ТЕПЛОГЕНЕРИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ВЫРАБОТКИ ТЕПЛА Российский патент 2021 года по МПК F24V30/00 C01B3/00 F25B17/00 F25B17/12 F25B30/00 F25B30/04 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[0001] Настоящее изобретение относится к теплогенерирующему устройству и способу выработки тепла.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0002] В последние годы обращалось внимание на явление выработки тепла, при котором тепло выделяется с использованием сплава-аккумулятора водорода, такого как сплав палладия (см., например, непатентный документ 1). Поскольку явлением выработки тепла с использованием металла-аккумулятора водорода или сплава-аккумулятора водорода можно управлять, выделяемую металлом-аккумулятором водорода или сплавом-аккумулятором водорода теплоту можно использовать в качестве эффективного источника тепла. В последние годы с учетом проблем окружающей среды ожидается появление сообщества водородной энергетики и соответственно, желательно получать водородную энергию, которая является безопасной и имеет высокую плотность.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Непатентная литература

[0003] Непатентный документ 1: 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, № 4, p. 589-593, 2015.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Техническая задача

[0004] Однако в соответствии с текущей ситуацией избыточное тепло по отношению к входной мощности составляет всего лишь от нескольких процентов до нескольких десятков процентов, а абсолютное значение количества вырабатываемого тепла недостаточно. По этой причине желательна разработка новых теплогенерирующего устройства и способа выработки тепла, обеспечивающих выработку избыточного тепла.

[0005] Настоящее изобретение создано с учетом вышеуказанной проблемы, а его задача заключается в предложении теплогенерирующего устройства и способа выработки тепла, способных вырабатывать избыточное тепло.

Решение задачи

[0006] Для решения описанной выше задачи теплогенерирующее устройство по настоящему изобретению включает в себя корпус, в который предназначен вводиться газ на основе водорода, способствующий выработке тепла; теплогенерирующий элемент, предусмотренный внутри корпуса; и нагреватель, выполненный с возможностью нагрева теплогенерирующего элемента. Теплогенерирующий элемент включает в себя основу, выполненную из металла-аккумулятора водорода, сплава-аккумулятора водорода или протонного проводника; и многослойную пленку, предусмотренную на поверхности основы. Многослойная пленка имеет конфигурацию наслоения из первого слоя, который выполнен из металла-аккумулятора водорода или сплава-аккумулятора водорода и имеет форму слоя с толщиной менее чем 1000 нм; и второго слоя, который выполнен из металла-аккумулятора водорода, сплава-аккумулятора водорода или керамики, отличных от таковых в первом слое, и имеет форму слоя с толщиной менее чем 1000 нм.

[0007] Теплогенерирующее устройство по настоящему изобретению включает в себя корпус, в который предназначен вводиться газ на основе водорода, способствующий выработке тепла; и множество теплогенерирующих конструкций, предусмотренных внутри корпуса, при этом каждая теплогенерирующая конструкция включает в себя теплогенерирующий элемент и нагреватель, выполненный с возможностью нагрева теплогенерирующего элемента. Теплогенерирующий элемент включает в себя основу, выполненную из металла-аккумулятора водорода, сплава-аккумулятора водорода или протонного проводника; и многослойную пленку, предусмотренную на поверхности основы. Многослойная пленка имеет конфигурацию наслоения из первого слоя, который выполнен из металла-аккумулятора водорода или сплава-аккумулятора водорода и имеет форму слоя с толщиной менее чем 1000 нм; и второго слоя, который выполнен из металла-аккумулятора водорода, сплава-аккумулятора водорода или керамики, отличных от таковых в первом слое, и имеет форму слоя с толщиной менее чем 1000 нм.

[0008] Способ выработки тепла по настоящему изобретению включает в себя этап подготовки с приготовлением теплогенерирующего элемента, включающего в себя многослойную пленку, предусмотренную на поверхности основы, выполненной из металла-аккумулятора водорода, сплава-аккумулятора водорода или протонного проводника, причем эта многослойная пленка имеет конфигурацию наслоения из первого слоя, который выполнен из металла-аккумулятора водорода или сплава-аккумулятора водорода и имеет форму слоя с толщиной менее чем 1000 нм, и второго слоя, который выполнен из металла-аккумулятора водорода, сплава-аккумулятора водорода или керамики, отличных от таковых в первом слое, и имеет форму слоя с толщиной менее чем 1000 нм; этап подготовки с приготовлением корпуса, в котором устанавливают теплогенерирующий элемент; этап окклюзии водорода с введением газа на основе водорода, способствующего выработке тепла, в корпус и окклюзией водорода в теплогенерирующем элементе; и этап нагрева с нагреванием теплогенерирующего элемента, в котором окклюдирован водород, для выработки избыточного тепла, большего или равного температуре нагрева.

Положительные эффекты изобретения

[0009] Согласно настоящему изобретению можно вырабатывать избыточное тепло, обеспечивая возможность проникновения водорода сквозь первый слой и второй слой многослойной пленки.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0010] Фиг. 1 представляет собой схематичное изображение, иллюстрирующее строение теплогенерирующего устройства согласно настоящему изобретению.

Фиг. 2 - изображение с пространственным разделением деталей, иллюстрирующее строение теплогенерирующей конструкции.

Фиг. 3А - вид в разрезе, иллюстрирующий строение в разрезе теплогенерирующего элемента.

Фиг. 3В - схематичное изображение для пояснения избыточного тепла, выделяющегося в многослойной пленке.

Фиг. 4 - график, иллюстрирующий соотношение между входной мощностью и температурой нагревателя в простом веществе никелевой пластинки.

Фиг. 5 - вид в разрезе, иллюстрирующий строение в разрезе теплогенерирующего элемента согласно примеру 1, использованного при проверочном испытании.

Фиг. 6 - график, иллюстрирующий изменение входной мощности, температуры нагревателя и давления при вводе водорода во время проверочного испытания.

Фиг. 7А - график, иллюстрирующий изменение избыточного тепла в примере 1.

Фиг. 7В - график, иллюстрирующий температурную зависимость избыточного тепла в примере 1.

Фиг. 8 - график, полученный путем выделения части фиг. 7В.

Фиг. 9А - вид в разрезе, иллюстрирующий строение теплогенерирующего элемента, снабженного третьим слоем.

Фиг. 9В - вид в разрезе, иллюстрирующий строение теплогенерирующего элемента, снабженного третьим слоем и четвертым слоем.

Фиг. 10А - вид в разрезе, иллюстрирующий строение в разрезе теплогенерирующего элемента согласно примеру 2.

Фиг. 10В - график, иллюстрирующий температурную зависимость избыточного тепла, вычисленную по результатам измерений с использованием теплогенерирующего элемента по фиг. 10А.

Фиг. 11А - вид в разрезе, иллюстрирующий строение в разрезе теплогенерирующего элемента согласно примеру 3.

Фиг. 11В - график, иллюстрирующий температурную зависимость избыточного тепла, вычисленную по результатам измерений с использованием теплогенерирующего элемента по фиг. 11А.

Фиг. 12А - вид в разрезе, иллюстрирующий строение в разрезе теплогенерирующего элемента согласно примеру 4.

Фиг. 12В - график, иллюстрирующий температурную зависимость избыточного тепла, вычисленную по результатам измерений с использованием теплогенерирующего элемента по фиг. 12А.

Фиг. 13А - вид в разрезе, иллюстрирующий строение в разрезе теплогенерирующего элемента согласно примеру 5.

Фиг. 13В - график, иллюстрирующий температурную зависимость избыточного тепла, вычисленную по результатам измерений с использованием теплогенерирующего элемента по фиг. 13А.

Фиг. 14 - итоговый график температурной зависимости избыточного тепла.

Фиг. 15 - схематичное изображение, иллюстрирующее строение теплогенерирующего устройства с проникновением.

Фиг. 16А - схематичное изображение, иллюстрирующее строение теплогенерирующего элемента с проникновением.

Фиг. 16В - вид в разрезе, иллюстрирующий строение теплогенерирующего элемента в горизонтальном разрезе.

Фиг. 17 - вид в разрезе, иллюстрирующий строение в разрезе теплогенерирующего элемента.

Фиг. 18 - схематичное изображение, иллюстрирующее строение теплогенерирующего устройства с использованием электролита.

Фиг. 19 - график, иллюстрирующий соотношение между относительной толщиной каждого слоя многослойной пленки и избыточным теплом.

Фиг. 20 - график, иллюстрирующий соотношение между числом слоев многослойных пленок и избыточным теплом.

Фиг. 21 - график, иллюстрирующий соотношение между материалом многослойной пленки и избыточным теплом.

Фиг. 22 - схематичное изображение, иллюстрирующее строение теплогенерирующего модуля.

Фиг. 23 - изображение с пространственным разделением деталей, иллюстрирующее строение теплогенерирующей конструкции, использованной для теплогенерирующего модуля.

Фиг. 24 - схематичное изображение, иллюстрирующее строение теплогенерирующего устройства с использованием теплогенерирующего модуля.

Фиг. 25 - увеличенный вид с пространственным разделением деталей, иллюстрирующий строение основной части теплогенерирующего устройства с использованием теплогенерирующего модуля.

Фиг. 26 - график, иллюстрирующий результаты проверочного испытания эффекта снижения входной мощности в теплогенерирующем устройстве с использованием теплогенерирующего модуля.

ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

[0011] Ниже будут описаны варианты осуществления настоящего изобретения с обращением к чертежам.

(1) Общее строение теплогенерирующего устройства по настоящему изобретению

[0012] Как показано на фиг. 1, теплогенерирующее устройство 1 по настоящему изобретению включает в себя корпус 2, выполненный с возможностью введения в него газа на основе водорода, способствующий выработке тепла, и который имеет строение, при котором внутри корпуса установлена теплогенерирующая конструкция 3 со встроенным нагревателем. Теплогенерирующее устройство 1 выполнено так, что после того, как в корпус введен газ на основе водорода, теплогенерирующий элемент 5 (который будет описан ниже) нагревается нагревателем (не показан) в теплогенерирующей конструкции 3, и поэтому теплогенерирующий элемент 5 выделяет избыточное тепло, равное или большее, чем температура нагрева. При введении газа на основе водорода в корпус может подаваться газообразный дейтерий и/или природный газообразный водород. Под природным газообразным водородом имеется в виду газ на основе водорода, содержащий 99,985% или больше газообразного протия.

[0013] Корпус 2 образован, например, из нержавеющей стали (SUS306 или SUS316), а внутри корпуса может быть герметизированное пространство. Позицией 2а обозначено окно, образованное из прозрачной детали, такого как ковар со стеклом, и имеющее строение, при котором оператор может непосредственно визуально контролировать внутреннее состояние корпуса 2 при сохранении герметичного состояния корпуса 2. Корпус 2 снабжен линией 16 ввода газа на основе водорода, и газ на основе водорода вводят в корпус по линии 16 ввода газа на основе водорода через регулирующие клапаны 17а и 17b. После этого введение газа на основе водорода в корпус 2 по линии 16 ввода газа на основе водорода прекращают с помощью регулирующих клапанов 17а и 17b, и некоторое количество газа на основе водорода сохраняется внутри корпуса. Позицией 19 обозначен сухой насос (безмасляный), и при необходимости он может выкачивать содержащийся в корпусе 2 газ за пределы корпуса 2 по выпускной линии 18 и через регулирующий клапан 17с и может выполнять функции создания вакуума, регулирования давления и т.п.

[0014] Корпус 2 включает в себя множество блоков 11a, 11b, 12a, 12b и 12с измерения температуры, которые предусмотрены в нем в заданных местах. В случае этого варианта осуществления блоки 11а и 11b измерения температуры расположены вдоль внутренней стенки корпуса 2 и могут измерять температуру внутренней стенки. Другие блоки 12a, 12b и 12с измерения температуры расположены в держателе 4, который удерживает теплогенерирующий элемент 5 в теплогенерирующей конструкции 3, и могут измерять температуру в держателе 4. Соответственно, блоки 12a, 12b и 12с измерения температуры имеют разные длины и могут измерять температуры, например, нижней части в держателе 4 ближе к теплогенерирующему элементу 5, верхней части дальше от теплогенерирующего элемента 5 и в промежуточной части между верхней частью и нижней частью.

[0015] Держатель 4 включает в себя нагреватель (будет описан ниже) со встроенной термопарой внутри той области, где расположен теплогенерирующий элемент 5. Нагреватель соединен проводами 10а и 10b с внешним источником 13 питания нагревателя и может нагревать теплогенерирующий элемент 5 до заданной температуры и измерять его температуру термопарой. Позицией 14 обозначен амперметр-вольтметр, к которому подведены провода 10а и 10b и который может измерять входной ток/входную мощность, подводимые к нагревателю во время нагрева нагревателя. Когда теплогенерирующий элемент 5 нагревается нагревателем, температура нагрева изменяется в зависимости от видов металлов-аккумуляторов водорода, образующих теплогенерирующий элемент 5, но составляет по меньшей мере 300°С или выше, предпочтительно 500°С или выше, а более предпочтительно 600°С или выше.

(2) Строение теплогенерирующей конструкции

[0016] Ниже будет описана теплогенерирующая конструкция 3. Как показано на фиг. 2, теплогенерирующая конструкция 3 включает в себя держатель 4, образованный парой половинных держателей 4а и 4b, и имеет строение, при котором теплогенерирующий элемент 5, подложка 7 и нагреватель 6 расположены между половинными держателями 4а и 4b. Нагреватель 6 представляет собой, например, пластинчатый керамический нагреватель и выполнен с четырехугольной внешней формой. Множество подключенных к нагревателю 6 проводов 10а и 10b (два на фиг. 1, но четыре на фиг. 2) расположены в канавках (не показаны), предусмотренных в половинных держателях 4а и 4b, и проложены между половинными держателями 4а и 4b.

[0017] Нагреватель 6 включает в себя термопару (не показана) и может измерять температуру этой термопарой. Нагреватель 6 имеет противоположные друг другу плоскости, на этих плоскостях соответственно расположены подложки 7, выполненные, например, из SiO₂, а пластинчатые теплогенерирующие элементы 5 расположены соответственно на поверхностях этих подложек 7. Таким образом, теплогенерирующая конструкция 3 имеет строение, при котором нагреватель 6 проложен между теплогенерирующими элементами 5 через подложки 7. Подложка 7 и теплогенерирующий элемент 5 выполнены с такой же внешней формой, как и внешняя форма нагревателя 6, и когда на нагреватель 6 накладывают подложку 7 и теплогенерирующий элемент 5, нагреватель 6, подложка 7 и теплогенерирующий элемент 5 совпадают по своей внешней форме и могут быть объединены.

[0018] Первый половинный держатель 4а образован из керамики с прямоугольной формой и включает в себя проем 9а, предусмотренный на заданном месте. В первом половинном держателе 4а теплогенерирующий элемент 5 расположен в проеме 9а, и теплогенерирующий элемент 5 открыт в области проема 9а. Как и в случае первого половинного держателя 4а, второй половинный держатель 4b образован из керамики с прямоугольной формой. Второй половинный держатель 4b включает в себя проем 9b на месте, перекрывающемся с проемом 9а первого половинного держателя 4а при объединении с первым половинным держателем 4а наложением.

[0019] Во втором половинном держателе 4b предусмотрен ступенчатый участок 9с на периферийном краю проема 9b, на контактной поверхности 9d, которая контактирует с первым половинным держателем 4а. На ступенчатом участке 9с устанавливаются и позиционируются теплогенерирующий элемент 5, подложка 7 и нагреватель 6. Таким образом, когда во втором половинном держателе 4b теплогенерирующий элемент 5 установлен на ступенчатом участке 9с, теплогенерирующий элемент 5 расположен в проеме 9b, и теплогенерирующий элемент 5 открыт в области проема 9b. Теплогенерирующий элемент 5, подложка 7 и нагреватель 6, устанавливаемые на ступенчатом участке 9с, размещают на ступенчатом участке 9с и встраивают в держатель 4, придавливая прилегающей поверхностью по периферийному краю проема 9а в первом половинном держателе 4а, когда половинные держатели 4а и 4b накладывают друг на друга.

(3) Теплогенерирующий элемент

[0020] Ниже будет описан теплогенерирующий элемент 5. Как показано на фиг. 3А, теплогенерирующий элемент 5 включает в себя основу 22, выполненную из металла-аккумулятора водорода, сплава-аккумулятора водорода или протонного проводника, и имеет строение, при котором на поверхности основы 22 предусмотрена многослойная пленка 25. Основа 22 включает в себя расположенную на ее поверхности многослойную пленку 25 и может поддерживать многослойную пленку 25. Примеры металлов-аккумуляторов водорода, образующих основу 22, могут включать Ni, Pd, V, Nb, Ta и Ti, а примеры сплавов-аккумуляторов водорода, образующих основу 22, могут включать LaNi₅, CaCu₅, MgZn₂, ZrNi₂, ZrCr₂, TiFe, TiCo, Mg₂Ni и Mg₂Cu. Примеры протонных проводников могут включать соединения на основе BaCeO₃ (например, Ba(Ce_0,95Y_0,05)O_3-6), на основе SrCeO₃ (например, Sr(Ce_0,95Y_0,05)O_3-6), на основе CaZrO₃ (например, CaZr_0,95Y_0,05O_3-α), на основе SrZrO₃ (например, SrZr_0,9Y_0,1O_3-α), β⋅l₂O₃ и β⋅Ga₂O₃.

[0021] Многослойная пленка 25 образована наслаиванием попеременно первого слоя 23, выполненного из металла-аккумулятора водорода или сплава-аккумулятора водорода, и второго слоя 24, выполненного из металла-аккумулятора водорода, сплава-аккумулятора водорода или керамики, отличных от таковых в первом слое 23, и между первым слоем 23 и вторым слоем 24 может быть образована граница раздела гетерогенных материалов. Например, первый слой 23 предпочтительно выполнен из любого из Ni, Pd, Cu, Cr, Fe, Mg, Co и их сплавов. Примерами сплавов первого слоя 23 могут быть сплавы, получаемые добавлением дополнительного элемента к Ni, Pd, Cu, Cr, Fe, Mg или Co, но, более предпочтительно, могут быть сплавы, выполненные из двух или более элементов из Ni, Pd, Cu, Cr, Fe, Mg и Co.

[0022] Второй слой 24 предпочтительно выполнен из любого из Ni, Pd, Cu, Cr, Fe, Mg, Co, их сплавов и SiC. Примерами сплавов второго слоя 24 могут быть сплавы, получаемые добавлением дополнительного элемента к Ni, Pd, Cu, Cr, Fe, Mg или Co, но, более предпочтительно, могут быть сплавы, выполненные из двух или более элементов из Ni, Pd, Cu, Cr, Fe, Mg и Co.

[0023] В частности, в качестве сочетания первого слоя 23 и второго слоя 24, выраженного в виде «первый слой 23-второй слой 24 (второй слой 24-первый слой 23)», желательны Pd-Ni, Ni-Cu, Ni-Cr, Ni-Fe, Ni-Mg и Ni-Co. Кроме того, когда второй слой 24 выполнен из керамики, желательно, чтобы «первый слой 23-второй слой 24» был Ni-SiC. Здесь будет описана многослойная пленка 25, образованная первым слоем 23 и вторым слоем 24, а многослойные пленки других типов, включающие дополнительно третий слой и четвертый слой, будут описаны в дальнейшем.

[0024] Поскольку первый слой 23 и второй слой 24 желательно сохраняют наноструктуру, которая не проявляет объемных свойств, то желательно, чтобы первый слой 23 и второй слой 24 имели толщину менее чем 1000 нм. Кроме того, желательно, чтобы первый слой 23 и второй слой 24 имели толщину менее чем 500 нм с тем, чтобы сохранялась наноструктура, которая совершенно не проявляет объемных свойств.

[0025] Теплогенерирующий элемент 5 имеет строение, при котором первый слой 23 и второй слой 24 образованы с наноразмерной толщиной (меньше чем 1000 нм), и эти первый слой 23 и второй слой 24 расположены попеременно, в результате чего водород (атомы водорода) проникают сквозь каждую из границ 26 раздела гетерогенных материалов между первым слоем 23 и вторым слоем 24, как это показано на фиг. 3А. В данном случае фиг. 3В представляет собой схематичное изображение, иллюстрирующее состояние, в котором, когда водород окклюдируется первым слоем 23 и вторым слоем 24 гранецентрированной кубической структуры, выполненной из металла-аккумулятора водорода, а затем первый слой 23 и второй слой 24 нагреваются, водород из решетки металла первого слоя 23 проникает сквозь границу 26 раздела гетерогенных материалов и перемещается в решетку металла второго слоя 24.

[0026] При теплогенерирующем элементе 5 газ на основе водорода вводят в корпус, и поэтому водород (дейтерий или протий) окклюдируется многослойной пленкой 25 и основой 22. В теплогенерирующем элементе 5 даже в случае, когда введение газа на основе водорода в корпус прекращается, может сохраняться состояние, в котором водород окклюдируется многослойной пленкой 25 и основой 22. С началом нагрева теплогенерирующего элемента 5 нагревателем 6 водород, окклюдированный в многослойной пленке 25 и основе 22, высвобождается из и перескакивает в многослойной пленке 25 методом квантовой диффузии.

[0027] Известно, что водород является легким и перескакивает в занятые водородом позиции (октаэдрические и тетраэдрические центры) вещества А и вещества В методом квантовой диффузии. В теплогенерирующем элементе 5 нагрев осуществляется нагревателем 6 в состоянии вакуума, вследствие чего водород проникает сквозь границу 26 раздела гетерогенных материалов между первым слоем 23 и вторым слоем 24 за счет квантовой диффузии или водород диффундирует в границу 26 раздела гетерогенных материалов, и поэтому может выделяться избыточное тепло, равное или большее, чем температура нагрева. Поскольку во время изготовления первый слой 23 и второй слой 24 последовательно формируют в состоянии вакуума, естественная оксидная пленка не образуется между первым слоем 23 и вторым слоем 24, и желательно, чтобы между ними образовывалась только граница 26 раздела гетерогенных материалов.

[0028] В этом варианте осуществления описывается случай, в котором предусмотрено множество первых слоев 23 и вторых слоев 24 и предусмотрены две или более границы 26 раздела гетерогенных материалов ввиду попеременного наслаивания первого слоя 23 и второго слоя 24, но настоящее изобретение не ограничено этим; то есть, может быть предусмотрен по меньшей мере один первый слой 23 и по меньшей мере один второй слой 24, и может быть предусмотрена по меньшей мере одна граница 26 раздела гетерогенных материалов.

[0029] Теплогенерирующий элемент 5, показанный на фиг. 3А и 3В, может быть изготовлен следующим образом. Прежде всего, после подготовки пластинчатой основы 22 металл-аккумулятор водорода или сплав-аккумулятор водорода, образующий первый слой 23 и второй слой 24, приводят в состояние газовой фазы, используя установку осаждения, и первый слой 23 и второй слой 24 попеременно формируют на основе 22 путем агрегирования или адсорбции. Тем самым может быть изготовлен теплогенерирующий элемент 5. Кроме того, предпочтительно придавать шероховатость поверхности основы 22, используя, например, химическое травление.

[0030] В качестве установки осаждения для формирования первого слоя 23 и второго слоя 24 можно применять установку физического осаждения для нанесения металла-аккумулятора водорода или сплава-аккумулятора водорода с использованием физического метода. Примеры установок физического осаждения могут предпочтительно включать установку катодного распыления для осаждения металла-аккумулятора водорода или сплава-аккумулятора водорода на основе 22 путем распыления, установку вакуумного осаждения или установку химического осаждения из паровой фазы (CVD или ХОПФ). Кроме того, металл-аккумулятор водорода или сплав-аккумулятор водорода наносят на основу 22 методом электролитического осаждения, и тем самым можно попеременно формировать первый слой 23 и второй слой 24.

(4) Проверочное испытание

(4-1) Никелевая пластинка в качестве сравнительного примера

[0031] Было изготовлено теплогенерирующее устройство 1, показанное на фиг. 1, и было выполнено проверочное испытание на предмет того, выделяется ли в теплогенерирующем элементе 5 избыточное тепло, большее или равное температуре нагрева. В данном случае, для того чтобы прежде всего оценить избыточное тепло в теплогенерирующем элементе 5, исследовали соотношение между входной мощностью и температурой тепловыделения нагревателя 6, но только при использовании никелевой пластинки вместо теплогенерирующего элемента 5. В частности, при использовании никелевой пластинки (также называемой простым веществом Ni) вместо теплогенерирующего элемента 5 с показанным на фиг. 2 строением, никелевые пластинки соответственно располагали на обеих поверхностях нагревателя 6 через подложку 7, выполненную из SiO₂, и прокладывали их между керамическими половинными держателями 4а и 4b с получения конструкции с никелевой пластинкой.

[0032] В качестве нагревателя 6 использовали керамический микронагреватель (MS-1000R) со встроенной термопарой (совместимой с 1000°С; 25 мм²), изготовленный Sakaguchi E.H VOC Corp. Подложка 7 имела толщину 0,3 мм и была установлена на поверхности нагревателя 6. Кроме того, никелевая пластинка была установлена на поверхности подложки 7. Никелевая пластинка была выполнена соответствующей по форме внешней форме нагревателя 6, имела длину и ширину 25 мм и толщину 0,1 мм.

[0033] Как показано на фиг. 1, описанная выше конструкция с никелевой пластинкой вместо теплогенерирующей конструкции 3 была помещена в корпус 2, выполненный из нержавеющей стали, и никелевую пластинку нагревали нагревателем 6 в герметизированном пространстве корпуса 2 без ввода газа на основе водорода в корпус. При этом температуру измеряли с помощью термопары, встроенной в нагреватель 6. Затем, как показано на фиг. 4, методом наименьших квадратов построили калибровочную кривую, показывающую зависимость между входной мощностью (Вт) нагревателя 6, устанавливаемую в случае, когда нагреватель 6 нагревает простую никелевую пластинку в отсутствие многослойной пленки, и температурой (то есть температурой (°С) нагревателя) никелевой пластинки при подаче входной мощности. На фиг. 4 Y обозначает функцию, выражающую калибровочную кривую, М0 обозначает постоянный член, М1 обозначает коэффициент первого порядка, М2 обозначает коэффициент второго порядка, а R обозначает коэффициент корреляции.

(4-2) Многослойная пленка, включающая первый слой из Pd и второй слой из Ni (пример 1)

[0034] Затем, как показано на фиг. 5, первый слой 27а, выполненный из Pd, и второй слой 27b, выполненный из Ni, попеременно наслаивали на основу 22а, выполненную из Ni, и изготавливали теплогенерирующий элемент 5с, включающий многослойную пленку 25с. После этого изготавливали теплогенерирующую конструкцию 3, показанную на фиг. 2, используя теплогенерирующий элемент 5с. Затем, как показано на фиг. 1, теплогенерирующую конструкцию 3 устанавливали в корпус 2 для исследования наличия или отсутствия избыточного тепла.

[0035] Теплогенерирующий элемент 5с изготавливали следующим образом. Сначала приготовили никелевую основу 22а, имевшую длину и ширину 25 мм и толщину 0,1 мм. Основу 22а помещали в установку распыления и формировали первый слой 27а палладия (Pd), используя газообразный Ar и палладиевую мишень. Кроме того, в этой установке распыления формировали второй слой 27b никеля (Ni), используя газообразный Ar и никелевую мишень. Установку распыления изготавливали, используя источник ионов, производимый Miratron Co.

[0036] Сначала на основе 22а формировали первый слой 27а, а затем второй слой 27b формировали на первом слое 27а. Формировали шесть первых слоев 27а и пять вторых слоев 27b, при этом первый слой 27а и второй слой 27b формировали попеременно. Первый слой 27а имел толщину 2 нм, а второй слой 27b имел толщину 20 нм. Первый слой 27а и второй слой 27b последовательно формировали в установке распыления при поддержании состояния вакуума. Таким образом, была образована граница раздела гетерогенных материалов без формирования пленки природного оксида между первым слоем 27а и вторым слоем 27b.

[0037] Затем, как показано на фиг. 6, в теплогенерирующем устройстве 1, в котором теплогенерирующий элемент 5с расположен внутри корпуса, осуществляли окклюзию водорода и нагрев нагревателем 6. В частности, сначала внутреннее пространство корпуса нагревали нагревателем 6 и отжигали при 200°С или выше в течение примерно 36 часов, чтобы удалить воду или т.п. с поверхности теплогенерирующего элемента 5с. Затем, после прекращения нагрева нагревателем 6, в корпус вводили природный газообразный водород (производимый Numata Oxygen Co., сорт 2; чистота 99,999 об.% или выше) при давлении примерно 250 Па, и водород окклюдировался в теплогенерирующем элементе 5с в течение примерно 64 часов.

[0038] Далее, после прекращения введения природного газообразного водорода в корпус, начинали нагрев нагревателем 6 при входной мощности 20 Вт, начинали вакуумирование и измеряли температуру во время нагрева нагревателем 6 («измерение тепла» на фиг. 5). Температуру измеряли термопарой, встроенной в нагреватель 6. Таким образом повторяли этап окклюзии водорода с введением природного газообразного водорода в корпус для окклюзии водорода в теплогенерирующем элементе 5с и этап нагрева теплогенерирующего элемента 5с нагревателем 6 в состоянии вакуума. Кроме того, температуру в течение этапа нагрева измеряли термопарой, встроенной в нагреватель 6.

[0039] Как показано на фиг. 6, в ходе отжига входную мощность нагревателя 6 устанавливали на 1 Вт, а затем на этапе окклюзии водорода устанавливали ее на 20 Вт, 20 Вт, 10 Вт, 10 Вт, 16 Вт, 5 Вт, 24 Вт, 25 Вт и 20 Вт. Кроме того, температуру теплогенерирующего элемента 5С измеряли в течение этапа нагрева при каждой входной мощности.

[0040] Входную мощность нагревателя 6 и измеренную температуру сравнивали с калибровочной кривой из контрольного опыта (с простым веществом Ni), показанной на фиг. 4, при этом вычисляли тепло (избыточное тепло), вырабатываемое избыточно сверх тепла при входной мощности, представленной на фиг. 4. В частности, сначала регистрировали входную мощность нагревателя 6 во время нагрева теплогенерирующего элемента 5с, температуру теплогенерирующего элемента 5с измеряли термопарой, предусмотренной в нагревателе 6 (в дальнейшем измеренная температура теплогенерирующего элемента называется измеряемой температурой). Затем получали мощность, соответствующую измеряемой температуре (в дальнейшем называемую мощностью преобразования), по калибровочной кривой из контрольного опыта (с простым веществом Ni), показанной на фиг. 4.

[0041] После этого вычисляли разность между полученной мощностью преобразования и входной мощностью во время нагрева теплогенерирующего элемента 5с, и эту разность использовали в качестве мощности избыточного тепла. Тем самым был получен результат, показанный на фиг. 7А. На фиг. 7А не показано избыточное тепло для случая, когда входная мощность нагревателя 6 составляет 5 Вт.

[0042] На фиг. 7А истекшее время показано по оси абсцисс, а мощность избыточного тепла показана по оси ординат. Исходя из фиг. 7А было подтверждено, что в теплогенерирующем элементе 5с, снабженном многослойной пленкой 25с, температура была равна или превышала температуру в случае применения никелевой пластинки, и выделялось избыточное тепло, большее или равное температуре нагрева. Например, когда нагреватель 6 нагревает теплогенерирующий элемент 5с при входной мощности 25 Вт, на фиг. 7А мощность избыточного тепла составляет «EX1». Было подтверждено, что, когда входная мощность нагревателя 6 составляет 25 Вт, выделяется избыточное тепло от 3 Вт или выше и 4 Вт или ниже.

[0043] Кроме того, были получены результаты исследования температурной зависимости избыточного тепла, показанные на фиг. 7В и 8. На фиг. 7В и 8 температура, измеренная термопарой, встроенной в нагреватель 6 (измеряемая температура), показана по оси абсцисс, а мощность избыточного тепла показана по оси ординат. На фиг. 8 показаны части данных, извлеченные при изменении оси абсцисс фиг. 7В. Исходя из фиг. 7В и 8 было подтверждено, что избыточное тепло имело положительную корреляцию с температурой.

(5) Эффекты работы

[0044] При описанном выше строении теплогенерирующее устройство 1 выполнено так, что основа 22, выполненная из металла-аккумулятора водорода, сплава-аккумулятора водорода или протонного проводника, и теплогенерирующий элемент 5, включающий предусмотренную на поверхности основы 22 многослойную пленку 25, установлены внутри корпуса. Кроме того, теплогенерирующий элемент 5 снабжен многослойной пленкой 25, образованной наслаиванием первого слоя 23, который выполнен из металла-аккумулятора водорода или сплава-аккумулятора водорода и имеет форму слоя с толщиной менее чем 1000 нм, и второго слоя 24, который выполнен из металла-аккумулятора водорода, сплава-аккумулятора водорода или керамики, отличных от таковых в первом слое, и имеет форму слоя с толщиной менее чем 1000 нм.

[0045] Теплогенерирующее устройство 1 было выполнено таким образом, что газ на основе водорода вводился из линии 16 ввода газа на основе водорода в корпус, газ на основе водорода окклюдировался в теплогенерирующем элементе 5 и затем теплогенерирующий элемент 5 нагревался нагревателем 6 и в то же самое время осуществлялось вакуумирование. Поэтому теплогенерирующее устройство 1 могло выделять избыточное тепло, большее или равное температуре нагрева, обеспечивая возможность проникновения водорода сквозь границу 26 раздела гетерогенных материалов между первым слоем 23 и вторым слоем 24 методом квантовой диффузии (см. фиг. 7А, 7В и 8). Поэтому теплогенерирующее устройство 1 могло выделять избыточное тепло, обеспечивая возможность проникновения водорода сквозь первый слой 23 и второй слой 24 многослойной пленки 25.

(6) Многослойная пленка по другому варианту осуществления

[0046] Согласно описанному выше варианту осуществления имеется конфигурация, в которой первый слой 23, выполненный из металла-аккумулятора водорода или сплава-аккумулятора водорода, расположен на поверхности основы 22, а на первом слое 23 расположен второй слой 24, выполненный из металла-аккумулятора водорода, сплава-аккумулятора водорода или керамики, отличных от таковых в первом слое 23, но настоящее изобретение не ограничено этим; например, первый слой 23 и второй слой 24 могут быть наслоены в обратном порядке. То есть, может использоваться конфигурация, в которой второй слой 24, выполненный из металла-аккумулятора водорода, сплава-аккумулятора водорода или керамики, расположен на поверхности основы 22, а на втором слое 24 расположен первый слой 23, выполненный из металла-аккумулятора водорода или сплава-аккумулятора водорода, отличного от такового во втором слое 24.

(6-1) Теплогенерирующий элемент, включающий третий слой

[0047] В вышеприведенном разделе «(3) Теплогенерирующий элемент» описана многослойная пленка 25, полученная путем попеременного наслаивания первого слоя 23 и второго слоя 24, но настоящее изобретение не ограничено этим; то есть, как показано на фиг. 9А, может быть построена многослойная пленка, в которой в дополнение к первому слою 23 и второму слою 24 наслоен третий слой 24а, выполненный из металла-аккумулятора водорода, сплава-аккумулятора водорода или керамики, отличных от таковых в первом слое 23 и втором слое 24. Желательно, чтобы третий слой 24а, как первый слой 23 и второй слой 24, имел толщину менее чем 1000 нм.

[0048] Теплогенерирующий элемент 5f, снабженный таким третьим слоем 24а, имеет конфигурацию наслоения, в которой первый слой 23, второй слой 24, первый слой 23 и третий слой 24а наслоены в этом порядке на основе 22, и первый слой 23 расположен между вторым слоем 24 и третьим слоем 24а, и имеет строение, при котором конфигурация наслоения из таких четырех слоев предусмотрена неоднократно. Даже в такой конфигурации водород проникает сквозь границу раздела гетерогенных материалов между первым слоем 23 и вторым слоем 24 или границу раздела гетерогенных материалов между первым слоем 23 и третьим слоем 24а методом квантовой диффузии, и поэтому может выделяться избыточное тепло, большее или равное температуре нагрева.

[0049] Например, третий слой 24а предпочтительно выполнен из любого из Ni, Pd, Cu, Cr, Fe, Mg, Co, их сплавов, SiC, CaO, Y₂O₃ и TiC. Примерами сплавов третьего слоя 24а могут быть сплавы, получаемые добавлением дополнительного элемента к Ni, Pd, Cu, Cr, Fe, Mg и Co, но особенно предпочтительны сплавы, состоящие из двух или более из Ni, Pd, Cu, Cr, Fe, Mg и Co. Когда предусмотрен третий слой 24а, выполненный из любого из CaO, Y₂O₃ и TiC, количество водорода, окклюдируемого в теплогенерирующем элементе 5f, может быть повышено, и количество водорода, проникающего сквозь границу раздела гетерогенных материалов, может быть повышено, вследствие чего может быть получено высокое избыточное тепло.

[0050] Однако, поскольку водород с трудом проникает сквозь CaO, Y₂O₃ и TiC, третий слой 24а, выполняемый из любого из этих CaO, Y₂O₃ и TiC, желательно формировать очень тонким с толщиной менее чем 1000 нм, в особенности толщиной 10 нм или менее. Третий слой 24а, выполняемый из любого из CaO, Y₂O₃ и TiC, можно формировать имеющим форму островков вместо формирования имеющим форму сплошной пленки. Кроме того, первый слой 23 и третий слой 24а последовательно формируют при поддержании состояния вакуума, а границу раздела гетерогенных материалов желательно формировать без образования пленки природного оксида между первым слоем 23 и третьим слоем 24а.

[0051] Теплогенерирующий элемент 5f, снабженный третьим слоем 24а, может иметь конфигурацию наслоения, в которой второй слой 24 и третий слой 24а наслоены в любом порядке, например, за счет изменения порядка расположения второго слоя 24 и третьего слоя 24а на фиг. 9А и расположения первого слоя 23 между вторым слоем 24 и третьим слоем 24а, и может иметь конфигурацию, при которой конфигурация наслоения из таких четырех слоев предусмотрена неоднократно. Кроме того, третий слой 24а может быть предусмотрен в одном или более слоях на теплогенерирующем элементе.

[0052] В частности, желательно, чтобы примеры сочетания первого слоя 23, второго слоя 24 и третьего слоя 24а включали в себя разновидность элемента, представляемого как «первый слой-третий слой-второй слой», Pd-CaO-Ni, Pd-Y₂O₃-Ni, Pd-TiC-Ni, Ni-CaO-Cu, Ni-Y₂O₃-Cu, Ni-TiC-Cu, Ni-CaO-Cr, Ni-Y₂O₃-Cr, Ni-TiC-Cr, Ni-CaO-Fe, Ni-Y₂O₃-Fe, Ni-TiC-Fe, Ni-CaO-Mg, Ni-Y₂O₃-Mg, Ni-TiC-Mg, Ni-CaO-Co, Ni-Y₂O₃-Co, Ni-TiC-Co, Ni-Cr-Fe, Ni-CaO-SiC, Ni-Y₂O₃-SiC и Ni-TiC-SiC.

(6-2) Теплогенерирующий элемент, включающий третий слой и четвертый слой

[0053] Кроме того, как показано на фиг. 9В, может быть построена еще одна многослойная пленка, в которой в дополнение к первому слою 23, второму слою 24 и третьему слою 24а наслоен четвертый слой 24b, выполненный из металла-аккумулятора водорода, сплава-аккумулятора водорода или керамики, отличных от таковых в первом слое 23, втором слое 24 и третьем слое 24а. Как и первый слой 23, второй слой 24 и третий слой 24а, четвертый слой 24b предпочтительно имеет толщину менее чем 1000 нм.

[0054] Например, четвертый слой 24b может быть выполнен из любого из Ni, Pd, Cu, Cr, Fe, Mg, Co, их сплавов, SiC, CaO, Y₂O₃ и TiC. Примерами сплавов четвертого слоя 24b могут быть сплавы, получаемые добавлением дополнительного элемента к Ni, Pd, Cu, Cr, Fe, Mg и Co, особенно предпочтительны сплавы, состоящие из двух или более из Ni, Pd, Cu, Cr, Fe, Mg и Co.

[0055] Желательно, чтобы теплогенерирующий элемент 5g, снабженный четвертым слоем 24b, имел конфигурацию наслоения, в которой второй слой 24, третий слой 24а и четвертый слой 24b наслоены в любом порядке, и первый слой 23 расположен между вторым слоем 24 и третьим слоем 24а, и между третьим слоем 24а и четвертым слоем 24b, и между четвертым слоем 24b и вторым слоем 24, и конфигурацию, при которой конфигурация наслоения из этих шести слоев предусмотрена неоднократно. То есть желателен теплогенерирующий элемент, в котором первый слой 23, второй слой 24, первый слой 23, третий слой 24а, первый слой 23 и четвертый слой 24b наслоены в этом порядке, как показано на фиг. 9В, или, хотя это не показано, первый слой 23, четвертый слой 24b, первый слой 23, третий слой 24а, первый слой 23 и второй слой 24 наслоены в этом порядке. Кроме того, четвертый слой 24b может быть предусмотрен в одном или более слоях на теплогенерирующем элементе.

[0056] В частности, желательно, чтобы примеры сочетания первого слоя 23, второго слоя 24, третьего слоя 24а и четвертого слоя 24b включали в себя разновидность элемента, представляемого как «первый слой-четвертый слой-третий слой-второй слой», Ni-CaO-Cr-Fe, Ni-Y₂O₃-Cr-Fe и Ni-TiC-Cr-Fe.

[0057] Когда предусмотрен четвертый слой 24b, выполненный из любого из CaO, Y₂O₃ и TiC, количество водорода, окклюдируемого в теплогенерирующем элементе 5g, может быть повышено, и количество водорода, проникающего сквозь границу раздела гетерогенных материалов, может быть повышено, вследствие чего может быть получено высокое избыточное тепло. Четвертый слой 24b, выполненный из любого из CaO, Y₂O₃ и TiC, желательно формировать очень тонким с толщиной менее чем 1000 нм, в особенности толщиной 10 нм или менее. Четвертый слой 24b, выполненный из любого из CaO, Y₂O₃ и TiC, можно формировать имеющим форму островков вместо формирования имеющим форму сплошной пленки. Кроме того, первый слой 23 и четвертый слой 24b последовательно формируют при поддержании состояния вакуума, а границу раздела гетерогенных материалов желательно формировать без образования пленки природного оксида между первым слоем 23 и четвертым слоем 24b.

(7) Проверочное испытание при использовании других конфигураций многослойных пленок

[0058] В данном случае был изготовлен теплогенерирующий элемент, включающий различные конфигурации многослойных пленок, и было выполнено такое же проверочное испытание, как и описанное выше «(4) проверочное испытание», относительно того, выделяется ли в показанном на фиг. 1 теплогенерирующем устройстве 1 избыточное тепло, большее или равное температуре нагрева.

(7-1) Многослойная пленка, в которой первый слой из Pd является более толстым, чем второй слой из Ni (пример 2)

[0059] Как показано на фиг. 10А, первый слой 27а, выполненный из Pd, и второй слой 27b, выполненный из Ni, попеременно наслаивали на основе 22а, выполненной из Ni, и изготовили теплогенерирующий элемент 5а, включающий многослойную пленку 25а (в дальнейшем именуемый примером 2). В описанном выше теплогенерирующем элементе 5с, показанном на фиг. 5, первый слой 27а образован более тонким, чем второй слой 27b, но в теплогенерирующем элементе 5а, показанном на фиг. 10А, первый слой 27а образован более толстым, чем второй слой 27b.

[0060] Затем с использованием теплогенерирующего элемента 5а была изготовлена теплогенерирующая конструкция 3, показанная на фиг. 2. После этого, как показано на фиг. 1, теплогенерирующая конструкция 3 была установлена внутри корпуса 2 для исследования наличия или отсутствия избыточного тепла. Теплогенерирующий элемент 5а изготавливали следующим образом. Сначала приготовили никелевую основу 22а, имевшую длину и ширину 25 мм и толщину 0,1 мм, и установили ее внутри описанной выше установки распыления. В установке распыления формировали первый слой 27а Pd, используя газообразный Ar и палладиевую мишень, b формировали второй слой 27b Ni, используя газообразный Ar и никелевую мишень.

[0061] Сначала первый слой 27а формировали на основе 22а и затем второй слой 27b формировали на первом слое 27а. Первый слой 27а формировали шесть раз, а второй слой 27b формировали пять раз, и при этом первый слой 27а и второй слой 27b формировали попеременно. Первый слой 27а имел толщину 20 нм, а второй слой 27b имел толщину 2 нм. Первый слой 27а и второй слой 27b последовательно формировали в установке распыления при поддержании состояния вакуума. Поэтому граница раздела гетерогенных материалов была образована без формирования пленки природного оксида между первым слоем 27а и вторым слоем 27b.

[0062] В теплогенерирующем устройстве 1, в котором теплогенерирующий элемент 5а установлен внутри корпуса, как и в описанном выше разделе «(4-2) Многослойная пленка, образованная первым слоем из Pd и вторым слоем из Ni (пример 1)», как показано на фиг. 6, осуществляли окклюзию водорода и нагрев нагревателем 6. Затем согласно фиг. 6 повторяли этап окклюзии водорода с введением газообразного природного водорода в корпус, чтобы водород окклюдировался в теплогенерирующем элементе 5а, и этап нагрева теплогенерирующего элемента 5а в состоянии вакуума нагревателем 6 при изменении входной мощности нагревателя 6, при этом регистрировали установленное значение входной мощности в течение этапа нагрева и в это же время измеряли температуру. Детальные условия при проверочном испытании были такими же, как в разделе «(4) Проверочное испытание», и описание их здесь не будет представлено, чтобы исключить повторение описания.

[0063] Напряжение преобразования, соответствующее измеряемой температуре теплогенерирующего элемента 5а, получали на основании контрольного опыта (с простым веществом Ni), показанного на фиг. 4, вычисляли разность между получаемой мощностью преобразования и входной мощностью во время нагрева теплогенерирующего элемента 5а и эту разность использовали в качестве мощности (Вт) избыточного тепла. Тем самым получали результат, показанный на фиг. 10В.

[0064] На фиг. 10В по оси ординат показана мощность (Вт) избыточного тепла. Исходя из фиг. 10В было подтверждено, что температура была равна или выше, чем температура никелевой пластинки, и избыточное тепло, большее или равное температуре нагрева, выделялось даже в случае, когда была предусмотрена многослойная пленка 25а, в которой выполненный из Pd первый слой был более толстым, чем выполненный из Ni второй слой. Кроме того, исходя из фиг. 10В было подтверждено, что избыточное тепло имело положительную корреляцию с температурой.

(7-2) Многослойная пленка, включающая первый слой из Pd, второй слой из Ni и третий слой из CaO (пример 3)

[0065] Как показано на фиг. 11А, первый слой 27а, выполненный из Pd, второй слой 27b, выполненный из Ni, и третий слой 27с, выполненный из CaO, наслаивали на основе 22а, выполненной из Ni, и изготовили теплогенерирующий элемент 5b, включающий многослойную пленку 25b. Теплогенерирующая конструкция 3, показанная на фиг. 2, была изготовлена с использованием теплогенерирующего элемента 5b. Затем, как показано на фиг. 1, теплогенерирующая конструкция 3 была установлена внутри корпуса 2 для исследования наличия или отсутствия избыточного тепла.

[0066] Теплогенерирующий элемент 5b изготавливали следующим образом. Сначала приготовили никелевую основу 22а, имевшую длину и ширину 25 мм и толщину 0,1 мм, и установили ее внутри описанной выше установки распыления. В установке распыления формировали первый слой 27а Pd, используя газообразный Ar и палладиевую мишень, формировали второй слой 27b Ni, используя газообразный аргон и никелевую мишень, и формировали третий слой 27с CaO, используя газообразный Ar и мишень из CaO.

[0067] Прежде всего, после формирования первого слоя 27а на основе 22а, на первом слое 27а формировали третий слой 27с CaO, на третьем слое 27с опять формировали первый слой 27а, и далее на первом слое 27а формировали второй слой 27b Ni. Затем на втором слое 27b опять формировали первый слой 27а, и первый слой 27а, третий слой 27с, первый слой 27а и второй слой 27b наслаивали в этом порядке, изготовив многослойную пленку 25b. Первый слой 27а формировали двенадцать раз, третий слой 27с формировали шесть раз, и второй слой 27b формировали пять раз. Первый слой 27а имел толщину 9 нм, а второй слой 27b и третий слой 27с имели толщину 2 нм.

[0068] В данном случае CaO представляет собой неметаллический материал и является материалом, сквозь который водород не проникает. Поэтому выполненный из CaO третий слой 27с формировали очень тонким, толщиной 2 нм, при этом CaO был образован в форме островка вместо формы сплошной пленки. Первый слой 27а, третий слой 27с и второй слой 27b последовательно формировали при поддержании состояния вакуума в установке распыления. Поэтому границы раздела гетерогенных материалов формировали без образования пленок из природного оксида между первым слоем 27а и третьим слоем 27с и между первым слоем 27а и вторым слоем 27b.

[0069] В теплогенерирующем устройстве 1, в котором теплогенерирующий элемент 5b установлен внутри корпуса, как описано выше, как это показано на фиг. 6, осуществляли окклюзию водорода и нагрев нагревателем 6. Затем согласно фиг. 6 повторяли этап окклюзии водорода с введением газообразного природного водорода в корпус для окклюзии водорода в теплогенерирующем элементе 5b и этап нагрева теплогенерирующего элемента 5b в состоянии вакуума нагревателем 6 при изменении входной мощности нагревателя 6, при этом регистрировали установленное значение входной мощности в течение этапа нагрева и в это же время измеряли температуру.

[0070] Напряжение преобразования, соответствующее измеряемой температуре теплогенерирующего элемента 5b, получали на основании калибровочной кривой из контрольного опыта (с простым веществом Ni), показанной на фиг. 4, вычисляли разность между полученной мощностью преобразования и входной мощностью во время нагрева теплогенерирующего элемента 5b и эту разность использовали в качестве мощности (Вт) избыточного тепла. Тем самым получали результат, показанный на фиг. 11В.

[0071] Исходя из фиг. 11В было подтверждено, что температура была равна или превышала температуру никелевой пластинки и выделялось избыточное тепло, большее или равное температуре нагрева, даже в случае многослойной пленки 25b, включающей третий слой 27с CaO. Кроме того, было подтверждено, что в случае многослойной пленки 25b, включающей третий слой 27с CaO, мощность избыточного тепла была равна или превышала мощность избыточного тепла в примерах 1 и 2 с использованием только Pd и Ni. В многослойной пленке 25b, включающей третий слой 27с CaO, количество окклюдируемого водорода повышается, повышается количество водорода, проникающего сквозь границу раздела гетерогенных материалов, и поэтому мощность избыточного нагрева возрастает. Кроме того, исходя из фиг. 11В было подтверждено, что избыточное тепло имело положительную корреляцию с температурой.

(7-3) Многослойная пленка, включающая первый слой из Cu и второй слой из Ni (пример 4)

[0072] Как показано на фиг. 12А, первый слой 27d, выполненный из Cu, и второй слой 27b, выполненный из Ni, наслаивали на основе 22а, выполненной из Ni, и изготовили теплогенерирующий элемент 5d, включающий многослойную пленку 25d. Теплогенерирующая конструкция 3, показанная на фиг. 2, была изготовлена с использованием теплогенерирующего элемента 5d. Затем, как показано на фиг. 1, теплогенерирующая конструкция 3 была установлена в корпус 2 для исследования наличия или отсутствия избыточного тепла.

[0073] Теплогенерирующий элемент 5d изготавливали следующим образом. Сначала приготовили никелевую основу 22а, имевшую длину и ширину 25 нм и толщину 0,1 мм, и установили ее внутрь описанной выше установки распыления. В установке распыления формировали первый слой 27d Cu, используя газообразный Ar и медную мишень, и формировали второй слой 27b Ni, используя газообразный Ar и никелевую мишень.

[0074] Сначала на основе 22а формировали первый слой 27d и затем на первом слое 27d формировали второй слой 27b. Для изготовления многослойной пленки 25d первый слой 27d и второй слой 27b формировали попеременно. Первый слой 27d формировали пять раз, и второй слой 27b формировали пять раз. Первый слой 27d имел толщину 2 нм, а второй слой 27b имел толщину 14 нм. Первый слой 27d и второй слой 27b последовательно формировали в установке распыления при поддержании состояния вакуума. Поэтому граница раздела гетерогенных материалов была образована без формирования пленки природного оксида между первым слоем 27d и вторым слоем 27b.

[0075] В теплогенерирующем устройстве 1, в котором теплогенерирующий элемент 5d установлен внутри корпуса, как описано выше, как это показано на фиг. 6, осуществляли окклюзию водорода и нагрев нагревателем 6. Затем согласно фиг. 6 повторяли этап окклюзии водорода с введением газообразного природного водорода в корпус для окклюзии водорода в теплогенерирующем элементе 5d и этап нагрева теплогенерирующего элемента 5d в состоянии вакуума нагревателем 6 при изменении входной мощности нагревателя 6, при этом регистрировали установленное значение входной мощности в течение этапа нагрева и в это же время измеряли температуру. Однако, поскольку приготовленный в примере 4 образец не окклюдировал водород при комнатной температуре, образец нагревали до примерно 200-300°С нагревателем 6 в течение этапа окклюзии водорода, чтобы водород окклюдировался.

[0076] Напряжение преобразования, соответствующее измеряемой температуре теплогенерирующего элемента 5d, получали на основании калибровочной кривой из контрольного опыта (с простым веществом Ni), показанной на фиг. 4, вычисляли разность между полученной мощностью преобразования и входной мощностью во время нагрева теплогенерирующего элемента 5b и эту разность использовали в качестве мощности (Вт) избыточного тепла. Тем самым получали результат, показанный на фиг. 12В. Исходя из фиг. 12В было подтверждено, что температура была равна или превышала температуру никелевой пластинки и выделялось избыточное тепло, большее или равное температуре нагрева, даже в случае многослойной пленки 25d, включающей первый слой Cu и второй слой Ni. Кроме того, исходя из фиг. 12В было подтверждено, что избыточное тепло имело положительную корреляцию с температурой.

[0077] На калибровочной кривой, изображенной на фиг. 4, не показаны данные для 300°С или ниже; однако в примере 4 калибровочная кривая для 300°С или ниже была получена на основании фиг. 4, и поэтому была получена мощность (Вт) избыточного тепла. Были получены результаты, показанные на фиг. 12В.

(7-4) Многослойная пленка, включающая первый слой из Ni, второй слой из Cu и третий слой из CaO (пример 5)

[0078] Как показано на фиг. 13А, первый слой 27е, выполненный из Ni, второй слой 27f, выполненный из Cu, и третий слой 27с, выполненный из CaO, наслаивали на основе 22а, выполненной из Ni, и изготовили теплогенерирующий элемент 5е, включающий многослойную пленку 25е. Теплогенерирующая конструкция 3, показанная на фиг. 2, была изготовлена с использованием теплогенерирующего элемента 5е. Затем, как показано на фиг. 1, теплогенерирующая конструкция 3 была установлена внутри корпуса 2 для исследования наличия или отсутствия избыточного тепла.

[0079] Теплогенерирующий элемент 5е изготавливали следующим образом. Сначала приготовили никелевую основу 22, имевшую длину и ширину 25 мм и толщину 0,1 мм, и установили ее внутри описанной выше установки распыления. В установке распыления формировали первый слой 27е Ni, используя газообразный Ar и никелевую мишень, формировали второй слой 27f Cu, используя газообразный Ar и медную мишень, и формировали третий слой 27с CaO, используя газообразный Ar и мишень из CaO.

[0080] Прежде всего, после формирования первого слоя 27е на основе 22а, на первом слое 27е формировали третий слой 27с CaO, на третьем слое 27с опять формировали первый слой 27е, и далее на первом слое 27е формировали второй слой 27f Cu. Затем на втором слое 27f опять формировали первый слой 27е, и первый слой 27е, третий слой 27с, первый слой 27е и второй слой 27f наслаивали в этом порядке, изготовив многослойную пленку 25е. Первый слой 27с формировали двенадцать раз, третий слой 27с формировали шесть раз, и второй слой 27f формировали пять раз. Первый слой 27е имел толщину 7 нм, а второй слой 27f и третий слой 27с имели толщину 2 нм.

[0081] Как и в примере 3, описанном выше, третий слой 27с из CaO формировали очень тонким, толщиной 2 нм, так, чтобы слой CaO имел форму островка вместо формы сплошной пленки. Первый слой 27е, третий слой 27с и второй слой 27f формировали последовательно при поддержании состояния вакуума в установке распыления. Поэтому границы раздела гетерогенных материалов были образованы без формирования пленок природного оксида между первым слоем 27е и третьим слоем 27с и между первым слоем 27е и вторым слоем 27f.

[0082] В теплогенерирующем устройстве 1, в котором теплогенерирующий элемент 5е установлен внутри корпуса, как описано выше, как это показано на фиг. 6, осуществляли окклюзию водорода и нагрев нагревателем 6. Затем согласно фиг. 6 повторяли этап окклюзии водорода с введением газообразного природного водорода в корпус для окклюзии водорода в теплогенерирующем элементе 5е и этап нагрева теплогенерирующего элемента 5е в состоянии вакуума нагревателем 6 при изменении входной мощности нагревателя 6, при этом регистрировали установленное значение входной мощности в течение этапа нагрева и в это же время измеряли температуру. Однако в примере 5 образец нагревали до примерно 200-300°С нагревателем 6 в течение этапа окклюзии водорода, чтобы водород окклюдировался.

[0083] Затем напряжение преобразования, соответствующее измеряемой температуре теплогенерирующего элемента 5е, получали на основании калибровочной кривой из контрольного опыта (с простым веществом Ni), показанной на фиг. 4, вычисляли разность между полученной мощностью преобразования и входной мощностью в течение нагрева теплогенерирующего элемента 5е и эту разность использовали в качестве мощности (Вт) избыточного тепла. Тем самым получали результат, показанный на фиг. 13В.

[0084] Исходя из фиг. 13В было подтверждено, что температура была равна или превышала температуру никелевой пластинки и выделялось избыточное тепло, большее или равное температуре нагрева, даже в случае такой многослойной пленки 25е. Кроме того, было подтверждено, что в случае многослойной пленки 25е, включающей третий слой 27с CaO, мощность избыточного нагрева была равна или выше, чем в примере 4 с использованием только Ni и Cu. В многослойной пленке 25е, включающей третий слой 27с CaO, количество окклюдируемого водорода повышается, повышается количество водорода, проникающего сквозь границу раздела гетерогенных материалов, и поэтому мощность избыточного тепла возрастает. Кроме того, исходя из фиг. 13В было подтверждено, что избыточное тепло имело положительную корреляцию с температурой.

(7-5) Сравнение примеров 1-5

[0085] На фиг. 14 представлен график, полученный сведением фиг. 8, иллюстрирующей избыточное тепло в примере 1, фиг. 10В, иллюстрирующей избыточное тепло в примере 2, фиг. 11В, иллюстрирующей избыточное тепло в примере 3, фиг. 12В, иллюстрирующей избыточное тепло в примере 4, и фиг. 13В, иллюстрирующей избыточное тепло в примере 5. На фиг. 14, на основании толщины каждого слоя, пример 1 представлен как «Ni_0,9Pd_0,1», пример 2 представлен как «Ni_0,1Pd_0,9», пример 3 представлен как «Ni_0,1Pd(CaO)_0,9», пример 4 представлен как «Ni_0,875Cu_0,125», а пример 5 представлен как «Ni_0,875(CaO)Cu_0,125».

[0086] Исходя из фиг. 14 подтверждено, что избыточное тепло в примерах 3 и 5, в которых предусмотрен третий слой 27с CaO, больше, чем в примерах 1, 2 и 4, в которых CaO не содержится. Кроме того, исходя из фиг. 14 подтверждено, что в некоторых из примеров 2, 4 и 5 избыточное тепло может не выделяться, когда обусловленная нагревателем 6 температура нагрева низка, но избыточное тепло выделяется при повышении обусловленной нагревателем 6 температуры нагрева.

(8) Теплогенерирующее устройство с проникновением

(8-1) Общее строение теплогенерирующего устройства с проникновением

[0087] Ниже будет описано теплогенерирующее устройство с проникновением согласно еще одному варианту осуществления. Как показано на фиг. 15, теплогенерирующее устройство 31 включает в себя корпус 37, причем внутри этого корпуса предусмотрен теплогенерирующий элемент 38, и теплорекуперационный корпус 32, в который помещен корпус 37. Теплорекуперационный корпус 32 снабжен возвратным отверстием 33а и вводным отверстием 33b, и предусмотрена циркуляционная линия 33 для сообщения с возвратным отверстием 33а и вводным отверстием 33b. В циркуляционной линии 33 текучая среда из теплорекуперационного корпуса 32 извлекается через возвратное отверстие 33а циркуляционным аппаратом (не показан), проходит по циркуляционной линии 33 и опять вводится в теплорекуперационный корпус 32 через вводное отверстие 33b. Текучая среда в теплорекуперационном корпусе 32 представляет собой, например, воду и нагревается теплом, выделяемым из корпуса 37.

[0088] Циркуляционная линия 33 имеет строение, при котором предусмотрен термоэлектрический преобразователь 34, и тепло текучей среды, нагретой в теплорекуперационном корпусе 32, термоэлектрически преобразуется с использованием термоэлектрического преобразователя 34. Термоэлектрический преобразователь 34 включает в себя термоэлектрический преобразовательный элемент 36, в котором полупроводник 36а n-типа и полупроводник 36b p-типа, прилегающие друг к другу, соединены друг с другом электродом 36с по внешней периферии трубки циркуляционной линии 33, и имеет строение, при котором предусмотрено охлаждающее тело 35, окружающее термоэлектрический преобразовательный элемент 36. В термоэлектрическом преобразователе 34 тепло текучей среды может преобразовываться в электричество термоэлектрическим преобразовательными элементом 36 с использованием эффекта Зеебека.

[0089] Теплогенерирующее устройство 31 снабжено множеством теплогенерирующих элементов 38 в корпусе 37, а теплогенерирующий элемент 38 снабжен нагревателем 39. Теплогенерирующее устройство 31 вырабатывает избыточное тепло, большее или равное температуре нагрева теплогенерирующего элемента 38, при нагреве теплогенерирующего элемента 38 нагревателем (не показан), позволяя вводимому в корпус 37 газу на основе водорода проникать сквозь теплогенерирующий элемент 38 (будет описано ниже). Примеры вводимого в корпус 37 газа на основе водорода могут включать в себя газообразный дейтерий и/или газообразный природный водород.

[0090] Корпус 37 изготовлен, например, из нержавеющей стали (SUS306 или SUS316), а внутренность корпуса может быть герметизированным пространством. Корпус 37 снабжен возвратным отверстием 37b и вводным отверстием 37с, и предусмотрена линия 37а циркуляции газа на основе водорода для сообщения с возвратным отверстием 37b и вводным отверстием 37с. По линии 37а циркуляции газа на основе водорода осуществляется направление газа на основе водорода в корпус 37 из возвратного отверстия 37b в линию 37а циркуляции газа на основе водорода с использованием циркуляционного насоса 46 и повторный ввод газа на основе водорода из вводного отверстия 37с в корпус 37 через бак-резервуар 45 и циркуляционный насос 46.

[0091] В случае этого варианта осуществления внутри корпуса предусмотрены три теплогенерирующих элемента 38, имеющие одинаковое строение. На фиг. 15 показано строение в разрезе одного теплогенерирующего элемента 38 из трех теплогенерирующих элементов 38. Теплогенерирующий элемент 38 образован имеющим цилиндрическую форму с дном и включает образованную в нем полость 40. Внешняя периферийная поверхность теплогенерирующего элемента 38 обмотана нагревателем 39 и может быть нагрета нагревателем 39. На одном конце теплогенерирующего элемента 38 предусмотрена линия 42 возврата проникшего газа для сообщения с полостью 40.

[0092] Линия 42 возврата проникшего газа выполнена так, что один ее конец соединен с каждым теплогенерирующим элементом 38 и сообщается с полостью 40 каждого теплогенерирующего элемента 38, а другой конец соединен с баком-резервуаром 45. Кроме того, линия 42 возврата проникшего газа снабжена вакуумным насосом 43 и подкачивающим насосом 44. Таким образом, газ из полости 40 каждого теплогенерирующего элемента 38 откачивается вакуумным насосом 43 линии 42 возврата проникшего газа, и этот газ отправляется в бак-резервуар 45 подкачивающим насосом 44. Поэтому газ на основе водорода из корпуса 37 направляется в полость 40 теплогенерирующего элемента 38 за счет проникновения сквозь внешнюю периферийную поверхность теплогенерирующего элемента 38 и опять возвращается в корпус 37, будучи возвращенным в бак-резервуар 45 из полости 40 по линии 42 возврата проникшего газа.

[0093] Таким образом, в теплогенерирующем устройстве 31 газ на основе водорода также направляется в полость 40 в теплогенерирующем элементе 38, и когда газ на основе водорода циркулирует в линии 37а циркуляции газа на основе водорода, водород окклюдируется в теплогенерирующем элементе 38, а газ на основе водорода циркулирует по линии 42 возврата проникшего газа. Поэтому теплогенерирующее устройство 31 вырабатывает избыточное тепло, большее или равное температуре нагрева, посредством теплогенерирующего элемента 38 при нагреве теплогенерирующего элемента 38 нагревателем 39, обеспечивая возможность проникновения газа на основе водорода сквозь теплогенерирующий элемент 38 (что будет описано ниже).

(8-2) Строение теплогенерирующего элемента с проникновением

[0094] Как показано на фиг. 16А и 16В, теплогенерирующий элемент 38 образован имеющим цилиндрическую форму с дном и включает в себя основу 51, имеющую полость 40, выполненную в ней и окруженную ее внутренней периферийной поверхностью 51а, и многослойную пленку 52, расположенную на поверхности 51b основы 51. Основа 51 выполнена из металла-аккумулятора водорода, сплава-аккумулятора водорода или протонного проводника и имеет пористую структуру. Поскольку основа 51 обладает механической прочностью, позволяющей нести многослойную пленку 52 на поверхности, и является пористой, проникший сквозь многослойную пленку 52 газ на основе водорода может проникать в полость 40.

[0095] На фиг. 16А и 16В показана цилиндрическая основа 51 с дном, но основа может быть образована квадратной формы с дном или многоугольной формы с дном. Кроме того, может быть использована сетчатая основа; однако, когда используется пористая основа 51, водород может надежно проникать в основу 51 и водород может быть быстро окклюдирован в основе 51.

[0096] Многослойная пленка 52 имеет такое же строение, как и описанная выше многослойная пленка 25. Например, как показано на фиг. 17, многослойная пленка 52 образована попеременным наслаиванием первого слоя 23, выполненного из металла-аккумулятора водорода или сплава-аккумулятора водорода, и второго слоя 24, выполненного из металла-аккумулятора водорода, сплава-аккумулятора водорода или керамики, отличных от таковых в первом слое 23, и между первым слоем 23 и вторым слоем 24 может быть образована граница 26 раздела гетерогенных материалов. Например, первый слой 23 предпочтительно выполнен из любого из Ni, Pd, Cu, Cr, Fe, Mg, Co и их сплавов. Второй слой 24 предпочтительно выполнен из любого из Ni, Pd, Cu, Cr, Fe, Mg, Co, их сплавов и SiC. Поскольку первый слой 23 и второй слой 24 имеют толщину менее чем 1000 нм и многослойная пленка 52 является тонкой, газ на основе водорода может проникать сквозь многослойную пленку 52.

[0097] Поскольку первый слой 23 и второй слой 24 являются такими же, как в описанном выше «(3) Теплогенерирующем элементе», подробное описание их не будет представлено. Кроме того, поскольку многослойная пленка согласно еще одному варианту осуществления может быть многослойной пленкой, в которой в дополнение к первому слою и второму слою наслоен третий слой, или многослойной пленкой, в которой в дополнение к первому слою, второму слою и третьему слою наслоен четвертый слой, и является такой же, как описанная выше «(6) Многослойная пленка по другому варианту осуществления», подробное описание здесь представлено не будет.

(8-3) Эффекты работы

[0098] При описанном выше строении теплогенерирующее устройство 31 выполнено так, что внутри корпуса имеется теплогенерирующий элемент 38, который включает в себя основу 51, выполненную из металла-аккумулятора водорода, сплава-аккумулятора водорода или протонного проводника и имеющую образованную в ней полость 40 и многослойную пленку 52, расположенную на поверхности 51b основы 51. Теплогенерирующий элемент 38 снабжен многослойной пленкой 52, образованной наслаиванием первого слоя 23, который выполнен из металла-аккумулятора водорода или сплава-аккумулятора водорода и имеет форму слоя с толщиной менее чем 1000 нм, и второго слоя 24, который выполнен из металла-аккумулятора водорода, сплава-аккумулятора водорода или керамики, отличных от таковых в первом слое 23, и имеет форму слоя с толщиной менее чем 1000 нм.

[0099] Теплогенерирующее устройство 31 выполнено так, что газ на основе водорода из корпуса проникает в теплогенерирующий элемент 38, газ на основе водорода направляется в полость 40 в теплогенерирующем элементе 38 и поэтому водород окклюдируется в теплогенерирующем элементе 38. Кроме того, теплогенерирующее устройство 31 выполнено с возможностью нагрева теплогенерирующего элемента 38 нагревателем 39 при обеспечении возможности проникновения газа на основе водорода из корпуса сквозь теплогенерирующий элемент 38. Таким образом, теплогенерирующее устройство 31 может вырабатывать избыточное тепло, большее или равное температуре нагрева, обеспечивая возможность проникновения водорода сквозь границу 26 раздела гетерогенных материалов между первым слоем 23 и вторым слоем 24 методом квантовой диффузии. Соответственно, теплогенерирующее устройство 31 может вырабатывать избыточное тепло при обеспечении возможности проникновении водорода сквозь первый слой 23 и второй слой 24 многослойной пленки 52.

(9) Теплогенерирующее устройство с использованием электролита

[0100] На фиг. 18 показано теплогенерирующее устройство 61 с использованием электролита 70. Теплогенерирующее устройство 61 включает в себя корпус 62, в котором электролит 70, способствующий выработке тепла, хранится внутри корпуса, и имеет строение, при котором теплогенерирующий элемент 60 предусмотрен в качестве дна корпуса 62. В теплогенерирующем устройстве 61 электрод 69 погружен в электролит 70. Теплогенерирующее устройство 61 включает в себя блок управления электродом (не показан), и этот блок управления электродом может вырабатывать водород путем выполнения электролиза электролита 70 с использованием электрода 69 в электролите 70 в качестве анода и теплогенерирующего элемента 60 в качестве катода. Электролит 70 представляет собой раствор, в котором NaOH или CsNO₃ содержится, например, в тяжелой воде и/или легкой воде.

[0101] В данном случае корпус 62 включает в себя цилиндрический участок 62а стенки и опорное основание 62b, расположенное на нижнем конце участка 62а стенки. Опорное основание 62b образовано, например, в форме толстого цилиндра, включает в себя прокладку 62с на верхней поверхности, выступающей от внутренней периферийной поверхности участка 62а стенки, и имеет строение, при котором теплогенерирующий элемент 60 предусмотрен через прокладку 62с. Теплогенерирующий элемент 60 имеет внешнюю форму, образованную в соответствии с формой внутренней периферийной поверхности участка 62а стенки, и предусмотрен на внутренней периферийной поверхности участка 62а стенки в качестве дна корпуса 62. Поэтому электролит 70 может храниться в области, окруженной участком 62а стенки и теплогенерирующим элементом 60, при этом участок 62а стенки используется как боковая поверхность, а теплогенерирующий элемент 50 используется как нижняя поверхность.

[0102] Теплогенерирующий элемент 60 включает в себя основу 63, выполненную из металла-аккумулятора водорода, сплава-аккумулятора водорода или протонного проводника, и многослойную пленку 64, расположенную на поверхности основы 63 и погруженную в электролит 70. Поскольку в теплогенерирующем устройстве 61 полая область опорного основания 62b находится в состоянии вакуума, задняя поверхность основы 63 открыта для вакуумного пространства.

[0103] Многослойная пленка 64 имеет такую же конфигурацию, как и описанная выше многослойная пленка 25. Например, многослойная пленка 64 сформирована попеременным наслаиванием первого слоя 65, выполненного из металлов-аккумуляторов водорода или сплавов-аккумуляторов водорода, и второго слоя 66, выполненного из металлов-аккумуляторов водорода, сплавов-аккумуляторов водорода или керамик, отличных от таковых в первом слое 65, а между первым слоем 65 и вторым слоем 66 может быть образована граница раздела 67 гетерогенных материалов. Например, первый слой 65 предпочтительно выполнен из любого из Ni, Pd, Cu, Cr, Fe, Mg, Co и их сплавов. Второй слой 66 предпочтительно выполнен из любого из Ni, Pd, Cu, Cr, Fe, Mg, Co, их сплавов и SiC.

[0104] Поскольку первый слой 65 и второй слой 66 являются такими же, как описанный выше «(3) Теплогенерирующий элемент», подробное описание не будет представлено. Кроме того, поскольку многослойная пленка согласно еще одному варианту осуществления может быть многослойной пленкой, в которой в дополнение к первому слою и второму слою наслоен третий слой, или многослойной пленкой, в которой в дополнение к первому слою, второму слою и третьему слою наслоен четвертый слой, и является такой же, как описанная выше «(7) Многослойная пленка по другому варианту осуществления», подробное описание здесь не будет представлено.

[0105] При рассмотренном выше строении теплогенерирующее устройство 61 выполнено включающим в себя теплогенерирующий элемент 60, который включает в себя основу 63, выполненную из металла-аккумулятора водорода, сплава-аккумулятора водорода или протонного проводника и предусмотренную в качестве дна корпуса 62, с ее задней поверхностью, подвергающейся воздействию вакуумного пространства, и многослойной пленкой 64, расположенной на поверхности основы 63 и погруженной в электролит 70. Теплогенерирующий элемент 60 снабжен многослойной пленкой 64, образованной наслаиванием первого слоя 65, который выполнен из металла-аккумулятора водорода или сплава-аккумулятора водорода и имеет форму слоя с толщиной менее чем 1000 нм, и второго слоя 66, который выполнен из металла-аккумулятора водорода, сплава-аккумулятора водорода или керамики, отличных от таковых в первом слое 65, и имеет форму слоя с толщиной менее чем 1000 нм.

[0106] В теплогенерирующем устройстве 61 осуществляется электролиз электролита 70 с использованием погруженного в электролит 70 электрода 69 в качестве анода и теплогенерирующего элемента 60 в качестве катода (этап генерации водорода), и содержащаяся в электролите 70 вода разделяется на водород и кислород, при этом часть образовавшегося водорода проникает сквозь теплогенерирующий элемент 60. То есть, в теплогенерирующем элементе 60 водород (дейтерий или протий) проникает в основу 63, задняя поверхность которой находится в вакуумном пространстве, из многослойной пленки 64, которая представляет собой сторону с высокой плотностью водорода, где присутствует электролит 70. Таким образом, теплогенерирующее устройство 61 может вырабатывать избыточное тепло при обеспечении возможности проникновения водорода сквозь границу 67 раздела гетерогенных материалов между первым слоем 65 и вторым слоем 66 методом квантовой диффузии. Соответственно, теплогенерирующее устройство 61 может вырабатывать избыточное тепло при обеспечении возможности проникновения водорода сквозь первый слой 65 и второй слой 66 многослойной пленки 64.

(10) Соотношение между относительной толщиной каждого слоя многослойной пленки и избыточным теплом

[0107] Используя многослойную пленку, изготовленную наслаиванием первого слоя из Cu и второго слоя из Ni на основе из Ni, исследовали соотношение между относительной толщиной первого слоя и второго слоя и избыточным теплом. В дальнейшем относительная толщина каждого слоя многослойной пленки описывается как отношение Ni:Cu.

[0108] Теплогенерирующие элементы семи видов, включающие многослойную пленку, изготовленную в тех же самых условиях, как и показанная на фиг. 12А многослойная пленка 25d из примера 4, за исключением Ni:Cu, приготовили в качестве примеров с 6 по 12. В каждом из примеров 4 и 6-12 отношение Ni:Cu составляло 7:1, 14:1, 4,33:1, 3:1, 5:1, 8:1, 6:1 и 6,5:1. В примерах 4 и 6-12 толщина всей многослойной пленки была почти одинаковой. В каждой из многослойных пленок из примеров 4 и 6-12 конфигурация наслоения из первого слоя и второго слоя наслоена неоднократно. В примерах 4 и 6-12 число конфигураций наслоения многослойных пленок (в дальнейшем называемых числом слоев многослойных пленок) составляло 5. При использовании каждого из теплогенерирующих элементов из примеров 4 и 6-12 были изготовлены показанные на фиг. 2 теплогенерирующие конструкции восьми видов. Как показано на фиг. 1, каждая из теплогенерирующих конструкций была установлена в корпусе 2 теплогенерирующего устройства 1.

[0109] В теплогенерирующем устройстве 1, снабженном теплогенерирующими конструкциями восьми видов в корпусе 2, повторяли этап окклюзии водорода и этап нагрева. На этапе окклюзии водорода входная мощность была 9 Вт, 18 Вт и 27 Вт. При этом температуру теплогенерирующего элемента во время каждого этапа нагрева измеряли термопарой, встроенной в нагреватель теплогенерирующей конструкции. Результаты показаны на фиг. 19. На фиг. 19 представлен график, полученный аппроксимированием измеренных данных заданным способом. На фиг. 19 температура нагревателя показана по оси абсцисс, а мощность избыточного тепла показана по оси ординат. На фиг. 19 пример 4 представлен как «Ni:Cu=7:1», пример 6 представлен как «Ni:Cu=14:1», пример 7 представлен как «Ni:Cu=4,33:1», пример 8 представлен как «Ni:Cu=3:1», пример 9 представлен как «Ni:Cu=5:1», пример 10 представлен как «Ni:Cu=8:1», пример 11 представлен как «Ni:Cu=6:1», а пример 12 представлен как «Ni:Cu=6,5:1».

[0110] Исходя из фиг. 19 было подтверждено, что все теплогенерирующие элементы из примеров 4 и 6-12 выделяли избыточное тепло. Сравнивая теплогенерирующие элементы из примеров 4 и 6-12 друг с другом при температуре нагревателя 700°С или выше, можно видеть, что наибольшее избыточное тепло выделяется в примере 4. Можно видеть, что теплогенерирующий элемент из примера 7 выделяет избыточное тепло в широком диапазоне температур нагревателя, от 300°С или выше и 1000°С или ниже, по сравнению с теплогенерирующими элементами из примеров 4, 6 и 8-12. Из примеров 4 и 7-12, в которых отношение Ni:Cu многослойной пленки составляет от 3:1 до 8:1, можно видеть, что избыточное тепло возрастает по мере повышения температуры нагревателя. Из примера 6, в котором отношение Ni:Cu многослойной пленки составляет 14:1, можно видеть, что избыточное тепло уменьшается, когда температура нагревателя составляет 800°С или выше. Как описывалось выше, полагают, что причина, по которой избыточное тепло не возрастает просто в соответствии с отношением Ni и Cu, заключается в квантовом эффекте водорода в многослойной пленке. Из приведенного выше следует, что отношение Ni:Cu многослойной пленки предпочтительно находится в пределах диапазона от 3:1 до 14:1, а более предпочтительно - в пределах диапазона от 3:1 до 8:1.

(11) Соотношение между числом слоев многослойных пленок и избыточным теплом

[0111] Используя многослойную пленку, изготовленную наслаиванием первого слоя из Cu и второго слоя из Ni на основе из Ni, исследовали соотношение между числом слоев многослойных пленок и избыточным теплом.

[0112] Теплогенерирующие элементы восьми видов, включающие многослойную пленку, изготовленную в тех же самых условиях, как и показанная на фиг. 12А многослойная пленка 25d из примера 4, за исключением числа слоев, приготовили в качестве примеров с 13 по 20. В примерах 4 и 13-20 число слоев многослойных пленок составляло 5, 3, 7, 6, 8, 9, 12, 4 и 2 соответственно. С использованием теплогенерирующего элемента 5b из примера 4 и теплогенерирующих элементов из примеров 13-20 изготовили показанные на фиг. 2 теплогенерирующие конструкции двух видов. Как показано на фиг. 1, каждая из теплогенерирующих конструкций была установлена в корпусе 2 теплогенерирующего устройства 1.

[0113] В теплогенерирующем устройстве 1, снабженном теплогенерирующими конструкциями девяти видов в корпусе 2, температуру теплогенерирующего элемента измеряли в течение этапа нагрева таким же способом, как описанный выше в разделе «(10) Соотношение между относительной толщиной каждого слоя многослойной пленки и избыточным теплом». Результаты показаны на фиг. 20. На фиг. 20 представлен график, полученный аппроксимированием измеренных данных с использованием заданного способа. На фиг. 20 температура нагревателя показана по оси абсцисс, а мощность избыточного тепла показана по оси ординат. На фиг. 20, на основании толщины каждого слоя, пример 4 представлен как «Ni_0,875Cu_0,125; пять слоев», пример 13 представлен как «Ni_0,875Cu_0,125; три слоя», пример 14 представлен как «Ni_0,875Cu_0,125; семь слоев», пример 15 представлен как «Ni_0,875Cu_0,125; шесть слоев», пример 16 представлен как «Ni_0,875Cu_0,125; восемь слоев», пример 17 представлен как «Ni_0,875Cu_0,125; девять слоев», пример 18 представлен как «Ni_0,875Cu_0,125; двенадцать слоев», пример 19 представлен как «Ni_0,875Cu_0,125; четыре слоя», и пример 20 представлен как «Ni_0,875Cu_0,125; два слоя».

[0114] Исходя из фиг. 20 было подтверждено, что все теплогенерирующие элементы из примеров 4 и 13-20 вырабатывают избыточное тепло. Сравнивая теплогенерирующие элементы из примеров 4 и 13-20 друг с другом при температуре 840°С и выше, можно видеть, что избыточное тепло является наибольшим в примере 15, в котором число слоев многослойных пленок равно 6, и избыточное тепло является наименьшим в примере 16, в котором число слоев многослойных пленок равно 8. Как описывалось выше, полагают, что причина, по которой избыточное тепло не возрастает просто в соответствии с числом слоев многослойных пленок, заключается в том, что волновая длина поведения водородной волны в многослойной пленке имеет порядок нанометров, и эта волна взаимодействует с многослойной пленкой. Исходя из изложенного выше, число слоев многослойных пленок предпочтительно находится в пределах диапазона от 2 до 12, а более предпочтительно - в пределах диапазона от 4 до 7.

(12) Соотношение между материалом многослойной пленки и избыточным теплом

[0115] Используя многослойную пленку, изготовленную наслаиванием первого слоя из Ni, второго слоя из Cu и третьего слоя, выполненного из металла-аккумулятора водорода, сплава-аккумулятора водорода или керамики, отличных от таковых в первом слое и втором слое, исследовали соотношение между видом материала для формирования третьего слоя и избыточным теплом.

[0116] Теплогенерирующие элементы восьми видов, включающие многослойную пленку, изготовленную в таких же условиях, как и показанная на фиг. 13А многослойная пленка 25е из примера 5, за исключением вида материала для формирования третьего слоя, приготовили в качестве примеров с 21 по 28. В каждом из примеров 5 и 21-28 материалом для формирования третьего слоя был CaO, SiC, Y₂O₃, TiC, Co, LaB₆, ZrC, TiB₂ и CaOZrO. При использовании теплогенерирующего элемента 5е из примера 5 и теплогенерирующих элементов из примеров 21-28 были изготовлены показанные на фиг. 2 теплогенерирующие конструкции девяти видов. Каждая из теплогенерирующих конструкций была установлена в корпус 2 теплогенерирующего устройства 1, как это показано на фиг. 1.

[0117] В теплогенерирующем устройстве 1, снабженном теплогенерирующими конструкциями девяти видов в корпусе 2, температуру теплогенерирующего элемента в ходе этапа нагрева измеряли таким же способом, как рассмотренный выше в разделе «(10) Соотношение между относительной толщиной каждого слоя многослойной пленки и избыточным теплом». Результаты показаны на фиг. 21. На фиг. 21 представлен график, полученный аппроксимированием измеренных данных с использованием заданного способа. На фиг. 21 температура нагревателя показана по оси абсцисс, а мощность избыточного тепла показана по оси ординат. На фиг. 21, на основании толщины каждого слоя, пример 5 представлен как «Ni_0,793CaO_0,113Cu_0,094», пример 21 представлен как «Ni_0,793SiC_0,113Cu_0,094», пример 22 представлен как «Ni_0,793Y₂O_30,113Cu_0,094», пример 23 представлен как «Ni_0,793TiC_0,113Cu_0,094», пример 24 представлен как «Ni_0,793Co_0,113Cu_0,094», пример 25 представлен как «Ni_0,793LaB_60,113Cu_0,094», пример 26 представлен как «Ni_0,793ZrC_0,113Cu_0,094», пример 27 представлен как «Ni_0,793TiB_20,113Cu_0,094» и пример 28 представлен как «Ni_0,793CaOZrO_0,113Cu_0,094».

[0118] Исходя из фиг. 21 было подтверждено, что избыточное тепло вырабатывается во всех примерах 5 и 21-28. В частности, можно видеть, что избыточное тепло почти линейно возрастает в широком диапазоне температур нагревателя от 400°С или выше и 1000°С или ниже в примере 5, в котором материалом для формирования третьего слоя является CaO, примере 23, в котором этим материалом является TiC, и примере 25, в котором этим материалом является LaB₆, в сравнении с другими примерами 21, 22, 24 и 26-28. Материал для формирования третьего слоя в примерах 5, 23 и 25 имеет меньшую работу выхода, чем у материалов в других примерах 21, 22, 24 и 26-28. Исходя из этого можно видеть, что материал для формирования третьего слоя предпочтительно имеет небольшую работу выхода. Исходя из этих результатов имеется вероятность того, что плотность электронов в многослойной пленке способствует реакции, при которой выделяется избыточное тепло.

(13) Теплогенерирующее устройство с использованием теплогенерирующего модуля

(13-1) Теплогенерирующий модуль

[0119] Теплогенерирующий модуль 80 будет схематично описан со ссылкой на фиг. 22. Теплогенерирующий модуль 80 включает в себя множество теплогенерирующих конструкций 83, включающих теплогенерирующий элемент 81 и нагреватель 82. В этом примере теплогенерирующий модуль 80 включает в себя 20 теплогенерирующих конструкций 83. В теплогенерирующем модуле 80 один теплогенерирующий блок 84 образован четырьмя теплогенерирующими конструкциями 83. То есть, теплогенерирующий модуль 80 включает в себя пять теплогенерирующих блоков 84. Кроме того, теплогенерирующий модуль 80 в дополнение к множеству теплогенерирующих конструкций 83 включает в себя источник 85 питания, который снабжает электроэнергией нагреватель 82, блок 86 измерения температуры, который измеряет температуру нагревателя 82, и теплоотражающую часть 87, которая отражает тепло, вырабатываемое теплогенерирующим элементом 81.

[0120] В теплогенерирующем модуле 80 пять теплогенерирующих блоков 84 предусмотрены внутри цилиндрической теплоотражающей части 87, а внутренняя поверхность теплоотражающей части 87 обращена к внешней поверхности каждого из теплогенерирующих блоков 84. Теплогенерирующая конструкция 83 образована имеющей пластинчатую форму и включает в себя предусмотренные на обеих ее сторонах теплогенерирующие элементы 81. Теплогенерирующий блок 84 образован имеющим цилиндрическую форму и имеет боковые поверхности, образованные теплогенерирующей конструкцией 83. По этой причине множество теплогенерирующих конструкций 83 расположены так, что их первые поверхности обращены друг к другу. Кроме того, множество теплогенерирующих конструкций 83 расположены так, что вторые поверхности обращены к теплоотражающей части 87. Поэтому в теплогенерирующем модуле 80 теплогенерирующие элементы 81, предусмотренные на первой поверхности теплогенерирующей конструкции 83, обращены друг к другу, а теплогенерирующий элемент 81, предусмотренный на второй поверхности теплогенерирующей конструкции 83, обращен к теплоотражающей части 87.

[0121] Теплогенерирующий элемент 81 представляет собой теплогенерирующий элемент, включающий различные конфигурации многослойных пленок, например, описанные выше теплогенерирующие элементы 5а-5е. Нагреватель 82 представляет собой, например, керамический нагреватель и предусмотрен внутри теплогенерирующей конструкции 83. Нагреватель 82 соединен с источником 85 питания, предусмотренным вне теплоотражающей части 87, посредством электропроводки 85а. Источник 85 питания предусмотрен для каждого из теплогенерирующих блоков 84. Один источник 85 питания подключен параллельно к четырем нагревателям 82, предусмотренным в одном теплогенерирующем блоке 84. Электропроводка 85а снабжена амперметром-вольтметром 88, который используется для измерения мощности, подводимой к нагревателю 82. Электропроводка 85а выведена в направлении вправо на чертеже, показанном на фиг. 22, но на самом она выведена из отверстия, расположенного на нижнем участке теплоотражающей части 87. На фиг. 22 электропроводка 85а показана некоторым количеством линий, соответствующим количеству нагревателей 82, то есть, четырьмя линиями для одного теплогенерирующего блока 84.

[0122] Кроме того, в дополнение к блоку 86 измерения температуры теплогенерирующий модуль 80 включает в себя блок 89 измерения температуры, который измеряет температуру теплогенерирующего блока 84. В этом примере один блок 89 измерения температуры предусмотрен на верхней части самого верхнего теплогенерирующего блока 84, один блок измерения температуры предусмотрен на нижней части самого нижнего теплогенерирующего блока 84 и один блок измерения температуры предусмотрен между теплогенерирующими блоками 84. Блок 86 измерения температуры и блок 89 измерения температуры представляют собой, например, термопары. Блок 86 измерения температуры и блок 89 измерения температуры выведены в направлении влево на чертеже, показанном на фиг. 22, но на самом деле они выведены из отверстия, расположенного на нижнем участке теплоотражающей части 87. На фиг. 22 блок 86 измерения температуры показан некоторым количеством линий, соответствующим количеству нагревателей 82, то есть, четырьмя линиями для одного теплогенерирующего блока 84.

[0123] Теплоотражающая часть 87 образована из материала, который отражает тепло, вырабатываемое теплогенерирующим элементом 81. Примеры материалов теплоотражающей части 87 включают в себя молибден, алюминий, цирконий и платину. На фиг. 22 теплоотражающая часть образована четырьмя отражающими пластинами и имеет прямоугольную форму. Теплоотражающая часть 87 может быть такой, в которой отражающие пластины выполнены как единое целое, или может быть такой, в которой отражающие пластины выполнены отдельно. Форма теплоотражающей части 87 не ограничена прямоугольной формой и может быть многоугольной формой, цилиндрической формой, эллиптической цилиндрической формой и т.п.

[0124] Строение теплогенерирующей конструкции 83 будет описано подробно со ссылкой на фиг. 23. В дополнение к теплогенерирующему элементу 81 и нагревателю 82 теплогенерирующая конструкция 83 включает в себя подложку 90, предусмотренную между теплогенерирующим элементом 81 и нагревателем 82, и держатель 91, который удерживает теплогенерирующий элемент 81, нагреватель 82 и подложку 90. На фиг. 23 теплогенерирующая конструкция 83 имеет строение, при котором подложка 90, теплогенерирующий элемент 81 и держатель 91 последовательно расположены по обе стороны от нагревателя 82, и выполнена таким образом, что держатели 91, например, свинчены друг с другом. На фиг. 23 каждый элемент из электропроводки 85 и блока 86 измерения температуры показан двумя линиями.

[0125] Подложка 90 образована, например, из SiO₂ в форме пластинки. Подложка 90 является прокладкой, которая предусмотрена на обеих поверхностях нагревателя 82 и предотвращает контакт между теплогенерирующим элементом 81 и нагревателем 82.

[0126] Держатель 91 образован, например, из керамики в форме пластинки. Держатель 91 включает в себя проем 93, предусмотренный в центре плоской пластинки 92, и предусмотренный в проеме 93 ступенчатый участок 94. Плоская пластинка 92 образована имеющей по существу прямоугольную форму на виде сверху, и на ее противоположных друг другу концевых участках образованы выемки, с расположенным между ними проемом 93. Плоская пластинка 92 снабжена отверстиями 96 под винты. Теплогенерирующий элемент 81 расположен в проеме 93. Расположенный в проеме 93 теплогенерирующий элемент 81 позиционируется ступенчатым участком 94 и предотвращается от выпадения. Таким образом, теплогенерирующий элемент 81 удерживается держателем 91 в состоянии, открытом воздействию со стороны проема 93.

(13-2) Общее строение теплогенерирующего устройства с использованием теплогенерирующего модуля

[0127] Как показано на фиг. 24, теплогенерирующее устройство 101 включает в себя теплогенерирующий модуль 80, корпус 102, в котором размещен теплогенерирующий модуль 80, блок 103 создания вакуума, который создает вакуум внутри корпуса 102, блок 104 подачи газа, который подает газ на основе водорода в корпус 102, и блок 105 управления, который регулирует выдачу избыточного тепла. Хотя ниже будет описано теплогенерирующее устройство 101, теплогенерирующее устройство 101 является только примером теплогенерирующего устройства с использованием теплогенерирующего модуля 80, а компоновка каждого элемента, вывод электропроводки и т.п. не ограничены. На фиг. 24 источник 85 питания, электропроводка 85а, амперметр-вольтметр 88, блок 86 измерения температуры и блок 89 измерения температуры показаны только для понимания чертежа.

[0128] Корпус 102 образован, например, из нержавеющей стали. Корпус 102 включает в себя первое цилиндрическое тело 107 корпуса, второе цилиндрическое тело 108 корпуса, сообщающееся с первым телом 107 корпуса, крышку 109, предусмотренную на первом теле 107 корпуса, и днище 110, предусмотренное на втором теле 108 корпуса.

[0129] На внешней периферии корпуса 102 предусмотрена трубчатая циркуляционная линия 33. Текучая среда, нагреваемая теплом, вырабатываемым теплогенерирующим модулем 80, циркулирует внутри циркуляционной линии 33. Циркуляционная линия 33 снабжена термоэлектрическим преобразователем 34, который термоэлектрически преобразует тепло нагретой текучей среды.

[0130] В первом теле 107 корпуса размещен теплогенерирующий модуль 80. Крышка 109 установлена на одном конце первого тела 107 корпуса через уплотняющий материал (не показан). Другой конец первого тела 107 корпуса соединен с одним концом второго тела 108 корпуса. Уплотняющий материал (не показан) предусмотрен на соединительной части между первым телом 107 корпуса и вторым телом 108 корпуса. На другом конце второго тела 108 корпуса через уплотняющий материал (не показан) установлено днище 110.

[0131] На боковых поверхностях второго тела 108 корпуса предусмотрены первая соединительная часть 111 и вторая соединительная часть 112. Первая соединительная часть 111 соединяет внутреннее пространство корпуса 102 и блок 104 подачи газа посредством линии 116 ввода газа на основе водорода. Линия 116 ввода газа на основе водорода снабжена регулирующими клапанами 117а и 117b. Хотя это не показано, блок 104 подачи газа включает в себя бак, в котором заключен, например, газ на основе водорода, и насос, который направляет заключенный в баке газ на основе водорода в линию 116 ввода газа на основе водорода. Кроме того, первая соединительная часть 111 соединяет внутреннее пространство корпуса 102 и блок 103 создания вакуума посредством линии 118 откачки. Линия 118 откачки снабжена регулирующим клапаном 117с. Блок 103 создания вакуума включает в себя, например, безмасляный насос.

[0132] Вторая соединительная часть 112 используется для вывода электропроводки 85а, блока 86 измерения температуры и блока 89 измерения температуры за пределы корпуса 102 через уплотняющий материал (не показан). Электропроводка 85а, выведенная из второй соединительной части 112, соединена с источником 85 питания через амперметр-вольтметр 88. Блок 86 измерения температуры и блок 89 измерения температуры, выведенные из второй соединительной части 112, электрически соединены с блоком 105 управления.

[0133] Блок 105 управления электрически соединен с источником 58 питания, амперметром-вольтметром 88, блоком 103 создания вакуума, блоком 104 подачи газа и термоэлектрическим преобразователем 34. Блок 105 управления регулирует входную мощность нагревателя 82, количество подаваемого газа на основе водорода, давление в корпусе 102 и т.п., чтобы регулировать выдачу избыточного тепла. Например, блок 105 управления избирательно включает и выключает пять источников 85 питания для повышения выдачи избыточного тепла. Кроме того, блок 105 управления может с помощью обратной связи реагировать на результаты измерений, например, температуры, измеряемой блоком 86 измерения температуры или блоком 89 измерения температуры, мощности, измеряемой амперметром-вольтметром 88, и мощности, преобразуемой термоэлектрическим преобразователем 34, чтобы регулировать выдачу избыточного тепла.

[0134] Внутри корпуса 102 предусмотрена опорная часть 120 для поддержания теплогенерирующего модуля 80. Опорная часть 120 включает в себя тело 121 опорной части, имеющее один конец, прикрепленный к днищу 110, верхнюю пластину 122, предусмотренную на другом конце тела 121 опорной части, крепежное основание 123, предусмотренное в середине тела 121 опорной части, и несущую колонну 124, прикрепленную к крепежному основанию 123. Тело 121 опорной части проходит от днища 110 до окрестности крышки 109. Крепежное основание 123 расположено поблизости от соединительной части между первым телом 107 корпуса и вторым телом 108 корпуса в теле 121 опорной части.

[0135] Как показано на фиг. 25, теплогенерирующий модуль 80 поддерживается несущей колонной 124. На фиг. 25 показана часть одного теплогенерирующего блока 84 теплогенерирующего модуля 80. Несущая колонна 124 включает в себя первую несущую стойку 124а, вторую несущую стойку 124b и третью несущую стойку 124с. Число каждой из несущих стоек 124а-124с с первой по третью равно четырем. Четыре первые несущие стойки 124а расположены с равными интервалами. Четыре вторые несущие стойки 124b находятся на равных расстояниях друг от друга и расположены снаружи первых несущих стоек 124а. Четыре третьи несущие стойки 124с находятся на равных расстояниях друг от друга и расположены снаружи вторых несущих стоек 124b.

[0136] Теплогенерирующая конструкция 83 прикреплена к первой несущей стойке 124а. Например, теплогенерирующую конструкцию 83 прикрепляют к первой несущей стойке 124а с использованием винта 126 в состоянии, когда отверстие 96 под винт теплогенерирующей конструкции 83 совмещено с отверстием 127 под винт, образованным в первой несущей стойке 124а. Крепление между первой несущей стойкой 124а и теплогенерирующей конструкцией 83 усиливают путем использования прижимного элемента 128. Прижимной элемент 128 предусмотрен на второй несущей стойке 124b и надежно предотвращает выпадение теплогенерирующей конструкции 83. Теплоотражающая часть 87 прикреплена к третьей несущей стойке 124с. Например, теплоотражающую часть 87 прикрепляют к третьей несущей стойке 124с винтами.

(13-3) Эффекты работы

[0137] При рассмотренном выше строении теплогенерирующее устройство 101 использует теплогенерирующий модуль 80, составленный из множества теплогенерирующих конструкций 83. Поскольку теплогенерирующий модуль 80 расположен так, что теплогенерирующие элементы 81, предусмотренные на первых поверхностях теплогенерирующих конструкций 83, обращены друг к другу, теплогенерирующий элемент 81 нагревается теплом нагревателя 82 и теплом, вырабатываемым другим, расположенным напротив теплогенерирующим элементом 81. В результате теплогенерирующее устройство 101 позволяет понизить входную мощность, необходимую для поддержания желательной температуры.

[0138] Кроме того, поскольку теплогенерирующий модуль 80 расположен так, что теплогенерирующий элемент 81, предусмотренный на второй поверхности теплогенерирующей конструкции 83, обращен к теплоотражающей части 87, теплогенерирующий элемент 81 нагревается теплом от нагревателя 82 и теплом, которое отражается теплоотражающей частью 87. В результате теплогенерирующее устройство 101 позволяет дополнительно понизить входную мощность, необходимую для поддержания желательной температуры.

(13-4) Проверочное испытание

[0139] Выполняли проверочное испытание на описанный выше эффект снижения входной мощности. Для проверочного испытания изготовили теплогенерирующую конструкцию 83 с использованием теплогенерирующего элемента 5е, включающего многослойную пленку 25е из примера 5. Теплогенерирующий модуль 80 изготовили с использованием пяти теплогенерирующих блоков 84, составленных из теплогенерирующих конструкций 83, и поместили его в корпус 102.

[0140] При проведении проверочного испытания сначала включили все пять источников 85 питания, соответствующих пяти теплогенерирующим блокам 84, и входную мощность повышали ступенчато при одновременном измерении температуры. По истечении заданного времени после включения источников 85 питания поддерживали включенным только источник 85 питания, соответствующий третьему теплогенерирующему блоку 84 из числа пяти теплогенерирующих блоков 84, а другие четыре источника 85 питания выключали. Входную мощность, необходимую для достижения желательной температуры, сравнивали между тем, когда были включены все пять источников 85 питания, и тем, когда был включен только источник 85 питания, соответствующий третьему теплогенерирующему блоку 84.

[0141] Результаты показаны на фиг. 26. На фиг. 26 по оси абсцисс показано истекшее время (ч), по левой первой оси ординат показана входная мощность (Вт), а по правой второй оси ординат показана температура (°С) нагревателя. Входная мощность (Вт) представляет собой среднее значение мощности, подводимой к четырем нагревателям 82 третьего теплогенерирующего блока 84. Температура (°С) нагревателя представляет собой среднее значение температур четырех нагревателей 82 третьего теплогенерирующего блока 84. На фиг. 26 период, в течение которого все пять источников 85 питания включены, представлен как «нагреватели с первого по пятый включены», а период, в течение которого включен только источник 85 питания, соответствующий третьему теплогенерирующему блоку 84, представлен как «только третий нагреватель включен». Из фиг. 26 можно видеть, что для поддержания температуры нагревателя на 650°С, когда включен только один источник 85 питания, требуется входная мощность 44,1 Вт, а когда включены все пять источников 85 питания, требуется входная мощность 27,8 Вт. Этим подтверждается, что, когда включены все пять источников 85 питания, ту же самую температуру можно поддерживать при входной мощности, умноженной на 0,63, по сравнению со случаем, когда включен только один источник 85 питания.

(14) Пример модификации

[0142] Теплогенерирующее устройство согласно каждому из описанных выше вариантов осуществления представляет собой пример теплогенерирующего устройства, включающего теплогенерирующий элемент, имеющий многослойную пленку с описанными выше различными конфигурациями, и не ограничено ими.

[0143] Теплогенерирующее устройство 1 не ограничено включением двух теплогенерирующих элементов 5 и может включать в себя один теплогенерирующий элемент 5 или три или более теплогенерирующих элемента 5. Теплогенерирующее устройство 1, включающее один теплогенерирующий элемент 5, предпочтительно также включает в себя теплоотражающую часть 87. Теплоотражающая часть 87 предусмотрена внутри корпуса 2 и расположена обращенной к теплогенерирующему элементу 5. Теплогенерирующий элемент 5 нагревается теплом нагревателя 6 и теплом, которое отражается теплоотражающей частью 87. В результате снижается входная мощность теплогенерирующего устройства 1, необходимая для поддержания желательной температуры.

[0144] В теплогенерирующем устройстве 1 расположение теплогенерирующего элемента 5 и расположение нагревателя 6 особо не ограничены. Например, два теплогенерирующих элемента 5 могут быть размещены с интервалами напротив друг друга, а нагреватель 6 может быть расположен вдоль того направления, в котором размещены теплогенерирующие элементы 5. То есть, теплогенерирующее устройство 1 может включать в себя множество теплогенерирующих элементов 5, расположенных с интервалами друг от друга, и нагреватель 6, предусмотренный в направлении размещения теплогенерирующих элементов 5. Направление размещения теплогенерирующих элементов 5 представляет собой, например, направление, ортогональное поверхности теплогенерирующих элементов 5. В этом примере теплогенерирующий элемент 5 нагревается теплом от нагревателя 6 и теплом, выделяемым другим, противолежащим теплогенерирующим элементом 5. В результате снижается входная мощность теплогенерирующего устройства 1, необходимая для поддержания желательной температуры. Даже в случае, когда три или более теплогенерирующих элемента 5 расположены с интервалами напротив друг от друга, три или более теплогенерирующих элемента 5 могут быть нагреты одним нагревателем 6 при расположении нагревателя 6 вдоль направления размещения теплогенерирующих элементов 5.

[0145] Теплогенерирующее устройство 31 может дополнительно включать в себя теплоотражающую часть 87. Теплоотражающая часть 87 предусмотрена внутри корпуса 37 и расположена обращенной к теплогенерирующему элементу 38. Когда теплогенерирующее устройство 31 включает в себя множество теплогенерирующих элементов 38, теплоотражающая часть 87 может быть предусмотрена для каждого теплогенерирующего элемента 38 или может быть предусмотрена вдоль внутренней поверхности корпуса 37 так, чтобы охватывать множество теплогенерирующих элементов 38. Теплогенерирующий элемент 38 нагревается теплом нагревателя 39 и теплом, которое отражается теплоотражающей частью 87. В результате снижается входная мощность теплогенерирующего устройства 31, необходимая для поддержания желательной температуры.

[0146] В теплогенерирующем устройстве 101 число теплогенерирующих блоков 84, образующих теплогенерирующий модуль 80, и число теплогенерирующих конструкций 83, образующих теплогенерирующий блок 84, особо не ограничены. Кроме того, теплогенерирующий блок 84 не ограничен выполнением с цилиндрической формой и может быть образован множеством теплогенерирующих конструкций 83, расположенных радиально.

ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОЧНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

[0147] 1, 31, 61, 101 - теплогенерирующее устройство;

5, 38, 60, 81 - теплогенерирующий элемент;

6, 39, 82 - нагреватель;

22, 51, 63 - основа;

23, 65 - первый слой;

24, 66 - второй слой.

Изобретение относится к теплогенерирующему устройству и способу выработки тепла. Согласно настоящему изобретению предложены теплогенерирующее устройство и способ выработки тепла, обеспечивающие выработку избыточного тепла. Теплогенерирующее устройство (1) выполнено так, что газ на основе водорода вводится в корпус (2) из линии ввода газа (16) на основе водорода, водород окклюдируется в теплогенерирующем элементе (5) и затем теплогенерирующий элемент (5) нагревается нагревателем (6) и одновременно осуществляется вакуумирование. Поэтому теплогенерирующее устройство (1) способно вырабатывать избыточное тепло, большее или равное температуре нагрева, позволяя водороду проникать сквозь границу (26) раздела гетерогенных материалов между первым слоем (23) и вторым слоем (24) методом квантовой диффузии. Таким образом, теплогенерирующее устройство (1) способно вырабатывать избыточное тепло при обеспечении возможности проникновения водорода сквозь первый слой (23) и второй слой (24) многослойной пленки (25). Технический результат – возможность вырабатывания избыточного тепла. 3 н. и 16 з.п. ф-лы, 34 ил.

1. Теплогенерирующее устройство, содержащее:

корпус, выполненный с возможностью введения в него газа на основе водорода, способствующего выработке тепла;

теплогенерирующий элемент, предусмотренный внутри корпуса; и

нагреватель, выполненный с возможностью нагрева теплогенерирующего элемента, причем

теплогенерирующий элемент включает в себя:

основу, выполненную из металла-аккумулятора водорода, сплава-аккумулятора водорода или протонного проводника; и

многослойную пленку, предусмотренную на поверхности основы и имеющую конфигурацию наслоения из:

первого слоя, который выполнен из металла-аккумулятора водорода или сплава-аккумулятора водорода и имеет форму слоя с толщиной менее чем 1000 нм; и

второго слоя, который выполнен из металла-аккумулятора водорода, сплава-аккумулятора водорода или керамики, отличных от таковых в первом слое, и имеет форму слоя с толщиной менее чем 1000 нм.

2. Теплогенерирующее устройство по п. 1, в котором:

первый слой выполнен из любого из Ni, Pd, Cu, Cr, Fe, Mg, Co и их сплавов, а

второй слой выполнен из любого из Ni, Pd, Cu, Cr, Fe, Mg, Co, их сплавов и SiC.

3. Теплогенерирующее устройство по п. 1 или 2, в котором многослойная пленка выполнена так, что конфигурация наслоения из первого слоя и второго слоя наслоена неоднократно.

4. Теплогенерирующее устройство по п. 1, в котором многослойная пленка имеет конфигурацию, в которой наслоен третий слой в дополнение к первому слою и второму слою, при этом третий слой выполнен из металла-аккумулятора водорода, сплава-аккумулятора водорода или керамики, отличных от таковых в первом слое и втором слое, и имеющим форму слоя с толщиной менее чем 1000 нм.

5. Теплогенерирующее устройство по п. 4, в котором третий слой выполнен из любого из CaO, Y₂O₃ и TiC.

6. Теплогенерирующее устройство по п. 4 или 5, в котором многослойная пленка выполнена так, что конфигурация наслоения, в которой второй слой и третий слой наслоены в любом порядке и первый слой расположен между вторым слоем и третьим слоем, наслоена неоднократно.

7. Теплогенерирующее устройство по п. 4, в котором многослойная пленка имеет конфигурацию, в которой наслоен четвертый слой в дополнение к первому слою, второму слою и третьему слою, причем четвертый слой выполнен из металла-аккумулятора водорода или сплава-аккумулятора водорода, отличных от таковых в первом слое, втором слое и третьем слое, и имеющим форму слоя с толщиной менее чем 1000 нм.

8. Теплогенерирующее устройство по п. 7, в котором четвертый слой многослойной пленки выполнен из любого из Ni, Pd, Cu, Cr, Fe, Mg, Co, их сплавов, SiC, CaO, Y₂O₃ и TiC.

9. Теплогенерирующее устройство по п. 7 или 8, в котором многослойная пленка выполнена так, что конфигурация наслоения, в которой второй слой, третий слой и четвертый слой наслоены в любом порядке и первый слой расположен между вторым слоем и третьим слоем, и между третьим слоем и четвертым слоем, и между четвертым слоем и вторым слоем, наслоена неоднократно.

10. Теплогенерирующее устройство по п. 1 или 2, содержащее:

множество теплогенерирующих элементов, каждый из которых образован как упомянутый теплогенерирующий элемент,

причем множество теплогенерирующих элементов предусмотрены внутри корпуса и расположены с интервалами напротив друг друга.

11. Теплогенерирующее устройство по п. 1, дополнительно содержащее насос, причем;

основа имеет пористую структуру или сетчатую структуру и включает в себя полость, окруженную внутренней периферийной поверхностью основы, и

насос выполнен с возможностью направления газа на основе водорода в корпусе в полость, обеспечивая возможность газу на основе водорода проникать последовательно сквозь многослойную пленку и основу.

12. Теплогенерирующее устройство по п. 11, дополнительно содержащее:

линию возврата проникшего газа, которая выполнена с возможностью возврата направленного в полость насосом газа на основе водорода снова в корпус.

13. Теплогенерирующее устройство по п. 1 или 11, дополнительно содержащее:

теплоотражающую часть, предусмотренную внутри корпуса и расположенную обращенной к теплогенерирующему элементу.

14. Теплогенерирующее устройство, содержащее:

корпус, выполненный с возможностью введения в него газа на основе водорода, способствующего выработке тепла; и

множество теплогенерирующих конструкций, предусмотренных внутри корпуса, причем каждая теплогенерирующая конструкция включает в себя теплогенерирующий элемент и нагреватель, выполненный с возможностью нагрева теплогенерирующего элемента, при этом

теплогенерирующий элемент включает в себя:

основу, выполненную из металла-аккумулятора водорода, сплава-аккумулятора водорода или протонного проводника; и

многослойную пленку, предусмотренную на поверхности основы и имеющую конфигурацию наслоения из:

первого слоя, который выполнен из металла-аккумулятора водорода или сплава-аккумулятора водорода и имеет форму слоя с толщиной менее чем 1000 нм; и

второго слоя, который выполнен из металла-аккумулятора водорода, сплава-аккумулятора водорода или керамики, отличных от таковых в первом слое, и имеет форму слоя с толщиной менее чем 1000 нм.

15. Теплогенерирующее устройство по п. 14, в котором:

множество теплогенерирующих конструкций каждая соответственно имеет первые поверхности, обращенные друг к другу, и

теплогенерирующий элемент предусмотрен на каждой из первых поверхностей множества теплогенерирующих конструкций.

16. Теплогенерирующее устройство по п. 14 или 15, дополнительно содержащее:

теплоотражающую часть, предусмотренную внутри корпуса, при этом

множество теплогенерирующих конструкций каждая соответственно имеет первые поверхности, обращенные друг к другу, и вторые поверхности, обращенные к теплоотражающей части, и

теплогенерирующий элемент предусмотрен на каждой из вторых поверхностей множества теплогенерирующих конструкций.

17. Способ выработки тепла, содержащий:

этап подготовки с приготовлением теплогенерирующего элемента, включающего в себя многослойную пленку, предусмотренную на поверхности основы, выполненной из металла-аккумулятора водорода, сплава-аккумулятора водорода или протонного проводника, причем многослойная пленка имеет конфигурацию наслоения из первого слоя, который выполнен из металла-аккумулятора водорода или сплава-аккумулятора водорода и имеет форму слоя с толщиной менее чем 1000 нм, и второго слоя, который выполнен из металла-аккумулятора водорода, сплава-аккумулятора водорода или керамики, отличных от таковых в первом слое, и имеет форму слоя с толщиной менее чем 1000 нм;

этап подготовки с приготовлением корпуса, в котором устанавливают упомянутый теплогенерирующий элемент;

этап окклюзии водорода с введением газа на основе водорода, способствующего выработке тепла, в корпус и окклюзией водорода в теплогенерирующем элементе; и

этап нагрева с нагреванием теплогенерирующего элемента, в котором окклюдирован водород, для выработки избыточного тепла, равного или большего, чем температура нагрева.

18. Способ выработки тепла по п. 17, в котором

на этапе нагрева нагревание теплогенерирующего элемента осуществляют после того, как прекращено введение газа на основе водорода в корпус на этапе окклюзии водорода.

19. Способ выработки тепла по п. 17, в котором:

основа теплогенерирующего элемента имеет пористую структуру и включает в себя полость, окруженную внутренней периферийной поверхностью основы,

этап окклюзии водорода включает в себя направление насосом газа на основе водорода в корпусе в полость, обеспечивающее возможность последовательного проникновения газа на основе водорода сквозь многослойную пленку и основу теплогенерирующего элемента, и

на этапе нагрева нагревание теплогенерирующего элемента осуществляют при направлении газа на основе водорода в полость теплогенерирующего элемента.