Спосіб використання енергії розпаду молекул кисню і пристрій для його здійснення

1. Спосіб використання енергії розпаду молекул кисню, що включає заповнення камери киснем (енергоносієм) і компонентом, який ініціює ланцюгову реакцію розпаду молекул кисню на атоми, який відрізняється тим, що як енергоносій використовують не менше ніж 95 % газоподібний молекулярний кисень (О2), який уводять усередину реакційної камери, а потім для збудження молекул кисню в нього впорскують ініціюючий компонент, що сприяє ланцюговій реакції розпаду молекул кисню на атоми в присутності радикалів із виділенням внутрішньої молекулярної енергії, яка за допомогою перетворювача виконує корисну роботу. 2. Спосіб використання енергії розпаду молекул кисню за п. 1, який відрізняється тим, що для регулювання потужності реакційну камеру спочатку заповнюють газоподібним киснем до необхідної енергоємності, обумовленої сумарною запасеною статичною енергією Ест=Еп+Ер, де Еп=рv - потенційна енергія тиску кисню, р - тиск кисню в камері, v - об'єм реакційної порожнини камери, Ер=N k сумарна енергія розпаду молекул на атоми в присутності радикалів, N - кількість молекул кисню в реакційній порожнині камери, k - енергія розпаду молекули кисню на атоми в присутності радикалів. 3. Спосіб за пп. 1, 2, який відрізняється тим, що запуск ланцюгової реакції розпаду молекул кисню на атоми в присутності радикалів здійснюють рідким мастилом дозою не менше ніж 0,2 мг або рідким сірковуглецем дозою не менше ніж 0,003 мг у 3 розрахунку на 1 дм чистого кисню, приведеного 2 (19) 1 3 Винахід стосується нетрадиційної енергетики і пов'язаний з ланцюговою реакцією розпаду молекул газу на атоми й радикали, що відбувається при введенні в газоподібну речовину заданої дози рідкого компонента, що ініціює ланцюгову реакцію. Реакція відбувається аналогічно процесові розпаду атомів на елементарні частки. Винахід може знайти широке застосування в техніці й промисловості як екологічно чистий енергоресурс. Відомі аварійні вибухи у вигляді ланцюгових реакцій багатокомпонентних газоподібних речовин, наприклад при синтезі хлороводню Н2+Сl2=2НСl, і однокомпонентних газоподібних речовин, наприклад фтору, при наявності ініціюючих факторів [1,2], а також кисню при кріогенній сепарації повітря на азот і кисень [3]. Вибух кисню (О2) відбувається при наявності в ньому домішок рідких мастил більш ніж 0,04 мг або сірковуглецю 3 (CS2) більш ніж 0,00012 мг на 1 дм кисню [3]. В даний час у науково-технічній літературі немає вказівок на використання внутрішньої енергії ланцюгового розпаду молекул газу на атоми й радикали. Найбільш близьким по технічній суті є спосіб, пов'язаний з ланцюговою реакцією вибуху однокомпонентного газу - озону (О3) [2]. Спосіб характеризується ланцюговим розпадом молекул озону на атоми й радикали. Відповідно до теорії академіка Семенова Н.Н. [2], реакція розпаду речовини, у даному випадку озону, відбувається аналогічно атомній реакції. Для запуску ланцюгової реакції необхідний ініціюючий компонент, яким може бути незначна доза брому (Вr2). Спосіб полягає в наступному. У замкнуту камеру вводять бром (Вr2) до заданого парціального тиску p1=5 мм ртутного стовпа при температурі t=25 С і збільшують тиск озоном (О3) до парціального тиску р2=16 мм ртутного стовпа (межа детонації озону). Кінцевим продуктом ланцюгової реакції вибуху озону є кисень (О2) із мікродозою брому (Вr2). Недоліки способу [2], основною речовиною якого є утворений на кисневій основі озон, такі: - високі фінансові витрати на одержання озону в тихому коронному розряді електричного струму; - агресивність і токсичність озону, що ускладнює процес експлуатації; - агресивність і токсичність брому, що застосовується як ініціюючий компонент, а також високі фінансові витрати для його одержання; - складність регулювання потужності вибуху; - підвищена небезпека проведення робіт у зв'язку з прийнятою послідовністю введення компонентів вибуху; - неможливість багаторазового використання заданої кількості енергоносія (озону) для більшого витягання енергії без зміни параметрів ініціюючого компонента, що вводиться; - негативний екологічний вплив викидів озону й брому. В основу способу використання енергії розпаду молекул газу поставлена задача ефективного 95841 4 витягання енергії, а також забезпечення безпеки й екологічної чистоти навколишнього середовища. Поставлена задача вирішена таким чином, що в способі проведення ланцюгової реакції розпаду молекул газу на атоми й радикали з виділенням внутрішньої молекулярної енергії при заповненні камери газоподібним енергоносієм і компонентом, що ініціює цю ланцюгову реакцію, новим є те, що: - як енергоносій використовують не менш ніж 95 % газоподібний молекулярний кисень (О2), що вводять усередину реакційної камери, а потім для збудження молекул кисню в нього впорскують ініціюючий компонент, що сприяє ланцюговій реакції розпаду молекул кисню на атоми в присутності радикалів з виділенням внутрішньої молекулярної енергії, що за допомогою перетворювача виконує корисну роботу; - для регулювання заданої потужності реакційна порожнина камери спочатку заповнюється киснем до необхідної енергоємності, обумовленої сумарною запасеною статичною енергією Ест=Еп+Ер, де Еп=pv - потенційна енергія тиску кисню, р - тиск кисню в камері, v - об'єм реакційної порожнини камери, Ер=Nk - сумарна енергія розпаду молекул на атоми й радикали, N - кількість молекул кисню в реакційній порожнині камери, k - енергія розпаду молекули кисню на атоми в присутності радикалів; - запуск ланцюгової реакції розпаду молекул кисню на атоми в присутності радикалів здійснюють ініціюючими компонентами - рідким мастилом дозою не менш 0,2 мг або рідким сірковуглецем дозою не менш 0,003 мг у розрахунку на 1 дм чистого кисню, приведеного до нормального фізичного стану - 760 мм ртутного стовпчика і 0 С); - кількість циклів витягання енергії ланцюгової реакції з прийнятої кількості енергоносія (кисню О2) роблять до критичного забруднення енергоносія продуктами розпаду ініціюючого компонента; - повторне використання енергоносія (кисню О2) здійснюють після його очищення фільтром тонкого очищення (молекулярним ситом). Викладене вище підтверджує наявність відмітних ознак у порівнянні з аналогами й прототипом способом, зв'язаним із ланцюговою реакцією однокомпонентного енергоносія - озону (О3), вибух якого здійснюється введенням ініціюючої речовини (Вr2). Прийнятий енергоносій - кисень (О2) високої чистоти має великий запас внутрішньої молекулярної енергії. Крім того, оскільки після ланцюгової реакції хімічна сутність речовини зберігається, тому що після вибуху в камері знову залишається кисень (О2) із невеликою домішкою прореагованого ініціюючого компонента, то розширюються технологічні можливості витягання внутрішньої молекулярної енергії, а також забезпечується високий екологічний стандарт. Зміною послідовності введення компонентів - спочатку заданої кількості енергоносія (кисню О2), а потім ініціюючого компо 5 95841 6 нента (наприклад, мастила або сірковуглецю) засистема включає ресивер для кисню, вузли подачі безпечуються кращі технологічні можливості регуй регулювання тиску кисню, установлені на магістлювання виділюваної потужності, тому що зміна ралі між ресивером і вибуховою камерою. вихідних параметрів - маси кисню в реакційній каКрім того, новим у пристрої є: мері здійснюється в більш безпечних умовах. При - система "Б" ініціювання вибуху кисню вклювведенні в камеру спочатку ініціюючого компоненчає ємність з ініціюючим компонентом (наприклад, та така можливість відсутня. Прийнята послідоврідким мастилом або рідким сірковуглецем CS2), ність дає можливість автоматизації процесу викодозатор ініціюючого компонента, дистанційне керистання внутрішньої молекулярної енергії за рування, трубопровідну арматуру на магістралі між допомогою різного роду механізмів і пристроїв, ємністю ініціюючого компонента і внутрішньою пов'язаних з імпульсним навантаженням. Перетпорожниною вибухової камери, у якій установлено ворення внутрішньої молекулярної енергії у кориссилозбуджуючий елемент у вигляді поршня зі штону роботу в прототипі - способі виконання ланцюком і пружиною повернення поршня до вихідного гової реакції розпаду молекул на атоми й положення, при цьому шток зв'язано кінематично з радикали - відсутнє. механізмом перетворення енергії розпаду молекул Необхідно відзначити простоту регулювання у корисну роботу (формування гофра на трубоппотужності вибуху шляхом збільшення тиску газороводі); подібного кисню в реакційній камері. У результаті - система "В" очищення кисню від домішок цього збільшується кількість молекул кисню, кожна прореагованого в ньому ініціюючого компонента, з яких при розпаді на атоми в присутності радикаяка включає фільтр тонкого очищення (молекулялів виділяє енергію, що дорівнює енергії дисоціації рне сито) і компресор рециркуляції забрудненого молекули. Пропонована схема дозволяє здійснюкисню для його очищення фільтром тонкого очивати багаторазові запуски ланцюгової реакції розщення, запірно-регулюючу трубопровідну арматупаду тієї самої кількості енергоносія. Число циклів ру, установлену на трубопроводі рециркуляції. витягання енергії визначається діапазоном забруТаким чином: днення енергоносія, що обмежено досяжною чис- запропоновано новий екологічно чистий енетотою вихідного продукту і критичним забрудненргоресурс для різних галузей промисловості й ням, при якому реакція розпаду молекул не енергетики, наземного й аерокосмічного транспорвідбувається через обрив ланцюгів збудження ту, руйнування твердих порід, штампування, премолекул. сування та інших технологічних процесів; Спосіб використання внутрішньої молекуляр- є можливість багаторазового витягання внутної енергії носить універсальний характер, що відрішньої молекулярної енергії з однієї і тієї ж порції криває можливість розробки різних пристроїв і чистого кисню в межах докритичного забруднення механізмів для широкого застосування. Як прикйого продуктами розпаду мікродоз ініціюючого лад узято пристрій, аналогом якого є пристрій для компонента - збудника ланцюгової реакції розпаду виготовлення гофра на трубах [4]. Пристрій [4] молекул кисню на атоми й радикали - і викорисмістить вибухову камеру з електродами й порштання цієї енергії для здійснення корисної роботи нем, шток якого з'єднаний з конусом. Робочий інза допомогою механічних перетворювачів; струмент має вигляд півматриць і секторного пуа- є можливість повторення багаторазового цинсона, установленого на опорі. Опору з'єднано клу витягання внутрішньої молекулярної енергії стержнем із корпусом камери. Кожен сектор пуанпісля очищення кисню від домішок фільтрами тонсона зв'язаний із кронштейном, що має похилий кого очищення (молекулярними ситами). паз, у якому встановлені ролики вилок, жорстко На кресленні показана принципова конструкз'єднаних із штоком. Пристрій містить також опортивна схема пристрою для використання енергії ну розрізну пластинку. Опора й сектори пуансона розпаду молекул газу. для полегшення ковзання мають взаємно оборотні Пристрій містить вибухову камеру 1 із реакційконічні поверхні. Камера має штуцери для підклюною порожниною 2 і поршнем 3 із штоком 4, що чення технологічних систем. з'єднаний з конусом 5. Запоршнева порожнина Недоліки пристрою [4] наступні: має пружину 6 повернення поршня й канал 7 ви- великі витрати енергії на виробництво гофра; ходу газу в атмосферу. - підвищена небезпека виконання робіт у зв'язРобочий інструмент виконано у вигляді півмаку із застосуванням високої напруги; триць 8,9 і секторного пуансона 10, установленого - низька продуктивність праці. на опорі 11. Опора 11 з'єднана з корпусом вибухоВ основу пристрою для використання внутрішвої камери 1 стержнем 12. Кожен сектор пуансона ньої молекулярної енергії поставлена задача реа10 зв'язаний із кронштейном 13, що має похилий лізації вищевикладеного запропонованого спосопаз 14, у якому встановлені ролики 15 вилок 16, бу, що має високу економічну ефективність і жорстко з'єднаних із штоком 4. Пристрій містить екологічну чистоту виробництва. також опорну розрізну пластинку 17. Для полегПоставлену задачу вирішено таким чином, що шення ковзання опора 11 і сектори пуансона 10 в пристрої для використання енергії розпаду молемають взаємно оборотні конічні поверхні. Вибухокул газу, який містить вибухову камеру, систему ва камера має штуцери, до яких приєднані пнев"Б" ініціювання вибуху кисню й механізм перетвоматична система "А" і гідравлічна система "Б". рення енергії вибуху в камері в корисну роботу, Пневматична система "А" має ресивер 18 для новим є те, що вибухову камеру обладнано систезберігання не менш ніж 95 % молекулярного кисмою "А" наповнення робочої порожнини камери не ню, що приєднаний до заправної магістралі через менш ніж 95 % молекулярним киснем (О2), і ця наповнювальний вентиль 19 і до магістралі 20 по 7 95841 8 дачі кисню у вибухову камеру 1, на якій установстовпа і 0 С). Відбувається ланцюгова реакція лені вентиль 21, редуктор тиску 22 і зворотний розпаду молекул кисню на атоми й радикали, у клапан 23. Тиск кисню виміряється манометром результаті чого виділяється енергія. Кінцевим 24. продуктом ланцюгової реакції розпаду молекул є Гідравлічна система "Б" має ємність 25 для також кисень із невеликою домішкою прореаговазберігання ініціюючого компонента (наприклад, ного в ньому ініціюючого компонента. рідкого мастила або рідкого сірковуглецю CS2), Енергія вибуху переміщає поршень 3 униз, у наповнювальний вентиль 26 подачі ініціюючого результаті чого конус 5 розсовує секторний пуанкомпонента в дозатор 27 через зворотний клапан сон 10 у напрямку змикання з півматрицями 8 і 9, 28, установлені на магістралі 29. На вихідному що деформують кінець труби 40 у формі гофра. У трубопроводі 30 дозатора встановлено зворотний процесі вибуху кисню зворотні клапани 23,31,34,39 клапан 31. запобігають проходженню вибухової хвилі в сисПневматична система "В" є рециркуляційною і теми "А", "Б", "В". призначена для очищення відпрацьованої порції Використання газоподібного кисню як енергокисню від домішок прореагованими ініціюючими носія дозволяє багаторазове повторення циклів. компонентами, що утворилися в результаті багаКількість повторних циклів визначається критичторазових включень для здійснення корисної роним забрудненням кисню в процесі багаторазових боти. У систему "В" входить рециркуляційна магіспусків пристрою. У пристрої передбачено систему траль 32, на якій установлений фільтр 33 тонкого "В" для збільшення експлуатації заданої порції молекулярного очищення. Ділянка магістралі закисню шляхом очищення його від критичної кількобору забрудненого кисню включає зворотний класті домішок прореагованого в ньому ініціюючого пан 34, вентиль 35 скидання забрудненого продуккомпонента. Для виконання очищення необхідно ту в уловлювальний фільтр (на кресленні не відкрити вентилі 35,36 і 38, при цьому прохідний показаний), вентиль 36 і компресор 37. На трубопканал триходового крана 35 зв'язують із входом роводі після фільтра 33 установлено вентиль 38 і фільтра 33. При включеному компресорі 37 забрузворотний клапан 39. Об'єктом формування є труднений кисень очищається молекулярним ситом ба-заготовка 40. фільтра 33 до вихідної чистоти, потім вентилі Діє пристрій наступним чином. Вихідне поло35,36 і 38 закривають. Бруд скидають у відстійник ження поршня 3 верхнє, чому сприяє пружина 6. (на кресленні не показаний) через триходовий Сектори пуансона 10 під дією кронштейнів 13 і кран 35. вилок 14 зведені, а 8,9 розімкнуті. Після установки Відповідність технічного рішення, що заявлятруби-заготовки 40 до упору в пластину 17 робється, критерієві "промислова придатність винахолять наступне. Ресивер 18 заповнюють не менш ду" випливає з прикладу виконання способу і приніж 95 % молекулярним киснем, для чого відкристрою, у якому даний спосіб перетворення вають вентиль 19. Тиск кисню в ресивері контровнутрішньої молекулярної енергії у корисну роботу люють манометром 24. Редуктором 22 регулюють здійснений. заданий тиск і через зворотний клапан 23 відкритДжерела інформації: тям вентиля 21 подають кисень у порожнину 2 1. Глинка Н.Л. Общая химия. Л.: Химия, 1977 вибухової камери 1, при цьому поршень 3 знахог., с. 113,181-184. диться у вихідному положенні. При наявності в 2. Семѐнов Н.Н. Цепные реакции. М: Наука, ємності 25 ініціюючого компонента (рідкого масти1986 г., с. 338-347. ла або рідкого сірковуглецю CS2) відкривають вен3. Бирман И.М. Аппаратчик воздухоразделитиль 26 і подають ініціюючий компонент у дозатор тельной установки. Справочник. М.: Металлургия, 27 за допомогою дистанційного керування. Пода1978 г., с. 143-147. чею струму включають дозатор, що впорскує у 4. А. с. № 683834 "Устройство для изготовлевибухову камеру дозу ініціюючого компонента (нания гофров на трубах", кл. B 21 D 15/04, авторы приклад, рідке мастило дозою не менш 0,2 мг або В.А. Зябров, В.В. Мишин и др., опубл. 05.09.79 г., рідкий сірковуглець дозою не менш 0,003 мг у розбюл. № 33. 3 рахунку на 1 дм чистого кисню, приведеного до нормального фізичного стану: 760 мм ртутного 9 Комп’ютерна верстка Л. Купенко 95841 Підписне 10 Тираж 23 прим. Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601