专利名称:氘通量自持发热方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种氘通量自持发热方法及装置，尤其是涉及一种不引起污染的可产生非化学能源的氘通量自持发热方法及装置，属于能源技术领域：
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近十几年来，世界各国也提出了关于氘-钯系统发热的技术方案，但在现有的方案中，存在着三方面的缺点(1)没有意识到氘通量的重要性，氘气的气源往往是依靠电解重水时充入钯内的氘离子。因此氘通量的出现有赖于钯体放气。一旦放出氘气，气源就没有保证；参见文献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)没有意识到钯内温度分布的重要性，在通常的量热学实验中往往追求“等温”。力求使被测量的对象处于同一个温度，才能进行量热学的标定。这种“等温”不利于“温度梯度”的反转，不利于实现“自持发热”，参见文献Y.Fukai，“The Metal-Hydrogen System，basic bulk properties”，Springer-Verlag(Berlin，Heideberg，1993)Printed in USA，p.214)；(3)没有意识到钯内自身发热来形成温度分布的重要性，在通常的电解重水量热学实验中，电解电流决定了温度场。钯内自身发热往往只是输入功率的10％，难以利用自身发热中的负反馈效应来保持有利的温度分布。
本发明提出的氘通量自持发热方法，它采用气态充氘法，其特征在于所述方法是在钯片两侧保持一定的氘气压力差，利用氘通量在特定温度处出现的峰形分布，再加上氘通量的发热效应，使钯片在升温接近氘通量取峰值的温度时，通过正反馈，使钯片上的温度迅速升温，让大部分钯片的温度高于氘通量峰值温度，进入氘通量峰值的高温侧，由于高温侧是负反馈运行区，即此区内钯片温度变低时，发热自动增强，在钯片上形成自持的温度分布，使钯片保持在自持发热的运行状态，实现高强度的热源。
在上述氘通量自持发热方法中，所述钯片两侧的压力差为0.6~2.0大气压；所述氘通量的发热效应是指透过钯片的氘通量与放出的热量相关联，即氘通量变大时，放出的热量也变大；所述钯片的温度在120℃~150℃之间存在一个氘通量的峰形分布；所述钯片的厚度为0.08~0.12毫米。
本发明的目的之二在于提供一种实现氘通量自持发热方法的氘通量自持发热装置。
本发明提出的氘通量自持发热装置，其特征在于，它含有氘气室1位于所述装置的上方，它提供了一个稳定的氘气源；钯片座2位于钯片5和绝热环3之外，用于支撑钯片和绝热环；绝热环3用于减少钯片与钯片座两者之间的热传导；可伐联接4用于连接绝热环3和钯片5；钯片5将所述装置分成氘气室1和真空室6上下两室，它为发热体；真空室6位于所述装置的下方，被抽成真空以保持钯片上、下方有一定的压力差；加热套7缠绕加热元件；加热元件8位于钯片5周围的加热套7上，它可使钯片周边的温度首先升高，然后带动钯片中心的温度也跟着升高；测控仪表9用于测量、记录、控制气压、真空度和钯片温度；红外线观测窗10设在氘气室1上方和真空室6的下方，用于观测钯片的温度分布；离子枪11设在氘气室1上方，用于钯片表面改性，以提高钯片的发热效率和寿命；真空机组12用于抽走透过钯片的氘气。
由于本发明是利用氘通量与热流的关联，使钯片在氘通量峰值的低温侧，通过正反馈，使钯片上的“温度梯度”反转，让大部分钯片进入氘通量峰值的高温侧的负反馈运行区。从而可以保持在一个“自持发热”的运行状态。实现了高强度的热源，每立方厘米100瓦以上，达到或超过了热中子裂变堆的功率密度。本发明提供的技术方案可行，重复性好。特别是燃料来源于海水，既丰富，又遍布全球，无污染，是一种理想的能源。
本发明所提供的氘通量自持发热装置，结构简单，总发热功率大小可调，适于各种产业化的规模。
图2为本发明氘通量自持发热装置中发热室部分图。
图3为本发明氘通量透钯实验中的氘通量与发热量的关联图。
图4为本发明氘通量透钯实验中升温和降温阶段不同的温度分布示意图。
图5为本发明实施例的结构示意图。
图6为本发明实施例的系统温度与加热功率的关系图
具体实施方式
本发明的技术方案是这样实现的首先在理论上证明了在低能共振隧穿库伦位垒的条件下，核能本来就不一定有中子或伽玛辐射。
在实验中，本发明者注意到“重复性不好”不能泛泛而论。就低强度的热源而言，实验的重复性还是很好的。但是要实现高强度的热源就很难重复，首先必须找到实现高强度的热源的方法。本发明提出的氘通量自持发热方法就是一种实现高强度热源的有效方案。
本发明在实现高强度热源的方法中有四项技术创新(1)用气态充氘法而不用电解重水法充氘。因此，才有可能发现在重水沸点以上的异常现象。
(2)在气态充氘法中发现在120℃-150℃处，氘气穿透钯片的通量出现了异常。氘通量在特定温度处出现了峰值。这是通常的扩散理论所不能解释的。通常的扩散理论认为氘通量是温度的单调函数。
(3)在出现氘通量的同时必定出现一股热流，而且热流也随着氘通量的起伏而起伏，即氘通量与热流的关联。
(4)利用氘通量与热流的关联，实现了钯片上“温度梯度”的反转。正是这“温度梯度”的反转才有可能使钯片进入了自持发热的状态。
下面结合附图对本发明做进一步说明请见
图1和图2。图2中的钯片5将装置分成上、下两室。装置的上室是氘气室1，它提供了一个稳定的氘气源，装置的下室是真空室6，被抽成真空以保持钯片上、下方有一定的压力差。这稳定的压力差使得透过钯片5的氘通量只是温度的函数。在图2中，钯片周围的加热套7中装有加热元件8，它可使钯片周边的温度首先升高，然后带动钯片中心的温度也跟着升高。当钯片周边的温度超过120℃时，氘通量明显增加，由于氘通量与热流的关联，相应的热流也增加，钯片周边的温度便迅速增加。这就带动钯片中心的温度也跟着升高，超过120℃。于是，钯片上又有了更多的表面进入发热状态。这是一种正反馈过程。它使钯片的温度迅速全面超过120℃。由于钯片中心有了热源，钯片中心的温度就会高于钯片周边的温度，实现了钯片上“温度梯度”的反转即起初是钯片周边的温度高于钯片中心的温度，反而变成了钯片中心的温度高于钯片周边的温度。而且，钯片中心的温度会一直升到高于氘通量取峰值的温度才停止。这时，钯片中心的温度已经到了高温侧，也就是氘通量要随温度升高而下降的那一侧。正反馈变成了负反馈。因为这时候，温度升高会导致发热效应下降。这就制止了温度升高的趋势，达到一个稳定的定态。这时，如果慢慢地减小加热套7上的加热功率，钯片周边的温度随着减低，却不能带动钯片中心的温度也跟着减低。即使钯片周边的温度已低于120℃，钯片中心的温度却仍然高于氘通量取峰值的温度。因为负反馈过程要制止钯片中心温度下降的趋势。在绝热环3隔离下，即使加热套上的加热功率为零，依靠钯片自身的发热效应，钯片中心的温度却仍能维持在高于氘通量取峰值的温度。这就是自持发热的状态。图1中的右侧设有真空机组12，用于抽走透过钯片的氘气。在氘气室1上方设有离子枪11，用于钯片表面改性，以提高钯片的发热效率和寿命。在氘气室1上方和真空室6的下方设有红外线观测窗10，用于观测钯片的温度分布。测控仪表9可以通过计算机测量、记录、控制气压、真空度、和钯片温度。在钯片5与钯片座2之间有绝热环3，以减少两者之间的热传导。钯片5通过可伐4连接到绝热环3。
图3为氘通量透钯实验中的氘通量与发热量的关联图。图3上方多刺的曲线显示透过钯片的氘通量(右纵轴)，光滑的曲线显示钯片上发出的热流(左纵轴)。下方的曲线显示钯片的温度随时间逐渐下降。按照传统的扩散理论，透过钯片的氘通量也应该随温度单调下降。可是，实验却显示在降到150℃以下时，氘通量出现了两个异常的峰，而且伴随着两个异常的热流峰。正是这两个异常的氘通量峰，和与之相关联的热流峰造就了高温侧的负反馈运行区，才有可能使钯片进入自持发热的状态。
图4为氘通量透钯实验中升温和降温阶段不同的温度分布示意图。从图中可看到“温度梯度”的反转。(钯片中心从低温区(白色)转变为高温区(红色))。中间的温度曲线表明升温阶段，是中间向下凹的温度曲线；随着加热套功率增加，边缘的温度首先升到发热区。由于在此低温侧的正反馈效应，发热区迅速向中间延伸，直到形成中间高，圆周上温度低的凸形温度分布曲线。此时，如果降低加热功率，虽然，周围的温度可能低于发热区间(120℃~150℃)，钯片中心的温度却一直保持在发热区的高温侧。由于负反馈效应，中间的温度会一直维持下去，直到发热功率挡不住周围的散热效应为止。
下面介绍本发明的实施例图5为本发明一个实施例的简单结构示意图。1—氘气室，2—钯片，3—真空室，4—内有加热元件的加热套。在一个圆柱形不锈钢管的中部加入一片圆形的钯片(直径2厘米，厚0.01厘米，纯度优于99.9％)，左侧是氘气室(约80千帕)，右侧用机械泵抽成真空(~280帕)。即使没有红外线成像仪，对钯片的温度分布进行测量，只能用铂电阻温度计或热电偶测量钯片圆周边缘上的温度；即使没有对系统进行良好的热绝缘(未能与环境充分隔离)，仍能看到图6所示的钯片2边缘上的温度与加热功率的关系图。可以看到(1)升温与降温的不对称性；(2)在120℃附近，系统温度的突变；(3)当加热功率降到零，系统温度仍能维持高于室温相当长的一段时间。只要进一步改善系统的热绝缘，系统就会进入自持发热状态。用铜片或铝片替换钯片作同样实验就看不到这三点异常。简单的积分计算表明，在图6所示的结果中，钯片在9小时的实验中放出了约19万焦耳的热能，相当于每克分子钯放出了50多兆焦耳的热能。远远超出任何已知的化学能。它可以为一个实用的能源装置，而不伴随着中子和伽玛辐射。
权利要求
1.氘通量自持发热方法，它采用气态充氘法，其特征在于所述方法是在钯片两侧保持一定的氘气压力差，利用氘通量在特定温度处出现的峰形分布，再加上氘通量的发热效应，使钯片在升温接近氘通量取峰值的温度时，通过正反馈，使钯片上的温度迅速升温，让大部分钯片的温度高于氘通量峰值温度，进入氘通量峰值的高温侧，由于高温侧是负反馈运行区，即此区内钯片温度变低时，发热自动增强，在钯片上形成自持的温度分布，使钯片保持在自持发热的运行状态，实现高强度的热源。
2.根据权利要求
1所述的氘通量自持发热方法，其特征在于所述钯片两侧的压力差为0.6～2.0大气压。
3.根据权利要求
1所述的氘通量自持发热方法，其特征在于所述氘通量的发热效应是指透过钯片的氘通量与放出的热量相关联，即氘通量变大时，放出的热量也变大。
4.根据权利要求
1所述的氘通量自持发热方法，其特征在于所述钯片的温度在120℃～150℃之间存在一个氘通量的峰形分布。
5.根据权利要求
1所述的氘通量自持发热方法，其特征在于所述钯片的厚度为0.08～0.12毫米。
6.根据权利要求
1所述的氘通量自持发热方法而提出的发热装置，其特征在于，它含有氘气室(1)位于所述装置的上方，它提供了一个稳定的氘气源；钯片座(2)位于钯片(5)和绝热环(3)之外，用于支撑钯片和绝热环；绝热环(3)用于减少钯片与钯片座两者之间的热传导；可伐联接(4)用于连接绝热环(3)和钯片(5)；钯片(5)将所述装置分成氘气室(1)和真空室(6)上下两室，它为发热体；真空室(6)位于所述装置的下方，被抽成真空以保持钯片上、下方有一定的压力差；加热套(7)缠绕加热元件；加热元件(8)位于钯片(5)周围的加热套(7)上，它可使钯片周边的温度首先升高，然后带动钯片中心的温度也跟着升高；测控仪表(9)用于测量、记录、控制气压、真空度和钯片温度；红外线观测窗(10)设在氘气室(1)上方和真空室(6)的下方，用于观测钯片的温度分布；离子枪(11)设在氘气室(1)上方，用于钯片表面改性，以提高钯片的发热效率和寿命；真空机组(12)用于抽走透过钯片的氘气。
专利摘要
本发明公开了一种属于能源技术领域：
的氘通量自持发热方法及装置。所述方法是在钯片两侧保持氘气压力差，利用氘通量在特定温度处出现的峰形分布，再加上氘通量的发热效应，使钯片在升温接近氘通量取峰值的温度时，通过正反馈使钯片上的温度迅速升温，让大部分钯片的温度高于氘通量峰值温度，进入氘通量峰值的高温侧，由于高温侧是负反馈运行区，使钯片保持在自持发热的运行状态，实现高强度的热源。其装置主要含有稳定氘气源氘气室，发热体钯片，真空室及加热元件，测控仪表，红外线观测窗，真空机组。本发明的技术方案可行，特别是燃料来源于海水，丰富而无污染。其装置结构简单，总发热功率大小可调，适于各种产业化的规模。
文档编号G21H1/00GKCN1461013SQ03137691
公开日2003年12月10日 申请日期2003年6月20日
发明者李兴中 申请人:清华大学导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan