RU2737462C1 - Fuel module - Google Patents
Fuel module Download PDFInfo
- Publication number
- RU2737462C1 RU2737462C1 RU2019145557A RU2019145557A RU2737462C1 RU 2737462 C1 RU2737462 C1 RU 2737462C1 RU 2019145557 A RU2019145557 A RU 2019145557A RU 2019145557 A RU2019145557 A RU 2019145557A RU 2737462 C1 RU2737462 C1 RU 2737462C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- module
- temperature
- flange
- shell
- gas
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
- F24H1/00—Water heaters, e.g. boilers, continuous-flow heaters or water-storage heaters
- F24H1/18—Water-storage heaters
- F24H1/20—Water-storage heaters with immersed heating elements, e.g. electric elements or furnace tubes
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к теплотехнике, а именно к топливным модулям и предназначено для использования в энергетике и транспортном машиностроении. Может быть использовано в паровых котлах.The invention relates to heat engineering, namely to fuel modules and is intended for use in power engineering and transport engineering. Can be used in steam boilers.
Известные тепло-нагревательные элементы, как правило, работают от электрической энергии и носят название термоэлектрический нагреватель (ТЭН).Known heat-heating elements, as a rule, operate on electric energy and are called thermoelectric heaters (TEN).
В современном мире ТЭН как нагревательный электрический элемент широко используется как в быту, так и в промышленности.In the modern world, the heating element as a heating electric element is widely used both in everyday life and in industry.
На основании значительного количества работ ученых 19-20 веков, по теории разветвленных цепных реакций посвященных детализации механизма отдельных, так называемых модельных процессов химической реакции, открывают большие возможности по управлению этими процессами. Ведущую роль в исследованиях кинетических особенностей сложных окислительных реакций сыграли советские химики и физики, которым по праву принадлежит пальма первенства при решении основных проблем химической кинетики.On the basis of a significant number of works by scientists of the 19-20 centuries, according to the theory of branched chain reactions, devoted to detailing the mechanism of individual, so-called model processes of a chemical reaction, they open up great opportunities for managing these processes. The leading role in studies of the kinetic features of complex oxidative reactions was played by Soviet chemists and physicists, who rightfully belonged to the palm in solving the main problems of chemical kinetics.
Многолетнее развитие современной науки в окислительных реакциях показало, что для управления этими процессами необходимо полностью знать все детали их механизма. Необходимо было получить не только общее представление о тех элементарных реакциях, через которые осуществляются эти процессы, но и уметь определять значение констант скоростей таких элементарных стадий. Наиболее хорошо изученным окислительным процессом, все важные детали механизма которого действительно можно считать известными, является окисление водорода. Термическая реакция окисления водорода определяется как единственная простейшая реакция, протекающая через разветвленные цепи.The long-term development of modern science in oxidative reactions has shown that in order to control these processes, it is necessary to fully know all the details of their mechanism. It was necessary to get not only a general idea of those elementary reactions through which these processes are carried out, but also to be able to determine the value of the rate constants of such elementary stages. The most well-studied oxidative process, all the important details of the mechanism of which can indeed be considered known, is the oxidation of hydrogen. The thermal reaction of hydrogen oxidation is defined as the single simplest reaction that occurs through branched chains.
Уже первые систематические исследования термической реакции окисления водорода при низких давлениях, проведенные в 1928 году, Д.И. Коппом, А.А. Ковальским, А.В. Загулиной и Н.Н. Семеновым показали, что законы ее протекания не укладываются в рамки обычной химической кинетикиAlready the first systematic studies of the thermal reaction of hydrogen oxidation at low pressures, carried out in 1928 by D.I. Kopp, A.A. Kovalsky, A.V. Zagulina and N.N. Semenov showed that the laws of its course do not fit into the framework of ordinary chemical kinetics
(Интернет. knowledge.allbest.ru>Химия>…_0.html).(Internet. Knowledge.allbest.ru> Chemistry> ... _0.html).
Этими авторами был обнаружен и исследован так называемый полуостров воспламенения. Оказалось, что при низких давлениях область, в которой осуществляется самовоспламенение гремучей смеси, сильно вытягивается в сторону низких температур. Важно отметить, что хорошо изучены лишь те явления, которые происходят при температуре 500-600°С, и давлении 1-1,5 атм. При повышении или понижении давления (при данной температуре) воспламенение прекращается. Этими авторами были выведены две эмпирические формулы верхнего и нижнего пределов воспламенения. Расположение пределов самовоспламенения зависит от ряда факторов: состав смеси, диаметра сосуда, примеси инертных газов и т.д. На основании данных теории оказалось возможным предсказать ряд эффектов, которые были впоследствии обнаружены экспериментально. Учеными так же было установлено, что скорость реакции объемного обрыва цепей сильно зависит от давления. Совокупность факторов, влияющих на реакцию обрыва цепей, и приводит к равенству скоростей обрыва и разветвления цепей, такое равенство обуславливает переход от воспламенения к медленной стационарной реакции. Важно так же отметить влияние инертных газов на парциальное давление в химической системе. Разбавление горючей смеси инертным газом на 50% понижает парциальное давление на 10-20%. Кроме того, инертный газ приводит к гибели цепи при тройном столкновении активного центра (молекула М третья частица).These authors discovered and investigated the so-called ignition peninsula. It turned out that at low pressures the region in which the explosive mixture self-ignites is strongly stretched towards low temperatures. It is important to note that only those phenomena that occur at a temperature of 500-600 ° C and a pressure of 1-1.5 atm are well studied. When the pressure rises or falls (at a given temperature), the ignition stops. These authors have derived two empirical formulas for the upper and lower flammable limits. The location of the self-ignition limits depends on a number of factors: the composition of the mixture, the diameter of the vessel, the admixture of inert gases, etc. Based on the data of the theory, it turned out to be possible to predict a number of effects that were subsequently discovered experimentally. Scientists have also found that the reaction rate of the volumetric termination of chains is highly dependent on pressure. The combination of factors influencing the chain termination reaction leads to the equality of the chain termination and branching rates; such equality causes the transition from ignition to a slow stationary reaction. It is also important to note the effect of inert gases on the partial pressure in a chemical system. Dilution of the combustible mixture with an inert gas by 50% reduces the partial pressure by 10-20%. In addition, an inert gas leads to the death of the chain in a triple collision of the active center (molecule M is the third particle).
H+О2+М>HO2+М, HO2+Н>Н2+O2.H + O 2 + M> HO 2 + M, HO 2 + H> H 2 + O 2 .
На основании анализа всех фундаментальных, теоретических и экспериментальных работ на тему разветвленных цепных реакций водорода и кислорода, включая и монографию А.Б. Налбандяна и В.В. Воеводского (Интернет.https://academic.ru/dic.nsf/ruwiki/1452716, Налбандян А.Б., Воеводский В.В. Механизм окисления и горения водорода /АН СССР. Ин-т хим. физики. М.; Л.: Изд-во АН СССР. 1949. - 180 с: граф. - Библиогр.: с. 177-178 (91 назв.).), можно с твердостью утверждать, что водород есть настоящее идеальное природное топливо 2Н2+O2=2Н2+485кДж=.Based on the analysis of all fundamental, theoretical and experimental works on branched chain reactions of hydrogen and oxygen, including the monograph by A.B. Nalbandyan and V.V. Voevodsky (Internet: https://academic.ru/dic.nsf/ruwiki/1452716, Nalbandyan A.B., Voevodsky V.V. Mechanism of oxidation and combustion of hydrogen / Academy of Sciences of the USSR. Institute of Chemical Physics. M .; L .: Publishing house of the Academy of Sciences of the USSR. 1949. - 180 p.: Graph. - Bibliography: pp. 177-178 (91 titles).), It can be firmly asserted that hydrogen is a real ideal natural fuel 2H 2 + O 2 = 2H 2 +485 kJ =.
Изобретение топливного модуля (далее ТМ) будет подтверждением данного постулата.The invention of the fuel module (hereinafter TM) will be a confirmation of this postulate.
В современном мире ТЭН как нагревательный электрический элемент широко используется как в быту, так и в промышленности.In the modern world, the heating element as a heating electric element is widely used both in everyday life and in industry.
Известен Улучшенный электрообогреватель (патент US 25532, МПК Н01С 7/22, опубл. 20 сентября 1859), состоящий из металлической спирали, встроенной в металлическую трубку.Known Improved electric heater (patent US 25532, IPC Н01С 7/22, publ. September 20, 1859), consisting of a metal spiral built into a metal tube.
Известен Котел электрический водогрейный (патент РФ 36492, МПК F24H 1/20, опубл. 10.03.2004), содержащий снабженный подводящим и отводящим патрубками корпус с установленным в нем нагревательным блоком в виде набора U-образных трубчатых электрических нагревателей (ТЭН), закрепленных на съемном днище корпуса.Known electric hot water boiler (RF patent 36492, IPC F24H 1/20, publ. 03/10/2004), containing a housing equipped with inlet and outlet pipes with a heating unit installed in it in the form of a set of U-shaped tubular electric heaters (TEN), fixed on removable bottom of the case.
Недостатком известных технических решений является низкий КПД устройств.The disadvantage of the known technical solutions is the low efficiency of the devices.
Наиболее близким техническим решением по совокупности признаков являемся Блок трубчатых электронагревателей оборудования (патент РФ 2691891, МПК H05K 7/20, опубл. 18.06.2019), включающий крышку, в которой жестко герметично закреплены трубчатые электронагреватели с выводами, предлагается на крышке блока трубчатых электронагревателей со стороны выводов трубчатых электронагревателей установить цилиндрическую обечайку, на верхней половине которой выполнить сквозную перфорацию, на внутренней поверхности цилиндрической обечайки жестко закрепить несколько тепловых экранов с отверстиями для каждого трубчатого электронагревателя, причем диаметр отверстий в тепловых экранах превышает наружный диаметр трубчатого электронагревателя.The closest technical solution in terms of the totality of features is the Block of tubular electric heaters of equipment (RF patent 2691891, IPC H05K 7/20, publ. 06/18/2019), including a cover in which tubular electric heaters with leads are rigidly hermetically fixed, it is proposed on the cover of the block of tubular electric heaters with install a cylindrical shell on the side of the terminals of the tubular electric heaters, on the upper half of which to make a through perforation, on the inner surface of the cylindrical shell, rigidly fix several heat shields with holes for each tubular electric heater, and the diameter of the holes in the heat shields exceeds the outer diameter of the tubular electric heater.
Недостатком известного технического решения-прототипа является низкий КПД устройства.The disadvantage of the known technical solution-prototype is the low efficiency of the device.
Настоящее изобретение направлено на достижение технического результата, заключающегося в повышении КПД парового котла без применения любою вида топлива.The present invention is aimed at achieving a technical result consisting in increasing the efficiency of a steam boiler without using any type of fuel.
Технический результат от применения изобретения заключается в повышении КПД устройства за счет непрерывного процесса химической реакции водорода и кислорода в динамическом равновесии, проходящего в топливном модуле, конструкция которого представляет собой закрытую химическую систему, внутри которой осуществляется непрерывная химическая реакция водорода и кислорода (изохорный процесс), в динамическом равновесии.The technical result from the use of the invention is to increase the efficiency of the device due to the continuous process of the chemical reaction of hydrogen and oxygen in dynamic equilibrium, taking place in the fuel module, the design of which is a closed chemical system, inside which a continuous chemical reaction of hydrogen and oxygen is carried out (isochoric process), in dynamic equilibrium.
Это достигается за счет того, что топливный модуль, включающий фланец, в котором жестко герметично закреплен трубчатый электронагреватель с выводами, на которых выполнен узел разборного электрического подсоединения, согласно изобретению, представляет собой оболочку, имеющую форму шара с рельефной внутренней и внешней поверхностью, внутри оболочки установлены электрический элемент нагрева (ТЭН), закрепленный на стойке, датчик давления, датчик температуры, на внутренней поверхности оболочки установлен датчик ее температуры, по внешней стороне оболочки расположены тепловые трубки, крепеж для его крепления в паровом котле, модуль подачи отвода тазов, тазовый модуль; при этом крепеж включает фланец уплотнения внутренний, фланец уплотнения внешний, шпильку крепления, фланец установки, вставку диэлектрическую, трубку подачи и отвода газов, шайбу стопорную, трубу теплозащиты, фланец уплотнения внутренний, фланец уплотнения внешний, шайбу, гайку; при этом модуль подачи отвода газов состоит из трубки подачи водорода, трубки подачи кислорода, трубки подачи инертного газа, трубки отвода газовой смеси; при этом газовый модуль включает клапан подачи водорода, клапан подачи, клапан подачи инертного газа, клапаны сброса давления ручной и автоматический (не показаны); при этом топливный модуль должен быть изготовлен из бронзы медно-бериллиевой группы и оксида бериллия, внутренняя поверхность модуля должна быть защищена от высокотемпературною воздействия химической реакции водорода и кислорода; при этом электрический элемент нагрева (ТЭН), который находится во внутренней полости топливного модуля, должен быть изготовлен из сплава вольфрам-рений в виде массивной конструкции, поверхность высокотемпературного элемента накаливания (ТЭН) должна быть защищена слоем 0,005 мм пирографита, что обеспечит надежную защиту при температуре 2000°С.This is achieved due to the fact that the fuel module, including the flange, in which the tubular electric heater with the leads, on which the dismountable electrical connection unit is made, according to the invention is rigidly hermetically fixed, is a shell in the form of a ball with a relief inner and outer surface, inside the shell an electric heating element (heating element) mounted on a rack, a pressure sensor, a temperature sensor are installed, a temperature sensor is installed on the inner surface of the shell, heat pipes are located on the outer side of the shell, fasteners for fixing it in a steam boiler, a can outlet supply module, a can module ; the fasteners include an internal seal flange, an external seal flange, a fastening stud, an installation flange, a dielectric insert, a gas supply and exhaust pipe, a lock washer, a heat protection pipe, an internal seal flange, an external seal flange, a washer, a nut; wherein the gas outlet supply module consists of a hydrogen supply tube, an oxygen supply tube, an inert gas supply tube, a gas mixture outlet tube; the gas module includes a hydrogen supply valve, a supply valve, an inert gas supply valve, manual and automatic pressure relief valves (not shown); the fuel module must be made of bronze of the copper-beryllium group and beryllium oxide, the inner surface of the module must be protected from the high-temperature effect of the chemical reaction of hydrogen and oxygen; in this case, the electric heating element (TEN), which is located in the inner cavity of the fuel module, must be made of a tungsten-rhenium alloy in the form of a massive structure, the surface of the high-temperature filament element (TEN) must be protected by a layer of 0.005 mm pyrographite, which will provide reliable protection when temperature 2000 ° C.
Топливный модуль имеет принципиальное отличие от электрического ТЭНа в том, что высокотемпературный элемент накаливания находится во внутренней полости топливного модуля только, как источник энергии для активации процесса химической реакции водорода и кислорода в динамическом равновесии.The fuel module has a fundamental difference from the electric heating element in that the high-temperature glow element is located in the inner cavity of the fuel module only as a source of energy to activate the process of the chemical reaction of hydrogen and oxygen in dynamic equilibrium.
Таким образом, топливный модуль, по сути, является термохимическим нагревателем (ТХН), в котором, в отличие от ТЭНа, тепловую энергию будет вырабатывать химическая реакция водорода и кислорода.Thus, the fuel module, in fact, is a thermochemical heater (TCH), in which, in contrast to the heating element, thermal energy will be generated by the chemical reaction of hydrogen and oxygen.
Предлагаемое изобретение это технологическая конструкция в параметрах закрытой химической системы - есть цельная конструкция для непрерывного процесса химической реакции водорода и кислорода в динамическом равновесии.The proposed invention is a technological structure in the parameters of a closed chemical system - there is a one-piece structure for a continuous process of the chemical reaction of hydrogen and oxygen in dynamic equilibrium.
Сущность технического решения поясняется рисунками.The essence of the technical solution is illustrated by figures.
На фиг. 1 представлен топливный модуль, общий вид спереди.FIG. 1 shows the fuel module, a general front view.
На фиг. 2 - то же, общий вид сбоку.FIG. 2 - the same, general side view.
На фиг. 3 - то же, установленный в паровом котле, общий вид.FIG. 3 - the same, installed in a steam boiler, general view.
Позиции обозначают: корпус 1 котла; топливный модуль 2; цилиндр 3 камеры нагрева котла; фланец уплотнения внутренний 4; фланец уплотнения внешний 5: вилка соединения 6; трубка 7 подачи водорода; трубка 8 подачи кислорода; трубка 9 подачи инертного газа; трубка 10 отвода газовой смеси; модуль подачи отвода газов 11; крышка 12 камеры нагрева котла; дно 13 камеры нагрева котла; отвод 14; опора 15 котла: дат чик температуры 16; датчик давления 17; гайка уплотнения 18; вилка датчиков 19; датчик 20 температуры оболочки 21; шпилька крепления 22: фланец установки 23; вставка диэлектрическая 24; стойка спирали 25; датчик давления 26; трубка 27 подачи и отвода газов; шайба стопорная 28; груба теплозащиты 29; фланец уплотнения внутренний 30; фланец уплотнения внешний 31; элемент нагрева 32; тепловая трубка 33; датчик температуры 34; шайба 35; гайка 36 теплового модуля 2.Positions indicate: boiler body 1;
Топливный модуль 2 представляет собой систему с оболочкой 21 в виде шара, внутри которой установлен электрический элемент нагрева 32 (ТЭН), закрепленный на стойке 25, датчик давления 26 и датчик температуры 34. Снаружи оболочки 21 расположены тепловые трубки 33. Сам топливный модуль 2 имеет крепеж для его крепления в паровом котле 1, включающий фланец уплотнения внутренний 4; фланец уплотнения внешний 5, шпильку крепления 22, фланец установки 23, вставку диэлектрическую 24, трубу теплозащиты 29, фланец уплотнения внутренний 30, фланец уплотнения внешний 31, шайбу 35, гайку 36. Со стороны крепежа расположен модуль подачи отвода газов 11 с трубкой 7 подачи водорода, трубкой 8 подачи кислорода, трубкой 9 подачи инертного газа, трубкой 10 отвода газовой смеси; и газовый модуль, включающий клапаны подачи одного из компонентов горючей смеси, клапан подачи инертного газа, клапаны сброса давления ручной и автоматический (не показаны) и систему крепежа кабелей высокого напряжения (не показаны). Внутри теплового модуля 2 вдоль вертикальной оси установлены трубка 27 подачи и отвода газов, шайба стопорная 28, труба теплозащиты 29. В оболочке 21 топливного модуля 2 установлен датчик 20 температуры. На фиг. 3 показан паровой котел с установленным внутри его топливным элементом 2. Паровой котел представляет собой корпус 1, с камерой нагрева котла в форме цилиндра 3 и дном 13, в котором установлен отвод 14. Камера нагрева 3 закрыта сверху крышкой 12, в которой имеется отвод 14. Паровой котел установлен на опоре 15. В стенке камеры нагрева 3 установлен датчик температуры 16 и датчик давления 17 с вилкой датчиков 19, закрепленные посредством гайка уплотнения 18.The
Сам электрический элемент нагрева 32 (ТЭН), который находится во внутренней полости топливного модуля, может быть изготовлен из сплава вольфрам-рений в виде массивной конструкции. Большая масса ТЭНа, кроме источника энергии активации, осуществляет две технологические функции.The electric heating element 32 (TEN) itself, which is located in the inner cavity of the fuel module, can be made of a tungsten-rhenium alloy in the form of a massive structure. A large mass of heating elements, in addition to the source of activation energy, performs two technological functions.
Масса ТЭНа будет аккумулировать тепловую энергию.The mass of the heating element will accumulate thermal energy.
ТЭН как массивная конструкция уменьшит внутренний объем ТМ.The heating element as a massive structure will reduce the internal volume of the TM.
В целом конструкция топливного модуля является нагревающим элементом парового котла.In general, the design of the fuel module is the heating element of the steam boiler.
Топливный модуль должен быть изготовлен из бронзы медно-бериллиевой группы и оксида бериллия. Металлы, которые могут обеспечить, с одной стороны, необходимую высокую теплопроводность, сравнимую с медью, с другой стороны, способность противостоять ползучести и усталости, при повышенной износостойкости, высокую устойчивость к коррозии, твердость и показатель временного сопротивления.The fuel module must be made of copper-beryllium bronze and beryllium oxide. Metals that can provide, on the one hand, the required high thermal conductivity comparable to copper, on the other hand, the ability to resist creep and fatigue, with increased wear resistance, high corrosion resistance, hardness and tensile strength.
Для улучшения свойств бериллиевые бронзы могут быть дополнительно легированы небольшими добавками кобальта, никеля, титана, магния, бора, а также редкоземельными металлами. Внутренняя поверхность модуля должна быть защищена от высокотемпературного воздействия химической реакции водорода и кислорода. Поверхность высокотемпературного элемента накаливания (ТЭН) защищена слоем 0,005 мм пирографита, что обеспечит надежную защиту при температуре 2000°С. Рабочее положение топливного модуля - в нижней части парового котла, полностью в воде. Внутренняя полость ТМ заполняется, горючей смесью водорода и кислорода, и инертным газом. Горючая смесь водорода и кислорода, не эквивалентного состава, кислорода не более 4%. По опытным данным, уменьшение кислорода в горючей смеси понижает вероятность цепного воспламенения. В свою очередь, не эквивалентное соотношение горючей смеси водорода и кислорода уменьшает скорость химической реакции по закону действующих масс. Закон действующих масс: «скорость химической реакции прямо пропорционально произведению концентраций реагирующих веществ». Определяющее значение для данного изобретения является состав горючей смеси. Предложенный вариант является максимальным по составу компонентов горючей смеси, для топливного модуля. Данный вариант с добавлением инертного газа рассматривается, как вариант с большим, возможным, рабочим потенциалом топливного модуля. Само изобретение топливного модуля предусматривает применение, в качестве топлива, чистые водород и кислород. Внутренняя и внешняя поверхность ТМ должна быть рельефной. Сложный рельеф внутренней поверхности нужен для того, чтобы увеличить площадь соприкосновения продуктов и компонентов химической реакции (гибель цепей на стенках сосуда). Сложный рельеф внешней поверхности нужен для увеличения площади теплоотвода по принципу радиатора.To improve the properties, beryllium bronzes can be additionally alloyed with small additions of cobalt, nickel, titanium, magnesium, boron, as well as rare earth metals. The inner surface of the module must be protected from the high temperature effects of the chemical reaction of hydrogen and oxygen. The surface of the high-temperature filament element (TEN) is protected by a layer of 0.005 mm pyrographite, which will provide reliable protection at a temperature of 2000 ° C. The operating position of the fuel module is at the bottom of the steam boiler, completely in water. The inner cavity of the TM is filled with a combustible mixture of hydrogen and oxygen, and an inert gas. A combustible mixture of hydrogen and oxygen, not of equivalent composition, oxygen no more than 4%. According to experience, a decrease in oxygen in a combustible mixture reduces the likelihood of chain ignition. In turn, the non-equivalent ratio of the combustible mixture of hydrogen and oxygen reduces the rate of the chemical reaction according to the law of effective masses. The law of mass action: "the rate of a chemical reaction is directly proportional to the product of the concentrations of the reacting substances." The defining value for this invention is the composition of the combustible mixture. The proposed option is the maximum in terms of the composition of the components of the combustible mixture for the fuel module. This option with the addition of an inert gas is considered as an option with a large, possible, working potential of the fuel module. The very invention of the fuel module provides for the use of pure hydrogen and oxygen as fuel. The inner and outer surface of the TM must be embossed. A complex relief of the inner surface is needed in order to increase the contact area of the products and components of a chemical reaction (the death of chains on the walls of the vessel). The complex relief of the outer surface is needed to increase the area of the heat sink on the principle of a radiator.
Таким образом, предлагаемая конструкция топливного модуля позволит запустить во внутренней полости топливного модуля управляемый процесс химической реакции водорода и кислорода в динамическом равновесии.Thus, the proposed design of the fuel module will allow starting a controlled process of the chemical reaction of hydrogen and oxygen in dynamic equilibrium in the inner cavity of the fuel module.
Устройство работает следующим образом.The device works as follows.
Изобретение обеспечит непрерывный нагрев воды парового котла за счет химической реакции водорода и кислорода во внутренней полости топливного модуля (изохорный процесс).The invention will provide continuous heating of water in a steam boiler due to the chemical reaction of hydrogen and oxygen in the inner cavity of the fuel module (isochoric process).
Непрерывный процесс химической реакции, в динамическом равновесии, обеспечит термоэлектрический нагреватель.A continuous chemical reaction process, in dynamic equilibrium, will provide a thermoelectric heater.
Запуск системы топливный модуль - паровой котел. Топливный модуль находится в рабочем положении, полностью в воде. Внутренний объем топливного модуля заполняется чистым водородом. Высокотемпературный элемент накаливания (ТЭН), при помощи электрического напряжения, постепенно разогревается до рабочей температуры 1500-1600°С, возможно кратковременно, и до 2000°С, при этом во внутренней полости ТМ должно повысится давление примерно до 6 атмосфер.Starting the fuel module - steam boiler system. The fuel module is in the operating position, completely in the water. The internal volume of the fuel module is filled with pure hydrogen. A high-temperature filament element (TEN), with the help of an electric voltage, gradually heats up to an operating temperature of 1500-1600 ° C, possibly for a short time, and up to 2000 ° C, while the pressure in the inner cavity of the TM should rise to about 6 atmospheres.
На следующем этапе необходимо снизить давление, при помощи клапана сброса давления, примерно на 50% что, по сути, уменьшит объем газа по отношению к объему внутренней полости ТМ в два раза.At the next stage, it is necessary to reduce the pressure, using a pressure relief valve, by about 50%, which, in fact, will reduce the gas volume in relation to the volume of the TM internal cavity by half.
В этом положении ТМ готов для дозированной подачи кислорода и началу медленной, управляемой химической реакции.In this position, the TM is ready for metered oxygen supply and the start of a slow, controlled chemical reaction.
Для улучшения управляемости химической реакции, и для исключения возможного цепного воспламенения, в реакционную смесь может быть добавлен определенный процент инертного газа.To improve the controllability of the chemical reaction, and to avoid possible chain ignition, a certain percentage of an inert gas can be added to the reaction mixture.
Начало химической реакции должен зафиксировать датчик температуры оболочки ТМ. С началом химической реакции в полости ТМ начнет повышаться температура и давление, и на определенном соотношении горючей смеси водорода и кислорода, при данной температуре, установится динамическое равновесие.The beginning of the chemical reaction should be recorded by the TM sheath temperature sensor. With the beginning of the chemical reaction in the TM cavity, the temperature and pressure will begin to increase, and at a certain ratio of the combustible mixture of hydrogen and oxygen, at a given temperature, a dynamic equilibrium will be established.
С этого момента до выхода парового котла на рабочий режим система топливный модуль - паровой котел выйдет в прямую зависимость по температуре и давлению. При нарастании температуры и давления в паровом котле начнет повышаться температура и давление в топливном модуле. На этом этапе необходимо удерживать температуру химической реакции на уровне температуры ТЭНа. При увеличении расхода пара будет понижаться температура в ТМ. Для удержания рабочей температуры в ТМ необходимо увеличивать скорость реакции с помощью увеличения концентрации одного из компонентов химической реакции и повышением давления, которое компенсирует малую концентрацию горючей смеси по отношению к объему внутренней полости ТМ. Повышение скорости химической реакции возможно без повышения температуры в полости ТМ, до достижения порога коэффициента теплопроводности ТМ и выхода парового котла в рабочий режим. В случае если с увеличением горючей смеси в ТМ тепловая энергия превысит необходимый предел, то в горючую смесь необходимо будет добавить инертный газ, а клапан автоматического сброса давления должен будет установлен на значении, близком к максимальному значению в этих параметрах ТМ.From this moment until the steam boiler reaches the operating mode, the fuel module - steam boiler system will directly depend on temperature and pressure. With an increase in temperature and pressure in the steam boiler, the temperature and pressure in the fuel module will start to increase. At this stage, it is necessary to keep the temperature of the chemical reaction at the level of the heating element temperature. With an increase in steam consumption, the temperature in the TM will decrease. To maintain the operating temperature in the TM, it is necessary to increase the reaction rate by increasing the concentration of one of the components of the chemical reaction and increasing the pressure, which compensates for the low concentration of the combustible mixture with respect to the volume of the TM internal cavity. An increase in the rate of a chemical reaction is possible without increasing the temperature in the TM cavity, until the threshold of the TM thermal conductivity coefficient is reached and the steam boiler reaches the operating mode. If, with an increase in the combustible mixture in the TM, the thermal energy exceeds the required limit, then an inert gas will need to be added to the combustible mixture, and the automatic pressure relief valve should be set at a value close to the maximum value in these TM parameters.
После выхода системы ТМ - паровой котел в определенный рабочий режим, подача высокого напряжения на ТЭН может быть, снижена значительно.After the TM - steam boiler system enters a certain operating mode, the supply of high voltage to the heating element can be significantly reduced.
Высокий температурный режим парового котла современных ТЭС (температура воды 500°С и давление 200 атмосфер) обусловлен исключительно повышением КПД ТЭЦ, работающих на углеводородном топливе. Для топливного модуля такая проблема отсутствует, а это означает, что ТМ может работать в более мягком температурном режиме от 300 гр.С в паровом котле, что не повлияет на КПД системы топливный модуль - паровой котел.The high temperature regime of the steam boiler in modern TPPs (water temperature of 500 ° C and pressure of 200 atmospheres) is solely due to an increase in the efficiency of TPPs operating on hydrocarbon fuel. There is no such problem for the fuel module, which means that the TM can operate in a milder temperature regime from 300 ° C in a steam boiler, which will not affect the efficiency of the fuel module - steam boiler system.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019145557A RU2737462C1 (en) | 2019-12-30 | 2019-12-30 | Fuel module |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019145557A RU2737462C1 (en) | 2019-12-30 | 2019-12-30 | Fuel module |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2737462C1 true RU2737462C1 (en) | 2020-11-30 |
Family
ID=73792665
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019145557A RU2737462C1 (en) | 2019-12-30 | 2019-12-30 | Fuel module |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2737462C1 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE1679764A1 (en) * | 1967-12-20 | 1971-06-09 | Siemens Elektrogeraete Gmbh | Electric hot water storage tank |
| RU13501U1 (en) * | 1999-10-21 | 2000-04-20 | Закрытое акционерное общество НПАК "РАНКО" | DEVICE FOR AUTOMATIC LIQUID FUEL HEATING |
| US6392206B1 (en) * | 2000-04-07 | 2002-05-21 | Waltow Polymer Technologies | Modular heat exchanger |
| RU2691891C1 (en) * | 2018-07-06 | 2019-06-18 | Акционерное общество "Ордена Трудового Красного Знамени и ордена труда ЧССР опытное конструкторское бюро "ГИДРОПРЕСС" | Unit of tubular electric heaters of equipment |
-
2019
- 2019-12-30 RU RU2019145557A patent/RU2737462C1/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE1679764A1 (en) * | 1967-12-20 | 1971-06-09 | Siemens Elektrogeraete Gmbh | Electric hot water storage tank |
| RU13501U1 (en) * | 1999-10-21 | 2000-04-20 | Закрытое акционерное общество НПАК "РАНКО" | DEVICE FOR AUTOMATIC LIQUID FUEL HEATING |
| US6392206B1 (en) * | 2000-04-07 | 2002-05-21 | Waltow Polymer Technologies | Modular heat exchanger |
| RU2691891C1 (en) * | 2018-07-06 | 2019-06-18 | Акционерное общество "Ордена Трудового Красного Знамени и ордена труда ЧССР опытное конструкторское бюро "ГИДРОПРЕСС" | Unit of tubular electric heaters of equipment |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JPS6113524Y2 (en) | ||
| CN102519863A (en) | Supercritical steam oxidization test device | |
| RU2737462C1 (en) | Fuel module | |
| CN114137024B (en) | System and method for testing burnout characteristics of combustible fluid under variable temperature and variable humidity conditions | |
| JP6795129B1 (en) | boiler | |
| CN102998245B (en) | Atmosphere compatibility experimental equipment of meshed porous electrothermal material and method thereof | |
| US8474240B1 (en) | Regenerative gas generator | |
| US20150027433A1 (en) | Self-Regulated Hydrogen ThermoCell and Applications | |
| EP1902253B1 (en) | Process and installation for increasing the burning energy produced by a natural fuel gas | |
| CN105202511B (en) | Confined space vapor continuous generator | |
| Levanov et al. | Enthalpies of the formation and decomposition of hydrogen trioxide HOOOH in an aqueous solution | |
| RU2156162C2 (en) | Reactor | |
| RU2350836C2 (en) | Method and device for obtaining water vapour from water | |
| RU2628472C1 (en) | Heating device for fluid | |
| CN204005895U (en) | Nanometer physics and chemistry steam generator | |
| Aleksandrov et al. | Thermal explosion of oxyhydrogen gas initiated by the wall of a quartz reactor | |
| FR2835971A1 (en) | Electrolytic water heater has water decomposed to form oxygen and hydrogen and recombined during combustion to release further heat | |
| Takali et al. | A 100 kW three-phase plasma torch for low LHV fuel valorisation and other applications | |
| RU2541681C2 (en) | Method for changing thermal energy gradient concentration in enclosed space and device for its implementation (water stove) | |
| RU2024790C1 (en) | Steam generator | |
| KR200409456Y1 (en) | A body of briquet boiler | |
| CN104110668A (en) | Nanometer physicochemical vapor generator | |
| Tereshchuk | Electrolytic System for Heat and Hydrogen Generation | |
| Lyamkin et al. | Kinetics of melted copper oxidation with oxygen of the gas phase | |
| Zhukov et al. | On the possibility of realization of reactions in the regime of superintense bubble boiling |