[发明专利]使用超导风力涡轮机从大气中分离二氧化碳的低温处理

说明书

技术领域

本发明涉及从大气中分离和去除二氧化碳，更特别地，涉及用于使用超导风力涡轮机从大气中分离二氧化碳的低温处理。

背景技术

一份权威的科学出版物估计，自工业化开始以来大气中已经累积了约5000亿吨二氧化碳。基于目前的趋势，一些预测提出在2050年之前我们可能会看到一万亿吨的总积累。科学界的一些人猜测这可能足以使地球变成危险地带，而这将导致全球气候的重大变化。如果继续的研究进一步确定升高的温度将破坏地球的气候，则作为长期安全性的关键问题，世界各国可能被迫采取措施以积极开始从大气中去除二氧化碳量不断增加的连续积累。

可以看出，至今为止已提出的创新的大气碳捕获技术是非常昂贵的。它们涉及化学溶液和膜的使用，化学溶液和膜捕集二氧化碳分子并随后将它们释放以进行地下深层储存。全球性地捕获二氧化碳的处理需要大量类似于冷却塔的高架结构的新构造，并且其碳捕获处理需要大量的能源。预计到2100年，高架结构的构造和运行开支可能达到预算为每年一万亿美元的成本。

在2007年，本发明人获得了第7,233,079号美国专利(即一种可再生能源发电系统)的授权，并且在2008年获得了第7,397,142号美国专利(即一种改进)的授权。它包括高性能的高温超导风力涡轮机，上述超导风力涡轮机具有在夜间产生并储存在位于涡轮机的高架式柱形结构钢塔架中的高能量密度的高温超导磁储能系统中的低值能量。超导风力涡轮发电机及其超导储能系统都需要低温制冷系统以支持超导工作。其为用于大气碳捕获的新的成本更低的方法提供了基础。

首先，对二氧化碳的相图的观察表明，通过使用机载低温制冷系统的备用容量，二氧化碳分子可以容易地被冻结为“干冰薄片”。其次，结构钢风力涡轮机塔架还具有物理上支撑低温碳捕获装置的能力。第三，SMES储能系统具有昼夜不停地支持包括热交换系统和电动气流分配风扇的附加新设备的能力。

因此，通过有限的附加设备和较小的设计改进，获得专利的超导风力涡轮机和储能装置可以适于以成本更低的方式有效地捕获大气二氧化碳，从而用于随后的商业再利用或者进行可能的地下深层隔离。

本发明人的高性能超导风力涡轮机将不再局限为有效地产生和储存可再生能源，而是另外成为了用于从大气中低温地分离和捕获具有各种再利用潜能的二氧化碳的工具。这种双重作用的改进为人类创造了更安全且更清洁的限制碳排放的可再生能源前景的可能性。

发明内容

本发明涉及部分地使用现有的低温冷却装置从大气中分离和去除二氧化碳的连续而非间歇式的低温处理，现有的低温冷却装置是高温高性能超导风力涡轮发电和储能系统的构件。

现有的构件包括高架式钢结构塔架、发电系统、储能系统、传感器系统和非常重要的具有分子真空泵的低温制冷系统，传感器系统监控天气条件和风速方向并具有对于整个系统反应的控制。

所提出的改进包括附加大气碳捕获装置，大气碳捕获装置由类似于端部开口的杜瓦瓶的大而长的真空或传统隔热且不锈的双壁管构成，其被称为“机舱(nascelle)”。多个机舱在结构上从风力涡轮机的钢塔架上悬臂式延伸出，并在物理上与电气化装置、低温制冷装置以及天气和风力监测和控制装备集成。保护壳的管形形状在协助防止在机舱的内壁上结霜或结冰方面至关重要。所有的内部构件都经过了获得美国专利的防霜涂覆处理。机舱的设计具有在机舱的前后端向上倾斜的设计，在发生恶劣天气条件的情况下该设计与保护所述系统的自动控制且电动操作的门或隔板一起抑制会进入的降水量。

除门或者隔板系统之外，按照由前至后的顺序，内部构件包括较大的滤网栅格、较小的网型永久过滤器、低速电动涡轮式风扇、预冷却系统、一系列不同的低温热交换器、分离水蒸气和二氧化碳的槽状收集系统，以及将捕获的充满水分的水蒸气和由干二氧化碳形成的薄片带到地平面以适当储存的隔热且不锈的管道系统。潮湿的雪花薄片会融化，呈现液态，而二氧化碳的干冰薄片会升华成气态并在室温下被加压以便为了可能的再利用或者隔离而进行最适宜的临时储存。

附图说明

为了说明本发明的目的，在附图中示出了目前优选的形式；应当理解的是本发明并非意在限于所示出的具体布置和机构。

图1是用于实现本发明的装置的主视图，示意性地图示了具有用于从大气中捕获和去除二氧化碳的机舱的大型集成超导风力涡轮机的主要构件的整体布置；

图2是图1的结构的剖视图，详细地图示了低温机舱系统的从大气中捕获和去除一氧化碳的构件；