дезинтегратор ассоциатов молекул воды

Формула изобретения

Дезинтегратор ассоциатов молекул воды, содержащий цилиндрический корпус с входным и выходным патрубками, размещенный по оси корпуса ротор с глухими отверстиями на его цилиндрической поверхности, взаимодействующими через кольцевую щель с отверстиями корпуса, отличающийся тем, что упомянутые отверстия выполнены в перфорированном кольце, установленном между кольцевой щелью и корпусом, причем размер отверстий превышает размер капилляра, а перфорированное кольцо образует с корпусом полость, разобщенную от входного и выходного патрубков и сообщенную патрубком со сборником ассоциатов молекул дейтериевой (D₂О) и протиевой (Н₂О) воды и со следующими ступенями дезинтеграторов со сборниками, при этом конечный сборник сообщен с приемной камерой установки электролиза, включающей катодную и анодную секции, разобщенные полупроницаемой перегородкой, а входной патрубок дезинтегратора первой ступени сообщен со сборником дезинтеграта ленточного пресс-фильтра, сообщенного с хлореллогенератором, включающим светопроницаемый корпус с размещенными снаружи корпуса светильниками, выполненный с перфорированными перегородками, образующими секции, причем приемная секция сообщена по бражке, а выходная секция - по биогазу, с камерой метанового брожения биореактора, которая в свою очередь сообщена с камерами щелочного, нейтрального, кислого брожений, при этом камеры сообщены патрубками с диспергаторами, включающими корпус с ребристой внутренней поверхностью, взаимодействующей с ребристой поверхностью ротора, а камера кислого брожения сообщена со сборником продуктов жизнедеятельности человека.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области дезинтеграции и может быть применено для переработки продуктов жизнедеятельности /метаболитов/ человека на орбитальных станциях, межпланетных кораблях с выработкой дейтерия для термоядерных реакторов.

Известен дезинтегратор, содержащий цилиндрический корпус с входным и выходным патрубками, размещенный по оси корпуса ротор с глухими отверстиями на цилиндрической поверхности, взаимодействующими через кольцевую щель с отверстиями корпуса /патент РФ N 2086641, кл. C 12 M 1/33, C 02 F 3/00,1987/, недостатком которого является низкая степень дезинтеграции ассоциатов молекул воды, что снижает эффективность его работы при выделении дейтериевой /D₂O/ воды из протиевой /H₂O/.

Достижение цели обеспечивается тем, что отверстия корпуса выполнены в перфорированном кольце, установленном между кольцевой щелью и корпусом, причем размер отверстий превышает размер капилляров, а перфорированное кольцо образует с корпусом полость, разобщенную от входного и выходного патрубков и сообщенную патрубком со сборником ассоциатов молекул дейтериевой и протиевой воды, со следующими ступенями дезинтеграторов и приемной камерой установки электролиза, включающей катодную и анодную секции, разобщенные полупроницаемой перегородкой, входной патрубок дезинтегратора первой ступени сообщен со сборником дезинтегратора ленточного пресс-фильтра, сообщенного с хлореллогенератором, включающим светопроницаемый корпус с размещенными снаружи корпуса светильниками, с перфорированными перегородками, образующими секции, приемная и выходная секции хлореллогенератора сообщены по бражке и биогазу с камерой метанового брожения биореактора, которая в свою очередь сообщена с камерами щелочного, нейтрального и кислого брожений, причем каждая из камер сообщена патрубками с диспергаторами, включающими корпус с ребристой поверхностью, взаимодействующей с ребристой поверхностью ротора, а камера кислого брожения биореактора сообщена со сборником продуктов жизнедеятельности человека.

Хлорелла в условиях фотосинтеза усваивает диоксид углерода из биогаза и растворенные примеси бражки из биореактора и накапливает в своем организме 0,4-0,6% дейтериевой воды, которую отделяют от протиевой в поле центробежных сил дезинтегратора, основываясь на том, что плотность дейтериевой воды на 10%, а вязкость на 23% выше протиевой воды. Температура кипения дейтериевой воды 101,42^oC, а соответственно, она медленнее испаряется и быстрее конденсируется, что создает предпосылки для дезинтеграции ассоциатов молекул дейтериевой и протиевой воды. А дейтерий является основой энергетики межпланетных кораблей, когда использование солнечных батарей становится неэффективным.

На чертеже схематически представлена установка жизнеобеспечения межпланетного корабля с применением дезинтегратора.

Дезинтегратор содержит цилиндрический корпус 1 с входным 2 и выходным 3 патрубками, размещенный по оси корпуса 1 ротор 4 с глухими отверстиями 5 на его цилиндрической поверхности, взаимодействующими через кольцевую щель 6 с отверстиями 7 корпуса 1. Отверстия 7 выполнены в перфорированном кольце 8, установленном между кольцевой щелью 6 и корпусом 1, причем размер отверстий 7 превышает размер капилляра, а перфорированное кольцо 8 образует с корпусом 1 полость 9, разобщенную от входного 2 и выходного 3 патрубков и сообщенную патрубком 10 со сборником 11 ассоциатов молекул дейтериевой и протиевой воды, со следующими ступенями дезинтеграторов 12 и 13 со сборниками 14 и 15, причем сборник 15 сообщен с приемной камерой 16 установки электролиза 17, включающей катодную 18 и анодную 19 секции, разобщенные полупроницаемой перегородкой 20, а входной патрубок 2 дезинтегратора первой ступени сообщен со сборником 21 дезинтегратора ленточного пресс-фильтра 22, сообщенного с хлореллогенератором 23, включающим светопроницаемый корпус 24 с размещенными снаружи корпуса 24 светильниками 25, выполненный с перфорированными перегородками 26, образующими секции 27, приемная секция 28 сообщена по бражке, а выходная секция 29 - по биогазу с камерой 30 метанового брожения биореактора 31, которая в свою очередь сообщена с камерами: 32 - щелочного, 33 - нейтрального, 34 - кислого брожения, причем каждая из камер 32-34 и 30 сообщены патрубками 35 и 36 с диспергаторами 37, включающими корпус с ребристой внутренней поверхностью 38, взаимодействующей с ребристой поверхностью ротора 39, а камера 34 сообщена со сборником 40 продуктов жизнедеятельности человека. Секция 28 сообщает хлореллогенератор 23 с газосборником 41, а через него с газовой турбиной 42 и электрогенератором постоянного тока 43, а газовая турбина 42 по выхлопу сообщена с выходной секцией 29 хлореллогенератора 23. Катодная секция 18 камеры электролиза установки 17 сообщена со сборником 44 дейтерия, а анодная секция 19 со сборником 45 кислорода. Термоядерная установка, работающая на распаде дейтерия, на чертеже не показана. Камера 30 метанового брожения биореактора 31 по шламу сообщена с ленточным пресс-фильтром 46.

Дезинтегратор ассоциатов молекул воды в установке утилизации продуктов жизнедеятельности межпланетного корабля работает следующим образом.

Продукты жизнедеятельности человека /метаболиты/ из сборника 40 поступают в камеру 34 кислого брожения, в которой взвеси измельчают в диспергаторе 37 за счет срезающих усилий, возникающих между ребристыми поверхностями 39 ротора и ребристой поверхностью 38 корпуса, причем забор субстрата осуществляют через патрубок 35 в верхней части, а выброс - через патрубок 36 в нижней. За счет измельчения размер взвесей становится сопоставимым с размерами кислотогенов, ацетогенов, ацетогидрогенов ... метаногенов. При брожении субстрат занимает 4/5 объема биореактора 31, а в верхней части собирается парогазовая смесь. Пузырьки пара или газа, образующиеся на поверхности частиц, выносят их на поверхность субстрата, образуя поверхностную корку, которую разрушают за счет рециркуляции субстрата через диспергатор 37. Одновременно происходит обновление поверхности контакта между взвесями и микроорганизмами, интенсифицирующими процесс сбраживания. На остаточных биогенных элементах питания бражки в хлореллогенераторе 23 проводят их исчерпывание, наращивая биомассу хлореллы при обработке субстрата биогазом, содержащим углекислый газ, который усваивается хлореллой в условиях фотосинтеза при интенсивном облучении от светильников 25 через светопроницаемый корпус 24. Бражка опускается сверху вниз, а биогаз продувается противотоком к нему. В процессе накопления биомассы хлорелла накапливает в себе дейтериевую воду, ее концентрация составляет 0,4-0,6% от массы хлореллы. Хлореллу дезинтегрируют механическим путем в ленточном пресс-фильтре 22. На входе из пресс-фильтра 22 получают концентрат хлореллы, содержащий до 50% белка, витамины, в т.ч. витамин B₁₂. Вкус биомассы напоминает тыквенные семечки - является съедобной. Дезинтеграт из сборника 21 пресс-фильтра 22 поступает по патрубку 2 в кольцевую щель 6 между перфорированным кольцом 9 и ротором 4. При вращении ротора 4 вода из глухих впадин 5 перемещается в виде жидкостного поршня, при опорожнении впадины 5 между жидкостным поршнем и днищем возникает разрежение, в жидкостном поршне возникают пузырьки пара, в кольцевой щели 6 пузырьки пара конденсируются, объем конденсата в тысячу раз меньше объема пара и в воде возникают пустоты, которые с гидравлическими ударами заполняются объемами воды из жидкостных поршней и выдавливают дейтериевую воду, плотность которой на 10% выше протиевой, через отверстия 7 перфорированного кольца 8 в полость 9. Обратному выходу дейтериевой воды препятствует ее вязкость, которая на 23% выше протиевой, т.е. происходит дезинтеграция ассоциатов молекул воды, которой способствует более высокая температура кипения дейтериевой воды - 101,42^oC, т.е. она медленнее испаряется и быстрее конденсируется в сравнении с протиевой водой. В кольцевой щели протекают тепловые процессы. При выходе из впадин 5 ротора 4 в кольцевой щели динамическое давление переходит в статическое и под более высоким напором впадины 5 заполняются новыми порциями воды. Пульсации давлений сопровождаются потерями давлений, которые переходят в тепловую энергию с повышением ее температуры и испарениями. В результате дезинтеграции ассоциатов молекул воды вода в полости 9 обогащается дейтериевой водой. Подобные преобразования происходят в следующих ступенях дезинтеграции 12, 13. Причем с каждой ступенью дезинтегратора эффективность процесса обогащения возрастает в связи с ростом доли дейтериевой воды в сравнении с протиевой. Таким образом концентрацию дейтериевой воды доводят до 90-95%. В камере электролиза 17 воду разлагают на кислород и дейтерий с отводом в сборники 44 для дейтерия и 45 для кислорода. В хлореллогенераторе 23 происходит обогащение биогаза метаном за счет исчерпывания углекислого газа хлореллой. Биогаз из газосборника 41 сжигают в газовой турбине 42 привода генератора 43 постоянного тока. Выхлоп газовой турбины /углекислый газ, пары воды/ направляют в хлореллогенератор 23. Щелочную воду из катодной секции 18 направляют в камеру щелочного брожения 32 биореактора 31 для повышения щелочности бражки, необходимой для эффективной жизнедеятельности метаногенов. Камера метанового брожения 30 биореактора 31 по шламу сообщена с пресс-фильтром 46 для отжатия биоудобрения, лишенного запаха, которое может быть использовано для выращивания фитомассы - источника витаминов для обитателей орбитальной станции, межпланетного корабля. Установка может быть использована при освоении теневой поверхности Луны.