Спосіб виробництва теплової енергії

Спосіб виробництва теплової енергії, що передбачає активацію кисню, створення газопалив ної суміші, каталітичну обробку суміші і спалювання органічного палива в присутності активованого кисню, який відрізняється тим, що активацію кисню здійснюють послідовно, спочатку шляхом змішування його з вуглеводневим газоподібним паливом, яке додають в кількості не більше нижньої границі вибуховості суміші, а далі шляхом пропускання через пористий магнітний каталізатор, після чого спалюють низькокалорійне паливо в присутності активованого таким чином кисню. Корисна модель відноситься до способу виробництва теплової енергії за рахунок згоряння органічного палива, в т.ч. і низькокалорійного в потоку активованого кисню або повітря, збагаченого киснем. Пристрої, які реалізують даний спосіб знайдуть широке застосування в теплоенергетиці, скляній та цементній промисловості, металургії через те, що за їх допомогою вирішуються одночасно дві задачі: економне виробництво теплової енергії високого температурного потенціалу та її кінетичне перенесення до нагріваємого об'єкта. Найбільш близьким, з існуючих та відомих заявникам, є спосіб виробництва теплової енергії шляхом автотермічного горіння (див. Андреев Е.И. и др. Естественная энергетика - 2 - СПб: Изд-во "Невская жемчужина" 2002г.) В наведеному джерелі інформації автори вказують, що можливість автотермічного горіння забезпечується завдяки новій елементарній частинці з позитивним зарядом, яка суттєво менша електрона і котру називають "електрино". Відповідно до вказаного способу спочатку здійснюють активацію кисню шляхом іонізації повітря в магнітному полі з метою досягнення плазмового стану, а після цього створюють бідну газопаливну суміш, що містить оброблене таким чином повітря і бензин. Далі отриману суміш піддають каталітичній обробці, пропускаючи її через канал з каталізатором, і подають в двигун внутрішнього згоряння. Даний спосіб обрано прототипом. Прототип співпадає з корисною моделлю, що заявляється, в наявності спільних операцій: - активація кисню; - створення газо-паливної суміші (в прототипі це повітро-бензинова суміш); - каталітична обробка суміші; - спалювання органічного палива в присутності активованого кисню. Але, відомий спосіб малоефективний. Насамперед це пов'язано з низьким ступенем активації кисню повітря. Це обумовлене тим, що іонізацію повітря до стану плазми здійснюють тільки за рахунок магнітної обробки повітряного потоку. Цей прийом дуже неефективний через те, що кисень внаслідок нейтральності молекул і сильного зв'язку між атомами, незначно іонізується в магнітному полі природного магніту. Подальша обробка кисню при пропусканні його через каталізатор, який є донором електрино, не може викликати інтенсивну реакцію вільних електронів з багаточисельними електрино каталізатора та електрино, які віддаються киснем. Окрім того, цей спосіб не забезпечує отримання теплової енергії у вигляді високотемпературного потоку продуктів реакції горіння палива в середовищі активованого кисню, за допомогою якого була б вирішена задача кінетичного перенесення теплоти до об'єкта, що нагрівається. І останнє, двигун внутрішнього згоряння, що використовується в описаному способі, потребує тільки висококалорійне паливо. В основу корисної моделі поставлено задачу розробити спосіб виробництва теплової енергії, в якому шляхом іншого принципу активації кисню, а ю 5749 також заміни вуглеводневого газоподібного палива, каталізатора та органічного палива, забезпечити підвищення ефективності способу за рахунок забезпечення повноти спалювання палива, в т.ч. і низькокалорійного в потоку кисню або повітря, збагаченого киснем. Поставлена задача вирішена в способі виробництва теплової енергії, що передбачає активацію кисню, створення газопаливної суміші, каталітичну обробку суміші і спалювання органічного палива в присутності активованого кисню тим, що активацію кисню здійснюють послідовно, спочатку шляхом змішування його з вуглеводневим газоподібним паливом, яке додають в кількості не більше нижньої границі вибуховості суміші, а далі шляхом пропускання через пористий магнітний каталізатор, після чого спалюють низькокалорійне паливо в присутності активованого таким чином кисню. Причинно-наслідковий зв'язок між сукупністю заявлених ознак і досягненим результатом можна пояснити наступним. За допомогою каталізатора пористої насадки забезпечується інтенсивний потік електрино. При проходженні через каталізатор потоку кисеньвуглеводневої суміші починається реакція взаємодії вільних електронів палива з електрино каталізатора і частково з електрино кисню. Ці процеси значно інтенсифікуються при наступному проходженні потоку кисеньвуглеводневої суміші через магнітно-каталітичний елемент. Пориста насадка цього елемента виконана з магнітного матеріалу, який одночасно має сильні каталітичні і магнітні властивості, які виявляються в здатності самочинно генерувати в прохідний потік велику кількість електрино. В якості такого матеріалу можуть бути використані інтерметалеві сполуки самарію з кобальтом (SmCos або SmCoiz). При спалюванні в плазмогенераторі палива, наприклад, водної емульсії торфа, або бурого, або кам'яного вугілля, до теплоти спалювання палива додається теплота електрон-електринних реакцій, які характеризуються найбільшим дефектом маси в області низького тиску. Протікаючі реакції суттєво інтенсифікуються двома ефектами: 1. появою достатнього числа електронів, обумовлених переходом молекулярного кисню в атомарний кисень в магнітно-каталітичному елементі; 2. наявністю значного числа вільних електронів, донором котрих є органічне паливо. Ці багаточисельні електрони реагують з електрино, які генеруються високоактивним киснем. Ефективність способа, що заявляється, перевірена на дослідній установці. Калориметричними досліджуваннями встановлено, що спалювання низькокалорійного палива, наприклад, водноторф'яних емульсій в поєднанні з електронноелектринними реакціями забезпечує виробництво теплоти високого потенціалу (більше 1500°С) в кількості, яка перебільшує майже на 11,5% розрахункову кількість вищої теплоти спалювання, яку теоретично можна одержати при стехіометричному спалюванні палива в середовищі неактивованого кисню. При спалюванні водно-торф'яних емульсій в потоку звичайного (молекулярного) кисню, який надходить до плазмогенератора разом з па ливом, по-перше, неможливо забезпечити повне спалювання палива, а по-друге, температура газу не перебільшує 1200°С. На кресленні зображена схема установки, в якій реалізується заявлений спосіб виробництва теплової енергії. Установка містить компресор 1, сполучений через холодильник 2 з входом концентратора 3. Концентратор 3 має канал викиду повітря, збагаченого азотом (окремою позицією не показано). Вихід (окремою позицією не показано) концентратора 3 сполучений з входом змішувача 4, вихід якого сполучений з пористою насадкою каталізатора 5, що в свою чергу, сполучена з входом магнітно-каталітичного елемента б, вихід якого, сполучений з плазмогенератором 7. Плазмогенератор 7 забезпечений трубопроводами 8 для подачі палива (наприклад, водно-торф'яної емульсії) та електродами 9. На виході плазмогенератора установлені канали 10 для відведення теплової енергії. Спосіб здійснюється таким чином. Повітря, яке всмоктується з навколишнього середовища, стискується до надлишкового тиску 2-Зкгс/см2 в компресорі 1 кінематичної дії (відцентровий або осьовий турбокомпресор), з метою виключити попадання до нього будь-якого мастила. Повітря після стискання остаточно охолоджується до температури навколишнього середовища в холодильнику 2. Охолоджене повітря надходить до концентратора 3, в якому з нього видобувається кисень. Концентратор 3 може працювати за принципом короткоциклової адсорбції або мембранного розділення. Частина повітря, збагаченого азотом, викидається в навколишнє середовище, а кисень під надлишковим тиском направляється на активацію. Для цього кисень спочатку надходить до змішувача 4, де до нього додається невелика кількість вуглеводневого газу, наприклад, метану. Вуглеводне газоподібне паливо додається в кількості, яка дозволяє одержати суміш з киснем з концентрацією, наприклад, метану, не більше нижньої межі вибуховості. Для метану ця об'ємна концентрація не повинна перебільшувати 5,4%, що відповідає складу бідної суміші. її калорійність немає значення через те, що добавка вуглеводневих газів переслідує зовсім іншу мету - емісію в потік кисню значної кількості вільних електронів, донором яких є гази і, в тому числі, метан. Після змішування потік кисню з вільними електронами газоподібного вуглеводневого палива пропускається через пористу насадку 5 з мілкогранульованого або спеченого каталізатора, наприклад, олова. Далі потік кисень-вуглеводневої суміші пропускається через магнітно-каталітичний елемент 6. При проходженні потоку вже частково активованої кисень-вуглеводневої суміші через магнітно-каталітичний елемент 6 в ньому в електрон-електринних реакціях починає брати участь і кисень, який в стані іонізації є потужним донором електрино. Після цього потік високоактивованого кисню подається до плазмогенератора 7, в якому плазмоутворювання забезпечується електричною дугою між парами електродів 9. Внутрішній канал плазмогенератора 7 являє собою сопло Л аваля. У 5749 найбільш вузькій частині каналу, де тиск потоку є самим низьким, відбувається спалювання палива, в тому числі і низькокалорійного, наприклад, водної емульсії торфу, або бурого чи кам'яного вугілля, яке подається через трубопроводи 8. Високотемпературний потік газів з плазмогенератора 7 відводиться каналами 10. Потік газів має високу кінетичну енергію, яка дозволяє легко переносити теплову енергію до різних об'єктів, які піддають нагріванню. /^ Повітря, збагачене азотом 10 Комп'ютерна верстка В. Мацело Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м Київ, МСП, 03680, Україна ДП "Український інститут промислової власності", вул. Глазунова, 1, м. Київ - 42, 01601