початок розділу Виробничі, аматорські радіоаматорські Авіамодельний, ракетомодельного Корисні, цікаві	хитрощі майстру електроніка фізика технології винаходи	таємниці космосу таємниці Землі таємниці Океану хитрощі Карта розділу
Використання матеріалів сайту дозволяється за умови посилання (для сайтів - гіперпосилання)

ВИНАХІД
Патент Російської Федерації RU2195717

ПРИСТРІЙ ДЛЯ ОТРИМАННЯ ЕНЕРГІЇ

Ім'я винахідника: Кіркінскій Віталій Олексійович; Хмільників Олександр Ілліч
Ім'я патентовласника: Кіркінскій Віталій Олексійович; Хмільників Олександр Ілліч
Адреса для листування: 630090, Новосибірськ, вул. Терешкової, 44, кв.8, В.А. Кіркінскому
Дата початку дії патенту: 2001.08.23

Винахід відноситься до ядерної фізики та енергетики, а саме до пристроїв для отримання енергії при сорбції-десорбції дейтерію в тонкозернистого паладії, і може бути використано для теоретичних оцінок швидкості ядерної реакції в Дейтерид паладію. Технічний результат досягається тим, що пристрій заснований на ядерній реакції взаємодії атомів дейтерію, швидкість якої зростає в кристалічних структурах робочих речовин, які відчувають оборотні ізоструктурні фазові перетворення зі зміною змісту в них дейтерію. Пристрій включає реактор з робочим речовиною, систему вимірювання та регулювання газового тиску, систему нагріву та регулювання температури, систему передачі і використання тепла, що виділяється. Реактор виконаний у вигляді співвісно розташованих труб, забезпечених затворами, герметизирующими обсяг, в якому розміщено робоча речовина у вигляді порошку або плівки на підкладці. Нагрівачі розміщені в кінцевих частинах труб з можливістю створення змінного у напрямку градієнта температури по поздовжній осі реактора. Теплообмінник первинного контуру прилягає до реактору безпосередньо або через теплопередающей втулку з боку, радіально протилежної положенню нагрівачів. Розроблено різні модифікації пристрою, що забезпечують одночасну десорбції дейтерію в робочому речовині в нагрівається частини реактора і сорбцію в охолоджувальної його частини, ефективну передачу і використання енергії, що виділяється, підвищення надійності та створення умов для автоматизації роботи.

ОПИС ВИНАХОДИ

Винахід відноситься до ядерної фізики та енергетики.

Відомі пристрої для отримання енергії, а й тритію, гелію і вільних нейтронів [1], [2]. Вони засновані на ядерних реакціях важких ізотопів водню з утворенням гелію і тритію в кристалічних структурах Дейтерид деяких металів і на їх поверхні в електрохімічних та інших фізико-хімічних процесах. Експериментальні свідоцтва таких реакцій і теоретичні гіпотези про їх механізмі опубліковані в численних (понад тисячу) роботах, посилання на які і на більш ранні огляди наведені в [3] і [4]. Теоретичний аналіз в [1], [2], [3] і [4] показав, що швидкість таких реакцій повинна зростати при ізоструктурні фазових перетвореннях Дейтерид металів, що відбуваються зі зміною змісту дейтерію. Способи та пристрої, заявлені в [1] і [2], засновані на використанні цього явища.

Перше пристрій, приведений в [1] і [2], включає герметично закривається сталевий посудину-реактор, в який поміщається робоча речовина - метал, який відчуває ізоструктурні фазові перетворення при зміні температури або тиску газоподібного дейтерію, систему регулювання і вимірювання газового тиску, що складається з трубопроводів високого тиску, роздільник рідини і газу, манометра, гідравлічного насоса, вакуумного насоса, балона зі стисненим газоподібним дейтерієм, вентилів, систему нагріву та регулювання температури, що включає нагрівачі опору або піч для нагрівання струмами високої частоти, регулятор температури, систему передачі і використання виділяється тепла, що складається з холодильника-теплообмінника, виконаного у вигляді порожнистої спіралі з проточною рідиною або судини з проточним теплоносієм.

Цей пристрій має наступні недоліки:

1. З огляду на те, що необхідною умовою проведення ядерного процесу, що супроводжується виходом енергії, є циклічний нагрів і охолодження реактора з робочою речовиною, десорбція дейтерію при підвищенні температури призводить до зростання тиску газової фази і уповільнення процесу фазового перетворення дейтериду. Внаслідок цього знижується ефективність отримання енергії.

2. Матеріал судини реактора в процесі його експлуатації і дифузії водню стає крихким, що може призвести до аварійного руйнування реактора. Вибух при високому газовому тиску призведе до втрати дорогого робочого речовини і всієї установки і небезпечний для обслуговуючого персоналу.

3. Наявність гідравлічного насоса і роздільник рідини і газу ускладнює пристрій і створює ненадійність в роботі.

4. Неефективно використовується електроенергія, так як значна частина тепла, що виділяється нагрівачем, розсіюється в навколишнє середовище.

Друге пристрій, приведений і в [1] і [2] і вбрання як прототип винаходу, включає два герметичних посудини-реактора, забезпечених затворами і з'єднаних один з одним трубопроводом, нагрівачі і термопари, встановлені в кишенях реакторів, регулятор температури, систему вимірювання і регулювання газового тиску, що складається з трубопроводу високого тиску, балони зі стисненим газом, манометрів за роздільником, вентилів, охолоджуючу систему - теплообмінник у вигляді порожніх спіралей або ємностей з рідиною, розміщених зовні реакторів.

Другий пристрій має важливу перевагу: підвищення температури не приводить до значного зростання тиску в нагрівається посудині-реакторі, так як виділяється при десорбції дейтерій сорбируется в іншій посудині-реакторі. Однак цей пристрій і не позбавлене недоліків.

1. Використання двох судин-реакторів замість одного ускладнює і здорожує конструкцію, знижує її надійність.

2. Велика інерційність пристрою внаслідок масивності затворів і наявності сполучної трубки уповільнює десорбцію і сорбцію дейтерію і обумовлене нею фазове перетворення, внаслідок цього швидкість виділення енергії за рахунок ядерної реакції знижується.

3. Через значні тепловтрат в навколишній простір неефективно використовується електроенергія, яка живить нагрівачі.

4. Проникнення дейтерію до робочого речовини особливо в нижній частині судин-реакторів утруднено, що уповільнює процес сорбції та зменшує інтенсивність виділення енергії.

5. У конструкції не передбачено вимірювання температури безпосередньо в порожнині реакторів, що ускладнює регулювання процесів сорбції і десорбції дейтерію в реакторах.

6. Що виділяється при десорбції в одній посудині атомарний дейтерій при переміщенні по сполучної трубки встигає рекомбінувати з утворенням молекул Dз, на їх повторну десорбції на поверхні робочої речовини потрібен додатковий час, що уповільнює процес дифузії всередину металу і фазового перетворення, при якому виділяється надлишкова енергія.

7. В процесі експлуатації посудин-реакторів при високих температурах і тисках дейтерій проникає в їх сталеві оболонки за рахунок дифузії, що призводить до водневої крихкості і аварійного руйнування судин.

Завданням даного винаходу є створення пристрою, більш ефективного щодо виходу і використання енергії, спрощення конструкції, підвищення надійності та створення умов для автоматизації його роботи.

Поставлена ​​задача вирішена за рахунок того, що у відомому пристрої для отримання енергії (а і тритію і гелію), що включає герметично закривається реактор з розташованим в ній нього робочою речовиною, здатним до оборотним ізоструктурні фазовим перетворенням зі зміною змісту дейтерію, систему вимірювання та регулювання газового тиску , систему нагріву та регулювання температури, систему передачі і використання тепла, що виділяється, реактор з робочим речовиною виконаний у вигляді співвісно розташованих труб, забезпечених затворами, герметизирующими робочий об'єм між ними, в якому вміщено робоча речовина, нагрівачі і термодатчики системи нагріву і регулювання температури розміщені в кінцевих частинах труб реактора зовні робочого об'єму з можливістю створення змінного у напрямку поздовжнього градієнта температури в реакторі, система передачі і використання тепла, що виділяється включає теплообмінник первинного контуру, розташований на реакторі з боку радіально протилежної положенню нагрівачів, і приєднаний до труб з теплоносієм, гідравлічний насос, теплообмінник вторинного контуру і теплоизолирующую оболонку.

Пропонована сукупність ознак заявляється пристрою дозволяє багаторазово проводити одночасно десорбції дейтерію в робочому речовині в нагрівається частини реактора і сорбцію - в охолоджувальної його частини і за рахунок цього здійснювати процес ядерного синтезу, супроводжуючого ізоструктурні фазові перетворення, отримуючи надлишкову енергію в порівнянні з витраченої.

Конкретна реалізація і розвиток ознак, виражених в першому - основному пункті, сформульована в додаткових пунктах формули винаходу (пункти 2-26).

Відносно реактора:

внутрішня поверхня труб реактора, виготовлених з легованої сталі, футерована покриттям, стійким до проникнення водню, наприклад електролітичним нанесеним шаром срібла або / та срібними втулками, щільно прилеглими до труб;

затвори реактора жорстко скріплюють труби реактора і забезпечені кишенями для введення термопар в робочий об'єм і наскрізними патрубками для перезавантаження робочої речовини і під'єднання до системи вимірювання і регулювання газового тиску;

внутрішня труба реактора виконана з глухим торцем, а затвор з ущільненням і наскрізним обтюратором скріплений різьбленням з зовнішньої трубою;

реактор знаходиться в акустичному контакті з генератором ультразвукових коливань.

Сутність пропозицій по конструкції реактора полягає в підвищенні стійкості реактора до дії дейтерію за рахунок футерування його внутрішньої поверхні покриттям, більш стійким до проникнення водню в порівнянні з матеріалом судини, у вимірі температури безпосередньо в робочому обсязі завдяки кишенях, в яких поміщені вимірювальні термопари, і в підвищенні швидкості переміщення дейтерію в робочому речовині за рахунок контакту реактора з джерелом ультразвукових коливань.

Реактор може бути виготовлений з різних робочим об'ємом в залежності від планованої потужності: від декількох кубічних сантиметрів для лабораторних досліджень до часткою кубометра для промислових установок. Співвідношення довжини труб реактора і їх поперечних перерізів визначається технічними зручностями. У центральній частині реактора може бути встановлена ​​перегородка з газопроникного матеріалу, наприклад пористої кераміки з оксиду алюмінію.

Відносно робочої речовини:

на внутрішню трубу реактора багатошарово намотана фольга, наприклад, міді або срібла, на яку нанесено робоча речовина у вигляді плівки товщиною від 1 нм до 100 нм;

робоча речовина нанесено на пористий матеріал, наприклад оксид алюмінію або силікагель;

як робоча речовина використані елементарні метали і інтерметалліді, Дейтерид яких здатні до оборотним ізоструктурні фазовим перетворенням зі зміною змісту дейтерію при температурі вище 350 С при тиску нижче 100МПа, наприклад паладій, ванадій, ніобій, рідкоземельні елементи, интерметаллические з'єднання TiFe, TiMn _1,5 , LaNi _5, LaCo _5, приготовані у вигляді тонкокрісталліческіх порошку з лінійним розміром частинок в поперечному перерізі від 10 ^-12 до 10 ^-9 м;

порошкоподібною робоча речовина змішано з пористим матеріалом, наприклад порошком активованого вугілля з об'ємною часткою робочої речовини від 10% до 90%;

кілька шарів робочої речовини, наприклад рідкоземельних елементів, розташовані в реакторі так, що температури трифазного рівноваги їх ізоструктурні Дейтерид з газовою фазою при одному і тому ж тиску відповідають радіальному температурному градієнту в реакторі в робочому режимі.

Сутність пропозицій, що відносяться до робочого речовини, яке є невід'ємною конструктивною частиною заявляється пристрою, пояснюється нижче.

У зв'язку з тим, що теплоносій можна ефективно використовувати в практичних цілях, якщо його температура досить висока (не менше 80-100 ^o С), а тиск газу в реакторі для дотримання безпеки в роботі не повинно бути високим, робочі метали і параметри їх роботи підбираються так, щоб температури трифазного рівноваги ізоструктурні їх дейтерид з газовою фазою перебували при температурі вище 350 с при тиску нижче 100 МПа.

Швидкість насичення дейтерієм і відповідно маса робочої речовини, що зазнає фазовий перехід в одиницю часу, знаходиться в зворотній квадратичної залежності від товщини шару, через який йде дифузія. З цієї причини інтенсивність виділення надлишкової енергії, що супроводжує процес ізоструктурні перетворення, тим вище, чим менше розмір часток і більше питома поверхня робочої речовини. Найбільш ефективним є використання тонкодисперсного порошку робочої речовини з можливо меншим розміром частинок, при якому ще зберігається його кристалічна структура. Для більшості металів це відповідає лінійному розміру часток порядку декількох нанометрів. Робоча речовина може бути нанесено і в вигляді кристалічної плівки товщиною менше 100 нм на металеву фольгу, намотану на внутрішню трубу реактора. Тонка плівка може бути нанесена електролітичним методом або розпиленням. Допустимо використовувати плівку, товщина якої нерівномірна. Робоча речовина можна нанести і на порошкоподібний матеріал, наприклад оксид алюмінію або силікагель, що перешкоджає його спікання і зменшення поверхні в процесі роботи.

Через наявність радіального градієнта температури в реакторі процес фазового перетворення розтягується в часі, що знижує ефективність виділення енергії. Для інтенсифікації процесу можна використовувати кілька шарів робочих речовин, розташованих так, що температури трифазного рівноваги ізоструктурні Дейтерид з газовою фазою при одному і тому ж тиску відповідають радіальному температурному градієнту в реакторі в робочому режимі. Прикладом таких металів з различающимися температурами переходів при одному і тому ж тиску є рідкоземельні елементи. Шари порошків цих металів, взятих в рівних молярних частках, поділяються металічною фольгою або щільною сіткою з міді, срібла або стали. Можливо і використовувати металеві фольги з плівками різних металів, послідовно намотані на внутрішню трубу реактора так, щоб фазові переходи їх Дейтерид при заданому тиску в реакторі близько відповідали б радіальному температурному градієнту в реакторі. При такому розташуванні фазові перетворення Дейтерид в різних зонах реактора відбуваються майже одночасно, що підвищує виділяється потужність.

Для забезпечення кращого доступу газу до частинкам робочої речовини і запобігання їх спікання останній доцільно змішати з пористим матеріалом, наприклад з порошком активованого вугілля або силікагелю.

Відносно нагріву та регулювання температури:

нагрівачі, виконані резистивним або у вигляді індукторів високочастотного електромагнітного поля, розміщені в кінцевих частинах внутрішньої труби реактора з можливістю їх почергового включення;

нагрівачі розміщені на кінцевих частинах зовнішньої труби реактора з можливістю їх почергового включення;

нагрівачі розділені екраном з низькою теплопровідністю, наприклад пористої керамікою;

нагрівач забезпечений системою поступального переміщення уздовж поздовжньої осі реактора.

Сутність пропозицій по системі нагріву та регулювання температури полягає в створенні можливості швидкої зміни напрямку поздовжнього температурного градієнта в реакторі при певній температурі в реакторі або через заданий інтервал часу, в тому числі в автоматичному режимі, за рахунок використання двох, по черзі включаються нагрівачів, розташованих в кінцевих частинах реактора, і наявності розділового екрану між ними або за рахунок переміщення нагрівача уздовж осі реактора.

Відносно системи передачі і використання тепла, що виділяється:

• теплообмінник первинного контуру пристрою, виконаний у вигляді двох співвісно розташованих труб, герметично з'єднаних затворами, розташований на зовнішній трубі реактора і забезпечений наскрізними патрубками, приєднаними до труб з теплоносієм, наприклад водою;
• теплообмінник первинного контуру виконаний у вигляді труби, що прилягає до внутрішньої трубі реактора, і забезпечений наскрізними патрубками, приєднаними до труб з теплоносієм;
• теплообмінник первинного контуру забезпечений гвинтоподібними роздільниками потоку теплоносія, виконаними з металу, наприклад сталі або міді;
• пристрій забезпечений механізмом для регулювання і зміни напрямку патока теплоносія в теплообміннику первинного контуру, наприклад реверсивним насосом або краном з електромагнітним перемикачем;
• теплообмінник первинного контуру забезпечений перегородкою в його середині і кожна з двох його секцій забезпечена роздільниками потоку і наскрізними патрубками з можливістю незалежного регулювання подачі теплоносія;
• між реактором і теплообмінником первинного контуру поміщена теплопередающей втулка, виконана, наприклад, зі сталі або міді;
• втулка виконана порожнистої і на 40-60% обсягу порожнини заповнена сипучим матеріалом з високою теплопровідністю, наприклад кульками з міді або срібла;
• втулка виконана з немагнітного матеріалу, наприклад міді або алюмінію, і забезпечена електромагнітом з можливістю при їх почерговому включенні переміщати сипучий матеріал, виготовлений з феромагнітного металу, наприклад сталеві кульки, в поздовжньому напрямку втулки;
• пристрій забезпечений системою зміни кута нахилу, що забезпечує поворот реактора і теплопередающей втулки у вертикальній площині до 180 ^o;
• порожнину теплопередающей втулки вакуумована;
• теплоизолирующая оболонка пристрою виконана у вигляді порожнього вакуумованого циліндричного корпусу, навколишнього реактор, нагрівачі і теплообмінник первинного контуру, і кришок з матеріалу з низькою теплопровідністю, наприклад пористої кераміки, розташованих на торцях реактора.

Сутність пропозицій по системі передачі і використання тепла, що виділяється пояснюється нижче.

Теплообмінник первинного контуру забезпечує ефективне перенесення тепла, що виділяється за рахунок щільного контакту з реактором безпосередньо або через теплопередающей втулку, гвинтових роздільників потоку теплоносія, зміни напрямку потоку теплоносія від менш нагрітої боку до більш нагрітої.

Теплообмінник може бути розділений перегородкою на дві частини. При пропущенні більш інтенсивного потоку теплоносія через ту частину, яка охолоджує реактор, зростає градієнт температури в реакторі, що сталася в результаті включення одного з нагрівачів.

Теплопередающей втулка виконана так, щоб забезпечити змінний у напрямку температурний градієнт в реакторі. Для цього під втулку, виготовлену порожнистої з немагнітного металу, поміщають сипучий феромагнітний матеріал, наприклад сталеві шарикопідшипники. При переміщенні сипучих матеріалів c допомогою поперемінно включаються електромагнітів або нахилом втулки разом з реактором в сторону відключеного нагрівача створюються умови для швидкого охолодження робочої речовини в цій частині реактора. Інша сторона реактора, ізольована від теплообмінника повітряним проміжком порожнистої втулки (яка, крім того, може бути попередньо Вакуумирование), швидко прогрівається і десорбуються дейтерій. Після витримки при певній температурі, що перевищує температуру трифазного рівноваги двох ізоструктурні Дейтерид з газовою фазою при робочому тиску в гарячій зоні реактора, включається інший нагрівач, і сипучий матеріал переміщається в протилежну сторону теплопередающей втулки.

Реактор, нагрівачі і теплообмінник укладені в теплоизолирующую оболонку, що складається з полого вакуумованого циліндричного корпусу і кришок на його торцях з пористої кераміки, що дозволяє знизити втрати тепла і електроенергії. Труби з теплоносієм і доцільно покрити теплоізолюючих оболонкою.

Опис пристрою пояснюється фігурами 1-3 і фіг.4, де представлена ​​загальна схема установки, що включає заявляється пристрій і допоміжні системи, що забезпечують його роботу.

На фіг.1 реактор 1 виконаний у вигляді двох співвісно розташованих труб, внутрішньої 2 і зовнішньої 3, герметично з'єднаних затворами 4 і 5. Перетин труб може мати різноманітну форму, але найбільш зручні у виготовленні і експлуатації труби з круглим поперечним перерізом. Труби і затвори виготовлені з легованої сталі, а їх внутрішня поверхня футерована матеріалом, швидкість дифузії в якому менше, ніж у сталі, наприклад електролітично нанесеним шаром срібла та / або срібною втулкою, щільно прилягає до стінок труб. Затвори 4, 5 можуть бути виконані у вигляді кінцевих кришок, жорстко скріплених з торцями труб зварюванням або паянням, наприклад припоєм, що містить срібло і та футерован з боку робочого об'єму.

Затвор 4 забезпечений наскрізним патрубком 6 з фільтром 7, призначеним для запобігання втрат дрібних кристалічних частинок при вакуумуванні, і приєднаний через трубопровід високого тиску 8 до системи вимірювання і регулювання газового тиску.

В одному з затворів (5 на фіг.1) є кишені 9 і 10, в яких розміщені вимірювальні термодатчики 11, 12, наприклад термопари з можливістю переміщення їх в поздовжньому напрямку.

Затвор може мати нарізне сполучення із зовнішнім трубою 3 реактора (на фіг. 1 не показано). Герметичність в цьому випадку досягається за допомогою кільцевого ущільнення з пластично деформується при додатку зусилля металу, наприклад міді. Внутрішня труба реактора при такій конструкції має глухий торець. Затвор такого типу застосовується, наприклад, в автоклавах і має перевагу при багаторазовій перезавантаження реактора.

Усередині реактора поміщається робоча речовина 13, в Дейтерид якого при циклічній зміні температури відбувається зворотній ізоструктурні фазовий перехід із стрибкоподібним зміною змісту дейтерію, наприклад паладій, ванадій, ніобій, рідкоземельні метали.

У кінцевих частинах реактора розміщені нагрівачі 14 і 15 з можливістю їх почергового включення і виключення при певній температурі всередині реактора або через заданий проміжок часу, в тому числі в автоматичному режимі. Нагрівачі виконані резистивним або індукційними. Між нагрівачами може бути встановлений екран 16 з матеріалу з низькою теплопровідністю, наприклад пористої кераміки. Нагрівач може бути забезпечений системою поступального переміщення уздовж внутрішньої труби реактора. Термодатчики 17 і 18, призначені для регулювання температури, виконані, наприклад, у вигляді термопар.

Теплопередающей втулка 19 щільно прилягає до зовнішньої трубі 3 реактора, що здійснюється, наприклад, за допомогою конічної посадки з використанням сухої мастила, наприклад, з графіту або дисульфіду молібдену. Втулка 19 може бути виконана суцільною або, як показано на фіг.1, порожнистої, при цьому порожнина заповнена на 40-60% обсягу сипучим матеріалом 20 з високою теплопровідністю, наприклад сталевими підшипниками. Переміщаючи сипучий матеріал по порожнини втулки, можна здійснювати швидкий тепловідвід і охолодження відповідної частини реактора. Порожня втулка має наскрізний патрубок 21, через який завантажується сипучий матеріал і проводиться вакуумирование.

До зовнішньої сторони втулки 19 щільно прилягає теплообмінник первинного контуру 22, виконаний у вигляді двох співвісно розташованих і герметично з'єднаних труб 23 і 24, забезпечених наскрізними патрубками 25, 26 і приєднаних до труб 27 і 28 з охолоджуючим теплоносієм 29. Усередині теплообмінника 22 можуть бути встановлені гвинтові роздільники потоку теплоносія (на фіг.1 не показані), що забезпечує більш ефективний прогрів останнього.

Для зменшення тепловтрат пристрій забезпечений теплоізолюючих оболонкою. Вона складається з кришок 30 і 31 з матеріалу з низькою теплопровідністю, наприклад пористої кераміки, розташованих на торцях реактора і полого корпусу 32, забезпеченого наскрізним патрубком 33, приєднаним до шлангу для вакуумування 34. Порожній корпус прилягає до зовнішньої поверхні теплообмінника первинного контуру 22.

На фіг. 2 приведена конструкція, в якій відсутній теплопередающей втулка, а теплообмінник первинного контуру 22 (і виконаний з двох співвісних труб 23 і 24) розміщений безпосередньо на реакторі 1 і забезпечений перегородкою 35. Кожна з двох його секцій має наскрізні патрубки 25, 25 ', 26 , 26 ', під'єднані до труб 27 і 28 з теплоносієм 29. Усередині кожної секції встановлені роздільники потоку для більш ефективного охолодження реактора (на фіг. не показані). Інші позиції аналогічні описаним для фіг.1.

На фіг. 3 приведена конструкція, в якій нагрівачі 14 і 15, розділовий екран 16 і термодатчики системи регулювання температури 17 і 18 розміщені на зовнішній трубі 3 реактора 1. Теплообмінник первинного контуру 22 виконаний у вигляді труби, забезпеченою наскрізними патрубками 25 і 26, які під'єднані до труб 27 і 28 з теплоносієм 29. Усередині посудини встановлені роздільники потоку (на фіг. не показані). Інші позиції аналогічні описаним для фіг.1.

На фіг.4 приведена загальна схема установки, що включає пропонований пристрій і допоміжні системи, що забезпечують його роботу.

Система регулювання тиску в реакторі 1 включає вакуумний насос 36, вакууметр 37, джерело стисненого дейтерію 38, манометри 39 і 40, ресивер 41, пробовідбірник 42, трубопровід високого тиску 43, вентилі 44, 45, 46, 47, 48.

Система нагріву та регулювання температури включає джерело живлення 49 для нагрівачів 14, 15, ватметр 50, регулятор температури 51, багатоканальний потенціометр 52, підключений до вимірювальних Термодатчиком 10, 11.

Система передачі і використання тепла, що виділяється включає теплообмінник первинного контуру 22, гідравлічний насос 53, механізм для регулювання і зміни напрямку потоку теплоносія 54, труби 55, 56 з теплоносієм, витратоміри 57, 58, теплообмінник вторинного контуру 59, магістраль надходить потоку рідини 60 (наприклад , води), магістраль нагрітої рідини 61.

Пристрій працює наступним чином

У реактор 1 (фіг.1, 2 і 3) закладають робоча речовина у вигляді тонкокрісталліческіх порошку або тонкої плівки на металевій фользі, намотаною на внутрішню трубу. Затвори 4, 5 герметично закривають. Для пристроїв, зображених на фіг. 1, 2 і 3, затвор 4 у вигляді кришки з наскрізним патрубком і затвор 5 у вигляді кришки з кишенями приварюють або припаюють серебросодержащим припоєм до торців внутрішньої і зовнішньої труби реактора. Для пристрою по п. 4 формули винаходу затвор, що має різьбове з'єднання, загвинчують нажімной гайкою і деформують ущільнювача мідне кільце. Така конструкція затвора є звичайною, наприклад, в автоклавах і тому не ілюструється окремою фігурою.

У патрубок 6 вставляють фільтр 7 для запобігання втрат дрібних частинок порошку при вакуумуванні. Реактор 1 через патрубок 6 під'єднують до системи вимірювання і регулювання газового тиску і після відкриття вентилів 46 і 47 при закритих вентилях 45 і 48, вакуумним насосом 36 з нього відкачують повітря до тиску, що не перевищує 1 Па (10 ^-2 мм рт. Ст. ), що вимірюється вакууметра 36 (фіг.4). Після закриття вентиля 46 в реактор з балона 38 або іншого джерела при відкриванні вентиля 44 і 45 невеликими порціями подається стиснене дейтерій до тих пір, поки тиск не буде стійко зберігатися на заданому рівні. Вентиль 47 після цього закривають. Регулюючі датчики 17 і 18 підключаються до регулятора температури 51, а вимірювальні термодатчики 10 і 11 - до багатоканального потенціометра 52.

Теплообмінник первинного контуру 22 під'єднують до труб 27 і 28, що підводять теплоносій 29, наприклад воду, і пов'язаним з теплообмінником вторинного контуру 59.

Сипучий матеріал з високою теплопровідністю 20 (наприклад, сталеві шарикопідшипники) переміщують в одну половину теплопередающей втулки 19, наприклад праву нахилом її вниз відносно горизонтальної площини або включенням правого електромагніта (на фіг. Не показаний). Для пристрою на фіг.2 за допомогою механізму регулювання 54 основний потік теплоносія пропускають через праву частину теплообмінника 22, залишаючи в лівій його частині слабкий проток щоб уникнути накопичення пара.

Електричний струм спочатку подається на один з нагрівачів. Регулятором 51 його температура доводиться до рівня, що не перевищує температуру трифазного рівноваги двох Дейтерид обраного робочої речовини з газоподібним дейтерієм при тиску, яке створюється в реакторі, і фіксованої манометром 40. Значення цієї температури визначається за відомою діаграмі: склади Дейтерид - температура - тиск газоподібного дейтерію для використовуваного робочого речовини. (Див. Патент [2]).

Після короткої витримки (10-10 секунд в залежності від товщини шару робочої речовини) вище лінії зазначеного трифазного рівноваги виробляють перемикання електроживлення на нагрівач 15 з одночасним відключенням нагрівача 14. Сипкий матеріал 20 переміщують в ліву половину теплопередающей втулки 19 (фіг. 1), а в пристрої на фіг.2 більш інтенсивний потік теплоносія направляється в ліву половину теплообмінника 22 з одночасним зменшенням потоку через праву його половину.

У пристрої на фіг.1 і 3 система передачі і використання тепла спрощена в порівнянні із зображеною на фіг.4, і при перемиканні нагрівача за допомогою механізму регулювання 54 потік теплоносія направляється в теплообмінник первинного контуру з боку, де відключений нагрівач, що створює умови для швидшого тепловідведення від охолоджувальної частини реактора.

Зазначений цикл повторюють багаторазово протягом всього часу роботи пристрою. Виділяється тепло поглинається теплоносієм і переноситься до теплообмінника вторинного контуру 59, де може бути використано, наприклад, для нагріву води в тепломережі.

Накопичився протягом тривалої роботи газ, що містить гелій і тритій, може бути зібраний в пробовідбірник 42 шляхом відкриття вентилів 47 і 48 при закритих вентилях 45 і 46, а потім перекачали в інші ємності і відділений від дейтерію.

Приклади вимірювання надлишкового тепла в модельному пристрої

Для вимірювання надлишкового тепла в пристрої з використанням в якості робочої речовини дейтериду паладію нами була розроблена спеціальна методика порівняння теплових ефектів при сорбції-десорбції водню в паладії на стандартному сканирующем калориметр "SETARAM" ДСК-111.

З огляду на те, що розміри робочих каналів калориметр малі (довжина ~ 140 мм, діаметр = 8 мм) і в ньому технічно важко розмістити точну копію пропонованого реактора, експерименти проводили на модельній ампулі, в кінцевих частинах якої розміщували нагрівачі з можливістю їх увімкнути. Така конструкція дозволяє створювати змінний у напрямку градієнт температури в робочій речовині і здійснювати одночасно десорбції дейтерію в нагрівається кінці ампули і сорбцію - в іншому її кінці, де нагрівач відключений. Роль теплообмінника первинного контуру виконує вимірювальний блок калориметр. Таким чином, на такій моделі повністю відтворюються фізико-хімічні процеси, що відбуваються в заявляється пристрої.

Методики експериментів. Герметичну сталеву ампулу з досліджуваним речовиною загальною довжиною 80 мм і діаметром 7,6 мм поміщали в вимірювальний канал калориметр, аналогічну ампулу з близьким по масі порошком тонкозернистого паладію і дещо більшою теплоємністю розміщували симетрично в порівняльному каналі.

На фіг. 5. зображена схема вимірювального блоку калориметр, де 1 - порівняльна осередок; 2 - осередок з речовиною; 3 - нагрівачі в торцях осередку; 4 - калориметрический датчик (батареї термопар); 5 - реєструючий блок калориметра; 6 - джерело живлення для нагрівачів. Показано нагрівання лівих печей осередків.

Тонкозернистий паладій був приготований відновленням розчину PdCl ₂ формиатом натрію Na (HCOO) ₂ H ₂ O. Вимірювання на скануючому електронному мікроскопі JSM-35 показали, що розміри частинок Pd варіювали в межах 100-800 нм, при цьому більше 70% з них мали розміри 300-500 нм і ізометрічни за формою.

дейтерид паладію _-PdD X отримували насиченням палладиевой фольги товщиною 5 мкм (чистота 99,9%) при електролізі важкої води (99,9% D ₂ O), що містить 0,1 М LiOH (реактив ЧДА) при щільності струму ~ 50 мА / см ² протягом 70-100 годин. Повноту переходу в -фазу і склад останньої контролювали ваговим методом і рентгенографически на дифрактометрі ДРОН-3. Склад отриманого дейтериду відповідав PdD _0.60±0.01. Через використання гідроксиду літію в якості невеликої домішки присутній легкий ізотоп водню з співвідношенням H / D ~ 1: 300. Аналогічно готували гідрид паладію, але з використанням двічі перегнанной _Н2О

У вимірювальну ампулу поміщали рівні по вазі кількості фольги дейтериду (або гідриду) паладію 0,3 г і тонкозернистого паладію 0,3 м Ампули герметизували і витримували при 650 К протягом 30 хвилин, а потім охолоджували протягом 100 хвилин. При цьому відбувалася десорбція ізотопів водню з фольги, а при охолодженні - сорбція на тонкозернистого паладії, що має значно більшу поверхню і активність до сорбирования ізотопів водню. Відсутність втрат газоподібних ізотопів водню контролювали ваговим методом. Диференціальна крива, виміряна на калориметр, показала, що сорбція-десорбція ізотопів водню відбувалася в інтервалі температур 450-500 К.

У кишенях в кінцях ампул поміщали нагрівачі з платинового дроту з приблизно однаковим опором ~ 2,7 Ом. На праві і ліві печі ампул подавали поперемінно електричне живлення від генератора постійної потужності. Провідникові тепло, що виділилося в нагрівачах, розраховували за показаннями вольтметра і амперметра. Перед початком вимірювань ампули поодинці центрували в каналах так, щоб теплові потоки від рівних електричних імпульсів лівих і правих нагрівачів були рівні. При постійній температурі і виключених нагревателях ампул калориметрический сигнал постійний. Якщо вимірювання проводили при підвищеній температурі, температури в центрі і на кінцях каналу, а отже, і ампули різні.

Вимірюваний калориметром тепловий потік становив лише частину електричного імпульсу: W = I · V · , Де I - сила струму, V - напруга і - Калібрувальний коефіцієнт, який вимірюється нами як функція відстані між нагрівачем ампули і детектором калориметр.

Після центрування обох ампул їх нагрівачі підключали до електричного кола. При включенні струму калориметр вимірював різницю сигналів між вимірювальної та порівняльної ампулами. Вимірювання проводили при певній початковій температурі наступним чином. При постійному початковому тепловому потоці нагрівачі включали на 300 с. На 100-й і 200-й секундах вимірювали струм і напруга, за якими розраховували теплової імпульс. Через 300 з нагрівачі вимикали. Тепловий потік повертався у вихідний стан протягом 250-400 с (в залежності від потужності імпульсу). Потім включали нагрівачі на іншій стороні ампули, і процедуру повторювали. Після того як струм знову повертався до вихідного положення, починали новий цикл шляхом виключення нагрівачів, але напруга встановлювали на 50% вище.

Проведено 8 серій дослідів (табл. 1).

Дані для серії 5 з використанням гідриду паладію показали, що сигнал зберігав свою форму і практично лінійно зростав при збільшенні потужності імпульсу (фіг.6 і 7). Аналогічна лінійна залежність сигналу від величини прикладеної потужності електричного імпульсу нагрівачів спостерігалася в серіях 4, 6-8.

Зовсім інший характер залежності мав місце при використанні дейтериду паладію. Для прикладу наведемо результати серії 2. При збільшенні потужності електричного імпульсу до 3 Вт виміряний сигнал зростав, але при подальшому збільшенні потужності він зменшувався і навіть змінював знак. Результати для всіх 8 циклів наведені на фіг.8 і 9. Аномальна залежність величини сигналу від прикладеної імпульсу була зафіксована на ампулі з тим же зразком через 2 місяці і в дослідах з температурою 440 К і 520 К.

Отримані результати свідчать, що при сорбції-десорбції дейтерію в тонкозернистого паладії виділялася надлишкова енергія, в той час як в аналогічних дослідах зі звичайним воднем ніяких аномальних ефектів в межах похибки вимірювань не виявлено. Умови проведення експериментів: герметичність ампул з поміщеними усередині них зразками, збереження маси ампул після дослідів, відповідність умов проведення вимірювань при використанні дейтериду і гідриду паладію не дозволяють пояснити отримане відмінність хімічними причинами або різною швидкістю дифузії D і Н в паладії. Джерелом надлишкового тепловиділення є ядерна реакція атомів дейтерію з утворенням гелію з передачею енергії, що виділяється кристалічному дейтериду паладію: D + D -> ⁴ Чи не + Q. Імовірність взаємодії по інших каналах: D + D -> T + р і D + D -> He + n значно (на кілька порядків) менше. Механізм поглинання енергії ядерного синтезу кристалічною структурою і причини великої різниці ймовірності реакції D + D по різних каналах в конденсованих середовищах при низьких енергіях і в прискорювачах при високих енергіях багаторазово обговорювалися в літературі (див. Огляд в [3]). У цьому ж препринті наведені посилання на роботи, які свідчать про виділення надлишкової енергії в Дейтерид паладію і на його поверхні в електрохімічних та інших процесах і докази одночасного накопичення гелію. Ці експериментальні результати підтверджують, що виділення енергії обумовлено ядерними процесами.

Максимальне виділення надлишкової енергії, зафіксоване нами, оцінюється в 10 Дж, що з урахуванням умов наших дослідів (маса Pd = 0,3 г, t = 300 с і коефіцієнта ~ 0,1) відповідає ~ 1 Вт / г дейтериду паладію. Це значення по порядку величин відповідає проведеним раніше теоретичних оцінок швидкості ядерних реакцій в Дейтерид паладію [3], [4].

При використанні більш тонкозернистого кристалічного порошку з розмірами частинок 1-5 нм і збільшенні швидкості нагріву і охолодження до десятків секунд вихід енергії згідно теоретичної оцінки можна збільшити принаймні на два порядки, тобто не менше ніж до 100 Вт на 1 г паладію. Таким чином, в реакторі об'ємом 1 літр (1 дм ³⁾ і масою тонкозернистого паладію ~ 1 кг може бути отримана виділяється потужність до декількох десятків кіловат.

ВИКОРИСТАНА ЛІТЕРАТУРА

1. Intern. Patent Application PCT / RU 93/00174, Al, МКІ G 21 B 1/00, G 21 G 4/02, publication 094 / -3902. 1994.

2. Патент РФ RU 2056656, C1, кл. G 21 G 4/02, G 21 B 1/00, пріоритет 03,08.1992, опубл.20.03.1996, Бюл. 8, частина 2, с. 267.

3. В. А Кіркінскій, Ю.А. Новиков. Теоретичне моделювання холодного ядерного синтезу. Новосибірськ, Препринт. 1998. 48 с.

4. VA Kirkinskii, Yu. A. Novikov, Europhysics Letters., 1999, v. 46, N. 4, р. 448-453.

ФОРМУЛА ВИНАХОДУ

1. Пристрій для отримання енергії, що включає герметично закривається реактор з робочим речовиною, здатним до оборотним ізоструктурні фазовим перетворенням зі зміною змісту дейтерію, систему вимірювання та регулювання газового тиску, систему нагріву та регулювання температури, систему передачі і використання тепла, що виділяється, що відрізняється тим, що реактор з робочим речовиною виконаний у вигляді співвісно розташованих труб, забезпечених затворами, герметизирующими робочий об'єм з поміщеним в ньому робочим речовиною, нагрівачі і термодатчики системи нагріву і регулювання температури розміщені в кінцевих частинах труб реактора зовні робочого об'єму з можливістю створення змінного у напрямку поздовжнього градієнта температури в реакторі, система передачі і використання тепла, що виділяється включає теплообмінник первинного контуру, розташований на реакторі з боку, радіально протилежної положенню нагрівачів, і приєднаний до труб з теплоносієм, гідравлічний насос, теплообмінник вторинного контуру і теплоизолирующую оболонку.

2. Пристрій за п. 1, яке відрізняється тим, що внутрішня поверхня труб реактора, виготовлених з легованої сталі, футерована покриттям, стійким до проникнення водню, наприклад, електролітично нанесеним шаром срібла та / або срібними втулками, прилеглими до труб.

3. Пристрій за п. 1, яке відрізняється тим, що затвори реактора жорстко скріплюють труби реактора і забезпечені кишенями для введення термопар в робочий об'єм, а й наскрізними патрубками для перезавантаження робочої речовини і під'єднання до системи вимірювання і регулювання газового тиску.

4. Пристрій за п. 1, яке відрізняється тим, що внутрішня труба реактора виконана з глухим торцем, а затвор з ущільненням і наскрізним обтюратором скріплений різьбленням з зовнішньої трубою реактора.

5. Пристрій за п. 1, яке відрізняється тим, що на внутрішню трубу реактора багатошарово намотана металеву фольгу, наприклад, з міді або срібла, на яку нанесено робоча речовина у вигляді плівки товщиною від 1 до 100 нм.

6. Пристрій за п. 1, яке відрізняється тим, що робоча речовина нанесено на пористий матеріал, наприклад, оксид алюмінію або силікагель.

7. Пристрій за п. 1, яке відрізняється тим, що в якості робочої речовини використані елементарні метали або інтерметалліді, Дейтерид яких здатні до оборотним ізоструктурні фазовим перетворенням зі зміною змісту дейтерію при температурі вище 350 С при тиску нижче 100 МПа, наприклад, паладій, ванадій , ніобій, рідкоземельні елементи, интерметаллические з'єднання TiFe, TiMn _1,5, LaNi _5, LaCo _5, приготовані у вигляді тонкокрісталліческіх порошку з лінійним розміром частинок в поперечному перерізі від 10 ^-12 до 10 ^-9 м.

8. Пристрій за п. 1 або 7, що відрізняється тим, що порошкоподібна робоча речовина змішано з пористим матеріалом, наприклад, порошком активованого вугілля з об'ємною часткою робочої речовини від 10 до 90%.

9. Пристрій за допомогою одного з пп. 1, 5-8, що відрізняється тим, що кілька шарів робочої речовини, наприклад рідкоземельних елементів, розташовані в реакторі так, що температури трифазного рівноваги їх ізоструктурні Дейтерид з газовою фазою при одному і тому ж тиску відповідають радіальному температурному градієнту в реакторі в робочому режимі.

10. Пристрій за п. 1, яке відрізняється тим, що нагрівачі, виконані резистивним або у вигляді індукторів високочастотного електромагнітного поля, розміщені в кінцевих частинах внутрішньої труби реактора з можливістю їх почергового включення.

11. Пристрій за п. 1, яке відрізняється тим, що нагрівачі розміщені на кінцевих частинах зовнішньої труби реактора з можливістю їх почергового включення.

12. Пристрій за п. 1, яке відрізняється тим, що нагрівачі розділені екраном з матеріалу з низькою теплопровідністю, наприклад пористої керамікою.

13. Пристрій за п. 1, яке відрізняється тим, що нагрівач забезпечений системою поступального переміщення уздовж поздовжньої осі реактора.

14. Пристрій за п. 10, яке відрізняється тим, що теплообмінник первинного контуру, виконаний у вигляді двох співвісно розташованих труб, герметично з'єднаних затворами, розташований на зовнішній трубі реактора і забезпечений наскрізними патрубками, приєднаними до труб з теплоносієм, наприклад водою.

15. Пристрій за п. 1 або 11, який відрізняється тим, що теплообмінник первинного контуру виконаний у вигляді труби, що прилягає до внутрішньої трубі реактора і забезпечений наскрізними патрубками, приєднаними до труб з теплоносієм.

16. Пристрій за допомогою одного з пп. 1, 14 і 15, що відрізняється тим, що теплообмінник первинного контуру забезпечений гвинтоподібними роздільниками потоку теплоносія, виконаними з металу, наприклад сталі або міді.

17. Пристрій за допомогою одного з пп. 1, 14 і 15, що відрізняється тим, що воно забезпечене механізмом для регулювання і зміни напрямку потоку теплоносія в теплообміннику первинного контуру, наприклад реверсивним гідравлічним насосом або краном з електромагнітним перемикачем.

18. Пристрій за допомогою одного з пп. 1, 14 і 15, що відрізняється тим, що теплообмінник первинного контуру забезпечений перегородкою в його середині і кожна з двох його секцій забезпечена роздільниками потоку і наскрізними патрубками з можливістю незалежного регулювання подачі теплоносія.

19. Пристрій за п. 1, яке відрізняється тим, що між реактором і теплообмінником первинного контуру поміщена теплопередающей втулка, виконана, наприклад, зі сталі або міді.

20. Пристрій за п. 1 або 19, який відрізняється тим, що зв'язані поверхні реактора, теплопередающей втулки і теплообмінника первинного контуру виконані конічними і прилягають з натягом один до одного.

21. Пристрій за допомогою одного з пп. 1, 19 і 20, що відрізняється тим, що теплопередающей втулка виконана порожнистої і на 40-60% обсягу порожнини заповнена сипучим матеріалом з високою теплопровідністю, наприклад кульками з міді або срібла.

22. Пристрій за п. 1 або 21, який відрізняється тим, що порожня теплопередающей втулка виконана з немагнітного матеріалу, наприклад міді або алюмінію, і забезпечена електромагнітами з можливістю при їх почерговому включенні переміщати сипучий матеріал, виготовлений з феромагнітного металу, наприклад сталеві кульки, в поздовжньому напрямку втулки.

23. Пристрій за п. 1 або 21, який відрізняється тим, що воно забезпечене системою зміни кута нахилу, що забезпечує поворот реактора і теплопередающей втулки у вертикальній площині до 180 ^o.

24. Пристрій за допомогою одного з пп. 21-23, яке відрізняється тим, що порожнина теплопередающей втулки вакуумована.

25. Пристрій за п. 1, яке відрізняється тим, що теплоизолирующая оболонка виконана у вигляді порожнього вакуумованого циліндричного корпусу, навколишнього реактор, нагрівачі і теплообмінник первинного контуру, і кришок з матеріалу з низькою теплопровідністю, наприклад пористої кераміки, розташованих на торцях реактора.

26. Пристрій за п. 1, яке відрізняється тим, що реактор знаходиться в акустичному контакті з генератором ультразвукових коливань.

Версія для друку
Дата публікації 25.03.2007гг

НОВІ СТАТТІ ТА ПУБЛІКАЦІЇ
	Технологія виготовлення універсальних муфт для бесварочного, безрезьбовиє, бесфлянцевого з'єднання відрізків труб в трубопроводах високого тиску (мається відео)
	Технологія очищення нафти і нафтопродуктів
	Про можливість переміщення замкнутої механічної системи за рахунок внутрішніх сил
	Світіння рідини в тонких діелектричних каналох
	Взаємозв'язок між квантової і класичної механікою
	Міліметрові хвилі в медицині. Новий погляд. ММВ терапія
	магнітний двигун
	Джерело тепла на базі нососних агрегатів