Розвиток проекту плазменно-електрохімічні генератори теплової енергії

Розвиток проекту "Плазменно-електрохімічні генератори теплової енергії"

И.Л. Іклів, С.В. Коперник, Н.В. Щаврук.

Наукові керівники - Ю.А. Попов, д.т.н. професор, В.Г. Гришин, інженер Московський інженерно-фізичний інститут (державний університет) Міжнародний науково-технічний парк "Технопарк в Москворіччі" Міжфакультетська наукова група "DIAMOND -МІФІ"

Проведено 1 й етап ОКР "Розробка плазменно-електрохімічних генераторів теплової енергії". Виготовлені демонстраційні зразки парогенераторів марки ГРА -3/2 і ГРА 3/3. Складено ескізні проекти "Котли автоматичні електричні водяні марки ГРА - 10 і Гра - 12". Розроблено програму виготовлення дослідного зразка генератора водню марки ГРА - 5.

1. Введення

В кінці 2001 р запропонований [1] інноваційний проект використання плазмово-електрохімічних процесів для генерації теплової енергії в трьох видах технічного виконання: опалювальний агрегат, експрес-парогенератор, генератор водню. З огляду на очікуваного великого обсягу робіт був збільшений студентський колектив, залучені до співпраці ІЗМІРАН (Ю.Н. Бажутов) і ІПРІМ РАН (В.Ю. Великодний). Це дозволило обеспічіть розвиток проекту необхідними науковими проробками [2, 3, 4] і підготувати науково-технічну базу гарантіям освоєння очікуваного фінансування.

У той же час треба констатувати, що за минулий рік не відбулося істотних проривів. Проведена авторами ОКР по використанню теплових ефектів атомно-ядерних процесів, що протікають в плазмодінаміческом (ПД) реакторі, у фундаментальній частині є комплексом гіпотез вироблених в результаті експериментально-аналітичного узагальнення [5] кількох сотень різнорідних досліджень за 200-річний період розвитку "Плазмової електрохімії" - науки не має поки офіційного статусу.

2.Демонстраціонние зразки парогенераторів.

Принцип "втягування" насиченої водяної пари будь-яких параметрів з оболонки катодного плазмового сфероида описаний авторами в [6]. Демонстраційні зразки парогенераторів виготовлялися за шаблоном лабораторного зразка ГРА 3/1, створеного в результаті проведення НДР на кафедрі "Фізика плазми" МІФІ.

2.1. Парогенератор періодичної дії ГРА 3/2.

Парогенератор виготовлений на базі термоса з нержавіючої сталі об`ємом 4 дм 3. Запуск проводиться за допомогою затоки в нього до 3 дм 3 водопровідної води, закриття його спеціальною кришкою і підключенням блоку живлення до напруги 220В. Не більше ніж через 2 хвилини з пласмассовий трубки, що виходить з кришки, до споживача починає надходити пар тиском до 0,2 МПа (температура - 390 К). При потужності 2 кВт (струм 10А) парогенератор виробляє не менше 3 кг пара в годину. Блок живлення складається з діодного моста і лабораторного автотрансформатора з регульованою напругою на виході в діапазоні 0-250В при силі струму до 10А.

Парогенератор ГРА-3/2 демонструвався на міжнародному промисловому салоні "Архімед 2002". В даний час ведуться роботи з удосконалення блоку живлення, проектування АЦП і створення демонстраційного зразка гра- 3 / 2У на основі сифона з суцільнолитим корпусом з нержавіючої сталі.

2.2. Парогенератор безперервної дії ГРА 3/3.

Так як даний парогенератор стаціонарно приєднаний до комунального водопроводу, то ємністю служить дводюймова труба з нержавіючої сталі. З обох кінців вона закрита кришками, з яких виходять пластмасові трубки. З верхньої кришки виходить шнур живлення, включенням якого в мережу напругою 220 В проводиться запуск парогенератора. Подача в ємність води з водопроводу здійснюється через штуцер, що знаходиться у верхній частині труби.

На рис. 1 представлена ​​пневмомеханічна еквівалентна схема системи "підсосу" води в парогенератор. Вихід на стаціонарний режим парогенератора ГРА 3/3 виробляється не більше ніж через хвилину після включення в електромережу та подачі води: до споживача починає надходити водяна пара тиском до 0,3 МПа (температура до 400 К).

Дослідний зразок парогенератора ГРА 3/3 демонструється в ІПРІМ РАН. В даний час ведуться роботи з удосконалення його дизайну для прискорення пошуку спонсора зі створення пілотного зразка.

3. Проекти котлів автоматичних електричних водяних.

В ході численних демонстрацій парогенератора безперервної дії ГРА 3/3 потенційні замовники, висловили побажання досліджувати можливість застосування парогенераторів цього типу в різних системах опалення. Більшість вітчизняних підприємців ігнорують той факт, що парогенератори марки ГРА - це науково-технічний прорив в забезпеченні водяною парою в першу чергу підприємств, епізодично які потребують цьому енергоносії за все діапазону можливих параметрів, де будівництво котельні з паровими котлами економічно невигідно. У такій ситуації авторами складені ескізні проекти для типових опалювальних систем відповідно до побажань найбільш авторитетних потенційних замовників.

3.1. Котел автоматичний для типового приміщення площею 250 м 2.

Котел вбудовується в систему типового центрального опалення так же, як і широко поширені газові котли типу АГВ, тобто в даному випадку він замінює котел АГВ -250. Котел АЕВ - 250 (автоматичний електричний водяний для площі приміщення 250 м 2) більш ніж в п`ять разів легше АГВ -250 і легко переноситься. Основне застосування - там, де підводка стаціонарного газу економічно невигідна. При експлуатації АЕВ - 250 споживання електроенергії в максимумі складе потужність 15 кВт.

Котел являє собою три чотиридюймові пластмасові труби з фланцями довжиною 700 мм кожна. Збірка котла складається у фланцевому з`єднанні цих трьох труб і установки утворилася збірної труби в вертикальне положення. За стандартною схемою монтажу котлів типу АГВ в систему центрального водяного опалення котел АЕВ-250 верхнім фланцем з`єднується з "прямою лінією", а нижнім фланцем - з "зворотною лінією" системи центрального водяного опалення. Потім утворилася система заповнюється водою - і вона готова до експлуатації. Запускається АЕВ - 250 включенням пакетного електричного вимикача.

На рис. 2 представлена ​​принципова схема опалювальної системи з використанням АЕВ -250.

Парогенератори занурені в циркулює по системі водяний потік. При цьому виробляється ними водяна пара подається в змійовики, вмонтовані в пластмасові труби, який, конденсуючись, повертається в парогенератор. Харчування здійснюється від трифазної електромережі, корпусу парогенераторів додатково заземляются.

У гідроаеродинамічні схемою АЕВ - 250 присутні не менше двох не мають аналогів елементів, які забезпечують конкурентоспроможність котлів цього типу.

3.2. Бойлер-підігрівач серії ГРА-10.

Перед авторами була поставлена ​​задача забезпечити нагрів відпрацьованої гарячої води з температурою 342 К для повторного використання, яку зазвичай повертають з теплового пункту (ТП) на ТЕЦ.

Кінцева температура нагріву - 363 К максимальна витрата води - 3 дм 3 / с- відповідна необхідна теплова потужність - 260 кВт;

Парогенератори марки ГРА 3/3 повністю занурюються в водяний потік, в зв`язку з чим можуть бути прийняті за новий тип ТЕН-ів. Однак така характеристика неправильна: частина водяного потоку проходить через ПД-реактори, віддаючи свої протони і дейтрони для атомно-ядерних процесів, що виділяють теплову енергію, - тому автори назвали їх АТВЕЛ-ами. На рис. 3 представлені принципові схеми АТВЕЛ і їх послідовного і паралельного з`єднання в системі подачі гарячої води споживачу.

З причини терміновості завдання в спроектованому бойлері підігрівачі задіяні випробувані парогенератори марки ГРА-3/3. Так як в проекті застосовані системи, що не мають аналогів, бойлер підігрівач маркований як перша модель серії ГРА-10, тобто ГРА 10/1.

4. Програма робіт з виготовлення дослідного зразка генератора водню ГРА -5/1.

Кінцевою метою творчого студентського колективу є створення парогенераторів марки ГРА 3/3? 3/10 і генераторів водню марки ГРА 5/1? 5/10. У разі вирішення проблеми виробництва дешевого водню буде реалізовано постачання споживачів енергією "в роздріб". У проведеної на кафедрі "Фізика плазми" НДР встановлена ​​можливість отримання водню собівартістю нижче одержуваного в даний час. За минулий рік авторами проведено науково-технічні опрацювання ключових вузлів плазменно-електрохімічного генератора водню, що дозволили скласти програму робіт зі створення дослідного зразка ГРА 5/1.

програма

Найменування робіт Вартість,

млн. доларів

1. Розробка і виготовлення

плазменно-електрохімічного апарату. 0,2

2. Розробка і виготовлення діагностик приладів

для плазменно-електрохімічних процесів 0,4

3. Розробка та реалізація системи

імітаційного моделювання

"Вхід: водневомісний сировину;

- вихід: водень заданої вартості "0,1

4. Виготовлення демонстраційного зразка

генератора водню 0,05

5. Виготовлення пілотного зразка

генератора водню продуктивністю 1? 5 м 3 Н2 / год 0,15? 0,25

Як ілюстрацію до проведеним дослідно-конструкторських опрацювання на рис. 4 представлені отримані результати.

5. Подальший розвиток.

У разі подальшої відсутності фінансування ДКР планується проводити за такими паралельними напрямками.

1. Продовження збільшення студентського колективу і залучення до співпраці наукових організацій за профілями: плазмова електрохімія, физхимии твердого тіла, атомно-ядерних процесів, енерго-масообміну.

2. Продовження дослідно-конструкторських проробок послідовно виникають науково-технічних проблем в роботах по плазменно-електрохімічного генерування водяної пари, водню, теплової енергії. В даний час такою проблемою є анодний електричний розряд в електроліті [6].

У разі відкриття фінансування напрямок робіт буде погоджено з замовником з повідомленням його про те, що з проблеми генерації водню початкове субсидування робіт сумою менше ста тисяч доларів не зможе забезпечити гарантії позитивного практичного результату, але буде спонсорством просування у вирішенні однієї з найважливіших енергетичних проблем сучасності.

Список літератури:

1. І.Л. Іклів, Н.В. Щаврук. - наукові керівники Ю. А. Попов, В.Г. Гришин, - Плазменно-електрохімічні генератори теплової енергії .// Наукова сесія МІФІ-2002. Зб. наук. праць. У 14 томах. Т. 11. М. МІФІ, 2002 С.62-64.

2. В.Ю. Великородний, В.Г. Гришин. Експериментальне дослідження роботи вихрових нагрівачів. // Холодна трансмутація ядер. Матеріали 9-ї російської конференції по холодній трансмутації ядер хімічних елементів. Дагомис. Сочі. 30 вересня - 7 жовтня 2001 р М. 2002, с. 99-102.

3. Ю.Н. Бажутов, В.Г. Гришин, В.Н. Носов. Електроліз з газовим розрядом на аноді. // Програма і тези 10-ї російської конференції по холодній трансмутації ядер хімічних елементів і кульової блискавки. Дагомис. Сочі. 29 вересня - 6 жовтня 2002 р М. 2002, с. 27

4. В.Ю. Великодний, В.Г. Гришин. Експериментальне дослідження роботи вихрових нагрівачів з виносним контуром .// Програма і тези 10-ї російської конференції по холодній трансмутації ядер хімічних елементів і кульової блискавки. Дагомис. Сочі. 29 вересня - 6 жовтня 2002 р М. 2002, с. 50

5. В.Г. Гришин, А.Д. Давидов. Плазмодінаміческій реактор для нейтралізації протонів і дейтронів в природній воді .// Холодна трансмутація ядер. Матеріали 9-ї російської конференції по холодній трансмутації ядер хімічних елементів. Дагомис. Сочі. 30 вересня - 7 жовтня 2001 р М. 2002, с. 106-111.

6. В.Г. Гришин, І.Л. Іклів, С.В. Коперник, Н.В. Щаврук. Анодний електричний розряд в електроліті .// Наукова сесія МІФІ-2003. Зб. наук. праць. У 14 томах. Т. 4. М. МІФІ, 2003