СИЛОВОЕ УСТРОЙСТВО РЫБОПЕРЕРАБАТЫВАЮЩИХ СУДОВ Российский патент 2001 года по МПК G21D9/00 C02F1/00 H02N11/00 F24J3/00 

Изобретение относится к технике выработки тепловой и электрической энергии при переработке отходов рыбного промысла и фекально-бытовых стоков на рыбоперерабатывающих морских судах длительного автономного плавания.

Известно силовое устройство, включающее корпус, во внутренней полости которого, находящейся под разрежением, установлены импульсные токоиспускающий и токоприемный электроды, сообщенные с батареей конденсаторов /рис. 1.8. , с.15, Л.С.Кокорев, В.В.Харитонов, Прямое преобразование энергии в термоядерных энергетических установках, М.,1980/, в котором отсутствуют условия восполнения потерь трития, в виде тритиевой воды, при длительном отрыве от баз снабжения при автономном плавании, что снижает эффективность работы устройства.

Цель изобретения - повышение эффективности работы - достигается тем, что концентрично оси вертикального корпуса установлены литий-бериллиевые стержни, сообщенные с коллектором приемника электротока, например электродвигателем, а между стержнями и корпусом, охлаждаемым обычной водой, размещен теплообменник, во внутренней полости которого размещены последовательно от стержней к корпусу обечайки: литиевая, бериллиевая, урановая, графитовая, причем верхняя кромка литиевой обечайки выполнена с оросителем жидкого лития, а нижняя кольцевым приемником, сообщенным контуром циркуляции со сборником жидкого лития и циркуляционным насосом, а между импульсным токоиспускающим электродом и верхней торцевой стенкой корпуса размещены дуговые электроды с впрессованным в них литием, например, из порошка твердого алюминийсодержащего соединения, а напротив зазора между дуговыми электродами выполнено отверстие в торцевой стенке, сообщенное питателем с патрубком парогенератором тяжелой, и сверхтяжелой воды, а нижняя торцевая стенка корпуса выполнена полой, сообщена контуром охлаждения с теплообменником и с концентричными отверстиями, сообщаемыми отверстием приводной ступицы со струевым насосом, конденсатором и сборником гелия /He/.

Достижение цели изобретения обосновано в описании установки комплексной биологической утилизация отходов рыбопромысла и фекально-бытовых стоков рыбоперерабатывающего судна, представленной схематически в виде продольного разреза на чертеже.

Силовое устройство включает корпус 1, во внутренней полости 2 которого, находящейся под разрежением, установлены импульсные токоиспускающий 3 и токоприемный 4 электроды, сообщенные с батареей конденсаторов 5. Концентрично оси корпуса 1 установлены литий-бериллиевые стержни 6, сообщенные с коллектором 7 приемника электротока, например электродвигателем 8, а между стержнями 6 и корпусом 1 размещен теплообменник 9, охлаждаемый обычной /протиевой/ водой, во внутренней полости которого размещены: последовательно от стержней 6 к корпусу 1 обечайки: 10 - литиевая, например из окиси лития, бериллиевая - 11, урановая 12, из твэлов, заполненных природным или отвальным ураном-238, 13 - графитовая, причем верхняя кромка литиевой обечайки 10 выполнена с кольцевым оросителем 14 жидкого лития, а нижняя кромка с кольцевым приемником 15, сообщенным контуром 16 циркуляции со сборником 17 жидкого лития, а между импульсным токоиспускающим электродом 3 и верхней торцевой стенкой 18 корпуса 1 размещены дуговые электроды 19 и 20, с впрессованным в них порошкообразным литием, например из твердого алюминийсодержащего соединения, а напротив зазора 21 между дуговыми электродами 19 и 20 выполнено отверстие 22 торцевой стенки 18 корпуса 1, сообщенное питателем 23 с патрубком 24 парогенератора 25 тяжелой и сверхтяжелой воды, а нижняя торцевая стенка 26 корпуса 1 выполнена полой, сообщена контуром 27 охлаждения с теплообменником 28 и с концентричными отверстиями 29, сообщенными с отверстием 30 приводной ступицы 31 со струевым насосом 32, конденсатором 33 и сборником 34 гелия /He/. Установка комплексной биологической утилизации включает сборник 36 фекально-бытовых стоков и отходов переработки, сообщенный с метантенком 37 из камер: 38 - кислого, 39 - нейтрального, 40 - щелочного, 41 - метанового брожения, причем камеры снабжены диспергаторами 42, из взаимодействующих через кольцевой канал 43 уступчатыми цилиндрическими поверхностями корпуса 44 и ротора 45. Концентрация метана после метантенка 37 не превышает 75-80% и для исчерпывания диоксида углерода и сероводорода сообщен с хлореллогенератором 46, со светопроницаемыми стенками, с внешней стороны которых размещены светильники 47, а внутри размещена на приводном валу 48 плоская спираль 49 с иммобилизационными пучками стекловолокон 50. Метентенк 37 по бражке сообщен с оросителем 51 и по биогазу через нагнетатель 52 с нижней частью хлореллогенератора 46, который по взвесям сообщен с центробежным микрофильтром /ЦМФ/ 53 и по биомассе хлореллы и серобактерий ЦМФ 53 сообщен с патрубком 54 динамического дезинтегратора /ДД/ 55 и патрубком 56 по дезинтеграту сообщен с оросителем 51 хлореллогенератора 46, а по избыточному дезинтеграту сообщен с сушилкой 57 белково-витаминной добавки /БВД/. Патрубком 58 ДД 55 сообщен со сборником смеси 59 обычной и тяжелой воды и через гидравлический затвор 60 с ректификационной колонной /РК/ 61, включающей поперечные перфорированные перегородки /ППП/ 62, образующие секции 63, сообщенные друг с другом переливными трубами 64, причем нижняя секция 63 сообщена с теплообменником 65 и сборником 66 тяжелой воды, который в свою очередь сообщен с парогенератором 25. Теплообменник 9 сообщен со сборником 67 смеси обычной и сверхтяжелой воды, который в свою очередь сообщен со сборником 68 и через гидравлический затвор 69 с РК 70, аналогичной по конструкции с РК 61, причем верхняя секция 63 по пару сообщена с дефлегматором 71 и по флегме /конденсату/ с РК 70. Нижняя секция 63 сообщена с теплообменником 72 и со сборником 73 сверхтяжелой /тритиевой/ воды и парогенератором 25. Сборник 67 сообщен с сепаратором 75 паровой турбиной 76 привода электрогенератора 77, конденсатором 78 и циркуляционным насосом 79. Хлореллогенератор 46 по метану сообщен со сборником 80. Контур жидкого лития выполнен с циркуляционным насосом 81.

Силовое устройство рыбоперерабатывающих судов /СУ РПС/ в установке комплексной утилизации фекально-бытовых стоков и отходов рыбопереработки работает следующим образом.

Фекально-бытовые стоки и отходы переработки поступают в сборник 36, а из него в метантенк 37, в котором при температуре 53^oC сбраживают последовательно в камерах 38-41 в анаэробных условиях, причем колебания температуры не должны превышать одного градуса в сутки. Температурная стабилизация осуществляется за счет нагрева субстрата в кольцевом канале 43 между уступами корпуса 44 и ротора 45. Одновременно диспергаторы 42 разрушают взвесь и гомогенизируют субстрат с обновлением поверхности контакта между микрофлорой и загрузкой метантенка 37. В метантенке 37 осуществляют ферментолиз, т.е. разложение воды на водород и кислород, причем водород восстанавливает диоксид углерода до метана, в результате чего масса метана по весу превышает массу распада беззольной органики на 20-30%. Концентрация метана в биогазе на выходе из метантенка 37 не превышает 75-80%, что затрудняет его использование в качестве горючего в двигателях внутреннего сгорания /ДВС/. Для исчерпывания диоксида углерода и сероводорода биогаз из метантенка 37 нагнетателем 52 направляют в хлореллогенератор 46, в который через ороситель 51 вводят бражку, со взвешенным в нем шламом. В условиях фотосинтеза от светильников 47 хлорелла и серобактерии исчерпывают примеси, причем хлорелла накапливает в своем организме тяжелую /Д₂О/ воду до концентраций 0,4-0,6%. Взвешенную в воде микрофлору отделяют на нежесткой фильтровальной перегородке, находящейся под напряжением электротока, в ЦМФ 53. Биомассу дезинтегрируют в ДД 55 и дезинтеграт, содержащий до 45% углерода, 11% - азота, 5% - фосфора, возвращают через ороситель 51 в хлореллогенератор 46, в качестве биогенных элементов питания для микрофлоры. Избыточную биомассу дезинтеграта сушат в сушилке 57 и она в качестве БВД является товарным продуктом рыбопереработки. При дезинтеграции /разрушении/ оболочек клеток их содержимое, на 80-85%, состоящее из воды, освобождается и в поле центробежных сил ДД 55 отделяют из обычной воды тяжелую воду, которая имеет плотность на 10%, а вязкость на 23% выше обычной воды. Смесь обычной и тяжелой воды из патрубка 58 поступает в сборник 59 и через гидравлический затвор 60 в РК 61. Температура кипения тяжелой воды 101,42^oC. Она хуже испаряется и быстрее конденсируется в сравнении с обычной водой. Многократными частичными испарениями воды и конденсациями паров разделяют смесь. Пары поднимаются вверх из одной секции 63 в другую через перфорацию ППП 62, а жидкость перетекает вниз по переливным трубам 64. Из теплообменника 65 тяжелая /Д₂О/ вода поступает в сборник 66, а из него в парогенератор 25, в котором в смеси со сверхтяжелой /Т₂О/ водой, поступающей из сборника 73, смесь нагревают до температуры 280-320^oC. Пары смеси через патрубок 24 порциями вводят питателем 23 через отверстие 22 в торцевой стенке 18 в зазор 21 дуговых электродов 20 и 19. При температуре дуги 2500-3000^oC образуется плазма, причем порции ввода плазмы во времени совпадают с импульсами электроразрядов между электродами 3 и 4 от батареи конденсаторов 5. Плазма перемещается во внутренней полости 2 корпуса 1 по траекториям в виде спиралей. Плазма переводится в пар у торцевой стенки 26 охлаждением контуром 27 теплообменника 28. Пары отводят поочередно через отверстия 29, подключаемые к отверстию 30 приводной ступицы 31. Условия отвода паров формируют перемещение плазмы в виде спиралей внутри литиевой обечайки 10 из окиси лития. Согласно закону сохранения импульсов взаимодействие высокоэнергетических ионов с поверхностью литиевой обечайки 10 дает реакцию, воспроизводимую в литий-бериллиевых стержнях 6 в виде электротока, отводимого к коллектору 7 токоприемника, например электродвигателя 8. Для снижения плазменной эрозии поверхности литиевой обечайки 10 ее орошают жидким литием из оросителя 14, который стекает пленкой в кольцевой приемник 15. Рециркуляцию осуществляют насосом 81 через контур 16 и сборник 17. Испарение вещества с поверхности спиралей за счет отдачи от поверхности литиевой обечайки приводит к сжатию спиралей к оси импульсных разрядов между токоиспускающим 3 и токоприемным 4 электродами. Поджиг термоядерной смеси происходит в электродуге электродов 19 и 20, с одновременным вводом в плазму лития из порошкообразных соединений /LiAl, LiAlO₂/, прессованных в материал дуговых электродов. Многократные повторения микровзрывов в дуге 21 дуговых электродов с достаточно высокой частотой обеспечивают воспроизводство трития. Слияние ядер дейтерия и трития приводит к образованию ядер гелия и нейтронов при медленном горении плазмы в спиралях, причем гелий образует у поверхности обечайки 10 газовую "шубу", снижающую потери тепла от плазмы к воде охлаждения теплообменника 9. Быстрые нейтроны с высокой проникающей способностью воздействуют на материал литиевой 10 и бериллиевой 11 обечаек и воспроизводят в воде охлаждения теплообменника 9 тритий, т.е. осуществляется его воспроизводство. Урановая обечайка 12 с твэлами из природного или отвального урана-238, под воздействием нейтронов синтеза приводит к делению ядер урана, с выделением тепла, причем 75-80% тепловой энергии силовой установки приходится на деление ядер урана. Другая часть урана-238 превращается в плутоний, который извлекают вместе с твэлами при перезарядке силовой установки в порту приписки судна. Разрежение во внутренней полости 2 создает струевой насос 32 и конденсация паров воды в конденсаторе 33, причем гелий /He/ является неконденсируемой примесью и его отводят в сборник 34 в качестве товарного продукта. Тепло из теплообменника 9 отводят с охлаждающей водой в сборник 67, из него в сепаратор 75 и далее в паровую турбину 76 привода электрогенератора 77. Отработанный пар конденсируют в конденсаторе 78 и возвращают в циркуляционный контур насосом 79. Вода в сборнике 67 содержит тритий в виде тритиевой воды и для ее отделения смесь обычной и тритиевой воды через сборник 68 и гидравлический затвор 69 направляют в РК 70. Температура кипения тритиевой воды 104^oC и она относительно легко отделяется от обычной воды.

Простые и надежные в работе силовые устройства найдут широкое распространение на рыбоперерабатывающих судах, обеспечивая длительную автономность плавания.

Изобретение предназначено для выработки тепловой и электрической энергии при переработке отходов рыбного промысла и фекально-бытовых стоков на рыбоперерабатывающих морских судах длительного автономного плавания. При анаэробном сбраживании отходов и стоков получают биогаз, в котором концентрация метана не превышает 75-80%, что недостаточно для использования его в качестве топлива. Обработку примесей осуществляют с применением хлореллы и серобактерий, которые в условиях фотосинтеза накапливают тяжелую воду в концентрациях 0,4 - 0,6%. Для освобождения тяжелой воды оболочки клеток разрушают в поле центробежных сил. Смесь тяжелой и сверхтяжелой воды нагревают и переводят в пар, а затем в электродуге при нагреве до температуры 2500 - 3000^oС - в плазму. Изобретение обеспечивает повышение эффективности работы. 1 ил.

Силовое устройство рыбоперерабатывающих судов, включающее корпус, во внутренней полости которого, находящейся под разрежением, установлены импульсные токоиспускающии и токоприемные электроды, сообщенные с батареей конденсаторов, отличающееся тем, что концентрично оси корпуса установлены литий-бериллиевые стержни, сообщенные с коллектором приемника электротока, например, электродвигателем, а между стержнями и корпусом размещен теплообменник, охлаждаемый обычной водой, во внутренней полости которого размещены последовательно от стержней к корпусу обечайки: литиевая, например, из окиси лития, бериллиевая, урановая, из твэлов, заполненных природным или отвальным ураном-238, графитовая, причем верхняя кромка литиевой обечайки выполнена с кольцевым оросителем, а нижняя - с кольцевым приемником, сообщенным контуром циркуляции со сборником жидкого лития, а между импульсным токоиспускающим электродом и верхней торцевой стенкой корпуса размещены дуговые электроды, с впрессованным в них порошкообразным литием, например, из твердого алюминийсодержащего соединения, а напротив зазора между дуговыми электродами выполнено отверстие в торцевой стенке корпуса, сообщенное питателем с патрубком парогенератора тяжелой и сверхтяжелой воды, а нижняя торцевая стенка корпуса выполнена полой, сообщенной контуром охлаждения с теплообменником и концентричными отверстиями, сообщенными с отверстием приводной ступицы со струйным насосом, конденсатором и сборником гелия (He).