Реактор для получения тепловой и электрической энергии

(51) 21 1/19 (2010.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН Изобретение относится к области промышленной энергетики и может быть использовано для создания реакторов,предназначенных для получения тепловой и электрической энергии. Получение энергии осуществляется на основе так называемого эффекта Ушеренко, основанного на аномальном выделении тепловой энергии при проникновении потока тонкодисперсного порошка с размерами порядка 10 мкм при их ускорении до скоростей порядка 1000 и более мсек. в металлическую мишень-преграду(Ушеренко С.М.Сверхглубокое проникновение частиц в преграды и создание композитных материалов. Минск, 1998 г.,сс.2, 7, 46, 117). Ближайшим аналогом изобретению является реактор для получения тепловой и электрической энергии, основанный на эффекте Ушеренко,представленный в патенте Российской Федерации( 2201625 С 2, МПК 21 1/00, 21 1/02, 2003 г.) включающий герметичный загрузочный бункер для порошка частиц-ударников с дозатором и вакуумным затвором, корпус, камеру для теплоносителя, герметичную рабочую камеру,выполненную в виде цилиндрической мишенипреграды, и закрытую с торцов крышками, основной мишени-преграды в виде тепловыделяющих стоекребер с зазором между ними и установленных энергии, включающем корпус с конусообразной верхней и нижней частью, установленную в нем мишень, образующую с корпусом рубашку для теплоносителя, согласно изобретению, внутри мишени размещен питатель, подсоединенный к пневмомагистрали, выполненной по вертикальной оси реактора с отходящими патрубками и с возможностью вращения, причем отходящие патрубки пневмомагистрали и питатель имеют в поперечном сечении каплеобразный аэродинамический профиль, в наружной стенке питателя выполнены сопла-диффузоры, нижняя конусообразная часть корпуса соединена пневмопроводом,проходящим через дополнительный теплообменник, с бункером питателя, установленным снаружи корпуса, а внутренняя поверхность мишени в поперечном сечении мишени имеет профиль храпового колеса. вертикально с внешней стороны цилиндрической мишени-преграды с возможностью съема тепловой энергии с помощью теплоносителя, центральную трубу-стойку, основной ускоритель, кольцевой дефлектор со щелями, узел предварительного центробежного ускорителя в виде диска с ребрами,устройство для очистки внутренней стенки мишенипреграды, сборник для порошка, входной патрубок и выходной патрубок для теплоносителя,фотоэлементы и блок автоматического управления и регулирования режимом работы реактора, при этом цилиндрическая мишень- преграда образует с корпусом рубашку для теплоносителя. Недостатком известного реактора является его сложность, обусловленная следующим во- первых, при работе реактора для достижения окружной скорости в 1500 мс диск-ускоритель должен вращаться со скоростью 30000 обмин. При таких скоростях на диск действуют огромные центробежные силы, что приведет к необходимости применения особо прочных материалов во- вторых, на этом же диске-ускорителе размещаются еще и основные ускорители, имеющие значительный вес, которые требуют подводки электроэнергии, и их размещение на диске диаметром 500 мм, вращающемся со скоростью 30 000 обмин, технически сложно(54) РЕАКТОР ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ТЕПЛОВОЙ И ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ(57) Изобретение относится к области промышленной энергетики и может быть использовано для создания реакторов,предназначенных для получения тепловой и электрической энергии. Технический результат,достигаемый изобретением,заключается в упрощении конструкции, повышении надежности и к.п.д. Для достижения технического результата, в реакторе для получения тепловой и электрической 24019 в третьих, даже допустив, что теоретически на вращающемся диске-ускорителе можно разместить основные ускорители, предварительное ускорение частиц-ударников предполагается за счет центробежной силы коаксиально относительно мишени-преграды. Однако вращение с огромной скоростью за счет силы инерции не позволит частицам радиально бомбардировать мишеньпреграду, так как вектор силы, сложившейся из центробежной и инерционных сил, ударит частицу об мишень по касательной, и даже наличие основного ускорителя не исправит траекторию полета в четвертых, внутри реактора предполагается полный вакуум с наличием вакуумного затвора, что существенно усложняет конструкцию в пятых, диск - ускоритель должен перемещаться по оси вращения с тем, чтобы обеспечивать прочистку поверхности от песка вращающей щеткой, что приведет к существенному усложнению конструкции-наличия специального привода для перемещения и в шестых, является малоэффективным применение теплосьемных заменяемых стоек-ребер,так как будучи не единым целым с мишеньюпреградой, эффективность теплопередачи только за счет контакта резко снижается. Задачей изобретения является упрощение конструкции, повышение ее надежности и кпд. Это достигается тем, что в реакторе для получения тепловой и электрической энергии,включающем корпус с конусообразной верхней и нижней частью, установленную в нем мишень,образующую с корпусом рубашку для теплоносителя, согласно изобретению, внутри мишени размещен питатель, подсоединенный к пневмомагистрали, выполненной по вертикальной оси реактора с отходящими патрубками и с возможностью вращения, причем отходящие патрубки пневмомагистрали и питатель имеют в поперечном сечении каплеобразный аэродинамический профиль, в наружной стенке питателя выполнены сопла-диффузоры, нижняя конусообразная часть корпуса соединена пневмопроводом,проходящим через дополнительный теплообменник, с бункером питателя, установленным снаружи корпуса, а внутренняя поверхность мишени в е поперечном сечении имеет профиль храпового колеса. Изобретение поясняется фигурами, где на фиг. 1 схематично показано поперечное сечение реактора на фиг.2- разрез А-А фиг.1, на котором показано поперечное сечение мишени и питателя на фиг.3 - разрез по В-В фиг.1, на котором показано поперечное сечение отходящих патрубков пневмомагистрали. Устройство содержит корпус 1, внутри которого располагается питатель 2. По вертикальной оси реактора проходит пневмомагистраль 3 с отходящими патрубками 31 соединенными с питателем 2, причем и питатель 2 и отходящие патрубки 31 пневмомагистрали 3 имеют в сечении каплеобразный аэродинамический профиль (как известно, наименьшего лобового сопротивления набегающему потоку). Между питателем 2 и корпусом 1 размещена мишень 4, внутренняя поверхность которой в е поперечном сечении имеет профиль храпового колеса. Мишень 4 и корпус 1 образуют рубашку, заполняемую теплоносителем 6. На питателе 2 выполнены сопладиффузоры 5,соединенные также с 1. пневмомагистралью 3 через отходящие патрубки З В мишень 4 вмонтированы датчики 7, подающие сигналы на управляющий блок вариатора 8,соединенный соосно с питателем 2 и пневмомагистралью 3. Вариатор 8 также соосно соединен с генератором 9, который в свою очередь соединяется с турбиной 10. В нижней конусообразной части корпуса 1 монтируется пневмопровод 11,проходящий через дополнительный теплообменник 12 и соединенный с приемным бункером 13 питателя 2, имеющим сепаратор. Устройство работает устройство следующим образом Генератор 9 в режиме электродвигателя через вариатор 8 начинает вращать питатель 2 с пневмомагистралью 3, имеющей отходящие патрубки 31, которые имеют каплеобразный профиль аэродинамического сопротивления набегающему потоку. В питатель 2 из бункера 13 поступает материал порошка частиц-ударников,которые под действием центробежной силы попадают к соплам-диффузорам 5. В пневмомагистраль 3 из компрессора (не показан) подается под давлением воздух, который выдувает из сопел 5 частицы-ударники. Последние начинают бомбардировать мишень 4, в которой в следствии эффекта Ушеренко поднимается температура. Теплоноситель 6 начинает под воздействием температуры расширяться, вращая турбину 10. Турбина 10 в свою очередь начинает вращать генератор 9, который переходит в режим генерации электроэнергии. Под избыточным давлением в корпусе 1, а также под воздействием вращающейся пневмомагистрали 3 с отходящими патрубками 31,фактически выполняющими роль вентилятора,частицы, не попавшие в мишень 4, выносятся через пневмопровод 11 в бункер 13, где сепарируются от воздуха и снова попадают в питатель 2. Но предварительно воздух, нагретый от мишени 4,отдает тепло в дополнительном теплообменнике 12,который является первой ступенью в нагреве теплоносителя 6. Поскольку частицы, вылетая из сопел-диффузоров 5, имеют траекторию полета по касательной в окружности вращения, внутренняя поверхность мишени 4 в е поперечном сечении имеет вид храпового колеса, чтобы частицы попадали на ее часть поверхности под прямым углом, эффективно проникая в мишень 4. Датчики 7,вмонтированные в мишень 4, определяют эффективность,например,достижение максимальной температуры, при которой скорость вращения стабилизируется за счет подачи сигнала на вариатор 8. Поверхность мишени 4 постоянно 24019 самоочищается за счет обдува воздухом с частицами-ударниками, не все из которых проникают в мишень, за счет эффекта, известного как пневмоочистка абразивом (пескоструйная обработка). Изменяя диаметр питателя 2, например, до 3 метров, можно получить обороты для достижения окружной скорости от 1200 мсек. до 8000 обмин,что значительно понизит требования к конструкции вращаемых частей вследствии снижения центробежных нагрузок,по сравнению с прототипом 30000 обмин. Непосредственно для турбоагрегата (турбины и генератора) требуются обороты в 3000 обмин. для обеспечения стандартной частоты тока в 50 Гц. При вращении питателя 2 в области сопл-диффузоров 5 создается давление, создающее определенное сопротивление распылению частиц-ударников,однако при несимметричном профилировании возможно создать в указанной зоне (между питателем 2 и мишенью 4) даже разрежение, которое будет способствовать проникновению частиц-ударников в металл. Применение вариатора 8 с передаточным числом 1 к 4 и более обеспечит сопряжение реактора с турбинным агрегатом. Двухступенчатый сьм тепла (изнутри мишени 4 воздухом через дополнительный теплообменник воздухтеплоноситель, и непосредственно теплоносителем с наружной стороны мишени 4), вырабатываемый реактором, позволит значительно повысить кпд. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Реактор для получения тепловой и электрической энергии, включающий корпус с конусообразной верхней и нижней частью,установленную в нем мишень, образующую с корпусом рубашку для теплоносителя,отличающийся тем, что внутри мишени размещен питатель, подсоединенный к пневмомагистрали,выполненной по вертикальной оси реактора с отходящими патрубками и с возможностью вращения,причем отходящие патрубки пневмомагистрали и питатель имеют в поперечном сечении каплеобразный аэродинамический профиль,в наружной стенке питателя выполнены сопладиффузоры, нижняя конусообразная часть корпуса соединена пневмопроводом, проходящим через дополнительный теплообменник, с бункером питателя, установленным снаружи корпуса, а внутренняя поверхность мишени в поперечном сечении мишени имеет профиль храпового колеса.