КОМПЛЕКС ЭНЕРГОГЕНЕРИРУЮЩИЙ Российский патент 2018 года по МПК C10J3/00 

Настоящее изобретение относится к энергетике, к задаче прямого преобразования тепловой энергии в электрическую посредством термоэлектрической и термоэлектронной эмиссии, в частности к получению электрической энергии за счет тепла газов, образующихся при термохимическом преобразовании топлива, и может быть использовано для снабжения электроэнергией и теплом отдельных зданий промышленной и индивидуальной застройки, в металлургии, транспорте и других отраслях промышленности.

Наиболее близким к заявленному техническому решению является комплекс энергогенерирующий (RU 2477421 C1, опубл. 10.03.2013), содержащий загрузочное устройство, энергогенерирующий блок, реактор газификации с водяным и паровым котлами, с зонами горения и регенерации газа, подогрева атмосферного воздуха, камерой смешивания и подогрева паровоздушной смеси, сепаратором-дымососом, холодильником-стабилизатором, блок подготовки топлива с системой подготовки и транспортирования топлива, с источником газообразного топлива и нагревателем вязкого топлива, соединенными через дополнительное горелочное устройство с горелкой первичного розжига реактора газификации; резервный сепаратор-дымосос, установленный параллельно рабочему, своим входом соединенный через газоход с зоной газификации регенерации и синтеза реактора газификации, а выходом через холодильник-стабилизатор - к входам блока энергогенерирующего и блока синтеза углеводородов, а также дополнительно снабженный блоком детоксикации золы и получения строительных материалов, входом соединенным через зону удаления золы с зоной газификации регенерации и синтеза реактора газификации.

Недостатком данного технического решения является низкий коэффициент преобразования тепла в электроэнергию, низкая технологичность, высокая материалоемкость.

Техническим результатом является повышение технологичности и коэффициента преобразования тепла в электроэнергию, а также снижение материалоемкости.

Указанный технический результат достигается тем, что согласно изобретению комплекс энергогенерирующий, содержащий последовательно соединенные блок подготовки топлива, реактор газификации с рабочей камерой, выполненной из жестко соединенных между собой цилиндрической и усеченной конической частей, установленных в кожух, при этом цилиндрическая часть сверху закрыта крышкой, в которой оборудован люк загрузки топлива, а коническая часть снизу оборудована зольником, с внешней стороны в стенке цилиндрической части установлен клапан для отвода газового продукта, а с внешней стороны конусной части в стенке - патрубок для подачи воздуха в рабочую камеру, кожух и блок подготовки синтез-газа, отличающийся тем, что в полости цилиндрической части рабочей камеры реактора по периметру вдоль стенки установлены по меньшей мере два термоэмиссионных преобразователя тепловой энергии в электрическую, а снаружи в полости, образованной цилиндрической частью рабочей камеры реактора и кожухом, установлены по меньшей мере два термоэлектрических преобразователя тепловой энергии в электрическую, дополнительно введен сумматор, имеющий M+N входов, где М количество термоэмиссионных элементов, N количество термоэлектрических элементов, причем выход m-го термоэмиссионного элемента соединен с соответствующим входом сумматора, а выход n-го термоэлектрического элемента соединен с M+n входом сумматора.

Сущность изобретения заключается в том, что в полости цилиндрической части рабочей камеры реактора по периметру вдоль стенки установлены по меньшей мере два термоэмиссионных преобразователя тепловой энергии в электрическую, а снаружи в полости, образованной цилиндрической частью рабочей камеры реактора и кожухом, установлены по меньшей мере два термоэлектрических преобразователя тепловой энергии в электрическую, дополнительно введен сумматор, имеющий M+N входов, где М количество термоэмиссионных элементов, N количество термоэлектрических элементов, причем выход m-го термоэмиссионного элемента соединен с соответствующим входом сумматора, а выход n-го термоэлектрического элемента соединен с M+n входом сумматора.

Сущность изобретения поясняется фиг. 1 и фиг. 2, где обозначены 1 - стенка цилиндрической части рабочей камеры реактора газификации, 2 - термоэмиссионный элемент, 3 - кожух, 4 - термоэлектрический элемент, 5 - очаг тепла, 6 - реактор газификации, 7 - сумматор токов и напряжений, 8 - блок подготовки топлива.

Назначение элементов структурных схем, показанных на фиг. 1 и фиг. 2, ясны из их названия.

Как показано на фиг. 1, в полости цилиндрической части рабочей камеры реактора газификации 6 по периметру вдоль стенки 1 установлены М термоэмиссионных преобразователей тепловой энергии в электрическую 2, расположенных непосредственно в зоне очага тепла 5, а снаружи в полости, образованной цилиндрической частью рабочей камеры реактора и кожухом 3, установлены N термоэлектрических преобразователей тепловой энергии в электрическую 4. При этом термоэмиссионные 2 и термоэлектрические 4 элементы расположены на одинаковом расстоянии от центра очага тепла 5. Это обеспечивает их равномерное прогревание. Такое прогревание термоэмиссионных элементов 2 при достижении температуры 900-1300°С создает условия для наиболее эффективного преобразования тепловой энергии в электрическую [см., например, Миллионщиков М.Д. и др. Высокотемпературный реактор-преобразователь «Ромашка» // Атомная энергия. Том 17, вып. 5. 1964, с. 329-335]. Процесс постоянного нагрева термоэмиссионных элементов 2 протекает одновременно с непрерывным их охлаждением, которое обеспечивают элементы, установленные в полости, образованной цилиндрической частью рабочей камеры реактора 1 и кожухом 3, термоэлектрические элементы 4. Известно, что термоэлектрические элементы [см., например, Дикарев В.И. Справочник изобретателя. СПб.: Лань, 2001 г., 352 с., с. 241-243] используют для отбора тепла. Отбор тепла термоэлектрическими элементами 4 позволяет повторно использовать тепловую энергию для генерации электрической энергии. Этим достигается указанный в изобретении технический результат.

Как показано на фиг. 2, для формирования общего тока и напряжения от всех термоэмиссионных 2 и термоэлектрических преобразователей 4 в общую конструкцию комплекса добавлен сумматор 7.

Комплекс энергогенерирующий содержит последовательно соединенные блок подготовки топлива 8, реактор газификации 6, сумматор токов и напряжений 7.

Устройство работает следующим образом. В блоке подготовки топлива 8, снабженном системой обработки и транспортирования топлива, вне зависимости от вида перерабатываемого сырья, доводят исходный материал до состояния, пригодного для загрузки в реактор газификации и термоэлектрогенерации 6. Подготовленное топливо поступает в зону газификации, регенерации, синтеза газа, куда подается паровоздушная смесь. При этом происходит увеличение температуры в очаге тепла 5 и, соответственно, нагревание термоэмиссионных преобразователей 2. Одновременно с этим термоэлектрические элементы 4 обеспечивают непрерывное охлаждение термоэмиссионных элементов. При таком непрерывном нагревании и охлаждении термоэмиссионные преобразователи генерируют электрический ток.

Непрерывно охлаждая термоэмиссионные элементы 2, термоэлектрические элементы 4 сами при этом испытывают непрерывный разогрев. При таком непрерывном нагревании термоэлектрические преобразователи 4 в свою очередь также генерируют электрический ток. Электроэнергия от термоэмиссионных 2 и термоэлектрических 4 элементов поступает на вход сумматора 7.

Изобретение промышленно применимо. Так, в качестве термоэмиссионных и термоэлектрических элементов могут быть использованы промышленно выпускаемые термоэмиссионные преобразователи [см., например, Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научный центр Российской Федерации - Физико-энергетический институт имени А.И. Лейпунского", Россия, Калужская обл., г. Обнинск, пл. Бондаренко, 1, https://www.ippe.ru/] и термоэлектрические преобразователи [см., например, ООО "КРИОТЕРМ", Россия Санкт-Петербург, Зеленков пер., д. 7А, пом. 211, 212, http://kiyothermtec.com/ru/].

Настоящее изобретение относится к энергетике, к задаче прямого преобразования тепловой энергии в электрическую посредством термоэлектрической и термоэлектронной эмиссии, в частности к получению электрической энергии за счет тепла газов, образующихся при термохимическом преобразовании топлива, и может быть использовано для снабжения электроэнергией и теплом отдельных зданий промышленной и индивидуальной застройки, в металлургии, транспорте и других отраслях промышленности. Комплекс энергогенерирующий содержит последовательно соединенные блок подготовки топлива, реактор газификации с рабочей камерой, выполненной из жестко соединенных между собой цилиндрической и усеченной конической частей. Цилиндрическая часть сверху закрыта крышкой, в которой оборудован люк загрузки топлива. Коническая часть снизу оборудована зольником. С внешней стороны в стенке цилиндрической части установлен клапан для отвода газового продукта. С внешней стороны конусной части в стенке - патрубок для подачи воздуха в рабочую камеру, кожух и блок подготовки синтез-газа. В полости цилиндрической части рабочей камеры реактора по периметру вдоль стенки установлены по меньшей мере два термоэмиссионных преобразователя тепловой энергии в электрическую. Снаружи в полости, образованной цилиндрической частью рабочей камеры реактора и кожухом, установлены по меньшей мере два термоэлектрических преобразователя тепловой энергии в электрическую. Дополнительно введен сумматор, имеющий М+N входов. Причем выход m-го термоэмиссионного элемента соединен с соответствующим входом сумматора, а выход n-го термоэлектрического элемента соединен с М+n входом сумматора. Изобретение обеспечивает повышение технологичности и коэффициента преобразования тепла в электроэнергию, а также снижение материалоемкости. 2 ил.

Комплекс энергогенерирующий, содержащий последовательно соединенные блок подготовки топлива, реактор газификации с рабочей камерой, выполненной из жестко соединенных между собой цилиндрической и усеченной конической частей, установленных в кожух, при этом цилиндрическая часть сверху закрыта крышкой, в которой оборудован люк загрузки топлива, а коническая часть снизу оборудована зольником, с внешней стороны в стенке цилиндрической части установлен клапан для отвода газового продукта, а с внешней стороны конусной части в стенке - патрубок для подачи воздуха в рабочую камеру, кожух и блок подготовки синтез-газа, отличающийся тем, что в полости цилиндрической части рабочей камеры реактора по периметру вдоль стенки установлены по меньшей мере два термоэмиссионных преобразователя тепловой энергии в электрическую, а снаружи в полости, образованной цилиндрической частью рабочей камеры реактора и кожухом, установлены по меньшей мере два термоэлектрических преобразователя тепловой энергии в электрическую, дополнительно введен сумматор, имеющий М+N входов, где М количество термоэмиссионных элементов, N количество термоэлектрических элементов, причем выход m-го термоэмиссионного элемента соединен с соответствующим входом сумматора, а выход n-го термоэлектрического элемента соединен с М+n входом сумматора.