本发明专利技术涉及一种热电气体发电及化工合成装置，包括1套或1套以上吸能装置，1套电离室、发电通道、永磁体、输电系统、蓄电池组、化工合成装置等。电离室设有1组电气石网、3组放电棒网；发电通道设有3组收集挡板，正负极板均外接1个放电室、1个收气室；利用太阳能将水变为高温高压水蒸气，喷入电离室实施电晕放电，生成等离子气体，喷入发电通道受到洛伦兹力作用偏转分离，正负带电粒子分头聚集，产生电动势，通过电路输出电能。发电机并联1个蓄电池组，相互充放电。带电粒子放电后生成氢气和氧气、水蒸气，自然分离输出。将氢气与二氧化碳合成反应，制得甲醇或甲醛等原料。本发明专利技术的效果是吸收太阳能，转换为电能；将产生氢气参与化工合成。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及ー种新型的热电气体发电及化工合成装置，主要利用太阳能加热过滤浄化后的普通水，甚至海水、被污染的水，产生高温高压水蒸气，实施电晕放电，生成等离子气体，把它转换为电能，提高发电功率和效率；发电机对外输电时将产生氢气、氧气和水蒸气，将其中的氢气与ニ氧化碳进行化学合成反应，生成化工原料，如甲醇或甲醛，再继续下步化学反应。
技术介绍
目前，电气体发电机在ー些小功率场所得到应用，如用作航天飞行器火箭发动机的电源、静电喷漆、静电除尘等，但它对等离子气体利用率不高，只有其中的正离子对发电 作出了贡献，电子不是载流子，只有正离子才是载流子，能量转换率最高达50%。磁流体发电机，采用加热エ质气体，添加钾、铯等电离种子，使气体具有一定电导率，致使发电能够进行，再与蒸汽电站系统联合，总效率可达52 %以上，但气体电导率还不够高，进ー步提高异常困难，必须使用超导磁体来获得强磁感应強度，价格昂贵；气体中的电离种子和煤渣、灰尘等，易使电机通道电极短路腐蚀，从而缩短电机寿命(见《八六三计划能源
研究工作进展(1986-2000)》第四篇燃煤磁流体发电技术第268、291页，童建忠著，2001. I北京第I版)；对等离子气体利用率不高，只有电子才是载流子，正离子不是载流子。太阳能电池，是根据光电转换原理，利用半导体材料吸收太阳光能，使处于低能级上的电子吸收能量后跃迁到高能级，发生电子运动，产生电动势，但目前光电转换效率还不太高，最高仅30 %左右，太阳热能没有得到充分利用，且生产成本偏高。作者去年提出的《一种磁流体发电装置》(专利申请号201110377659. 5，正在审查中)，也即ー种热电气体发电机，以氙气为エ质，采取闭环循环方式进行发电，但制取エ质成本较高，并只有发电功能。氢气和氧气是重要的能源材料、功能材料、生命材料，目前制取方法多但还不够先进，普遍需要消耗燃料、电能和原材料。如，制氢有化石燃料制氢、电解水制氢、光催化制氢、生物质制氢、太阳能制氢、核能制氢和等离子化学法制氢，其中化石燃料制氢较成熟，但使用的资源不可再生；电解水制氢操作简便，但成本高、耗电量大；光催化制氢存在着催化剂活性低、效率不高；生物质制氢，利用的是可再生能源，采用热解、气化、裂解/气化方法，但易产生焦油，体积大，储存和运输成本高；太阳能制氢，是用聚焦型集热器收集到的太阳能直接分解水，产生氢和氧，所需温度高达2500K，对材料要求较高，其产物是水蒸气、氢气和氧气的混合物，高温下这些混合物可能重新结合生成水，或发生爆炸；核能制氢，尚在研究中，但其核辐射危害不可小视；等离子体化学法制氢，包括使用甲烷重整制氢、甲醇制氢、汽油柴油制氢、硫化氢制氢、水制氢、车载制氢技术，但不同程度存在着反应温度偏高、能耗高、氢产率低、产生废气等问题，尚处于实验阶段(见《现代能源化工技木》第6章，李为民、王龙耀、许娟等编，化学エ业出版社，2011. 4)。制氧有物理方法和化学方法，其中物理方法有空气精馏法、变压吸附法、膜分离法，主要是从大气中分离氧气；化学方法主要有化学氧源法、电解水法，普遍存在耗能大、产氧率低、成本高等问题(见《制氧技木》第I章，张辉、王和平編著，化学エ业出版社，2011. 7)。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提供ー种新型的热电气体发电及化工合成装置，采取开环循环方式，使用过滤净化后的普通水，甚至海水、被污染的水，作为エ质，输入吸能装置，充分吸收太阳能后变为高温高压水蒸气，经自动控制阀门喷入电离室实施电晕放电，先离解成自由基H、0H、0，再电离成以电子e、氢离子tf、氢氧根离子OH'氧离子为主体的等离子气体，喷入垂直磁场，受到洛伦兹力作用，正负带电粒子分头聚集，产生电动势，通过电路对外输出电能；エ质水加热后，水中的金属非金属离子、矿物微粒等聚为水垢，与微生物尸体一起被阻隔、単独排出。发电机对外输电过程中，聚集在负极板上的电子e、氢氧根离子0H_、氧离子02_放电后变为氧分子O2和水蒸气％0，沿管道泵出后在水箱中密闭冷却，分离出氧气和纯净冷水；聚集在正极板上的氢离子H+放电后变为氢原子H、氢分子H2,沿管道泵出后与ニ氧化碳CO2压入高温高压装置，结合现代人工光合作用技术，在不同催化剂、溶剂和 阳光作用下，分别生成甲醇CH3OH或甲醛HCH0，作为化工原料，从而将太阳能转化为化学能；将生成的甲醛再次压入高压装置，加入多种酶和纯净水，根据需要吸收阳光，发生化学合成反应，生成葡萄糖C6H12O6水溶液。因本专利技术与电气体发电、磁流体发电和太阳能发电专业存在交叉，与传统的磁流体发电机存在较大差异，也与作者去年提出的热电气体发电机有所不同，故称为热电气体发电及化工合成装置。这种装置既与常规的火力、水力、风力、核能及其它能源动カ发电机不同，又与传统的电气体发电、磁流体发电、太阳能发电不同。常规的动力发电机一般要经过中间能量转换过程才能发电，传统的电气体发电和磁流体发电，都只是利用等离子气体中的一种带电粒子(正离子或电子)作为载流子，太阳能电池也只利用了太阳的光能，而本装置同去年提出的热电气体发电机一祥，将等离子气体中的正负带电粒子都作为载流子，充分利用太阳的热能和光能，并将热能和光能直接转化为电能，其电效率是磁流体发电机的2倍，其単位容积的比功率是磁流体发电机的4倍，其输出电压大约是磁流体发电机的2倍。同时，本专利技术将发电与化工合成结合起来，充分利用发电机产生的氢气，结合现代ニ氧化碳分离捕集和固定利用技术(见《ニ氧化碳的固定和利用》第1、3章，王献红、王佛松主编，化学エ业出版社，2011. 6)和人工光合作用研究成果，把氢气与ニ氧化碳压入高温高压反应器，添加催化剂，发生化学合成反应，生成甲醇或甲醛，其中甲醛再在11种酶作用下，进ー步生成葡萄糖(见《氢能或电能驱动人工光合作用固定CO2合成糖》总结段，中国科学技术大学地球与空间科学学院环境分部黄卫东著)。本装置只需提供阳光，过滤净化后的普通水，甚至海水、被污染的水，蓄电池组，ニ氧化碳，催化剂，多种酶等条件，就能实现既发电，又产氢、产氧、产纯净水，并利用氢气与ニ氧化碳合成甲醇或甲醛，再进ー步合成葡萄糖，初歩探索了一条人工光合作用途径，为人类下步遨游太空和外星球提供基础保障设施。微观分析发电可行性电解液态水，相比电离水蒸气，需要消耗更多的能量。从微观上分析，水分子H2O中有2个极性共价键0-H，断开第I个共价键需耗能502KJ/mol，断开第2个共价键需耗能426KJ/mol, I个O-H键的平均键能为465KJ/mol (见网上《共价键的键能》);液态时能发生微弱的电离，生成少量的氢离子H+和氢氧根离子0H_，电解水时为增大导电离子浓度，教学实验采取增加稀硫酸、エ业上增加氢氧化钾或氢氢化钠碱性溶液的办法来增加水中氢离子H+或氢氧根离子OF浓度，从而加快电解速度(见《制氧技术》第6章)；水在固态、液态时分子间存在氢键，其键能为18.8KJ/mol，而气态时没有。电离液态水，首先需断裂分子间氢键，再断裂氢氧原子间的极性共价键；当接上电源(插上电极)后，水中氢离子H+、氢氧根离子0H_分别移向电源的负极、正扱，2个氢离子H+从负极获取2个电子后变为氢原子、再合成氢分子逸出；2个氢氧根离子0H—向正极释放2个电子后本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.ー种热电气体发电及化工合成装置，其特征在于，包括I套或I套以上吸能装置，I套电离室、发电通道、放电室、收气室、排气管、半封闭矩形永磁体、输电系统、蓄电池组和化工合成装置；所述每套吸能装置由2个串联的球形太阳能吸收器、I个单向高压喷气阀、I组自动控制阀门和部分单向阀门、人工阀门、管道组成，内装エ质水蒸气，每套并联接入电离室；所述化工合成装置包括氧气水蒸气分离装置、氢气加ニ氧化碳合成甲醇装置，或所述化工合成装置包括氧气水蒸气分离装置、氢气加ニ氧化碳合成甲醛装置、甲醛合成葡萄糖装置；每套吸能装置采用自动控制阀门电路，轮流自动供应高温高压水蒸气，并利用关闭间隙清除水垢杂质和重复吸热；电离室设有I组电气石网和3组放电棒网，发电通道设有3组正负收集挡板，正负极板各外接I个放电室，放电室外围设有I个收气室。2.根据权利要求I所述热电气体发电及化工合成装置，其特征在于，所述球形太阳能吸收器，用石英玻璃制成球体，上半球及中央部位透明；下小半球不透明，外用保温材料包围，下接底座；球体外围用球形网包绕；球内安放I个四瓣形吸热板，下部开设若干个圆孔；球体上设有进水(气)管道、输气管道、排垢管道；进球管ロ设有单向阀门。3.根据权利要求I所述热电气体发电及化工合成装置，其特征在于，所述单向高压喷气阀，由自动喷压管道和主动压缩管道组成，其中自动喷压管道包括圆柱形管道、过滤层、圆柱形活塞、压缩弹簧、挡板、螺栓、螺母、管道喷ロ ；主动压缩管道包括压缩机、压缩管道、圆柱形活塞；整个管道外表覆盖保温材料。4.根据权利要求I所述热电气体发电及化工合成装置，其特征在于，所述自动控制阀门，由气压敏感装置和开关阀门装置组成，安装在输气管道上，所述气压敏感装置包括螺栓、螺母、压缩弹簧、绝缘活塞壁、绝缘活塞、2个导电活塞套筒、上下2对导电接头、卡笋；开关阀门装置包括开管线圈、关管线圈、条形永磁体、转轴、管中圆形阀门；开管线圈上绕制I个初级线圈，套装I个次级线圈，关管线圈上只绕制I个初级线圈。5.根据权利要求I所述热电气体发电及化工合成装置，其特征在于，所述自动控制阀门电路，将自动控制阀门(例如9组)联接起来，与每套吸能装置一一配对；每组气压敏感装置利用活塞、弹簧感受气压变化，上下滑动，使得开管电路、关管电路交替连通、断开，交替输送开管电流、关管电流，传递给开管线圈和关管线圈，实现阀门自动开、关，同时从关管电路中引出支流，传送给后续第三组自动控制阀门中开管电路的晶闸管控制极，实现各组自动控制阀门依次开关，依次启用各套吸能装置。6.根据权利要求2所述热电气体发电及化工合成装置，其特征在于，所述接入球体管ロ的单向阀门，由弧形长方体挡板制成，上端延伸出一条挂杆，通过转轴挂接在球体内壁支架上，挂杆下端通过收缩弹簧与球体内壁相连；管ロ周围粘接ー圈石英玻璃圆环柱，长方体挡板能全部遮挡管ロ及周边圆环柱。7.根据权利要求3所述热电气体发电及化工合成装置，其特征在于，所述过滤层，由一个不锈钢空心圆柱体制成，刚好能插入自动喷压管道，并被管道上卡笋卡住，其两底面开设若干个圆孔，里面充塞若干块不规则难溶于水的小砂石。8.根据权利要求I所述热电气体发电及化工合成装置，其特征在于，所述电离室，在室内进气方向上先设置ー组电气石网，然后平行间隔设置三组放电棒网，将电离室横向分割成5段；第I、2组放电棒网由2η对放电柱并成一面组成，第3组放电棒网由I对放...
【专利技术属性】
技术研发人员：曾令伦，
申请(专利权)人：曾令伦，
类型：发明
国别省市：
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