Пристрій для одержання водню метало-паровим методом за допомогою сонячного випромінювання

Реферат: Пристрій для одержання водню метало-паровим методом за допомогою сонячного випромінювання містить параболічний концентратор сонячного випромінювання, генератор водяної пари і реактор із нержавіючої сталі для нагріву робочої суміші із промислових відходів на основі заліза, вольфраму або молібдену. Його оснащено додатковим концентратором сонячного випромінювання, розташованим співвісно з основним концентратором і віддаленим від його директриси на більшу відстань, ніж фокус останнього, у фокусній площині додаткового концентратора на осі концентраторів розміщено генератор водяної пари, а реактор оснащено шнеком для перемішування реакційної суміші. UA 74686 U (54) ПРИСТРІЙ ДЛЯ ОДЕРЖАННЯ ВОДНЮ МЕТАЛО-ПАРОВИМ МЕТОДОМ ЗА ДОПОМОГОЮ СОНЯЧНОГО ВИПРОМІНЮВАННЯ UA 74686 U UA 74686 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель стосується енергетики, зокрема способів одержання водню. Відомий пристрій для одержання водню метало-паровим методом, який містить концентратор сонячного випромінювання, генератор водяної пари і реактор для нагріву робочої суміші із промислових відходів на основі заліза [В.В.Пасічний, В.С.Зенков, Ю.М.Литвиненко, Спосіб одержання водню за допомогою сонячного випромінювання, Патент України 35565, 25.09.2008, Бюл. № 18, МПК СО1В 3/00, BO1J 19/08]. Недоліками способу є те, що генератор водяної пари розташовано у фокальній площині концентратора разом з реактором, що зменшує потік сонячного випромінювання, яке припадає на нагрівання цих двох елементів пристрою через затінення центральної частини дзеркала концентратора, а під час протікання процесу окислення робоча суміш у реакторі залишається нерухомою, що уповільнює процес та обмежує величину активної поверхні металевих реагентів. Також відомий пристрій для одержання водню метало-паровим методом, який містить концентратор сонячного випромінювання, генератор водяної пари і реактор для нагріву робочої суміші із промислових відходів на основі заліза [B.C. Зенков, В.Н. Буланов, B.C. Дверняков, В.В. Пасичный, А.В. Изюмов, В.П. Клименко и А.И. Чуйко, Получение водорода железо-паровым методом с использованием солнечной энергии, Гелиотехника, 1988, № 3,с.с. 29-33]. Недоліки пристрою такі ж самі, як і у попереднього пристрою. За найближчий аналог взято відомий пристрій для одержання водню метало-паровим методом в сонячній печі, який містить параболічний концентратор сонячного випромінювання, генератор водяної пари і реактор для нагріву робочої суміші із промислових відходів [В.С.Зенков, В.В.Пасичный Методические оценки и варианты процессов переработки отходов металлургического производства, Современные проблемы физического материаловедения, вып. 19, Труды ИПМ, Киев, 2010, с.с.55-62]. Реактор для нагріву робочої суміші виконано у вигляді осесиметричного тіла з можливістю обертання навкруг своєї осі і розміщено у горизонтальній площині. Перший недолік пристрою такий же, як і у двох попередніх пристроїв. Іншим недоліком є те, що робоча суміш у реакторі перемішується завдяки обертальному руху самого реактора, що накладає певні обмеження на просторову орієнтацію розміщення реактора, заперечуючи відхилення його осі обертання від горизонтальної. Задачею корисної моделі "Пристрій для одержання водню метало-паровим методом за допомогою сонячного випромінювання" є підвищення ефективності виробництва кінцевого продукту - водню. Підвищення ефективності виробництва водню досягнуто за рахунок того, що пристрій для одержання водню метало-паровим методом за допомогою сонячного випромінювання, який містить параболічний концентратор сонячного випромінювання, генератор водяної пари і реактор із нержавіючої сталі для нагріву робочої суміші із промислових відходів на основі заліза, вольфраму або молібдену, оснащено додатковим концентратором сонячного випромінювання, розташованим співвісно з основним концентратором і віддаленим від його директриси на більшу відстань, ніж фокус останнього, у фокусній площині додаткового концентратора на осі концентраторів розміщено генератор водяної пари, а реактор оснащено шнеком для перемішування реакційної суміші. Реактор для нагріву робочої суміші звичайно розташовують у фокальній площині основного концентратора і він перекриває потік сонячного випромінювання у центральній зоні параболічного дзеркала концентратора. Розміщення додаткового концентратора має метою корисне використання саме цієї порівняно невеликої частини сонячного потоку для нагрівання генератора водяної пари. Нагрівання реактору потребує набагато більше енергії, ніж нагрівання генератора пари, тому таке співвідношення площ дзеркал основного та додаткового концентраторів цілком виправдане і дозволяє створити більш компактний та ефективний пристрій у порівнянні із своїми попередниками. Перемішування робочої суміші електромотором з регулятором обертів дозволяє вести процес окислення металу у оптимальному режимі і тим самим також підвищує ефективність виробництва водню, а наявність шнеку знімає обмеження у просторовій орієнтації розміщення реактору. На кресленні показано принципову схему пристрою, що пропонується. Пристрій складається з основного концентратора (1), реактора (2) із шнеком і електромотором (3), додаткового концентратора (4), генератора водяної пари (5) і обладнання для утилізації газу (на кресленні не показано). Основний (1) і додатковий (2) концентратори розміщені співвісно вздовж оптичної осі (6) основного концентратора (1). Опис роботи пристрою. Концентроване дзеркалом концентратора (1) сонячне випромінювання нагріває у реакторі (2) робочу суміш із промислових відходів на основі заліза, вольфраму або молібдену. Водяна пара, утворена із води у генераторі (5) від нагрівання у 1 UA 74686 U 5 10 15 20 25 додатковому концентраторі (4), проходить через розігрітий реактор (2), де реагує із металом. Для більш ефективної взаємодії водяної пари з металом робочу суміш в реакторі перемішують шнеком за допомогою електромотора (3). В результаті реакції окислення утворюється водень, який разом із супутніми газами виводиться із реактора, виділяється, очищається і утилізується. В другому процесі циклу одержання водню в реакторі (2) відбувається регенерація окисленого у першому циклі металу. Приклад 1. Відходи у вигляді стружки, уламків та браку дрібних деталей, що містять вольфрам у кількості не менше 75-80 %, засипали у секції реактору. Суміш нагрівали концентрованим сонячним випромінюванням основним концентратором до температури 1123 К. Потім додатковим концентратором нагрівали генератор водяної пари до температури 423 К, генерували водяну пару і пропускали її через нагріту до температури 1173 К реакційну суміш для її окислення. Під час окислювальної стадії вольфрам взаємодіяв із парою води з утворенням водню і оксиду вольфраму. Після завершення окислювальної стадії частину утвореного водню (до 20 % об'ємних) відводили у відповідні секції реактору і починали стадію регенерації реакційної суміші при температурах 1073-1173 К. При цьому, реакційну суміш регулярно перемішували шнеком за допомогою електродвигуна як під час пропускання через неї водяної пари, так і під час процесу регенерації суміші. Такий цикл проводили 7 разів. Приклад 2. Було проведено експеримент по виробництву водню на схожому пристрої, в якому були зроблені такі зміни: було знято додатковий концентратор, генератор водяної пари пристосували у фокальній площині основного концентратору, із реактору вийняли шнек з електромотором. Температурні і термінові параметри експерименту були однакові із такими ж із Прикладу 1. В результаті одержали водень шляхом термохімічної водо-парової обробки з допомогою відновлюваної сонячної енергії реакційної суміші на основі промислових відходів вольфрамового виробництва, при цьому кількість водню, що одержано у Прикладі 1, перевищила кількість водню, що одержано у Прикладі 2, на 15 %. Це свідчить про більш ефективну роботу запропонованого пристрою. Пристрій може бути використано для одержання водню із промислових відходів заліза, вольфраму або молібдену за допомогою екологічно чистої сонячної енергії, що відновлюється. 30 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 35 40 Пристрій для одержання водню метало-паровим методом за допомогою сонячного випромінювання, який містить параболічний концентратор сонячного випромінювання, генератор водяної пари і реактор із нержавіючої сталі для нагріву робочої суміші із промислових відходів на основі заліза, вольфраму або молібдену, який відрізняється тим, що його оснащено додатковим концентратором сонячного випромінювання, розташованим співвісно з основним концентратором і віддаленим від його директриси на більшу відстань, ніж фокус останнього, у фокусній площині додаткового концентратора на осі концентраторів розміщено генератор водяної пари, а реактор оснащено шнеком для перемішування реакційної суміші. Комп’ютерна верстка І. Скворцова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 2