RU2700653C1 - Bioreactor for producing electric energy - Google Patents
Bioreactor for producing electric energy Download PDFInfo
- Publication number
- RU2700653C1 RU2700653C1 RU2018134341A RU2018134341A RU2700653C1 RU 2700653 C1 RU2700653 C1 RU 2700653C1 RU 2018134341 A RU2018134341 A RU 2018134341A RU 2018134341 A RU2018134341 A RU 2018134341A RU 2700653 C1 RU2700653 C1 RU 2700653C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- anode
- cathode
- bioreactor
- electrodes
- electric energy
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/16—Biochemical fuel cells, i.e. cells in which microorganisms function as catalysts
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Microbiology (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Water Treatment By Electricity Or Magnetism (AREA)
- Electrodes For Compound Or Non-Metal Manufacture (AREA)
- Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области электротехники, а именно, к устройству получения электрической энергии из органических соединений, для их последующего использования по назначению.The invention relates to the field of electrical engineering, namely, to a device for producing electrical energy from organic compounds, for their subsequent use as intended.
Известен биоэлектрохимический реактор, состоящий из секционированных емкостей, выполненных в форме прямоугольного параллелепипеда с перегородками для создания зигзагоподобного течения, в днище реактора установлено анодные электроды. Сам реактор находится в катодных контейнерах, в первом и последнем контейнере установлены патрубки для подачи и вывода сточных вод (патент № 2496187, МПКH01M 8/16, 2012 год).Known bioelectrochemical reactor, consisting of sectioned tanks made in the form of a rectangular parallelepiped with partitions to create a zigzag-like flow, anode electrodes are installed in the bottom of the reactor. The reactor itself is located in cathode containers, in the first and last containers there are pipes for supplying and removing wastewater (patent No. 2496187, MPKH01M 8/16, 2012).
Недостатком известного устройства является необходимость принудительной подачи воздуха,подразумевающей затраты дополнительной энергии.A disadvantage of the known device is the need for forced air supply, implying the cost of additional energy.
Известен биотопливный элемент состоящий из анода и катода, соединенных электрическими проводами с нагрузкой, изготовленных из электропроводящего некорродирующего структурированного материала с развитой поверхностью, зажатого между пластиковыми решетками при помощи хомутов. На поверхности анода нанесены кристаллы сахарозы. Водогазонепроницаемый слой закреплен на поверхности анода, обращенной к катоду. По размеру и форме водогазонепроницаемый слой соответствует форме и размерам анода. Взаиморасположение анода и катода обеспечивает поддерживающее устройство. Анод размещают в слое донных отложений водоема. Катод расположен над анодом в толще воды (Патент № 2657289 H01M 8/16, H01M 4/96, 2017 г.).Known biofuel element consisting of an anode and cathode, connected by electrical wires with a load, made of an electrically conductive non-corrosive structured material with a developed surface, sandwiched between plastic grids using clamps. Sucrose crystals are deposited on the surface of the anode. The water-gas tight layer is fixed on the surface of the anode facing the cathode. In size and shape, the water-impermeable layer corresponds to the shape and size of the anode. The relative position of the anode and cathode provides a supporting device. The anode is placed in the layer of bottom sediments of the reservoir. The cathode is located above the anode in the water column (Patent No. 2657289
Недостатком известного устройства является низкая выходная мощность, на это влияет высокое сопротивление между анодом и катодом, так как они удалены на большое расстояние друг от друга. A disadvantage of the known device is the low output power, this is affected by the high resistance between the anode and cathode, since they are removed at a great distance from each other.
Известен биоэлектрохимический реактор, состоящий из ячейки органического стекла, содержащей анод катод из карбида кремния, места контакта электродов с токоснимающей частью из индия и скандия (патент №153593, МПК H01M 8/16, 2014 ).Known bioelectrochemical reactor consisting of an organic glass cell containing an anode cathode made of silicon carbide, the contact point of the electrodes with the collector part of indium and scandium (patent No. 153593, IPC
Недостатком известного устройства является большое расстояние между электродами и, вследствие чего, высокое сопротивление между ними, приводящее к снижению эффективности энергоотдачи.A disadvantage of the known device is the large distance between the electrodes and, as a result, the high resistance between them, leading to a decrease in the efficiency of energy transfer.
Известен повышающий генератор импульсов (SU 1064428, МПК Н 03 К 3/02, 1977 г.), включающий транзистор, трансформатор, первая обмотка которого включена между первой шиной источника питания и коллектором транзистора, а вторая – между первой шиной источника питания и базой транзистора, эмиттер которого подсоединен ко второй шине источника питания, первая и вторая обмотки трансформатора подключены к первой шине источника питания разноименными выводами.Known boost pulse generator (SU 1064428, IPC N 03
Недостатком известного генератора является низкий КПД.A disadvantage of the known generator is its low efficiency.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является выбранный в качестве прототипа биореактор, включающий анодную и катодную камеры с анодом и катодом, разделенных мембраной и заполненные биожидкостью, анодная камера с патрубками содержит водный раствор органических веществ и микроорганизмы, окисляющие органические вещества, катод выполнен из постоянно увлажняемого капиллярного материала, для создания жидкостной пленки на поверхности катода (патент на полезную модель № 145009, МПК H01M 8/16,H01M 8/02,C12M 1/00, 2013 г.). The closest in technical essence to the claimed device is a bioreactor selected as a prototype, including an anode and cathode chambers with an anode and cathode, separated by a membrane and filled with biofluid, the anode chamber with nozzles contains an aqueous solution of organic substances and microorganisms that oxidize organic substances, the cathode is made of constantly moistened capillary material to create a liquid film on the surface of the cathode (utility model patent No. 145009, IPC H01M 8/16,
Недостатком известных устройств является низкая электрическая мощность.A disadvantage of the known devices is the low electrical power.
Технической задачей предполагаемого изобретения является повышение мощности биореактора, эксплуатационного срока службы электродов и надежность токоведущих частей.The technical task of the proposed invention is to increase the power of the bioreactor, the operational life of the electrodes and the reliability of live parts.
Поставленная техническая задача достигается тем, что биореактор для получения электрической энергии, включающий анодную и катодную камеры с анодом и катодом, разделенные мембраной, анодная камера заполнена биожидкостью, анод и катод выполнены из электропроводного углеродного материала, при этом анод выполнен с металлической сердцевиной,согласно изобретению, биореактор снабжен повышающим генератором импульсов с переменным конденсатором, катодная камера выполнена с вентиляционными отверстиями в корпусе, электроды установлены горизонтально, сердцевина анода и катода выполнена в виде пучка проводов из нержавеющей стали или иридия, размещенного в наноструктурированном электропроводном углеродном материале.The stated technical problem is achieved in that the bioreactor for generating electric energy, including the anode and cathode chambers with an anode and cathode, separated by a membrane, the anode chamber is filled with biofluid, the anode and cathode are made of an electrically conductive carbon material, and the anode is made with a metal core, according to the invention , the bioreactor is equipped with a step-up pulse generator with a variable capacitor, the cathode chamber is made with ventilation holes in the housing, the electrodes are installed horiz ntalno, the core of the anode and the cathode is formed as a bundle of wires made of stainless steel or iridium disposed in nanostructured conductive carbon material.
Изобретение поясняется чертежами.The invention is illustrated by drawings.
На фиг. 1 представлен общий вид биореактора; на фиг. 2 - схема повышающего преобразователя-генератора. In FIG. 1 shows a general view of a bioreactor; in FIG. 2 is a diagram of a boost converter / generator.
Биореактор для получения электрической энергии содержит анодную 1 и катодную 2 камеры с анодом 3 и катодом 4, разделенные мембраной 5. Анод 3 и катод 4 выполнены в виде пучка проводов из нержавеющей стали или иридия, размещенного в наноструктурированном углеродном электропроводном материале. В катодную камеру 2 добавлен электролит, например кислотный. Материал катода 4 обладает капиллярными свойствами, что позволяет ему быть постоянно увлажненным. Электроды 3 и 4 установлены горизонтально с малым межэлектродным расстоянием. В корпусе катодной камеры 2 выполнены отверстия 6 для естественной вентиляции. Катод 4 и анод 3, соединены с повышающим генератором импульсов токоведущими проводами 7, при этом в корпусе биореактора токоведущие провода 7 выполнены из антикоррозийных электропроводных материалов. Нержавеющая сталь и иридий имеет высокую антикоррозионную стойкость, что очень важно для увеличения эксплуатационного срока службы электродов и надежности токоведущих частей в месте соединения с углеродным волокном. Анодная камера 1 заполнена биожидкостью 8 в виде раствора органических веществ с микроорганизмами. В качестве катализатора к биожидкости 8 добавлен электролит, например, кислотный, в количестве, обеспечивающем зону комфорта микроорганизмов. Использование электролита в анодной 1 и катодной 2 камерах позволяет уменьшить межэлектродное сопротивление и обеспечивает повышение эффективности установки.A bioreactor for generating electric energy contains
Корпуса анодной 1 и катодной 2 камеры жестко соединены между собой, например, болтами 9.The cases of the
Мембрана 5 выполнена из полимерного электролитического материала, например, «нафион». Материал устойчив к химическим воздействиям, что очень важно для биореактора, так как в нем присутствует агрессивная среда разлагающая большинство искусственно созданных полимерных и металлизированных материалов. The
Горизонтальное расположение электродов обеспечивает свободное проникновение протонов в катодную камеру 2, позволяет минимизировать межэлектродное расстояние, снизить сопротивление между электродами 3 и 4, повысить электрический ток и, соответственно, энергоотдачу и мощность биореактора. The horizontal arrangement of the electrodes ensures the free penetration of protons into the
Выполнение катода 4 и анода 3 с сердцевиной в виде пучка проводов из антикоррозийного электропроводного материала обеспечивает простоту изготовления и эксплуатации.The implementation of the
Повышающий генератор импульсов соединен проводами 7 с биореактором. Генератор импульсов содержит плюсовой провод 7, выключатель10, катушки индуктивности 11, 12 выходной контакт катушки индуктивности 11 соединен с переменным резистором 13 и установленным параллельно ему переменным конденсатором 14. Резистор 13 и конденсатор 14 соединены с базой полупроводникового транзистора 15. Катушка индуктивности 12 соединена с коллектором полупроводникового транзистора 15, выход эмиттера транзистора 15 замкнут в цепь с минусовым проводом 7.The boost pulse generator is connected by wires 7 to the bioreactor. The pulse generator contains a positive wire 7, a
Повышающая катушка индуктивности 16, связанная магнитопроводом с катушками 11 и 12, соединена с диодным мостом 17. Выходные значения электрической мощности диодного моста 17 сглаживаются электролитическим конденсатором 18. На выходе получаем постоянное повышенное напряжение для питания электроприборов.A
Настройка переменного конденсатора 14 обеспечивает преобразование низковольтной электрической энергии в высоковольтную.Setting the
Биореактор для получения электрической энергии работает следующим образом.Bioreactor for generating electrical energy works as follows.
В качестве биожидкости 8, заливаемой в биореактор, можно использовать жидкие фракции отходов, таких как: навоз, сельскохозяйственные отходы растениеводства, пищевые отходы, продукты жизнедеятельности человека, сточные воды, ил пресноводных и морских водоносных слоев и другие биоразлагаемые материалы. В биоматериал при необходимости добавляют воду.As
В корпус анодной камеры 1 заливают жидкую фракцию биожидкости 8, для более высокой эффективности работы, в качестве катализатора вносят электролит для уменьшения межэлектродного сопротивления. Количество электролита должно обеспечить зону комфортности развития микроорганизмов, т.е. максимальное количество вносимого электролита не должно угнетать микроорганизмы и сохранять их жизнеспособность. Могут быть применены и специально выведенные микроорганизмы устойчивые к более высокому содержанию, например кислотного раствора, тем самым повышая эффективность энергоотдачи электрической мощности биореактором.The liquid fraction of
Поляризация и возникновение электродвижущей силы между электродами 3 и 4 осуществляется за счет разности окислительно-восстановительных потенциалов сред, в которых они распложены. Если положительный потенциал катода 4 связан преимущественно с физико-химическими процессами - катодными полу-реакциями взаимодействия кислорода, протонов и электронов с образованием воды, то реакции на аноде 3 прямо связаны с жизнедеятельностью микроорганизмов. Снижение потенциала анода 3 происходит в результате деятельности бактерий, осуществляющих анаэробное разложение органических веществ.The polarization and the occurrence of an electromotive force between the
Для увеличения напряжения биореакторы можно соединить последовательно в группы с дальнейшим использованием постоянного напряжения. Для этого к электродам 3 и 4 анодно-катодной пары подсоединяют повышающий генератор импульсов. Повышение разницы потенциала производится катушкой 16. При увеличении количества витков на трансформаторе, соответственно повышается и напряжение. Для более эффективной работы генератора предусмотрен подстроичный переменный конденсатор 14. Подстройка его проводится во время работы генератора. Генератор повышает напряжение до уровня необходимого для потребителя. To increase the voltage, bioreactors can be connected in series into groups with the further use of constant voltage. For this, a step-up pulse generator is connected to the
При истощении биожидкости 8 необходимо ее заменить. Процесс повторяется.When depleted
Отработанную биожидкость после отлежки и обеззараживания можно использовать в качестве удобрений.Spent biofluid after curing and disinfection can be used as fertilizers.
Изобретение может использоваться, например, в фермерских хозяйствах, животноводческих и птицеводческих комплексах для частичного самообеспечения внутренних нужд или аварийного питания.The invention can be used, for example, in farms, livestock and poultry complexes for partial self-sufficiency of domestic needs or emergency nutrition.
Использование биореактора позволит получить экологически чистую электроэнергию с низкой себестоимостью, повысить мощность биореактора, эксплуатационный срок службы электродов и надежность токоведущих частей.Using a bioreactor will make it possible to obtain environmentally friendly electricity with low cost, increase the bioreactor power, the operational life of the electrodes and the reliability of live parts.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018134341A RU2700653C1 (en) | 2018-10-01 | 2018-10-01 | Bioreactor for producing electric energy |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018134341A RU2700653C1 (en) | 2018-10-01 | 2018-10-01 | Bioreactor for producing electric energy |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2700653C1 true RU2700653C1 (en) | 2019-09-18 |
Family
ID=67989695
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2018134341A RU2700653C1 (en) | 2018-10-01 | 2018-10-01 | Bioreactor for producing electric energy |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2700653C1 (en) |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1064428A1 (en) * | 1977-02-17 | 1983-12-30 | Maksimchuk Evgenij P | Pulse generator with mv supply voltage |
RU2214655C2 (en) * | 1998-04-02 | 2003-10-20 | Дзе Боард оф Трастиз оф дзе Юниверсити оф Иллинойс | Primary battery incorporating built-in dc voltage changer |
RU123231U1 (en) * | 2012-09-14 | 2012-12-20 | Общество С Ограниченной Ответственностью "М-Пауэр Ворлд" | ANODE BIOELECTRODE FOR A MICROBIAL FUEL CELL |
RU145009U1 (en) * | 2013-12-30 | 2014-09-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный университет" (ФГБОУ ВПО "КубГУ") | MICROBIAL FUEL ELEMENT AND ASSEMBLY DIAGRAM FOR SUCH ELEMENTS |
RU153593U1 (en) * | 2014-10-27 | 2015-07-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Иркутский государственный университет" | BIOELECTROCHEMICAL REACTOR |
EP3246291A1 (en) * | 2015-01-15 | 2017-11-22 | Panasonic Corporation | Microbial fuel cell system |
RU2657289C1 (en) * | 2017-06-20 | 2018-06-13 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный университет" (ФГБОУ ВО "КубГУ") | Biofuel cell |
-
2018
- 2018-10-01 RU RU2018134341A patent/RU2700653C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1064428A1 (en) * | 1977-02-17 | 1983-12-30 | Maksimchuk Evgenij P | Pulse generator with mv supply voltage |
RU2214655C2 (en) * | 1998-04-02 | 2003-10-20 | Дзе Боард оф Трастиз оф дзе Юниверсити оф Иллинойс | Primary battery incorporating built-in dc voltage changer |
RU123231U1 (en) * | 2012-09-14 | 2012-12-20 | Общество С Ограниченной Ответственностью "М-Пауэр Ворлд" | ANODE BIOELECTRODE FOR A MICROBIAL FUEL CELL |
RU145009U1 (en) * | 2013-12-30 | 2014-09-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный университет" (ФГБОУ ВПО "КубГУ") | MICROBIAL FUEL ELEMENT AND ASSEMBLY DIAGRAM FOR SUCH ELEMENTS |
RU153593U1 (en) * | 2014-10-27 | 2015-07-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Иркутский государственный университет" | BIOELECTROCHEMICAL REACTOR |
EP3246291A1 (en) * | 2015-01-15 | 2017-11-22 | Panasonic Corporation | Microbial fuel cell system |
RU2657289C1 (en) * | 2017-06-20 | 2018-06-13 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный университет" (ФГБОУ ВО "КубГУ") | Biofuel cell |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Schievano et al. | Floating microbial fuel cells as energy harvesters for signal transmission from natural water bodies | |
US20100119879A1 (en) | Methods and apparatus for stimulating and managing power from microbial fuel cells | |
Ahn et al. | Domestic wastewater treatment using multi-electrode continuous flow MFCs with a separator electrode assembly design | |
Ghadge et al. | Wastewater treatment in pilot‐scale microbial fuel cell using multielectrode assembly with ceramic separator suitable for field applications | |
KR101662051B1 (en) | Electrodes for use in bacterial fuel cells and bacterial electrolysis cells and bacterial fuel cells and bacterial electrolysis cells employing such electrodes | |
Chatterjee et al. | Design of clayware separator-electrode assembly for treatment of wastewater in microbial fuel cells | |
US20200031692A1 (en) | Electrodes For Cost-Effective Bio-Electrochemical Systems | |
Bagchi et al. | Evaluation of the effect of anolyte recirculation and anolyte pH on the performance of a microbial fuel cell employing ceramic separator | |
CN108292770A (en) | Microbiological fuel cell unit, its purposes and microbiological fuel cell arrangement | |
CN106746191B (en) | Excrement black water treatment device | |
RU2700653C1 (en) | Bioreactor for producing electric energy | |
KR101549324B1 (en) | Soil fuel cell and electricity producing method using the same | |
JP2011049068A (en) | Bio-fuel cell | |
CN212076542U (en) | Catalyst generator for advanced sewage treatment | |
Degrenne | Power management for microbial fuel cells | |
CN112093886A (en) | Biological trickling filter box device capable of purifying organic wastewater and generating electricity | |
CN202254439U (en) | Sterilization device of photovoltaic solar water heater | |
KR101394293B1 (en) | Microbial Fuel Cell using carbon thread | |
Monier et al. | Microbial Fuel Cells: From biomass (waste) to electricity | |
CN213387946U (en) | Biological trickling filter box device capable of purifying organic wastewater and generating electricity | |
KR20090049443A (en) | System for supplying power using microbial fuel cell and method therefor | |
Serra et al. | Harvesting Energy from Microbial Fuel Cells: Powering Wireless Sensor Networks Operating in Wastewater Treatment Plants | |
CN210837969U (en) | Microbial fuel cell | |
CN217173398U (en) | Water body in-situ remediation device | |
Narayanan et al. | Waste to Energy Conversion and Sustainable Recovery of Nutrients from Pee Power-Recent Advancements in Urine-Fed MFCs |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20201002 |