СПОСОБ БИОТЕРМОФОТОЭЛЕКТРОКАТАЛИТИЧЕСКОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЭНЕРГИИ, ВЫДЕЛЯЕМОЙ ПРИ СГОРАНИИ ОБОГАЩЕННОГО БИОГАЗОВОГО ТОПЛИВА, И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2009 года по МПК F23D14/18 C02F11/04 C12P5/02 

Изобретение относится к энергетике, в частности к выработке электроэнергии в замкнутом энергетическом цикле каскадного преобразования тепловой энергии и энергии светового излучения, выделяемых при сгорании обогащенного биогазового топлива, продуцируемого анаэробным сбраживанием органических отходов, и фотосинтеза технической биомассы.

Предлагаемое изобретение является замыкающим звеном авторской последовательности новаторских технических решений, направленных на разработку и создание нетрадиционного возобновляемого экологически безопасного источника электрической энергии, использование которого позволит решать проблемы повышения энергетического потенциала цивилизации при реально существующей угрозе истощения традиционных топливно-энергетических ресурсов с учетом современных темпов и уровня их потребления.

Известен способ термофотоэлектрокаталитического преобразования энергии, выделяемой при сгорании углеводородных топлив, заключающийся во введении в пламя, образующееся в результате реакции окисления углеводородного топлива кислородом, каталитической структуры с высокой светоотдачей в состоянии накаливания в определенном спектральном диапазоне и прямого преобразования излучаемой энергии в электрическую энергию с использованием полупроводниковых фотоэлементов, скоммутированных в фотоэлектрическую батарею, с оптимальной для данного спектрального диапазона границей основной полосы фотоактивного поглощения, а также с применением оптической системы фокусировки светового потока и дополнительного блока термоэлектрического преобразования тепловой энергии, отводимой от высокотемпературных продуктов сгорания (Адамович А.Б., Вестяк В.А. Прикладное 3D-моделирование в среде AutoCAD. GGD (прикладная Gеометрия инженерная Gрафика компьютерный Dизайн), №1 (7), 2007, с.75-86).

Процесс термофотоэлектрокаталитического преобразования в известном способе представлен в виде:

Известно устройство (патент US 4584426 А, H01L 31/04, 136 - 253, 1986), содержащее элемент для сжигания углеводородного топлива в виде инжекционной газовой горелки со светопрозрачной защитной оболочкой, каталитическую структуру на тканевой основе, пропитанную окислами редкоземельных металлов, с высокой светоотдачей в состоянии накаливания в определенном спектральном диапазоне и фотоэлектрическую батарею с оптимальной для данного спектрального диапазона границей основной полосы фотоактивного поглощения, а также оптическую систему фокусировки светового потока с зеркальной внутренней поверхностью.

Известно устройство (Адамович А.Б., Вестяк В.А. Прикладное 3D-моделирование в среде AutoCAD. GGD (прикладная Gеометрия инженерная Gрафика компьютерный Dизайн), №1 (7), 2007, с.75-86) для осуществления известного способа термофотоэлектрокаталитического преобразования энергии, выделяемой при сгорании углеводородных топлив, содержащее элемент для сжигания углеводородного топлива в виде инжекционной газовой горелки со светопрозрачной защитной оболочкой, каталитическую структуру с высокой светоотдачей в состоянии накаливания в определенном спектральном диапазоне, фотоэлектрическую батарею с оптимальной для данного спектрального диапазона границей основной полосы фотоактивного поглощения, а также оптическую систему фокусировки светового потока в виде бифокального эллипсоида вращения с зеркальной внутренней поверхностью и дополнительный блок в виде полупроводниковой батареи термоэлектрического преобразования тепловой энергии, отводимой от высокотемпературных продуктов сгорания.

Недостатком известных способа и устройств является недостаточная полнота использования в них потенциальных возможностей процесса термофотоэлектрокаталитического преобразования энергии, обусловленная отсутствием ключевых составляющих, обеспечивающих возможность организации замкнутого энергетического цикла.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является увеличение потенциальных возможностей процесса термофотоэлектрокаталитического преобразования энергии посредством организации замкнутого энергетического цикла, включающего фотосинтез технической биомассы, анаэробное сбраживание органических отходов, продуцирование биогаза, его обогащение и выработку электроэнергии при каскадном преобразовании тепловой энергии и энергии светового излучения, выделяемых при сгорании обогащенного биогазового топлива.

Органические соединения (жиры, белки, углеводы и т.д.) генерируются в природе зелеными растениями с выделением молекулярного кислорода О₂ соответственно в «темновой» и «световой» стадиях процесса фотосинтеза за счет энергии солнечного света, поглощаемого пигментом (хлорофиллом), из двуокиси углерода СО₂, воды Н₂О и других простых неорганических веществ.

Однако урожайность высших (многоклеточных) растений и скорость их роста недостаточны для генерации промышленных объемов технической биомассы.

Особое место в растительном мире занимают зеленые одноклеточные микроводоросли, характеризующиеся очень высокой интенсивностью бесполого размножения путем деления клетки на две или более частей.

Одной из наиболее перспективных культур является хлорелла, зеленая микроводоросль размером 8÷10 мкм с максимальным в сравнении с растениями содержанием хлорофиллов «а»+»b» в количестве 4÷5% от сухого веса, искусственное размножение которой в микроводорослевом культиваторе при благоприятном освещении в диапазоне длин волн 0,38÷0,74 мкм и обеспечении питания носит цепной характер с периодом удвоения 20÷25 часов (Андреева В.М. Род Chlorella. - Л.: Мир, 1977).

Авторами предлагаемого изобретения был проведен спектрографический анализ светового излучения каталитической структуры на тканевой основе, пропитанной окислами редкоземельных металлов, в состоянии накаливания в пламени газовой горелки, результаты которого отражены на прилагаемой к описанию обработанной фотографии контрольного листа спектрограммы (фиг.1).

Светоотдача каталитической структуры наблюдалась в спектральном диапазоне от λ_o=0,36 мкм до λ_пор.=0,72 мкм.

Наличие у хлореллы в отличие от других микроводорослей, например спирулины, относительно прочной гемицеллюлозной оболочки препятствует образованию отложений на рабочих поверхностях микроводорослевого культиватора (Адамович Б.А. и др. Марсианская одиссея. - М.: ИД «Авиамир», 2006, с.268).

Использование суспензии хлореллы в качестве биологически активной добавки (БАД) в кормовом рационе сельскохозяйственных животных способствует более полной усвояемости кормов последними и соответственно получению дополнительных привесов, увеличению молочной продуктивности, повышению яйценоскости, лучшей сохранности поголовья, улучшению его репродуктивных свойств и повышению иммунитета при снижении количества применяемых лекарственных препаратов, в том числе антибиотиков, позволяющем получать животноводческую продукцию более высокого качества (Богданов Н. И. Суспензия хлореллы в рационе сельскохозяйственных животных. - Пенза: РИО ПГСХА, 2007, с.51).

На сегодняшний день наиболее полно отвечают требованиям промышленного культивирования планктонные штаммы Chlorella vulgaris ИФР №С-111 и Chlorella vulgaris BIN, в которых сохранены основные природные свойства микроводоросли:

- способность свободного парения в водном пространстве;

- равномерное распределение клеток в культуральной среде;

- отсутствие агглютинации клеток;

- способность создавать условия, препятствующие развитию прочих микроорганизмов;

- устойчивость к поражению вирусами.

Анаэробное брожение или биометаногенез - давно известный процесс превращения биомассы в энергию (Волова Т.Г. Биотехнология. - Новосибирск: СО РАН, 1999, с.145).

Биогаз, получаемый из органического сырья в ходе биометаногенеза в результате сложных процессов деструкции органических субстратов при участии микробной ассоциации различных анаэробных микроорганизмов, представляет собой газовую смесь из 55÷75% метана СН₄ и 20÷35% двуокиси углерода СО₂ а также незначительных количеств сероводорода Н₂S, азота N₂ и водорода Н₂.

Анаэробное брожение с точки зрения химизма процесса характеризуется двухфазностью. В «кислотной» фазе деструкцию органической массы вызывает ассоциация облигатных (аккомпанирующих) анаэробных бактерий, среди которых гидролитики, кислотогены, ацетатогены и др. В «газовой» фазе «венцом» метанового сообщества являются метанообразующие археобактерии (метаногены), катализирующие восстановительные реакции, приводящие к синтезу метана.

Скорость процесса анаэробного сбраживания зависит от вида популяции бактерий деструкторов. Для популяции психрофильных бактерий процесс реализуется при +5÷+20°С, для мезофильных при +30÷+40°С и для термофильных при +50÷+60°С. Применяется популяция экстратермофильных бактерий, для которой оптимальной считается температура +65°С.

Сбраживание при более высоких температурах идет быстрее, чем при низких, и характеризуется примерно удвоением выхода биогаза на каждые 5°С (Твайделл Дж., Уэир А. Возобновляемые источники энергии: Пер. с англ. - М.: Энергоатомиздат, 1990, с.292).

Важно также подчеркнуть, что содержащиеся в сбраживаемой массе полезные неорганические вещества фактически полностью остаются в переброженном шламе, пригодном для повторного использования в качестве подкормочного материала.

Касаясь способов обогащения биогаза путем снижения содержащихся в нем примесей, отметим адсорбционный способ глубокой сушки с неподвижным слоем на синтетических цеолитах типа NaA, получаемых гранулированием алюмосиликатного сырья с последующей термообработкой и кристаллизацией (Колобродов В.Г. и др. Способы повышения качества биогаза. - Твердые бытовые отходы, 2006, №8, с.11), и абсорбционный, основанный на растворении углекислоты СО₂ в абсорбционной жидкости (воде). Предельные углеводороды, к которым относится метан CH₄, в воде не растворяются.

Поставленная задача решается следующим образом. Заявленный способ, включающий введение в пламя, образующееся в результате реакции окисления углеводородного топлива кислородом, каталитической структуры с высокой светоотдачей в состоянии накаливания в определенном спектральном диапазоне и прямого преобразования излучаемой энергии в электрическую энергию с использованием полупроводниковых фотоэлементов, скоммутированных в фотоэлектрическую батарею, с оптимальной для данного спектрального диапазона границей основной полосы фотоактивного поглощения, а также с применением оптической системы фокусировки светового потока и дополнительного блока термоэлектрического преобразования тепловой энергии, отводимой от высокотемпературных продуктов сгорания, осуществляют по замкнутому энергетическому циклу, включающему фотосинтез технической биомассы зеленой микроводоросли - биологически активной добавки в кормовой рацион сельскохозяйственных животных, анаэробное экстратермофильное сбраживание отходов животноводства и бытовых органических отходов, продуцирование биогаза, его обогащение и выработку электроэнергии при каскадном преобразовании тепловой энергии и энергии светового излучения, выделяемых при сгорании обогащенного биогазового топлива.

Процесс биотермофотоэлектрокаталитического преобразования в предлагаемом способе можно представить в виде:

Поставленная задача решается также тем, что заявленное устройство, содержащее элемент для сжигания углеводородного топлива в виде инжекционной газовой горелки со светопрозрачной защитной оболочкой, каталитическую структуру на тканевой основе, пропитанную окислами редкоземельных металлов, с высокой светоотдачей в состоянии накаливания в определенном спектральном диапазоне и фотоэлектрическую батарею с оптимальной для данного спектрального диапазона границей основной полосы фотоактивного поглощения, а также оптическую систему фокусировки светового потока в виде бифокального эллипсоида вращения с зеркальной внутренней поверхностью и дополнительный блок в виде полупроводниковой батареи термоэлектрического преобразования тепловой энергии, отводимой от высокотемпературных продуктов сгорания, включает в свой состав фотореактор со светопрозрачным корпусом, установленным во вторичной фокальной плоскости оптической системы фокусировки светового потока над фотоэлектрической батареей, емкость-смеситель с перистальтическим циркуляционным насосом, емкости для абсорбции углекислоты из продуктов сгорания и обогащения биогаза, образующими в совокупности двухстадийный «световой» и «темновой» фотосинтезирующий контур, а также перистальтический насос подачи водной суспензии зеленой микроводоросли в центробежный сепаратор, емкости приема инфлюента (отходов животноводства и бытовых органических отходов) и отбора эффлюента (переброженного шлама) с прямой и обратной, имеющей запорную арматуру, ветвями, метантенк второго поколения с теплоизоляцией и камерами «кислотного» и «газофазного» брожений, оснащенными биотехническими вставками с соответствующими сообществами маточных культур анаэробных бактерий, находящихся в иммобилизованном состоянии, причем емкости приема и отбора соответственно инфлюента и эффлюента и метантенк соединены друг с другом по принципу сообщающихся сосудов.

Для обеспечения гомогенизации бродящей массы и препятствования образованию корки на ее поверхности метантенк оборудован мешалкой с герметичным сильфонным эксцентриковым вводом вращения и двумя рециркуляционными насосами камер «кислотного» и «газофазного» брожений.

Для обеспечения экстратермофильного сбраживания устройство включает в свой состав жидкостной теплообменный контур, содержащий теплообменник метантенка, рекуператор тепла, насос для прокачки жидкости, рубашку жидкостного охлаждения блока термоэлектрического преобразования, теплообменник патрубка отвода продуктов сгорания и бачок-компенсатор с воздушным клапаном.

Устройство включает также газовый контур, содержащий газовый компрессор, газгольдер-конденсатор высокого давления с запорной арматурой и обратными газовым и жидкостным клапанами, редукционный клапан, адсорбер с байпасной ветвью, теплообменник предварительного подогрева обогащенного биогазового топлива и ветвь отвода продуктов сгорания с газовым нагнетателем.

Биотехнические вставки могут быть выполнены с использованием пористых материалов (стекловолокно, вспененный перлит, галечник, керамзит и др.).

Адсорбер может быть выполнен с использованием синтетических цеолитов типа NaA, получаемых гранулированием алюмосиликатного сырья с последующей термообработкой и кристаллизацией.

На фиг.1 представлена обработанная фотография контрольного листа спектрограммы; на фиг.2 изображена схема устройства для осуществления способа биотермофотоэлектрокаталитического преобразования энергии; на фиг.3 представлен узел I на фиг.2, поясняющий устройство; на фиг.4 показано сечение А-А на фиг.3; на фиг.5 показан разрез Б-Б на фиг.3; на фиг.6 показан разрез В-В на фиг.3.

Способ биотермофотоэлектрокаталитического преобразования энергии, включающий введение в пламя 1, образующееся в результате реакции окисления углеводородного топлива кислородом, каталитической структуры 2 с высокой светоотдачей в состоянии накаливания в определенном спектральном диапазоне и прямого преобразования излучаемой энергии в электрическую энергию с использованием полупроводниковых фотоэлементов, скоммутированных в фотоэлектрическую батарею 3, с оптимальной для данного спектрального диапазона границей основной полосы фотоактивного поглощения, а также с применением оптической системы фокусировки светового потока 4 и дополнительного блока 5 термоэлектрического преобразования тепловой энергии, отводимой от высокотемпературных продуктов сгорания, осуществляют по замкнутому энергетическому циклу, включающему фотосинтез технической биомассы зеленой микроводоросли - биологически активной добавки в кормовой рацион сельскохозяйственных животных, анаэробное экстратермофильное сбраживание отходов животноводства и бытовых органических отходов, продуцирование биогаза, его обогащение и выработку электроэнергии при каскадном преобразовании тепловой энергии и энергии светового излучения, выделяемых при сгорании обогащенного биогазового топлива (фиг.2, 3).

Устройство для осуществления способа биотермофотоэлектрокаталитического преобразования энергии, содержащее элемент 6 для сжигания углеводородного топлива в виде инжекционной газовой горелки со светопрозрачной защитной оболочкой 7, каталитическую структуру 2 на тканевой основе, пропитанную окислами редкоземельных металлов, с высокой светоотдачей в состоянии накаливания в определенном спектральном диапазоне и фотоэлектрическую батарею 3 с оптимальной для данного спектрального диапазона границей основной полосы фотоактивного поглощения, а также оптическую систему фокусировки светового потока 4 в виде бифокального эллипсоида вращения с зеркальной внутренней поверхностью и дополнительный блок 5 в виде полупроводниковой батареи термоэлектрического преобразования тепловой энергии, отводимой от высокотемпературных продуктов сгорания, включает в свой состав фотореактор 8 со светопрозрачным корпусом 9, установленным во вторичной фокальной плоскости оптической системы фокусировки светового потока 4 над фотоэлектрической батареей 3, емкость-смеситель 10 с перистальтическим циркуляционным насосом 11, емкости 12, 13 для абсорбции углекислоты из продуктов сгорания и обогащения биогаза, образующими в совокупности двухстадийный «световой» и «темновой» фотосинтезирующий контур, а также перистальтический насос 14 подачи водной суспензии зеленой микроводоросли в центробежный сепаратор 15, емкости приема 16 инфлюента и отбора 17 эффлюента с прямой 18 и обратной 19, имеющей запорную арматуру 20, ветвями, метантенк 21 второго поколения с теплоизоляцией 22 и камерами «кислотного» 23 и «газофазного» 24 брожений, оснащенными биотехническими вставками 25 с соответствующими сообществами маточных культур анаэробных бактерий, находящихся в иммобилизованном состоянии, причем емкости 16, 17 приема и отбора соответственно инфлюента и эффлюента и метантенк 22 соединены друг с другом по принципу сообщающихся сосудов, при этом метантенк 22 оборудован мешалкой 26 с герметичным сильфонным эксцентриковым вводом вращения 27 и двумя рециркуляционными насосами 28, 29 камер «кислотного» 23 и «газофазного» 24 брожений, а также жидкостной теплообменный контур, содержащий теплообменник метантенка 30, рекуператор тепла 31, насос 32 для прокачки жидкости, рубашку 33 жидкостного охлаждения блока 5 термоэлектрического преобразования, теплообменник 34 патрубка 35 отвода продуктов сгорания и бачок-компенсатор 36 с воздушным клапаном 37, и газовый контур, содержащий газовый компрессор 38, газгольдер-конденсатор 39 высокого давления с запорной арматурой 40 и обратными газовым 41 и жидкостным 42 клапанами, редукционный клапан 43, адсорбер 44 с байпасной ветвью 45, теплообменник 46 предварительного подогрева обогащенного биогазового топлива и ветвь 47 отвода продуктов сгорания с газовым нагнетателем 48 (фиг.2, 3, 4, 5 и 6).

Биотехнические вставки 25 выполнены с использованием пористых материалов (стекловолокно, вспененный перлит, галечник, керамзит и др.).

Адсорбер 44 выполнен с использованием синтетических цеолитов типа NaA, получаемых гранулированием алюмосиликатного сырья с последующей термообработкой и кристаллизацией.

Устройство работает следующим образом (фиг.2, 3).

Обогащенное биогазовое топливо подается под давлением в инжекционную газовую горелку 6, в которой создается газовоздушная смесь, необходимая для процесса горения.

В пламени 1 газовой горелки 6 каталитическая структура 2, находящаяся в первичной фокальной области бифокального эллипсоида вращения 4 в состоянии накаливания, излучает в биофотоактивном спектральном диапазоне световой поток, который после переотражения от зеркальной внутренней поверхности эллипсоида 4, фокусируется во вторичной фокальной области, где располагается фотореактор 8 со светопрозрачным корпусом 9, в котором осуществляется «световая» стадия фотосинтеза в прокачиваемой через него перистальтическим циркуляционным насосом 11 водной суспензии зеленой микроводоросли, сопровождающаяся выделением молекулярного кислорода. Непоглощенная часть светового потока падает на фотоэлектрическую батарею 3 с оптимальной для данного спектрального диапазона границей основной полосы фотоактивного поглощения. Фотоэлектрическая батарея 3 эффективно генерирует фото-ЭДС, преобразуя энергию светового потока в электрическую энергию.

При снижении до определенного уровня электрической мощности фотоэлектрической батареи 3, обуславливаемого снижением интегральной пропускательной способности водной суспензии зеленой микроводоросли вследствие увеличения со временем биомассы последней, происходит ее отбор и перекачивание перистальтическим насосом 14 в центробежный сепаратор 15.

После фотореактора 8 водная суспензия зеленой микроводоросли поступает в емкость-смеситель 10, в которой происходит ее смешивание с фракцией водной суспензии с пониженной концентрацией зеленой биомассы после сепаратора 15 и фракцией переброженного шлама с полезными неорганическими компонентами, поступающей по обратной ветви 19, имеющей запорную арматуру 20, из емкости 17 отбора эффлюента.

В емкостях 12 происходит растворение углекислоты и конденсация влаги, содержащихся в продуктах сгорания, а в емкостях 13 растворение углекислоты, содержащейся в биогазе.

Таким образом, водная суспензия зеленой микроводоросли получает требуемое сырье для осуществления «темновой» стадии фотосинтеза по генерации органических соединений и своего размножения.

Воздух, поступающий во внутренний объем эллипсоида вращения 4, отбирая на входе тепло от нагретой фотоэлектрической батареи 3 (вследствие внутренних потерь, определяемых физическими свойствами полупроводников и конструктивными параметрами батареи в целом) и термостатируя светопрозрачный корпус 9 фотореактора 8, предварительно подогревается, перемешивается с выделяющимся из фотореактора 8, кислородом, частично инжектируется газовой горелкой 6 и, продолжая движение внутри эллипсоида 4, отбирает тепло (вследствие неполного отражения) от его внутренней зеркальной поверхности и от нагретой продуктами сгорания светопрозрачной защитной оболочки 7.

В кольцевом зазоре между оболочкой 7 и блоком 5 термоэлектрической батареи происходит интенсивная передача тепла от нагретого воздуха к горячим спаям полупроводниковых термоэлементов последней. При установившейся разности температур между нагреваемыми горячими и охлаждаемыми через рубашку 33 жидкостного охлаждения холодными спаями термоэлектрическая батарея генерирует термо-ЭДС, преобразуя тепловую энергию, выделяемую при сгорании обогащенного биогазового топлива, в электрическую энергию.

Далее смесь воздуха с продуктами сгорания через патрубок 35 поступает в ветвь отвода 47 и нагнетателем 48 прокачивается через емкости 12 в атмосферу.

После центробежного сепаратора 15 концентрированная фракция водной суспензии зеленой микроводоросли используется в качестве биологически активной добавки в кормовом рационе сельскохозяйственных животных.

Отходы животноводства и бытовые органические отходы поступают в емкость 16 приема инфлюента и далее в метантенк 21 с теплоизоляцией 22 и камерами «кислотного» 23 и «газофазного» 24 брожений. Обе фазы осуществляются параллельно и одновременно в одном пространственно разделенном объеме. Продукты деструкции органики, образовавшиеся под воздействием маточных культур анаэробных бактерий в «кислотной» фазе, являются субстратом для маточных культур анаэробных микроорганизмов «газовой» фазы, иммобилизованных в биотехнических вставках 25. Переброженный шлам поступает в емкость 17 отбора эффлюента, откуда по прямой ветви 18 направляется для повторного использования в качестве эффективного биологического удобрения, а по обратной ветви 19 на подкормку микроводоросли в фотосинтезирующий контур.

Интенсификация процессов деструкции достигается использованием в конструкции метантенка 21 мешалки 26, насоса 28, обеспечивающего рециркуляцию продуктов брожения «кислотной» фазы, и насоса 29, рециркулирующего осадок «газовой» фазы.

Насос 32, прокачивая жидкость по теплообменному контуру через теплообменник метантенка 30, рекуператор тепла 31, рубашку 33 жидкостного охлаждения блока 5 термоэлектрического преобразования, теплообменник 34 патрубка 35 отвода продуктов сгорания, обеспечивает экстратермофильные условия протекания эндотермичных процессов биометаногенеза.

Синтезированный биогаз подается газовым компрессором 38 через газовый обратный клапан 41 в газгольдер-конденсатор 39 высокого давления, в котором происходит конденсация влаги, содержащейся в биогазе, и усредняется его химический состав. Избыток конденсата удаляется через жидкостной обратный клапан 42 в емкость 12.

Из газгольдера-конденсатора 39 биогаз через запорную арматуру 40 и редукционный клапан 43 поступает в емкости 13, где, как уже указывалось, происходит растворение содержащейся в нем двуокиси углерода.

В адсорбере 44 с байпасной ветвью 45 на синтетических цеолитах типа NaA происходит глубокая осушка газа, завершающая процесс его обогащения.

Обогащенное биогазовое топливо после предварительного подогрева в теплообменнике 46 поступает в инжекционную газовую горелку 6, замыкая тем самым энергетический цикл каскадного преобразования.

Изобретение относится к выработке электроэнергии. Способ преобразования энергии включает введение в пламя, образующееся в результате реакции окисления топлива кислородом, каталитической структуры со светоотдачей в состоянии накаливания в спектральном диапазоне и прямое преобразование излучаемой энергии в электрическую энергию с использованием полупроводниковых фотоэлементов, скоммутированных в фотоэлектрическую батарею, с границей основной полосы фотоактивного поглощения для данного спектрального диапазона. Применяется оптическая система фокусировки светового потока и дополнительный блок термоэлектрического преобразования тепловой энергии, отводимой от высокотемпературных продуктов сгорания. Процесс преобразования осуществляют по замкнутому энергетическому циклу, включающему фотосинтез технической биомассы зеленой микроводоросли - биологически активной добавки в кормовой рацион сельскохозяйственных животных, анаэробное экстратермофильное сбраживание отходов животноводства и бытовых органических отходов, продуцирование биогаза, его обогащение и выработку электроэнергии при каскадном преобразовании тепловой энергии и энергии светового излучения, выделяемых при сгорании обогащенного биогазового топлива. Техническим результатом является создание источника электрической энергии. 2 н. и 2 з.п.ф-лы, 6 ил.

1. Способ преобразования энергии, включающий введение в пламя, образующееся в результате реакции окисления топлива кислородом, каталитической структуры со светоотдачей в состоянии накаливания в спектральном диапазоне и прямое преобразование излучаемой энергии в электрическую энергию с использованием полупроводниковых фотоэлементов, скоммутированных в фотоэлектрическую батарею, с границей основной полосы фотоактивного поглощения для данного спектрального диапазона, а также с применением оптической системы фокусировки светового потока и дополнительного блока термоэлектрического преобразования тепловой энергии, отводимой от высокотемпературных продуктов сгорания, отличающийся тем, что процесс преобразования осуществляют по замкнутому энергетическому циклу, включающему фотосинтез технической биомассы зеленой микроводоросли - биологически активной добавки в кормовой рацион сельскохозяйственных животных, анаэробное экстратермофильное сбраживание отходов животноводства и бытовых органических отходов, продуцирование биогаза, его обогащение и выработку электроэнергии при каскадном преобразовании тепловой энергии и энергии светового излучения, выделяемых при сгорании обогащенного биогазового топлива.2. Устройство для осуществления способа преобразования энергии, содержащее элемент для сжигания топлива в виде инжекционной газовой горелки со светопрозрачной защитной оболочкой, каталитическую структуру на тканевой основе, пропитанную окислами редкоземельных металлов, со светоотдачей в состоянии накаливания в спектральном диапазоне и фотоэлектрическую батарею, с границей основной полосы фотоактивного поглощения для данного спектрального диапазона, а также оптическую систему фокусировки светового потока в виде бифокального эллипсоида вращения с зеркальной внутренней поверхностью и дополнительный блок в виде полупроводниковой батареи термоэлектрического преобразования тепловой энергии, отводимой от высокотемпературных продуктов сгорания, отличающееся тем, что включает в свой состав фотореактор со светопрозрачным корпусом, установленным во вторичной фокальной плоскости оптической системы фокусировки светового потока над фотоэлектрической батареей, емкость-смеситель с перистальтическим циркуляционным насосом, емкости для абсорбции углекислоты из продуктов сгорания и обогащения биогаза, образующими в совокупности двухстадийный «световой» и «темновой» фотосинтезирующий контур, а также перистальтический насос подачи водной суспензии зеленой микроводоросли в центробежный сепаратор, емкости приема инфлюента и отбора эффлюента с прямой и обратной, имеющей запорную арматуру, ветвями, метантенк второго поколения с теплоизоляцией и камерами брожения, оснащенными биотехническими вставками с соответствующими сообществами маточных культур анаэробных бактерий, находящихся в иммобилизованном состоянии, причем емкости приема и отбора, соответственно инфлюента, и эффлюента, и метантенк, соединены друг с другом по принципу сообщающихся сосудов, при этом метантенк оборудован мешалкой с герметичным сильфонным эксцентриковым вводом вращения и двумя рециркуляционными насосами камер брожения, а также жидкостной теплообменный контур, содержащий теплообменник метантенка, рекуператор тепла, насос для прокачки жидкости, рубашку жидкостного охлаждения блока термоэлектрического преобразования, теплообменник патрубка отвода продуктов сгорания и бачок-компенсатор с воздушным клапаном, и газовый контур, содержащий газовый компрессор, газгольдер-конденсатор высокого давления с запорной арматурой и обратными газовым и жидкостным клапанами, редукционный клапан, адсорбер с байпасной ветвью, теплообменник предварительного подогрева обогащенного биогазового топлива и ветвь отвода продуктов сгорания с газовым нагнетателем.3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что биотехнические вставки выполнены с использованием пористых материалов (стекловолокно, вспененный перлит, галечник, керамзит).4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что адсорбер выполнен с использованием синтетических цеолитов типа NaA, получаемых гранулированием алюмосиликатного сырья с последующей термообработкой и кристаллизацией.