повітря токсичними речовинами в центрі міста перевищує норму в 15-30 разів. в результаті екологічна ситуація в країні неухильно погіршувалася. і на конференції ООН по навколишньому середовищу, що відбулася в Ріо-де-Жанейро, Росія була названа в групі найбільш неблагополучних в екологічному відношенні країн на планеті ".
Кінець цитати (Журнал "Енергія", 1996, 3, с. 52).
в) вибір альтернативного екологічно чистого пального
Для заміни традиційного виду палива слід підібрати з усіх існуючих таке альтернативне паливо, яке задовольняло б в більшій мірі ряду вимог:
а) за своїми запасами має багаторазово перевищувати запаси традиційних видів палива;
б) родовища запасів палива повинні бути легко доступні для їх масового використання і наближені до місця використання;
в) вартість палива не повинна помітно перевищувати вартість традиційних видів палива;
г) екологічні показники повинні значно перевищувати аналогічні показники традиційних видів палива. Автомобіль або електромобіль не повинні забруднювати навколишнє середовище;
д) мати високі технічні та експлуатаційні властивості, які не поступаються аналогічним для традиційних палив.
Серед відомих альтернативних палив найбільш підходящим видом палива є водень, отриманий електролізом води, використовуючи найбільш дешеву енергію низькотемпературного ядерного синтезу. Підтверджується наступною цитатою:
"Водень є екологічно чистим енергоносієм і може проводитися за рахунок поновлюваних джерел енергії. Типовими прикладами застосування нових водневих технологій є автотранспорт з низьким або нульовим викидом шкідливих речовин в атмосферу і житлові будинки з автономним енергозабезпеченням".
Кінець цитати (Журнал "Енергія", 1996, 5, с. 19. "Водень-96").
"Перспективний електроліз води для отримання водню, але при наявності дешевої електроенергії. Цим способом виробляють деяку кількість водню в Норвегії і АРЄ, ведуться роботи у Франції з отримання водню різними методами з використанням дешевої електроенергії АЕС в нічний час".
Кінець цитати (Г.А. Терентьєв, В.М. Тюков, Ф.В. Смаль. Моторні палива з альтернативних сировинних ресурсів. 1989, с. 223).
"Інтерес до водню як моторного палива обумовлений його високими енергетичними показниками, відсутністю шкідливих речовин в продуктах згоряння і, головне - практично необмеженої сировинною базою. Водень характеризується найбільш високими енергомассового показниками серед хімічних палив".
Кінець цитати (там же, с. 176).
Стримуючим фактором широкого застосування водню як моторного палива в даний час є відносна дорожнеча його виробництва. Вартість сучасного виробництва водню, навіть з використанням дешевої енергії АЕС значно перевищує вартість видобутку і переробки нафти. цитую:
"Виконані в США розрахунки з урахуванням перспективних оцінок в зміні вартості вуглеводневої сировини показали, що до 2000 р собівартість отримання водню складе - при електролізі води з використанням енергії АЕС (к.к.д. = 27%) - 1427-1732 дол / т ".
Кінець цитати (Г.А. Терентьєв і ін., Там же с. 223).
"Середні поточні витрати видобутку нафти в капіталістичному світі в 2000 р визначаються в 44 дол / т".
Кінець цитати (Там же, с. 32).
Заявлений спосіб дозволяє знизити вартість електролізного водню в 400-700 разів, що зробить водень додатково до його відомим достоїнств ще й найбільш економічно вигідним з усіх наявних видів сучасних палив. Підтверджується наступними положеннями, цитую:
"Оскільки вартість одного грама дейтерію приблизно в 100 разів менше вартості грама урану-235, а його природні запаси практично невичерпні, чого не можна сказати про запаси діляться речовин, широкий розвиток робіт з вишукування шляхів для здійснення керованих реакцій ядерного синтезу економічно виправдано".
Кінець цитати (А.К. Вальтер, І.І. Залюбовський. Ядерна фізика. - Харків, 1991, с. 385).
Слід врахувати, що 1 кг дейтерію здатний виділити в 4-7 разів більше енергії, ніж така ж кількість урану-235. Таким чином, використовуючи енергію низькотемпературного ядерного синтезу, отримаємо вартість електролізного водню порядку 1-4 дол / т.
Таке різке зниження вартості водню дозволяє зробити переоцінку перспективності сучасних видів моторних палив на користь водню, швидкому розвитку виробництва установок низькотемпературного ядерного синтезу і виробництва водню на їх основі.
Установка для виробництва екологічно чистого пального є стаціонарну енергетичну установку, яка використовує автономний блок низькотемпературного ядерного синтезу для виробництва водню і кисню шляхом електролізу води.
Установка складається з (див. Фіг.1):
- блоку низькотемпературного ядерного синтезу;
- блоку перетворення енергії і виробництва електроенергії;
- блоку електролізу води та отримання водню і кисню.
Блок низькотемпературного ядерного синтезу поміщений в товстостінну бетонну конструкцію, що служить захистом обслуговуючого персоналу і навколишнього середовища від радіоактивних випромінювань, що виникають в активній зоні ядерного реактора. Він являє собою ядерний реактор і складається з наступних функціональних елементів (див. Фіг. 2):
- Реагенту 1, пластини якого рівномірно розподілені по робочому об'єму активної зони реактора;
- Теплоносія, що циркулює по тонкостінних трубок 6, трубки теплоносія розташовані в безпосередній близькості від пластин реагенту, по трубках рухається дистильована вода або рідкий метал, охолоджуючі пластини реагенту і відводять теплову енергію від реагенту в теплообмінник 7 (фіг. 3);
- Основного генератора нейтронів 3 (фіг.2), що представляє собою систему тонких трубок, розташованих в проміжках між пластинами реагенту, по трубках циркулює важка вода. В результаті опромінення гамма-променями, що виходять від реагенту, важка вода випромінює нейтрони, які захоплюються ядрами реагенту, і відбувається екзотермічна реакція синтезу;
- Помножувача нейтронів 4 (фіг. 2), що представляє собою важкі атомні ядра, здатні при захопленні нейтронів ділитися з випромінюванням більшого числа нейтронів, ніж було захоплено.
Елементи, що діляться помножувача розташовуються між трубками основного генератора нейтронів і пластинами реагенту і забезпечують підтримання заданого рівня потужності, що віддається реагентом або збільшення її до необхідного значення;
- Сповільнювач нейтронів 2, що представляє собою графітовий заповнювач всього вільного простору активної зони реактора. Служить для зменшення швидкості швидких нейтронів і збільшення перетину захоплення нейтронів ядрами реагенту;
- Пускового генератора нейтронів 5, що представляє собою радіоактивний ізотоп з великим періодом напіврозпаду. Він встановлюється в спеціальні гнізда, розташовані в активній зоні у момент включення і ініціює початковий потік нейтронів, достатній для збудження реакції синтезу і включення в роботу основного генератора нейтронів.
Блок перетворення енергії і виробництва електроенергії (див. Фіг. 3) являє собою відомий типовий контур перетворення ядерної енергії. Він включає до свого складу
- Теплообмінник 7
- Циркуляційні насоси 8
- Турбогенератор 9
- Конденсатор 10
- Живильний насос 11
Блок перетворення енергії і виробництва електроенергії призначений для перетворення ядерної енергії в електричну за к.к.д. близько 27%.
Блок електролізу води та отримання водню і кисню містить ряд електролізерів найбільш перспективних відомих конструкцій і розроблених нових типів і конструкцій, а й ємності і засоби для зберігання, стиснення, скраплення газів і гідрування металів.
ФОРМУЛА ВИНАХОДУ
1. Спосіб виробництва екологічно чистого хімічного пального шляхом електролізу води з отриманням водню і кисню, що відрізняється тим, що здійснюють реакції низькотемпературного ядерного синтезу в ядерному реакторі, в якості вихідного реагенту використовують радіоактивні відходи ядерних реакторів і дейтерій для виробництва нейтронів, ядерний синтез здійснюють шляхом радіаційного захоплення реагентом повільних нейтронів, що виділяється ядерну енергію перетворюють в електричну, яку використовують для здійснення електролізу води.
2. Установка для виробництва екологічно чистого хімічного пального, що містить блок електролізу води та отримання водню і кисню, підключений до джерела електричної енергії, що відрізняється тим, що забезпечена блоком перетворення енергії і отримання електричної енергії і блоком низькотемпературного ядерного синтезу з ядерним реактором, виконаним з можливістю здійснення реакцій низькотемпературного ядерного синтезу і з можливістю використання в якості енерговиделяющіх елементів ядерних відходів, в тому числі стронцію-90, і включає основний генератор нейтронів, виконаний з можливістю виробництва нейтронів шляхом опромінення важкої води гамма-променями, помножувач нейтронів і пусковий генератор нейтронів, причому блок електролізу води пов'язаний з блоком перетворення енергії і виробництва електричної енергії, джерелом якої служить останній.
Версія для друку
Дата публікації 01.03.2007гг
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.