ITLU20070004A1 - Fornace solare a due specchi, l'uno a forma parabolica e l'altro piano, atta a produrre idrogeno per termolisi di acqua - Google Patents

Description

a specchi l’uno a forma parabolica e l'altro piano, a produrre di acqua.

E' largamente diffusa l’ opinione che l'idrogeno sia il energetico di un futuro ormai prossimo. Resta solo da risolvere da un punto di ingegneristico economico ed ecologico il problema di come produrlo dato che non è presente in natur come H2.

La soluzione ideale è quella di utilizzare il solo come fonte energetica diretta. Si risolverebbe cosi il problema dell'immissione di CO2 nell’ atmosfera che si incontra prendendo come materia prima un combustibile fossile e in particolare il metano. si risolverebbe definitivilmente il problema dell'esaurimento della risorsa impiegata.

Peraltro occorre rompere il fortissimo legame chimico O-H. Fortunatamente esso si all'aumentare della temperatura tanto che la termolisi si raggiunge finalmente a temperature dell'ordine di 2.200-2.500 C in pratica conseguibili soltanto con la concentrazione puntiforme della radiazione solare nel fuoco di specchi parabolici o, in installazioni fisse, in centràli solari alimentate da eliostati. In tale campo, quello delle cosiddette centrali a torre, il brevetto US 6.521.205 del 18/02/03 ha condotto ad una realizzazione d’avanguardia .

Il presente trovato fa riferimento a tale brevetto sopratutto per quanto riguarda il processo chimico-fisico (a partie dallo stato di vapore dell'H2O) e in particolare la separaziane dell'idrogeno dall'ossigeno e dal reagente in eccesso contemporaneamente alla termolisi.

L'innovazione si limita a fornire una soluzione alternativa a quella schematizzata nella fig.

35 del brevetto citato, riportata in fig. 4, e che è del tutto futuribile tanto che non è elencata nelle rivendicazioni di esso. In proposito il testo recita al punto (0119): fig. 35 shows a small scale solar hidrogen station which uses a specially shaped relfective dish and tracks the sun directly. In this scenario, thè rise of shadow cast by the tower 56 dome is significant relation to the size of thè collection area 83. A mirrored cone 84 is placed at the top of the dome of Tower 56 Cone reflector 84 reflects solar energy 57 so it does not hit the dome, but is reflected to specially contoured edge of mirror 83, The edge contours of mirror 83 reflect this solar energy 57 into the dome at the top of the tower 56.

La soluzione proposta col presente trovato prevede un più convincente flusso della radiazione e della sua concentrazione. Ma l'utilizzo di essa resta invariato. Non si ritiene opportuno riportare in questa sede l'inro brevetto citato perchè esso consta di pagine di testo e di 35 figure.

S riassume il tutto come segue: un campo di eliostati focalizza la radiazione alla sommità della torre ove è collocata la fornace delimitata dallo spazio esterno da 12 finestre di quarzo a doppia parete con raffreddamento di vapore nell'intercapede In essa il vapore riscaldalo ad oltre 2000 'C da opportuno scambio termico coi prodotti di reazione si decompone in due flussi sotto l'azne di tre fattori. L'azione centrifuga agente nella camera cilindrica 75 di fig 25. riportata in fig. 3, grazie all'ingresso tangenziale in essa attraverso le bocche 73 e il vortice che ne consegue; la presenza di catalizzatori e infine il vuoto prodotto da apposite pompe a valle, una per ciascun flusso. Il vuoto agisce spostando l'equilibrio chimico verso destre con la sottrazione al sistema dei prodotti di reazione abbassando la temperatura necessaria alla termolisi.

Lungo l'asse della camera cilindrica è disposto un tubo 77 recante molti orifizi entro ì quali penetra l' idrogeno ivi confinato dalla centrifugazione quale componente di gran lungo più leggera. In periferia si raccoglie l’ossigeno e il vapor d'acqua in eccesso. Il percorso elicoidale nel vano e reso obbligato dalla spirale 78, Segue il raffreddamento dei 2 flussi per scambio termico in controcorrente col vapore entrante e da ultimo la separazione e il riciclo dell’acqua in eccesso. La già citat fig, 35 seguirebbe lo stesso processo operante nella torre ma realizzato in piccola scala quale elemento di una centrale solare i cui eliostati sono sostituiti altrettanti collocati nel linceo di altrettanti spacchi parabolici, ciascuno dei quali mirante il sole grazie ad un sistema computerizzat puntamento identico per tutti.

La soluzione prevista col presente trovalo, fig, I , si differenzia da quella di fig. 4 esclusivamente per il flusso della radiazione la quale raggiunge la fornace 3 grazie ad una doppia riflessione prima sul paraboloide 1 poi su uno specchio ausiliario 2 piano, collocato sull’asse ottico del sistema a metà della distanza focale di 1 (o poco più),

La fornace è collocata nel fuoco riflesso F alla sommità della minitoe 3 alloggiata nel vano MN del paraboloide I in ombra grazie alla schermatura operata da 2. La fornace è così alimentala dall'alto anziché dal busso il chè facilita l'ingresso della radiazione eliminando il sistema delle 12 finestre del "duomo”. La radiazione utile risulla 3⁄4 (o un pò di più) di quella incidente dato che i raggi come 5 si arrestano sullo specchio 2 che ha diametro metà (o un po' di meno) di quello di l. Volendolo si può raffreddare con aria e collocarvi sopra un pannello fotovoltaico. La minitorr cilindrica 3 risulta prossima al centro di rotazione del sistema il che consente brevi collegamenti delle tubature flessibili col terreno.

Si ritiene che le dimensioni ottimali dello specchio 1 siano di una o poche decine di metri. Naturalmente il reattore solare sommariamente descritt deve essere concepito come elemento ropetitivo di una centrale solare a molte unità dotata di servizi centralizzali che consentono di fornire non solo la depurazione spìnta dell'acqu ma anche la sua vaporizzazione. Ne risulta molto diminuito il settore dello scambio termico a centro torre (fascia nera a meta altezza) essenziale per l avviamento dellmpianto in caso di alimentazione con acqua liquida.

La fornace attuale è schematizzata in fig. 2. Al centro di essa è posto uno degli otto moduli 40 ( fig . 3} (opportunamente rimpicciolito) present nella torr descritta nel brevetto citato, Essa è separata dall' esterno dalla doppia lastra di quarzo 6 raffreddata dal vapore surriscaldato. Il flusso del vapore sarà da sinistra a destra (o viceversa ) e sarà distribuito su tutta la superficie irradiata da apposita canalizzazione ricavala nell'intercapedine. Si evita in tal modo la complessità del sistema a 12 finestre che è un vero punto complesso di quella soluzione. L'angolo di ingresso della radiazione 4 è ora molto più favorevole e ne beneficia il rendimento, La fìg. 2 schematizza le serpentine adibite a scambio termico in controcorrente realizzate conformemente a quelle descritte nel brevetto e occupanti gran parte del contenitore 3 di fig. 1.

Si ritiene che disponendo a schiera i reattori si possa raggiungere una densità energetica territoriale di alcune decine di MW /Km<2>comparabile con quella delle centrali solari con collettori parabolici a localizzazione lineare (anziché puntiforme) costituenti il solare termodinamico.

Queste centrali se adibite a produzione di idrogeno debbono trasformare l’energia elettrica ottenuta in energia chimica attraverso l'elettrolisi dell'cqua e questo ulteriore passaggio è oneroso.

Claims (2)

1. Rivendicazioni 1) Apparecchiatu atta alla termolisi di acqua e conseguenti produzione di idrogeno in alternativa alla soluzione schermatizzata in fig. 4 riportante la fig, del brevetto US 6.521.205 del18/02/03 cui si adotta il processo chimico fisico e la scelta dei materiali.
2. 2) Apparecchiatura come rivendicazione precedente dotata di uno specchio principale parabolico, a focalizzazione puntiforme , che cuttura la luce solare meno che nella sua porzione centrale, e uno specchio piano di dimensioni pari alla metà del precedente o poco minore, collocato sull'asse ottico a circa metà (o poco superiore) della distanza focale, che la alla fornace collocata nel vano centrale dello specchio primario, 3) Apparecchiatura come alla rivendicazione precedente, collocata su un supporto mobile su due assi che le consente di inseguire il sole con comando computerizzato. 4) Apparecchiatura come alla rivendicazione precedente nella quale i due di materia in uscita dalla fornace sono ottimizzati nelle loro portate analizzando le stesse e il loro tenore in idrogeno e agendo sul grado di vuoto dì una o di entrambe le pompe.