專利名稱:氘通量自持發(fā)熱方法及裝置的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種氘通量自持發(fā)熱方法及裝置，尤其是涉及一種不引起污染的可產(chǎn)生非化學能源的氘通量自持發(fā)熱方法及裝置，屬于能源技術(shù)領域：
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近十幾年來，世界各國也提出了關于氘-鈀系統(tǒng)發(fā)熱的技術(shù)方案，但在現(xiàn)有的方案中，存在著三方面的缺點(1)沒有意識到氘通量的重要性，氘氣的氣源往往是依靠電解重水時充入鈀內(nèi)的氘離子。因此氘通量的出現(xiàn)有賴于鈀體放氣。一旦放出氘氣，氣源就沒有保證；參見文獻M.H.Miles，et al.，“Thermal Behavior of Polarized Pd/D Electrodes Preparedby Co-Deposition”，Proceedings of ICCF-9，May 19-24，Beijing，CHINA，edited by XingZ.Li，Tsinghua University Press(2003)p.250.。(2)沒有意識到鈀內(nèi)溫度分布的重要性，在通常的量熱學實驗中往往追求“等溫”。力求使被測量的對象處于同一個溫度，才能進行量熱學的標定。這種“等溫”不利于“溫度梯度”的反轉(zhuǎn)，不利于實現(xiàn)“自持發(fā)熱”，參見文獻Y.Fukai，“The Metal-Hydrogen System，basic bulk properties”，Springer-Verlag(Berlin，Heideberg，1993)Printed in USA，p.214)；(3)沒有意識到鈀內(nèi)自身發(fā)熱來形成溫度分布的重要性，在通常的電解重水量熱學實驗中，電解電流決定了溫度場。鈀內(nèi)自身發(fā)熱往往只是輸入功率的10％，難以利用自身發(fā)熱中的負反饋效應來保持有利的溫度分布。
本發(fā)明提出的氘通量自持發(fā)熱方法，它采用氣態(tài)充氘法，其特征在于所述方法是在鈀片兩側(cè)保持一定的氘氣壓力差，利用氘通量在特定溫度處出現(xiàn)的峰形分布，再加上氘通量的發(fā)熱效應，使鈀片在升溫接近氘通量取峰值的溫度時，通過正反饋，使鈀片上的溫度迅速升溫，讓大部分鈀片的溫度高于氘通量峰值溫度，進入氘通量峰值的高溫側(cè)，由于高溫側(cè)是負反饋運行區(qū)，即此區(qū)內(nèi)鈀片溫度變低時，發(fā)熱自動增強，在鈀片上形成自持的溫度分布，使鈀片保持在自持發(fā)熱的運行狀態(tài)，實現(xiàn)高強度的熱源。
在上述氘通量自持發(fā)熱方法中，所述鈀片兩側(cè)的壓力差為0.6~2.0大氣壓；所述氘通量的發(fā)熱效應是指透過鈀片的氘通量與放出的熱量相關聯(lián)，即氘通量變大時，放出的熱量也變大；所述鈀片的溫度在120℃~150℃之間存在一個氘通量的峰形分布；所述鈀片的厚度為0.08~0.12毫米。
本發(fā)明的目的之二在于提供一種實現(xiàn)氘通量自持發(fā)熱方法的氘通量自持發(fā)熱裝置。
本發(fā)明提出的氘通量自持發(fā)熱裝置，其特征在于，它含有氘氣室1位于所述裝置的上方，它提供了一個穩(wěn)定的氘氣源；鈀片座2位于鈀片5和絕熱環(huán)3之外，用于支撐鈀片和絕熱環(huán)；絕熱環(huán)3用于減少鈀片與鈀片座兩者之間的熱傳導；可伐聯(lián)接4用于連接絕熱環(huán)3和鈀片5；鈀片5將所述裝置分成氘氣室1和真空室6上下兩室，它為發(fā)熱體；真空室6位于所述裝置的下方，被抽成真空以保持鈀片上、下方有一定的壓力差；加熱套7纏繞加熱元件；加熱元件8位于鈀片5周圍的加熱套7上，它可使鈀片周邊的溫度首先升高，然后帶動鈀片中心的溫度也跟著升高；測控儀表9用于測量、記錄、控制氣壓、真空度和鈀片溫度；紅外線觀測窗10設在氘氣室1上方和真空室6的下方，用于觀測鈀片的溫度分布；離子槍11設在氘氣室1上方，用于鈀片表面改性，以提高鈀片的發(fā)熱效率和壽命；真空機組12用于抽走透過鈀片的氘氣。
由于本發(fā)明是利用氘通量與熱流的關聯(lián)，使鈀片在氘通量峰值的低溫側(cè)，通過正反饋，使鈀片上的“溫度梯度”反轉(zhuǎn)，讓大部分鈀片進入氘通量峰值的高溫側(cè)的負反饋運行區(qū)。從而可以保持在一個“自持發(fā)熱”的運行狀態(tài)。實現(xiàn)了高強度的熱源，每立方厘米100瓦以上，達到或超過了熱中子裂變堆的功率密度。本發(fā)明提供的技術(shù)方案可行，重復性好。特別是燃料來源于海水，既豐富，又遍布全球，無污染，是一種理想的能源。
本發(fā)明所提供的氘通量自持發(fā)熱裝置，結(jié)構(gòu)簡單，總發(fā)熱功率大小可調(diào)，適于各種產(chǎn)業(yè)化的規(guī)模。
圖2為本發(fā)明氘通量自持發(fā)熱裝置中發(fā)熱室部分圖。
圖3為本發(fā)明氘通量透鈀實驗中的氘通量與發(fā)熱量的關聯(lián)圖。
圖4為本發(fā)明氘通量透鈀實驗中升溫和降溫階段不同的溫度分布示意圖。
圖5為本發(fā)明實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖6為本發(fā)明實施例的系統(tǒng)溫度與加熱功率的關系圖
具體實施方式
本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的首先在理論上證明了在低能共振隧穿庫倫位壘的條件下，核能本來就不一定有中子或伽瑪輻射。
在實驗中，本發(fā)明者注意到“重復性不好”不能泛泛而論。就低強度的熱源而言，實驗的重復性還是很好的。但是要實現(xiàn)高強度的熱源就很難重復，首先必須找到實現(xiàn)高強度的熱源的方法。本發(fā)明提出的氘通量自持發(fā)熱方法就是一種實現(xiàn)高強度熱源的有效方案。
本發(fā)明在實現(xiàn)高強度熱源的方法中有四項技術(shù)創(chuàng)新(1)用氣態(tài)充氘法而不用電解重水法充氘。因此，才有可能發(fā)現(xiàn)在重水沸點以上的異?，F(xiàn)象。
(2)在氣態(tài)充氘法中發(fā)現(xiàn)在120℃-150℃處，氘氣穿透鈀片的通量出現(xiàn)了異常。氘通量在特定溫度處出現(xiàn)了峰值。這是通常的擴散理論所不能解釋的。通常的擴散理論認為氘通量是溫度的單調(diào)函數(shù)。
(3)在出現(xiàn)氘通量的同時必定出現(xiàn)一股熱流，而且熱流也隨著氘通量的起伏而起伏，即氘通量與熱流的關聯(lián)。
(4)利用氘通量與熱流的關聯(lián)，實現(xiàn)了鈀片上“溫度梯度”的反轉(zhuǎn)。正是這“溫度梯度”的反轉(zhuǎn)才有可能使鈀片進入了自持發(fā)熱的狀態(tài)。
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步說明請見
圖1和圖2。圖2中的鈀片5將裝置分成上、下兩室。裝置的上室是氘氣室1，它提供了一個穩(wěn)定的氘氣源，裝置的下室是真空室6，被抽成真空以保持鈀片上、下方有一定的壓力差。這穩(wěn)定的壓力差使得透過鈀片5的氘通量只是溫度的函數(shù)。在圖2中，鈀片周圍的加熱套7中裝有加熱元件8，它可使鈀片周邊的溫度首先升高，然后帶動鈀片中心的溫度也跟著升高。當鈀片周邊的溫度超過120℃時，氘通量明顯增加，由于氘通量與熱流的關聯(lián)，相應的熱流也增加，鈀片周邊的溫度便迅速增加。這就帶動鈀片中心的溫度也跟著升高，超過120℃。于是，鈀片上又有了更多的表面進入發(fā)熱狀態(tài)。這是一種正反饋過程。它使鈀片的溫度迅速全面超過120℃。由于鈀片中心有了熱源，鈀片中心的溫度就會高于鈀片周邊的溫度，實現(xiàn)了鈀片上“溫度梯度”的反轉(zhuǎn)即起初是鈀片周邊的溫度高于鈀片中心的溫度，反而變成了鈀片中心的溫度高于鈀片周邊的溫度。而且，鈀片中心的溫度會一直升到高于氘通量取峰值的溫度才停止。這時，鈀片中心的溫度已經(jīng)到了高溫側(cè)，也就是氘通量要隨溫度升高而下降的那一側(cè)。正反饋變成了負反饋。因為這時候，溫度升高會導致發(fā)熱效應下降。這就制止了溫度升高的趨勢，達到一個穩(wěn)定的定態(tài)。這時，如果慢慢地減小加熱套7上的加熱功率，鈀片周邊的溫度隨著減低，卻不能帶動鈀片中心的溫度也跟著減低。即使鈀片周邊的溫度已低于120℃，鈀片中心的溫度卻仍然高于氘通量取峰值的溫度。因為負反饋過程要制止鈀片中心溫度下降的趨勢。在絕熱環(huán)3隔離下，即使加熱套上的加熱功率為零，依靠鈀片自身的發(fā)熱效應，鈀片中心的溫度卻仍能維持在高于氘通量取峰值的溫度。這就是自持發(fā)熱的狀態(tài)。圖1中的右側(cè)設有真空機組12，用于抽走透過鈀片的氘氣。在氘氣室1上方設有離子槍11，用于鈀片表面改性，以提高鈀片的發(fā)熱效率和壽命。在氘氣室1上方和真空室6的下方設有紅外線觀測窗10，用于觀測鈀片的溫度分布。測控儀表9可以通過計算機測量、記錄、控制氣壓、真空度、和鈀片溫度。在鈀片5與鈀片座2之間有絕熱環(huán)3，以減少兩者之間的熱傳導。鈀片5通過可伐4連接到絕熱環(huán)3。
圖3為氘通量透鈀實驗中的氘通量與發(fā)熱量的關聯(lián)圖。圖3上方多刺的曲線顯示透過鈀片的氘通量(右縱軸)，光滑的曲線顯示鈀片上發(fā)出的熱流(左縱軸)。下方的曲線顯示鈀片的溫度隨時間逐漸下降。按照傳統(tǒng)的擴散理論，透過鈀片的氘通量也應該隨溫度單調(diào)下降?？墒牵瑢嶒瀰s顯示在降到150℃以下時，氘通量出現(xiàn)了兩個異常的峰，而且伴隨著兩個異常的熱流峰。正是這兩個異常的氘通量峰，和與之相關聯(lián)的熱流峰造就了高溫側(cè)的負反饋運行區(qū)，才有可能使鈀片進入自持發(fā)熱的狀態(tài)。
圖4為氘通量透鈀實驗中升溫和降溫階段不同的溫度分布示意圖。從圖中可看到“溫度梯度”的反轉(zhuǎn)。(鈀片中心從低溫區(qū)(白色)轉(zhuǎn)變?yōu)楦邷貐^(qū)(紅色))。中間的溫度曲線表明升溫階段，是中間向下凹的溫度曲線；隨著加熱套功率增加，邊緣的溫度首先升到發(fā)熱區(qū)。由于在此低溫側(cè)的正反饋效應，發(fā)熱區(qū)迅速向中間延伸，直到形成中間高，圓周上溫度低的凸形溫度分布曲線。此時，如果降低加熱功率，雖然，周圍的溫度可能低于發(fā)熱區(qū)間(120℃~150℃)，鈀片中心的溫度卻一直保持在發(fā)熱區(qū)的高溫側(cè)。由于負反饋效應，中間的溫度會一直維持下去，直到發(fā)熱功率擋不住周圍的散熱效應為止。
下面介紹本發(fā)明的實施例圖5為本發(fā)明一個實施例的簡單結(jié)構(gòu)示意圖。1—氘氣室，2—鈀片，3—真空室，4—內(nèi)有加熱元件的加熱套。在一個圓柱形不銹鋼管的中部加入一片圓形的鈀片(直徑2厘米，厚0.01厘米，純度優(yōu)于99.9％)，左側(cè)是氘氣室(約80千帕)，右側(cè)用機械泵抽成真空(~280帕)。即使沒有紅外線成像儀，對鈀片的溫度分布進行測量，只能用鉑電阻溫度計或熱電偶測量鈀片圓周邊緣上的溫度；即使沒有對系統(tǒng)進行良好的熱絕緣(未能與環(huán)境充分隔離)，仍能看到圖6所示的鈀片2邊緣上的溫度與加熱功率的關系圖。可以看到(1)升溫與降溫的不對稱性；(2)在120℃附近，系統(tǒng)溫度的突變；(3)當加熱功率降到零，系統(tǒng)溫度仍能維持高于室溫相當長的一段時間。只要進一步改善系統(tǒng)的熱絕緣，系統(tǒng)就會進入自持發(fā)熱狀態(tài)。用銅片或鋁片替換鈀片作同樣實驗就看不到這三點異常。簡單的積分計算表明，在圖6所示的結(jié)果中，鈀片在9小時的實驗中放出了約19萬焦耳的熱能，相當于每克分子鈀放出了50多兆焦耳的熱能。遠遠超出任何已知的化學能。它可以為一個實用的能源裝置，而不伴隨著中子和伽瑪輻射。
權(quán)利要求
1.氘通量自持發(fā)熱方法，它采用氣態(tài)充氘法，其特征在于所述方法是在鈀片兩側(cè)保持一定的氘氣壓力差，利用氘通量在特定溫度處出現(xiàn)的峰形分布，再加上氘通量的發(fā)熱效應，使鈀片在升溫接近氘通量取峰值的溫度時，通過正反饋，使鈀片上的溫度迅速升溫，讓大部分鈀片的溫度高于氘通量峰值溫度，進入氘通量峰值的高溫側(cè)，由于高溫側(cè)是負反饋運行區(qū)，即此區(qū)內(nèi)鈀片溫度變低時，發(fā)熱自動增強，在鈀片上形成自持的溫度分布，使鈀片保持在自持發(fā)熱的運行狀態(tài)，實現(xiàn)高強度的熱源。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的氘通量自持發(fā)熱方法，其特征在于所述鈀片兩側(cè)的壓力差為0.6～2.0大氣壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的氘通量自持發(fā)熱方法，其特征在于所述氘通量的發(fā)熱效應是指透過鈀片的氘通量與放出的熱量相關聯(lián)，即氘通量變大時，放出的熱量也變大。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的氘通量自持發(fā)熱方法，其特征在于所述鈀片的溫度在120℃～150℃之間存在一個氘通量的峰形分布。
5.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的氘通量自持發(fā)熱方法，其特征在于所述鈀片的厚度為0.08～0.12毫米。
6.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的氘通量自持發(fā)熱方法而提出的發(fā)熱裝置，其特征在于，它含有氘氣室(1)位于所述裝置的上方，它提供了一個穩(wěn)定的氘氣源；鈀片座(2)位于鈀片(5)和絕熱環(huán)(3)之外，用于支撐鈀片和絕熱環(huán)；絕熱環(huán)(3)用于減少鈀片與鈀片座兩者之間的熱傳導；可伐聯(lián)接(4)用于連接絕熱環(huán)(3)和鈀片(5)；鈀片(5)將所述裝置分成氘氣室(1)和真空室(6)上下兩室，它為發(fā)熱體；真空室(6)位于所述裝置的下方，被抽成真空以保持鈀片上、下方有一定的壓力差；加熱套(7)纏繞加熱元件；加熱元件(8)位于鈀片(5)周圍的加熱套(7)上，它可使鈀片周邊的溫度首先升高，然后帶動鈀片中心的溫度也跟著升高；測控儀表(9)用于測量、記錄、控制氣壓、真空度和鈀片溫度；紅外線觀測窗(10)設在氘氣室(1)上方和真空室(6)的下方，用于觀測鈀片的溫度分布；離子槍(11)設在氘氣室(1)上方，用于鈀片表面改性，以提高鈀片的發(fā)熱效率和壽命；真空機組(12)用于抽走透過鈀片的氘氣。
專利摘要
本發(fā)明公開了一種屬于能源技術(shù)領域：
的氘通量自持發(fā)熱方法及裝置。所述方法是在鈀片兩側(cè)保持氘氣壓力差，利用氘通量在特定溫度處出現(xiàn)的峰形分布，再加上氘通量的發(fā)熱效應，使鈀片在升溫接近氘通量取峰值的溫度時，通過正反饋使鈀片上的溫度迅速升溫，讓大部分鈀片的溫度高于氘通量峰值溫度，進入氘通量峰值的高溫側(cè)，由于高溫側(cè)是負反饋運行區(qū)，使鈀片保持在自持發(fā)熱的運行狀態(tài)，實現(xiàn)高強度的熱源。其裝置主要含有穩(wěn)定氘氣源氘氣室，發(fā)熱體鈀片，真空室及加熱元件，測控儀表，紅外線觀測窗，真空機組。本發(fā)明的技術(shù)方案可行，特別是燃料來源于海水，豐富而無污染。其裝置結(jié)構(gòu)簡單，總發(fā)熱功率大小可調(diào)，適于各種產(chǎn)業(yè)化的規(guī)模。
文檔編號G21H1/00GKCN1461013SQ03137691
公開日2003年12月10日 申請日期2003年6月20日
發(fā)明者李興中 申請人:清華大學導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan