СПОСОБ ОДНОВРЕМЕННОГО ПОЛУЧЕНИЯ ТЕПЛА И ХОЛОДА Российский патент 1998 года по МПК F28D7/00 F24J2/50 

Изобретение относится к теплоэнергетике.

Общеизвестен способ одновременного получения тепла в конденсаторе и холода в испарителе тепловых насосов и холодильных машин в результате выделения внутреннего тепла при конденсации и поглощения тепла рабочим теплом при испарении.

Известен способ поглощения солнечного ультрафиолетового излучения (УФИ) кислородом в коллекторе солнечной энергии [1], помещенном в разреженных слоях атмосферы, где солнечное УФИ еще не поглощено, то есть над стратопаузой на высоте более 50000 м, ибо ниже стратопаузы УФИ не обнаруживают, либо в тропопаузе на высоте около 9 км, где обнаружен высокий уровень УФИ.

Главным недостатком известного способа является необходимость размещения коллектора на больших высотах, где произведенное тепло мало кому нужно.

Известно [2] , что в стратопаузе в дневное время под действием квантов солнечного ультрафиолетового излучения (УФИ) протекает цепочка радиохимических реакций, в ходе которых молекула озона распадается на три иона оксона (одноатомного кислорода) и три электрона. В [2] сообщается также об обратных радиохимических реакциях в тропопаузе, в ходе которых три иона оксона соединяются с электронами, поступающими в ходе тихого разряда от Земли, и в конечном счете в тропопаузе образуется молекула озона.

В дополнение к сказанному следует отметить, что в ходе радиохимических реакций в стратопаузе выделяется тепло в количестве 1440 ккал/моль, а в тропопаузе поглощается тепло в том же количестве. Вследствие этого стратопауза нагревается до 0^oC, в то время как сверху в мезопаузе температура -90^oC, а снизу в тропопаузе поддерживается мороз на уровне -50 - -70^oC. Последовательность радиохимических реакций по одному из возможных вариантов в стратопаузе следующая.

Кванты УФИ (hv) солнечного излучения с длинами волн в диапазоне 190 - 290 нм поглощаются молекулами озона, которые ионизируются hv+O₃___→ O+3

+ e +141 ккал/моль - выделение внутримолекулярной теплоты ионизации. При поглощении следующих квантов УФИ ион озона диссоциируется на ион кислорода и молекулу оксона hv+O+3___→ O+2+ O +141 ккал/моль- внутримолекулярная теплота диссоциации.

Далее ионы кислорода поглощают кванты УФИ с длинами волн в диапазоне 100 - 200 нм и распадаются на ионы и молекулы оксона hv+O+2

___→ O⁺+ O +118 ккал/моль.
Наконец молекулы оксона поглощают кванты УФИ с длинами волн в диапазоне 50 - 120 нм, ионизируются с выделением электронов и самой большой порции тепла 2 (hv+O) ___→2( O⁺+ e +520 ккал/моль).

В итоге молекула озона распадается на три пары частиц 3(0⁺ + e) с выделением суммарного тепла 1440 ккал/моль.

Электроны обусловливают отрицательный заряд стратопаузы и в процессе тихого разряда уходят в положительно заряженную мезопаузу, а ионы оксона диффундируют в тропопаузу под действием 700000 кратной разницы в концентрациях.

Поступив в тропопаузу, ионы оксона создают ее положительный заряд, который по индукции наводит отрицательный заряд на поверхности Земли. Это порождает тихий разряд между Землей и тропопаузой с поступлением в нее электронов, которые соединяются с ионами оксона. Происходят радиохимические реакции, обратные стратопаузным 3 (O+e) ___→ O₃+hv -1440 ккал/моль.
Для большей наглядности раскроем цепочку реакций в тропопаузе:
2 (O⁺+ e) ___→2(O +hv -520 ккал/моль)
O⁺+O ___→ O+2

+hv-118 ккал/моль
O+2+O ___→ O+3+hv-141 ккал/моль
O+3+ e ___→ O+3+hv-141 ккал/моль.

Образовавшийся озон захватывается стратосферной циркуляцией и переносится в озонопаузу на высоту 18 - 20 км, из которой озон диффундирует в стратопаузу, затем выше описанный цикл радиохимических реакций повторяется.

Как видим, в тропопаузе появляются те же кванты УФИ, которые были поглощены в стратопаузе. Это УФИ обнаруживается в тропопаузе непрерывно, даже ночью. Выходит, что в итоге солнечное УФИ не пропадает: сколько УФИ поглощается в стратопаузе, столько же его излучается в тропопаузе. Таким образом в стратопаузе рождается порция тепловой энергии, а в тропопаузе поглощается точно такая же порция тепла или рождается холод (тепло со знаком минус).

Количественно эта порция тепла совпадает с тепловым потоком, излучаемым Землей и поглощаемым тропопаузой. Это подтверждается тем, что восходящий тепловой поток обнаруживается на всем пути от Земли до тропопаузы, но после нее исчезает, будучи поглощен молекулами и ионами кислорода и озона. Мощность теплового потока от Земли и хладопроизводительность тропопаузы одинаковы, поскольку температура в ней не изменяется в результате поглощения тепла, излученного Землей, которое равно примерно 20 триллионам кВт. Для сравнения мощность всех электростанций мира составляет примерно 1 млрд. кВт, то есть в 20 тысяч раз меньше. Вот так в атмосфере Земли рождаются две грандиозные порции тепловой энергии, равные по величине и противоположные по знаку. Описанный способ принят в качестве прототипа для предлагаемого изобретения.

Предлагается способ получения тепла и холода в наземных установках, заключающийся в том, что воздушную смесь циркулируют вентилятором по замкнутой системе, состоящей из двух реакторных зон, горячей и холодной. В первой зоне воздушный поток облучают УФИ и подвергают электрическим разрядам, замещающим коротковолновые солнечные кванты УФИ, не воспроизводимые ртутным разрядом, в результате чего молекулы озона и кислорода в горячей зоне ионизируют и диссоциируют, а в холодной зоне рекомбинируют и ассоциируют ионы оксона до получения молекул кислорода и озона. Вследствие этого в первой получают тепло и электроны, а во второй зоне холод и кванты УФИ. Из-за невозможности смоделировать стратосферное разделение электронов от ионов оксона и подачу электронов подобно тихому разряду в тропопаузу, предлагаемый способ отличается от прототипа тем, что образовавшиеся в первой зоне в ходе реакций ионизации электроны "отсасывают" положительным электродом высоковольтного источника постоянного тока и "впрыскивают" посредством отрицательного электрода того же источника в холодную зону.

Образовавшиеся в горячей зоне ионы оксона транспортируют в холодную зону с газовым потоком, соединяют их с "вспрыснутыми" туда же электронами и осуществляют обратные реакции рекомбинации и ассоциации с образованием молекул кислорода и озона, в ходе которых излучают кванты УФИ, которые направляют в горячую зону через прозрачные для УФИ кварцевые стенки, разделяющие обе зоны.

Наружные стенки первой зоны изнутри покрывают слоем, отражающим УФИ, например пленкой фтористого магния или лития, а снаружи теплоизолируют. В результате этого минимизируют потери УФИ и тепла.

Тепло, выделяющееся от источника УФИ и генератора электрических разрядов используют, вместе с теплом, выделяющимся в ходе реакций ионизации и диссоциации.

Полученные порции тепла и холода непрерывно отводят для утилизации.

Таким способом в наземных установках получают порции тепла и холода, примерно равные по величине. Тот факт, что эти процессы реализуются на протяжении сотен миллионов лет в атмосфере Земли, доказывает их реальность и техническую осуществимость в земных условиях.

Патентуемый способ достаточно понятен из описания и не требует графического пояснения.

Величины тепловыделения и теплопоглощения в ходе радиохимических реакций показаны ориентировочно, не претендуют на высокую точность и приведены лишь для иллюстрации сравнительной их значимости в тех или иных реакциях.

Способ предназначен для получения тепла и холода и заключается в том, что газовую смесь циркулируют вентилятором по замкнутой системе, в ее первой, горячей зоне молекулы озона и кислорода обрабатывают электрическими разрядами и квантами ультрафиолетового излучения (УФИ). Превращают в три иона оксона (одноатомный кислород) в три электрона, этим выделяют тепло. Затем ионы оксона и электроны транспортируют во вторую, холодную зону, где происходят обратные эндотермические реакции с образованием озона и холода. Выделившееся во второй зоне ультрафиолетовое излучение направляют через прозрачную стенку в смежную горячую зону. Способ позволяет получить в наземных условиях порции тепла и холода, используя ультрафиолетовое излучение.

Способ одновременного получения тепла и холода, заключающийся в том, что воздушную смесь циркулируют вентилятором по двум зонам замкнутой системы, в ее первой, горячей зоне, молекулы кислорода и озона ионизируют и диссоциируют электрическими разрядами и(или) ультрафиолетовым излучением (УФИ), превращают в конечном свете в ионы оксона (одноатомного кислорода) и электроны с выделением тепла, затем ионы оксона вдувают во вторую, холодную зону, где осуществляют обратные радиохимические реакции ассоциации и рекомбинации с образованием молекул кислорода и озона, образующееся ультрафиолетовое излучение направляют через прозрачную для ультрафиолетового излучения стенку в горячую зону, во второй зоне в ходе эндотермических реакций получают холод и непрерывно отводят холод и тепло для утилизации, отличающийся тем, что образовавшиеся в горячей зоне электроны отсасывают положительным электродом высоковольтного источника постоянного тока и затем электроны впрыскивают отрицательным электродом того же источника в холодную зону, где они соединяются с ионами.