RU217370U1 - Устройство для получения тепловой энергии - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к устройству для получения тепловой энергии, которое может быть использовано в промышленности, производящей товары народного потребления, в медицинской промышленности и других отраслях экономики, где есть потребность в получении устройств для получения тепловой энергии. Технический результат - обеспечение выделения тепловой энергии с одновременным обеспечением эффективности тепловыделения при проведении экзотермических химических реакций. Устройство содержит матрицу и наполнитель, образующие совокупную массу, корпус с горизонтально ориентированным основанием, закладной полостью, вертикально ориентированной боковой стенкой с отверстием, матрица и наполнитель размещены в закладной полости. Доля матрицы, в совокупной массе, составляет 61,73 мас. %, а доля наполнителя - остальное. Матрица образована кристаллической фракцией щавелевой кислоты. Наполнитель образован кристаллической фракцией оксида кальция.

Description

Полезная модель относится к устройству для получения тепловой энергии, которое может быть использовано в промышленности, производящей товары народного потребления, в медицинской промышленности и других отраслях экономики, где есть потребность в получении тепловой энергии.

Известно устройство, содержащее матрицу и наполнитель, образующие совокупную массу, корпус с горизонтально ориентированным основанием, закладной полостью, вертикально ориентированной боковой стенкой с отверстием, матрица и наполнитель размещены в закладной полости, горизонтально ориентированное основание скреплено с вертикально ориентированной боковой стенкой с отверстием, образующих границу закладной полости (RU 213041 U1, опубликовано 22.08.2022). Известная полезная модель выбирается в качестве наиболее близкого аналога, т.к. совпадает с заявляемой полезной моделью по наибольшему количеству существенных признаков, включая назначение.

Техническая проблема: в известной полезной модели используются материалы, а также конструктивное выполнение элементов полезной модели осуществлено таким образом, что она не может обеспечить проведение экзотермических химических реакций с эффективным выделением тепловой энергии, а следовательно, она не может проявить свойство, связанное с наличием способности выделить тепловую энергию.

Данная техническая проблема является существенной и требует своего разрешения путем создания нового устройства, способного выделить не только тепловую энергию, но и обеспечить эффективность процесса тепловыделения при проведении экзотермических химических реакций.

Для разрешения технической проблемы надлежит внести существенные конструктивные изменения в конструкцию устройства, а также изменения в части образования отдельных ее элементов из определенных материалов. Привнесенные изменения должны находится в причинно-следственной связи с техническим результатом.

Задача, на решение которой направлена заявленная полезная модель: создание новой конструкций устройства, которое лишено указанного выше недостатка, способно выделить тепловую энергию с одновременным обеспечением эффективности тепловыделения при проведении экзотермических химических реакций.

Технический результат - обеспечение выделения тепловой энергии устройством с одновременным обеспечением эффективности тепловыделения при проведении экзотермических химических реакций.

По общему правилу эффективность тепловыделения при проведении экзотермических химических реакций будет во всех случаях обеспечена, если при проведении первой химической реакции выделяется тепловая энергия, а продукт, полученный от проведения первой химической реакции, участвует во второй химической реакции также с выделением тепла, т.е. обе химические реакции являются экзотермическими. Также на эффективность тепловыделения оказывает положительное влияние выбор оптимального количества веществ, участвующих в химических реакциях, что позволит исключить передачу выделенной тепловой энергии к веществам, которые могут остаться после проведения химических реакций.

Технический результат представлен заявителем таким образом, чтобы обеспечить возможность понимания специалистом на основании уровня техники его смыслового содержания.

Заявитель раскрыл задачу, на решение которой направлена заявленная полезная модель, с указанием обеспечиваемого им технического результата.

Сущность заявленной полезной модели заключается в том, что устройство для получения тепловой энергии содержит матрицу и наполнитель, образующие совокупную массу, корпус с горизонтально ориентированным основанием, закладной полостью, вертикально ориентированной боковой стенкой с отверстием, матрица и наполнитель размещены в закладной полости, горизонтально ориентированное основание скреплено с вертикально ориентированной боковой стенкой с отверстием, образующих границу закладной полости, при этом доля матрицы, в совокупной массе, составляет 61,73 мас. %, а доля наполнителя - остальное, матрица образована кристаллической фракцией щавелевой кислоты, а наполнитель образован кристаллической фракцией оксида кальция.

Сущность полезной модели как технического решения выражена заявителем в совокупности существенных признаков, необходимой и достаточной для достижения обеспечиваемого полезной моделью технического результата. Именно заявленная совокупность признаков полезной модели является существенной, которая необходима для реализации полезной моделью назначения и получения заявленного технического результата.

Сопоставительный анализ заявляемой полезной модели с наиболее близким аналогом показывает, что полезная модель имеет следующие общие признаки:

- устройство для получения тепловой энергии;

- матрица;

- наполнитель;

- матрица и наполнитель образуют совокупную массу;

- корпус с горизонтально ориентированным основанием, закладной полостью, вертикально ориентированной боковой стенкой с отверстием;

- матрица и наполнитель размещены в закладной полости;

- горизонтально ориентированное основание скреплено с вертикально ориентированной боковой стенкой с отверстием, образующих границу закладной полости;

- доля матрицы, в совокупной массе, составляет 61,73 мас. %;

- доля наполнителя - остальное;

- матрица образована кристаллической фракцией щавелевой кислоты;

- наполнитель образован кристаллической фракцией оксида кальция.

На чертеже представлен общий вид заявляемого устройства в разрезе.

Устройство содержит: матрицу 1 (см. чертеж), наполнитель 2, горизонтально ориентированное основание 3, вертикально ориентированную боковую стенку с отверстием 4, закладную полость 5.

Матрица 1 образована кристаллической фракцией щавелевой кислоты, имеющей химическую формулу С₂Н₂О₄. Технические условия на щавелевую кислоту определены ГОСТ 22180-76 «Реактивы. Кислота щавелевая. Технические условия».

Наполнитель 2 образован кристаллической фракцией оксида кальция, имеющего химическую формулу СаО. Технические условия на оксид кальция определены ГОСТ 22180-76 «Реактивы. Кальция оксид. Технические условия».

Горизонтально ориентированное основание 3 обеспечивает размещение устройства на горизонтальной опорной поверхности. Горизонтально ориентированное основание 3 скреплено с вертикально ориентированной боковой стенкой с отверстием 4, которые образуют границу закладной полости 5 и одну деталь. Объем закладной полости 5 выполнен с возможностью обеспечения размещения в ней матрицы, наполнителя и воды, необходимой для проведения первой химической реакции между оксидом кальция и водой. Объем закладной полости 5 также выполнен с возможностью обеспечения размещения в ней ингредиентов, участвующих во второй химической реакции, а также ингредиентов, полученных от проведения второй химической реакции.

Матрица 1 и наполнитель 2 размещены в закладной полости 5. Горизонтально ориентированное основание 3, закладная полость 5, вертикально ориентированная боковая стенка с отверстием 4 образуют корпус устройства композитного.

Матрица 1 и наполнитель 2 сопряжены между собой, что подтверждается следующими доводами.

Молекула щавелевой кислоты содержит две карбоксильные группы - СООН, в которой два атома углерода связаны между собой, с кислородом и с гидроксильной группой - ОН.

При этом кислород гидроксильной группы, являясь по своей химической природе элементом с электроотрицательностью, оттягивает к себе общую с атомом водорода электронную пару в свою сторону и приобретает частичный отрицательный заряд.

Одновременно водород гидроксильной группы при смещении в сторону кислорода общей электронной пары становится положительно заряженным катионом.

В молекуле оксида кальция с ионным типом связи валентные электроны кальция практически полностью смещены в сторону кислорода, который приобретает мощный отрицательный заряд.

Как результат этого перераспределения электронной плотности между атомами водорода и кислорода в гидроксильной группе, в молекулярной кристаллической решетке щавелевой кислоты и между атомами кислорода и кальция, в ионной кристаллической решетке оксида кальция, возникает сильное электростатическое притяжение между анионом кислорода оксида кальция и катионом водорода щавелевой кислоты, что обусловливает возникновение физико-химической связи, что обеспечивает сопряжение между матрицей 1 и наполнителем 2, т.е. между кристаллической фракцией щавелевой кислоты и кристаллической фракцией оксида кальция.

Тепловая энергия выделяется в результате двух экзотермических реакций, а именно оксида кальция с водой и щавелевой кислоты с гидроксидом кальция:

Расчет, необходимой для осуществления экзотермических реакций, массы оксида кальция, щавелевой кислоты и воды для двух химических реакций:

Определим массу оксида кальция и щавелевой кислоты, которые в ходе прохождения экзотермических реакций будут генерировать тепловую энергию.

Рассчитаем на первом шаге необходимое количество компонентов смеси в мольных долях.

Поскольку по первой реакции из одного моля оксида кальция получаем один моль гидроксида кальция, а по второй реакции гидроксид кальция и щавелевая кислота реагируют в эквимолярных соотношениях, то общее количество теплоты, которое выделяют 1 моль оксида кальция по первой реакции и 1 моль щавелевой кислоты по второй реакции составляет:

Требуемое число молей каждого вещества будет равно:

194 ⋅ n=431,13 n=2,22 моль,

где и далее ⋅ - знак умножения.

Для определения массы каждого компонента необходимо число молей умножить на соответствующие молярные массы:

m СаО=56 ⋅ 2,22=124 г=0,124 кг (масса наполнителя 2);

m С₂Н₂О₄=90 ⋅ 2,22=200 г=0,2 кг (масса матрицы 1).

Определим совокупную массу матрицы 1 и наполнителя 2

0,2+0,124=0,324 кг.

Определим мас. % матрицы 1 в совокупной массе

(0,2 ⋅ 100)/0,324=61,73 мас. %

Таким образом, доля матрицы 1, в совокупной массе матрицы 1 и наполнителя 2, составляет 61,73 мас. %, что является необходимым и достаточным для проведения химических реакций без остатка реагирующих продуктов, что обеспечивает повышение эффективности процесса выделения тепловой энергии. Следовательно, признак заявляемой полезной модели «доля матрицы, в совокупной массе, составляет 61,73 мас. %» оказывает положительное влияние на достижение технического результата, а, следовательно, является существенным и подлежит включению в независимый пункт формулы заявляемой полезной модели.

Горизонтально ориентированное основание 3 и вертикально ориентированная боковая стенка с отверстием 4 образованы из пластмассы, например, полипропилена, что продиктовано малой теплопроводностью указанного материала, что обеспечит сохранность тепловой энергию от излишних потерь.

Пример осуществления полезной модели.

Изготовили корпус из полипропилена высотой - 75 мм, диаметром - 255 мм, образовав скрепленные между собой горизонтально ориентированное основание 3 и вертикально ориентированную боковую стенку с отверстием 4, посредством которых была выполнена граница закладной полости 5 (см. чертеж), объем которой 2,8 л. Полученный объем закладной полости 5 является достаточным для обеспечения размещения в ней матрицы 1, наполнителя 2 и воды, необходимой для проведения первой химической реакции между оксидом кальция и водой, т.е. объем закладной полости 5 больше суммарного объема матрицы 1, наполнителя 2 и воды, необходимой для проведения первой химической реакции между оксидом кальция и водой. Объем закладной полости 5 также выполнен с возможностью обеспечения размещения в ней ингредиентов, участвующих во второй химической реакции, а также ингредиентов, полученных от проведения второй химической реакции.

Образовали матрицу 1 из кристаллической фракции щавелевой кислоты. Образовали наполнитель 2 из кристаллической фракции оксида кальция. Распределили равномерно наполнитель 2 в матрице 1, что обеспечило их взаимное сопряжение. Получили совокупную массу матрицы 1 и наполнителя 2, равную 0,324 кг, где доля матрицы 1, в совокупной массе, составила 61,73 мас. %, а доля наполнитель 2 - остальное. Разместили матрицу 1 и наполнитель 2 в закладной полости 5, как показано на чертеже.

Процесс выделения тепловой энергии по первой и второй химическим реакциях был инициирован следующим образом.

Использовали воду в количестве 0,124 кг, которую ввели в закладную полость 5 и непосредственно на матрицу 1 и наполнитель 2, что обеспечило инициирование первой химической реакции между материалом наполнителя 2 - кристаллической фракцией оксида кальция и водой с выделением тепловой энергии и получением гидроксида кальция (гашеной извести):

В результате проведения первой химической реакции был получен гидроксид кальция Са(ОН)₂, который обеспечил инициирование второй химической реакции между материалом матрицы 1 - кристаллической фракцией щавелевой кислоты С₂Н₂О₄ и гидроксидом кальция Са(ОН)₂ с выделением тепловой энергий и получением оксалата кальция СаС₂O₄ и воды:

Полученные результаты практических экспериментов показали, что две химические реакции являются экзотермическими и проходят параллельно, а, следовательно, обеспечивают эффективное выделение тепловой энергии, часть которой расходовалась на образование пара - теплоносителя тепловой энергии, температура которого составила 100°С.

Таким образом, представленное теоретическое обоснование и полученный результат эксперимента указывают на то, что технический результат - обеспечение выделения тепловой энергии устройством с одновременным обеспечением эффективности тепловыделения при проведении экзотермических химических реакций, достигается в полной мере, причем эффективность тепловыделения обеспечивается за счет инициирования двух экзотермических реакций, проходящих в одной закладной полости 5.

Заявленная полезная модель является техническим решением, относящимся к устройству, т.к. формула полезной модели содержит совокупность относящихся к устройству существенных признаков, достаточную для решения указанной заявителем технической проблемы и достижения технического результата, обеспечиваемого полезной моделью.

Из приведенного перечня признаков заявляемой полезной модели и решения поставленной задачи наглядно видно, что решение представляет собой новую совокупность существенных признаков, как сочетание известных и новых признаков, обеспечивающих получение нового технического результата, неизвестного на дату подачи настоящей заявки.

Заявляемая полезная модель обеспечивает решение поставленной задачи и получение нового технического результата, который действительно может быть получен при его использовании. Между совокупностью существенных признаков заявляемой полезной модели и достигаемым техническим результатом существует прямая причинно-следственная связь, т.к. каждый из признаков независимого пункта формулы полезной модели необходим, а вместе достаточны для обеспечения получения нового технического результата. Каждый существенный признак полезной модели, нашедший свое выражение в независимом пункте формулы полезной модели, влияет на достижение заявленного технического результата.

Каждый признак полезной модели в отдельности является существенным, а их совокупность образует совокупность существенных признаков полезной модели, оказывающих влияние на достижение технического результата. Признаки полезной модели, характеризующие взаимное размещение отдельных элементов устройства относительно друг друга, также являются существенными, т.к. оказывают свое влияние на достижение технического результата и решение поставленной задачи.

Заявляемая полезная модель является промышленно применимой, т.к. может быть использована в промышленности, сельском хозяйстве, здравоохранении и других отраслях экономики или в социальной сфере. Заявляемая полезная модель может быть воспроизведена в том виде, как она охарактеризована в независимом пункте формулы полезной модели с использованием известных и доступных материалов, технологий, технологического оборудования и имеющихся навыков работников. В случае осуществления полезной модели действительно возможна реализация указанного выше назначения и получение заявленного технического результата. Для изготовления устройства используют известные материалы, технологические процессы и оборудование.

Заявляемая полезная модель является новой, т.к. она неизвестно из уровня техники. Не известна из уровня техники совокупность существенных признаков заявляемой полезной модели и их влияние на получение заявляемого технического результата.

Существенные признаки полезной модели носят технический характер, идентифицируемы и охарактеризованы в терминах, которые известны в технике.

Совокупность существенных признаков заявляемой полезной модели, необходима и достаточна для получения заявляемого технического результата. Заявляемая совокупность признаков полезной модели обеспечивает получение неожиданного, необычного сверхсуммарного технического результата, который превосходит технический результат, получаемый от каждого существенного признака в отдельности, применительно к объектам указанного назначения.

Заявленная полезная модель соответствует условиям патентоспособности, предусмотренным абзацем первым пункта 1 статьи 1351 Гражданского кодекса Российской Федерации (далее - Кодекс): является техническим решением, относящимся к устройству, достигается указанный технический результат, существует причинно-следственная связь между признаками заявленной полезной модели и указанным техническим результатом, описание полезной модели содержит обоснование достижения технического результата, обеспечиваемого полезной моделью, полезная модель не противоречит известным законам природы и знаниям современной науки о них.

Заявитель выполнил требования к документам заявки, предусмотренные подпунктами 1-4 пункта 2 статьи 1376 Кодекса. Описание полезной модели раскрывает ее с полнотой, достаточной для осуществления полезной модели специалистом в данной области техники. Содержатся в документах заявки сведения о назначении полезной модели, о техническом результате, обеспечиваемом полезной моделью, раскрыта совокупность существенных признаков, необходимых для достижения указанного заявителем технического результата. Заявителем соблюдены установленные требования к документам заявки, применяемые при раскрытии сущности полезной модели и раскрытии сведений о возможности осуществления полезной модели.

Заявителем соблюдены требования, установленные подпунктом 3 пункта 2 статьи 1376 Кодекса к содержанию формулы полезной модели.

Таким образом, заявленная полезная модель является устройством, соответствует требуемым условиям патентоспособности полезной модели (новизна, промышленная применимость), описание полезной модели раскрывает ее сущность с полнотой, достаточной для осуществления полезной модели специалистом в данной области техники, полезная модель обеспечивает получение заявленного технического результата, решение поставленной задачи.

Claims (1)

1. Устройство для получения тепловой энергии, характеризующееся тем, что содержит матрицу и наполнитель, образующие совокупную массу, корпус с горизонтально ориентированным основанием, закладной полостью, вертикально ориентированной боковой стенкой с отверстием, матрица и наполнитель размещены в закладной полости, горизонтально ориентированное основание скреплено с вертикально ориентированной боковой стенкой с отверстием, образующих границу закладной полости, при этом доля матрицы, в совокупной массе, составляет 61,73 мас. %, а доля наполнителя - остальное, матрица образована кристаллической фракцией щавелевой кислоты, а наполнитель образован кристаллической фракцией оксида кальция.

Images