Теплоэлектрогенератор агропромышленного комплекса

 

Изобретение относится к технике утилизации сельхозотходов с выработкой тепловой и электрической энергии и может быть применено на свинооткормочных предприятиях агропромышленного комплекса (АПК) в районах Крайнего Севера. При порционной подаче метана с тритийзамещенным водородом при температуре 280 - 320^oC и сгорании в электродуге при температуре 2500 - 3000^oC образуется плазма, которая принимает форму спиралей вследствие условий ее отвода через концентричные отверстия противоположной торцевой стенки. Вихревое перемещение плазмы, пересекающей литий-бериллиевые стержни, инициирует в них электроток, т.е. происходит преобразование тепловой энергии электронов и высокоэнергетических ионов в электрическую энергию. Испарение вещества с поверхности спиралей осуществляет их реактивное поджатие к линейному разряду между импульсными электродами от конденсаторной батареи. Высокоэнергетические ионы и нейтроны воздействуют на материал литиевой и бериллиевой обечаек и воспроизводят тритий, который замещает протий в метане, т.е. происходит воспроизводство трития. У противоположной стенки плазма переводится в пар с неконденсирующимися примесями в виде СО₂ и Не, образующий у поверхности литиевой обечайки "шубу", снижающую охлаждение плазмы. Многократное повторение микровзрывов в дуге дуговых электродов с испарением лития с высокой частотой микровзрывов, обеспечиваемой подачей метана, обеспечивает воспроизводство трития. Быстрые нейтроны, возникающие при слиянии ядер трития, с высокой проникающей способностью воздействуют на литий и бериллий обечаек теплообменника. Расходным материалом низкотемпературной ядерной реакции являются дуговые электроды. Изобретение позволяет обеспечить АПК теплом и теплоэнергией. 1 ил.

Изобретение относится к технике утилизации сельхозотходов (СХО) с выработкой тепловой и электрической энергии и может быть использовано на свинооткормочных предприятиях АПК.

Известен ТЭГ, включающий корпус, во внутренней полости которого установлены импульсные электроды, сообщенные с конденсаторной батареей /рис.1.8, с. 15, Л.С.Кокорев, В.В.Харитонов. Прямое преобразование энергии в термоядерных энергетических установках. М., 1980/, в котором низкая степень преобразования, что снижает эффективность его работы.

Цель изобретения - повышение эффективности работы достигается тем, что концентрично оси импульсных электродов установлен теплообменник, охлаждаемый метаном, из литиевой, бериллиевой, графитовой обечаек, а между осью импульсных электродов и теплообменником размещены токоприемные литий-бериллиевые стержни, сообщенные с коллектором электродвигателя, а между передней торцевой стенкой корпуса и импульсным электродом размещены дуговые электроды, с впрессованным в них порошкообразным литием, установленные с возможностью перемещения навстречу друг другу при увеличении зазора между ними, причем зазор между дуговыми электродами сообщен с осевым отверстием в передней торцевой стенке корпуса, периодически перекрываемый заслонкой с теплообменником нагрева метана с тритийпреобразованными атомами водорода, а задняя торцевая стенка корпуса, сообщенная с контуром охлаждения, выполненная с концентричными отверстиями, сообщенными с отверстием приводной ступицы и со струевым насосом с конденсатором паров воды и сборниками CO₂, He и воды.

Обоснование достижения цели изобретения приведено в описании работы ТЭГ АПК, схематически показанной на чертеже в виде продольного разреза.

ТЭГ АПК включает корпус 1, во внутренней полости 2 которого установлены импульсные электроды 3 и 4, сообщенные с конденсаторной батареей 5. Концентрично оси импульсных электродов 3 и 4 установлен теплообменник 6, охлаждаемый метаном, из литиевой 7, берриллиевой 8, графитовой 9 обечаек, а между осью импульсных электродов 3 и 4 и теплообменником 6 размещены токоприемные литий-бериллиевые стержни 10, сообщенные с коллектором 11 электродвигателя 12, а между передней торцевой стенкой 13 корпуса 1 и импульсным электродом 3 размещены дуговые электроды 14 и 15 с впрессованным в них порошкообразным литием, установленные с возможностью перемещения навстречу друг другу при увеличении зазора 16 между ними, причем зазор 16 между дуговыми электродами 14 и 15 сообщен с осевым отверстием 17 в передней торцевой стенке 13 корпуса 1, перекрываемым периодически заслонкой 18, с теплообменником 19 нагрева метана с тритийпреобразованными атомами водорода /СТ₄/, а задняя торцевая стенка 20 корпуса 1, сообщенная контуром охлаждения 21 с теплообменником 22, выполнена с концентричными отверстиями 23, сообщенными с отверстием 24 приводной ступицы 25 и струевым насосом 26 с конденсатором 27 паров воды и сборниками CO₂, He и H₂O, соответственно 28 и 29. Теплообменник 6 сообщен контуром 30 с теплообменником 31 и теплообменником 19 нагрева метана с тритийпреобразованными атомами водорода. Контур 30 сообщен по метану с хлореллогенератором 32, метантенком 33, сборником 34 СХО свинооткормочного предприятия /СОП/ 35. Теплообменник 31 сообщен контуром 36 с сепаратором 37, циркуляционный контур 38 которого включает паровую турбину 39 привода электрогенератора 40, конденсатора 41 и главного циркуляционного насоса 41. Заслонка 18 выполнена с эксцентриковым приводом 42.

ТЭГ АПК в установке утилизации СХО СОП работает следующим образом.

Гидросмывом и гидросплавом стоки свинооткормочного предприятия 1 в количестве 35-40 литров на голову в сутки поступают в сборник СХО 34, в котором корректируют за счет ввода компоста /КП/ из твердофазного фермента /на чертеже не показан/, с тем, чтобы количество углерода в 20 раз превышало содержание азота. Стоки сбраживают в метантенке 33, на выходе из которого концентрация метана в биогазе не превышает 75-80%. Для исчерпывания диоксида углерода и сероводорода в хлореллогенераторе 32 используют хлореллу и серобактерии, что позволяет получать практически чистый метан /CH₄/, который циркулирует по контуру 30 между теплообменником 6 и теплообменником 31. Под воздействием нейтронов в обечайках 7 и 8 выделяется тритий, замещающий атомы протия в метане на атомы трития. Тритийнасыщенный метан поступает в теплообменник 19 и нагревается до температуры 280-320^oC и порциями через заслонку 18 от привода 42 вводят в зазор 16 между дуговыми электродами 14 и 15. При температуре 2500-3000^oC метан превращается в плазму и сгорает с образованием плазмы из водяного пара и оксида углерода. В зазоре 16 электрической дуги в плазму вводят литий из материалов электродов 14 и 15. Ввод плазмы из метана через отверстие 17 совпадает с импульсом электротока между электродами 3 и 4 от батареи конденсаторов 5. Образуется поле плазмы в виде спиралей и линейное поле электротока разряда между электродами 3 и 4. Согласно закону сохранения импульсов взаимодействие высокоэнергетических ионов с поверхностью литиевой обечайки 7 дает реакцию, воспроизводимую в литий-бериллиевых стержнях в виде электротока, отводимого к коллектору 11 электродвигателя 12.

Многократное повторение микровзрывов в дуге дуговых электродов 14 и 15 обеспечивает воспроизводство трития из литиевой 7 и бериллиевой 8 обечаек. Тритий в фокусе электродуги зазора 16 переходит в плазму и в виде плазменного факела выбрасывается в направлении импульсного разряда от батареи 5. При испарении вещества с поверхности плазменных спиралей происходит сжатие спиралей и зажигание импульсной термоядерной реакции при относительно низких температурах с увеличением плотности плазмы за счет ввода лития в дуге электродов 14 и 15 и продуктов сгорания метана в виде CO₂. Вихревое электрическое поле в плазме спиралей обусловлено условиями отвода плазмы через отверстия 23, сообщаемые с отверстием 24 приводной ступицы 25.

Струевой насос 26 создает в полости 2 корпуса 1 разрежение, обеспечивающее перемещение плазмы от стенки 13 к стенке 20, в которой за счет охлаждения контуром 21 теплообменника 22 плазма переходит в пар. На внутренней поверхности литиевой обечайки 7 образуется газовая "шуба" из гелия и углекислого газа, снижающая охлаждение плазмы. В контуре 38 из пара сепаратора 37 в паровой турбине 39 электрогенератор 40 вырабатывает электроэнергию.

Простые по конструкции и надежные в работе ТЭГ АПК решают проблему обеспечения теплом и электроэнергией с воспроизводством трития в виде тритийнасыщенного метана. Расходным компонентом утилизации СХО являются дуговые электроды 14 и 15. Особенно существенным является использование ТЭГ АПК в районах Крайнего Севера, в которые завоз горючего затруднен из-за дальности перевозок.

Формула изобретения

Теплоэлектрогенератор агропромышленного комплекса, включающий корпус, по внутренней полости которого установлены импульсные электроды, сообщенные с конденсаторной батареей, отличающийся тем, что концентрично оси импульсных электродов установлен теплообменник, охлаждаемый метаном, из литиевой, бириллиевой, графитовой обечаек, а между осью импульсных электродов и теплообменником размещены токоприемные литий-бериллиевые стержни, сообщенные с коллектором электродвигателя, а между передней торцевой стойкой корпуса и импульсным электродом размещены дуговые электроды с впрессованным в них порошкообразным литием, установленные с возможностью перемещения навстречу друг другу при увеличении зазора между ними, причем зазор между дуговыми электродами сообщен с осевым отверстием в передней торцевой стенке корпуса, перекрываемый периодически заслонкой, с теплообменником нагрева метана с тритийпреобразованными атомами водорода (СТ₄), а задняя торцевая стенка корпуса, обращенная контуром охлаждения с теплообменником, выполнена с концентричными отверстиями, сообщенными с отверстиями приводной ступицы и струевым насосом с конденсатором паров воды и сборниками СО₂ и Не.

РИСУНКИ

Рисунок 1