С целью повышения эффективности практического теплопользования предлагается новый тепловой насос. В основу его работы заложена эндотермическая реакция расщепления молекул воды, как рабочего тела, и последующее экзотермическое сжигание полученных водорода и кислорода, что обеспечивает массовую холодопроизводительность до 15,8 МДж/кг воды и конечную температуру пара 2700°С. Такие высокие удельные параметры предлагаемого устройства позволят успешно применять его при утилизации тепловых потерь промышленных энергетических установок или любых других источников с единичной тепловой мощностью до 1000 МВт, а также на объектах малой энергетики, например, на транспорте. Ниже представлено описание изобретения, приводятся расчеты основных параметров рабочего процесса и примеры вариантов его осуществления.

1.1. Известны различные способы разложения воды и получения из нее водорода восстановлением его активными металлами, углеродом или углеводородами, электролизом раствора электролита и ряд других (журнал “Автомобильный транспорт”, №4, 1992, с.38). При этом в них не используется теплота окружающей среды или промышленные теплопотери, например, с выхлопными газами двигателей внутреннего сгорания, паром на электростанциях и т.д.[1]. К тому же электролиз является весьма энергоемким процессом и в нем потребляется промышленная электроэнергия (18 ё 21,6 МДж/м3 водорода), на выработку которой в свою очередь затрачивается соответственно 32,7-36,2 МДж, что делает производство газа недопустимо дорогим [2,3].

Сущность изобретение состоит в том, что расщепление молекул воды производят путем механического гравитационного электролиза раствора электролита без подвода электрического тока в условиях постоянного подогрева и вращения с частотой, определяемой из математического выражения,
wі{[q2(1 - aT)][16 peeо Dm rhК(r - 0,5h)(2rв + rи)2]-1}1/2 (1),
где
q - электрический заряд тяжелого иона, Кл;
Т - абсолютная температура раствора, К;
Dm - разность масс гидратированных катиона и аниона, кг;
r - линейная концентрация тяжелых ионов, м-1, r = 10(С·N)1/3, где
С - мольная концентрация раствора, моль/л,
N - число Авогадро, моль-1;
h - высота столба раствора, м;
К - степень диссоциации электролита, 10-2%;
r - внутренний радиус емкости ротора, м;
a - температурный коэффициент изменения энергии гидратной связи, К-1;
eо - абсолютная диэлектрическая проницаемость, Ф/м;
e - относительная диэлектрическая проницаемость раствора;
rв - эффективный радиус молекулы воды, м;
rи - эффективный радиус тяжелого иона, м;
p - трансцендентное число, равное 3,141.

1.2. Принимаем в качестве примера внутренний радиус емкости ротора r = 0,3 м, высоту столба раствора электролита h = 0,23 м, средний радиус столба раствора rср = 0,185 м.

1.3. Электролит HBrO3 при Т = 18 °С, концентрация С = 6M, степень диссоциации К = 0,85.
Параметры жидких продуктов (здесь и далее исходные и справочные данные взяты в [4]):
водорода P = 1,3 МПа, T = -240 °С, r = 0,07·103 кг/м3;
кислорода P = 5,0 МПа, T = -118 °С, r = 1,142·103 кг/м3;
брома Tкип = 59,9 °С, Tпл = -7,3 °С, r = 3,12·103 кг/м3.

1.4. Масса ионов и молекулы воды, m, 10-26кг:
BrO4- = 23,92;
BrO3- = 21,26;
Br- = 13,26;
H3O+ = 3,16;
H+ = 0,166;
H2O = 2,99.

1.5. Объемная (интегральная) теплота гидратации, кДж/г-ион (Дж/ион):
H+ = 1107,7(184·10-20);
H3O+ = 401,28(66,65·10-20);
Br- = 317,68(52,77·10-20);
OH- = 480,7(79,85·10-20).

Ориентировочные пределы полной энергии (теплоты) одной линейной гидратной связи иона для различных электролитов, 10-20 Дж/ион: нижний 4,69 (28,24 кДж/г-ион), верхний 23 (138,46 кДж/г-ион ), средний 13,845 (83,35 кДж/г-ион ).

1.6. Эффективный радиус, 10-10м:
Br- = 1,96; BrO3- = 2,93;
H2O = 1,38;
O-2 = 1,36;
H+ = 0,46.

1.7. Энергия (максимальная теплота) связи группы OH WOH = 23,6·10-20 Дж, что незначительно больше верхнего предела энергии (теплоты) одной линейной гидратной связи

2. РАБОЧИЙ ПРОЦЕСС