SU749259A1

SU749259A1 - Энергоустановка дл осуществлени термохимического цикла преобразовани тепловой энергии в химическую

Info

Publication number: SU749259A1
Application number: SU782679678A
Authority: SU
Inventors: Е.В. Муравьев; П.В. Романов
Original assignee: Предприятие П/Я А-1758
Priority date: 1978-10-30
Filing date: 1978-10-30
Publication date: 1981-12-23

Description

Изобретение относится к области термоядерной энергетики. Преимущественная область его применения — преобразование энергии взрыва в энергию химчески активных веществ для снабжения народного хозяйства в течение длительного времени вторичным топливом.

Известны устройства плазмохимических установок, включающих генератор плазмы, смеситель плазмы и сырья, закалочное устройство [1]. Недостатком известных энергоустановок является то, что для получения конечных продуктов требуется расходовать электрическую энергию, которую получают из какого-либо другого вида энергии с коэффициентом преобразования меньше единицы.

Ближайшим к изобретению техническим решением является энергоустановка для осуществления термохимического цикла преобразования энергии в химическую, содержащая источник тепла, высокотемпературный химический реактор для проведения эндотермической реакции разложения вещества с высокой теплотой образования и средства для охлаждения и транспортировки продуктов реакции для их дальнейшей переработки [2].

Такая установка имеет ограничение по термической эффективности, связанное с ограничением по максимальной температуре цикла порядка 1000К, которое обусловлено спецификой источника тепла, что сужает возможности выбора термохимпче5 ских циклов и вынуждает обращаться к многоступенчатым циклам. Многоступенчатость существенно усложняет технологическую схему преобразования энергии п приводит к дополнительному снижению 10 эффективности энергоустановки в связи с ростом всевозможных потерь, обусловленных неидеальностыо используемых процессов.

Целью изобретения является упроще15 ние и повышение эффективности преобразования энергии путем уменьшения числа ступеней термохимического цикла и увеличения его максимальной температуры.

Цель достигается тем, что в энергоус20 тановке для осуществления термохимического цикла преобразования тепловой энергии в химическую, содержащей источник тепла, высокотемпературный химический реактор для проведения эндотермпче25 ской реакции разложения вещества с высокой теплотой образования и средства для охлаждения п транспортировки продуктов реакции для их дальнейшей переработки, источник тепла совмещен с высокотемпе80 ратурным химическим реактором и выпол нен в виде термоядерного реактора на микровзрывах с испаряющимся бланкетом, изготовленным из вещества, подвергаемого разложению, а в тракт транспортировки продуктов реакции для дальнейшей переработки включен закалочный аппарат.

С целью снижения тепловых потерь в улучшение защиты стенок импульсного термоядерного реактора от теплового воздействия продуктов микровзрыва закалочный аппарат может быть совмещен в энергоустановке с реактором и выполнен в виде набора инжекторов струй хладагента, расположенных по поверхности реактора.

На чертеже изображена энергоустановка.

Она содержит импульсный термоядерный реактор 1 с испаряющимся бланкстом 2, окружающим термоядерную мишень 3, систему 4 инициирования микровзрывов, тракт 5 транспортировки продуктов взрыва, закалочное устройство 6 смесительного типа с трактом 7 подвода хладагента, включенное в тракт 5 либо совмещенное с реактором 1 и выполненное в виде набора инжекторов 8, блок 9 низкотемпературного технологического оборудования, включающий устройства для дальнейшей переработки продуктов взрыва и прочие элементы технологической схемы преобразования энергии, линию подачи 10 термоядерных мишеней с испаряющимися бланкетами в реактор 1, тракт 11 подвода расходуемого в термохимическом цикле сырья и тракт 12 выдачи конечных продуктов термохимического цикла.

Энергоустановка работает следующим образом. В импульсный термоядерный реактор 1 помещают испаряющийся бланкет 2, в котором имеется термоядерная мишень 3, поджигаемая системой 4 инициирования. Под действием тепловой энергии взрыва вещество испаряющегося бланкета 2 нагревается до высокой температуры и в нем происходит эндотермическая реакция разложения. Продукты этой реакции, или продукты взрыва, которые вытекают из реактора 1 через тракт 5, попадают в закалочное устройство 6, где они быстро охлаждаются путем смещения с хладагентом, поступающим по тракту 7. Затем охлажденные продукты взрыва поступают в блок 9, где их используют для получения конечных продуктов термохимического цикла, выдаваемых по тракту 12. В блоке 9 производится также рефабрикация термоядерных мишеней 3 и испаряющихся бланкетов 2, подаваемых в реактор 1 по линии 10.

Быстрое охлаждение продуктов взрыва может производиться непосредственно в импульсном термоядерном реакторе 1 путем впрыска хладагента через набор инжекторов 8.

В качестве примера могут быть приведены возможные параметры энергоустановки на базе импульсного реактора для получения водорода путем разложения воды с помощью двухступенчатого термохимического цикла, состоящего из следующих реакций:

СО₂*=>СО + 1/2 О, (эОООК) СО + Н₂О^СО₂ + ц₂ (700К) Средняя тепловая мощность 10 ГВт Радиус реактора 15 м

Давление в реакторе после взрыва ЗМПа

Температура в реакторе после взрыва 4000 К

Материал испаряющегося блаикета СО₂ — твердый

Радиус испаряющегося блаикета 1,1 м

Масса испаряющегося блаикета 8700 кг

Состав продуктов взрыва в реакторе (об. %) СО—51; СО₂—22;

О₂—16; 0—11 Годовая производительность по водороду 700. 10³ т

Предложение позволяет существенно повысить максимальную температуру термохимического цикла разложения веществ с большой теплотой образования (например, воды) и тем самым реализовать наиболее эффективные одно- и двухступенчатые циклы преобразования тепловой энергии в химическую. Это создает предпосылки для широкого использования неограниченных ресурсов термоядерной энергии для удовлетворения потребностей народного хозяйства во вторичных энергоносителях и химически активных продуктах, таких, например, как водород, внедрение которых даст значительный экономический эффект.

Claims

нен в виде термо дерного реактора на микровзрывах с испар ющимс бланкетолт, и:.готовленным из вещества, подвергаемого разложению, а в тракт транспортировки продуктов реакции дл дальнейшей переработки включен закалочный аппарат. С целью снижени теиловых потерь и улучп1ение защиты стенок импульсного термо дерного реактора от теплового воздействи продуктов микровзрыва закалочный аииарат может быть совмещен в энергоустановке с реактором н вынолнен в виде набора пнжекторов струй хладагента, расположенных по поверхности реактора. На чертеже изображена энергоустановка . Опа содержит импульсный термо дерный реактор 1 с пспар ющпмс бланкетом 2, окружающим термо дерную мишень 3, систему 4 нннцннровани микровзрывов , тракт 5 транспортировки продуктов взрыва, закалочное устройство 6 смесительного типа с трактом 7 нодвода хладагента , включенное в тракт 5 либо совмещенное с реактором 1 и выполненное в внде набора инлсекторов 8, блок 9 низкотемпературного технологического оборудовани , включающий устройства дл дальнейщей нереработки продуктов взрыва н прочие элементы технологической схемы преобразовани энергии, линию подачи 10 термо дерных мищеней с испар ющимис бланкетамн в реактор 1, тракт 11 подвода расходуемого в термохимическом цикле сырь и тракт 12 выдачи конечных продуктов термохимического цикла. Энергоустановка работает следующим образом. В нлшульсный термо дерный реактор 1 помещают испар ющийс бл анкет 2, в котором имеетс термо дерна мишень 3, поджигаема системой 4 инициировани . Под действием тепловой энергии взрыва вещество испар ющегос бланкета 2 нагреваетс до высокой температуры и в нем происходит эндотермическа реакци разложени . Продукты этой реакции, или продукты взрыва, которые вытекают из реактора 1 через тракт 5, попадают в закалочное устройство б, где они быстро охлаждаютс путем смещени с хладагентом , поступающим ио тракту 7. Затем охлажденные продукты взрыва иостуиают в блок 9, где их используют дл получени конечных продуктов термохимического цикла , выдаваемых но тракту 12. В блоке 9 производитс также рефабрикаци термо дерных мншеней 3 н иснар ющихс бланкетов 2, подаваемых в реактор 1 по линии 10. Быстрое охлаждение продуктов взрыва может производитьс непосредственно в импульсном термо дерном реакторе 1 путем впрыска хладагента через набор иижекторов 8. В качестве примера могут быть приведены воз.можные параметры энергоустановки на базе импульсного реактора дл получени водорода путем разложени воды с помощью двухступенчатого термохимического цикла, состо и;его из следуюп;пх реакций: + 1/2 О, (-чОООК) СО + + fb (TOOK) Средн теплова мощность 10 ГВт Раднус реактора15 м Давление в реакторе после взрываЗМПа Температура в реакторе ггосле взрыва4000 К Материал испар ющегос бланкетаСОа - твердый Радиус испар ющегос бланкета1,1 м Масса испар ющегос бланкета, 8700 кг Состав продуктов взрыва в реакторе (об. %) СО--51; СОа-22; 0-1 Годова пронзводительность по водороду700. 10 т Предложение позвол ет существенно повысить максимальную температуру термохпмнческого цикла разложени веществ с большой теплотой образовани (например , воды) н тем самым реализов 1ть наиболее эффективные одно- и двухступенчатые циклы преобразовани тепловой энергнн в химическую. Это создает нредпосылки дл широкого исиользовани неограниченных ресурсов термо дерной энергии дл удовлетворени потребностей народного хоз йства во вторичных энергоносител х и химически активных продуктах, таких, напрпмер , как водород, внедрение которых даст значительный экономический эффект. Формула изобретени 1. Энергоустаиовка дл осуществлени термохимического цикла преобразованн тепловой энергии в химическую, содержаща источннк тепла, высокотемпературный химический реактор дл проведепи эндотермической реакции разложени вещества с высокой теплотой образовани и средства дл охлаждени и транспортировки продуктов реакции дл их дальнейшей переработки , отличающа с тем, что, с целью упрощеии и ПОВЫИ1СНИЯ эффективности преобразованн энергни путем умень1пеии числа ступеней термохимического цикла и увеличени его максимальной темиературы , источник тепла совмещен с высокотемпературным хи.мическим реактором и выполнен в виде и.мнз льсного термо дерного реактора на микровзрывах с испар ющимс бланкетом, изготовленным из вещества , подвергаемого разложеиию, а к тракт транспортировки продуктов реакции дл дальнейшей переработки включен закалочный аипарат.

5
2. Энергоустановка по п. 1, отличающа с тем, что, с целью снижени тенловых потерь и улучшени защиты стенок импульсного термо дерного реактора от теплового воздействи продуктов микровзрыва , закалочный аппарат совмещен с. реактором и выполнен в виде набора инжекторов струй хладагента, расположенных по поверхности реактора.

Источники информации, нрин тые во внимание при экспертизе 1..Вурзель Ф. Б. и Полак Л. С. Хими6

ческие процессы в плазме и плазменной струе (Обзор литературы). В кн.: «Кинетика и термодинамика химических реакций в низкотемпературной плазме. М., «Наука , 1965, с. 238-251.

2. Полак Л. С. и Щипачев В. С. Вопросы оптимизации процесса получени окислов азота в плазменной струе, там же, с. 151 - 155 (прототип).

//

/