СПОСОБ ГЕНЕРИРОВАНИЯ ТЕПЛА Российский патент 2023 года по МПК F24V30/00 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[0001] Настоящее изобретение относится к способу генерирования тепла.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0002] В последние годы сообщается о явлении теплогенерации, при котором тепло выделяется за счет окклюзии и выделения водорода с использованием наноструктуры, образованной из водородоаккумулирующего металла или водородоаккумулирующего сплава (см., например, непатентный документ 1). Это явление теплогенерации позволяет производить большее количество тепловой энергии, чем химическая реакция, и поэтому ожидается, что оно будет использоваться в качестве эффективного источника тепла или источника энергии. В дополнение, с точки зрения проблем охраны окружающей среды, ожидается формирование водородного общества, и существует потребность в получении водородной энергии с высокой плотностью энергии и безопасностью за счет использования вышеупомянутого явления теплогенерации.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

НЕПАТЕНТНАЯ ЛИТЕРАТУРА

[0003] Непатентный документ 1: A. Kitamura, A. Takahashi, K. Takahashi, R. Seto, T. Hatano, Y. Iwamura, T. Itoh, J. Kasagi, M. Nakamura, M. Uchimura, H. Takahashi, S. Sumitomo, T. Hioki, T. Motohiro, Y. Furuyama, M. Kishida, H. Matsune, «Excess heat evolution from nanocomposite samples under exposure to hydrogen isotope gases», International Journal of Hydrogen Energy 43 (2018) 16187-16200.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ТЕХНИЧЕСКАЯ ПРОБЛЕМА

[0004] Известно, что реакцией тепловыделения наноструктуры можно управлять в соответствии с типом металла, составляющего наноструктуру, и температурой, при которой наноструктура нагревается. Во время реакции тепловыделения, чтобы дальше запустить реакцию, к теплогенерирующему элементу необходимо подвести большое количество энергии. Следовательно, с точки зрения необходимости управления реакцией, существует высокая потребность в способе запуска реакции тепловыделения без подвода большого количества энергии к теплогенерирующему элементу во время реакции тепловыделения.

[0005] Соответственно, задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы предложить способ генерирования тепла для запуска реакции тепловыделения теплогенерирующего элемента.

РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ

[0006] Способ генерирования тепла в соответствии с изобретением включает в себя: стадию генерирования тепла с нагреванием теплогенерирующего элемента нагревателем и вызыванием первой реакции тепловыделения, в которой теплогенерирующий элемент вырабатывает тепло с первой величиной тепловыделения, причем теплогенерирующий элемент включает в себя основу, выполненную из водородоаккумулирующего металла, водородоаккумулирующего сплава или протонного проводника, и многослойную пленку, предусмотренную на поверхности основы и имеющую слоеную конфигурацию, включающую в себя первый слой, выполненный из водородоаккумулирующего металла или водородоаккумулирующего сплава и имеющий толщину менее 1000 нм, и второй слой, выполненный из водородоаккумулирующего металла или водородоаккумулирующего сплава, отличающегося от металла или сплава первого слоя, или керамики и имеющий толщину менее 1000 нм; и триггерную стадию придания возмущения подаваемой на нагреватель входной мощности в состоянии, когда происходит первая реакция тепловыделения, чтобы вызвать вторую реакцию тепловыделения, в которой теплогенерирующий элемент вырабатывает тепло со второй величиной тепловыделения, большей, чем первая величина тепловыделения.

ПОЛЕЗНЫЕ ЭФФЕКТЫ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0007] В соответствии с изобретением реакция тепловыделения теплогенерирующего элемента может быть запущена без подвода большого количества энергии к теплогенерирующему элементу во время реакции тепловыделения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0008] [ФИГ. 1] ФИГ. 1 – вид в разрезе, показывающий конфигурацию теплогенерирующего элемента в соответствии с первым вариантом осуществления, используемого в способе генерирования тепла в соответствии с изобретением.

[ФИГ. 2] ФИГ. 2 – вид в разрезе, показывающий конфигурацию теплогенерирующего элемента в соответствии со вторым вариантом осуществления, используемого в способе генерирования тепла в соответствии с изобретением.

[ФИГ. 3] ФИГ. 3 – вид в разрезе, показывающий конфигурацию теплогенерирующего элемента в соответствии с третьим вариантом осуществления, используемого в способе генерирования тепла в соответствии с изобретением.

[ФИГ. 4] ФИГ. 4 – рисунок, иллюстрирующий механизм, по которому теплогенерирующий элемент вырабатывает избыточное тепло.

[ФИГ. 5] ФИГ. 5 – блок-схема, иллюстрирующая способ генерирования тепла в соответствии с изобретением.

[ФИГ. 6] ФИГ. 6 – диаграмма, иллюстрирующая метод придания возмущения.

[ФИГ. 7] ФИГ. 7 – схематический вид, показывающий конфигурацию теплогенерирующего устройства, использующего периодический способ.

[ФИГ. 8] ФИГ. 8 – рисунок, иллюстрирующий основные части теплогенерирующего устройства, использующего периодический способ.

[ФИГ. 9] ФИГ. 9 – график, показывающий соотношение между входной мощностью и температурой нагревателя в Эксперименте 1.

[ФИГ. 10] ФИГ. 10 – график, показывающий соотношение между входной мощностью и температурой поверхности теплогенерирующего элемента в Эксперименте 1.

[ФИГ. 11] ФИГ. 11 – график, показывающий соотношение между входной мощностью и температурой нагревателя в Эксперименте 2.

[ФИГ. 12] ФИГ. 12 – график, показывающий соотношение между входной мощностью и температурой поверхности теплогенерирующего элемента в Эксперименте 2.

[ФИГ. 13] ФИГ. 13 – график, показывающий соотношение между входной мощностью и температурой нагревателя в Эксперименте 3.

[ФИГ. 14] ФИГ. 14 – график, показывающий соотношение между входной мощностью и температурой поверхности теплогенерирующего элемента в Эксперименте 3.

[ФИГ. 15] ФИГ. 15 – схематический вид, показывающий конфигурацию теплогенерирующего устройства, использующего способ передачи.

[ФИГ. 16] ФИГ. 16 – график, показывающий соотношение между входной мощностью и температурой теплогенерирующего элемента в Эксперименте 4.

[ФИГ. 17] ФИГ. 17 – диаграмма, иллюстрирующая метод придания возмущения в Эксперименте 5.

[ФИГ. 18] ФИГ. 18 – график, показывающий соотношение между входной мощностью и температурой нагревателя в Эксперименте 5.

[ФИГ. 19] ФИГ. 19 – график, показывающий соотношение между входной мощностью и температурой поверхности теплогенерирующего элемента в Эксперименте 5.

[ФИГ. 20] ФИГ. 20 – график, показывающий первую область R1 на ФИГ. 18 в увеличенном виде.

[ФИГ. 21] ФИГ. 21 – график, показывающий первую область R1 на ФИГ. 19 в увеличенном виде.

[ФИГ. 22] ФИГ. 22 – график, показывающий вторую область R2 на ФИГ. 18 в увеличенном виде.

[ФИГ. 23] ФИГ. 23 – график, показывающий вторую область R2 на ФИГ. 19 в увеличенном виде.

ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

[0009] Далее варианты осуществления изобретения будут описаны со ссылкой на чертежи. В последующем описании и на чертежах общие компоненты обозначены общими ссылочными номерами. Описание компонентов, обозначенных теми же самыми ссылочными номерами, будет опущено для краткости.

[Теплогенерирующий элемент]

[0010] В способе генерирования тепла в соответствии с изобретением используется теплогенерирующий элемент, который вырабатывает тепло путем окклюзии и выделения водорода, содержащегося в газе на основе водорода. Подробности механизма, по которому теплогенерирующий элемент вырабатывает тепло, будут описаны позже. Когда теплогенерирующий элемент нагревается нагревателем, температура теплогенерирующего элемента увеличивается до температуры, равной или большей, чем та температура, до которой теплогенерирующий элемент нагревается нагревателем. Тепло, генерируемое теплогенерирующим элементом, температура которого увеличена, называется избыточным теплом. Газ на основе водорода представляет собой газ, содержащий изотопы водорода. В качестве газа на основе водорода используется по меньшей мере один из газообразного дейтерия и газообразного протия. Газообразный протий содержит смесь встречающихся в природе протия и дейтерия, то есть смесь, в которой содержание протия составляет 99,985%, а содержание дейтерия составляет 0,015%. В последующем описании, когда протий и дейтерий не различаются друг от друга, оба упоминаются как «водород».

[0011] ФИГ. 1 представляет собой вид в разрезе, показывающий конфигурацию теплогенерирующего элемента 10 в соответствии с первым вариантом осуществления, используемого в способе генерирования тепла в соответствии с изобретением. Теплогенерирующий элемент 10 включает в себя основу 11, выполненную из водородоаккумулирующего металла, водородоаккумулирующего сплава или протонного проводника, и многослойную пленку 12, предусмотренную на поверхности основы 11. Примеры водородоаккумулирующего металла включают Ni, Pd, V, Nb, Ta и Ti. Примеры водородоаккумулирующего сплава включают LaNi₅, CaCu₅, MgZn₂, ZrNi₂, ZrCr₂, TiFe, TiCo, Mg₂Ni и Mg₂Cu. Примеры протонного проводника включают проводник на основе BaCeO₃ (например, Ba(Ce_0,95Y_0,05)O_3-6), проводник на основе SrCeO₃ (например, Sr(Ce_0,95Y_0,05)O_3-6), проводник на основе CaZrO₃ (например, CaZr_0,95Y_0,05O_3-α), проводник на основе SrZrO₃ (например, SrZr_0,9Y_0,1O_3-α), β-Al₂O₃ и β-Ga₂O₃.

[0012] Основа 11 может быть сформирована из пористого тела или водородопроницаемой пленки. Пористое тело имеет поры, размер которых позволяет газу на основе водорода проникать через них. Пористое тело образовано из металла, неметалла, керамики или т.п. Пористое тело предпочтительно образовано из материала, который не ингибирует реакцию между газом на основе водорода и многослойной пленкой 12. Водородопроницаемая пленка образована, например, из водородоаккумулирующего металла или водородоаккумулирующего сплава. Водородопроницаемая пленка включает пленку, имеющую сетчатый лист.

[0013] Многослойная пленка 12 имеет слоеную конфигурацию, включающую первый слой 14, выполненный из водородоаккумулирующего металла или водородоаккумулирующего сплава и имеющий толщину менее 1000 нм, и второй слой 15, выполненный из водородоаккумулирующего металла или водородоаккумулирующего сплава, который отличается от металла или сплава первого слоя 14, или керамики и имеющий толщину менее 1000 нм. Граница раздела между основой 11 и первым слоем 14 и граница раздела между первым слоем 14 и вторым слоем 15 являются границами 17 разнородных материалов. Хотя на ФИГ. 1 многослойная пленка 12 предусмотрена на передней поверхности основы 11, многослойная пленка 12 может быть предусмотрена на задней поверхности основы 11 или на обеих поверхностях основы 11.

[0014] Первый слой 14 образован, например, из любого из Ni, Pd, Cu, Mn, Cr, Fe, Mg, Co и их сплава. Сплавом для формирования первого слоя 14 предпочтительно является сплав, выполненный из двух или более из Ni, Pd, Cu, Mn, Cr, Fe, Mg и Co. Сплавом для формирования первого слоя 14 может быть сплав, полученный добавлением дополнительного элемента к Ni, Pd, Cu, Mn, Cr, Fe, Mg или Co.

[0015] Второй слой 15 образован, например, из любого из Ni, Pd, Cu, Mn, Cr, Fe, Mg, Co, их сплава и SiC. Сплавом для формирования второго слоя 15 предпочтительно является сплав, выполненный из двух или более из Ni, Pd, Cu, Mn, Cr, Fe, Mg и Co. Сплавом для формирования второго слоя 15 может быть сплав, полученный добавлением дополнительного элемента к Ni, Pd, Cu, Mn, Cr, Fe, Mg или Co.

[0016] Комбинацией первого слоя 14 и второго слоя 15 предпочтительно является Pd-Ni, Ni-Cu, Ni-Cr, Ni-Fe, Ni-Mg или Ni-Co, когда типы элементов выражены как «первый слой 14 - второй слой 15». Когда второй слой 15 выполнен из керамики, комбинацией «первый слой 14-второй слой 15» предпочтительно является Ni-SiC.

[0017] Толщина каждого из первого слоя 14 и второго слоя 15 предпочтительно составляет менее 1000 нм. Когда толщина каждого из первого слоя 14 и второго слоя 15 составляет 1000 нм или больше, водороду становится трудно проникать через многослойную пленку 12. Когда толщина каждого из первого слоя 14 и второго слоя 15 составляет менее 1000 нм, может сохраняться наноструктура, которая не проявляет объемных свойств. Толщина каждого из первого слоя 14 и второго слоя 15 более предпочтительно составляет менее 500 нм. Когда толщина каждого из первого слоя 14 и второго слоя 15 составляет менее 500 нм, может сохраняться наноструктура, которая совсем не проявляет объемных свойств.

[0018] На ФИГ. 1 многослойная пленка 12 имеет конфигурацию, в которой первый слой 14 и второй слой 15 поочередно наслоены в указанном порядке на поверхности основы 11, но не ограничена ею. Многослойная пленка 12 может иметь конфигурацию, в которой второй слой 15 и первый слой 14 поочередно наслоены в указанном порядке на поверхности основы 11. Число слоев первого слоя 14 и второго слоя 15 может быть изменено по мере необходимости. Многослойная пленка 12 может включать в себя один или более первых слоев 14 и один или более вторых слоев 15, и может быть сформирована с одной или более границами 17 разнородных материалов.

[0019] ФИГ. 2 представляет собой вид в разрезе, показывающий конфигурацию теплогенерирующего элемента 20 в соответствии со вторым вариантом осуществления, используемого в способе генерирования тепла в соответствии с изобретением. Теплогенерирующий элемент 20 включает в себя основу 11 и предусмотренную на поверхности основы 11 многослойную пленку 22. Многослойная пленка 22 имеет слоеную конфигурацию, включающую первый слой 14, второй слой 15 и третий слой 24, выполненный из водородоаккумулирующего металла, водородоаккумулирующего сплава или керамики, отличающихся от материалов первого слоя 14 и второго слоя 15, и имеющий толщину менее 1000 нм. Описание основы 11, первого слоя 14 и второго слоя 15 будет опущено. Граница раздела между первым слоем 14 и третьим слоем 24 является границей 27 разнородных материалов. Аналогично границе 17 разнородных материалов, граница 27 разнородных материалов позволяет атомам водорода проникать сквозь нее. Хотя на ФИГ. 2 многослойная пленка 22 предусмотрена на передней поверхности основы 11, многослойная пленка 22 может быть предусмотрена на задней поверхности основы 11 или на обеих поверхностях основы 11.

[0020] Третий слой 24 образован, например, из любого из Ni, Pd, Cu, Cr, Fe, Mg, Co, их сплава, SiC, CaO, Y₂O₃, TiC, LaB₆, SrO и BaO. Сплавом для формирования третьего слоя 24 предпочтительно является сплав, выполненный из двух или более из Ni, Pd, Cu, Cr, Fe, Mg и Co. Сплавом для формирования третьего слоя 24 может быть сплав, полученный добавлением дополнительного элемента к Ni, Pd, Cu, Cr, Fe, Mg или Co.

[0021] В частности, третий слой 24 предпочтительно образован из любого из CaO, Y₂O₃, TiC, LaB₆, SrO и BaO. В теплогенерирующем элементе 20 с третьим слоем 24, образованным из любого из CaO, Y₂O₃, TiC, LaB₆, SrO и BaO, увеличивается степень окклюзии водорода, количество водорода, проникающего через границу 17 разнородных материалов и границу 27 разнородных материалов, увеличивается, и может быть достигнут высокий выход избыточного тепла. Толщина третьего слоя 24, образованного из любого из CaO, Y₂O₃, TiC, LaB₆, SrO и BaO, предпочтительно составляет 10 нм или менее. Соответственно, атомы водорода могут легко проникать через многослойную пленку 22. Третий слой 24, образованный из любого из CaO, Y₂O₃, TiC, LaB₆, SrO и BaO, может быть сформирован не в форме сплошной пленки, а в форме островков. Первый слой 14 и третий слой 24 предпочтительно формируются непрерывно в состоянии вакуума. Соответственно, между первым слоем 14 и третьим слоем 24 не образуется естественная оксидная пленка, а образуется только граница 27 разнородных материалов.

[0022] Комбинация первого слоя 14, второго слоя 15 и третьего слоя 24 предпочтительно представляет собой Pd-CaO-Ni, Pd-Y₂O₃-Ni, Pd-TiC-Ni, Pd-LaB₆-Ni, Ni-CaO-Cu, Ni-Y₂O₃-Cu, Ni-TiC-Cu, Ni-LaB₆-Cu, Ni-Co-Cu, Ni-CaO-Cr, Ni-Y₂O₃-Cr, Ni-TiC-Cr, Ni-LaB₆-Cr, Ni-CaO-Fe, Ni-Y₂O₃-Fe, Ni-TiC-Fe, Ni-LaB₆-Fe, Ni-Cr-Fe, Ni-CaO-Mg, Ni-Y₂O₃-Mg, Ni-TiC-Mg, Ni-LaB₆-Mg, Ni-CaO-Co, Ni-Y₂O₃-Co, Ni-TiC-Co, Ni-LaB₆-Co, Ni-CaO-SiC, Ni-Y₂O₃-SiC, Ni-TiC-SiC или Ni-LaB₆-SiC, когда типы элементов выражены как «первый слой 14 - третий слой 24 - второй слой 15».

[0023] На ФИГ. 2 многослойная пленка 22 имеет конфигурацию, в которой первый слой 14, второй слой 15, первый слой 14 и третий слой 24 последовательно наслоены в указанном порядке на поверхности основы 11, но не ограничена ею. Многослойная пленка 22 может иметь конфигурацию, в которой второй слой 15 и третий слой 24 расположены в любом порядке на поверхности основы 11, а первый слой 14 предусмотрен между вторым слоем 15 и третьим слоем 24. Например, многослойная пленка 22 может иметь конфигурацию, в которой первый слой 14, третий слой 24, первый слой 14 и второй слой 15 последовательно наслоены на поверхности основы 11. Число слоев первого слоя 14, второго слоя 15 и третьего слоя 24 может быть изменено по мере необходимости. Многослойная пленка 22 может включать в себя один или более третьих слоев 24 и может быть сформирована с одной или более границами 27 разнородных материалов.

[0024] ФИГ. 3 представляет собой вид в разрезе, показывающий конфигурацию теплогенерирующего элемента 30 в соответствии с третьим вариантом осуществления, используемого в способе генерирования тепла в соответствии с изобретением. Теплогенерирующий элемент 30 включает в себя основу 11 и предусмотренную на поверхности основы 11 многослойную пленку 32. Многослойная пленка 32 имеет слоеную конфигурацию, включающую первый слой 14, второй слой 15, третий слой 24 и четвертый слой 34, выполненный из водородоаккумулирующего металла, водородоаккумулирующего сплава или керамики, отличающихся от материалов первого слоя 14, второго слоя 15 и третьего слоя 24, и имеющий толщину менее 1000 нм. Описание основы 11, первого слоя 14, второго слоя 15 и третьего слоя 24 будет опущено. Граница раздела между первым слоем 14 и четвертым слоем 34 является границей 37 разнородных материалов. Аналогично границе 17 разнородных материалов и границе 27 разнородных материалов, граница 37 разнородных материалов позволяет атомам водорода проникать сквозь нее. Хотя на ФИГ. 3 многослойная пленка 32 предусмотрена на передней поверхности основы 11, многослойная пленка 32 может быть предусмотрена на задней поверхности основы 11 или на обеих поверхностях основы 11.

[0025] Четвертый слой 34 образован, например, из любого из Ni, Pd, Cu, Cr, Fe, Mg, Co, их сплава, SiC, CaO, Y₂O₃, TiC, LaB₆, SrO и BaO. Сплавом для формирования четвертого слоя 34 предпочтительно является сплав, выполненный из двух или более из Ni, Pd, Cu, Cr, Fe, Mg и Co. Сплавом для формирования четвертого слоя 34 может быть сплав, полученный добавлением дополнительного элемента к Ni, Pd, Cu, Cr, Fe, Mg или Co.

[0026] В частности, четвертый слой 34 предпочтительно образован из любого из CaO, Y₂O₃, TiC, LaB₆, SrO и BaO. В теплогенерирующем элементе 30 с четвертым слоем 34, образованным из любого из CaO, Y₂O₃, TiC, LaB₆, SrO и BaO, увеличивается степень окклюзии водорода, количество водорода, проникающего через границу 17 разнородных материалов, границу 27 разнородных материалов и границу 37 разнородных материалов, увеличивается, и может быть достигнут высокий выход избыточного тепла. Толщина четвертого слоя 34, образованного из любого из CaO, Y₂O₃, TiC, LaB₆, SrO и BaO, предпочтительно составляет 10 нм или менее. Соответственно, атомы водорода могут легко проникать через многослойную пленку 32. Четвертый слой 34, образованный из любого из CaO, Y₂O₃, TiC, LaB₆, SrO и BaO, может быть сформирован не в форме сплошной пленки, а в форме островков. Первый слой 14 и четвертый слой 34 предпочтительно формируются непрерывно в состоянии вакуума. Соответственно, между первым слоем 14 и четвертым слоем 34 не образуется естественная оксидная пленка, а образуется только граница 37 разнородных материалов.

[0027] Комбинация первого слоя 14, второго слоя 15, третьего слоя 24 и четвертого слоя 34 предпочтительно представляет собой Ni-CaO-Cr-Fe, Ni-Y₂O₃-Cr-Fe, Ni-TiC-Cr-Fe или Ni-LaB₆-Cr-Fe, когда типы элементов выражены как «первый слой 14 - четвертый слой 34 - третий слой 24 - второй слой 15».

[0028] На ФИГ. 3 многослойная пленка 32 имеет конфигурацию, в которой первый слой 14, второй слой 15, первый слой 14, третий слой 24, первый слой 14 и четвертый слой 34 последовательно наслоены на поверхности основы 11, но не ограничена ею. Многослойная пленка 32 может иметь конфигурацию, в которой второй слой 15, третий слой 24 и четвертый слой 34 расположены в любом порядке на поверхности основы 11, а первый слой 14 предусмотрен между каждыми двумя из второго слоя 15, третьего слоя 24 и четвертого слоя 34. Например, многослойная пленка 32 может иметь конфигурацию, в которой первый слой 14, четвертый слой 34, первый слой 14, третий слой 24, первый слой 14 и второй слой 15 последовательно наслоены на поверхности основы 11. Число слоев первого слоя 14, второго слоя 15, третьего слоя 24 и четвертого слоя 34 может быть изменено по мере необходимости. Многослойная пленка 32 может включать в себя один или более четвертых слоев 34 и может быть сформирована с одной или более границами 37 разнородных материалов.

[0029] Далее будет описан механизм, по которому теплогенерирующий элемент вырабатывает избыточное тепло. При подаче газа на основе водорода к теплогенерирующему элементу происходит окклюзия водорода с высокой плотностью в основе и многослойной пленке теплогенерирующего элемента. Даже когда подача газа на основе водорода прекращается, теплогенерирующий элемент может сохранять состояние, в котором водород окклюдирован в основе и многослойной пленке. Когда теплогенерирующий элемент нагревается нагревателем, водород, окклюдированный в основе и многослойной пленке, совершает квантовую диффузию при перескоках. Известно, что водород является легким и перескакивает по механизму квантовой диффузии на занятом водородом узле (октаэдрическом или тетраэдрическом узле) некоторого вещества A и вещества B. Теплогенерирующий элемент вырабатывает тепло (вырабатывает избыточное тепло) в процессе, в котором водород проникает или диффундирует через границу разнородных материалов многослойной пленки по механизму квантовой диффузии.

[0030] ФИГ. 4 показывает состояние, в котором атомы водорода в металлической решетке первого слоя 14 проникают через границу 17 разнородных материалов и перемещаются в металлическую решетку второго слоя 15 в теплогенерирующем элементе 10, имеющем первый слой 14 и второй слой 15, каждый из которых образован из водородоаккумулирующего металла с гранецентрированной кубической структурой. Теплогенерирующий элемент 10 вырабатывает избыточное тепло в процессе, в котором водород проникает или диффундирует через границу 17 разнородных материалов многослойной пленки 12 по механизму квантовой диффузии. Хотя это и не показано, теплогенерирующий элемент 20 вырабатывает избыточное тепло в процессе, в котором водород проникает или диффундирует через границу 17 разнородных материалов и границу 27 разнородных материалов многослойной пленки 22 по механизму квантовой диффузии (см. ФИГ. 2). Теплогенерирующий элемент 30 вырабатывает избыточное тепло в процессе, в котором водород проникает или диффундирует через границу 17 разнородных материалов, границу 27 разнородных материалов и границу 37 разнородных материалов многослойной пленки 32 по механизму квантовой диффузии (см. ФИГ. 3).

[0031] Далее будет описан пример способа производства теплогенерирующего элемента. Сначала готовят основу, выполненную в форме пластины. Затем на основе формируют многослойную пленку методом распыления. Соответственно, может быть изготовлен теплогенерирующий элемент в форме пластины. При формировании основы предпочтительно, чтобы она была выполнена более толстой, чем каждый из первого слоя, второго слоя, третьего слоя и четвертого слоя, и чтобы в качестве материала основы использовался, например, Ni. Слои предпочтительно формируют непрерывно в состоянии вакуума. Причина этого заключается в том, что между соседними слоями не образуется естественная оксидная пленка, и между соседними слоями может образовываться только граница разнородных материалов. Способ производства теплогенерирующего элемента не ограничен методом распыления, и можно использовать метод осаждения из паровой фазы, мокрый метод, метод термического напыления, метод гальваностегии или т.п. Форма теплогенерирующего элемента в настоящем варианте осуществления представляет собой форму пластины, но не ограничена ею и может быть трубчатой или столбчатой формой.

[0032] Далее будет описан другой пример способа производства теплогенерирующего элемента. Сначала готовят основу, выполненную трубчатой формы с дном. Затем на наружной поверхности основы формируют многослойную пленку, используя мокрый метод формирования пленки. Соответственно, может быть изготовлен теплогенерирующий элемент, имеющий трубчатую форму с дном. Примеры мокрого метода формирования пленки включают метод нанесения покрытия центрифугированием, метод нанесения покрытия напылением и метод погружения. Многослойная пленка может быть сформирована с использованием метода осаждения атомных слоев (ALD) или может быть сформирована на основе при ее вращении с использованием распылительного устройства, снабженного механизмом вращения, который вращает основу. Многослойная пленка не ограничивается нанесением на наружную поверхность основы, и многослойная пленка может быть нанесена на внутреннюю поверхность основы или на обе поверхности основы.

[Способ генерирования тепла]

[0033] Как показано на ФИГ. 5, способ генерирования тепла включает в себя стадию 41 генерирования тепла и триггерную стадию 42. Далее будет описан способ генерирования тепла, использующий теплогенерирующий элемент 10. Описания способа генерирования тепла, использующего теплогенерирующий элемент 20, и способа генерирования тепла, использующего теплогенерирующий элемент 30, будут опущены, потому что эти способы являются теми же самыми, что и способ генерирования тепла, использующий теплогенерирующий элемент 10, за исключением того, что отличаются конфигурации теплогенерирующих элементов.

[0034] На стадии 41 генерирования тепла теплогенерирующий элемент 10 нагревают нагревателем, чтобы вызвать первую реакцию тепловыделения, в которой теплогенерирующий элемент 10 вырабатывает тепло с первой величиной тепловыделения. Примеры нагревателя включают различные теплогенерирующие устройства, такие как керамический нагреватель и электрическая печь. Нагреватель электрически соединен с источником питания и выделяет тепло при подаче входной мощности от источника питания. Температура нагревателя регистрируется с использованием датчика температуры. Источник питания и датчик температуры электрически соединены с блоком управления питанием. Блок управления питанием управляет входной мощностью от источника питания на основе результатов измерения датчика температуры.

[0035] Способы заставить теплогенерирующий элемент 10 вырабатывать тепло на стадии 41 генерирования тепла включают способ с использованием периодического способа и способ с использованием способа передачи. Сначала будет описан периодический способ, а затем способ передачи.

[0036] Далее будет описана общая схема теплогенерирующего устройства для того, чтобы заставить теплогенерирующий элемент 10 вырабатывать тепло периодическим способом. Теплогенерирующее устройство, использующее периодический способ, включает в себя: вышеупомянутый теплогенерирующий элемент 10; полый контейнер, в котором находится теплогенерирующий элемент 10; нагреватель, который нагревает теплогенерирующий элемент 10; блок ввода газа, который вводит газ на основе водорода во внутреннее пространство контейнера; блок отвода газа, который отводит находящийся во внутреннем пространстве контейнера газ на основе водорода наружу из контейнера; и датчик температуры, который регистрирует температуру теплогенерирующего элемента 10. Контейнер выполнен из материала, обладающего термостойкостью и стойкостью к давлению. Материал контейнера конкретно не ограничен, и его примеры включают углеродистую сталь, аустенитную нержавеющую сталь, термостойкую легированную сталь и кварцевое стекло. Материал контейнера может быть материалом, который отражает лучистое тепло, генерируемое теплогенерирующим элементом, например, Ni, Cu или Mo. Форма контейнера конкретно не ограничена и может быть цилиндрической, эллиптической цилиндрической, квадратной трубчатой формой или т.п. Контейнер включает в себя датчик давления, который регистрирует давление внутри контейнера, впуск газа, соединенный с блоком ввода газа, выпуск газа, соединенный с блоком отвода газа, и т.п. Блок ввода газа вводит газ на основе водорода во внутреннее пространство контейнера через впуск газа. Блок отвода газа откачивает до вакуума (вакуумирует) внутреннее пространство контейнера через выпуск газа. Блок отвода газа может управлять давлением внутри контейнера, регулируя отводимое количество газа на основе водорода на основе результатов измерения датчика давления.

[0037] Далее будет описана стадия 41 генерирования тепла с использованием периодического способа. На стадии 41 генерирования тепла с использованием периодического способа сначала газ на основе водорода подают во внутреннее пространство контейнера блоком ввода газа. Соответственно, водород, содержавшийся в газе на основе водорода, окклюдируется в теплогенерирующем элементе 10. Затем введение газа на основе водорода во внутреннее пространство контейнера останавливают, внутреннее пространство контейнера вакуумируют блоком отвода газа и нагревают теплогенерирующий элемент 10 нагревателем. Соответственно, водород, окклюдированный в теплогенерирующем элементе 10, выделяется из теплогенерирующего элемента 10. Теплогенерирующий элемент 10 вырабатывает тепло, позволяя водороду проникать через границу 17 разнородных материалов по механизму квантовой диффузии в процессе окклюзии водорода, и вырабатывает тепло, позволяя водороду проникать через границу 17 разнородных материалов по механизму квантовой диффузии в процессе выделения водорода. Как описано выше, на стадии 41 генерирования тепла с использованием периодического способа теплогенерирующий элемент 10 вырабатывает избыточное тепло за счет окклюзии и выделения водорода. Окклюзия и выделение водорода могут осуществляться многократно.

[0038] Далее будет описана общая схема теплогенерирующего устройства для того, чтобы заставить теплогенерирующий элемент 10 вырабатывать тепло способом передачи. Теплогенерирующее устройство, использующее способ передачи, включает в себя: вышеупомянутый теплогенерирующий элемент 10; контейнер, имеющий первую камеру и вторую камеру, разделенные теплогенерирующим элементом 10; нагреватель, который нагревает теплогенерирующий элемент 10; блок ввода газа, который подает газ на основе водорода во внутреннее пространство первой камеры; блок отвода газа, который отводит находящийся во внутреннем пространстве второй камеры газ на основе водорода наружу из второй камеры; и датчик температуры, который регистрирует температуру теплогенерирующего элемента 10. Контейнер выполнен из материала, обладающего термостойкостью и стойкостью к давлению. Примеры материала контейнера включают углеродистую сталь, аустенитную нержавеющую сталь и термостойкую легированную сталь. Материал контейнера может быть материалом, который отражает лучистое тепло, генерируемое теплогенерирующим элементом, например, Ni, Cu или Mo. Форма контейнера конкретно не ограничена и может быть цилиндрической, эллиптической цилиндрической, квадратной трубчатой формой или т.п. Контейнер включает в себя первый датчик давления, который регистрирует давление внутри первой камеры, второй датчик давления, который регистрирует давление внутри второй камеры, и т.п. Первая камера имеет впуск газа, соединенный с блоком ввода газа, а вторая камера имеет выпуск газа, соединенный с блоком отвода газа. Блок ввода газа вводит газ на основе водорода во внутреннее пространство первой камеры через впуск газа. Блок ввода газа может управлять давлением внутри первой камеры, регулируя вводимое количество газа на основе водорода на основе результатов измерения первого датчика давления. Блок отвода газа вакуумирует внутреннее пространство второй камеры через выпуск газа. Блок отвода газа может управлять давлением внутри второй камеры, регулируя отводимое количество газа на основе водорода на основе результатов измерения второго датчика давления.

[0039] Далее будет описана стадия 41 генерирования тепла с использованием способа передачи. На стадии 41 генерирования тепла с использованием способа передачи газ на основе водорода вводят во внутреннее пространство первой камеры, а внутреннее пространство второй камеры вакуумируют. Соответственно, парциальное давление водорода в первой камере увеличивается, парциальное давление водорода во второй камере уменьшается, и с двух сторон от теплогенерирующего элемента 10 возникает разность парциального давления водорода. Когда с двух сторон от теплогенерирующего элемента 10 создается разность парциального давления водорода, молекула водорода, содержащаяся в газе на основе водорода, адсорбируется на одной поверхности (называемой передней поверхностью) теплогенерирующего элемента 10, расположенной со стороны высокого давления, и молекула водорода диссоциирует на два атома водорода. Атомы водорода после диссоциации проникают в теплогенерирующий элемент 10. Таким образом, водород окклюдируется в теплогенерирующем элементе 10. Атомы водорода диффундируют и проходят через внутренность теплогенерирующего элемента 10. На другой поверхности (называемой задней поверхностью) теплогенерирующего элемента 10, расположенной со стороны низкого давления, прошедшие через теплогенерирующий элемент 10 атомы водорода повторно объединяются и выделяются в виде молекулы водорода. То есть, водород выделяется из теплогенерирующего элемента 10. Таким образом, теплогенерирующий элемент 10 позволяет водороду проникать со стороны высокого давления на сторону низкого давления. Использующееся здесь выражение «проникать» означает, что водород поглощается на передней поверхности теплогенерирующего элемента и выделяется из задней поверхности теплогенерирующего элемента. Теплогенерирующий элемент 10 вырабатывает тепло за счет окклюзии водорода, а также вырабатывает тепло за счет выделения водорода. Создав разность парциального давления водорода с обеих сторон теплогенерирующего элемента 10, можно эффективно генерировать избыточное тепло, поскольку одновременно осуществляются окклюзия водорода на передней поверхности теплогенерирующего элемента 10 и выделение водорода на задней поверхности теплогенерирующего элемента 10, и водород непрерывно проникает через теплогенерирующий элемент 10. В последующем описании парциальное давление водорода может упоминаться как «давление водорода».

[0040] На триггерной стадии 42 придают возмущение подаваемой на нагреватель входной мощности в состоянии, когда происходит первая реакция тепловыделения, чтобы вызвать вторую реакцию тепловыделения, в которой теплогенерирующий элемент 10 вырабатывает тепло со второй величиной тепловыделения, большей, чем первая величина тепловыделения. За счет придания возмущения входной мощности может быть вызвано возмущение температуры поверхности теплогенерирующего элемента 10. Считается, что придавая возмущение теплогенерирующему элементу 10 в состоянии, когда происходит первая реакция тепловыделения, в которой тепло вырабатывается с первой величиной тепловыделения, изменяют диффузию водорода, окклюдированного в теплогенерирующем элементе 10, изменяют концентрацию водорода на передней поверхности теплогенерирующего элемента 10 или на границе 17 разнородных материалов, и запускают вторую реакцию тепловыделения, в которой тепло вырабатывается со второй величиной тепловыделения, большей, чем первая величина тепловыделения. Таким образом, на триггерной стадии 42 количество генерируемого тепла может быть увеличено за счет придания возмущения температуре поверхности теплогенерирующего элемента 10. В изобретении термин «возмущение» входной мощности означает, что, когда значение входной мощности непосредственно перед приданием возмущения принимается за опорное значение, в течение конкретного промежутка времени после придания изменения входной мощности в пределах конкретного диапазона относительно опорного значения, входная мощность возвращается к опорному значению. Выражение «изменение входной мощности в пределах конкретного диапазона» означает изменение входной мощности, при котором значение δPin/Pin находится в пределах диапазона, например, 0,01% или более и 100% или менее, когда Pin представляет собой значение входной мощности непосредственно перед приданием возмущения (опорное значение), а δPin представляет собой величину изменения входной мощности (также называемую величиной возмущения). Выражение «конкретный промежуток времени» означает, например, время в диапазоне 0,1 минуты или более и 100 минут или менее. Выражение «непосредственно перед приданием возмущения» означает, например, примерно от нескольких секунд до нескольких минут перед тем, как будет придано возмущение. Выражение «возвращается к опорному значению» означает, что входная мощность до и после возмущения является по существу одинаковой, и не ограничивается случаем, при котором разность между значениями входной мощности до и после возмущения строго равна 0 (нулю).

[0041] ФИГ. 6 представляет собой диаграмму, иллюстрирующую метод придания возмущения. Значение δPin/Pin предпочтительно находится в диапазоне 0,01% или более и 100% или менее, а предпочтительнее – в диапазоне 0,1% или более и 30% или менее. Время t, в течение которого придается возмущение, предпочтительно находится в диапазоне 0,1 минуты или дольше и 100 минут или меньше, а предпочтительнее - в диапазоне 1 минута или дольше и 10 минут или меньше. Значение t соответствующим образом устанавливается в соответствии с величиной δPin или величиной δPin/Pin и может быть установлено на короткое время, например, когда δPin является большим. Возмущение может быть придано путем уменьшения, а затем увеличения входной мощности, как показано на ФИГ. 6, но не ограничено этим. Хотя это и не показано, возмущение также может быть придано путем увеличения, а затем уменьшения входной мощности. Желательно, чтобы температура поверхности теплогенерирующего элемента 10 изменялась на величину от нескольких градусов Цельсия до нескольких десятков градусов Цельсия из-за возмущения входной мощности.

[0042] Предпочтительно, чтобы триггерная стадия 42 осуществлялась по истечении заданного времени после того, как избыточное тепло вырабатывается на стадии 41 генерирования тепла. Например, триггерная стадия 42 осуществляется по прошествии 3 часов или более после того, как избыточное тепло вырабатывается на стадии 41 генерирования тепла.

[0043] На триггерной стадии 42 возмущение может осуществляться повторно по истечении заданного времени. Например, возмущение осуществляется повторно по истечении 3 часов или больше, а предпочтительно – по истечении 5 часов или больше.

[0044] В вышеупомянутом способе генерирования тепла на триггерной стадии 42 придается возмущение подаваемой на нагреватель входной мощности в состоянии, когда происходит первая реакция тепловыделения, для запуска второй реакции тепловыделения, в которой теплогенерирующий элемент 10 вырабатывает тепло со второй величиной тепловыделения, большей, чем первая величина тепловыделения. В результате реакция тепловыделения может быть дополнительно усилена только за счет придания возмущения входной мощности, как описано выше, без применения большого количества энергии во время реакции тепловыделения.

[Эксперименты]

[0045] Далее будут описаны эксперименты с использованием способа генерирования тепла, в котором теплогенерирующий элемент заставляют генерировать тепло периодическим способом, а также их результаты. В качестве экспериментов с использованием периодического способа были проведены следующие эксперименты: Эксперимент 1, в котором входную мощность уменьшали, а затем увеличивали на триггерной стадии 42 с использованием теплогенерирующего элемента 10; Эксперимент 2 проводился таким же образом, как и Эксперимент 1, за исключением того, что входную мощность увеличивали, а затем уменьшали на триггерной стадии 42; и Эксперимент 3 проводился таким же образом, как и Эксперимент 1, за исключением того, что вместо теплогенерирующего элемента 10 использовался теплогенерирующий элемент 20.

[0046] Далее будет описано теплогенерирующее устройство, использующее периодический способ, использованный в экспериментах. ФИГ. 7 – схематический вид, показывающий конфигурацию теплогенерирующего устройства, использующего периодический способ. ФИГ. 7 показывает теплогенерирующее устройство 50 в Эксперименте 1 с использованием теплогенерирующего элемента 10. Описания теплогенерирующего устройства в Эксперименте 2 и теплогенерирующего устройства в Эксперименте 3 будут опущены.

[0047] Теплогенерирующее устройство 50, использующее периодический способ, включает в себя теплогенерирующие элементы 10, контейнер 51, нагреватель 52, блок 53 ввода газа, блок 54 отвода газа и датчики 55 температуры. В теплогенерирующем устройстве 50 использовались два теплогенерирующих элемента 10. На ФИГ. 7 показан только один теплогенерирующий элемент 10 из двух теплогенерирующих элементов 10, а другой теплогенерирующий элемент 10 не показан. Каждый из теплогенерирующих элементов 10 имеет форму квадратной пластины с длиной одной стороны 25 мм на виде сверху.

[0048] Контейнер 51 является полым герметичным контейнером, в котором находятся теплогенерирующие элементы 10. Контейнер 51 включает в себя датчик 56 давления, который регистрирует давление внутри контейнера 51, впуск 57 газа, соединенный с блоком 53 ввода газа, выпуск 58 газа, соединенный с блоком 54 отвода газа, и смотровое окно 59, образованное из пропускающего инфракрасные лучи материала, такого как кобальтовое стекло.

[0049] Нагреватель 52 является пластинчатым керамическим нагревателем и включает в себя термопару 61, которая регистрирует температуру нагревателя 52. Толщина нагревателя 52 составляет 2,2 мм. Нагреватель 52 соединен с источником 62 питания и измерителем 63 тока/напряжения, предусмотренным снаружи контейнера 51. Измеритель 63 тока/напряжения регистрирует входную мощность, подаваемую на нагреватель 52.

[0050] Блок 53 ввода газа включает в себя: хранилище 65 газа, в котором хранится газ на основе водорода; трубу 66 для ввода газа, которая соединяет хранилище 65 газа и впуск 57 газа контейнера 51; и регулирующие клапаны 67A и 67B, которые предусмотрены в трубе 66 для ввода газа и регулируют расход и давление газа на основе водорода.

[0051] Блок 54 отвода газа включает в себя: вакуумный насос 68, такой как сухой насос; трубу 69 для отвода газа, соединяющую вакуумный насос 68 и выпуск 58 газа контейнера 51; и регулирующий клапан 70, который регулирует расход и давление газа на основе водорода.

[0052] Датчики 55 температуры являются инфракрасными термометрами, предусмотренными снаружи контейнера 51, и регистрируют температуры поверхностей теплогенерирующих элементов 10 через смотровое окно 59 контейнера 51. ФИГ. 7 показывает датчик 55 температуры, который регистрирует температуру одного теплогенерирующего элемента 10 из двух теплогенерирующих элементов 10. Датчик 55 температуры, который регистрирует температуру другого теплогенерирующего элемента 10 из двух теплогенерирующих элементов 10, не показан.

[0053] Два теплогенерирующих элемента 10 и нагреватель 52 объединены друг с другом с использованием держателя 72. Держатель 72 образован, например, из керамики. Держатель 72 включает в себя пару половин держателя (не показаны) и удерживает теплогенерирующий элемент 10 и нагреватель 52 между половинами держателя. Каждая из половин держателя имеет отверстие, через которое виден теплогенерирующий элемент 10. Держатель 72 снабжен датчиками 73A и 73B температуры, которые регистрируют температуру держателя 72. Датчик 73A температуры регистрирует температуру в положении, близком к теплогенерирующему элементу 10, а датчик 73B температуры регистрирует температуру в положении, далеком от теплогенерирующего элемента 10.

[0054] Как показано на ФИГ. 8, на обеих поверхностях нагревателя 52 было расположено по одному теплогенерирующему элементу 10. Между нагревателем 52 и каждым из теплогенерирующих элементов 10 предусмотрена экранирующая пластина 74. В качестве экранирующей пластины 74 использовалась пластина, выполненная из SiO₂ и имеющая толщину 0,3 мм. Теплогенерирующий элемент 10 был объединен с нагревателем 52 с использованием держателя 72 (см. ФИГ. 7) в таком состоянии, что основа 11 была направлена к нагревателю 52 и находилась в контакте с экранирующей пластиной 74. В качестве основы 11 теплогенерирующего элемента 10 использовалась никелевая подложка, выполненная из Ni и имеющая толщину 0,1 мм.

[0055] Теплогенерирующий элемент 10, используемый в Эксперименте 1, был получен путем формирования многослойной пленки 12, в которой первый слой 14 из Cu и второй слой 15 из Ni были наслоены на поверхности основы 11 из Ni. Толщина первого слоя 14 была установлена равной 14 нм. Толщина второго слоя 15 была установлена равной 2 нм. Число слоев каждого из первого слоя 14 и второго слоя 15 было установлено равным 6. Теплогенерирующий элемент 10, используемый в Эксперименте 2, был тем же самым, что и теплогенерирующий элемент 10, используемый в Эксперименте 1. Теплогенерирующий элемент 20, используемый в Эксперименте 3, был получен путем формирования многослойной пленки 22, в которой первый слой 14 из Cu, второй слой 15 из Ni и третий слой 24 из CaO были наслоены на поверхности основы 11 из Ni. Толщина каждого из первого слоя 14 и третьего слоя 24 была установлена равной 2 нм. Толщина второго слоя 15 была установлена равной 7 нм. Число слоев каждого из первого слоя 14 и третьего слоя 24 было установлено равным 6. Число слоев второго слоя 15, расположенного между первым слоем 14 и третьим слоем 24, было равно 12.

[0056] Далее с использованием Эксперимента 1 в качестве примера будет описан экспериментальный периодический способ. Сначала теплогенерирующий элемент 10 прокаливали с помощью нагревателя 52, чтобы удалить воду и т.п., приставшую к поверхности теплогенерирующего элемента 10. Затем, в качестве стадии 41 генерирования тепла, осуществляли введение газа на основе водорода во внутреннее пространство контейнера 51 и вакуумирование внутреннего пространства контейнера 51. Газ на основе водорода вводили при температуре 80-500°C и при давлении 100 Па или более. При увеличении температуры нагревателя 52 и установлении температуры поверхности теплогенерирующего элемента 10 на 600°C или выше, из теплогенерирующего элемента 10 генерировалось избыточное тепло. Затем, в качестве триггерной стадии 42, придавали возмущение подаваемой на нагреватель 52 входной мощности по прошествии 3 часов или более с того момента, как избыточное тепло генерировалось на стадии 41 генерирования тепла.

[0057] Далее будут описаны результаты эксперимента с использованием периодического способа. ФИГ. 9 представляет собой график, показывающий соотношение между входной мощностью и температурой нагревателя 52 в Эксперименте 1. На ФИГ. 9 горизонтальная ось указывает истекшее время (сек), первая вертикальная ось слева указывает температуру (°C) нагревателя 52, зарегистрированную термопарой 61 нагревателя 52, а вторая вертикальная ось справа указывает подаваемую на нагреватель 52 входную мощность (Вт). Сплошная линия – это график, показывающий входную мощность, а пунктирная линия – это график, показывающий температуру нагревателя 52. В Эксперименте 1 величина возмущения δPin составляла 0,9 Вт, а время t, в течение которого придавали возмущение, составляло 260 сек. Количество энергии возмущения составляло 230 Дж. Количество энергии возмущения было получено путем интегрирования температуры нагревателя 52 после возмущения по времени. Из ФИГ. 9 видно, что при сравнении температур термопары 61 до и после придания возмущения температура термопары 61 увеличилась на 8,3°C за счет придания возмущения.

[0058] ФИГ. 10 представляет собой график, показывающий соотношение между входной мощностью и температурой поверхности теплогенерирующего элемента 10 в Эксперименте 1. На ФИГ. 10 горизонтальная ось указывает истекшее время (сек), первая вертикальная ось слева указывает температуру (°C) поверхности теплогенерирующего элемента 10, зарегистрированную датчиком 55 температуры, а вторая вертикальная ось справа указывает подаваемую на нагреватель 52 входную мощность (Вт). Сплошная линия – это график, показывающий входную мощность, пунктирная линия – это график, показывающий температуру поверхности одного теплогенерирующего элемента 10, а штрихпунктирная линия – это график, показывающий температуру поверхности другого теплогенерирующего элемента 10. Из ФИГ. 10 видно, что при сравнении температур поверхности двух теплогенерирующих элементов 10 до и после придания возмущения температура поверхности одного теплогенерирующего элемента 10, обозначенная пунктирной линией, увеличилась на 20,3°C, а температура поверхности другого теплогенерирующего элемента 10, обозначенная штрихпунктирной линией, увеличилась на 29,6°C за счет придания возмущения. Количество энергии избыточного тепла составило 13000 Дж. Количество энергии избыточного тепла было получено путем интегрирования температуры поверхности теплогенерирующего элемента 10 после возмущения по времени.

[0059] ФИГ. 11 представляет собой график, показывающий соотношение между входной мощностью и температурой нагревателя 52 в Эксперименте 2. На ФИГ. 11 горизонтальная ось указывает истекшее время (сек), первая вертикальная ось слева указывает температуру (°C) нагревателя 52, зарегистрированную термопарой 61 нагревателя 52, а вторая вертикальная ось справа указывает подаваемую на нагреватель 52 входную мощность (Вт). Сплошная линия – это график, показывающий входную мощность, а пунктирная линия – это график, показывающий температуру нагревателя 52. В Эксперименте 2 величина возмущения δPin была установлена равной 0,07 Вт, а время t, в течение которого придавали возмущение, было установлено равным 264 сек. Количество энергии возмущения составляло 19 Дж. Из ФИГ. 11 видно, что при сравнении температуры термопары 61 до и после придания возмущения температура термопары 61 увеличилась на 8,0°C за счет придания возмущения.

[0060] ФИГ. 12 представляет собой график, показывающий соотношение между входной мощностью и температурой поверхности теплогенерирующего элемента 10 в Эксперименте 2. На ФИГ. 12 горизонтальная ось указывает истекшее время (сек), первая вертикальная ось слева указывает температуру (°C) поверхности теплогенерирующего элемента 10, зарегистрированную датчиком 55 температуры, а вторая вертикальная ось справа указывает подаваемую на нагреватель 52 входную мощность (Вт). Сплошная линия – это график, показывающий входную мощность, пунктирная линия – это график, показывающий температуру поверхности одного теплогенерирующего элемента 10, а штрихпунктирная линия – это график, показывающий температуру поверхности другого теплогенерирующего элемента 10. Из ФИГ. 12 видно, что при сравнении температур поверхности двух теплогенерирующих элементов 10 до и после придания возмущения температура поверхности одного теплогенерирующего элемента 10, обозначенная пунктирной линией, увеличилась на 18,0°C, а температура поверхности другого теплогенерирующего элемента 10, обозначенная штрихпунктирной линией, увеличилась на 24,6°C за счет придания возмущения. Количество энергии избыточного тепла составило 2600 Дж.

[0061] ФИГ. 13 представляет собой график, показывающий соотношение между входной мощностью и температурой нагревателя 52 в Эксперименте 3. На ФИГ. 13 горизонтальная ось указывает истекшее время (сек), первая вертикальная ось слева указывает температуру (°C) нагревателя 52, зарегистрированную термопарой 61 нагревателя 52, а вторая вертикальная ось справа указывает подаваемую на нагреватель 52 входную мощность (Вт). Сплошная линия – это график, показывающий входную мощность, а пунктирная линия – это график, показывающий температуру нагревателя 52. В Эксперименте 3 величина возмущения δPin была установлена равной 1,0 Вт, а время t, в течение которого придавали возмущение, было установлено равным 210 сек. Количество энергии возмущения составляло 210 Дж. Из ФИГ. 13 видно, что при сравнении температур термопары 61 до и после придания возмущения температура термопары 61 увеличилась на 3,8°C за счет придания возмущения.

[0062] ФИГ. 14 представляет собой график, показывающий соотношение между входной мощностью и температурой поверхности теплогенерирующего элемента 20 в Эксперименте 3. На ФИГ. 14 горизонтальная ось указывает истекшее время (сек), первая вертикальная ось слева указывает температуру (°C) поверхности теплогенерирующего элемента 20, зарегистрированную датчиком 55 температуры, а вторая вертикальная ось справа указывает подаваемую на нагреватель 52 входную мощность (Вт). Сплошная линия – это график, показывающий входную мощность, пунктирная линия – это график, показывающий температуру поверхности одного теплогенерирующего элемента 20, а штрихпунктирная линия – это график, показывающий температуру поверхности другого теплогенерирующего элемента 20. Из ФИГ. 14 видно, что при сравнении температур поверхности двух теплогенерирующих элементов 20 до и после придания возмущения температура поверхности одного теплогенерирующего элемента 20, обозначенная пунктирной линией, увеличилась на 13,7°C, а температура поверхности другого теплогенерирующего элемента 20, обозначенная штрихпунктирной линией, увеличилась на 6,2°C за счет придания возмущения. Количество энергии избыточного тепла составило 1560 Дж.

[0063] В соответствии с Экспериментами 1-3, описанными выше, в периодическом способе путем придания возмущения подаваемой на нагреватель 52 входной мощности можно запустить реакцию тепловыделения теплогенерирующего элемента и увеличить количество генерируемого тепла без подвода большого количества энергии к теплогенерирующему элементу.

[0064] Далее будет описан эксперимент с использованием способа генерирования тепла, в котором теплогенерирующий элемент заставляют генерировать тепло способом передачи, и его результаты. В качестве эксперимента, использующего способ передачи, провели Эксперимент 4, в котором входную мощность уменьшали, а затем увеличивали на триггерной стадии 42 с использованием теплогенерирующего элемента 20.

[0065] Далее будет описано теплогенерирующее устройство, использующее способ передачи, примененный в экспериментах. ФИГ. 15 – схематический вид, показывающий конфигурацию теплогенерирующего устройства, использующего способ передачи.

[0066] Теплогенерирующее устройство 80, использующее способ передачи, включает в себя: теплогенерирующий элемент 20; контейнер 83, имеющий первую камеру 81 и вторую камеру 82, разделенные теплогенерирующим элементом 20; нагреватель 84, который нагревает теплогенерирующий элемент 20; блок 85 ввода газа, который подает газ на основе водорода во внутреннее пространство первой камеры 81; блок 86 отвода газа, который отводит находящийся во внутреннем пространстве второй камеры 82 газ на основе водорода наружу из второй камеры 82; и датчик 87 температуры, который регистрирует температуру теплогенерирующего элемента 20.

[0067] Контейнер 83 включает в себя трубу 88 из кварцевого стекла, вакуумную трубу 89 для вакуумирования внутреннего пространства трубы 88 из кварцевого стекла, монтажную трубу 90 для установки теплогенерирующего элемента 20 во внутреннем пространстве трубы 88 из кварцевого стекла, и т.п. Труба 88 из кварцевого стекла имеет запаянный конец и открытый основной конец.

[0068] Вакуумная труба 89 соединена с основным концом трубы 88 из кварцевого стекла. Блок 86 отвода газа соединен с вакуумной трубой 89. Блок 86 отвода газа включает в себя турбомолекулярный насос (TMP) 91, сухой насос (DP) 92, датчик 93 давления, задвижку 94 и т.п. Блок 86 отвода газа не соединен с монтажной трубой 90. Следовательно, внутреннее пространство монтажной трубы 90 не вакуумируется.

[0069] Монтажная труба 90 вставлена во внутреннее пространство трубы 88 из кварцевого стекла через вакуумную трубу 89, и один конец монтажной трубы 90 расположен снаружи вакуумной трубы 89 (снаружи трубы 88 из кварцевого стекла), а другой конец монтажной трубы 90 расположен во внутреннем пространстве трубы 88 из кварцевого стекла. Монтажная труба 90 выполнена из нержавеющей стали (SUS). Блок 85 ввода газа, который вводит газ на основе водорода во внутреннее пространство монтажной трубы 90, соединен с одним концом монтажной трубы 90. Блок 85 ввода газа включает в себя водородный баллон 96, в котором хранится газ на основе водорода, буферный бак 97, датчики 98A и 98B расхода, датчики 99A и 99B давления, задвижки 100A, 100B, 100C, 100D и 100E, регулирующий клапан 101, напускной клапан 102 и т.п. На упомянутом другом конце монтажной трубы 90 предусмотрен стык 103 VCR, так что теплогенерирующий элемент 20 может быть присоединен к и отсоединен от стыка 103 VCR. Стык 103 VCR имеет два напускных отверстия, проникающих через внутреннюю периферийную поверхность и внешнюю периферийную поверхность стыка 103 VCR в том положении, где расположен теплогенерирующий элемент 20. Теплогенерирующий элемент 20 располагается внутри стыка 103 VCR в зажатом между двумя прокладками из SUS состоянии.

[0070] В контейнере 83 внутреннее пространство монтажной трубы 90 и внутреннее пространство трубы 88 из кварцевого стекла разделены теплогенерирующим элементом 20. Внутреннее пространство монтажной трубы 90 заполняется введением газа на основе водорода. Внутреннее пространство трубы 88 из кварцевого стекла вакуумируется путем откачки газа. Соответственно, давление водорода во внутреннем пространстве монтажной трубы 90 является более высоким, чем давление водорода во внутреннем пространстве трубы 88 из кварцевого стекла. Поэтому внутреннее пространство монтажной трубы 90 является первой камерой 81, а внутреннее пространство трубы 88 из кварцевого стекла является второй камерой 82. Когда с двух сторон от теплогенерирующего элемента 20 создается перепад давления, водород проникает из внутреннего пространства (первой камеры 81) монтажной трубы 90 на стороне высокого давления во внутреннее пространство (вторую камеру 82) трубы 88 из кварцевого стекла на стороне низкого давления. Как описано выше, теплогенерирующий элемент 20 вырабатывает тепло, поглощая водород с одной поверхности, расположенной на стороне высокого давления, и вырабатывает избыточное тепло, выделяя водород из другой поверхности, расположенной на стороне низкого давления, в процессе проникания через него водорода.

[0071] В качестве датчика 87 температуры использовалась термопара (термопара K-типа с оболочкой). В эксперименте подготовили две термопары и вставили их в два напускных отверстия стыка 103 VCR. Эти две термопары находились в контакте с теплогенерирующим элементом 20, и ими измерялась температура теплогенерирующего элемента 20. В качестве нагревателя 84 использовалась электрическая печь. Нагреватель 84 в виде электрической печи был расположен покрывающим внешнюю периферию трубы 88 из кварцевого стекла.

[0072] В Эксперименте 4 использовали теплогенерирующий элемент 20 с диаметром 20 мм на виде сверху. В качестве основы 11 теплогенерирующего элемента 20 использовалась никелевая подложка, выполненная из Ni и имеющая толщину 0,1 мм. Теплогенерирующий элемент 20 был получен путем формирования многослойной пленки 22, в которой первый слой 14 из Cu, второй слой 15 из Ni и третий слой 24 из CaO были наслоены на обе поверхности основы 11 из Ni. Толщина каждого из первого слоя 14 и третьего слоя 24 была установлена равной 2 нм. Толщина второго слоя 15 была установлена равной 7 нм. Число слоев каждого из первого слоя 14 и третьего слоя 24 было установлено равным 6. Число слоев второго слоя 15, расположенного между первым слоем 14 и третьим слоем 24, было равно 12.

[0073] Далее будет описан экспериментальный способ с использованием способа передачи. Сначала теплогенерирующий элемент 20 прокаливали нагревателем 84, чтобы удалить воду и т.п., приставшую к поверхности теплогенерирующего элемента 20. Затем, в качестве стадии 41 генерирования тепла, газ на основе водорода подавали в первую камеру 81 (внутреннее пространство монтажной трубы 90) и доводили давление в первой камере 81 до 102000 Па. Вторую камеру 82 (внутреннее пространство трубы 88 из кварцевого стекла) вакуумировали и доводили давление во второй камере 82 до 0,003 Па. При увеличении температуры нагревателя 84 и установлении температуры поверхности теплогенерирующего элемента 20 на 600°C или выше, из теплогенерирующего элемента 20 генерировалось избыточное тепло. Затем, в качестве триггерной стадии 42, придавали возмущение подаваемой на нагреватель 84 входной мощности по прошествии 3 часов или более с того момента, как генерировалось избыточное тепло на стадии 41 генерирования тепла.

[0074] Далее будут описаны результаты эксперимента с использованием способа передачи. ФИГ. 16 – график, показывающий соотношение между входной мощностью и температурой теплогенерирующего элемента 20 в Эксперименте 4. На ФИГ. 16 горизонтальная ось указывает истекшее время (час), первая вертикальная ось слева указывает температуру (°C) теплогенерирующего элемента 20, зарегистрированную датчиком 87 температуры, а вторая вертикальная ось справа указывает подаваемую на нагреватель 84 входную мощность (Вт). Сплошная линия – это график, показывающий входную мощность, а пунктирная линия – это график, показывающий температуру теплогенерирующего элемента 20. Температура теплогенерирующего элемента 20, показанная на ФИГ. 16, представляет собой среднее значение температур, измеренных двумя термопарами в качестве датчика 87 температуры. В Эксперименте 4 величина возмущения δPin была установлена равной 99 Вт, а время t, в течение которого придавали возмущение, было установлено равным 232 сек. Количество энергии возмущения составляло 23 кДж. Из ФИГ. 16 видно, что при сравнении температур теплогенерирующего элемента 20 до и после придания возмущения температура теплогенерирующего элемента 20 увеличилась на 16°C за счет придания возмущения. Количество энергии избыточного тепла составило 160 кДж.

[0075] В соответствии с Экспериментом 4, описанным выше, в способе передачи путем придания возмущения подаваемой на нагреватель 84 входной мощности можно запустить реакцию тепловыделения теплогенерирующего элемента и увеличить количество генерируемого тепла без подвода большого количества энергии к теплогенерирующему элементу.

[0076] Теплогенерирующее устройство, использующее способ передачи, может дополнительно включать в себя блок ввода инертного газа, который вводит инертный газ во внутреннее пространство второй камеры. В качестве инертного газа используется, например, газообразный аргон или газообразный азот. Вводя инертный газ во внутреннее пространство второй камеры, можно создать разность парциального давления водорода между первой камерой и второй камерой. Из-за этой разности парциального давления водорода между первой камерой и второй камерой газ на основе водорода в первой камере проникает через теплогенерирующий элемент и перемещается во вторую камеру. При проникновении газа на основе водорода теплогенерирующий элемент вырабатывает избыточное тепло. Газ на основе водорода, находящийся во второй камере, отводится вместе с инертным газом блоком отвода газа.

[0077] В качестве эксперимента, использующего периодический способ, провели Эксперимент 5, в котором повторяли возмущение по истечении заданного времени на триггерной стадии 42. Эксперимент 5 проводили с использованием теплогенерирующего устройства 50, использующего периодический способ (см. ФИГ. 7). В Эксперименте 5 использовался теплогенерирующий элемент 10, имеющий ту же самую конфигурацию, что и в Эксперименте 1 и Эксперименте 2. То есть, в теплогенерирующем элементе 10, использованном в Эксперименте 5, на поверхности основы 11 из Ni была сформирована многослойная пленка 12, в которой были наслоены друг на друга первый слой 14 из Cu и второй слой 15 из Ni, толщина первого слоя 14 была установлена равной 14 нм, толщина второго слоя 15 была установлена равной 2 нм, а число слоев каждого из первого слоя 14 и второго слоя 15 было установлено равным 6.

[0078] Сначала теплогенерирующий элемент 10 прокаливали нагревателем 52, чтобы удалить воду и т.п., приставшую к поверхности теплогенерирующего элемента 10. Затем, в качестве стадии 41 генерирования тепла, провели введение газа на основе водорода во внутреннее пространство контейнера 51 и вакуумирование внутреннего пространства контейнера 51. Газ на основе водорода вводили при 80-500°C и 100 Па или более. При увеличении температуры нагревателя 52 и установлении температуры поверхности теплогенерирующего элемента 10 на 600°C или выше, из теплогенерирующего элемента 10 генерировалось избыточное тепло. Затем, в качестве триггерной стадии 42, придавали возмущение подаваемой на нагреватель 52 входной мощности по прошествии 3 часов или более с того момента, как генерировалось избыточное тепло на стадии 41 генерирования тепла. В Эксперименте 5 на триггерной стадии 42 метод придания возмущения в Эксперименте 1 был скомбинирован с методом придания возмущения в Эксперименте 2.

[0079] Как показано на ФИГ. 17, на триггерной стадии 42 поочередно повторяли первое возмущение (также называемое отрицательным возмущением), при котором входную мощность уменьшали, а затем увеличивали, и второе возмущение (также называемое положительным возмущением), при котором входную мощность увеличивали, а затем уменьшали. В частности, сначала осуществляли отрицательное возмущение, затем осуществляли положительное возмущение по прошествии трех часов с момента осуществления отрицательного возмущения, затем снова осуществляли отрицательное возмущение по прошествии трех часов с момента осуществления положительного возмущения, а после осуществления отрицательного возмущения положительное возмущение и отрицательное возмущение поочередно повторяли снова. δP_neg представляет собой величину отрицательного возмущения по отношению к опорному значению Pin входной мощности. δP_pos представляет собой величину положительного возмущения по отношению к опорному значению Pin входной мощности. t_neg представляет собой время, в течение которого придается отрицательное возмущение. t_pos представляет собой время, в течение которого придается положительное возмущение. t_int1 представляет собой время от момента, когда входная мощность уменьшается и затем увеличивается при отрицательном возмущении, до момента, когда осуществляется положительное возмущение. t_int2 представляет собой время от момента, когда входная мощность увеличивается и затем уменьшается при положительном возмущении, до момента, когда осуществляется отрицательное возмущение. В Эксперименте 5 δP_neg, δP_pos, t_neg и t_pos удовлетворяют следующему Уравнению 1.

t_neg × δP_neg = t_pos × δP_pos (Уравнение 1)

[0080] Поскольку δP_neg, δP_pos, t_neg и t_pos удовлетворяют вышеупомянутому Уравнению 1, за конкретный период, включающий одинаковое число отрицательных возмущений и положительных возмущений, уменьшение входной мощности относительно опорного значения Pin при осуществлении отрицательного возмущения и увеличение входной мощности относительно опорного значения Pin при осуществлении положительного возмущения компенсируют друг друга. Когда вычисляется среднее по времени значение входной мощности при возмущениях за этот конкретный период, среднее по времени значение является тем же самым значением, что и опорное значение Pin. В Эксперименте 5 величина δP_neg была установлена равной 0,98 Вт, величина δP_pos была установлена равной 1,47 Вт, t_neg было установлено равным 180 сек, а t_pos было установлено равным 120 сек. В дополнение, Pin было установлено равным 27,9 Вт, а t_int1 и t_int2 были установлены равными 3 часам.

[0081] Далее будут описаны результаты Эксперимента 5. ФИГ. 18 представляет собой график, показывающий соотношение между входной мощностью и температурой нагревателя 52 в Эксперименте 5. На ФИГ. 18 горизонтальная ось указывает истекшее время (час), первая вертикальная ось слева указывает температуру (°C) нагревателя 52, зарегистрированную термопарой 61 нагревателя 52, а вторая вертикальная ось справа указывает подаваемую на нагреватель 52 входную мощность (Вт). Сплошная линия – это график, показывающий входную мощность, а пунктирная линия – это график, показывающий температуру нагревателя 52. ФИГ. 19 представляет собой график, показывающий соотношение между входной мощностью и температурой поверхности теплогенерирующего элемента 10 в Эксперименте 5. На ФИГ. 19 горизонтальная ось указывает истекшее время (час), первая вертикальная ось слева указывает температуру (°C) поверхности теплогенерирующего элемента 10, зарегистрированную датчиком 55 температуры, а вторая вертикальная ось справа указывает подаваемую на нагреватель 52 входную мощность (Вт). Сплошная линия – это график, показывающий входную мощность, штрихпунктирная линия с одной точкой – это график, показывающий температуру поверхности одного теплогенерирующего элемента 10, а штрихпунктирная линия с двумя точками – это график, показывающий температуру поверхности другого теплогенерирующего элемента 10. ФИГ. 18 и 19 показывают экспериментальные результаты за 20 часов (конкретный период), с истекшего времени 238 часов по истекшее время 258 часов, в течение которого отрицательное возмущение и положительное возмущение попеременно осуществляли три раза. Первая область R1 на ФИГ. 18 и 19 представляет собой область, в которой отрицательное возмущение осуществляется в окрестности истекшего времени 240 часов. Вторая область R2 на ФИГ. 18 и 19 представляет собой область, в которой положительное возмущение осуществляется в окрестности истекшего времени 243 часа.

[0082] Из ФИГ. 18 видно, что температура термопары 61 постепенно возрастала (см. стрелку на ФИГ. 18) и увеличилась на 3,5°C за 20 часов с истекшего времени 238 часов по истекшее время 258 часов. В этот период пиковое значение повышения температуры термопары 61 составляло 23°С. Из ФИГ. 19 видно, что температура поверхности каждого теплогенерирующего элемента 10 постепенно возрастала (см. стрелки на ФИГ. 19), и температура поверхности одного теплогенерирующего элемента 10, обозначенная штрихпунктирной линией с одной точкой, увеличилась на 7,3°C, а температура поверхности другого теплогенерирующего элемента 10, обозначенная штрихпунктирной линией с двумя точками, увеличилась на 8,1°C за 20 часов с истекшего времени 238 часов по истекшее время 258 часов. В этот период пиковое значение повышения температуры поверхности одного теплогенерирующего элемента 10 составляло 44°C, а пиковое значение повышения температуры поверхности другого теплогенерирующего элемента 10 составляло 42,2°C. При сравнении температуры поверхности одного теплогенерирующего элемента 10, обозначенной штрихпунктирной линией с одной точкой, с температурой поверхности другого теплогенерирующего элемента 10, обозначенной штрихпунктирной линией с двумя точками, температура поверхности упомянутого одного теплогенерирующего элемента 10 является более высокой, но это считается связанным с различиями в производстве теплогенерирующих элементов 10 (например, с разницей в неровности поверхности). Количество энергии избыточного тепла, увеличенного возмущением, составило 38000 Дж. За 20 часов (конкретный период) с истекшего времени 238 часов по истекшее время 258 часов, поскольку среднее по времени значение входной мощности при возмущениях является тем же самым, что и опорное значение Pin, входная мощность по существу не увеличивается, но количество энергии избыточного тепла увеличилось.

[0083] ФИГ. 20 представляет собой график, показывающий первую область R1 на ФИГ. 18 в увеличенном виде. Из ФИГ. 20 видно, что при сравнении температур термопары 61 до и после придания отрицательного возмущения температура термопары 61 увеличилась за счет придания отрицательного возмущения. ФИГ. 21 представляет собой график, показывающий первую область R1 на ФИГ. 19 в увеличенном виде. Из ФИГ. 21 видно, что температуры поверхности двух теплогенерирующих элементов 10 после придания отрицательного возмущения увеличились.

[0084] ФИГ. 22 представляет собой график, показывающий вторую область R2 на ФИГ. 18 в увеличенном виде. Из ФИГ. 22 видно, что при сравнении температур термопары 61 до и после придания положительного возмущения температура термопары 61 увеличилась за счет придания положительного возмущения. ФИГ. 23 представляет собой график, показывающий вторую область R2 на ФИГ. 19 в увеличенном виде. Из ФИГ. 23 видно, что температуры поверхности двух теплогенерирующих элементов 10 после придания положительного возмущения увеличились.

[0085] В соответствии с Экспериментом 5, в периодическом способе за счет поочередного и повторного придания отрицательного возмущения и положительного возмущения входной мощности, подаваемой на нагреватель 52, можно непрерывно запускать реакцию тепловыделения теплогенерирующего элемента и увеличить количество генерируемого тепла без подвода большого количества энергии к теплогенерирующему элементу. Считается, что при поочередном повторении отрицательного возмущения и положительного возмущения концентрация водорода на поверхности теплогенерирующего элемента 10 или на границе 17 разнородных материалов увеличивается, и непрерывно запускается вторая реакция тепловыделения, в которой тепло вырабатывается со второй величиной тепловыделения, большей, чем первая величина тепловыделения, и в результате количество генерируемого тепла постепенно увеличивается.

[0086] Тепло, генерируемое теплогенерирующим элементом, может использоваться для различных применений. Тепло, генерируемое теплогенерирующим элементом, может быть извлечено с использованием, например, теплоносителя. Теплоноситель нагревается теплогенерирующим элементом до высокой температуры. Теплоноситель, имеющий высокую температуру, используется, например, для бытового отопления, домашнего водонагревателя, автомобильного обогревателя, сельскохозяйственной нагревательной машины, дорожного нагревателя, источника тепла для опреснения морской воды и вспомогательного источника тепла в геотермальном производстве электроэнергии. Теплоноситель может быть газом или жидкостью и, предпочтительно, обладает превосходными теплопроводностью и химической стойкостью. Примеры газа включают газообразный гелий, газообразный аргон, газообразный водород, газообразный азот, водяной пар, воздух и диоксид углерода. Примеры жидкости включают воду, солевой расплав (такой как KNO₃ (40%) - NaNO₃ (60%)), а также жидкий металл (такой как Pb). Альтернативно, теплоноситель может быть теплоносителем со смешанными фазами, в котором твердые частицы диспергированы в газе или жидкости. Примеры твердых частиц включают металл, соединение металла, сплав и керамику. Примеры металла включают медь, никель, титан и кобальт. Примеры соединения металла включают оксид, нитрид и силицид вышеописанных металлов. Примеры сплава включают нержавеющую сталь и хромово-молибденовую сталь. Примеры керамики включают глинозем. Тепло, генерируемое теплогенерирующим элементом, может быть извлечено не только с использованием теплоносителя, но и в виде электроэнергии, например, при помощи термоэлектрического элемента.

[0087] Примеры применений тепла, генерируемого теплогенерирующим элементом, включают теплообменник и силовую установку. Примеры теплообменника включают устройство, которое выполняет теплообмен между теплоносителем и газом, устройство, которое выполняет теплообмен между теплоносителем и жидкостью, и устройство, которое выполняет теплообмен между теплоносителем и твердым веществом. Устройство, которое выполняет теплообмен между теплоносителем и газом, используется для кондиционирования воздуха, подогрева воздуха, подаваемого в устройство сгорания, генерирования горячего воздуха для сушки и горячего воздуха для нагревания, и т.п. Примеры устройства сгорания включают котел, вращающуюся печь, печь для термической обработки металлов, нагревательную печь для переработки металлов, печь горячего воздуха, печь для обжига керамики, колонну для перегонки нефти, печь сухой перегонки и сушильную печь. Устройство, которое выполняет теплообмен между теплоносителем и жидкостью, используется для теплового источника котла, масляного обогрева, резервуара для химической реакции и т.п. Устройство, которое выполняет теплообмен между теплоносителем и твердым веществом, используется для двухтрубного вращательного нагревателя или для нагрева дисперсного вещества в двойной трубе. Примеры силовой установки включают газовую турбину, паровую турбину, двигатель Стирлинга и систему с циклом Ренкина на органическом теплоносителе (ORCS).

СПИСОК ССЫЛОЧНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

[0088] 10, 20, 30: теплогенерирующий элемент

11: основа

12, 22, 32: многослойная пленка

14: первый слой

15: второй слой

24: третий слой

34: четвертый слой

17, 27, 37: граница разнородных материалов

41: стадия генерирования тепла

42: триггерная стадия

50, 80: теплогенерирующее устройство

51, 83: контейнер

52, 84: нагреватель

53, 85: блок ввода газа

54, 86: блок отвода газа

55, 87: датчик температуры

81: первая камера

82: вторая камера

Изобретение относится к способам получения тепла. Способ генерирования тепла для запуска реакции тепловыделения теплогенерирующего элемента включает стадию генерирования тепла с нагреванием теплогенерирующего элемента нагревателем и вызыванием первой реакции тепловыделения, в которой теплогенерирующий элемент вырабатывает тепло с первой величиной тепловыделения. Теплогенерирующий элемент включает в себя основу, выполненную из водородоаккумулирующего металла, водородоаккумулирующего сплава или протонного проводника, и многослойную пленку, предусмотренную на поверхности основы и имеющую слоеную конфигурацию, включающую в себя первый слой, выполненный из водородоаккумулирующего металла или водородоаккумулирующего сплава и имеющий толщину менее 1000 нм, и второй слой, выполненный из водородоаккумулирующего металла или водородоаккумулирующего сплава, отличающегося от металла или сплава первого слоя, или керамики и имеющий толщину менее 1000 нм. Способ включает стадию придания возмущения подаваемой на нагреватель входной мощности в состоянии, когда происходит первая реакция тепловыделения, чтобы запустить вторую реакцию тепловыделения, в которой теплогенерирующий элемент вырабатывает тепло со второй величиной тепловыделения, большей, чем первая величина тепловыделения. 6 з.п. ф-лы, 23 ил.

1. Способ генерирования тепла, включающий:

стадию генерирования тепла с нагреванием теплогенерирующего элемента нагревателем и вызыванием первой реакции тепловыделения, в которой теплогенерирующий элемент вырабатывает тепло с первой величиной тепловыделения, причем теплогенерирующий элемент включает в себя основу, выполненную из водородоаккумулирующего металла, водородоаккумулирующего сплава или протонного проводника, и многослойную пленку, предусмотренную на поверхности основы и имеющую слоеную конфигурацию, включающую в себя первый слой, выполненный из водородоаккумулирующего металла или водородоаккумулирующего сплава и имеющий толщину менее 1000 нм, и второй слой, выполненный из водородоаккумулирующего металла или водородоаккумулирующего сплава, отличающегося от металла или сплава первого слоя, или керамики и имеющий толщину менее 1000 нм; и

триггерную стадию придания возмущения подаваемой на нагреватель входной мощности в состоянии, когда происходит первая реакция тепловыделения, чтобы запустить вторую реакцию тепловыделения, в которой теплогенерирующий элемент вырабатывает тепло со второй величиной тепловыделения, большей, чем первая величина тепловыделения.

2. Способ генерирования тепла по п. 1, в котором на триггерной стадии температура поверхности теплогенерирующего элемента изменяется из-за возмущения.

3. Способ генерирования тепла по п. 1 или 2, в котором возмущение придают путем уменьшения, а затем увеличения входной мощности.

4. Способ генерирования тепла по п. 1 или 2, в котором возмущение придают путем увеличения, а затем уменьшения входной мощности.

5. Способ генерирования тепла по любому из пп. 1-4, в котором возмущение осуществляют повторно на триггерной стадии по истечении заданного времени.

6. Способ генерирования тепла по п. 5, в котором возмущение включает в себя первое возмущение, при котором входную мощность уменьшают, а затем увеличивают, и второе возмущение, при котором входную мощность увеличивают, а затем уменьшают, и при этом первое возмущение и второе возмущение поочередно повторяют на триггерной стадии.

7. Способ генерирования тепла по любому из пп. 1-6, в котором теплогенерирующий элемент вырабатывает тепло в процессе, в котором водород проникает или диффундирует по механизму квантовой диффузии через границу разнородных материалов, которая является границей раздела между первым слоем и вторым слоем.