Система восстановления озонового слоя в локальной области

 

Система восстановления озонового слоя в локальной области относится к защите окружающей среды и касается проблемы сохранения озонового слоя. Задачей изобретения является поддержание концентрации озона для сохранения озонового слоя. Система содержит расположенный на земле 2 генератор 1 кислорода (озона), насосный агрегат (компрессор) 3 и шланг 4, верхний конец которого прикреплен к летательному аппарату (аэростату) 5. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области защиты окружающей среды и касается проблемы сохранения озонового слоя.

Известно предложение А. Ванга [1] о защите озонового слоя с помощью радиоволн, образующих на высоте 50-80 км слой, подпитываемый с земли энергией радиоволн, свободных электронов, которые вступая в соединение с нейтральными атомами хлора разрушителями озона, образуют ионы хлора, не влияющие на озон. Однако создать такое поле, которое ионизирует полностью все атомы хлора, представляется крайне сложным и нет гарантии, что часть атомов хлора сохранится. Неясно также, что произойдет с атомами фтора. Способ А. Ванга может быть использован в качестве прототипа для настоящего предложения.

Известна также система кондиционирования воздуха [2] содержащая возхдухопровод, поднятый вертикально и удерживаемый в этом положении летательным аппаратом. У верхнего конца находится компрессор, который подкачивает в трубу чистый воздух, который, выходя из нижнего конца воздухопровода, вытесняет загрязненный воздух и очищает атмосферу. Это решение примем за прототип.

Целью изобретения является поддержание концентрации озона для сохранения озонового слоя.

Сущность изобретения состоит в том, что предложена система, которая в случае обнаружения при измерении концентрации озона (изменение производится любым известным методом) и ее уменьшения, по сравнению с номинальным значением под этой "озоновой дырой", состоит из размещенной на Земле установки для получения кислорода (озона), шланга, расположенного вертикально для подъема на необходимую высоту озонового слоя (20-25 км) и выпуска его в зонах пониженной компенсации, и насосного агрегата, расположенного на Земле, причем для поддержания шланга в вертикальном положении его закрепляют на летательном аппарате, например аэростате.

Для удержания шланга в вертикальном положении можно использовать оттяжки, закрепляемые на поверхности Земли.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляется система отличается от известной тем, что генератором кислорода (озона) является специальная установка для получения этого газа, расположенная у нижнего конца, выход шланга расположен выше его входа в области озонового слоя, а компрессор расположен также у нижнего конца шланга, у поверхности Земли. Таким образом, заявляемый способ соответствует критерию "Новизна".

В известном техническом решении [1] в котором облучают радиоволнами область озоновой дыры, практически очень сложно обеспечить ионизацию большинства атомов хлора (фтора), рассредоточенных на большом пространстве, и тем самым защитить молекулы озона. Более того, так как дислокация и концентрация атомов хлора (фтора) могут быть совершенно произвольными и поэтому практически невозможно обеспечить целенаправленное, достаточное и контролируемое облучение. В прототипе [2] компрессор расположен вверху, в верхнем слое атмосферы, а выход шланга ниже его входа. Ни в одном из известных решений отличительные признаки заявки не найдены. Это позволяет заключить, что предлагаемое решение соответствует критерию "Существенные отличия".

Изобретение основано на том факторе, что масса озона в озоновом слое относительно невелика.

Известно, что озоновый слой расположен на высотах 10-50 км с максимальной плотностью в районе H=20-25 км. При этом общее количество озона соответствует толщине h=2-4 мм. При нормальных условиях (4 мм в приполярных районах).

Оценим угловой размер озоновой дыры величиной в f=0,01 полного телесного угла (4·3,14·f, f=0,01). Тогда для высоты H=25 км получим количество озона в озоновой дыре: где M масса, a плотность озона при нормальных условиях (3,2 т/м³), h толщина озонового слоя (причем h= 25 км), V объем слоя, R=6670 км радиус Земли.

При использовании трубопровода его закрепляют снизу, на поверхности Земли около кислородной станции и поддерживают в вертикальном положении с помощью привязного стратостата, а также боковыми стяжками. При необходимости на поверхности Земли около станции система содержит нагнетающий в шланг насосный агрегат.

Необходимые параметры трубопровода могут быть грубо оценены из соотношения для наклоненных вверх трубопроводов: где P разность давлений; G массопоток; L длина трубопровода; D диаметр трубопровода; d удельный вес переносимого газа; b коэффициент (b 6-20, примем b=16).

Высота озонового слоя 25 км (L 2,5·10⁴ м),
d_кисл 2,14 кг/м³
d_оз 3,21 кг/м³
При осуществимом значении P 12,5 атм (правое слагаемое в (2) соответствует минимальному перепаду в 7,5 атм) и предполагая, что процессы обеднения озонового слоя составляют несколько месяцев, а, следовательно, подобную длительность могут иметь и процессы восстановления. Поэтому, задаваясь месячным сроком, можем вычислить необходимый для восстановления слоя массопоток озона, его определяем из (1):

Подставляя в предыдущую формулу (2) и решая его относительно D, получаем искомое значение для необходимого диаметра трубопровода
D 20 м
Создание подобного трубопровода является реальной задачей и может быть выполнено в одну или несколько отдельных ниток.

Полученное значение необходимого потока газа может быть передано наверх при использовании трубы достаточного диаметра (более 20 м), при условии определенного избыточного давления снизу (более 12,5 атм).

Известно, что для получения 1 м³ кислорода из воздуха необходима затрата энергии порядка 1 кВт/ч, тогда для получения 30 т кислорода, имеющем объем:

(0,9·10⁴ м/c для озона при нормальных условиях), необходимо затратить 1,4·10⁴ кВт/ч, 0,9·10⁴ кВт/ч. Для выработки 1,4·10⁴ м³/с или иметь источник мощностью 50·10³ мВт соответственно. Известно, что мощность ветроэлектростанций имеет порядок 1 мВт (КБ "Радуга" г. Дубна), тогда для решения задачи необходимо поставить приблизительно M₁=50000 ВЭС.

Известно также, что мощные отечественные генераторы кислорода имеют производительность 3,5·10⁴ м³/ч (или 10 м³/с).

Поэтому для получения 30 т кислорода в секунду необходимо поставить

Таким образом, используя экологически чистый процесс получения кислорода-озона при больших, но технически реальных объемах оборудования, можно добиться восстановления концентрации озона в локальных атмосферных областях.

Если же длительность процесса восстановления установить в 10 или 30 мес, то соответственно G 3 т/с (1,0 т/с), D 17 м (10м), N₁ 5000 ВЭС (1600 ВЭС) и N₂ 140 установок.

На чертеже приведена схема предлагаемой установки.

Система состоит из генератора кислорода (озона) 1, расположенного на Земле 2 (твердой или морской поверхности), насосного агрегата (компрессора) 3, нагнетающего кислород в нижний конец шланга 4, верхний конец которого прикреплен к летательному аппарату (аэростату) 5.

Система работает следующим образом.

На кислородной станции 1, расположенной на Земле, генерируют озон или кислород, накачивают его насосом 3 в нижний конец шланга 4, и озон (кислород) выходит из верхнего конца шланга 4 в атмосферу, причем сам шланг поддерживается в вертикальном положении, например, летательным аппаратом 5.

Летательный аппарат может быть полностью или частично совмещен со шлангом, например, шланг по длине может содержать цельные полости, наполненные легким газом, например водородом или гелием.

Наконец, целая группа сигналов, а что может быть целесообразным, может быть объединена в единую конструкцию типа фермы.

Формула изобретения

1. Система восстановления озонового слоя в локальной области, содержащая компрессор, эластичный шланг, который соединен с выходом компрессора, и средство для удержания конца шланга в поднятом состоянии, например летательный аппарат, отличающаяся тем, что она содержит генератор кислорода (озона), выход которого соединен с входом компрессора, причем генератор кислорода (озона) и компрессор расположены вблизи поверхности Земли, а второй конец шланга расположен в верхних слоях атмосферы на высоте озонового слоя.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что летательный аппарат выполнен в виде распределенной по длине сплошной или секционированной системы камер, наполненных водородом или гелием.

РИСУНКИ

Рисунок 1