CS216047B1

CS216047B1 - Solar thermolyser of water

Info

Publication number: CS216047B1
Application number: CS219880A
Authority: CS
Inventors: Vladislav Sramek
Original assignee: Vladislav Sramek
Priority date: 1980-03-31
Filing date: 1980-03-31
Publication date: 1982-10-29

Abstract

Slnečný termolýzer vody. Vynález sa týká slnečného termolýzera vody, v ktorom sa koncentrovanou slnečnou energiou rozkládá voda na vodík a kyslík. Pozostáva z kužeíovo upraveného konkávno-konvexného slnečného transformátora na primámej straně priehíadne utěsněného a axiálně plynotěsně naseděného na tepelno vodívej trubke ukongenej zúženým dnom s ventilom, do kterej je plynotěsně vsadená tepelno izolagná trubka konoom s priepustno-nepriehíadným medzidnom, pričom súčasfou tepelne vodívej trubky je separagný chladič zaústěný do vývěvy.Solar water thermolyzer. The invention relates to a solar water thermolyzer in which water is decomposed into hydrogen and oxygen by concentrated solar energy. It consists of a conically arranged concave-convex solar transformer, transparently sealed on the primary side and axially gas-tightly mounted on a heat-conducting tube with a narrowed bottom with a valve, into which a heat-insulating tube with a permeable-opaque intermediate bottom is gas-tightly inserted, while a separate cooler connected to the vacuum pump is part of the heat-conducting tube.

Description

Vynález sa týká slnečného termolýzera vody* v ktorom sa koncentrovanou slnečnou energiou rozkládá voda na vodík a kyslík·The invention relates to a solar thermolysis water * in which concentrated solar energy decomposes water into hydrogen and oxygen.

Vodík ako najušlaohtilejší technický plyn možno vyráhať zo zemného plynu, elektrolý zou vody, elektrolýzou vodnej páry na báze tuhých elektrolytov a teiroolýzou vody v ohemiokých cyklooh.Hydrogen as the most noble technical gas can be extracted from natural gas, water electrolysis, solid-electrolytic water vapor electrolysis and water teiroolysis in flame retardant cycloohols.

Podmienkou zatiaí lacnej výroby vodíka zo zemného plynu je existenoia fosilného paliva ako suroviny na jeho získanie z technologického procesu.While inexpensive production of hydrogen from natural gas is a prerequisite, there is a fossil fuel as a raw material to obtain it from the process.

Známa elektrolýza vody na vodík a kyslík si vyžaduje prúdový rovnosmeraý zdroj elektrické j energie a je v porovnaní s výrobou vodíka zo zemného plynu pridrehá a kapacitně nezauj ímavá.The known electrolysis of water to hydrogen and oxygen requires a direct current source of electrical energy and is complicated and uninteresting in capacity as compared to the production of hydrogen from natural gas.

V stádiu vývoje nachádzajúca sa elektrolýza vodnej páry na báze tuhých elektrolytov alebo texmolýza vody v chemických cykloch je podmienená existenciou jadrovej tepláme.The electrolysis of solid-electrolyte-based water vapor electrolysis, or the textmolysis of water in chemical cycles, is contingent on the existence of nuclear heat.

Uvedené nedostatky odstraňuje naraz doposiaí neuskutečnitelná absolutna termolýza vody na vodík a kyslík, a to koncentrovanou slnečnou energiou prostredníctvom slnečného termolýzera vody podía vynálezu, podstatu ktorého tvoří kužeíovo upravený konkávno-konvexný slnečný tranformátor na primáraej straně priehíadne utěsněný a axiálně plynotesne nasadený na tepelno vodívej trubke ukončenej zúženým dnom s ventilom, do ktorej je plynotesne vsadená tepelno izolačná trubka konoom s priepustno-nepriehíadným medzidnom, pri čom súčasťou tepelno vodívej trubky je separačný chladič zaústěný do vývevy.Absolute thermolysis of water to hydrogen and oxygen at the same time by the concentrated solar energy by means of the solar water thermolyser according to the invention, which consists of a conically modified concave-convex solar transformer on the primary side of a transparent sealed and axially sealed tube a constricted bottom with a valve into which a heat-insulating tube is inserted in a gas-tight manner with a cone having a permeable-opaque intermediate, wherein the heat-conducting tube comprises a separation condenser connected to the pump.

Slnečný termolýzer vody prináša so sebou jednoduchosť, nenáročnost při vlastněj výrobě a výhody vyplývajúce z akumulácie slnečnej energie do vodíka ako paliva.Solar thermolysis of water brings with it simplicity, unpretentious production and the advantages of accumulating solar energy into hydrogen as a fuel.

Vynález je zřejmý z připojených výkresov, z ktorých obr. 1 znázorňuje slnečný termolýzer vody v nárysnom pohíade, na obr. 2 je bokorysný rez slneČným termolýzerom vody podía čiary A - A z obr. 1 a na obr. 3 je otvorený slnečný termolýzer vody v podorysnom pohíade.The invention is apparent from the accompanying drawings, in which: FIG. 1 is a front elevation view of a solar thermolyzer of water; FIG. 2 is a cross-sectional side view of the solar thermolyzer of water taken along line A-A of FIG. 1 and FIG. 3 is an open view of a solar thermolyzer of water.

Kužeíovo upravený konkávno-konvexný slnečný transformátor !_ (obr. 1) predstavujúoi zdroj koncentrovanej slnečnej energie nemeniaceho sa kruhového prierezu pozostáva z primárného zrkadlového článku % (obr. 2) a sekundárného zrkadlového článku 15.The cone-shaped concave-convex solar transformer (FIG. 1) is a source of concentrated solar energy of the unchanged circular cross-section consisting of a primary mirror element (FIG. 2) and a secondary mirror element (15).

Konkávnym rotačno-parabolickým reflektorom vytvořený primárný zrkadlový článok 2 « kuželovým lemom 13 vrcholového kruhového otvoru 14 je z mechanických dovodov připevněný na nosiči 10, ktorý je primárnému zrkadlovému článku 2 koštrukčne priepSsobený, Nosič 10 je z pevného materiálu, například z kovu. Primárným zrkadlovýra článkem 2 može byť okrem zrkadla aj lesklý odrazový nátěr alebo staniol nalepený vnútri na nosiči 10.The primary mirror element 2, formed by a concave rotational-parabolic reflector, is a tapered rim 13 of the top circular aperture 14 which is attached to a support 10 which is structurally adapted to the primary mirror element 2 by mechanical means. The support 10 is made of a solid material such as metal. In addition to the mirror, the primary mirror cell 2 may be a glossy reflective coating or tinfoil stuck inside the carrier 10.

Konvexným rotačno-parabolickým reflektorom vytvořený sekundárný zrkadlový článok s vrcholovou kuželovou špičkou 16 je z mechanických dovodov připevněný na dutom nosičiA convex rotational-parabolic reflector formed by a secondary mirror element with a tapered cone tip 16 is mounted on a hollow support from a mechanical conductor.

17. ktorý je sekundárnému zrkadlovému článku 15 konštrukčne prisposobený. DuO nosič 17 je z pevného materiálu, například z kovu. Sekundárný zrkadlový článok 15 už však musí byť z čo najkvalitnejšieho materiálu s koeficientom odrazu blízkým 1 - teda zrkadlo, io ktorého je dutý nosič 17 například vodotěsně zatavený. Kuželový lem 13 primárného zrkadlového článku 2 a vrcholová kuželová špička 16 sekur.^^eho zrkadlového článku 15 sú přitom geometricky vytvořené z toho istého kuželového plášťa a do zrkadlových článkov J a 15 prechádzajú prostredníctvom dotykových kružnic. Primárný zrkadlový článok J a sekundárný zrkadlový článok 15 sú koaxiálně pevne spojené prostredníctvom dutých priečnikov 11« pričom vzájomná poloha primárného zrkadlového článku J a sekundárného zrkadlového článku 15 je na spoločnej osi viazaná ich spoločným nepracovným ohniskom. Duté priečniky 11 možu byť rfíznej konštrukcie a z rozneho materiálu, tak například z ocelových rúrok profilu I umožňujúcich chladenie sekundárného zrkadlového článku 15 například vodou.17. which is structurally adapted to the secondary mirror element 15. The DuO carrier 17 is a solid material, for example a metal. However, the secondary mirror element 15 must already be of the highest quality material with a reflection coefficient close to 1 - that is, a mirror, of which, for example, the hollow support 17 is sealed waterproof. The conical rim 13 of the primary mirror element 2 and the apex cone tip 16 of the secrets 15 thereof are geometrically formed from the same cone shell and pass into the mirror elements J and 15 by means of contact circles. The primary mirror element J and the secondary mirror element 15 are coaxially rigidly connected by hollow beams 11 ' wherein the relative position of the primary mirror element J and the secondary mirror element 15 is bound by a common non-working focal point on a common axis. The hollow beams 11 may be of a constructional structure and of a variety of materials, such as, for example, steel tubes of profile I allowing the secondary mirror element 15 to be cooled, for example, with water.

Priečniky 11 koaxiálně po obvode spojujúce nosič 10 a dutý nosič 17 sú k týmto například privarené. Kužeíovo upravený konkávno-konvexný slnečný transformátor 1, je na primámej straně priehíadne utěsněný peviiou priehíadnou hmotou 12 podopieranou zospodu priečnikmi 11 a dutým nosičom 17. Pevnou priehíadnou hmotou 12 može byť nypríklad sklo. Takto zostavený kužeíovo upravený konkávno-konvexný slnečný transformátor 1_ je prostredníctvom nosiča 10 axiálně plynotesne nasadený na tepelno vodívej trubke 2 ukončenej zúženým dnom £ s ventilom 2· Tepelno vodivá trubka 2 je z pevného a tepelno vodivého materiálu, například zo železa. Rovnako ventil g., například kuželový, je z pevného a tepelno vodivého materiálu, například z ocele. Do zúženého dna £ tepelno vodívej trubky 2 je plynotesne vsadená tepelno izolačná trubka J koncom s priepustno-nepriehíadným medzidnom 8, ktorá by mala byť z pevného, plynotesného, neredukujúceho, neoxydujúoeho a tepelno izolačného materiálu odolávájúceho teplote řádové 3.1Cp °C. Pretože neexistuje materiál splňujúoi také náročné kritéria stopercentne, ako jediný prichádza do úvahy uhlík alebo jeho zliatiny,The crossbars 11 coaxially circumferentially connecting the carrier 10 and the hollow carrier 17 are welded to these, for example. The conically-shaped concave-convex solar transformer 1 is transparently sealed on the primary side with a solid transparent material 12 supported from below by the crossbars 11 and a hollow support 17. The solid transparent material 12 can be, for example, glass. The cone-shaped concave-convex solar transformer 1 thus assembled is mounted by means of a carrier 10 axially gas-tight on a thermally conductive tube 2 terminated by a tapered bottom 6 with a valve 2. The thermally conductive tube 2 is made of solid and thermally conductive material, e.g. Likewise, the valve g, for example a conical one, is made of a solid and thermally conductive material, for example steel. In the tapered bottom 4 of the thermally conductive pipe 2, a gas-tight heat insulating tube J is inserted with a permeable-opaque interdigital end 8, which should be made of a solid, gas-tight, non-reducing, non-oxidizing and thermally insulating material. Since there is no material that meets such demanding criteria 100% as carbon or its alloys are the only ones to be considered,

Súčasťou tepelno vodívej trubky 2 je separačný chladič 6 zaústěný do vývevy 7±. Separačný chladič 6 nachádzajúci sa po obvode tepelno vodívej trubky 2 nad volným koncom tepelno izolačněj trubky J je vytvořený například radiálno-paralelným systémom tenkostennýoh trubiek 20 chladených například vodou alebo vodíkom, Pretože je separačný chladič 6 sučasťou tepelno vodivéj trubky 2, je rovnako z tepelno vodivého materiálu, například zo železa. Aby nedošlo pri prevádzke slnečného termolýzera vody k porušéniu plynotesnosti v mieste zúženého dna £ vplyvom vačšej tepelnej rozťaživosti tepelno vodívej trubky 2, v ktorej je tepelno izolačná trubka 2 například zalisovaná, je toto chúlostivé miesto chladené například vodou prostredníctvom pomocného chladiče 18, ktorý je například zo železa rovnako ako přívodně potrubie 19 horúoej vody alebo vodnej páry ako suroviny.Part of the thermally conductive tube 2 is a separator cooler 6, which leads to a vacuum pump 7 +. The separation condenser 6 located along the circumference of the heat conducting tube 2 above the free end of the heat insulating tube J is formed, for example, by a radially-parallel system of thin-walled tubes 20 cooled for example with water or hydrogen. material such as iron. In order not to disturb the gastightness of the constricted bottom during operation of the solar thermolyser due to the increased thermal expansion of the heat-conducting tube 2, in which the heat-insulating tube 2 is pressed, for example, as well as the feed line 19 of hot water or water vapor as feedstock.

Absolútna termolýza vody na vodík a kyslík je slino endotermická reakcia 0,0 ita, . j 0₂ a entalpia reakcieAbsolute thermolysis of water to hydrogen and oxygen is a saliva endothermic reaction of 0.0. j 0 ₂ and the enthalpy of the reaction

Δ H_{423 k} - + 243,4 kJ-mol.¹, pričom volná entalpia reakcie pri 150 °C jeΔ H _{423 k} - + 243.4 kJ-mol. ¹ , wherein the free enthalpy of the reaction at 150 ° C is

Δ _K - + 225,8 kJ-mol.-¹.Δ _K - + 225.8 kJ-mol- ¹ .

Teoretioky-zvysováním teploty sa znižuje volná entalpia reakcie a pri teplote nad 4427 °C dochádza k samovolnej termolýze vody.Theoretio-temperature increase reduces the free enthalpy of the reaction and spontaneous thermolysis of water at temperatures above 4427 ° C.

,l,í&, L, I and

Praktické zvládnutie teohnológie absolútnej termolýzy vody so zaručenou separáoiou vodíka a kyslíka v slnečnom termolýzere vody podía vynálezu předpokládá dodržať následovně podmienky tPractical mastering of the absolute thermolysis of water with the guaranteed separation of hydrogen and oxygen in the solar thermolysis of water according to the invention presupposes to observe the following conditions:

- vývevou χ Je v slnečnom termolýzere vody udržiavané vakuum,- vacuum pump χ Vacuum is maintained in the solar thermolysis water,

- slnečná energie prstencového prierezu axiálně vstupujúoa do slnečnáho termolýzera vody Je prostredníctvom kužeíovo upraveného konkávno-konvexného slnečného tranformátora χ transformovaná na požadovaná teplotu a kruhový nemeniaci sa prierez, ktorým je tepelno izolačně trubka 2 od pripustno-nepriehíadnáho medzidna 8 až po volný konle vyplněná,The solar energy of the annular cross-section axially enters the solar thermolyser of the water. It is transformed to the desired temperature by a conically-shaped concave-convex solar transformer χ.

- sekundárný zrkadlový článok 15 a miesto plynotesnáho spojenia tepelno vodivéj trubky 2 a tepelno Izolačnej trubky 2 sú spoíahlivo chladené,- the secondary mirror element 15 and the location of the gas-tight connection of the heat conducting pipe 2 and the heat insulating pipe 2 are reliably cooled,

- ventil 2 v zúženom dne £ tepelno vodivej trubky 2 je pulzne otváraný v závislosti na výkone vývevy χ a kužeíovo upraveného konkávno-konvexného slnečnáho trnasformátora X, resp· na bezpečnom ochladení v sérii gravitačně separovaného vodíka a kyslíka v separačnom chladiči 6 pod zápalnú teplotu vodíka·the valve 2 in the tapered bottom 6 of the thermally conductive tube 2 is pulsed open depending on the power of the vacuum pump χ and the conically-shaped concave-convex solar thermal transformer X, or the safe cooling in a series of gravitationally separated hydrogen and oxygen in the separator cooler 6 below the ignition temperature of hydrogen ·

Pri dodržení uvedených podmienok je funkoia slnečného termolýzere vody následovnátIf the above conditions are adhered to, the function of the solar thermolysis water is to follow

Pulzným otvorením ventilu χ v zúženom dne £ tepelno vodivej trubky 2, ohápaným ako otvorenie - zatvorenie, je cez priepustno-nepriehíadné medzidno 8 naslate do tepelno izolačnej trubky 2 určité množstvo vodnej páry alebo horúoej vody ako suroviny· Posobením teploty koncentrovanej slnečnej energie a vakua doohádza v tepelno Izolačnej trubke 2 ^k termolýze vodnej páry na plynný vodík a kyslík, pričom zdrojom koncentrovanej slnečnej energie nemeniaoeho sa kruhového prierezu ja kužeíovo upravený konkávno-konvexný slnečný transformátor χ a zdrojom vakua výveva χ. Proti konštantnému tlaku koncentrovaného slnečného žiarenia roznými rýchloaťami v tepelno izolačnej trubke 2 postupujúci vodík a kyslík sú vplyvom gravitáoie Zeme prirodzene separované· Z otvoreného volného konoa tepelno izolačnej trubky χ j® prostredníctvom vývevy χ odsávaný vodík a kyslík do separačného ohladlča 6 zaručujúoeho sériová ochladzovanie plynov pod zápalnú teplotu vodíka v poradí vodík -kyslík a ďalej vodík - kyslík ako produkcie vždy nasledujúoeho pulzného otvorenia ventilu χ.By pulse opening of the valve χ in the constricted bottom 4 of the heat-conducting tube 2, which is called open-close, a certain amount of water vapor or hot water is fed into the heat-insulating tube 2 through the permeable opaque wall 8. in a heat insulating tube 2 ^for thermolysis of water vapor to hydrogen gas and oxygen, the source of concentrated solar energy of the unchanged circular cross-section being a conically-modified concave-convex solar transformer χ and a vacuum source of the vacuum pump χ. The advancing hydrogen and oxygen are naturally separated by the gravity of the earth against the constant pressure of concentrated solar radiation at various speeds in the heat insulating tube 2. the ignition temperature of hydrogen in the order of hydrogen-oxygen and further hydrogen-oxygen as the production of each subsequent pulse valve opening χ.

Riešenie axiálneho vstupu slnečnej energie do slnečného termolýzera vody, ohemiokej úpravy horúoej vody alebo vodnej páry ako suroviny, meohanizmu pulzného otvárania ventilu χ ako aj akumulácie vodíka a kyslíka za vývevou χ, je periferně·The solution of the axial input of solar energy into the solar thermolyser of water, chemical treatment of hot water or water vapor as a raw material, meohanism of pulse valve opening χ as well as hydrogen and oxygen accumulation behind the pump χ is peripherally ·

Použitím iných druhov materiálu alebo funkoiou v inýoh podmienkach vakua nestratí slnečný termolýzer vody na prlnoipiálnoati a dá sa předpokládáš, že nájde využitie nielen v energetiko, ale v priemysle vobeo.Using other types of material or funcoia under other vacuum conditions will not lose the solar thermolyzer of water at prlnoipiálnoati and you can be expected to find use not only in power engineering but in the vobeo industry.

Claims

4 <Ltá (9 * $ $ PREDMBT EXTRACTED The solar water thermolyser indicated by this, consists of a cone-shaped concave-convex solar transformer (1) on the primary side transparently sealed and asially gas-tight to the thermally conductive tube (2) terminated by the tapered bottom (4 ) and a valve (5) into which a thermally insulating pipe (3) is inserted through the end with a permeable non-transparent intermediate space (8), with a separa thermal conduit (2). 1 drawing