Die
Erfindung bezieht sich auf ein Aggregat und Verfahren zur Wandlung
einerseits von Kohlendioxid in Kohlenmonoxid und Sauerstoff, sowie
zur Wandlung von Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff mit anschließender Synthese
von Methanol.The
The invention relates to an aggregate and method of transformation
on the one hand of carbon dioxide in carbon monoxide and oxygen, as well
for the conversion of water into hydrogen and oxygen with subsequent synthesis
of methanol.
Aggregate
und Einrichtungen die ähnlich
arbeiten sind von der Patentanmeldung 102008039499.8 bekannt. Dies
ist eine Zusatzanmeldung dazu, die einige Verbesserungen sowohl bezüglich Verfahren
als auch bezüglich
Aufbau des Doppelwandlers einführt.
Diese Verbesserungen sind:
- – wirksamere Trennung von Kohlenmonoxid
und Wasserstoff aus den erhitzten Gasen Kohlendioxid und Wasserdampf
- – geänderter
Konstruktiver Aufbau des Doppelwandlers, der leichtere Herstellung
erlaubt und eine verlängerte
Betriebsdauer verspricht
- – günstigere
thermische Bilanz, die letztendlich zu einem größeren Wirkungsgrad des Doppelwandlers
führt.
Aggregates and devices which operate similarly are known from the patent application 102008039499.8. This is an additional application to this, which introduces some improvements both in terms of process and design of the double transducer. These improvements are: - - more effective separation of carbon monoxide and hydrogen from the heated gases carbon dioxide and water vapor
- - Modified design of the double converter, which allows easier production and promises a longer service life
- - More favorable thermal balance, which ultimately leads to a greater efficiency of the double converter.
So
ist die vorgeschlagene erfindungsgemäße Vorrichtung relativ einfach,
zuverlässig
und kommt praktisch ohne Verschleißteile aus, was Voraussetzung
ist für
den Dauerbetrieb im Energieversorgungsbereich.So
the proposed device according to the invention is relatively simple,
reliable
and comes with virtually no wearing parts, which is required
is for
the continuous operation in the energy supply area.
Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.Further
advantageous embodiments of the invention are characterized in the subclaims.
Ein
Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Doppelwandlers
mit dem entsprechendem Verfahren ist in den Zeichnungen dargestellt
und wird im Folgenden näher
erläutert.One
embodiment
the double converter according to the invention
with the corresponding method is shown in the drawings
and will be closer in the following
explained.
Es
zeigt:It
shows:
1 Schnitt
durch einen Wandler (Schnitt A-A) genannt Antizyklon-Strecke 1 Cut through a transducer (section AA) called anticyclone route
2 Querschnitt
durch den Doppelwandler 2 Cross section through the double transducer
3 Konzeptionelle
Darstellung des Doppelwandlers (ohne Magnetkreis) 3 Conceptual representation of the double transducer (without magnetic circuit)
Aufgrund
der Figuren wird die Funktion näher
erläutert.by virtue of
The figures become closer to the function
explained.
Die
Erfindung bezieht sich auf ein verbessertes Verfahren und Doppelwandler,
wobei der Kern eines jeden der zusammengebauten Wandler von einem
komplexen spiralförmigen
Kanal, der im Falle der Umwandlung von Kohlendioxid 1 zu
Kohlenmonoxid 2 und Sauerstoff 3 als komplexer
rechtsdrehender Spiralkanal, weiterhin Antizyklon-Strecke 4 genannt
und im Falle der Umwandlung von Wasserdampf 5 zu Wasserstoff 6 und
Sauerstoff 7 als komplexer linksdrehender Spiralkanal,
weiterhin Zyklon-Strecke 8 genannt, dargestellt wird, welche
unter den Polen 9, 10, 11, 12 eines
magnetischen Kreises sich befinden.The invention relates to an improved method and double transducer, wherein the core of each of the assembled transducers of a complex spiral channel, in the case of the conversion of carbon dioxide 1 to carbon monoxide 2 and oxygen 3 as a complex right-handed spiral channel, still anticyclone range 4 called and in the case of the conversion of water vapor 5 to hydrogen 6 and oxygen 7 as a complex levorotatory spiral channel, continue cyclone route 8th called, which is under the poles 9 . 10 . 11 . 12 of a magnetic circuit are located.
Der
komplexe Kanal der Antizyklon-Strecke 4 besteht aus einem
Zentralkanal 73 getrennt nach innen der Spirale durch eine
durchlöcherte
Innenwand 74 zu einer Innensammelkammer 76 und
nach außen
durch eine durchlöcherte
Außenwand 75 zu einer
Außensammelkammer 77,
wobei die Trennwand 78 einer jeweiligen Windung des komplexen Kanals
die andere Seite der Innensammelkammer 76 und der Außensammelkammer 77 bilden.
Die durchlöcherte
Innenwand 74, durchlöcherte
Außenwand 75 und
Trennwand 78 sind aus einem nichtmagnetischen Metall, wie
z. B. aus austenitischem Stahl hergestellt und an die Pole 9 und 10 geschweißt (z. B. durch
Widerstandsschweißen).
Die obere und untere Seite des jeweiligen Pols 9 oder 10 sind
im Bereich des Zentralkanals 73 mit einer dünnen Emailschicht 79, 80 beschichtet.
Diese Emailschicht 79, 80 weist denselben Ausdehnungskoeffizienten
wie das Metall der Pole 9, 10 auf, und wird aufgetragen,
bevor die metallischen Streifen der durchlöcherten Innenwand 74,
durchlöcherten
Außenwand 75 und
der Trennwand 78 mit den Polen 9, 10 verschweißt werden. Die
Emailschichten 79, 80 dienen während des Schweißens auch
als Führung
für die
entsprechenden Metallstreifen.The complex channel of the anticyclone route 4 consists of a central channel 73 separated inside the spiral through a perforated inner wall 74 to an inner collection chamber 76 and out through a perforated outer wall 75 to an outdoor collection chamber 77 , where the partition 78 one turn of the complex channel the other side of the inner collection chamber 76 and the outer collection chamber 77 form. The perforated inner wall 74 , perforated outer wall 75 and partition 78 are made of a non-magnetic metal, such as. B. made of austenitic steel and to the poles 9 and 10 welded (eg by resistance welding). The upper and lower sides of each pole 9 or 10 are in the area of the central channel 73 with a thin layer of enamel 79 . 80 coated. This enamel layer 79 . 80 has the same coefficient of expansion as the metal of the poles 9 . 10 on, and is applied before the metallic strips of the perforated inner wall 74 , perforated outer wall 75 and the partition 78 with the poles 9 . 10 be welded. The enamel layers 79 . 80 also serve as a guide for the corresponding metal strips during welding.
Der
komplexe Kanal hat eine variable Geometrie. Die Gesamtbreite bestehend
aus den Breiten der Metallstreifen, der Breite des Zentralkanals 73, der
Breite der Innensammelkammer 76 und der Außensammelkammer 77 ist
konstant für
die ganze Länge
der Spirale der Antizyklon-Strecke 4. Die Breite des Zentralkanals 73 ist
am größten in
der Mitte der Antizyklon-Strecke 4 und nimmt kontinuierlich
ab in Richtung der Peripherie, so daß am äußeren Ende der Spirale eine
Breite nahe Null vorliegt, die von einem geschweißten Stöpsel 81 verschlossen
wird. Die Breiten der Innensammelkammer 76 und der Außensammelkammer 77 sind
hingegen Null im Zentrum der Antizyklon-Strecke 4 und haben
maximale Breite am äußeren Ende
der Antizyklon-Strecke 4.The complex channel has a variable geometry. The total width consisting of the widths of the metal strips, the width of the central channel 73 , the width of the inner collection chamber 76 and the outer collection chamber 77 is constant for the entire length of the spiral of the anticyclone route 4 , The width of the central channel 73 is largest in the middle of the anticyclone range 4 and decreases continuously towards the periphery, so that at the outer end of the spiral there is a width near zero that of a welded plug 81 is closed. The widths of the inner collection chamber 76 and the outer collection chamber 77 are zero in the center of the anticyclone route 4 and have maximum width at the outer end of the anticyclone range 4 ,
Das
Kohlendioxid 1 wird von einer Pumpe 13 in einen
Zwischenspeicher 14 auf den Betriebsdruck einstellbar zwischen
2 und 50 bar gepumpt und wird durch den elektromagnetisch gesteuerten
Einlaßventil 15 durch
das Einlaßrohr 16 in
das Zentrum der Antizyklon-Strecke 4 unter Druck reingeblasen.
Das einströmende
Kohlendioxid 1 wird erhitzt durch eine Vorheizung 56 von
25°C auf
etwa 250°C
und durch die Heizungsrohre 17, 18 (in der 3 als
Block schematisch dargestellt) welche von einem geeignetem Gas durchflossen
werden, so daß es
die Betriebstemperatur von 800–1.000°C erreicht.
Das einströmende
Kohlendioxid 1 wird stark beschleunigt innerhalb der Antizyklon-Strecke 4.The carbon dioxide 1 is from a pump 13 in a cache 14 pumped to the operating pressure adjustable between 2 and 50 bar and is controlled by the electromagnetically controlled inlet valve 15 through the inlet pipe 16 into the center of the anticyclone route 4 blown in under pressure. The incoming carbon dioxide 1 is heated by a preheater 56 from 25 ° C to about 250 ° C and through the heating pipes 17 . 18 (in the 3 schematically represented as a block) which are traversed by a suitable gas, so that it the operation temperature of 800-1,000 ° C reached. The incoming carbon dioxide 1 is greatly accelerated within the anticyclone range 4 ,
Die
hohe Temperatur führt
zu einer leichten Ionisierung des Gases – kaltes Plasma – so daß folgende
Ionen durch eine thermisch ausgelöste Ionisierungsreaktion entstehen: CO2 → CO2+ + O2– The high temperature leads to a slight ionization of the gas - cold plasma - so that the following ions are formed by a thermally induced ionization reaction: CO 2 → CO 2 + O 2- +
Um
den Prozeß der
Ionisierung zu verstärken,
können
einige flache Spulen aus Metall in die isolierende Schicht des Zentralkanals 19 der
Antizyklon-Strecke 4 untergebracht werden, welche ein hochfrequentes
elektrisches Feld, gerichtet quer zur Richtung des magnetischen
Feldes B, bilden. Die Kontakte dieser Spule sind unter der Email-Schicht nach
außen
geführt
und werden abgegriffen im kalten Bereich dieses Eilaßrohrs 16.
Es wird ein HF-Generator daran angeschlossen, der eine Frequenz
im Bereich 1–1000
kHz benutzt. Die eingespeiste Leistung ist abhängig von der Gas-Durchflußgröße. Diese
anfängliche
Ionisierung ist gleichbedeutend mit einer Temperaturerhöhung des
Gases um einiges und führt
dazu, dass die Antizyklon-Strecke 4 relativ kurz sein kann.
Die darin verbrauchte Energie darf nicht zu groß sein, sie soll nur die etwas
niedrige Temperatur des einströmenden
kalten Gases kompensieren ohne jedoch die Energiebilanz zu belasten.To enhance the process of ionization, some flat coils of metal may be inserted into the insulating layer of the central channel 19 the anticyclone range 4 are accommodated, which form a high-frequency electric field, directed transversely to the direction of the magnetic field B. The contacts of this coil are guided under the enamel layer to the outside and are tapped in the cold area of this Eilaßrohrs 16 , An RF generator is connected to it which uses a frequency in the range 1-1000 kHz. The fed-in power depends on the gas flow rate. This initial ionization is equivalent to raising the temperature of the gas quite a bit and causing the anticyclone stretch 4 can be relatively short. The energy consumed therein must not be too large, it should only compensate for the somewhat low temperature of the inflowing cold gas, but without burdening the energy balance.
Die
O2– Anteile
werden unter dem Einfluß des äußeren magnetischen
Feldes mit der Induktion B auf die durchlöcherte Außenwand 75 der Antizyklon-Strecke 4,
während
die CO2+ Anteile an die durchlöcherte Innenwand 74 gedrängt werden.
Diese Ladungsträger
bilden je einen Strom iO2– und iCO2+ welche
mit der quer liegende magnetischen Induktion B interreagieren. Das
neutral gebliebene Gas bleibt in der Mitte des Kanals der Antizyklon-Strecke 4 und wird
weiter thermisch ionisiert, da es seine Ladungen verloren hat. Nach
und nach geraten immer mehr Ionen an die durchlöcherte Innenwand 74 und
durchlöcherte
Außenwand 75 des
Zentralkanals 73, so dass am Ende der Zyklon-Strecke nur
noch CO2+ und O2– Ionen
oder Moleküle
von Kohlenmonoxid 2 (CO) und Sauerstoff 3 (O2) sich darin befinden. Die durch die Krümmung der
Antizyklon-Strecke 4 entstehende Zentrifugalkraft begünstigt die
Trennung der Komponenten, da die Dichte des Kohlenmonoxids 2 deutlich kleiner
als die von Sauerstoff 3 oder Kohlendioxids 1 ist.
Dies bedeutet, dass die neutralisierten Ionen in der Nähe der durchlöcherten
Innenwand 74 und Außenwand 75 durch
diese Zentrifugalkraft für
den ganzen Verlauf der Antizyklon-Strecke 4 behalten werden.
Diese Polster von Molekülen
gelangen kontinuierlich entlang der gesamten Antizyklon-Strecke 4 durch
die Durchbrüche
der durchlöcherten
Innenwand in die Innensammelkammer 76, weil es hier einen
gewissen Unterdruck herrscht und durch die Durchbrüche der
durchlöcherten
Außenwand 75 in die
Außensammelkammer 77,
wo es ebenfalls einen gewissen Unterdruck herrscht. Die Durchbrüche in der
durchlöcherten
Innenwand 75 und in der durchlöcherten Außenwand 74 sind in
Längszeilen
angeordnet, wobei die Durchbrüche
der jeweils benachbarten Zeile immer auf halber Höhe des Abstands
der Löcher
der anderen Zeile stehen, was zu einem gleichmäßigen Durchlassen der an der
Oberfläche
angesammelten Moleküle
führen.The O 2 components are under the influence of the external magnetic field with the induction B on the perforated outer wall 75 the anticyclone range 4 while the CO 2+ shares in the perforated inner wall 74 be urged. These charge carriers each form a current i O2- and i CO2 + which interreact with the transverse magnetic induction B. The neutral gas remains in the middle of the channel of the anticyclone route 4 and continues to be thermally ionized as it has lost its charges. Gradually, more and more ions get to the perforated inner wall 74 and perforated outer wall 75 of the central channel 73 , so that at the end of the cyclone route only CO 2+ and O 2- ions or molecules of carbon monoxide 2 (CO) and oxygen 3 (O 2 ) are in it. The by the curvature of the anticyclone route 4 resulting centrifugal force favors the separation of components, since the density of carbon monoxide 2 significantly smaller than that of oxygen 3 or carbon dioxide 1 is. This means that the neutralized ions near the perforated inner wall 74 and outer wall 75 by this centrifugal force for the whole course of the anticyclone route 4 to be kept. These pads of molecules pass continuously along the entire anticyclone route 4 through the apertures of the perforated inner wall in the inner collection chamber 76 because there is a certain negative pressure here and through the perforations of the perforated outer wall 75 in the outer collection chamber 77 , where there is also a certain negative pressure. The breakthroughs in the perforated inner wall 75 and in the perforated outer wall 74 are arranged in longitudinal rows, wherein the openings of the adjacent row are always at half the height of the distance of the holes of the other row, resulting in a uniform passage of the molecules accumulated on the surface.
Ein
weiterer Effekt der berücksichtigt
werden muss ist: die Zentrifugalkraft drückt die Kohlendioxid 1 (CO2) Moleküle
stärker
als die Sauerstoff 3 (O2) Moleküle an die
durchlöcherte
Außenwand 75,
und es besteht die Neigung das die Sauerstoff 3 Moleküle durch
Kohlendioxid 1 Moleküle
ersetzt werden. Aber die Zentrifugalkraft ist deutlich kleiner als
die magnetoelektrisch erzeugte Ablenkkraft und so ist der Nachschub
an neuen Sauerstoff 3 Molekülen viel größer als deren Schwund und somit
vernachlässigbar
bei der Länge
der Antizyklon-Strecke 4.Another effect that needs to be considered is: the centrifugal force pushes the carbon dioxide 1 (CO 2 ) molecules stronger than the oxygen 3 (O 2 ) molecules to the perforated outer wall 75 , and there is a tendency that the oxygen 3 Molecules through carbon dioxide 1 Molecules are replaced. But the centrifugal force is significantly smaller than the magnetoelectrically generated deflection force and so is the supply of new oxygen 3 Molecules much larger than their shrinkage and thus negligible in the length of the anticyclone route 4 ,
Am
Ende der Antizyklon-Strecke 4 gabelt sich der komplexe
Kanal und die Gaskomponenten gehen in getrennte Abführröhre, Sauerstoff 3 samt Reste
von Kohlendioxid 1 in Abführrohr 21 und Kohlenmonoxid
in Abführrohr 22.
Der stark verengte Zentralkanal 73 ist durch den Stöpsel 81 verschlossen, aber
er kommt in einer anderen Ausführungsvariante der
Erfindung zu einer Gasleitung, wird abgekühlt und getrieben von einer
weiteren Pumpe erneut dem Umwandlungsprozeß im Zentrum der Antizyklon-Strecke 4 zugeführt. Dies
ist insbesondere dann notwendig, wenn die Gesamtlänge der
Strecke nicht für
die komplette Umwandlung reicht – Anwendung des Prinzips der
Rekursivität –. Weil
noch Kohlendioxid 1 Reste im separierten Sauerstoff 3 Anteil
sich befinden, können
diese Kohlendioxid 1 Anteile mittels Zentrifugation außerhalb
der Antizyklon-Strecke 4 separiert und der Umwandlung erneut
zugeführt, oder
wenn der Anteil nur geringfügig
ist, in die Atmosphäre
zusammen mit dem Sauerstoff 3 Anteil entlassen.At the end of the anticyclone route 4 the complex channel forks and the gas components go into separate exhaust tube, oxygen 3 including residues of carbon dioxide 1 in discharge pipe 21 and carbon monoxide in the discharge pipe 22 , The severely narrowed central channel 73 is through the plug 81 closed, but he comes in another embodiment of the invention to a gas line, is cooled and driven by another pump again the conversion process in the center of the anticyclone route 4 fed. This is particularly necessary if the total length of the route does not suffice for the complete conversion - application of the principle of recursivity -. Because still carbon dioxide 1 Residues in the separated oxygen 3 Share, these can be carbon dioxide 1 Levels by centrifugation outside the anticyclone range 4 separated and recycled to the conversion, or if the proportion is only slight, into the atmosphere together with the oxygen 3 Share dismissed.
Die
Abführrohre 21, 22 führen das
heiße
Gas zu einem Wärmetauscher 25 mit
Kühlschlange 23 für Sauerstoff 3 und
Kühlschlange 24 für Kohlenmonoxid 2,
wobei das Kühlgas
in den Kühlschlangen 26 von der
Pumpe der Wärmepumpe 82 getrieben
wird. Der Wärmetauscher 25 erlaubt
die Kühlung
der Gase Sauerstoff 3 und Kohlenmonoxid bis auf etwa 250°C wobei im
zweiten Heizkreis der Wärmepumpe 82 das Gas
für den
Wärmetransport
bei einer Temperatur von cirka 700°C zur Verfügung steht; dieser Heizkreis bezieht
Wärme nicht
nur aus den abgekühlten
Gasen von der Antizyklon-Strecke 4, sondern auch von einer externen
Wärmequelle,
die den relativ hohen Bedarf an thermischer Energie ergänzt. Die
Wärmepumpe erhöht in ihrem
Heizkreis die Temperatur bis auf etwa 1.100°C und führt dies zu den Heizungen 17, 45 der Antizyklon-Strecke 4 und
Zyklon-Strecke 8. Das äußere magnetische Feld mit der Induktion B wird von Permanentmagneten 27, 28, 29, 30 erzeugt,
wobei Zwischenstücke 31, 32, 33, 34 aus
rostfreiem Stahl oder Sintermaterial als magnetische Leiter zum
Applikationsort in der Antizyklon-Strecke 4 oder Zyklon-Strecke 8 eingesetzt
werden. Dies ist notwendig, weil rostfreier Stahl oder Sintermaterial
ein guter magnetischer Leiter ist, aber zugleich schlechte thermische
Eigenschaften hat, was notwendig ist, um niedrige Betriebstemperaturen
für die
Permanentmagnete 27, 28, 29, 30 zu
gewährleisten,
welche sonst ihre magnetischen Eigenschaften verlieren würden (Hochtemperaturgrenze
80...150 Grad). Um diesen Effekt zu verstärken, sind Kühlkanäle 39, 40, 41, 42 in
den Teilen aus rostfreiem Stahl getrieben, welche von Kühlflüssigkeit
durchströmt
werden. Um den Wärmetransport
weiter zu vermindern sind Luftkanäle 35, 36, 37, 38 in
den Zwischenstücken 31, 32, 33, 34 praktiziert.The discharge pipes 21 . 22 lead the hot gas to a heat exchanger 25 with cooling coil 23 for oxygen 3 and cooling coil 24 for carbon monoxide 2 , wherein the cooling gas in the cooling coils 26 from the pump of the heat pump 82 is driven. The heat exchanger 25 allows the cooling of the gases oxygen 3 and carbon monoxide up to about 250 ° C being in the second heating circuit of the heat pump 82 the gas is available for heat transfer at a temperature of about 700 ° C; this heating circuit not only draws heat from the cooled gases from the anticyclone range 4 but also from an external heat source that complements the relatively high demand for thermal energy. The heat pump raises the temperature in its heating circuit to about 1,100 ° C and leads this to the heaters 17 . 45 the anticyclone range 4 and cyclone track 8th , The eu ßere magnetic field with the induction B is made of permanent magnets 27 . 28 . 29 . 30 produced, with intermediate pieces 31 . 32 . 33 . 34 made of stainless steel or sintered material as a magnetic conductor to the application site in the anticyclone route 4 or cyclone route 8th be used. This is necessary because stainless steel or sintered material is a good magnetic conductor, but at the same time has poor thermal properties, which is necessary for low operating temperatures for the permanent magnets 27 . 28 . 29 . 30 to ensure which would otherwise lose their magnetic properties (high temperature limit 80 ... 150 degrees). To enhance this effect are cooling channels 39 . 40 . 41 . 42 in the parts made of stainless steel, which are flowed through by cooling liquid. To further reduce the heat transport are air channels 35 . 36 . 37 . 38 in the intermediate pieces 31 . 32 . 33 . 34 practiced.
Die
magnetischen Schlußteile 43, 44 aus weichmagnetischem
Eisen schließen
den magnetischen Kreis für
die zwei magnetisch zusammengefaßten Antizyklon-Strecke 4 und
Zyklon-Strecke 8.The magnetic circuit parts 43 . 44 made of soft magnetic iron close the magnetic circuit for the two magnetically combined anticyclone range 4 and cyclone track 8th ,
Der
komplexe Kanal der Zyklon-Strecke 8 besteht aus einem Zentralkanal 86 getrennt
nach innen der Spirale durch eine durchlöcherte Innenwand 87 zu
einer Innensammelkammer 88 und nach außen durch eine durchlöcherte Außenwand 84 zu
einer Außensammelkammer 89,
wobei die Trennwand 85 einer jeweiligen Windung des komplexen
Kanals die andere Seite der Innensammelkammer 88 und der Außensammelkammer 89 bilden.
Die durchlöcherte Innenwand 87,
durchlöcherte
Außenwand 84 und Trennwand 85 sind
aus einem nichtmagnetischen Metall, wie z. B. aus austenitischem
Stahl hergestellt und an die Pole 11 und 12 geschweißt (z. B.
durch Widerstandsschweißen).
Die obere und untere Seite des jeweiligen Pols 11 oder 12 sind
im Bereich des Zentralkanals 86 mit einer dünnen Emailschicht 67, 68 beschichtet.
Diese Emailschicht 67, 68 weist denselben Ausdehnungskoeffizienten
wie das Metall der Pole 11, 12 auf, und wird aufgetragen,
bevor die metallischen Streifen der durchlöcherten Innenwand 87, durchlöcherten
Außenwand 84 und
der Trennwand 85 mit den Polen 11, 12 verschweißt werden.
Die Emailschichten 67, 68 dienen während des
Schweißens
auch als Führung
für die
entsprechenden Metallstreifen.The complex channel of the cyclone route 8th consists of a central channel 86 separated inside the spiral through a perforated inner wall 87 to an inner collection chamber 88 and out through a perforated outer wall 84 to an outdoor collection chamber 89 , where the partition 85 one turn of the complex channel the other side of the inner collection chamber 88 and the outer collection chamber 89 form. The perforated inner wall 87 , perforated outer wall 84 and partition 85 are made of a non-magnetic metal, such as. B. made of austenitic steel and to the poles 11 and 12 welded (eg by resistance welding). The upper and lower sides of each pole 11 or 12 are in the area of the central channel 86 with a thin layer of enamel 67 . 68 coated. This enamel layer 67 . 68 has the same coefficient of expansion as the metal of the poles 11 . 12 on, and is applied before the metallic strips of the perforated inner wall 87 , perforated outer wall 84 and the partition 85 with the poles 11 . 12 be welded. The enamel layers 67 . 68 also serve as a guide for the corresponding metal strips during welding.
Der
komplexe Kanal hat eine variable Geometrie. Die Gesamtbreite bestehend
aus den Breiten der Metallstreifen, der Breite des Zentralkanals 86, der
Breite der Innensammelkammer 88 und der Außensammelkammer 89 ist
konstant für
die ganze Länge
der Spirale der Zyklon-Strecke 8. Die Breite des Zentralkanals 86 ist
am größten in
der Mitte der Zyklon-Strecke 8 und nimmt kontinuierlich
ab in Richtung der Peripherie, so daß am äußeren Ende der Spirale eine
Breite nahe Null vorliegt, die von einem geschweißten Stöpsel 69 verschlossen
wird. Die Breiten der Innensammelkammer 88 und der Außensammelkammer 89 sind
hingegen Null im Zentrum der Zyklon-Strecke 8 und haben
maximale Breite am äußeren Ende
der Zyklon-Strecke 8.The complex channel has a variable geometry. The total width consisting of the widths of the metal strips, the width of the central channel 86 , the width of the inner collection chamber 88 and the outer collection chamber 89 is constant for the entire length of the spiral of the cyclone track 8th , The width of the central channel 86 is largest in the middle of the cyclone range 8th and decreases continuously towards the periphery, so that at the outer end of the spiral there is a width near zero that of a welded plug 69 is closed. The widths of the inner collection chamber 88 and the outer collection chamber 89 are zero in the center of the cyclone route 8th and have maximum width at the outer end of the cyclone track 8th ,
Die
Umwandlung des Wasserdampfs 5 in der Zyklon-Strecke geschieht ähnlich dem
Umwandlungsprozeß von
Kohlendioxid in der Antizyklon-Strecke 4. Das Wasser aus
einem Vorratsbehälter 83 wird von
einer Pumpe 94 unter einem Druck zwischen 2–50 bar
durch die Vorheizung 57 auf eine Temperatur von etwa 250°C gebracht,
wodurch es verdampft und durch das elektromagnetisch gesteuerte
Einlaßventil 52 und
durch das Einlaßrohr 96 in
das Zentrum der Zyklon-Strecke 8 als Wasserdampf 5 unter
Druck reingeblasen wird. Der einströmende Wasserdampf 5 wird
innerhalb der Zyklon-Strecke 8 weiter erhitzt durch die
Heizungsrohre 45, 46 (in der 3 als Block
schematisch dargestellt) welche von einem geeignetem Gas durchflossen
werden, so daß er
die Betriebstemperatur von 800–1.000°C erreicht.
Die hohe Temperatur führt
zu einer leichten Ionisierung des Wasserdampfs – kaltes Plasma – so daß folgende
Ionen durch eine thermisch ausgelöste Ionisierungsreaktion entstehen: H2O → 2H+ + O2– The transformation of water vapor 5 in the cyclone route is similar to the conversion process of carbon dioxide in the anticyclone route 4 , The water from a storage tank 83 is from a pump 94 under a pressure between 2-50 bar through the preheating 57 brought to a temperature of about 250 ° C, whereby it evaporates and by the electromagnetically controlled inlet valve 52 and through the inlet tube 96 into the center of the cyclone route 8th as water vapor 5 is blown in under pressure. The incoming water vapor 5 will be within the cyclone range 8th further heated by the heating pipes 45 . 46 (in the 3 schematically represented as a block) which are traversed by a suitable gas so that it reaches the operating temperature of 800-1,000 ° C. The high temperature leads to a slight ionization of the water vapor - cold plasma - so that the following ions are formed by a thermally induced ionization reaction: H 2 O → 2H + + O 2-
Um
den Prozeß der
Ionisierung zu verstärken,
können
einige flache Spulen aus Metall in die isolierende Schicht 20 im
Einlaßbereich
der Zyklon-Strecke 8 untergebracht werden, welche ein hochfrequentes
elektrisches Feld, gerichtet quer zur Richtung des magnetischen
Feldes B, bilden.To enhance the process of ionization, some flat coils of metal may be incorporated into the insulating layer 20 in the inlet area of the cyclone line 8th are accommodated, which form a high-frequency electric field, directed transversely to the direction of the magnetic field B.
Die
O2– Anteile
werden unter dem Einfluß des äußeren magnetischen
Feldes mit der Induktion B auf die durchlöcherte Außenwand 84 der Zyklon-Strecke 8,
während
die H+ Anteile an die durchlöcherte Innenwand 87 gedrängt werden.
Diese Ladungsträger
innerhalb der sich schnell bewegendem Wasserdampfs bilden je einen
Ladungsträger-Strom iO2– und
iH+, welche mit der quer liegende magnetischen
Induktion B interreagieren. Das neutral gebliebene Gas (Wasserdampf 5)
bleibt in der Mitte des Kanals der Zyklon-Strecke 8 und
wird weiter thermisch ionisiert, da es seine Ladungen verloren hat.
Nach und nach geraten immer mehr Ionen an die durchlöcherte Innenwand 87 und
durchlöcherte
Außenwand 84 Innenwand
des Zentralkanals 86, wo sie neutralisiert werden, so dass
am Ende der Zyklon-Strecke nur noch H+ und
O2– Ionen
oder Moleküle
von Wasserstoff 6 (H2) und Sauerstoff 7 (O2) sich darin befinden. Die durch die Krümmung der
Zyklon-Strecke 8 entstehende Zentrifugalkraft begünstigt die
Trennung der Komponenten, da die Dichte des Wasserstoffs 6 deutlich
kleiner als die von Sauerstoff 7 oder Wasserdampf 5 ist.
Dies bedeutet, dass die neutralisierten Ionen in der Nähe der durchlöcherten
Innenwand 87 und Außenwand 84 durch
diese Zentrifugalkraft für den
ganzen Verlauf der Zyklon-Strecke 8 behalten werden. Diese
Polster von Molekülen
gelangen kontinuierlich entlang der gesamten Zyklon-Strecke 8 durch
die Durchbrüche
der durchlöcherten
Innenwand 87 in die Innensammelkammer 88, weil
es hier einen gewissen Unterdruck herrscht und durch die Durchbrüche der
durchlöcherten
Außenwand 84 in die
Außensammelkammer 89,
wo es ebenfalls einen gewissen Unterdruck herrscht.The O 2 components are under the influence of the external magnetic field with the induction B on the perforated outer wall 84 the cyclone route 8th while the H + shares in the perforated inner wall 87 be urged. These charge carriers within the rapidly moving water vapor each form a carrier current i O2- and i H + , which interreact with the transverse magnetic induction B. The neutral gas (water vapor 5 ) remains in the middle of the channel of the cyclone route 8th and continues to be thermally ionized as it has lost its charges. Gradually, more and more ions get to the perforated inner wall 87 and perforated outer wall 84 Inner wall of the central channel 86 where they are neutralized, leaving at the end of the cyclone route only H + and O 2- ions or molecules of hydrogen 6 (H 2 ) and oxygen 7 (O 2 ) are in it. The by the curvature of the cyclone route 8th resulting centrifugal force favors the separation of the components, as the density of hydrogen 6 significantly smaller than that of oxygen 7 or water vapor 5 is. This means that the neutralized ions near the perforated inner wall 87 and outer wall 84 by this centrifugal force for the whole course of the cyclone route 8th to be kept. These pads of molecules pass continuously along the entire cyclone route 8th through the apertures of the perforated inner wall 87 in the inner collection chamber 88 because there is a certain negative pressure here and through the perforations of the perforated outer wall 84 in the outer collection chamber 89 , where there is also a certain negative pressure.
Die
Durchbrüche
in der durchlöcherten
Innenwand 87 und in der durchlöcherten Außenwand 85 sind in
Längszeilen
angeordnet, wobei die Durchbrüche
der jeweils benachbarten Zeile immer auf halber Höhe des Abstands
der Löcher
der anderen Zeile stehen, was zu einem gleichmäßigen Durchlassen der an der
Oberfläche
angesammelten Moleküle
führen.The breakthroughs in the perforated inner wall 87 and in the perforated outer wall 85 are arranged in longitudinal rows, wherein the openings of the adjacent row are always at half the height of the distance of the holes of the other row, resulting in a uniform passage of the molecules accumulated on the surface.
Am
Ende der Zyklon-Strecke 8 gabelt sich der komplexe Kanal
und die separierten Gaskomponenten gehen in getrennte Abführröhre, Sauerstoff 7 samt
Reste von Wasserdampf 5 in Abführrohr 47 und Wasserstoff 6 in
Abführrohr 48.
Der stark verengte Zentralkanal 86 ist durch den Stöpsel 69 verschlossen,
aber er kommt in einer anderen Ausführungsvariante der Erfindung
zu einer Gasleitung, wird abgekühlt
und getrieben von einer weiteren Pumpe erneut dem Umwandlungsprozeß im Zentrum
der Zyklon-Strecke 8 zugeführt. Dies ist insbesondere
dann notwendig, wenn die Gesamtlänge
der Strecke nicht für
die komplette Umwandlung reicht und der Zufuhr an neuem Wasser eingeschränkt werden
soll.At the end of the cyclone route 8th the complex duct bifurcates and the separated gas components go into separate exhaust tube, oxygen 7 including remnants of water vapor 5 in discharge pipe 47 and hydrogen 6 in discharge pipe 48 , The severely narrowed central channel 86 is through the plug 69 closed, but he comes in another embodiment of the invention to a gas line, is cooled and driven by another pump again the conversion process in the center of the cyclone route 8th fed. This is especially necessary if the total length of the route is not sufficient for the complete conversion and the supply of new water is to be restricted.
Die
Abführrohre 47, 48 führen das
heiße
Gas zu einem Wärmetauscher 25 mit
Kühlschlange 49 für Sauerstoff 7 und
Kühlschlange 50 für Wasserstoff 6, wobei
das Kühlgas
in den Kühlschlangen 26 von
der Pumpe der Wärmepumpe 82 getrieben
wird. Der Wärmetauscher 25 erlaubt
die Kühlung
der Gase Sauerstoff 7 und Wasserstoff 6 bis auf
etwa 250°C, wobei
durch die Leitung 70 im zweiten Heizkreis der Wärmepumpe 82 das
Gas für
den Wärmetransport bei
einer Temperatur von cirka 700°C
zur Verfügung steht;
dieser Heizkreis bezieht Wärme
nicht nur aus den abgekühlten
Gasen von der Antizyklon-Strecke 4 und Zyklon-Strecke 8,
sondern auch von einer externen Wärmequelle, die den relativ
hohen Bedarf an thermischer Energie ergänzt. Dies bedeutet, daß die Wärmepumpe
eine Anhebung der Gastemperatur zwischen etwa 700°C und 1.100°C schaffen
muss, was sich mit einer relativ hohen Effizienz machen läßt.The discharge pipes 47 . 48 lead the hot gas to a heat exchanger 25 with cooling coil 49 for oxygen 7 and cooling coil 50 for hydrogen 6 , wherein the cooling gas in the cooling coils 26 from the pump of the heat pump 82 is driven. The heat exchanger 25 allows the cooling of the gases oxygen 7 and hydrogen 6 up to about 250 ° C, passing through the pipe 70 in the second heating circuit of the heat pump 82 the gas is available for heat transfer at a temperature of about 700 ° C; this heating circuit not only draws heat from the cooled gases from the anticyclone range 4 and cyclone track 8th but also from an external heat source that complements the relatively high demand for thermal energy. This means that the heat pump must provide an increase in the gas temperature between about 700 ° C and 1100 ° C, which can be done with a relatively high efficiency.
Die
maximale Leistungszahl der Wärmepumpe
ist demnach: COMmax =
Twarm/Twarm – Tkalt = (1.100 + 273)/1.100 – 700 =
3,68was den Anteil an zugeführten
mechanischen Energie (Pumpe) auf etwa 1/3,68 = 0,27 festlegt und
somit ermöglicht,
daß mit
etwa einem Drittel eingesetzte Pumpenleistung 2 Drittel
thermische Energie hinzugefügt
wird. Dieser Wirkungsgrad läßt sich
abhängig von
der genauen Beschaffenheit der externen Wärmequelle noch verbessern.The maximum coefficient of performance of the heat pump is therefore: COM Max = T warm / T warm - T cold = (1,100 + 273) /1,100-700 = 3.68 which sets the amount of mechanical energy supplied (pump) to about 1 / 3.68 = 0.27, thus allowing about a third of the pump power used 2 Third thermal energy is added. This efficiency can be improved depending on the exact nature of the external heat source.
Am
Ende der Kühlschlange 23 wird
das Sauerstoff 3 von der Pumpe 51 zu der Vorheizung 56 getrieben
und am Ende dieser bei niedriger Temperatur 25–50°C in die Atmosphäre entlassen.At the end of the cooling coil 23 becomes the oxygen 3 from the pump 51 to the preheating 56 driven and at the end of this at a low temperature 25-50 ° C released into the atmosphere.
Am
Ende der Kühlschlange 49 wird
das Sauerstoff 7 von der Pumpe 95 zu der Vorheizung 57 getrieben
und am Ende dieser bei niedriger Temperatur 25–50°C in die Atmosphäre entlassen.At the end of the cooling coil 49 becomes the oxygen 7 from the pump 95 to the preheating 57 driven and at the end of this at a low temperature 25-50 ° C released into the atmosphere.
Am
Ende der Kühlschlange 24 wird
das Kohlenmonoxid 2 von der Pumpe 90 zum Puffertank 91 getrieben
und bei einer Temperatur von etwa 250°C und Druck von etwa 50 bar
hier gehalten.At the end of the cooling coil 24 becomes the carbon monoxide 2 from the pump 90 to the buffer tank 91 driven and held at a temperature of about 250 ° C and pressure of about 50 bar here.
Am
Ende der Kühlschlange 50 wird
das Wasserstoff 6 von der Pumpe 92 zum Puffertank 93 getrieben
und bei einer Temperatur von etwa 250°C und Druck von etwa 50 bar
hier gehalten.At the end of the cooling coil 50 becomes the hydrogen 6 from the pump 92 to the buffer tank 93 driven and held at a temperature of about 250 ° C and pressure of about 50 bar here.
Der
Raum zwischen der Antizyklon-Strecke 4 und Zyklon-Strecke 8 ist
gefüllt
mit einem Wärmeisolator 96 bestehend
aus wärmedämmendem
Material wie etwa Keramikwolle. Auch nach außen zwischen den beiden Strecken
und dem Gehäuse 54 ist ebenfalls
der Wärmeisolator 58 vorhanden.
Das Gehäuse 54 und
die Teile des magnetischen Kreises sind durch Schrauben 55 zusammengehalten.The space between the anticyclone track 4 and cyclone track 8th is filled with a heat insulator 96 consisting of heat-insulating material such as ceramic wool. Also outward between the two routes and the case 54 is also the heat insulator 58 available. The housing 54 and the parts of the magnetic circuit are by screws 55 held together.
Meistens
werden 2 Zwilling Zyklon/Antizyklon-Strecken in einem Aggregat benutzt,
um sowohl die Umwandlung des Kohlendioxids 1 (CO2) zu Kohlenmonoxid 2 (CO), als
auch die Umwandlung von Wasserdampf 5 zu Wasserstoff 6 (H2) zu erreichen. Aber auch den Betrieb von
einzelnen Wandlern für andere
Zwecke als der Methanol-Produktion
ist möglich
und denkbar; nach diesem Arbeitsprinzip läßt sich u. a. die Regenerierung
der Atmosphäre
auf Raumschiffen, U-Booten u. s. w., machen. Die separierten Gase
Kohlenmonoxid 2 (CO) und Wasserstoff 6 (H2) sind hochrein und können anschließend für die Methanol-Synthese
verwendet werden, ohne Gefahr der frühzeitigem Verbrauch von Katalysator
durch Unreinheit der Gase.Mostly, 2 twin cyclone / anticyclone routes are used in an aggregate to control both the conversion of carbon dioxide 1 (CO 2 ) to carbon monoxide 2 (CO), as well as the conversion of water vapor 5 to hydrogen 6 (H 2 ). But also the operation of individual transducers for purposes other than methanol production is possible and conceivable; According to this working principle, among other things, the regeneration of the atmosphere on spaceships, submarines, etc., can be done. The separated gases carbon monoxide 2 (CO) and hydrogen 6 (H 2 ) are highly pure and can then be used for methanol synthesis, without the risk of early consumption of catalyst due to impurity of the gases.
Das
Kohlenmonoxid (CO) 2 erzeugt in der Antizyklon-Strecke 4 geführt durch
Magnetventil 71 zum Reaktor 65 trifft dort den
Wasserstoff 6 erzeugt in der Zyklon-Strecke 8 und geführt durch
Magnetventil 72 dahin; beide Gase geraten in Rotation da
sie tangential in den zylindrischen Reaktor 65 reinlaufen, wodurch
sie sich gut vermischen. Dabei werden sie über dem Katalysator 66 – ohne Darstellung – befindlich
im Reaktor 65 geführt,
der die chemische Reaktion begünstigt.
Es findet folgende chemische Reaktion statt: CO + 2H2 = CH3-OH mit
dem Ergebnisprodukt Methanol in Gasform, der durch die Leitung 59 zu
einer Kühlschlange 64 geführt wird.
Darin sinkt die Temperatur des Methanols 63 weit unter
65°C und das
Methanol 63 wird flüssig.
Der 3-Wege-Ventil 62 wird durch Gas/Flüssigkeitssensoren gesteuert
und öffnet
den Weg zum Methanolbehälter 60 nur
wenn flüssiger
Methanol vorliegt, sonst wird das Gas in die Atmosphäre durch
die Leitung 61 entlassen um den Druck im chemischen Reaktor 65 auf
dem vorgeschriebenen Wert von etwa 50 bar konstant zu halten.The carbon monoxide (CO) 2 generated in the anticyclone range 4 guided by solenoid valve 71 to the reactor 65 there meets the hydrogen 6 generated in the cyclone route 8th and guided by solenoid valve 72 then; both gases are rotating since they are tangential to the cylindrical reactor 65 run in, making them mix well. They will over the catalyst 66 - without representation - located in the reactor 65 led, which favors the chemical reaction. The following chemical reaction takes place: CO + 2H 2 = CH 3 -OH with the result product methanol in gaseous form, passing through the pipe 59 to a cooling coil 64 to be led. In it the temperature of the methanol decreases 63 far below 65 ° C and the methanol 63 becomes fluid. The 3-way valve 62 is controlled by gas / liquid sensors and opens the way to the methanol tank 60 only if there is liquid methanol, otherwise the gas is released into the atmosphere through the pipe 61 fired by the pressure in the chemical reactor 65 constant at the prescribed value of about 50 bar.