Тепловыделяющая система - RU2756166C2
Код документа: RU2756166C2
Чертежи
Описание
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
[0001] Настоящее изобретение относится к тепловыделяющей системе.
ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0002] Недавно было сделано сообщение, что когда внутрь контейнера, снабженного тепловыделяющими элементами, изготовленными из палладия (Pd), подают газообразный дейтерий и нагревают, происходит реакция тепловыделения (см., например, Непатентный документ 1 и Непатентный документ 2 литературы).
[0003] Что касается подобного явления выделения избытка тепла (энтальпия на выходе больше, чем исходная энтальпия) при использовании аккумулирующего водород металла, такого как палладий (Pd), или аккумулирующего водород сплава, такого как сплав палладия, подробный механизм тепловыделения обсуждался среди исследователей в каждой стране. Например, в Непатентных документах 3-6 и в Непатентном документе 1 также сообщалось о наличии явления тепловыделения, и можно сказать, что явление тепловыделения является реально происходящим физическим явлением. Поскольку явление тепловыделения вызывает выделение избытка тепла, избыток тепла может быть использован в качестве эффективного источника тепла, если есть возможность управления явлением тепловыделения.
Список цитируемой литературы
Патентные документы
[0004] Патентный документ 1: патент США № 9182365
Непатентные документы
[0005] Непатентный документ 1: A. Kitamura, et al., “Anomalous effects in charging of Pd powders with high density hydrogen isotopes”, Physics Letters A 373 (2009) 3109-3112
Непатентный документ 2: A. Kitamura, et al., “Brief summary of latest experimental results with a mass-flow calorimetry system for anomalous heat effect of nano-composite metals under D(H)-gas charging” CURRENT SCIENCE, VOL. 108, NO. 4, p. 589-593, 2015
Непатентный документ 3: Y. Iwamura, T. Itoh, N. Gotoh and I. Toyoda, Fusion Technology, Vol. 33, p. 476-492, 1998.
Непатентный документ 4: I. Dardik, et al., “Ultrasonically-excited electrolysis Experiments at Energetics Technologies”, ICCF-14 International Conference on Condensed Matter Nuclear Science. 2008. Washington, DC.
Непатентный документ 5: Y. ARATA and Yue-Chang ZHANG, “Anomalous Difference between Reaction Energies Generated within D2O-Cell and H2O-Cell”, Jpn. J. Appl. Phys. Vol. 37 (1998) pp. L 1274 - L 1276
Непатентный документ 6: F. Celani et al., “Improved understanding of self-sustained, sub-micrometric multicomposition surface Constantan wires interacting with H2 at high temperatures: experimental evidence of Anomalous Heat Effects”, Chemistry and Materials Research, Vol. 3 No. 12 (2013) 21
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Техническая задача
[0006] В тепловыделяющем элементе-ячейке, созданной с использованием технологий, описанных в Непатентных документах 1-6, где тепло генерируют с использованием аккумулирующего водород металла или аккумулирующего водород сплава, вероятность возникновения явления тепловыделения иногда бывает небольшой. Даже если в данной тепловыделяющем элементе-ячейке однажды выделился избыток тепла, может возникать явление, при котором избыток тепла по некоторым причинам неожиданно уменьшается. Поэтому имеется проблема, заключающаяся в том, что получение ожидаемого тепла оказывается нестабильным.
[0007] Настоящее изобретение было сделано в связи с наличием указанной проблемы, и задачей настоящего изобретения является обеспечение тепловыделяющей системы, способной к стабильному тепловыделению, чем было возможно до сих пор, в описанном выше нестабильном тепловыделяющем элементе-ячейке, которая генерирует тепло с использованием аккумулирующего водород металла или аккумулирующего водород сплава.
Решение задачи
[0008] Для решения указанной проблемы тепловыделяющая система по настоящему изобретению включает: тепловыделяющий элемент-ячейку, которая включает контейнер и реагент, который предусмотрен в контейнере, образован из аккумулирующего водород металла или аккумулирующего водород сплава, и имеет множество металлических наночастиц, образованных на поверхности реагента, причем и атомы водорода поглощаются в металлических наночастицах с выделением избытка тепла, когда газ на основе водорода, содействующий тепловыделению, подается в контейнер; и циркуляционное устройство, обеспечивающее циркуляцию газа на основе водорода в тепловыделяющем элементе-ячейке, при этом, циркуляционное устройство включает циркуляционный канал, который предусмотрен вне контейнера и соединяет выпускное отверстие контейнера с впускным отверстием контейнера, насос, обеспечивающий циркуляцию газа на основе водорода в контейнере через циркуляционный канал, и фильтр, который предусмотрен по пути циркуляционного канала и адсорбирует и удаляет примеси из газа на основе водорода.
Преимущественные эффекты изобретения
[0009] В соответствии с настоящим изобретением тепловыделяющий элемент-ячейка, которая генерирует избыток тепла в результате реакции тепловыделения, может увеличивать и/или поддержания избыточное тепловыделение благодаря циркуляции газа на основе водорода и одновременного удаления примесей из газа на основе водорода; и, таким образом, тепло может выделяться более стабильно, чем было возможно до сих пор.
Краткое описание чертежей
[0010] Фиг. 1 представляет собой схему, поясняющую общую конфигурацию тепловыделяющей системы по первому варианту осуществления изобретения;
На фиг. 2 представлен график, показывающий перенос избытка тепла при использовании газообразного дейтерия;
На фиг. 3 представлен график, показывающий изменение температуры наружной стенки контейнера тепловыделяющего элемента-ячейки при использовании газообразного дейтерия;
На фиг. 4 представлен график, показывающий перенос избытка тепла при использовании обычного газообразного водорода;
На фиг. 5 представлен график, показывающий изменение температуры наружной стенки контейнера тепловыделяющего элемента-ячейки при использовании обычного газообразного водорода;
На фиг. 6 представлен график, показывающий количество прошедшего дейтерия, давление газообразного дейтерия и температуру образца;
Фиг. 7 представляет собой схему, поясняющую общую конфигурацию тепловыделяющей системы по второму варианту осуществления изобретения;
Фиг. 8 представляет собой вид в перспективе соплового узла;
Фиг. 9 представляет собой вид сбоку, поясняющий состояние, когда сопловой узел размещен под реагентом;
Фиг. 10 представляет собой вид сбоку, поясняющий вариант, в котором сопловые узлы размещены по обеим сторонам реагента;
Фиг. 11 представляет собой вид сбоку, поясняющий состояние, когда множество сопловых узлов размещено по обеим сторонам реагента; и
Фиг. 12 представляет собой схему, поясняющую общую конфигурацию тепловыделяющей системы по третьему варианту осуществления изобретения.
ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0011] Первый вариант осуществления изобретения
Первый вариант осуществления настоящего изобретения далее описан подробно на основе прилагаемых чертежей.
[0012] (1) Общая конфигурация тепловыделяющей системы по настоящему изобретению.
Как показано на фиг. 1, теплогенерирующая система 1 по настоящему изобретению включает тепловыделяющий элемент-ячейку 2, в которой газ на основе водорода, содействующий тепловыделению, подаются в контейнер 6, циркуляционное устройство 3, обеспечивающее циркуляцию газа на основе водорода в тепловыделяющем элементе-ячейке 2, и устройство 4 рекуперации тепла, которое рекуперирует тепло из газа на основе водорода, нагретого в результате выделения избытка тепла в тепловыделяющем элементе-ячейке 2. Тепловыделяющий элемент-ячейка 2 имеет контейнер 6, в котором предусмотрен аккумулирующий водород металл, такой как Pd, Ni, Pt и Ti, или аккумулирующий водород сплав, содержащий по меньшей мере один из этих элементов. Когда во внутреннее пространство контейнера 6 подают газ на основе водорода и нагревают, происходит реакция тепловыделения, в результате чего выделяется избыток тепла. В качестве газа на основе водорода в тепловыделяющий элемент-ячейку 2 может быть подан газообразный дейтерий и/или обычный газообразный водород. Отметим, что под обычным газообразным водородом понимается газ на основе водорода, содержащий, по меньшей мере, 99,985% газообразного протия.
[0013] Более конкретно, тепловыделяющий элемент-ячейка 2, используемая в тепловыделяющей системе 1, представляет собой тепловыделяющий элемент-ячейку 2, созданную с применением технологий, описанных в Непатентном документе 1, Непатентном документе 2, Непатентном документе 6 и Международной публикации № WO 2015/008859. Может быть использована внутренняя структура, описанная в Непатентных документах 1, 2, 6 и Международной публикации № 2015/008859.
[0014] Отметим, что в настоящем варианте осуществления изобретения описан случай, в котором в качестве тепловыделяющего элемента-ячейки 2, выделяющей избыток тепла посредством использования аккумулирующего водород металла или аккумулирующего водород сплава при подаче в контейнер 6 газа на основе водорода, содействующего тепловыделению, используется тепловыделяющий элемент-ячейка 2, имеющая конструкцию, описанную в Международной публикации № WO2015/008859 (фиг. 5), однако, настоящее изобретение этим не ограничивается. Если избыток тепла может быть получен с использованием аккумулирующего водород металла или аккумулирующего водород сплава при подаче в контейнер газа на основе водорода, содействующего тепловыделению, любая конфигурация, описанная в Непатентный документах 1, 2, 6 и в других Непатентных и Патентных документах, может быть использована в качестве тепловыделяющего элемента-ячейки 2.
[0015] (2) Тепловыделяющий элемент-ячейка
Тепловыделяющий элемент-ячейка 2 включает контейнер 6 и реагент, который предусмотрен в контейнере 6, образован из аккумулирующего водород металла или аккумулирующего водород сплава и имеет множество металлических наночастиц, образованных на его поверхности. Атомы водорода поглощаются в металлических наночастицах с выделением избытка тепла, когда газ на основе водорода, содействующий тепловыделению, подается в контейнер 6. В тепловыделяющем элементе-ячейке 2 согласно настоящему изобретению в ходе реакции тепловыделения внутреннее пространство контейнера 6 нагревается при помощи нагревателя 17 без генерации плазмы в контейнере 6, в нагретый контейнер 6 подается газообразный дейтерий, таким образом может быть получен избыток тепла, больший или равный температуре нагревания. Контейнер 6 изготовлен, например, из нержавеющей стали (SUS306 или SUS316) и т.п., внутри него имеется цилиндрическое замкнутое пространство. Отметим, что номером позиции 6а обозначен оконный блок, изготовленный из прозрачных деталей, таких как ковар/стекло, и предназначенный для того, чтобы оператор мог непосредственно видеть состояние внутри контейнера 6, который при этом остается герметично закрытым.
[0016] Контейнер 6 снабжен каналом 31 подачи газа на основе водорода. После того, как газ на основе водорода подан из канала 31 подачи газа на основе водорода через регулирующие клапаны 32а, 32b, подачу газа на основе водорода прекращают, и в контейнере 6 может оставаться заданное количество газа на основе водорода. Отметим, что номером позиции 35 обозначен безмасляный насос, и газ из контейнера 6, в случае необходимости, отводят вовне контейнера 6 через выпускной канал 33 и регулирующий клапан 32с, таким образом, обеспечивается откачивание газа и регулирование давления.
[0017] Контейнер 6 имеет такую конструкцию, в которой реагент 7 размещен в непосредственном контакте с поверхностью внутренней стенки, образуя цилиндрическое пространство. Весь контейнер 6 заземлен, реагент 7, контактирующий с внутренней стенкой контейнера 6, также заземлен. Реагент 7 имеет сетчатую форму, образованную тонкой проволокой, сформированной из аккумулирующего водород металла, такого как Pd, Ni, Pt и Ti, или аккумулирующего водород сплава, содержащего по меньшей мере, один из этих элементов, которой придана цилиндрическая форма, соответствующая цилиндрическому пространству контейнера 6. Реагент 7 включает множество металлических наночастиц (не показаны), имеющих лежащую в нанодиапазоне ширину 1000 нм или менее, образованных на поверхности тонкой проволоки; поверхностный оксидный слой удален, так что поверхность металлических частиц находится в активированном состоянии.
[0018] В пространстве, окруженном реагентом 7, имеются реагенты 8, 9 спирального типа, каждый из которых выполняет роль электрода. Реагенты 8, 9 спирального типа выполняют роль анода и катода, так что в ходе плазменной обработки, такой как предварительная обработка, реагенты 8, 9 спирального типа могут создавать тлеющий разряд с целью возбуждения плазмы в контейнере 6. Например, в тепловыделяющем элементе-ячейке 2 один реагент 8 спирального типа выполняет роль анода, реагент 7 заземляют с целью возбуждения плазмы в течение заданного периода времени, затем другой реагент 9 спирального типа выполняет роль катода, и реагент 7 заземляют с целью возбуждения плазмы в течение заданного периода времени. Этот процесс повторяют заданное число раз в качестве плазменной обработки. Таким образом, в тепловыделяющем элементе-ячейке 2 множество металлических наночастиц имеющих наноразмер, может быть образовано на каждой поверхности реагента 7 и реагентов 8, 9 спирального типа.
[0019] Один реагент 8 спирального типа снабжен стержневым электродом 11, который соединен с внешним источником питания (не показан) посредством кабеля 14а, так что к стержневому электроду 11 может быть приложено заданное напряжение от источника питания. Реагент 8 спирального типа, например, имеет конструкцию, в которой тонкая поволока 12, изготовленная из аккумулирующего водород металла, такого как Pd, Ni, Pt и Ti, или аккумулирующего водород сплава, намотана спирально вокруг стержневого электрода 11 из электропроводного материала, Al2O3 (алюмооксидная керамика) и т.п., и на поверхности тонкой проволоки 12 посредством плазменной обработки образовано множество металлических наночастиц с размером, лежащим в нанодиапазоне.
[0020] Другой реагент 9 спирального типа снабжен пластинчатым электродом 16, который соединен с внешним источником питания (не показан) посредством кабеля 14d, так что к стержневому электроду 16 может быть приложено заданное напряжение от источника питания. Электрод 16 изготовлен из электропроводного материала, Al2O3 (алюмооксидная керамика) и т.п., на поверхности электрода 16 имеется нагреватель 17. Нагреватель 17 соединен с внешним источником 25 тепловой мощности кабелями 14b, 14с, так что реагент 9 спирального типа может быть нагрет до заданной температуры.
[0021] Нагреватель 17 представляет собой, например, керамический нагреватель, и тонкая проволока 18, изготовленная из аккумулирующего водород металла, такого как Pd, Ni, Pt и Ti, или аккумулирующего водород сплава, спирально намотана вокруг нагревателя 17. Множество металлических наночастиц, имеющих наноразмер, также образовано на поверхности тонкой проволоки 18 в результате описанной выше плазменной обработки. Отметим, что номером позиции 26 обозначен вольтамперметр, подключенный к кабелям 14b, 14с с целью измерения тока и напряжения, прикладываемых к нагревателю 17 при его нагревании. Отметим, что реагент 9 спирального типа может иметь конструкцию, в которой тонкая проволока 18 намотана вокруг группы, состоящей из электрода 16 и нагревателя 17.
[0022] Множество измерителей 20а, 20b, 21а, 21b, 21с температуры установлено в заданных точках контейнера 6 с целью измерения температуры в соответствующих положениях. В данном варианте осуществления изобретения измерители 20а, 20b температуры установлены вдоль внутренней стенки контейнера 6 с целью измерения температуры внутренней стенки. Другие измерители 21а, 21b, 21с температуры установлены на электроде 16 реагента 9 спирального типа с целью измерения температуры электрода 16. Отметим, что измерители 21а, 21b, 21с температуры имеют разную длину с целью измерения температуры, например, в каждой из частей электрода 16: нижней части, средней части и верхней части.
[0023] В тепловыделяющем элементе-ячейке 2 множество металлических наночастиц с размером, имеющих наноразмер, может быть образовано на поверхностях реагентов 8, 9 спирального типа и реагента 7 путем плазменной обработки, затем реагенты 8, 9 спирального типа и реагент 7 нагревают при помощи нагревателя 17 (не показано), газообразный дейтерий подают в контейнер 6, в котором поддерживают вакуум. При этом, в тепловыделяющем элементе-ячейке 2 атомы водорода поглощаются металлическими наночастицами на поверхностях реагентов 8, 9 спирального типа и реагента 7, тем самым, в контейнере 6 может выделиться избыток тепла, больший или равный температуре нагревателя 17. При этом, температура нагревания, до которой нагревают реагенты 8, 9 спирального типа и реагент 7 при помощи нагревателя 17, желательно, составляет 200°С или выше, более предпочтительно, 250°С или выше.
[0024] (3) Циркуляционное устройство
Далее будет описано циркуляционное устройство 3. Циркуляционное устройство 3 включает циркуляционный канал 40, соединяющий выпускное отверстие 39а контейнера 6, которое предусмотрено в заданном положении, с впускным отверстием 39b, которое предусмотрено в контейнере 6 в положении, отличном от положения выпускного отверстия 39а, так что газ на основе водорода из контейнера 6 тепловыделяющего элемента-ячейки 2 может циркулировать по циркуляционному каналу 40. То есть, циркуляционный канал 40 предусмотрен вне контейнера 6 и соединяет выпускное отверстие 39а контейнера 6 с впускным отверстием 39b контейнера 6. Циркуляционный канал 40 снабжен блоком 41 управления расходом, который управляет расходом циркулирующего газа на основе водорода, насосом 42, обеспечивающим циркуляцию газа на основе водорода, и фильтром 43, который удаляет примеси из газа на основе водорода.
[0025] Насос 42, например, представляет собой сильфонный насос, предназначенный для отведения газа на основе водорода из контейнера 6 тепловыделяющего элемента-ячейки 2 в циркуляционный канал 40 и возвращения газа в контейнер 6 через циркуляционный канал 40. Фильтр 43 адсорбирует воду (водяной пар) и углеводород, а также продукты реакции, такие как С, S и Si, при этом не адсорбируя инертный газ, такой как газообразный водород, так что из газа на основе водорода могут быть удалены примеси. То есть, фильтр 43 предусмотрен по пути циркуляционного канала 40 и обеспечивает адсорбцию и удаление примесей из газа на основе водорода. Циркуляционное устройство 3 может подавать в контейнер 6 свежий газ на основе водорода, при этом, свежий газ на основе водорода получают путем удаления примесей в фильтре 43. Тем самым, в тепловыделяющем элементе-ячейке 2 циркуляционное устройство 3 непрерывно обеспечивает подачу газа на основе водорода, из которого удалены примеси, ингибирующие возбуждение и поддержание реакции тепловыделения, непрерывно поддерживая состояние, в котором легко генерируется избыток тепла, и, кроме того, повышая и/или поддерживая выделение избытка тепла после того, как избыток тепла отведен. Отметим, что посредством проверочных испытаний, описанных ниже, было подтверждено, что когда примеси непрерывно удаляют из газа на основе водорода, подаваемого в тепловыделяющий элемент-ячейку 2, избыток тепла в тепловыделяющем элементе-ячейке 2 постепенно увеличивается.
[0026] Блок 41 управления расходом представляет собой, например, регулирующий клапан и предназначен для управления расходом циркуляции газа на основе водорода, когда газ на основе водорода снова возвращают в контейнер 6 через циркуляционный канал 40 из контейнера 6. В данном варианте осуществления изобретения блок 41 управления расходом может осуществлять управление расходом циркуляции газа на основе водорода в соответствии с величинами температуры, измеренными измерителями 20а, 20b, 21а, 21b, 21с температуры, имеющимися в тепловыделяющем элементе-ячейке 2. Например, блок 41 управления расходом увеличивает расход циркуляции газа на основе водорода, если температура, измеренная измерителями 20а, 20b, 21а, 21b, 21с температуры понизилась, с тем, чтобы количество газа на основе водорода, проходящее через фильтр 43, могло быть больше. Тем самым, циркуляционное устройство 3 может увеличивать количество газа на основе водорода в тепловыделяющем элементе-ячейке 2, при этом, газ на основе водорода получают путем удаления примесей, ингибирующих реакцию тепловыделения. Соответственно, циркуляционное устройство 3 может способствовать выделению избытка тепла в тепловыделяющем элементе-ячейке 2.
[0027] Блок 41 управления расходом может управлять количеством газа на основе водорода, поступающего в контейнер 6, при этом газ на основе водорода имеет температуру, которая уменьшена при прохождении через циркуляционный канал 40, тем самым, температуру внутри контейнера 6 можно регулировать при помощи газа на основе водорода. Например, когда блок 41 управления расходом увеличивает расход циркуляции газа на основе водорода, в контейнер 6 может быть подано больше охлажденного газа на основе водорода, благодаря чему стимулируется уменьшение температуры внутри контейнера 6. С другой стороны, когда блок 41 управления расходом уменьшает расход циркуляции газа на основе водорода, количество охлажденного газа на основе водорода, подаваемого в контейнер 6, может быть увеличено, тем самым, снижение температуры в контейнере 6 подавляется. В частности, в данном варианте осуществления изобретения в циркуляционном канале 40 размещено устройство 4 рекуперации тепла (описываемое ниже), выполняющее рекуперацию тепла газа на основе водорода, следовательно, температура газа на основе водорода уменьшается при прохождении по циркуляционному каналу. Таким образом, блок 41 управления расходом управляет расходом газа на основе водорода так, что возможно регулирование температуры в контейнере 6.
[0028] В настоящем варианте осуществления изобретения циркуляционное устройство 3 снабжено выпускным отверстием 39а и впускным отверстием 39b, предусмотренными в соответствующих обращенных друг к другу стенках контейнера 6, а реагент 7 и реагенты 8, 9 спирального типа расположены в контейнере 6 в области между выпускным отверстием 39а и впускным отверстием 39b. Тем самым, в тепловыделяющем элементе-ячейке 2, когда газ на основе водорода, из которого удалены примеси, ингибирующие реакцию тепловыделения, поступает через впускное отверстие 39b, газ на основе водорода проходит через реагент 7, после этого поступает в область, где находятся реагенты 8, 9 спирального типа, таким образом, образуется поток газа на основе водорода к выпускному отверстию 39а. В результате, газ на основе водорода, из которого удалены примеси, ингибирующие реакцию тепловыделения, может бесперебойно поступать в области вокруг реагента 7 и реагентов 8, 9 спирального типа.
[0029] (4) Устройство рекуперации тепла
Устройство 4 рекуперации тепла установлено на циркуляционном канале 40 циркуляционного устройства с целью отведения тепла от газа на основе водорода, проходящего по циркуляционному каналу 40. В данном варианте осуществления изобретения устройство 4 рекуперации тепла предусмотрено на циркуляционном канале 40 выше по потоку от блока 41 управления расходом, насоса 42 и фильтра 43, входящих в циркуляционное устройство 3, с целью отведения тепла от газа на основе водорода сразу же после того, как газ на основе водорода поступил из выпускного отверстия 39а контейнера 6 в циркуляционный канал 40. Таким образом, устройство 4 рекуперации тепла может отводить от газа на основе водорода больше тепла до того, как температура газа на основе водорода будет снижена в циркуляционном устройстве 3.
[0030] Устройство 4 рекуперации тепла включает теплообменник 47, размещенный вдоль циркуляционного канала 40, и энергообменник 48, осуществляющий преобразование тепла, отведенного теплообменником 47, в энергию. В теплообменнике 47 имеется труба, установленная с возможностью движения вдоль циркуляционного канала 40, по трубе протекает теплопоглощающая текучая среда. Когда теплопоглощающая текучая среда протекает по трубе, движущейся вдоль циркуляционного канала 40, теплопоглощающая текучая среда отводит тепло от газа на основе водорода, движущегося по циркуляционному каналу 40, и, таким образом, нагревается. Энергообменник 48 представляет собой, например, турбину, термоэлектрический элемент или двигатель Стирлинга и способен вырабатывать энергию из тепла теплопоглощающей текучей среды.
[0031] (5) Проверочные испытания с использованием газообразного дейтерия
Тепловыделяющую систему, включающую тепловыделяющий элемент-ячейку 2 и циркуляционное устройство 3, показанную на фиг. 1, изготовили с целью проведения проверочных испытаний, направленных на изучение выделения избытка тепла в тепловыделяющем элементе-ячейке 2. Для этих проверочных испытаний подготовили цилиндрический реагент 7, изготовленный из Ni в форме сетки, реагент 8 спирального типа, в котором электрод 11, изготовленный из Pd, обмотан тонкой проволокой 12, изготовленной из Pd, и реагент 9 спирального типа, в котором керамический нагреватель (нагреватель 17), вокруг которого обмотана тонкая проволока 18, изготовленная из того же Pd, установлен на электроде 16, изготовленном из Pd; эти реагенты установили в контейнере 6 из нержавеющей стали, как показано на фиг. 1.
[0032] В качестве газа на основе водорода, способствующего тепловыделению в тепловыделяющем элементе-ячейке 2, использовали газообразный дейтерий. Например, термопары производства OMEGA Engineering Inc. (торговое наименование: k type sheath thermocouple) использовали в качестве измерителей 20a, 20b, 21a, 21b, 21c температуры. Кроме этого, в данном проверочном испытании использовали три дополнительные термопары на наружной стенке контейнера 6 тепловыделяющего элемента-ячейки 2. А именно, первая термопара была установлена на боковой поверхности наружной стенки в положении ниже верхней поверхности контейнера 6, примерно, на одну треть высоты стенки, вторая термопара была установлена на боковой поверхности наружной стенки в положении ниже верхней поверхности контейнера 6, примерно, на две трети высоты стенки, третья термопара была установлена на наружной стенке в центральной части контейнера 6 (в положении ниже верхней поверхности контейнера 6, примерно, на половину высоты стенки).
[0033] Отметим, что в тепловыделяющем элементе-ячейке 2, когда один реагент 8 спирального типа выполнял роль анода, проводили плазменную обработку, в ходе которой напряжение от 600 до 1000 В прикладывали на время от 600 с до 100 ч, при этом, пространство в контейнере 6 было замкнутым, газ из него откачан до давления в контейнере 6 от 10 до 500 Па с целью возбуждения тлеющего разряда. Затем, другой реагент 9 спирального типа выполнял роль катода, и проводили плазменную обработку с возбуждением тлеющего разряда, как описано выше. Таким образом, со всех поверхностей, а именно, с поверхности тонкой проволоки 12 реагента 8 спирального типа, с поверхности тонкой проволоки 18 реагента 9 спирального типа и с поверхности реагента 7 удаляли оксидный слой и формировали множество металлических наночастиц с размером, лежащим в нанодиапазоне, и диаметром частицы 1000 нм или менее.
[0034] Отметим, что в другом проверочном испытании после проведения плазменной обработки провели осмотр реагентов 8, 9 спирального типа и реагента 7 при помощи SEM (сканирующий электронный микроскоп) с целью подтверждения образования металлических наночастиц. В результате было подтверждено, что на реагентах 8, 9 спирального типа и реагенте 7 образовались металлические наночастицы с размером 1000 нм или менее.
[0035] Например, в качестве фильтра 43 использовали фильтр производства Nippon Sanso Corporation (торговое наименование: purifilter). В этом проверочном испытании, после проведения в тепловыделяющем элементе-ячейке 2 плазменной обработки, нагреватель 17 продолжали нагревать, подводя на входе мощность около 20 Вт с тем, чтобы температура в контейнере 6 соответствовала заданной температуре. Контейнер 6 заполняли газообразным дейтерием и организовывали его циркуляцию с определенным расходом вплоть до максимального расхода 2,8 л/мин при помощи циркуляционного устройства. В это время при помощи измерителя 21а температуры, установленного в центре контейнера 6, проверяли, выделяется ли избыток тепла в тепловыделяющем элементе-ячейке 2; полученный результат представлен на фиг. 2. Как показано на фиг. 2, внутреннее пространство контейнера 6 нагревали при помощи нагревателя 17, и начальная температура во время введения в контейнер 6 газообразного дейтерия составляла около 290°С.
[0036] Затем измеряли температуру в контейнере 6 при продолжении циркуляции газообразного дейтерия в контейнере 6 при помощи циркуляционного устройства через фильтр 43. В результате, как показано на фиг. 2, было подтверждено, что температура в контейнере 6 постепенно увеличивалась. В это время измеряли температуру наружной стенки контейнера 6 при помощи описанных выше трех термопар, установленных на наружной стенке контейнера 6 тепловыделяющего элемента-ячейки 2; полученный результат представлен на фиг. 3. Отметим, что на фиг. 3 также показан результат наблюдения за давлением газообразного дейтерия в контейнере 6.
[0037] На основании данных, представленных на фиг. 3, не было подтверждено, что три термопары фиксировали значительный рост температуры наружной стенки контейнера 6. Следовательно, можно утверждать, что рост температуры, показанный на фиг. 2, был вызван не внешним нагревом наружной стенки контейнера 6, а выделением избытка тепла, большего или равного температуре нагревания вокруг реагента 9, снабженного в контейнере 6 измерителем 21а температуры. Данным проверочным испытанием также было подтверждено, что в тепловыделяющей системе 1 во внутреннем пространстве контейнера 6 тепловыделяющего элемента-ячейки 2 длительное время может поддерживаться высокое давление, при котором легко проходит реакция тепловыделения, даже при непрерывной циркуляции газообразного дейтерия (газа на основе водорода) и одновременном удалении примесей из газообразного дейтерия (газа на основе водорода) при помощи циркуляционного устройства 3.
[0038] (6) Функционирование и полезный эффект
В описанной выше конфигурации тепловыделяющая система 1 включает тепловыделяющий элемент-ячейку 2, в которой выделение избытка тепла происходит посредством использования аккумулирующего водород металла или аккумулирующего водород сплава при подаче в контейнер 6 газа на основе водорода, способствующего реакции тепловыделения, и циркуляционное устройство 3, обеспечивающее циркуляцию газа на основе водорода в тепловыделяющем элементе 2. Циркуляционное устройство 3 снабжено фильтром 43, в котором происходит удаление из газа на основе водорода примесей, ингибирующих реакцию тепловыделения. Таким образом, в тепловыделяющей системе 1 тепловыделяющий элемент-ячейка 2, выделяющая избыток тепла в результате реакции тепловыделения, способна увеличивать и/или поддерживать выделение тепла благодаря циркуляции газа на основе водорода, из которого удаляются примеси, ингибирующие реакцию тепловыделения, следовательно, тепло может генерироваться более стабильно, чем было возможно до сих пор.
[0039] В тепловыделяющей системе 3 циркуляционное устройство 3 может осуществлять непрерывную подачу газа на основе водорода, из которого удалены примеси, в режиме, когда в контейнере 6 тепловыделяющего элемента-ячейки 2 остается заданное количество газа на основе водорода, следовательно, потребление газа на основе водорода может быть существенно уменьшено по сравнению, например, с системой, в которой в контейнер 6 всегда поступает новый газ на основе водорода, и из контейнера 6 непрерывно отводится газ на основе водорода, следовательно, газ на основе водорода непрерывно расходуется.
[0040] Кроме этого, в тепловыделяющей системе 1, соответствующей настоящему изобретению, во внутреннем пространстве контейнера 6, которое представляет собой замкнутое пространство, поддерживают высокое давление, при котором легко протекает реакция тепловыделения, и обеспечивают непрерывную циркуляцию заданного количества газа на основе водорода, тем самым, некоторое количество газа на основе водорода, подлежащее использованию, может оставаться постоянным. Следовательно, могут быть уменьшены затраты.
[0041] В данной тепловыделяющей системе 1 блок 41 управления расходом может осуществлять регулирование количества газа на основе водорода, из которого удалены примеси, поступающего в контейнер 6, и количества газа на основе водорода, охлажденного в циркуляционном канале 40, поступающего в контейнер 6. Таким образом, в тепловыделяющей системе 1 может обеспечиваться управление избытком тепла, выделяющегося в тепловыделяющем элементе-ячейке 2, на основании поступающего количества газа на основе водорода, из которого удалены примеси, и, кроме того, регулирование температуры в контейнере 6 на основании количества охлажденного газа на основе водорода, поступающего в контейнер 6. То есть, блок 41 управления расходом обеспечивает управление расходом циркуляции газа на основе водорода в соответствии с температурой, зафиксированной измерителями 20a, 20b, 21a, 21b, 21c температуры и, тем самым, обеспечивает управление выделением избытка тепла и регулирование температуры в контейнере 6.
[0042] (7) Проверочные испытания с использованием обычного газообразного водорода
Были проведены проверочные испытания, аналогичные описанным выше в разделе «(5) Проверочные испытания с использованием газообразного дейтерия», с использованием обычного газообразного водорода. При этом в качестве обычного водорода использовали высокочистый водород (99,999%, степень чистоты 2). В проверочных испытаниях с использованием обычного водорода плазменную обработку в тепловыделяющем элементе-ячейке 2 проводили в условиях, аналогичных описанным выше, затем, организовывали циркуляцию обычного газообразного водорода, заполняющего контейнер 6, с определенным расходом вплоть до максимального расхода 2,8 л/мин при помощи циркуляционного устройства, обеспечивая нагревание при помощи нагревателя 17. В это время при помощи измерителя 21а температуры, установленного в центре контейнера 6, проверяли, выделяется ли избыток тепла в тепловыделяющем элементе-ячейке 2; полученный результат представлен на фиг. 4. Как показано на фиг. 4, внутреннее пространство контейнера 6 нагревали при помощи нагревателя 17, и начальная температура во время введения в контейнер 6 газообразного обычного водорода составляла около 246°С.
[0043] Затем проводили измерение температуры в контейнере 6, в то время как циркуляционное устройство 3 обеспечивало непрерывную циркуляцию в контейнере 6 обычного газообразного водорода через фильтр 43. В результате, как показано на фиг. 4, было подтверждено, что температура в контейнере 6 постепенно увеличивалась даже при использовании обычного газообразного водорода. В это время измеряли температуру наружной стенки контейнера 6 при помощи описанных выше трех термопар, установленных на наружной стенке контейнера тепловыделяющего элемента-ячейки 2; полученный результат представлен на фиг. 5. Отметим, что на фиг. 5 также показан результат наблюдения за давлением обычного газообразного водорода в контейнере 6.
[0044] На основании данных, представленных на фиг. 5, не было подтверждено, что три термопары фиксировали значительный рост температуры наружной стенки контейнера 6. Следовательно, можно утверждать, что рост температуры, показанный на фиг. 5, был вызван не внешним нагревом наружной стенки контейнера 6, а выделением избытка тепла, большего или равного температуре нагревания вокруг реагента 9, снабженного в контейнере 6 измерителем 21а температуры. Данным проверочным испытанием также было подтверждено, что в тепловыделяющей системе 1 во внутреннем пространстве контейнера 6 тепловыделяющего элемента-ячейки 2 длительное время может поддерживаться высокое давление, при котором легко проходит реакция тепловыделения, даже при непрерывной циркуляции обычного газообразного водорода (газа на основе водорода) и одновременном удалении примесей из обычного газообразного водорода (газа на основе водорода) при помощи циркуляционного устройства 3.
[0045] (8) Проверка влияния удаления примесей фильтром
Был проведен проверочный эксперимент, направленный на подтверждение влияния удаления примесей фильтром 43. Этот проверочный эксперимент проводили с использованием экспериментального устройства (не показано) для измерения количества водорода, прошедшего через проницаемую для водорода мембрану (не показана) (далее именуемого «количество прошедшего водорода»). Влияние удаления примесей фильтром 43 оценивали на основании количества прошедшего водорода, измеренного экспериментальным устройством.
[0046] Экспериментальное устройство включало первую камеру и вторую камеру, между которыми была помещена проницаемая для водорода мембрана. Газ на основе водорода подавали в первую камеру, внутреннее пространство второй камеры вакуумировали. Таким образом, в экспериментальном устройстве давление в первой камере становилось выше, чем давление во второй камере, в результате чего возникал перепад давления между этими камерами. То есть, перепад давления возникал между двумя сторонами проницаемой для водорода мембраны. Молекулы водорода, содержащиеся в газе на основе водорода, адсорбировались на поверхности стороны высокого давления проницаемой для водорода мембраны, и каждая из молекул водорода диссоциировала на два атома водорода. Диссоциированные атомы водорода диффундировали внутрь и проходили через проницаемую для водорода мембрану. Прошедшие через проницаемую для водорода мембрану атомы водорода снова соединялись на поверхности стороны низкого давления проницаемой для водорода мембраны в молекулу водорода и отделялись от мембраны. Таким образом, водород, содержащийся в газе на основе водорода, проходил через проницаемую для водорода мембрану.
[0047] При этом, количество прошедшего водорода определяли по температуре проницаемой для водорода мембраны, перепаду давления между сторонами проницаемой для водорода мембраны и состоянию поверхности проницаемой для водорода мембраны. Когда в газе на основе водорода содержатся примеси, они сцепляются с поверхностью проницаемой для водорода мембраны, поэтому состояние поверхности проницаемой для водорода мембраны может ухудшаться. Сцепление примесей с поверхностью проницаемой для водорода мембраны ингибирует адсорбцию и диссоциацию молекул водорода на поверхности проницаемой для водорода мембраны, тем самым, уменьшая количество прошедшего водорода. В данном проверочном эксперименте количество прошедшего водорода измеряли в состоянии, когда температура проницаемой для водорода мембраны и перепад давления между сторонами проницаемой для водорода мембраны поддерживались постоянными, и оценивали влияние удаления примесей фильтром 43.
[0048] Далее особо описано экспериментальное устройство. Экспериментальное устройство включает впускной канал, обеспечивающий подачу газа на основе водорода в первую камеру, циркуляционный канал, по которому циркулирует газ на основе водорода, наполняющий первую камеру, и вакуумирующее устройство, обеспечивающее вакуумирование внутреннего пространства второй камеры, а также проницаемую для водорода мембрану, первую камеру и вторую камеру. Экспериментальное устройство соединено электрической связью с компьютером (не показан) с целью ввода и вывода различных данных.
[0049] Между первой камерой и второй камерой имеется соединительная часть, соединяющая первую камеру и вторую камеру. В соединительной части имеется отверстие для сообщения внутреннего пространства первой камеры с внутренним пространством второй камеры. К этому отверстию прикреплена проницаемая для водорода мембрана, отделяющая внутреннее пространство первой камеры от внутреннего пространства второй камеры. Соединительная часть снабжена регулятором температуры для регулирования температуры проницаемой для водорода мембраны. Регулятор температуры определяет температуру проницаемой для водорода мембраны и нагревает проницаемую для водорода мембрану на основании зафиксированной температуры. Данные о температуре, определенной регулятором температуры, вводятся в компьютер.
[0050] В первой камере имеется впускное отверстие, соединенное с впускным каналом, выпускное отверстие, соединенное с одним концом циркуляционного канала, впускное отверстие, соединенное в другим концом циркуляционного канала, и манометр для определения давления в первой камере. Данные о давлении, определенном манометром, вводятся в компьютер.
[0051] Впускной канал снабжен резервуаром для хранения газа на основе водорода и регулирующим клапаном для регулирования расхода газа на основе водорода. Газ на основе водорода подают в первую камеру из резервуара для хранения через впускное отверстие.
[0052] Циркуляционный канал снабжен вакуумным клапаном, циркуляционным насосом и фильтром 43. Вакуумный клапан предназначен для регулирования расхода газа на основе водорода, выходящего в циркуляционный канал из первой камеры через выпускное отверстие. В качестве вакуумного клапана использовали надлежащий напускной клапан. Циркуляционный насос предназначен для обеспечения циркуляции газа на основе водорода в первой камере и циркуляционном канале. В качестве циркуляционного насоса использовали металлический сильфонный насос. Фильтр 43 подобен фильтру в описанном выше варианте осуществления изобретения. То есть, фильтр 43 адсорбирует и удаляет примеси, поступающие вместе с газом на основе водорода, отводимым из внутреннего пространства первой камеры. Таким образом, во внутреннее пространство из впускного отверстия поступает газ на основе водорода, из которого удалены примеси.
[0053] Во второй камере имеется выпускное отверстие, соединенное с вакуумным насосом, вакуумный манометр для определения давления во второй камере. Данные о давлении, определенном вакуумным манометром, вводятся в компьютер.
[0054] Вакуумирующее устройство обеспечивает вакуумирование внутреннего пространства второй камеры при постоянной скорости откачки. При помощи вакуумирующего устройства во второй камере поддерживают постоянное давление. Вакуумирующее устройство представляет собой, например, конфигурацию, в которое объединены турбомолекулярный насос (ТМР) и безмасляный насос (DP).
[0055] Далее описан проверочный эксперимент с использованием описанного выше экспериментального устройства. В качестве фильтра 43 использовали «purifilter». Пластину из Pd производства TANAKA Holdings Co., Ltd. (25 мм × 25 мм × 0,1 мм, степень чистоты 99,9%) использовали в качестве образца проницаемой для водорода мембраны. Газообразный дейтерий использовали в качестве газа на основе водорода. В проверочном эксперименте газ на основе водорода заранее подавали в первую камеру с известным расходом и проводили калибровку вакуумного манометра. После калибровки вакуумного манометра начинали проверочный эксперимент.
[0056] В ходе проверочного эксперимента образец нагревали, температуру образца (далее именуемую «температура образца») поддерживали равной 70°С. Температуру образца регулировали при помощи устройства регулирования температуры. Затем в первую камеру подавали газообразный дейтерий, давление в первой камере (далее именуемое «давление газообразного дейтерия») устанавливали равным 130 кПа. Величину давления газообразного дейтерия получали при помощи вакуумного манометра. Вторую камеру вакуумировали с постоянной скоростью откачки при помощи турбомолекулярного насоса. Предельное остаточное давление установили равным 10-4 Па или менее, в результате чего возник такой перепад давления между двумя сторонами образца, что газообразный дейтерий начал проходить через образец. Когда газообразный дейтерий проходил через образец, давление во второй камере было равно 0,01 Па или менее. Количество прошедшего дейтерия рассчитывали с использованием величины, измеренной вакуумным манометром. Через 211 часов после начала проверочного эксперимента открыли вакуумный клапан и начали циркуляцию газообразного дейтерия.
[0057] На фиг. 6 представлен результат проверочного эксперимента. На представленном графике на первой вертикальной оси слева показано количество Т прошедшего дейтерия (ст.см3/мин) (стандартных кубических сантиметров в минуту), на второй вертикальной оси справа показано давление Р газообразного дейтерия (кПа) и температура Ts образца (°С), на горизонтальной оси отложено время t (ч). На графике показаны результаты, полученные до и после начала циркуляции газообразного дейтерия. На основании фиг. 6 было подтверждено, что количество Т прошедшего дейтерия составляло 0,8 ст.см3/мин до начала циркуляции газообразного дейтерия и возросло до 1 ст.см3/мин после начала циркуляции газообразного дейтерия. Кроме того, было подтверждено, что количество Т прошедшего дейтерия сохранялось равным 1 ст.см3/мин после начала циркуляции газообразного дейтерия. Было подтверждено, что температура Ts образца сохранялась постоянной благодаря регулированию устройством регулирования температуры до и после начала циркуляции газообразного дейтерия. Было подтверждено, что давление Р газообразного дейтерия временно увеличилось под действием давления, создаваемого циркуляционным насосом, непосредственно после начала циркуляции газообразного дейтерия, но постепенно возвратилось к исходной величине давления. На основании того факта, что давление во второй камере было установлено постоянным, можно утверждать, что перепад давления между двумя сторонами образца поддерживался почти постоянным до и после начала циркуляции газообразного дейтерия. На основании того факта, что количество прошедшего дейтерия увеличилось в состоянии, когда температура образца и перепад давления между двумя сторонами образца поддерживались постоянными, полагают, что примеси были удалены с поверхности образца, и состояние поверхности образца улучшилось. Таким образом, продемонстрировано влияние удаление примесей фильтром 43. Можно принять во внимание, что примеры примесей, ингибирующих адсорбцию и диссоциацию молекул водорода на поверхности образца, включают воду (водяной пар), углеводород, С, S и Si. Можно принять во внимание, что вода поступала с внутренних стенок камеры и труб или образовывалась в результате восстановления водородом оксидного слоя на деталях камеры. Можно принять во внимание, что углеводород (метан, этан, метанол, этанол и т.д.), С, S и Si поступали из труб и деталей камеры. Следовательно, является предпочтительным, чтобы фильтр 43 адсорбировал в качестве примесей по меньшей мере воду (водяной пар), углеводород, С, S и Si. В качестве фильтра 43, помимо purifilter, могут быть использованы Fine Purer производства Osaka Gas Liquid Co., Ltd и Micro Torr производства Up Tech Japan Co., Ltd.
[0058] Второй вариант осуществления изобретения
Во втором варианте осуществления изобретения газ на основе водорода, из которого при помощи фильтра 43 удалены примеси, непосредственно распыляют на реагент. При описании второго варианта осуществления изобретения те же элементы, что и в тепловыделяющей системе 1 первого варианта осуществления изобретения, обозначены теми же номерами позиций, а их описание опущено.
[0059] Как показано на фиг. 7, тепловыделяющая система 50 включает сопловой узел 51 дополнительно ко всем элементам тепловыделяющей системы 1 по первому варианту осуществления изобретения. Кроме того, тепловыделяющая система 50 включает реагент 9 спирального типа, в котором тонкая проволока 18 намотана вокруг группы, состоящей из электрода 16 и нагревателя 17.
[0060] Сопловой узел 51 предусмотрен между циркуляционным устройством 3 и реагентом 9 спирального типа и обеспечивает подачу газа на основе водорода после удаления из него примесей при помощи фильтра 43 на поверхность реагента 9 спирального типа. А именно, сопловой узел 51 предусмотрен между впускным отверстием 39b и реагентом 9 спирального типа и обеспечивает введение через дальний конец соплового узла 51 газа на основе водорода, поступающего из впускного отверстия 39b после удаления из него примесей, и, тем самым, распыление на поверхность реагента 9 спирального типа.
[0061] Сопловой узел 51 включает трубную часть 52 и вдувную часть 54. Трубная часть 52 проходит от впускного отверстия 39b до реагента 9 спирального типа. В настоящем варианте осуществления изобретения на боковой поверхности реагента 7 образовано сквозное отверстие 7а, обращенное к внутренней стенке контейнера, и трубная часть 52 проходит через сквозное отверстие 7а. Ближний конец трубной части 52 соединен с впускным отверстием 39b. Дальний конец трубной части 52 соединен с вдувной частью 54. Дальний конец трубной части 52 находится в положении, соответствующем центру ширины реагента 9 спирального типа. Трубная часть 52 предназначена для подведения к вдувной части 54 газа на основе водорода, поступающего из впускного отверстия 39b после удаления из него примесей.
[0062] Как показано на фиг. 8, вдувная часть 54 находится на дальнем конце трубной части 52. Вдувная часть 54 соединена с впускным отверстием 39b посредством трубной части 52. Дальний конец вдувной части 54 обращен к поверхности со стороны нагревателя 17 (лицевой стороне) реагента 9 спирального типа. Газ на основе водорода, подводимый по трубной части 52 после удаления примесей, распыляется из дальнего конца вдувной части 54. Тем самым, газ на основе водорода, распыляемый из вдувной части 54 после удаления примесей, поступает на поверхность реагента 9 спирального типа. Расстояние между дальним концом вдувной части 54 и поверхностью реагента 9 спирального типа составляет, например, от 1 до 2 см, в данном варианте осуществления изобретения равно 1 см. Ориентация дальнего конца вдувной части 54 может быть выполнена надлежащим образом, однако, является предпочтительным, чтобы она была выполнена так, чтобы газ на основе водорода, выходящий через дальний конец вдувной части 54 после удаления примесей, распылялся на всю поверхность лицевой стороны реагента 9 спирального типа. В настоящем варианте осуществления изобретения дальний конец вдувной части 54 ориентирован перпендикулярно поверхности на лицевой стороне реагента 9 спирального типа.
[0063] В описанной выше конфигурации тепловыделяющая система 50 снабжена сопловым узлом 51, который находится между впускным отверстием 39b и реагентом 9 спирального типа и обеспечивает распыление газа на основе водорода, поступающего из впускного отверстия 39b после удаления примесей, тем самым, газ на основе водорода после удаления примесей непосредственно распыляется на поверхность реагента 9 спирального типа. Таким образом, в тепловыделяющей системе 50 свежий газ на основе водорода, полученный путем удаления примесей при помощи фильтра 43, непосредственно подается к реагенту 9 спирального типа, и сдувает примеси, находящиеся на поверхности и около поверхности реагента 9 спирального типа, так что реагент 9 спирального типа находится в атмосфере, образованной из газа на основе водорода после удаления примесей, тем самым, надежным образом увеличивается и/или поддерживается выделение избытка тепла.
[0064] Расположение соплового узла 51 может быть надлежащим образом изменено. Например, как показано на фиг. 9, сопловой узел 51 может быть расположен под реагентом 56 спирального типа в состоянии, когда дальний конец вдувной части 54 направлен вверх. Реагент 56 спирального типа имеет конструкцию, в которой электрод 16 находится между двумя нагревателями 17, и тонкая проволока 18 намотана вокруг группы, состоящей из электрода 16 и двух нагревателей 17. На этой фигуре показан вид реагента 56 спирального типа сбоку. Газ на основе водорода, распыляемый из дальнего конца вдувной части 54 после удаления примесей, распыляется на нижний конец реагента 56 спирального типа, отклоняется и движется к лицевой поверхности и задней поверхности реагента 56 спирального типа. Таким образом, газ на основе водорода после удаления примесей подается на всю поверхность реагента 56 спирального типа. Является предпочтительным, чтобы вдувная часть 54 находилась в положении, соответствующем центру в направлении толщины реагента 56 спирального типа. Отметим, что когда сопловой узел 51 обеспечивает распыление газа на основе водорода после удаления примесей на реагент 8 спирального типа, сопловой узел 51 может находиться под реагентом 8 спирального типа в положении, когда дальний конец вдувной части 54 обращен вверх.
[0065] Как показано на фиг. 10, вместо соплового узла 51 может быть использован сопловой узел 57, дальний конец которого разветвляется. В данном примере сопловой узел включает две вдувные части 54. Эти две вдувные части 54 расположены так, что соответствующие дальние концы обращены друг к другу. Между двумя вдувными частями 54 находится реагент 56 спирального типа. Дальние концы вдувных частей 54 обращены к лицевой и задней поверхности реагента 56 спирального типа, соответственно. Сопловой узел 57 включает разводную трубу 58, расположенную между трубной частью 52 и вдувной частью 54. Ближний конец разводной трубы 58 посредством соединения 58а соединен с трубной частью. Дальний конец разводной трубы 58 разветвляется надвое, и каждый дальний конец соединен с вдувной частью 54. Такой сопловой узел 57 позволяет распылять газ на основе водорода из каждой вдувной части 54 после удаления примесей надежным образом на всю поверхность реагента 56 спирального типа. Отметим, что число ответвлений разводной трубы 58 может быть спроектировано надлежащим образом.
[0066] Как показано на фиг. 11, может быть использован сопловой узел 59 с множеством вдувных частей 54, обращенных к поверхности реагента 56 спирального типа. В сопловом узле 59 каждый из дальних концов разводной трубы 58 снабжен сопловой головкой 60 с множеством вдувных частей 54. В данном примере в одной сопловой головке 60 имеется четыре вдувных части 54. Ближний конец сопловой головки 60 посредством соединителя 60а соединен с разводной трубой 58. Сопловая головка 60 направляет газ на основе водорода после удаления примесей из разводной трубы 58 в вдувные части 54. Такой сопловой узел 59 позволяет распылять газ на основе водорода после удаления примесей из каждой вдувной части 54 и обеспечивает равномерное распыление на всю поверхность реагента 56 спирального типа. Отметим, что число сопловых головок 60 и число вдувных частей 54 может быть спроектировано надлежащим образом.
[0067] Третий вариант осуществления изобретения
В третьем варианте осуществления изобретения из контейнера 6 отбирают пробу газа на основе водорода, пробу газа на основе водорода подвергают анализу, расход циркулирующего газа на основе водорода регулируют на основании результата анализа.
[0068] Как показано на фиг. 12, тепловыделяющая система 70 включает трубу 72 для отбора проб, регулирующий клапан 73, ТМР 74, DP 75, аналитический блок 76 и устройство 77 управления, помимо всех элементов тепловыделяющей системы 50 по второму варианту осуществления изобретения. Кроме этого, вместо блока 41 управления расходом тепловыделяющая система 70 включает блок 78 управления расходом. При описании третьего варианта осуществления изобретения те же элементы, что и в тепловыделяющей системе 50 второго варианта осуществления изобретения, обозначены теми же номерами позиций, а их описание опущено.
[0069] Труба 72 для отбора проб соединена с выпускным отверстием 71 контейнера 6. Газ на основе водорода поступает в трубу 72 для отбора проб из внутреннего пространства контейнера 6 через выпускное отверстие 71. Труба 72 для отбора проб снабжена регулирующим клапаном 73, аналитическим блоком 76, ТМР 74 и DP 75, установленными в указанном порядке начиная от соединения с контейнером 6. Регулирующий клапан 73 обеспечивает регулирование расхода газа на основе водорода в трубе 72 для отбора проб. ТМР 74 и DP 75 обеспечивают всасывание газа в трубу 72 для отбора проб так, что газ на основе водорода из контейнера 6 поступает в трубу 72 для отбора проб.
[0070] Аналитический блок 76 предназначен для проведения анализа газа на основе водорода, поступающего в трубу 72 для отбора проб. Например, в аналитическом блоке 76 проводится анализ ингибитора, присутствующего в газе на основе водорода. Ингибитор представляет собой газ, ингибирующий реакцию тепловыделения в тепловыделяющем элементе-ячейке 2 (далее именуется «ингибирующий газ»), примерами ингибирующих газов являются вода (водяной пар) и углеводород. В качестве аналитического блока 76 используют, например, масс-спектрометр, в настоящем варианте осуществления изобретения использован квадрупольный масс-спектрометр. В аналитическом блоке 76 проводят масс-спектрометрический анализ ингибирующего газа, получая на выходе в качестве результата масс-спектрометрического анализа, например, ионный ток ингибирующего газа или парциальное давление газа. Результат масс-спектрометрического анализа из аналитического блока 76 поступает в устройство 77 управления. В настоящем варианте осуществления изобретения аналитический блок 76 выполняет масс-спектрометрический анализ периодически. Интервал времени, через который аналитический блок 76 выполняет масс-спектрометрический анализ, может быть установлен и изменен устройством 77 управления.
[0071] Устройство 77 управления выдает управляющий сигнал по регулированию расхода циркуляции газа на основе водорода и по регулированию температуры нагрева нагревателя 17 в соответствии с результатом масс-спектрометрического анализа, полученным от аналитического блока 76.
[0072] Блок 78 управления расходом обеспечивает управление расходом циркуляции газа на основе водорода на основании управляющего сигнала по регулированию расхода циркуляции, полученного от устройства 77 управления. Блок 78 управления расходом увеличивает или уменьшает расход циркуляции газа на основе водорода, например, в соответствии с ионным током ингибирующего газа. Когда расход циркуляции газа на основе водорода увеличивается или уменьшается, происходит регулирование выделения избытка тепла и температуры в контейнере 6. То есть, блок 78 управления расходом обеспечивает управление расходом циркуляции газа на основе водорода в соответствии с результатом анализа, полученным аналитическим блоком, тем самым регулируя выделение избытка тепла и температуру в контейнере 6. Когда расход циркуляции регулируется в соответствии с результатом анализа, ингибирующий газ надежным образом отводится из внутреннего пространства контейнера 6, а газ на основе водорода после удаления примесей возвращается во внутреннее пространство контейнера 6, таким образом, внутреннее пространство контейнера 6 может поддерживаться чистым.
[0073] Источник 25 тепловой мощности осуществляет регулирование температуры нагрева нагревателя 17 на основании управляющего сигнала по регулированию температуры, подаваемого устройством 77 управления. То есть, источник 25 тепловой мощности осуществляет регулирование температуры нагрева нагревателя 17 в соответствии с результатом анализа в аналитическом блоке 76. Источник 25 тепловой мощности увеличивает температуру нагрева нагревателя 17, чтобы ограничить падение температуры в контейнере 6, связанное с увеличением расхода циркуляции газа на основе водорода. В память источника 25 тепловой мощности предварительно заложено, например, соотношение между ионным током ингибирующего газа и заданной величиной теплопроизводительности нагревателя 17, и источник 25 тепловой мощности производит регулирование теплопроизводительности нагревателя 17 на основании заданной величины, соответствующей ионному току, полученному аналитическим блоком 76. Тем самым, может надежным образом поддерживаться температура для продолжения реакции тепловыделения в тепловыделяющий элемент-ячейку 2.
[0074] В описанной выше конфигурации в тепловыделяющей системе 70 осуществляется масс-спектрометрический анализ ингибирующего газа, содержащегося в газе на основе водорода, отобранном из внутреннего пространства контейнера 6, и результат анализа используется в качестве обратной связи для управления расходом циркуляции газа на основе водорода и управления температурой нагрева нагревателя 17. Тем самым, в тепловыделяющей системе 70 внутреннее пространство контейнера 6 может поддерживаться чистым, может быть точно обеспечена температура для продолжения реакции тепловыделения, следовательно, выделение избытка тепла может надежным образом увеличиваться и/или поддерживаться.
[0075] Аналитический блок 76 выполняет масс-спектрометрический анализ адсорбентного примесного газа, содержащегося в газе на основе водорода, а не масс-спектрометрический анализ ингибирующего газа, и направляет результат анализа в устройство 77 управления. Например, в качестве результата анализа аналитический блок 76 выдает величину концентрации примесного газа. В этом случае, когда концентрация примесного газа ниже, блок 78 управления расходом увеличивает расход циркуляции газа на основе водорода. Кроме того, когда концентрация примесного газа ниже, источник 25 тепловой мощности увеличивает температуру нагрева нагревателя 17.
[0076] Устройство 77 управления может подавать регулирующий сигнал по регулированию температуры нагрева в соответствии с результатами измерения температуры измерителями 20a, 20b, 21a, 21b, 21c. В этом случае, когда измеренные температуры ниже, источник 25 тепловой мощности увеличивает температуру нагрева нагревателя 17. То есть, источник 25 тепловой мощности может управлять температурой нагрева нагревателя 17 в соответствии с величинами температуры, измеренными измерителями 20a, 20b, 21a, 21b, 21c.
[0077] Тепловыделяющая система 1 по первому варианту осуществления изобретения может быть снабжена трубой 72 для отбора проб, регулирующим клапаном 73, ТМР 74, DP 75, аналитическим блоком 76 и устройством 77 управления.
[0078] Впускное отверстие 39b может находиться в нижней части контейнера 6, а не в боковой стенке контейнера 6. Когда впускное отверстие 39b расположено в нижней части контейнера 6, является предпочтительным, чтобы выпускное отверстие 39а находилось в верхней части контейнера 6. Таким образом, газ на основе водорода, поступающий из впускного отверстия 39b после удаления примесей, перемещается в области, где находятся реагенты спирального типа, и выводится через выпускное отверстие. Кроме того, когда впускное отверстие 39b находится в нижней части контейнера 6, является предпочтительным, чтобы трубная часть 52 проходила через отверстие в нижней части цилиндрического реагента 7 при отсутствии сквозного отверстия 7а в реагенте 7.
Список позиций на чертежах
[0079] 1, 50, 70 Тепловыделяющая система
2 Тепловыделяющий элемент
3 Циркуляционное устройство
4 Устройство рекуперации тепла
6 Контейнер
7 Реагент
8, 9, 56 Реагент спирального типа
12, 18 Тонкая проволока
17 Нагреватель
20a, 20b, 21a, 21b, 21c Измеритель температуры
40 Циркуляционный канал
41, 78 Блок управления расходом
42 Насос
43 Фильтр
51, 57, 59 Сопловой узел
54 Вдувная часть
76 Аналитический блок
Реферат
Группа изобретений относится к тепловыделяющим системам. Предложена тепловыделяющая система (1), включающая тепловыделяющий элемент-ячейку (2), которая включает контейнер (6) и реагент (7), образованный из аккумулирующего водород металла или сплава и имеющий множество металлических наночастиц, образованных на поверхности реагента; и циркуляционное устройство (3), обеспечивающее циркуляцию газа на основе водорода в тепловыделяющем элементе-ячейке. Циркуляционное устройство включает циркуляционный канал (40), насос (42) и фильтр (43), который предусмотрен по пути циркуляционного канала и адсорбирует и удаляет примеси из газа на основе водорода. Система также содержит сопловой узел, который предусмотрен между выпускным отверстием, и реагентом и подает газ на основе водорода после удаления из него примесей посредством фильтра к поверхности реагента. Группа изобретений относится также к варианту указанной системы. Группа изобретений обеспечивает увеличение и/или поддержание избытка тепла вследствие циркуляции газа на основе водорода с одновременным удалением примесей, ингибирующих реакцию тепловыделения, и, соответственно, повышает стабильность работы системы. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 12 ил.
