ТЕПЛОГЕНЕРИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО, СИСТЕМА УТИЛИЗАЦИИ ТЕПЛА И ПЛЕНОЧНЫЙ ТЕПЛОГЕНЕРИРУЮЩИЙ ЭЛЕМЕНТ Российский патент 2024 года по МПК F24V30/00 C01B3/00 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[0001] Настоящее изобретение относится к теплогенерирующему устройству, системе утилизации тепла и пленочному теплогенерирующему элементу.

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0002] В последние годы сообщается о явлении теплогенерации, при котором тепло выделяется за счет окклюзии и выделения водорода с использованием водородоаккумулирующего металла и т.п. (см., например, непатентный документ 1). Водород может быть получен из воды и поэтому является неисчерпаемым и недорогим ресурсом, не производит парниковых газов, таких как диоксид углерода, а значит, является чистым источником энергии. В отличие от реакции ядерного деления, явление теплогенерации с использованием водородоаккумулирующего металла или т.п. является безопасным, поскольку отсутствует цепная реакция. Тепло, выделяемое при окклюзии и выделении водорода, может быть использовано само по себе, а также может быть дополнительно использовано путем преобразования в электроэнергию. Таким образом, ожидается, что это тепло будет эффективным источником энергии.

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] Однако источник энергии по-прежнему в основном получается в результате производства тепловой или атомной энергии. Следовательно, с точки зрения экологических и энергетических проблем существует потребность в новых теплогенерирующем устройстве и системе утилизации тепла, которые используют недорогой, чистый и безопасный источник энергии и которые не были раскрыты в предшествующем уровне техники.

[0005] Поэтому задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы предложить новые теплогенерирующее устройство и систему утилизации тепла, которые используют недорогой, чистый и безопасный источник энергии, а также пленочный теплогенерирующий элемент в качестве недорогого, чистого и безопасного источника энергии.

РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ

[0006] Теплогенерирующее устройство согласно изобретению включает в себя: полый герметичный сосуд; трубчатое тело, предусмотренное в полой части, образованной внутренней поверхностью герметичного сосуда; теплогенерирующий элемент, предусмотренный на наружной поверхности трубчатого тела и выполненный с возможностью генерирования тепла за счет окклюзии и выделения водорода, содержащегося в подаваемом в полую часть газе на основе водорода; и проточный канал, образованный внутренней поверхностью трубчатого тела и выполненный с возможностью протекания текучей среды, которая обменивается теплом с теплогенерирующим элементом. Теплогенерирующий элемент включает в себя основу, выполненную из водородоаккумулирующего металла, водородоаккумулирующего сплава или протонного проводника, и предусмотренную на основе многослойную пленку. Многослойная пленка имеет 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, который отличается от такового в первом слое, или из керамики и имеющий толщину менее 1000 нм.

[0007] Система утилизации тепла согласно изобретению включает в себя вышеописанное теплогенерирующее устройство и устройство утилизации текучей среды, которое использует нагретую теплогенерирующим элементом текучую среду.

[0008] Пленочный теплогенерирующий элемент согласно изобретению включает в себя: пленочную основу, выполненную из водородоаккумулирующего металла, водородоаккумулирующего сплава или протонного проводника; и многослойную пленку в форме пленки, предусмотренную на этой основе. Многослойная пленка имеет 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, который отличается от такового в первом слое, или из керамики и имеющий толщину менее 1000 нм.

ПОЛЕЗНЫЕ ЭФФЕКТЫ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0009] Поскольку согласно изобретению в качестве источника энергии используется теплогенерирующий элемент, который вырабатывает тепло путем окклюзии и выделения водорода, можно поставлять недорогую, чистую и безопасную энергию.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0010] [Фиг. 1] ФИГ. 1 представляет собой схематическую диаграмму, показывающую теплогенерирующее устройство в соответствии с первым вариантом осуществления.

[Фиг. 2] ФИГ. 2 представляет собой вид в перспективе с вырезом, показывающий часть герметичного сосуда.

[Фиг. 3] ФИГ. 3 представляет собой вид в поперечном сечении герметичного сосуда.

[Фиг. 4] ФИГ. 4 представляет собой пояснительную диаграмму, показывающую поток текучей среды в герметичном сосуде.

[Фиг. 5] ФИГ. 5 представляет собой вид в сечении, показывающий структуру теплогенерирующего элемента, имеющего первый слой и второй слой.

[Фиг. 6] ФИГ. 6 представляет собой пояснительную диаграмму, показывающую генерирование избыточного тепла.

[Фиг. 7] ФИГ. 7 представляет собой схематическую диаграмму, показывающую теплогенерирующее устройство в соответствии со вторым вариантом осуществления.

[Фиг. 8] ФИГ. 8 представляет собой схематическую диаграмму, показывающую теплогенерирующее устройство в соответствии с третьим вариантом осуществления.

[Фиг. 9] ФИГ. 9 представляет собой график, показывающий взаимосвязь между энтропией и давлением цикла Ренкина, включающего в себя теплогенерирующее устройство и паровую турбину согласно третьему варианту осуществления.

[Фиг. 10] ФИГ. 10 представляет собой график, показывающий взаимосвязь между энтропией и температурой цикла Ренкина, включающего в себя теплогенерирующее устройство и паровую турбину согласно третьему варианту осуществления.

[Фиг. 11] ФИГ. 11 представляет собой график, показывающий взаимосвязь между энтропией и энтальпией цикла Ренкина, включающего в себя теплогенерирующее устройство и паровую турбину согласно третьему варианту осуществления.

[Фиг. 12] ФИГ. 12 представляет собой схематическую диаграмму, показывающую теплогенерирующее устройство в соответствии с четвертым вариантом осуществления.

[Фиг. 13] ФИГ. 13 представляет собой схематическую диаграмму, показывающую теплогенерирующее устройство в соответствии с пятым вариантом осуществления.

[Фиг. 14] ФИГ. 14 представляет собой схематическую диаграмму, показывающую теплогенерирующее устройство в соответствии с шестым вариантом осуществления.

[Фиг. 15] ФИГ. 15 представляет собой график, показывающий состояние теплообмена в бойлере по шестому варианту осуществления.

[Фиг. 16] ФИГ. 16 представляет собой график, показывающий взаимосвязь между энтропией и давлением цикла Ренкина, включающего в себя теплогенерирующее устройство и паровую турбину согласно шестому варианту осуществления.

[Фиг. 17] ФИГ. 17 представляет собой график, показывающий взаимосвязь между энтропией и температурой цикла Ренкина, включающего в себя теплогенерирующее устройство и паровую турбину согласно шестому варианту осуществления.

[Фиг. 18] ФИГ. 18 представляет собой график, показывающий взаимосвязь между энтропией и энтальпией цикла Ренкина, включающего в себя теплогенерирующее устройство и паровую турбину согласно шестому варианту осуществления.

[Фиг. 19] ФИГ. 19 представляет собой вид в сечении теплогенерирующего элемента, имеющего первый слой, второй слой и третий слой.

[Фиг. 20] ФИГ. 20 представляет собой вид в сечении теплогенерирующего элемента, имеющего первый слой, второй слой, третий слой и четвертый слой.

[Фиг. 21] ФИГ. 21 представляет собой вид в перспективе трубчатого тела, снабженного множеством теплогенерирующих элементов.

[Фиг. 22] ФИГ. 22 представляет собой схематическую диаграмму аппарата по производству теплогенерирующего элемента для производства упомянутого теплогенерирующего элемента.

[Фиг. 23] ФИГ. 23 представляет собой вид в перспективе теплогенерирующего блока, в котором трубчатые тела, образованные теплогенерирующими элементами, соединены друг с другом.

[Фиг. 24] ФИГ. 24 представляет собой вид в перспективе пленочного теплогенерирующего элемента.

[Фиг. 25] ФИГ. 25 представляет собой схематическую диаграмму аппарата по производству теплогенерирующего элемента для производства пленочного теплогенерирующего элемента.

[Фиг. 26] ФИГ. 26 представляет собой вид в сечении, показывающий структуру пленочного теплогенерирующего элемента, имеющего пассивационную пленку.

ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

[Первый вариант осуществления]

[0011] На ФИГ. 1 теплогенерирующее устройство 10 включает в себя герметичный сосуд 11, трубчатое тело 12, теплогенерирующий элемент 13, проточный канал 14, блок 15 циркуляции текучей среды и блок 16 управления. В теплогенерирующем устройстве 10 теплогенерирующий элемент 13 предусмотрен снаружи трубчатого тела 12, проточный канал 14 предусмотрен внутри трубчатого тела 12, и протекающая по проточному каналу 14 текучая среда нагревается теплогенерирующим элементом 13 с образованием высокотемпературной текучей среды.

[0012] Текучая среда включает в себя по меньшей мере одно из жидкости и газа. В качестве текучей среды предпочтительна текучая среда, обладающая превосходной теплопроводностью и химической стабильностью. Примеры газа включают газообразный гелий, газообразный аргон, газообразный хлорфторуглерод, газообразный водород, газообразный азот, водяной пар, воздух и диоксид углерода. Примеры жидкости включают воду, солевой расплав (такой как KNO₃ (40%) - NaNO₃ (60%)) и жидкий металл (такой как Pb). В качестве текучей среды может использоваться текучая среда со смешанными фазами, в которой 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. Тип текучей среды может быть выбран подходящим образом в зависимости от применения теплогенерирующего устройства 10.

[0013] В настоящем варианте осуществления в качестве текучей среды используется вода. Теплогенерирующее устройство 10 нагревает текущую по проточному каналу 14 воду теплогенерирующим элементом 13 с образованием воды с высокой температурой и высоким давлением (именуемой в дальнейшем водой высокой температуры и высокого давления).

[0014] Герметичный сосуд 11 выполнен с возможностью вмещать в себя трубчатое тело 12 и теплогенерирующий элемент 13. Герметичный сосуд 11 имеет полую трубчатую форму. Герметичный сосуд 11 в данном примере имеет цилиндрическую форму, но может иметь различные формы, такие как эллиптическая цилиндрическая форма и квадратная трубчатая форма. Высота герметичного сосуда 11 установлена равной, например, 13-15 м. Диаметр герметичного сосуда 11 составляет, например, 3,1 м. Размер герметичного сосуда 11 конкретно не ограничен и может быть спроектирован подходящим образом.

[0015] Герметичный сосуд 11 выполнен из материала, обладающего термостойкостью и стойкостью к давлению. Материал герметичного сосуда 11 может быть выбран подходящим образом в соответствии с условиями применения (например, температурой и давлением). Примеры материала герметичного сосуда 11 включают углеродистую сталь, аустенитную нержавеющую сталь и жаропрочный цветной сплав. Примеры аустенитной нержавеющей стали включают SUS304L, SUS316L, SUS310S и т.п., которые соответствуют японским промышленным стандартам (JIS). Например, в качестве материала герметичного сосуда 11 используется углеродистая сталь при температуре применения 350°C или ниже, SUS304L - при температуре применения выше 350°C, SUS316L или SUS310S - при температуре применения 600-700°C, а жаропрочный цветной сплав - при температуре применения выше 700°C.

[0016] Герметичный сосуд 11 имеет корпус 17, выполненный с трубчатой формой, входную камеру 18 для текучей среды, предусмотренную на одном конце корпуса 17, и выходную камеру 19 для текучей среды, предусмотренную на другом конце корпуса 17. В герметичном сосуде 11 та сторона корпуса 17, где предусмотрена входная камера 18 для текучей среды, является нижней стороной, а та сторона, где предусмотрена выходная камера 19 для текучей среды, является верхней стороной.

[0017] Корпус 17 имеет впуск 21 газа, который является впуском газа на основе водорода, и выпуск 22 газа, который является выпуском газа на основе водорода. Корпус 17 в данном примере имеет цилиндрическую форму, но может иметь различные формы, такие как эллиптическая цилиндрическая форма и квадратная трубчатая форма. Входная камера 18 для текучей среды имеет впуск 23 текучей среды, который является входом текучей среды. Выходная камера 19 для текучей среды имеет выпуск 24 текучей среды, который является выходом текучей среды.

[0018] Газ на основе водорода означает газ, содержащий изотоп водорода. В качестве газа на основе водорода используется по меньшей мере один из газообразного дейтерия и легкого газообразного водорода. Легкий газообразный водород включает в себя смесь природных легкого водорода и дейтерия, т.е. смесь, в которой доля легкого водорода составляет 99,985%, а доля дейтерия - 0,015%. В последующем описании, когда легкий водород и дейтерий не различаются друг от друга, они называются «водородом».

[0019] Внутри герметичного сосуда 11 предусмотрена полая часть 26, в которой расположены трубчатое тело 12 и теплогенерирующий элемент 13. Полая часть 26 образована внутренней поверхностью герметичного сосуда 11. Более конкретно, полая часть 26 является трубчатым пространством, определяемым внутренней поверхностью корпуса 17 и наружной поверхностью теплогенерирующего элемента 13, который будет описан позже.

[0020] Полая часть 26 соединена с блоком 27 подачи газа через впуск 21 газа. Хотя это и не показано, блок 27 подачи газа образован газовым баллоном, в котором хранится газ на основе водорода, трубой, соединяющей газовый баллон и полую часть 26, клапаном для регулировки расхода газа на основе водорода и давления в трубе, и т.п., и подает газ на основе водорода в полую часть 26.

[0021] Полая часть 26 соединена с блоком 28 отвода газа через выпуск 22 газа. Хотя это и не показано, блок 28 отвода газа образован вакуумным насосом, трубой, соединяющей вакуумный насос и полую часть 26, клапаном для регулировки расхода газа на основе водорода и давления в трубе, и т.п., и выполняет вакуумирование полой части 26.

[0022] Трубчатое тело 12 предусмотрено в полой части 26 герметичного сосуда 11. Трубчатое тело 12 является полой трубой. Внутри трубчатого тела 12 регулируется заданное давление блоком 16 управления, который будет описан позже. В настоящем варианте осуществления давление регулируется так, чтобы вода не превращалась в водяной пар при примерно 300°C и оставалась в жидком состоянии. Давление внутри трубчатого тела 12 в настоящем варианте осуществления составляет 100 бар, но не ограничено этим и может быть рассчитано подходящим образом.

[0023] Трубчатое тело 12 выполнено из материала, обладающего термостойкостью и стойкостью к давлению. Материал трубчатого тела 12 может быть выбран подходящим образом в соответствии с условиями применения (например, температурой и давлением). В качестве материала трубчатого тела 12 используется тот же самый материал, что и для герметичного сосуда 11, то есть углеродистая сталь, аустенитная нержавеющая сталь, жаростойкий цветной сплав или т.п. Трубчатое тело 12 может иметь различные формы, такие как цилиндрическая форма, эллиптическая цилиндрическая форма и квадратная трубчатая форма. Различные размеры трубчатого тела 12 конкретно не ограничены и могут быть спроектированы подходящим образом. Например, трубчатое тело 12 может иметь цилиндрическую форму с длиной 10 м, толщиной (толщиной стенки) 0,005-0,010 м и диаметром 0,05 м. Предпочтительно, чтобы толщина была спроектирована походящим образом, исходя из температуры и давления текучей среды, протекающей по внутреннему пространству трубчатого тела 12 (проточному каналу 14, который будет описан позже). Трубчатое тело 12 может быть выполнено с желаемой длиной, например, путем последовательного соединения множества элементов трубы. Число трубчатых тел 12 конкретно не ограничено и может равняться одному или более. Например, в герметичном сосуде 11 могут быть установлены 800 штук трубчатых тел 12. В настоящем варианте осуществления в полой части 26 предусмотрено множество трубчатых тел 12. То есть, теплогенерирующее устройство 10 включает в себя множество трубчатых тел 12, размещенных в полой части 26. На ФИГ. 1 показано только одно трубчатое тело 12 из этого множества трубчатых тел 12, а другие трубчатые тела 12 опущены для упрощения чертежа.

[0024] Теплогенерирующий элемент 13 предусмотрен на наружной поверхности трубчатого тела 12. Следовательно, теплогенерирующий элемент 13 имеет трубчатую форму. В настоящем варианте осуществления для каждого из множества трубчатых тел 12 предусмотрен один теплогенерирующий элемент 13. То есть, теплогенерирующее устройство 10 включает в себя множество теплогенерирующих элементов 13.

[0025] Теплогенерирующий элемент 13 расположен в полой части 26 и находится в контакте с подаваемым в полую часть 26 газом на основе водорода. Толщина (толщина стенки) теплогенерирующего элемента 13 конкретно не ограничена и может быть подходящим образом спроектирована так, чтобы получить желаемый выход теплогенерирующего устройства 10. Например, толщина устанавливается равной 0,005-0,010 м. В теплогенерирующем элементе 13 один теплогенерирующий элемент 13 предусматривается на всей внешней поверхности одного трубчатого тела 12. Следует отметить, что на наружной поверхности одного трубчатого тела 12 может быть предусмотрено множество теплогенерирующих элементов 13 с интервалами между ними.

[0026] Теплогенерирующий элемент 13 вырабатывает тепло за счет окклюзии и выделения водорода, содержащегося в газе на основе водорода. Когда газ на основе водорода подается в полую часть 26, теплогенерирующий элемент 13 поглощает водород, содержащийся в газе на основе водорода. Когда теплогенерирующий элемент 13 нагревается в состоянии, в котором полая часть 26 вакуумирована, теплогенерирующий элемент 13 нагревается до температуры, равной или превышающей температуру нагрева, и вырабатывает тепло (далее именуемое избыточным теплом).

[0027] При начале работы теплогенерирующего устройства 10 теплогенерирующий элемент 13 нагревается водой (текучей средой), нагретой блоком 33 нагрева, который будет описан позже, и вырабатывает избыточное тепло, достигая заданной температуры. Настоящий вариант осуществления предполагает случай, когда теплогенерирующий элемент 13 нагревается, например, до 270-300°C для генерирования избыточного тепла. Температура теплогенерирующего элемента 13 в состоянии генерирования избыточного тепла устанавливается попадающей в пределы диапазона, например, от 300°С или выше до 1500°С или ниже.

[0028] Проточный канал 14 предусмотрен внутри трубчатого тела 12. Проточный канал 14 образован внутренней поверхностью трубчатого тела 12. По проточному каналу 14 циркулирует текучая среда, которая осуществляет теплообмен с теплогенерирующим элементом 13. Проточный канал 14 не соединен с полой частью 26. Следовательно, предотвращается протекание текучей среды и газа на основе водорода между проточным каналом 14 и полой частью 26.

[0029] Когда нагретая текучая среда поступает в проточный канал 14, теплогенерирующий элемент 13 нагревается через трубчатое тело 12. Соответственно, теплогенерирующий элемент 13 вырабатывает избыточное тепло, и протекающая по проточному каналу 14 текучая среда нагревается через трубчатое тело 12. В результате в проточном канале 14 создается текучая среда высокой температуры и высокого давления, которая вытекает из проточного канала 14. В случае настоящего варианта осуществления поступающая в проточный канал 14 вода нагревается теплогенерирующим элементом 13, вырабатывающим избыточное тепло, и вытекает из проточного канала 14 в виде воды высокой температуры и высокого давления, например, при 300°С. Часть воды в проточном канале 14 может превращаться в водяной пар.

[0030] Блок 15 циркуляции текучей среды включает в себя циркуляционную линию 30, которая соединена с проточным каналом 14 и обеспечивает циркуляцию текучей среды между внутренней и внешней сторонами трубчатого тела 12. Циркуляционная линия 30 соединяет впуск 23 текучей среды входной камеры 18 для текучей среды и выпуск 24 текучей среды выходной камеры 19 для текучей среды снаружи герметичного сосуда 11.

[0031] Циркуляционная линия 30 снабжена блоком 32 охлаждения для охлаждения текучей среды и блоком 33 нагрева для нагревания текучей среды. То есть, теплогенерирующее устройство 10 дополнительно включает в себя блок 32 охлаждения и блок 33 нагрева.

[0032] В настоящем варианте осуществления, в дополнение к блоку 32 охлаждения и блоку 33 нагрева, в циркуляционной линии 30 предусмотрены резервуар 36, в котором хранится вода, и насос 40, обеспечивающий циркуляцию воды. Кроме того, в каждой части циркуляционной линии 30 предусмотрены индикатор давления PI, индикатор температуры TI и индикатор расхода FI. Число индикаторов давления PI, индикаторов температуры TI и индикаторов расхода FI конкретно не ограничено, но предпочтительно составляет один или более. В каждой части циркуляционной линии 30 между выпуском 24 текучей среды и впуском 23 текучей среды герметичного сосуда 11 предусмотрены индикатор давления PI, индикатор температуры TI, блок 32 охлаждения, индикатор температуры TI, резервуар 36, насос 40, индикатор температуры TI, блок 33 нагрева, индикатор температуры TI и индикатор расхода FI в указанном порядке. Резервуар 36 снабжен индикатором температуры TI.

[0033] Блок 32 охлаждения электрически соединен с блоком 16 управления, и приведением его в действие управляет блок 16 управления. Блок 32 охлаждения охлаждает воду высокой температуры и высокого давления в качестве выходящей из проточного канала 14 текучей среды. В блоке 32 охлаждения, например, вода высокой температуры и высокого давления с 300°C охлаждается до 270°C.

[0034] Блок 32 охлаждения в этом примере выполняет функцию бойлера. Блок 32 охлаждения в качестве бойлера осуществляет теплообмен между водой высокой температуры и высокого давления и котловой водой высокого давления в качестве теплоносителя, а также вырабатывает из котловой воды высокотемпературный и высоконапорный пар (далее перегретый пар). Перегретый пар подается на паровую турбину, и соединенным с паровой турбиной генератором может вырабатываться электроэнергия.

[0035] Блок 33 нагрева электрически соединен с блоком 16 управления, и приведением его в действие управляет блок 16 управления. Блок 33 нагрева нагревает воду в качестве подлежащей поступлению в проточный канал 14 текучей среды.

[0036] Блок 33 нагрева представляет собой, например, электрическую печь, которая вырабатывает тепло за счет подачи электроэнергии. Блок 33 нагрева может представлять собой топливную печь, которая вырабатывает тепло за счет сжигания топлива. Когда работа теплогенерирующего устройства 10 начинается, вода нагревается, например, до 270°C, в блоке 33 нагрева. Когда нагретая блоком 33 нагрева текучая среда затекает в проточный канал 14, температура теплогенерирующего элемента 13 увеличивается до заданной температуры для генерирования избыточного тепла. То есть, блок 33 нагрева функционирует как пусковой нагреватель, повышающий температуру теплогенерирующего элемента 13 до заданной температуры в начале работы теплогенерирующего устройства 10.

[0037] Блок 33 нагрева в настоящем варианте осуществления предусмотрен непосредственно в циркуляционной линии 30, но может быть предусмотрен в ответвлении от циркуляционной линии 30. Когда блок 33 нагрева предусмотрен в ответвлении, обеспечивается перетекание части или всей протекающей по циркуляционной линии 30 текучей среды в ответвление, и нагретая блоком 33 нагрева текучая среда возвращается в циркуляционную линию 30. Это позволяет нагретой текучей среде течь в проточный канал 14. За счет соединения циркуляционной линии 30 и ответвления через клапан можно регулировать расход воды, поступающей в ответвление.

[0038] Во время работы теплогенерирующего устройства 10 приведением в действие блока 32 охлаждения и блока 33 нагрева управляют таким образом, что температура поступающей в проточный канал 14 текучей среды поддерживается в заданном диапазоне. Например, если теплогенерирующий элемент 13 вырабатывает избыточное тепло, температура поступающей в проточный канал 14 воды поддерживается на уровне примерно 270°C. В результате температура теплогенерирующего элемента 13 делается по существу постоянной, а температура и расход вытекающей из проточного канала 14 воды высокой температуры и высокого давления стабилизируются.

[0039] Блок 16 управления электрически соединен с каждым блоком теплогенерирующего устройства 10 и управляет работой каждого блока. Блок 16 управления включает в себя, например, арифметическое устройство (центральный процессор) и запоминающий блок, такой как постоянная память (ROM) или память произвольного доступа (RAM). Арифметическое устройство выполняет различные виды арифметической обработки, используя, например, программу и данные, хранящиеся в запоминающем блоке.

[0040] Блок 16 управления выполняет управление снижением температуры для уменьшения температуры теплогенерирующего элемента 13, приводя в действие блок 32 охлаждения и заставляя охлажденную блоком 32 охлаждения текучую среду течь в проточный канал 14, а также управление повышением температуры для увеличения температуры теплогенерирующего элемента 13, приводя в действие блок 33 нагрева и заставляя нагретую блоком 33 нагрева текучую среду течь в проточный канал 14. Блок 16 управления регулирует температуру текущей в проточный канал 14 текучей среды путем переключения между управлением снижением температуры и управлением повышением температуры на основании температуры протекающей через циркуляционную линию 30 текучей среды.

[0041] Блок 16 управления регулирует температуры, давления, расходы и т.п. каждого блока теплогенерирующего устройства 10 на основе результатов детектирования (измерений) индикатора температуры TI, индикатора давления PI, индикатора расхода FI и т.п. Например, когда теплогенерирующий элемент 13 вырабатывает избыточное тепло при температуре 270-300°C, блок 16 управления устанавливает температуру поступающей в проточный канал 14 текучей среды равной 270°C, а давление текучей среды - равным 100 бар. Энтальпия поступающей в проточный канал 14 текучей среды составляет 283 ккал/кг, что составляет 28,3×10⁸ ккал/ч. Поступающая в проточный канал 14 вода нагревается до 300°C теплогенерирующим элементом 13 и вытекает из проточного канала 14 в виде воды высокой температуры и высокого давления. Поскольку температура насыщения воды при давлении 100 бар равна 311°C, поступающая в проточный канал 14 вода не превращается в водяной пар, даже если температура поднимается до 300°C.

[0042] ФИГ. 2 представляет собой вид в перспективе с вырезом, показывающий часть герметичного сосуда 11. На ФИГ. 2 часть одного трубчатого тела 12 и одного теплогенерирующего элемента 13 из множества трубчатых тел 12 и теплогенерирующих элементов 13 вырезана, чтобы проиллюстрировать его внутренность.

[0043] Как показано на ФИГ. 2, блок 15 циркуляции текучей среды дополнительно включает в себя внешнюю линию 45 текучей среды в дополнение к циркуляционной линии 30. Каждое трубчатое тело 12, предусмотренное в полой части 26 герметичного сосуда 11, нагревается теплом текучей среды, протекающей по расположенному внутри проточному каналу 14, или теплом теплогенерирующего элемента 13, предусмотренного на наружной поверхности, и температура повышается с термическим расширением. С другой стороны, поскольку корпус 17 герметичного сосуда 11 не находится в контакте с трубчатым телом 12 и теплогенерирующим элементом 13 и повышение его температуры подавляется в большей степени, чем повышение температуры трубчатого тела 12, корпус 17 термически расширяется меньше, чем трубчатое тело 12. Следовательно, во множестве трубчатых тел 12 и в корпусе 17 герметичного сосуда 11 возникает термическое напряжение. Внешняя линия 45 текучей среды предназначена для предотвращения повреждения из-за этого термического напряжения.

[0044] Внешняя линия 45 текучей среды предусмотрена на наружной поверхности герметичного сосуда 11 и соединена с циркуляционной линией 30, чтобы часть текучей среды могла протекать через нее. Внешняя линия 45 текучей среды включает в себя множество первых труб 47, предусмотренных на наружной поверхности герметичного сосуда 11, первую кольцевую трубу 48, соединяющую одни концы множества первых труб 47, вторую кольцевую трубу 49, соединяющую другие концы множества первых труб 47, множество вторых труб 50, соединяющих первую кольцевую трубу 48 и входную камеру 18 для текучей среды, и множество третьих труб 51, соединяющих вторую кольцевую трубу 49 и выходную камеру 19 для текучей среды.

[0045] Каждая из множества первых труб 47 проходит в вертикальном направлении (направлении Z на чертеже) герметичного сосуда 11. Первая кольцевая труба 48 предусмотрена на фланце на одном конце корпуса 17 герметичного сосуда 11. Вторая кольцевая труба 49 предусмотрена на фланце на другом конце корпуса 17 герметичного сосуда 11. Первая кольцевая труба 48 и вторая кольцевая труба 49 образованы путем придания трубчатому материалу формы кольца вдоль внешней периферии корпуса 17 и выполнены с возможностью протекания жидкости внутри них. Множество вторых труб 50 направляют текучую среду из входной камеры 18 для текучей среды к первой кольцевой трубе 48. Текучая среда в первой кольцевой трубе 48 проходит через множество первых труб 47 и движется ко второй кольцевой трубе 49. Множество третьих труб 51 направляют текучую среду из второй кольцевой трубы 49 к выходной камере 19 для текучей среды. Количества первых труб 47, вторых труб 50 и третьих труб 51 конкретно не ограничены и могут быть изменены подходящим образом.

[0046] Как показано на ФИГ. 3, множество первых труб 47 расположены с равными интервалами в окружном направлении герметичного сосуда 11. Форма поперечного сечения каждой первой трубы 47 в настоящем варианте осуществления является полукруглой, но не ограничена ею и может быть прямоугольной, полуэллиптической или т.п. ФИГ. 3 представляет собой вид в поперечном сечении, выполненном плоскостью XY в корпусе 17 герметичного сосуда 11.

[0047] В полой части 26 множество трубчатых тел 12 располагаются в шахматном порядке с равными интервалами друг от друга. То есть, в трех смежных друг с другом трубчатых телах 12 форма, получаемая соединением центров каждого трубчатого тела 12, образует равносторонний треугольник (обозначен пунктирной линией на ФИГ. 3). Расстояние между центрами смежных друг с другом трубчатых тел 12 установлено равным 0,15 м.

[0048] Поток текучей среды в герметичном сосуде 11 будет описан со ссылкой на ФИГ. 4. Протекающая по циркуляционной линии 30 текучая среда поступает во входную камеру 18 для текучей среды из впуска 23 текучей среды. Часть текучей среды во входной камере 18 для текучей среды затекает с одного конца множества трубчатых тел 12 в проточный канал 14. В проточном канале 14 текучая среда нагревается теплогенерирующим элементом 13. Нагретая в проточном канале 14 текучая среда вытекает из другого конца множества трубчатых тел 12 в выходную камеру 19 для текучей среды и вытекает из выпуска 24 текучей среды в циркуляционную линию 30.

[0049] Оставшаяся часть текучей среды во входной камере 18 для текучей среды затекает во множество вторых труб 50. Текучая среда во множестве вторых труб 50 направляется ко множеству первых труб 47 через первую кольцевую трубу 48. Во множестве первых труб 47 текучая среда нагревается лучистой теплотой теплогенерирующего элемента 13. Нагретая во множестве первых труб 47 текучая среда направляется к выходной камере 19 для текучей среды через вторую кольцевую трубу 49 и множество третьих труб 51 в указанном порядке и объединяется с нагретой в проточном канале 14 текучей средой.

[0050] Теплогенерирующий модуль 55 составлен из внешней линии 45 текучей среды, герметичного сосуда 11, трубчатого тела 12, теплогенерирующего элемента 13 и проточного канала 14, как описано выше. Хотя теплогенерирующее устройство 10 по настоящему варианту осуществления включает в себя один теплогенерирующий модуль 55, число теплогенерирующих модулей 55 конкретно не ограничено и может составлять два или более.

[0051] Теплогенерирующий элемент 13 будет подробно описан со ссылкой на ФИГ. 5. Как показано на ФИГ. 5, теплогенерирующий элемент 13 включает в себя основу 57 и многослойную пленку 58.

[0052] Основа 57 предусмотрена на наружной поверхности трубчатого тела 12. Трубчатое тело 12 не показано на ФИГ. 5. Основа 57 выполнена из водородоаккумулирующего металла, водородоаккумулирующего сплава или протонного проводника. 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.

[0053] Многослойная пленка 58 предусмотрена на поверхности основы 57. Многослойная пленка 58 образована первым слоем 59, выполненным из водородоаккумулирующего металла или водородоаккумулирующего сплава, и вторым слоем 60, выполненным из водородоаккумулирующего металла или водородоаккумулирующего сплава, который отличается от такового в первом слое 59, или из керамики. Между основой 57 и первым слоем 59 и вторым слоем 60 образуется граница 61 раздела гетерогенных материалов.

[0054] Первый слой 59 выполнен, например, из любого из Ni, Pd, Cu, Mn, Cr, Fe, Mg, Co и их сплава. Сплав для формирования первого слоя 59 предпочтительно представляет собой сплав, в состав которого входят два или более из Ni, Pd, Cu, Mn, Cr, Fe, Mg и Co. В качестве сплава для формирования первого слоя 59 может использоваться сплав, получаемый добавлением дополнительного элемента к Ni, Pd, Cu, Mn, Cr, Fe, Mg или Co.

[0055] Второй слой 60 выполнен, например, из любого из Ni, Pd, Cu, Mn, Cr, Fe, Mg, Co, их сплава и SiC. Сплав для формирования второго слоя 60 предпочтительно представляет собой сплав, в состав которого входят два или более из Ni, Pd, Cu, Mn, Cr, Fe, Mg и Co. В качестве сплава для формирования второго слоя 60 может использоваться сплав, получаемый добавлением дополнительного элемента к Ni, Pd, Cu, Mn, Cr, Fe, Mg или Co.

[0056] В качестве сочетания первого слоя 59 и второго слоя 60 предпочтительно Pd-Ni, Ni-Cu, Ni-Cr, Ni-Fe, Ni-Mg или Ni-Co, когда типы элементов выражены как «первый слой 59 - второй слой 60 (второй слой 60 - первый слой 59)». Когда второй слой 60 выполнен из керамики, сочетание «первый слой 59 - второй слой 60» предпочтительно выполнено из Ni-SiC.

[0057] Толщина каждого из первого слоя 59 и второго слоя 60 предпочтительно составляет менее 1000 нм. Когда толщина каждого из первого слоя 59 и второго слоя 60 составляет 1000 нм или больше, водороду становится трудно проникать через многослойную пленку 58. В дополнение к этому, поскольку толщина каждого из первого слоя 59 и второго слоя 60 составляет менее 1000 нм, можно сохранять наноструктуру, не проявляющую объемных характеристик. Толщина каждого из первого слоя 59 и второго слоя 60 более предпочтительно составляет менее 500 нм. Поскольку толщина каждого из первого слоя 59 и второго слоя 60 составляет менее 500 нм, можно сохранять наноструктуру, совсем не проявляющую объемных характеристик.

[0058] На ФИГ. 5 многослойная пленка 58 имеет конфигурацию, в которой первый слой 59 и второй слой 60 поочередно уложены в указанном порядке на поверхность основы 57. Каждый из первого слоя 59 и второго слоя 60 включает в себя пять слоев. Число слоев первого слоя 59 и второго слоя 60 может быть подходящим образом изменено. Многослойная пленка 58 может иметь конфигурацию, в которой второй слой 60 и первый слой 59 поочередно уложены в указанном порядке на поверхность основы 57. Достаточно, чтобы многослойная пленка 58 имела один или более первых слоев 59 и один или более вторых слоев 60 и образовались одна или более границ 61 раздела гетерогенных материалов.

[0059] Как показано на ФИГ. 6, граница 61 раздела гетерогенных материалов является проницаемой для атомов водорода. ФИГ. 6 представляет собой схематическую диаграмму, показывающую состояние, в котором атомы водорода в металлической решетке первого слоя 59 проникают через границу 61 раздела гетерогенных материалов и перемещаются в металлическую решетку второго слоя 60, когда первый слой 59 и второй слой 60, каждый из которых выполнен из водородоаккумулирующего металла, имеющего гранецентрированную кубическую структуру, вынуждены поглощать водород, а затем первый слой 59 и второй слой 60 нагреваются.

[0060] Теплогенерирующий элемент 13 поглощает водород основой 57 и многослойной пленкой 58, когда газ на основе водорода подается в герметичный сосуд 11. Даже когда подача газа на основе водорода в герметичный сосуд 11 останавливается, теплогенерирующий элемент 13 сохраняет состояние, в котором водород поглощен в основе 57 и многослойной пленке 58. Когда начинается нагревание теплогенерирующего элемента 13 текучей средой, поглощенные в основе 57 и многослойной пленке 58 атомы водорода высвобождаются, и происходит квантовая диффузия при перескоках внутри многослойной пленки 58. Известно, что водород является легким и претерпевает квантовую диффузию при перескоках на занятом водородом узле (октаэдрическом или тетраэдрическом узле) некоторого вещества A и вещества B. Когда теплогенерирующий элемент 13 нагревается в состоянии вакуума, водород проникает через границу 61 раздела гетерогенных материалов за счет квантовой диффузии и выделяет избыточное тепло, равное или большее, чем температура текучей среды.

[0061] Далее будет описан пример способа производства теплогенерирующего элемента 13. Теплогенерирующий элемент 13 может быть произведен с использованием, например, способа распыления. После того, как на наружной поверхности цилиндрического трубчатого тела 12 сформирована основа 57, на основе 57 поочередно формируют первый слой 59 и второй слой 60 с получением теплогенерирующего элемента 13. Основа 57 предпочтительно формируют более толстой, чем первый слой 59 и второй слой 60, и в качестве материала основы 57 используется, например, Ni. Предпочтительно, чтобы первый слой 59 и второй слой 60 формировались непрерывно в вакууме. В результате между первым слоем 59 и вторым слоем 60 не образуется естественная оксидная пленка, а образуется только граница 61 раздела гетерогенных материалов. Способ производства теплогенерирующего элемента 13 не ограничен способом распыления, и можно использовать способ осаждения из паровой фазы, влажный способ, способ термического напыления, способ электроосаждения или т.п.

[0062] Способ генерирования тепла с использованием теплогенерирующего устройства 10 включает в себя стадию окклюзии водорода, содержащегося в газе на основе водорода, в теплогенерирующий элемент 13 при подаче газа на основе водорода в полую часть 26 герметичного сосуда 11 и стадию выделения окклюдированного в теплогенерирующем элементе 13 водорода при выполнении вакуумирования полой части 26 герметичного сосуда 11 и нагревания теплогенерирующего элемента 13. Стадия окклюзии водорода и стадия выделения водорода могут выполняться многократно.

[0063] Как описано выше, теплогенерирующее устройство 10 производит высокотемпературную текучую среду (воду высокой температуры и высокого давления) за счет выполнения теплообмена между теплогенерирующим элементом 13, предусмотренным на наружной поверхности трубчатого тела 12, и текучей средой (водой), текущей по проточному каналу 14, образованному внутренней поверхностью трубчатого тела 12. Вода высокой температуры и высокого давления в качестве высокотемпературной текучей среды может использоваться для производства перегретого пара в бойлере (блоке 32 охлаждения). Произведенный в бойлере перегретый пар может использоваться в паровой турбине. Поскольку теплогенерирующий элемент 13 вырабатывает тепло с использованием водорода, он не производит парниковых газов, таких как диоксид углерода. Кроме того, поскольку водород, используемый для выработки тепла в теплогенерирующем элементе 13, может производиться из воды, он является недорогим. Кроме того, выработка тепла теплогенерирующим элементом 13 считается безопасной, потому что здесь нет никакой цепной реакции, в отличие от реакции ядерного деления. Следовательно, поскольку теплогенерирующее устройство 10 использует теплогенерирующий элемент 13 в качестве источника энергии, энергия может поставляться недорого, чисто и безопасно.

[0064] Поскольку в теплогенерирующем устройстве 10 внешняя линия 45 текучей среды предусмотрена на наружной поверхности корпуса 17 герметичного сосуда 11, даже когда корпус 17 нагревается лучистой теплотой теплогенерирующего элемента 13, тепло корпуса 17 передается текучей среде, протекающей через внешнюю линию 45 текучей среды, так что тепловое расширение корпуса 17 подавляется. Кроме того, поскольку в теплогенерирующем устройстве 10 проточный канал 14 предусмотрен внутри трубчатого тела 12, даже когда трубчатое тело 12 нагревается теплогенерирующим элементом 13, тепло трубчатого тела 12 передается текучей среде, протекающей через проточный канал 14, так что тепловое расширение трубчатого тела 12 подавляется. Даже когда в теплогенерирующем устройстве 10 трубчатое тело 12 и корпус 17 термически расширяются, поскольку удлинение трубчатого тела 12 и удлинение корпуса 17 происходят в одинаковой степени, повреждения из-за термических напряжений предотвращаются.

[0065] В теплогенерирующем устройстве 10 температура текучей среды, циркулирующей в циркуляционной линии 30, поддерживается постоянной за счет переключения между управлением снижением температуры и управлением повышением температуры с помощью блока 16 управления, и тепловыделение теплогенерирующего элемента 13 стабилизируется.

[Второй вариант осуществления]

[0066] В первом варианте осуществления поступающая в проточный канал 14 вода нагревается теплогенерирующим элементом 13 с образованием воды высокой температуры и высокого давления, а во втором варианте осуществления поступающая в проточный канал 14 вода нагревается теплогенерирующим элементом 13 с образованием перегретого пара, и этот перегретый пар используется в качестве рабочего тела для паровых турбин с целью выработки электроэнергии. Те же самые элементы, что и в первом варианте осуществления, обозначены теми же самыми ссылочными номерами, и их описание будет опущено.

[0067] Как показано на ФИГ. 7, теплогенерирующее устройство 70 включает в себя один теплогенерирующий модуль 55, аналогично теплогенерирующему устройству 10 первого варианта осуществления. Теплогенерирующее устройство 70 выполнено таким, что жидкость (вода) в качестве текучей среды затекает в проточный канал 14, а газ (водяной пар) в качестве текучей среды вытекает из проточного канала 14. Более конкретно, когда начинается работа теплогенерирующего устройства 70, вода в качестве текучей среды нагревается блоком 33 нагрева. Когда нагретая блоком 33 нагрева вода поступает в проточный канал 14, теплогенерирующий элемент 13 нагревается через трубчатое тело 12. Таким образом, теплогенерирующий элемент 13 вырабатывает избыточное тепло. Когда теплогенерирующий элемент 13 вырабатывает избыточное тепло, текущая по проточному каналу 14 вода нагревается через трубчатое тело 12. В результате в проточном канале 14 производится перегретый пар, и этот перегретый пар вытекает из проточного канала 14. В некоторых случаях вода в проточном канале 14 превращается в водяной пар неполностью, и часть ее вытекает из проточного канала 14 в виде воды. ФИГ. 7 показывает состояние, в котором вода и водяной пар вытекли из проточного канала 14, вода скопилась в нижней части выходной камеры 19 для текучей среды, а водяной пар переместился в верхнюю часть выходной камеры 19 для текучей среды. Выходная камера 19 для текучей среды снабжена индикатором давления PI, индикатором температуры TI и уровнемером LI для определения высоты поверхности жидкости в выходной камере 19 для текучей среды.

[0068] В настоящем варианте осуществления внутреннее давление в трубчатом теле 12 контролируется на уровне 90 бар. Когда теплогенерирующий элемент 13 вырабатывает избыточное тепло при температуре 270-300°C, блок 16 управления устанавливает температуру поступающей в проточный канал 14 текучей среды равной 270°C, а давление текучей среды - равным 90 бар. Поступающая в проточный канал 14 вода нагревается теплогенерирующим элементом 13 и вытекает из проточного канала 14 в виде перегретого пара, например, с температурой 304°С.

[0069] Во втором варианте осуществления блок 32 охлаждения, блок 33 нагрева и паровая турбина 71 предусмотрены в циркуляционной линии 30. Блок 32 охлаждения охлаждает и конденсирует вышедший из паровой турбины 71 водяной пар. Поскольку температура охлаждения в блоке 32 охлаждения является более низкой, противодавление паровой турбины 71 снижается, и эффективность выработки электроэнергии соединенным с паровой турбиной 71 электрогенератором повышается. Противодавление паровой турбины 71 контролируется, например, на уровне 0,05 бар и определяется на основе способа охлаждения блока 32 охлаждения и теплоносителя. Блок 33 нагрева предусмотрен на ответвлении 30a от циркуляционной линии 30. Ответвление 30a соединено с циркуляционной линией 30 через клапан (не показан). Когда начинается работа теплогенерирующего устройства 70, вся протекающая по циркуляционной линии 30 вода или ее часть поступает в ответвление 30a, нагревается блоком 33 нагрева и возвращается в циркуляционную линию 30. В результате в проточный канал 14 поступает вода, нагретая блоком 33 нагрева, например, до 270°С, и теплогенерирующий элемент 13 вырабатывает избыточное тепло.

[0070] Паровая турбина 71 представляет собой устройство утилизации текучей среды, которое использует вытекающий из проточного канала 14 перегретый пар в качестве рабочего тела. Паровая турбина 71 имеет вращающийся вал, соединенный с электрогенератором, и вращается вокруг вращающегося вала при подаче перегретого пара. Электрогенератор вырабатывает энергию за счет вращения паровой турбины 71.

[0071] В дополнение к блоку 32 охлаждения, блоку 33 нагрева и паровой турбине 71, на циркуляционной линии 30 теплогенерирующего устройства 70 предусмотрены паровой бак 72, резервуар 73, деаэратор 74, подогреватель 75, регулирующие клапаны 76a и 76b и насосы 77a и 77b. Как показано на ФИГ. 7, в циркуляционной линии 30, по порядку от выпуска 24 текучей среды герметичного сосуда 11, предусмотрены регулирующий клапан 76a, паровой бак 72, паровая турбина 71, блок 32 охлаждения, резервуар 73, насос 77a, деаэратор 74, насос 77b, подогреватель 75, блок 33 нагрева и регулирующий клапан 76b. Деаэратор 74, подогреватель 75, регулирующие клапаны 76a и 76b и насосы 77a и 77b электрически соединены с блоком 16 управления.

[0072] Паровой бак 72 предназначен для временного хранения водяного пара, образующегося в проточном канале 14. Паровой бак 72 соединен с деаэратором 74 через деаэрационную трубу 30b и соединен с подогревателем 75 через подогревательную трубу 30c.

[0073] Резервуар 73 предназначен для хранения воды, конденсируемой блоком 32 охлаждения. Резервуар 73 снабжен индикатором температуры TI. Резервуар 73 соединен с источником подачи воды (не показан) и выполнен с возможностью питания водой из этого источника подачи.

[0074] Деаэратор 74 удаляет газообразный кислород, содержащийся в поступающей в проточный канал 14 воде, используя водяной пар, подаваемый из парового бака 72 через деаэрационную трубу 30b. За счет дегазации воды предотвращается коррозия бойлера. Вода, дегазированная деаэратором 74, направляется в подогреватель 75.

[0075] Подогреватель 75 подогревает поступающую в проточный канал 14 воду, используя водяной пар, подаваемый из парового бака 72 через подогревательную трубу 30c. В подогревателе 75 вода подогревается, например, до 270°C. Вода, подогретая подогревателем 75, поступает в проточный канал 14.

[0076] Регулирующий клапан 76a регулирует расход и давление водяного пара, вытекающего из проточного канала 14. Регулирующий клапан 76b регулирует расход и давление воды, поступающей в проточный канал 14. Насос 77a предназначен для направления воды из резервуара 73 в деаэратор 74. Насос 77b предназначен для направления воды из деаэратора 74 в подогреватель 75.

[0077] Как описано выше, теплогенерирующее устройство 70 производит высокотемпературную текучую среду (перегретый пар) путем выполнения теплообмена между теплогенерирующим элементом 13, предусмотренным на наружной поверхности трубчатого тела 12, и текучей средой (водой), текущей по проточному каналу 14, образованному внутренней поверхностью трубчатого тела 12. Перегретый пар в качестве высокотемпературной текучей среды может использоваться для паровой турбины 71. Теплогенерирующее устройство 70 и паровая турбина 71 в качестве устройства утилизации текучей среды составляют систему 79 утилизации тепла. Следовательно, поскольку теплогенерирующее устройство 70 и система 79 утилизации тепла используют теплогенерирующий элемент 13 в качестве источника энергии, энергия может поставляться недорого, чисто и безопасно.

[0078] Когда вытекающая из проточного канала 14 текучая среда является водяным паром (перегретым паром), как в настоящем варианте осуществления, паровая турбина 71 является подходящей в качестве устройства утилизации текучей среды. При использовании паровой турбины 71 в качестве устройства утилизации текучей среды тепловая энергия, получаемая в теплогенерирующем устройстве 70, может извлекаться в виде электрической энергии. Когда вытекающая из проточного канала 14 текучая среда представляет собой газ, отличающийся от водяного пара (например, воздух, газообразный хлорфторуглерод, газообразный гелий или т.п.), в качестве устройства утилизации текучей среды может применяться газовая турбина. Также можно подавать вытекающую из проточного канала 14 текучую среду в отдельно предусмотренный бойлер, генерировать в этом бойлере перегретый пар и подавать этот перегретый пар в паровую турбину для выработки электроэнергии. Кроме того, в качестве устройства утилизации текучей среды может быть использован подогреватель, который предварительно нагревает воздух для горения в устройстве сжигания, которое вырабатывает тепло путем сгорания топлива и воздуха для горения. Примеры устройства сжигания включают бойлер, вращающуюся печь, печь для термической обработки металлов, нагревательную печь для обработки металлов, печь с горячим воздухом, печь для обжига керамики, колонну для перегонки нефти, печь для сухой дистилляции и сушильную печь.

[Третий вариант осуществления]

[0079] Хотя теплогенерирующее устройство 70 второго варианта осуществления включает в себя один теплогенерирующий модуль 55, в третьем варианте осуществления соединено множество теплогенерирующих модулей 55. В этом примере будет описан случай, в котором соединены три теплогенерирующих модуля 55, но число теплогенерирующих модулей 55 конкретно не ограничено и может быть увеличено или уменьшено для получения требуемого выхода. Те же самые элементы, что и в вышеописанных вариантах осуществления, обозначены теми же самыми ссылочными номерами, и их описание будет опущено.

[0080] Как показано на ФИГ. 8, теплогенерирующее устройство 80 включает в себя три теплогенерирующих модуля 55a-55c. Поскольку конфигурация каждого из теплогенерирующих модулей 55a-55c является такой же, как и конфигурация теплогенерирующего модуля 55 первого варианта осуществления, их описание будет опущено. Хотя это и не показано на ФИГ. 8, теплогенерирующее устройство 80 включает в себя блок 16 управления, и работой каждого блока управляет блок 16 управления. Блок 27 подачи газа и блок 28 отвода газа соединены с полой частью 26.

[0081] Теплогенерирующее устройство 80 дополнительно включает в себя распределительную трубу 81 и коллекторную трубу 82. Распределительная труба 81 соединена с циркуляционной линией 30 и распределяет текучую среду в каждый из теплогенерирующих модулей 55a-55c. Коллекторная труба 82 соединена с циркуляционной линией 30 и собирает текучую среду, вытекающую из теплогенерирующих модулей 55a-55c.

[0082] Теплогенерирующее устройство 80 имеет конфигурацию, в которой три теплогенерирующих модуля 55a-55c соединены параллельно распределительной трубой 81 и коллекторной трубой 82. Три теплогенерирующих модуля 55a-55c не ограничиваются их параллельным соединением и могут быть соединены последовательно. Когда три теплогенерирующих модуля 55a-55c соединены последовательно, выпуск 24 текучей среды теплогенерирующего модуля 55a и впуск 23 текучей среды теплогенерирующего модуля 55b соединяются, и выпуск 24 текучей среды теплогенерирующего модуля 55b и впуск 23 текучей среды теплогенерирующего модуля 55c соединяются, без использования распределительной трубы 81 и коллекторной трубы 82. В результате текучая среда в циркуляционной линии 30 проходит через теплогенерирующий модуль 55a, теплогенерирующий модуль 55b и теплогенерирующий модуль 55c в указанном порядке и снова возвращается в циркуляционную линию 30.

[0083] Три теплогенерирующих модуля 55a-55c являются отсоединяемыми от распределительной трубы 81 и коллекторной трубы 82. Распределительная труба 81 снабжена регулирующим клапаном 76b, соответствующим каждому из теплогенерирующих модулей 55a-55c.

[0084] Теплогенерирующее устройство 80 имеет ту же самую конфигурацию, что и теплогенерирующее устройство 70 второго варианта осуществления, за исключением того, что предусмотрены три теплогенерирующих модуля 55a-55c, и каждый из теплогенерирующих модулей 55a-55c соединен с распределительной трубой 81 и коллекторной трубой 82. Следовательно, вырабатываемый теплогенерирующим устройством 80 перегретый пар используется для паровой турбины 71.

[0085] Как описано выше, поскольку теплогенерирующее устройство 80 включает в себя три теплогенерирующих модуля 55a-55c, можно достичь высокого выхода. В дополнение к этому, поскольку каждый из теплогенерирующих модулей 55a-55c является отсоединяемым от теплогенерирующего устройства 80 и может быть легко заменен, теплогенерирующее устройство 80 обладает превосходной ремонтопригодностью.

[0086] Теплогенерирующее устройство 80 и паровая турбина 71 в качестве устройства утилизации текучей среды составляют систему 89 утилизации тепла. Поскольку теплогенерирующее устройство 80 и система 89 утилизации тепла используют теплогенерирующий элемент 13 в качестве источника энергии, энергия может поставляться недорого, чисто и безопасно.

[0087] Была рассчитана эффективность производства электроэнергии в случае работы паровой турбины с использованием теплогенерирующего устройства 80. Эффективность производства электроэнергии паровой турбины была рассчитана при установке давления пара на 80-100 бар, давления выхлопа - на 0,05 бар, температуры выхлопа - на 32°C и влажности выхлопа - на 15% для водяного пара, выходящего из паровой турбины. Соотношение между давлением пара и эффективностью производства электроэнергии показано в Таблице 1.

[0088] [Таблица 1]

Температура пара [°C] 312 304 296 Давление пара [бар] 100 90 80 Коэффициент расхода пара 59,7 59,9 60,2 Давление выхлопа [бар] 0,05 0,05 0,05 Влажность выхлопа [%] 15 15 15 Эффективность турбины [%] 53 54 56 Эффективность производства электроэнергии [%] 20,6 21,1 21,6

[0089] По мере уменьшения давления пара температура насыщения уменьшается, а количество произведенного водяного пара увеличивается. С другой стороны, по мере увеличения коэффициента расхода пара уменьшение энтальпии подавляется. В результате эффективность производства электроэнергии паровой турбиной улучшается. Например, когда давление пара составляет 80 бар, температура пара равна 296°C. Следовательно, предполагая, что теплогенерирующий элемент 13 вырабатывает избыточное тепло при температуре нагрева примерно 300°С, давление пара предпочтительно является более высоким, чем 80 бар. Когда давление пара устанавливается равным 90 бар, поскольку температура пара составляет 304°C, теплогенерирующий элемент 13 вырабатывает избыточное тепло, и может быть достигнута эффективность производства электроэнергии паровой турбиной в 21,1%.

[0090] ФИГ. 9 представляет собой график, показывающий взаимосвязь между энтропией и давлением цикла Ренкина, включающего в себя теплогенерирующее устройство 80 и паровую турбину 71 согласно третьему варианту осуществления. На ФИГ. 9 горизонтальная ось означает энтропию, а вертикальная ось - давление. ФИГ. 10 представляет собой график, показывающий взаимосвязь между энтропией и температурой цикла Ренкина, включающего в себя теплогенерирующее устройство 80 и паровую турбину 71 согласно третьему варианту осуществления. На ФИГ. 10 горизонтальная ось означает энтропию, а вертикальная ось - температуру. ФИГ. 11 представляет собой график, показывающий взаимосвязь между энтропией и энтальпией цикла Ренкина, включающего в себя теплогенерирующее устройство 80 и паровую турбину 71 согласно третьему варианту осуществления. На ФИГ. 11 горизонтальная ось означает энтропию, а вертикальная ось - энтальпию. На ФИГ. 9-11 A означает состояние текучей среды на входе паровой турбины 71, B означает состояние текучей среды на выходе паровой турбины 71, C означает состояние текучей среды в блоке 32 охлаждения, D означает состояние текучей среды в насосе 77a, E означает состояние текучей среды на входе подогревателя 75, F означает состояние текучей среды на выходе подогревателя 75, G означает состояние текучей среды при температуре насыщения в проточном канале 14, и H означает состояние текучей среды, вытекающей из проточного канала 14.

[Четвертый вариант осуществления]

[0091] Четвертый вариант осуществления сконфигурирован для использования газа в качестве текучей среды. В этом примере будет описан случай, когда в качестве текучей среды используется воздух, но может использоваться и другой газ, кроме воздуха. Те же самые элементы, что и в вышеописанных вариантах осуществления, обозначены теми же самыми ссылочными номерами, и их описание будет опущено.

[0092] Как показано на ФИГ. 12, теплогенерирующее устройство 90 включает в себя один теплогенерирующий модуль 55, аналогично теплогенерирующему устройству 10 первого варианта осуществления. Теплогенерирующее устройство 90 выполнено таким, что газ в качестве текучей среды затекает в проточный канал 14 и газ в качестве текучей среды вытекает из проточного канала 14. Более конкретно, когда начинается работа теплогенерирующего устройства 90, воздух в качестве текучей среды нагревается блоком 33 нагрева. Когда нагретый блоком 33 нагрева воздух поступает в проточный канал 14, теплогенерирующий элемент 13 нагревается через трубчатое тело 12. Таким образом, теплогенерирующий элемент 13 вырабатывает избыточное тепло. Когда теплогенерирующий элемент 13 вырабатывает избыточное тепло, текущий по проточному каналу 14 воздух нагревается через трубчатое тело 12. В результате в проточном канале 14 образуется высокотемпературный воздух, который вытекает из проточного канала 14.

[0093] Поскольку четвертый вариант осуществления сконфигурирован для использования воздуха в качестве текучей среды, возможно генерировать избыточное тепло от теплогенерирующего элемента 13 в среде с более низким давлением, чем при использовании воды в качестве текучей среды. Например, предполагая, что теплогенерирующий элемент 13 нагревается до высокой температуры примерно 500°С для генерирования избыточного тепла, температура и давление поступающего в проточный канал 14 воздуха устанавливаются равными, например, 500°C и 1 бар. Температура и давление высокотемпературного воздуха, вытекающего из проточного канала 14, составляют, например, 700°C и 1 бар. Температуры и давления воздуха и высокотемпературного воздуха не ограничены описанными выше.

[0094] В четвертом варианте осуществления в циркуляционной линии 30 предусмотрен блок 92 охлаждения вместо блока 32 охлаждения в первом варианте осуществления. Аналогично первому варианту осуществления, циркуляционная линия 30 также снабжена блоком 33 нагрева. Описание блока 33 нагрева опущено.

[0095] Блок 92 охлаждения электрически соединен с блоком 16 управления, приведением его в действие управляет блок 16 управления. Блок 92 охлаждения охлаждает высокотемпературный воздух в качестве вытекающей из проточного канала 14 текучей среды. В блоке 92 охлаждения, например, высокотемпературный воздух с 700°C охлаждается до 300°C.

[0096] Блок 92 охлаждения в этом примере выполняет функцию бойлера. Блок 92 охлаждения в виде бойлера выполняет теплообмен между высокотемпературным воздухом и котловой водой в качестве теплоносителя и вырабатывает перегретый пар из котловой воды. Например, в блоке 92 охлаждения давление поддерживается на уровне 130 бар и производится перегретый пар с температурой 560°C путем теплообмена между котловой водой с температурой 250°C и высокотемпературным воздухом с температурой 700°C. Произведенный в бойлере перегретый пар может подаваться в паровую турбину. Когда паровая турбина приводится в действие, электроэнергия может вырабатываться генератором.

[0097] В четвертом варианте осуществления, в дополнение к блоку 92 охлаждения и блоку 33 нагрева, в циркуляционной линии 30 предусмотрены буферный бак 94 для хранения воздуха, вентилятор 96 для подачи воздуха, индикатор температуры TI, индикатор давления PI, индикатор расхода FI и т.п.

[0098] Как описано выше, теплогенерирующее устройство 90 производит высокотемпературную текучую среду (высокотемпературный воздух) путем выполнения теплообмена между теплогенерирующим элементом 13, предусмотренным на наружной поверхности трубчатого тела 12, и текучей средой (воздухом), текущей(им) по проточному каналу 14, образованному внутренней поверхностью трубчатого тела 12. Высокотемпературный воздух в качестве высокотемпературной текучей среды может использоваться для производства перегретого пара в бойлере (блоке 92 охлаждения). Перегретый пар, произведенный в бойлере, может использоваться в паровой турбине. Следовательно, поскольку теплогенерирующее устройство 90 использует теплогенерирующий элемент 13 в качестве источника энергии, энергия может получаться недорого, чисто и безопасно.

[Пятый вариант осуществления]

[0099] В пятом варианте высокотемпературный воздух используется для производства перегретого пара в бойлере, а перегретый пар используется в качестве рабочего тела для паровой турбины с целью выработки электроэнергии. Те же самые элементы, что и в вышеописанных вариантах осуществления, обозначены теми же самыми ссылочными номерами, и их описание будет опущено.

[0100] Как показано на ФИГ. 13, теплогенерирующее устройство 100 включает в себя один теплогенерирующий модуль 55, аналогично теплогенерирующему устройству 90 четвертого варианта осуществления. Подогреватель 75 предусмотрен в циркуляционной линии 30 теплогенерирующего устройства 100, и подаваемый вентилятором 96 воздух подогревается подогревателем 75. Теплогенерирующее устройство 100 имеет ту же самую конфигурацию, что и теплогенерирующее устройство 90 четвертого варианта осуществления, за исключением того, что в циркуляционной линии 30 предусмотрен подогреватель 75.

[0101] Теплогенерирующее устройство 100 соединено с линией 101 рекуперации тепла. Линия 101 рекуперации тепла соединена с блоком 92 охлаждения в качестве предусмотренного в циркуляционной линии 30 бойлера и предназначена для циркуляции котловой воды в блок 92 охлаждения.

[0102] Линия 101 рекуперации тепла снабжена регулирующим клапаном 102, паровым баком 103, паровой турбиной 104, конденсатором 105, резервуаром 106, насосом 107, буферным баком 108, деаэратором 109, насосом 110 и подогревателем 111.

[0103] Регулирующий клапан 102 регулирует расход и давление водяного пара, выходящего из блока 92 охлаждения в виде бойлера. Паровой бак 103 предназначен для временного хранения водяного пара. Паровой бак 103 снабжен индикатором температуры TI. Температура и давление хранящегося в паровом баке 103 водяного пара составляют, например, 560°С и 130 бар.

[0104] Паровой бак 103 соединен с буферным баком 108 через подогревательные трубы 101a и 101b. Подогревательная труба 101a соединена с подогревателем 111. Подогревательная труба 101b соединена с подогревателем 75. Часть хранящегося в паровом баке 103 водяного пара подается в подогреватель 111 через подогревательную трубу 101a и подается в подогреватель 75 через подогревательную трубу 101b.

[0105] Паровая турбина 104 является устройством утилизации текучей среды, которое использует хранящийся в паровом баке 103 перегретый пар в качестве рабочего тела. Паровая турбина 104 имеет вращающийся вал, соединенный с электрогенератором, и вращается вокруг вращающегося вала при подаче перегретого пара. Электрогенератор вырабатывает электроэнергию за счет вращения паровой турбины 104. Выпускаемый из паровой турбины 104 водяной пар охлаждается, например, до 32,9°C с понижением давления до 0,05 бар. Водяной пар содержит мелкие водяные капельки, похожие на туман.

[0106] Паровая турбина 104 представляет собой вытяжную турбину, выполненную таким образом, что часть пара может быть извлечена из вытяжной части, предусмотренной в середине турбины. Вытяжная часть паровой турбины 104 соединена с деаэратором 109 через вытяжную трубу 101с. Водяной пар, извлеченный из вытяжной части паровой турбины 104, проходит через вытяжную трубу 101с и подается в деаэратор 109. Температура и давление протекающего через вытяжную трубу 101с водяного пара составляют, например, 251°С и 12 бар.

[0107] Конденсатор 105 охлаждает и конденсирует водяной пар, выходящий из паровой турбины 104. Резервуар 106 предназначен для хранения котловой воды, сконденсированной конденсатором 105. Насос 107 предназначен для направления котловой воды из резервуара 106 в буферный бак 108. Температура и давление подаваемой насосом 107 котловой воды составляют, например, 32,9°C и 1 бар.

[0108] Буферный бак 108 предназначен для хранения котловой воды. В буферный бак 108 подается котловая вода, направленная из резервуара 106, котловая вода, полученная при охлаждении протекающего через подогревательную трубу 101a водяного пара подогревателем 111, и котловая вода, полученная при охлаждении протекающего через подогревательную трубу 101b водяного пара подогревателем 75. Котловая вода, хранящаяся в буферном баке 108, направляется в деаэратор 109. Температура и давление направляемой в деаэратор 109 котловой воды составляют, например, 87,5°C и 2 бар.

[0109] Деаэратор 109 удаляет газообразный кислород, содержащийся в направляемой из буферного бака 108 котловой воде, используя водяной пар, подаваемый из вытяжной части паровой турбины 104 через вытяжную трубу 101с. Деаэратор 109 снабжен индикатором температуры TI и индикатором давления PI. Насос 110 предназначен для направления деаэрированной деаэратором 109 котловой воды в подогреватель 111. Температура и давление направляемой насосом 110 котловой воды составляют, например, 120°C и 2 бар.

[0110] Подогреватель 111 предварительно нагревает котловую воду, подаваемую в блок 92 охлаждения, путем выполнения теплообмена между водяным паром, проходящим через подогревательную трубу 101a, и котловой водой, подаваемой из деаэратора 109. Водяной пар, проходящий через подогревательную трубу 101a, охлаждается за счет теплообмена в подогревателе 111, конденсируется и направляется в буферный бак 108 в качестве котловой воды. Температура и давление водяного пара, протекающего через подогревательную трубу 101с, составляют, например, 560°C и 130 бар. Температура и давление котловой воды, направляемой в буферный бак 108 через подогреватель 111, составляют, например, 120°C и 2 бар.

[0111] Подогреватель 75 предварительно нагревает воздух, текущий в проточный канал 14, путем выполнения теплообмена между водяным паром, проходящим через подогревательную трубу 101b, и воздухом, подаваемым вентилятором 96. Водяной пар, проходящий через подогревательную трубу 101b, охлаждается за счет теплообмена в подогревателе 75, конденсируется и направляется в буферный бак 108 в качестве котловой воды. Температура и давление водяного пара, протекающего через подогревательную трубу 101b, составляют, например, 560°C и 130 бар. Температура и давление котловой воды, подаваемой в буферный бак 108 через подогреватель 75, составляют, например, 120°C и 2 бар.

[0112] В блоке 92 охлаждения в виде бойлера, например, осуществляют теплообмен между подаваемой из подогревателя 111 котловой водой с температурой 250°С и давлением 130 бар и выходящим из проточного канала 14 высокотемпературным воздухом с температурой 700°С, тем самым производя из котловой воды перегретый пар с температурой 560°C и давлением 130 бар.

[0113] Как описано выше, теплогенерирующее устройство 100 производит высокотемпературную текучую среду (высокотемпературный воздух) аналогично теплогенерирующему устройству 90 четвертого варианта осуществления. Высокотемпературный воздух в качестве высокотемпературной текучей среды может использоваться для производства перегретого пара в бойлере (блоке 92 охлаждения). Теплогенерирующее устройство 100 и паровая турбина 104 в качестве устройства утилизации текучей среды составляют систему 119 утилизации тепла. Поскольку теплогенерирующее устройство 100 и система 119 утилизации тепла используют теплогенерирующий элемент 13 в качестве источника энергии, энергия может поставляться недорого, чисто и безопасно.

[Шестой вариант осуществления]

[0114] Хотя теплогенерирующее устройство 100 пятого варианта осуществления включает в себя один теплогенерирующий модуль 55, в шестом варианте осуществления соединено множество теплогенерирующих модулей 55. В этом примере будет описан случай, в котором соединены три теплогенерирующих модуля 55а-55с, но число теплогенерирующих модулей 55 конкретно не ограничено и может быть увеличено или уменьшено для получения требуемого выхода. Те же самые элементы, что и в вышеописанных вариантах осуществления, обозначены теми же самыми ссылочными номерами, и их описание будет опущено.

[0115] Как показано на ФИГ. 14, теплогенерирующее устройство 120 включает в себя три теплогенерирующих модуля 55a-55c. Хотя это и не показано на ФИГ. 14, теплогенерирующее устройство 120 включает в себя блок 16 управления, и работой каждого блока управляет блок 16 управления. Блок 27 подачи газа и блок 28 отвода газа соединены с полой частью 26. Теплогенерирующее устройство 120 имеет конфигурацию, в которой три теплогенерирующих модуля 55a-55c соединены параллельно распределительной трубой 81 и коллекторной трубой 82, но три теплогенерирующих модуля 55a-55c также могут быть соединены последовательно.

[0116] Теплогенерирующее устройство 120 имеет ту же самую конфигурацию, что и теплогенерирующее устройство 100 пятого варианта осуществления, за исключением того, что предусмотрены три теплогенерирующих модуля 55a-55c, и каждый из теплогенерирующих модулей 55a-55c соединен с распределительной трубой 81 и коллекторной трубой 82. Теплогенерирующее устройство 120 соединено с линией 101 рекуперации тепла, в которой предусмотрены паровая турбина 104 и т.п. Следовательно, высокотемпературный воздух, производимый теплогенерирующим устройством 120, используется для выработки перегретого пара в бойлере (блоке 92 охлаждения).

[0117] Как описано выше, поскольку теплогенерирующее устройство 120 включает в себя три теплогенерирующих модуля 55a-55c, можно достичь высокого выхода. В дополнение к этому, поскольку каждый из теплогенерирующих модулей 55a-55c является отсоединяемым от теплогенерирующего устройства 120 и теплогенерирующие модули 55a-55c могут быть легко заменены, теплогенерирующее устройство 120 обладает превосходной ремонтопригодностью.

[0118] Теплогенерирующее устройство 120 и паровая турбина 104 в качестве устройства утилизации текучей среды составляют систему 129 утилизации тепла. Поскольку теплогенерирующее устройство 80 и система 129 утилизации тепла используют теплогенерирующий элемент 13 в качестве источника энергии, энергия может получаться недорого, чисто и безопасно.

[0119] ФИГ. 15 представляет собой график, показывающий состояние теплообмена в бойлере (блоке 92 охлаждения) шестого варианта осуществления. ФИГ. 15 показывает падение температуры высокотемпературного воздуха и повышение температуры котловой воды, когда давление в бойлере установлено на 130 бар, а высокотемпературный воздух и котловая вода в качестве теплоносителя находятся в бойлере в противоточном непрямом контакте. На ФИГ. 15 по вертикальной оси отложены температуры котловой воды и воздуха. Горизонтальная ось показывает каждую часть в бойлере, «вход SH» означает участок на входе пароперегревателя (SH) бойлера, «выход SH/вход EVA» означает участок между выходом пароперегревателя и входом испарителя (EVA), «выход EVA/вход ECO» означает участок между выходом испарителя и входом в экономайзер (ECO), и «выход ECO» означает участок на выходе из экономайзера. «Котловый воздух» является высокотемпературным воздухом. «Котловый пар» является котловой водой или водяным паром. Высокотемпературный воздух подается в пароперегреватель бойлера при 700°C и выводится из экономайзера в виде воздуха при 300°С за счет теплообмена с котловой водой. Котловая вода подается в экономайзер бойлера при 250°C, нагревается в экономайзере до 331°C, что является температурой насыщения при 130 бар, и превращается в водяной пар в испарителе. Этот водяной пар дополнительно нагревается пароперегревателем и выводится из бойлера в виде перегретого пара при 560°C.

[0120] ФИГ. 16 представляет собой график, показывающий взаимосвязь между энтропией и давлением цикла Ренкина, включающего в себя теплогенерирующее устройство 120 и паровую турбину 104 согласно шестому варианту осуществления. На ФИГ. 16 горизонтальная ось означает энтропию, а вертикальная ось - давление. ФИГ. 17 представляет собой график, показывающий взаимосвязь между энтропией и температурой цикла Ренкина, включающего в себя теплогенерирующее устройство 120 и паровую турбину 104 согласно шестому варианту осуществления. На ФИГ. 17 горизонтальная ось означает энтропию, а вертикальная ось - температуру. ФИГ. 18 представляет собой график, показывающий взаимосвязь между энтропией и энтальпией цикла Ренкина, включающего в себя теплогенерирующее устройство 120 и паровую турбину 104 согласно шестому варианту осуществления. На ФИГ. 18 горизонтальная ось означает энтропию, а вертикальная ось - энтальпию. На ФИГ. 16-18 A означает состояние теплоносителя на входе паровой турбины 104, B означает состояние теплоносителя в вытяжной части паровой турбины 104, C означает состояние теплоносителя, вышедшего из вытяжной части паровой турбины 104, D означает состояние теплоносителя на выходе из паровой турбины 104, E означает состояние теплоносителя в конденсаторе 105, F означает состояние теплоносителя в насосе 107, G означает состояние теплоносителя на выходе из буферного бака 108, Н означает состояние теплоносителя на выходе из деаэратора 109, I означает состояние теплоносителя в подогревателе 111, J означает состояние теплоносителя, при котором начинается теплообмен в бойлере (блоке 92 охлаждения), K означает состояние теплоносителя, достигшего температуры насыщения в бойлере, и L означает состояние теплоносителя в пароперегревателе бойлера.

[0121] Настоящее изобретение не ограничено вышеописанными вариантами осуществления и может быть подходящим образом модифицировано без отступления от объема настоящего изобретения.

[0122] Теплогенерирующий элемент 13 каждого из вышеописанных вариантов осуществления имеет конфигурацию, в которой многослойная пленка 58, включающая первый слой 59 и второй слой 60, предусмотрена на поверхности основы 57, но конфигурация теплогенерирующего элемента не ограничена этим. Другой пример теплогенерирующего элемента будет описан ниже.

[0123] Например, как показано на ФИГ. 19, теплогенерирующий элемент 133 включает в себя основу 57 и многослойную пленку 134. Многослойная пленка 134 дополнительно включает в себя третий слой 135 в дополнение к первому слою 59 и второму слою 60. Описание основы 57, первого слоя 59 и второго слоя 60 будет опущено. Третий слой 135 выполнен из водородоаккумулирующего металла, водородоаккумулирующего сплава или керамики, отличающихся от таковых в первом слое 59 и втором слое 60. Толщина третьего слоя 135 предпочтительно составляет менее 1000 нм. На ФИГ. 19 первый слой 59, второй слой 60 и третий слой 135 уложены на поверхности основы 57 в следующем порядке: первый слой 59, второй слой 60, первый слой 59 и третий слой 135. Первый слой 59, второй слой 60 и третий слой 135 могут быть уложены на поверхности основы 57 в следующем порядке: первый слой 59, третий слой 135, первый слой 59 и второй слой 60. То есть, многослойная пленка 134 имеет структуру укладки, в которой первый слой 59 предусмотрен между вторым слоем 60 и третьим слоем 135. Многослойная пленка 134 может включать в себя один или более третьих слоев 135. Граница 136 раздела гетерогенных материалов, сформированная между первым слоем 59 и третьим слоем 135, является проницаемой для атомов водорода точно так же, как и граница 61 раздела гетерогенных материалов.

[0124] Третий слой 135 выполнен, например, из любого из Ni, Pd, Cu, Cr, Fe, Mg, Co, их сплава, SiC, CaO, Y₂O₃, TiC и LaB₆. Сплав для формирования третьего слоя 135 предпочтительно представляет собой сплав, состоящий из двух или более из Ni, Pd, Cu, Cr, Fe, Mg и Co. В качестве сплава для формирования третьего слоя 135 может использоваться сплав, получаемый добавлением дополнительного элемента к Ni, Pd, Cu, Cr, Fe, Mg или Co.

[0125] В частности, третий слой 135 предпочтительно выполнен из любого из CaO, Y₂O₃, TiC, LaB₆, SrO и BaO. В теплогенерирующем элементе 133, имеющем третий слой 135, выполненный из любого из CaO, Y₂O₃, TiC, LaB₆, SrO и BaO, увеличивается степень окклюзии водорода, увеличивается количество водорода, проникающего через границу 61 раздела гетерогенных материалов и границу 136 раздела гетерогенных материалов, и может быть достигнут высокий выход избыточного тепла. Толщина третьего слоя 135, выполненного из любого из CaO, Y₂O₃, TiC, LaB₆, SrO и BaO, предпочтительно составляет 10 нм или менее. Соответственно, атомы водорода легко проникают через многослойную пленку 134. Третий слой 135, выполненный из любого из CaO, Y₂O₃, TiC, LaB₆, SrO и BaO, может быть сформирован не в форме сплошной пленки, а в форме островков. Первый слой 59 и третий слой 135 предпочтительно формируются непрерывно в вакууме. Соответственно, между первым слоем 59 и третьим слоем 135 не образуется естественная оксидная пленка, а образуется только граница 136 раздела гетерогенных материалов.

[0126] В качестве сочетания первого слоя 59, второго слоя 60 и третьего слоя 135 предпочтительно 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 выражаются как «первый слой 59 - третий слой 135 - второй слой 60».

[0127] Как показано на ФИГ. 20, теплогенерирующий элемент 143 включает в себя основу 57 и многослойную пленку 144. Многослойная пленка 144 дополнительно включает в себя четвертый слой 145 в дополнение к первому слою 59, второму слою 60 и третьему слою 135. Четвертый слой 145 выполнен из водородоаккумулирующего металла, водородоаккумулирующего сплава или керамики, отличающихся от таковых в первом слое 59, втором слое 60 и третьем слое 135. Толщина четвертого слоя 145 предпочтительно составляет менее 1000 нм. На ФИГ. 20 первый слой 59, второй слой 60, третий слой 135 и четвертый слой 145 уложены на поверхности основы 57 в следующем порядке: первый слой 59, второй слой 60, первый слой 59, третий слой 135, первый слой 59 и четвертый слой 145. Первый слой 59, второй слой 60, третий слой 135 и четвертый слой 145 могут быть уложены на поверхности основы 57 в следующем порядке: первый слой 59, четвертый слой 145, первый слой 59, третий слой 135, первый слой 59 и второй слой 60. То есть, многослойная пленка 144 имеет структуру укладки, в которой второй слой 60, третий слой 135 и четвертый слой 145 уложены в произвольном порядке, а первые слои 59 предусмотрены между каждым сочетанием второго слоя 60, третьего слоя 135 и четвертого слоя 145. Многослойная пленка 144 может включать в себя один или более четвертых слоев 145. Граница 146 раздела гетерогенных материалов, сформированная между первым слоем 59 и четвертым слоем 145, является проницаемой для атомов водорода точно так же, как и граница 61 раздела гетерогенных материалов и граница 136 раздела гетерогенных материалов.

[0128] Четвертый слой 145 выполнен, например, из любого из Ni, Pd, Cu, Cr, Fe, Mg, Co, их сплава, SiC, CaO, Y₂O₃, TiC и LaB₆. Сплав для формирования четвертого слоя 145 предпочтительно представляет собой сплав, состоящий из двух или более из Ni, Pd, Cu, Cr, Fe, Mg и Co. В качестве сплава для формирования четвертого слоя 145 может использоваться сплав, получаемый добавлением дополнительного элемента к Ni, Pd, Cu, Cr, Fe, Mg или Co.

[0129] В частности, четвертый слой 145 предпочтительно выполнен из любого из CaO, Y₂O₃, TiC, LaB₆, SrO и BaO. В теплогенерирующем элементе 143, имеющем четвертый слой 145, выполненный из любого из CaO, Y₂O₃, TiC, LaB₆, SrO и BaO, увеличивается степень окклюзии водорода, увеличивается количество водорода, проникающего через границу 61 раздела гетерогенных материалов, границу 136 раздела гетерогенных материалов и границу 146 раздела гетерогенных материалов, и может быть достигнут высокий выход избыточного тепла. Толщина четвертого слоя 145, выполненного из любого из CaO, Y₂O₃, TiC, LaB₆, SrO и BaO, предпочтительно составляет 10 нм или менее. Соответственно, атомы водорода легко проникают через многослойную пленку 144. Четвертый слой 145, выполненный из любого из CaO, Y₂O₃, TiC, LaB₆, SrO и BaO, может быть сформирован не в форме сплошной пленки, а в форме островков. Первый слой 59 и четвертый слой 145 предпочтительно формируют непрерывно в вакууме. Соответственно, между первым слоем 59 и четвертым слоем 145 не образуется естественная оксидная пленка, а образуется только граница 146 раздела гетерогенных материалов.

[0130] В качестве сочетания первого слоя 59, второго слоя 60, третьего слоя 135 и четвертого слоя 145 предпочтительно Ni-CaO-Cr-Fe, Ni-Y₂O₃-Cr-Fe, Ni-TiC-Cr-Fe или Ni-LaB₆-Cr-Fe, когда типы элементов выражены как «первый слой 59 - четвертый слой 145 - третий слой 135 - второй слой 60».

[0131] Конфигурации различных многослойных пленок, таких как многослойная пленка 58, многослойная пленка 134 и многослойная пленка 144, например, соотношение толщин соответствующих слоев, число соответствующих слоев и их материалы, могут быть подходящим образом изменены в соответствии с температурой, при которой используется многослойная пленка.

[0132] В каждом из вышеописанных вариантов осуществления один теплогенерирующий элемент 13 предусмотрен на всей наружной поверхности одного трубчатого тела 12, но, как показано на ФИГ. 21, на наружной поверхности одного трубчатого тела 12 может быть предусмотрено множество теплогенерирующих элементов 13 с интервалами между ними. Поскольку между теплогенерирующими элементами 13 имеются зазоры, даже когда трубчатое тело 12 термически расширяется, повреждение каждого теплогенерирующего элемента 13 предотвращается. Кроме того, множество теплогенерирующих элементов 133 (см. ФИГ. 19) может быть предусмотрено на наружной поверхности одного трубчатого тела 12 с интервалами между ними. Множество теплогенерирующих элементов 143 (см. ФИГ. 20) также может быть предусмотрено на наружной поверхности одного трубчатого тела 12 с интервалами между ними.

[0133] Хотя внешняя линия 45 текучей среды имеет множество первых труб 47 в каждом из вышеописанных вариантов осуществления, внешняя линия 45 текучей среды может быть выполнена покрывающей всю наружную поверхность корпуса 17 с одной первой трубой 47. Кроме того, одна первая труба 47 может быть спирально намотана по наружной поверхности корпуса 17.

[0134] Первая кольцевая труба 48 может иметь сквозное отверстие, соединенное с входной камерой 18 для текучей среды. Поскольку первая кольцевая труба 48 и входная камера 18 для текучей среды непосредственно соединены сквозным отверстием, вторая труба 50 может быть опущена.

[0135] Вторая кольцевая труба 49 может иметь сквозное отверстие, соединенное с выходной камерой 19 для текучей среды. Поскольку вторая кольцевая труба 49 и выходная камера 19 для текучей среды непосредственно соединены сквозным отверстием, третья труба 51 может быть опущена.

[0136] Текучая среда, нагретая любым теплогенерирующим элементом из теплогенерирующего элемента 13, теплогенерирующего элемента 133 и теплогенерирующего элемента 143, может использоваться в качестве источника тепловой энергии для отделения диоксида углерода (CO₂) от выхлопного газа, выбрасываемого из устройства сжигания, такого как бойлер. CO₂, содержащийся в выхлопном газе, может быть извлечен путем подачи нагретой теплогенерирующим элементом текучей среды в аппарат для отделения и извлечения CO₂, осуществляющий способ химической абсорбции или способ физической адсорбции. В способе химической абсорбции содержащийся в выхлопном газе CO₂ поглощается абсорбирующей жидкостью, такой как водный раствор соединения амина, и абсорбирующая жидкость, которая поглотила CO₂, нагревается для удаления из нее CO₂. В способе физической адсорбции содержащийся в выхлопном газе CO₂ адсорбируется на адсорбенте, таком как активированный уголь или цеолит, и адсорбент, на котором адсорбирован CO₂, нагревается для десорбции с него CO₂. В способе химической абсорбции нагретая теплогенерирующим элементом текучая среда может использоваться в качестве источника тепловой энергии для нагревания абсорбирующей жидкости, которая поглотила CO₂. Кроме того, в способе физической адсорбции нагретая теплогенерирующим элементом текучая среда может использоваться в качестве источника тепловой энергии для нагревания адсорбента, на котором адсорбирован CO₂.

[0137] Нагретая теплогенерирующим элементом текучая среда используется в качестве источника тепловой энергии и может быть преобразована в метан (CH₄) путем реагирования CO₂, отделенного и извлеченного аппаратом для отделения и извлечения CO₂, с водородом (H₂). При приведении исходного газа, содержащего CO₂ и H₂, в контакт с катализатором, использующим катализатор для ускорения реакции между CO₂ и H₂ (реакции метанирования), из исходного газа образуется CH₄, но эта реакция не протекает в достаточной степени, если температура исходного газа низка. Следовательно, протекание реакции метанирования может быть обеспечено при использовании нагретой теплогенерирующим элементом текучей среды в качестве источника тепловой энергии для нагрева исходного газа, содержащего CO₂ и H₂.

[0138] В цикле IS, в котором водород производится из воды с использованием тепловой энергии, или в цикле ISN, в котором аммиак (NH₃) производится из воды и азота (N₂) с использованием тепловой энергии, нагретая теплогенерирующим элементом текучая среда может использоваться в качестве источника тепловой энергии. В цикле IS вода, йод (I) и сера (S) реагируют с образованием йодистого водорода (HI), а затем йодистый водород подвергается пиролизу с получением водорода. Нагретая теплогенерирующим элементом текучая среда может использоваться в качестве источника тепловой энергии для пиролиза йодистого водорода. В цикле ISN азот реагирует с йодистым водородом, полученным в цикле IS, с образованием йодистого аммония (NH₄I), а йодистый аммоний затем подвергается пиролизу с получением аммиака. Нагретая теплогенерирующим элементом текучая среда может использоваться в качестве источника тепловой энергии для пиролиза йодистого аммония.

[0139] ФИГ. 22 показывает аппарат 150 для производства теплогенерирующего элемента, предназначенный для производства теплогенерирующего элемента 13 с использованием метода распыления. В этом примере аппарат 150 для производства теплогенерирующего элемента осуществляет в качестве метода распыления метод магнетронного распыления на постоянном токе (DC) и непосредственно формирует теплогенерирующий элемент 13 на наружной поверхности трубчатого тела 12.

[0140] Аппарат 150 для производства теплогенерирующего элемента включает в себя загрузочную камеру 151 для вноса трубчатого тела 12, камеру 152 предварительного нагрева для предварительного нагрева трубчатого тела 12, камеру 153 распылительного травления для травления распылением поверхности трубчатого тела 12, камеру 154 формирования основы для формирования основы 57 на трубчатом теле 12, камеру 155 формирования первого слоя для формирования первого слоя 59 на основе 57, камеру 156 формирования второго слоя для формирования второго слоя 60 на основе 57 и разгрузочную камеру 157 для выноса трубчатого тела 12. В этом примере аппарат 150 для производства теплогенерирующего элемента переносит множество трубчатых тел 12 в загрузочную камеру 151 и непосредственно формирует теплогенерирующий элемент 13 на наружной поверхности каждого трубчатого тела 12, но может переносить одно трубчатое тело 12 в загрузочную камеру 151 и непосредственно формировать теплогенерирующий элемент 13 на наружной поверхности трубчатого тела 12.

[0141] В этом примере аппарат 150 для производства теплогенерирующего элемента включает в себя первую задвижку 161, предусмотренную между загрузочной камерой 151 и камерой 152 предварительного нагрева, вторую задвижку 162, предусмотренную между камерой 152 предварительного нагрева и камерой 153 распылительного травления, третью задвижку 163, предусмотренную между камерой 153 распылительного травления и камерой 154 формирования основы, четвертую задвижку 164, предусмотренную между камерой 154 формирования основы и камерой 155 формирования первого слоя, пятую задвижку 165, предусмотренную между камерой 155 формирования первого слоя и камерой 156 формирования второго слоя, и шестую задвижку 166, предусмотренную между камерой 156 формирования второго слоя и разгрузочной камерой 157, причем загрузочная камера 151, камера 152 предварительного нагрева, камера 153 распылительного травления, камера 154 формирования основы, камера 155 формирования первого слоя, камера 156 формирования второго слоя и разгрузочная камера 157 отделены друг от друга. Хотя это и не показано, аппарат 150 для производства теплогенерирующего элемента дополнительно включает в себя транспортировочный механизм, который перемещает трубчатое тело 12 из загрузочной камеры 151 к разгрузочной камере 157, и механизм вращения, который вращает трубчатое тело 12 вокруг его центральной оси.

[0142] Первая задвижка 161 открывает и закрывает первый блок 171 вноса/выноса между загрузочной камерой 151 и камерой 152 предварительного нагрева. Вторая задвижка 162 открывает и закрывает второй блок 172 вноса/выноса между камерой 152 предварительного нагрева и камерой 153 распылительного травления. Третья задвижка 163 открывает и закрывает третий блок 173 вноса/выноса между камерой 153 распылительного травления и камерой 154 формирования основы. Четвертая задвижка 164 открывает и закрывает четвертый блок 174 вноса/выноса между камерой 154 формирования основы и камерой 155 формирования первого слоя. Пятая задвижка 165 открывает и закрывает пятый блок 175 вноса/выноса между камерой 155 формирования первого слоя и камерой 156 формирования второго слоя. Шестая задвижка 166 открывает и закрывает шестой блок 176 вноса/выноса между камерой 156 формирования второго слоя и разгрузочной камерой 157.

[0143] Аппарат 150 для производства теплогенерирующего элемента включает в себя первый блок 181 создания вакуума для вакуумирования загрузочной камеры 151, второй блок 182 создания вакуума для вакуумирования камеры 152 предварительного нагрева, третий блок 183 создания вакуума для вакуумирования камеры 153 распылительного травления, четвертый блок 184 создания вакуума для вакуумирования камеры 154 формирования основы, пятый блок 185 создания вакуума для вакуумирования камеры 155 формирования первого слоя, шестой блок 186 создания вакуума для вакуумирования камеры 156 формирования второго слоя и седьмой блок 187 создания вакуума для вакуумирования разгрузочной камеры 157. В качестве первого-седьмого блоков 181-187 создания вакуума используется, например, сухой насос, турбомолекулярный насос или т.п.

[0144] Загрузочная камера 151 имеет блок 191 вноса для внесения трубчатого тела 12. После внесения трубчатого тела 12 из блока 191 вноса загрузочная камера 151 вакуумируется первым блоком 181 создания вакуума в состоянии, в котором блок 191 вноса и первая задвижка 161 закрыты. После вакуумирования загрузочной камеры 151 первая задвижка 161 открывается, и трубчатое тело 12 передается из загрузочной камеры 151 в камеру 152 предварительного нагрева через первый блок 171 вноса/выноса.

[0145] Камера 152 предварительного нагрева вакуумируется, например, до примерно 1E-3 Па, вторым блоком 182 создания вакуума в состоянии, в котором первая задвижка 161 и вторая задвижка 162 закрыты. Камера 152 предварительного нагрева имеет блок 192 нагрева, и трубчатое тело 12 нагревается блоком 192 нагрева при вращении трубчатого тела 12. Блок 192 нагрева удаляет влагу, адсорбированную на поверхности трубчатого тела 12, нагревая трубчатое тело 12 до температуры поверхности, например, 200-350°С. Блок 192 нагрева конкретно не ограничен, при условии, что он может нагревать трубчатое тело 12 до желаемой температуры. Например, можно использовать способ лампового нагрева, способ инфракрасного нагрева, способ индукционного нагрева или т.п. После нагрева вторая задвижка 162 открывается, и трубчатое тело 12 передается из камеры 152 предварительного нагрева в камеру 153 распылительного травления через второй блок 172 вноса/выноса.

[0146] Камера 153 распылительного травления вакуумируется третьим блоком 183 создания вакуума в состоянии, в котором вторая задвижка 162 и третья задвижка 163 закрыты. Камера 153 распылительного травления имеет электрод 193 распылительного травления, и распылительное травление трубчатого тела 12 выполняется электродом 193 распылительного травления при вращении трубчатого тела 12. При использовании электрода 193 распылительного травления, например, расход газообразного аргона (Ar) регулируется так, чтобы установить давление Ar примерно 0,1-1 Па, и применяется радиочастота (РЧ) 13,56 МГц для удаления органических веществ и оксидов металлов на поверхности трубчатого тела 12. После распылительного травления открывается третья задвижка 163, и трубчатое тело 12 передается из камеры 153 распылительного травления в камеру 154 формирования основы через третий блок 173 вноса/выноса.

[0147] Камера 154 формирования основы вакуумируется четвертым блоком 184 создания вакуума в состоянии, в котором третья задвижка 163 и четвертая задвижка 164 закрыты. Камера 154 формирования основы имеет электрод 194 формирования основы напылением и формирует основу 57 на трубчатом теле 12 с помощью электрода 194 формирования основы напылением при вращении трубчатого тела 12. Электрод 194 формирования основы напылением имеет материал мишени (не показан) из водородоаккумулирующего металла, водородоаккумулирующего сплава или протонного проводника, образующих основу 57. Передняя сторона материала мишени обращена к трубчатому телу 12. В этом примере на задней стороне материала мишени расположен магнит (не показан). При использовании электрода 194 формирования основы напылением, например, расход газообразного Ar регулируется так, чтобы установить давление Ar примерно 0,1-1 Па, и подается питание постоянного тока мощностью примерно 0,1-500 кВт/м² для того, чтобы сформировать основу 57 на трубчатом теле 12. Толщиной основы 57 можно управлять путем регулирования величины мощности постоянного тока и скорости вращения трубчатого тела 12. После формирования основы 57 открывается четвертая задвижка 164, и трубчатое тело 12 передается из камеры 154 формирования основы в камеру 155 формирования первого слоя через четвертый блок 174 вноса/выноса.

[0148] Камера 155 формирования первого слоя вакуумируется, например, до примерно 1E-5 Па пятым блоком 185 создания вакуума в состоянии, в котором четвертая задвижка 164 и пятая задвижка 165 закрыты. Камера 155 формирования первого слоя имеет электрод 195 распылительного осаждения первого слоя и формирует первый слой 59 на основе 57 с помощью электрода 195 распылительного осаждения первого слоя при вращении трубчатого тела 12. Электрод 195 распылительного осаждения первого слоя имеет материал мишени (не показан) из водородоаккумулирующего металла или водородоаккумулирующего сплава, образующих первый слой 59. Передняя сторона материала мишени обращена к основе 57. В этом примере на задней стороне материала мишени расположен магнит (не показан). При использовании электрода 195 распылительного осаждения первого слоя, например, расход газообразного Ar регулируется так, чтобы установить давление Ar примерно 0,1-1 Па, и подается питание постоянного тока мощностью примерно 0,1-500 кВт/м² для того, чтобы сформировать первый слой 59 на основе 57. Толщиной первого слоя 59 можно управлять путем регулирования величины мощности постоянного тока и скорости вращения трубчатого тела 12. После формирования первого слоя 59 открывается пятая задвижка 165, и трубчатое тело 12 передается из камеры 155 формирования первого слоя в камеру 156 формирования второго слоя через пятый блок 175 вноса/выноса.

[0149] Камера 156 формирования второго слоя вакуумируется, например, до примерно 1E-5 Па шестым блоком 186 создания вакуума в состоянии, в котором пятая задвижка 165 и шестая задвижка 166 закрыты. Камера 156 формирования второго слоя имеет электрод 196 распылительного осаждения второго слоя и формирует второй слой 60 на основе 57 с помощью электрода 196 распылительного осаждения второго слоя при вращении трубчатого тела 12. Электрод 196 распылительного осаждения второго слоя имеет материал мишени (не показан) из водородоаккумулирующего металла, водородоаккумулирующего сплава или керамики, образующих второй слой 60. Передняя сторона материала мишени обращена к основе 57. В этом примере на задней стороне материала мишени расположен магнит (не показан). При использовании электрода 196 распылительного осаждения второго слоя, например, расход газообразного Ar регулируется так, чтобы установить давление Ar примерно 0,1-1 Па, и подается питание постоянного тока мощностью примерно 0,1-500 кВт/м² для того, чтобы сформировать второй слой 60 на основе 57. Когда в качестве материала мишени для формирования второго слоя 60 используется керамика, электрод 196 распылительного осаждения второго слоя выполнен с возможностью применения радиочастоты (РЧ). В камере 156 формирования второго слоя на поверхности основы 57 формируется многослойная пленка 58 (см. ФИГ. 5), состоящая из первого слоя 59 и второго слоя 60. Таким образом, теплогенерирующий элемент 13 непосредственно формируется на наружной поверхности трубчатого тела 12. Толщиной второго слоя 60 можно управлять путем регулирования величины мощности постоянного тока и скорости вращения трубчатого тела 12. После формирования второго слоя 60 открывается шестая задвижка 166, и трубчатое тело 12 передается из камеры 156 формирования второго слоя в разгрузочную камеру 157 через шестой блок 176 вноса/выноса.

[0150] Разгрузочная камера 157 имеет блок 197 выноса для вынесения трубчатого тела 12, и шестой блок 186 создания вакуума открывается в атмосферу в состоянии, в котором блок 197 выноса и шестая задвижка 166 закрыты. Трубчатое тело 12, на котором сформирован теплогенерирующий элемент 13, может быть вынуто из разгрузочной камеры 157 в состоянии атмосферного давления посредством блока 197 выноса.

[0151] Как описано выше, в аппарате 150 для производства теплогенерирующего элемента загрузочная камера 151, камера 152 предварительного нагрева, камера 153 распылительного травления, камера 154 формирования основы, камера 155 формирования первого слоя, камера 156 формирования второго слоя и разгрузочная камера 157 отделены друг от друга первой-шестой задвижками 161-166, а значит, основа 57, первый слой 59 и второй слой 60 могут непрерывно формироваться в состоянии вакуума. Следовательно, в аппарате 150 для производства теплогенерирующего элемента теплогенерирующий элемент 13, в котором естественная оксидная пленка не формируется между первым слоем 59 и вторым слоем 60, а образуется только граница 61 раздела гетерогенных материалов, может быть сформирован непосредственно на наружной поверхности трубчатого тела 12.

[0152] На ФИГ. 22 аппарат 150 для производства теплогенерирующего элемента снабжен первым-седьмым блоками 181-187 создания вакуума, которые вакуумируют соответствующие технологические камеры, но блок создания вакуума может совместно использоваться несколькими технологическими камерами. Когда блок создания вакуума используется совместно несколькими технологическими камерами, давлением в каждой технологической камере можно управлять, регулируя расход газообразного Ar с помощью, например, дроссельного клапана.

[0153] Скорость вращения трубчатого тела 12 устанавливается в зависимости от толщины стравливаемой пленки или формируемой пленки, скорости травления или скорости формирования пленки. Когда толщина стравливаемой пленки или формируемой пленки равна X (нм), а скорость травления или скорость формирования пленки равна Y (нм/мин), желательно, чтобы скорость вращения Z (об/мин) трубчатого тела 12 удовлетворяла условию Z > 10×(Y/X). Причина этого заключается в том, что теплогенерирующий элемент 13 может обладать однородностью толщины пленки (вариацией толщины пленки) в 10% или менее. Например, когда X=10 (нм) и Y=50 (нм/мин), Z > 50 (об/мин).

[0154] ФИГ. 23 показывает теплогенерирующий блок 200, в котором трубчатые тела 12 со сформированными теплогенерирующими элементами 13 соединены друг с другом. Трубчатые тела 12 соединены друг с другом, например, сваркой. Выход теплогенерирующего блока 200 может быть изменен путем изменения числа трубчатых тел 12 со сформированными теплогенерирующими элементами 13. Поскольку теплогенерирующий блок 200 имеет зазор между теплогенерирующими элементами 13, даже когда трубчатое тело 12 термически расширяется, повреждение каждого теплогенерирующего элемента 13 предотвращается.

[0155] Аппарат 150 для производства теплогенерирующего элемента может быть уменьшен в размерах в целом за счет того, что он выполнен с возможностью вносить множество коротких трубчатых тел 12, имеющих длину, например, от примерно 50 см до 2 м. Теплогенерирующий блок 200 может быть выполнен путем соединения друг с другом коротких трубчатых тел 12 со сформированными теплогенерирующими элементами 13.

[0156] Аппарат 150 для производства теплогенерирующего элемента не ограничен тем, что производит теплогенерирующий элемент 13, имеющий конфигурацию, в которой на основе 57 сформирована многослойная пленка 58. Аппарат для производства теплогенерирующего элемента может быть аппаратом для производства теплогенерирующего элемента 133, имеющего конфигурацию, в которой на основе 57 сформирована многослойная пленка 134, или аппаратом для производства теплогенерирующего элемента 143, имеющего конфигурацию, в которой на основе 57 сформирована многослойная пленка 144.

[0157] Аппарат для производства теплогенерирующего элемента 133 включает в себя камеру 155 формирования первого слоя и камеру 156 формирования второго слоя, а также дополнительно включает в себя камеру формирования третьего слоя, имеющую электрод распылительного осаждения третьего слоя для формирования третьего слоя 135 на основе 57. Электрод распылительного осаждения третьего слоя имеет материал мишени из водородоаккумулирующего металла или водородоаккумулирующего сплава, образующих третий слой 135. В электроде распылительного осаждения третьего слоя, аналогично электроду распылительного осаждения первого слоя или электроду распылительного осаждения второго слоя, толщиной третьего слоя 135 можно управлять путем регулирования величины мощности постоянного тока и скорости вращения трубчатого тела 12.

[0158] Аппарат для производства теплогенерирующего элемента 143 включает в себя камеру 155 формирования первого слоя, камеру 156 формирования второго слоя и камеру формирования третьего слоя, а также дополнительно включает в себя камеру формирования четвертого слоя, имеющую электрод распылительного осаждения четвертого слоя для формирования четвертого слоя 145 на основе 57. Электрод распылительного осаждения четвертого слоя имеет материал мишени из водородоаккумулирующего металла или водородоаккумулирующего сплава, образующих четвертый слой 145. В электроде распылительного осаждения четвертого слоя, аналогично электроду распылительного осаждения первого слоя или электроду распылительного осаждения второго слоя, толщиной четвертого слоя 145 можно управлять путем регулирования величины мощности постоянного тока и скорости вращения трубчатого тела 12.

[0159] Толщина основы 57, составляющей теплогенерирующие элементы 13, 133, 143, конкретно не ограничена и может быть изменена подходящим образом. Теплогенерирующий элемент, имеющий форму пленки (именуемый в дальнейшем пленочным теплогенерирующим элементом), может быть сформирован путем утончения основы 57 до пленочной формы и нанесения многослойной пленки 58, 134, 144 на пленочную основу 57. Далее пленочный теплогенерирующий элемент будет описан подробно.

[0160] Как показано на ФИГ. 24, пленочный теплогенерирующий элемент 213 обернут вокруг наружной поверхности трубчатого тела 12. Хотя на ФИГ. 24 пленочный теплогенерирующий элемент 213 спирально намотан без зазоров вокруг наружной поверхности трубчатого тела 12, он может быть спирально намотан вокруг наружной поверхности трубчатого тела 12 с зазором. В дополнение к этому, пленочный теплогенерирующий элемент 213 может спирально наматываться вокруг наружной поверхности трубчатого тела 12 таким образом, что по меньшей мере часть пленочных теплогенерирующих элементов 213, смежных друг с другом в направлении центральной оси C трубчатого тела 12, перекрывается в радиальном направлении трубчатого тела 12.

[0161] Пленочный теплогенерирующий элемент 213 имеет ту же самую структуру, что и теплогенерирующий элемент 13 (см. ФИГ. 5). То есть, пленочный теплогенерирующий элемент 213 включает в себя основу 57 и многослойную пленку 58. Основа 57 и многослойная пленка 58, составляющие пленочный теплогенерирующий элемент 213, имеют пленочную форму.

[0162] Толщина основы 57 предпочтительно составляет в диапазоне 1 мкм или больше и 5000 мкм или меньше, а более предпочтительно - в диапазоне 100 мкм или больше и 600 мкм или меньше. Толщина многослойной пленки 58 предпочтительно составляет в диапазоне 0,02 мкм или больше и 10 мкм или меньше, а более предпочтительно - в диапазоне 2 мкм или больше и 6 мкм или меньше. Толщина пленочного теплогенерирующего элемента 213 предпочтительно составляет в диапазоне 1,02 мкм или больше и 5010 мкм или меньше, а более предпочтительно - в диапазоне 102 мкм или больше и 606 мкм или меньше. Толщина основы 57, толщина многослойной пленки 58 и толщина пленочного теплогенерирующего элемента 213 не ограничены вышеописанными значениями и могут быть выбраны подходящим образом так, чтобы теплогенерирующее устройство, использующее пленочный теплогенерирующий элемент 213, могло обеспечивать желаемый выход.

[0163] В этом примере пленочный теплогенерирующий элемент 213 имеет ту же самую структуру, что и теплогенерирующий элемент 13, но может иметь ту же самую структуру, что и теплогенерирующий элемент 133 (см. ФИГ. 19), то есть может иметь основу 57 и многослойную пленку 134. Кроме того, пленочный теплогенерирующий элемент 213 может иметь ту же самую структуру, что и теплогенерирующий элемент 143 (см. ФИГ. 20), то есть может иметь основу 57 и многослойную пленку 144. Многослойная пленка 134 или многослойная пленка 144, составляющие пленочный теплогенерирующий элемент 213, имеют пленочную форму.

[0164] Пленочный теплогенерирующий элемент 213 и трубчатое тело 12 соединены, например, точечной сваркой. Например, пленочный теплогенерирующий элемент 213 и трубчатое тело 12 соединяются друг с другом посредством точечной сварки пленочного теплогенерирующего элемента 213 через равные интервалы в направлении центральной оси С трубчатого тела 12 при намотке пленочного теплогенерирующего элемента 213 вокруг наружной поверхности трубчатого тела 12. Хотя участок, подлежащий точечной сварке, нагревается до высокой температуры, поскольку диаметр подлежащего точечной сварке участка составляет примерно 1 мм, а время высокотемпературного состояния составляет несколько секунд, характеристики пленочного теплогенерирующего элемента 213 существенно не ухудшаются. Следует отметить, что место, где соединяются пленочный теплогенерирующий элемент 213 и трубчатое тело 12, конкретно не ограничено.

[0165] Как описано выше, поскольку пленочный теплогенерирующий элемент 213 имеет основу 57 и многослойную пленку 58, он обладает теми же эффектами, что и теплогенерирующий элемент 13. То есть, поскольку пленочный теплогенерирующий элемент 213 вырабатывает тепло с использованием водорода, он не производит парниковых газов, таких как диоксид углерода. В дополнение к этому, водород, используемый для генерирования тепла в пленочном теплогенерирующем элементе 213, может быть произведен из воды и поэтому является недорогим. Кроме того, выработка тепла пленочным теплогенерирующим элементом 213 считается безопасной, потому что здесь нет никакой цепной реакции, в отличие от реакции ядерного деления. Следовательно, пленочный теплогенерирующий элемент 213 может использоваться в качестве недорогого, чистого и безопасного источника энергии. Кроме того, поскольку основа 57 и многослойная пленка 58 имеют пленочную форму, пленочный теплогенерирующий элемент 213 превосходно повторяет криволинейную поверхность, обладая гибкостью.

[0166] ФИГ. 25 показывает аппарат 215 для производства пленочного теплогенерирующего элемента, предназначенный для производства пленочного теплогенерирующего элемента 213 с использованием способа распыления. В этом примере аппарат 215 для производства пленочного теплогенерирующего элемента осуществляет в качестве способа распыления способ магнетронного распыления на постоянном токе. В аппарате 215 для производства пленочного теплогенерирующего элемента многослойная пленка 58 формируется на поверхности длинной пленочной основы 57 в то время, как основа 57 непрерывно транспортируется с помощью роликовой системы.

[0167] Аппарат 215 для производства пленочного теплогенерирующего элемента включает в себя размоточную камеру 217 для размотки длинной пленочной основы 57, камеру 218 формирования пленки для формирования многослойной пленки 58 на основе 57 и намоточную камеру 219 для намотки основы 57, на которой сформирована многослойная пленка 58.

[0168] В этом примере аппарат 215 для производства пленочного теплогенерирующего элемента составлен одной вакуумной камерой 220 и включает в себя первую разделительную пластину 221, которая разделяет размоточную камеру 217 и камеру 218 формирования пленки, вторую разделительную пластину 222, которая разделяет камеру 218 формирования пленки и намоточную камеру 219, и третью разделительную пластину 223, которая разделяет размоточную камеру 217 и намоточную камеру 219.

[0169] Вакуумная камера 220 имеет первый блок 224 создания вакуума для вакуумирования размоточной камеры 217 и второй блок 225 создания вакуума для вакуумирования камеры 218 формирования пленки. Первый блок 224 создания вакуума снижает давление внутри размоточной камеры 217, например, до примерно 1E-4 Па. Второй блок 225 создания вакуума снижает давление внутри камеры 218 формирования пленки до уровня ниже, чем в размоточной камере 217, например, до примерно 1E-5 Па. В качестве первого блока 224 создания вакуума и второго блока 225 создания вакуума используется, например, сухой насос, турбомолекулярный насос или т.п. После снижения давления в вакуумную камеру 220 вводится газ для распыления. Газ для распыления в этом примере представляет собой газообразный аргон (Ar), но можно использовать и другой известный газ. Давление Ar внутри вакуумной камеры 220 может регулироваться путем регулирования расхода газообразного Ar. Форма и материал вакуумной камеры 220 конкретно не ограничены, если они могут выдерживать состояние пониженного давления.

[0170] Размоточная камера 217 включает в себя размоточный ролик 226, вокруг которого намотана длинная пленочная основа 57, первый роликовый блок 227 транспортировки, который перемещает основу 57, разматываемую с размоточного ролика 226, и блок 228 нагрева, который нагревает основу 57, транспортируемую первым роликовым блоком 227 транспортировки. Размоточный ролик 226 имеет двигатель (не показан), который приводит его во вращение. Первый роликовый блок 227 транспортировки включает в себя, например, свободный ролик и измеряющий натяжение ролик.

[0171] Блок 228 нагрева удаляет влагу, адсорбированную на поверхности основы 57, нагревая основу 57 до температуры поверхности, например, 200-350°С. Блок 228 нагрева конкретно не ограничен, если он может нагревать основу 57 до желаемой температуры. Например, можно использовать способ лампового нагрева, способ инфракрасного нагрева, способ индукционного нагрева или т.п.

[0172] Камера 218 формирования пленки включает в себя ролик 229 формирования пленки для транспортировки основы 57, выносимой из размоточной камеры 217, электрод 230 распылительного травления для травления распылением поверхности основы 57, электроды 231A и 231B распылительного осаждения первого слоя для формирования первого слоя 59 на основе 57 и электроды 232A и 232B распылительного осаждения второго слоя для формирования второго слоя 60 на основе 57.

[0173] Ролик 229 формирования пленки имеет двигатель (не показан), который приводит его во вращение. Внутри ролика 229 формирования пленки циркулирует хладагент, температура которого регулируется вне вакуумной камеры 220. Следовательно, в камере 218 формирования пленки температура основы 57 контролируется постоянной (например, в диапазоне 50-300°С). Натяжение, основанное на разнице периферийных скоростей ролика 229 формирования пленки и размоточного ролика 226, измеряется измеряющим натяжение роликом первого роликового блока 227 транспортировки. Данные измерения, получаемые измеряющим натяжение роликом, подаются по обратной связи на размоточный ролик 226, и периферийная скорость размоточного ролика 226 регулируется.

[0174] Электрод 230 распылительного травления, электроды 231A, 231B распылительного осаждения первого слоя и электроды 232A, 232B распылительного осаждения второго слоя расположены в положениях, обращенных к поверхности основы 57, транспортируемой роликом 229 формирования пленки. Электрод 230 распылительного травления, электроды 231A, 231B распылительного осаждения первого слоя и электроды 232A, 232B распылительного осаждения второго слоя имеют защитную пластину на передней стороне, обращенной к поверхности основы 57.

[0175] При использовании электрода 230 распылительного травления, например, расход газообразного Ar регулируется так, чтобы установить давление Ar примерно 0,1-1 Па, и применяется радиочастота 13,56 МГц для удаления органических веществ и оксидов металлов на поверхности основы 57.

[0176] Электрод 231A распылительного осаждения первого слоя и электрод 231B распылительного осаждения первого слоя имеют одинаковую конфигурацию. Электроды 231A, 231B распылительного осаждения первого слоя имеют материал мишени (не показан) из водородоаккумулирующего металла или водородоаккумулирующего сплава, образующих первый слой 59. Передняя сторона материала мишени обращена к основе 57. В этом примере на задней стороне материала мишени расположен магнит (не показан). При использовании электродов 231A, 231B распылительного осаждения первого слоя, например, расход газообразного Ar регулируется так, чтобы установить давление Ar примерно 0,1-1 Па, и подается питание постоянного тока мощностью примерно 0,1-500 кВт/м² для того, чтобы сформировать первый слой 59 на основе 57. Толщиной первого слоя 59 можно управлять путем регулирования величины мощности постоянного тока и скорости перемещения основы 57.

[0177] Электрод 232A распылительного осаждения второго слоя и электрод 232B распылительного осаждения второго слоя имеют одинаковую конфигурацию. Электроды 232A, 232B распылительного осаждения второго слоя имеют материал мишени (не показан) из водородоаккумулирующего металла, водородоаккумулирующего сплава или керамики, образующих второй слой 60. Передняя сторона материала мишени обращена к основе 57. В этом примере на задней стороне материала мишени расположен магнит (не показан). При использовании электродов 232A, 232B распылительного осаждения второго слоя, например, расход газообразного Ar регулируется так, чтобы установить давление Ar примерно 0,1-1 Па, и подается питание постоянного тока мощностью примерно 0,1-500 кВт/м² для того, чтобы сформировать второй слой 60 на основе 57. Когда в качестве материала мишени для формирования второго слоя 60 используется керамика, электрод 232A распылительного осаждения второго слоя и электрод 232B распылительного осаждения второго слоя выполнены с возможностью применения радиочастот (РЧ). Толщиной второго слоя 60 можно управлять путем регулирования величины мощности постоянного тока и скорости перемещения основы 57.

[0178] На ФИГ. 25 направление движения основы 57 обозначено контурной стрелкой. На ФИГ. 25 электрод 231A распылительного осаждения первого слоя, электрод 231B распылительного осаждения первого слоя, электрод 232A распылительного осаждения второго слоя и электрод 232B распылительного осаждения второго слоя расположены в указанном порядке от входной стороны к выходной стороне в направлении движения основы 57. Следовательно, электрод 231A распылительного осаждения первого слоя формирует первый слой 59 на поверхности основы 57. Электрод 232A распылительного осаждения второго слоя формирует второй слой 60 на поверхности первого слоя 59, сформированного электродом 231A распылительного осаждения первого слоя. Электрод 231B распылительного осаждения первого слоя формирует первый слой 59 на поверхности второго слоя 60, сформированного электродом 232A распылительного осаждения второго слоя. Электрод 232B распылительного осаждения второго слоя формирует второй слой 60 на поверхности первого слоя 59, сформированного электродом 231B распылительного осаждения первого слоя. Таким образом, в камере 218 формирования пленки на поверхности основы 57 формируется многослойная пленка 58, состоящая из первого слоя 59 и второго слоя 60. В последующем описании электрод 231A распылительного осаждения первого слоя и электрод 231B распылительного осаждения первого слоя называются электродом 231 распылительного осаждения первого слоя, когда они не различаются друг от друга, и электрод 232A распылительного осаждения второго слоя и электрод 232B распылительного осаждения второго слоя называются электродом 232 распылительного осаждения второго слоя, когда они не различаются друг от друга. Когда предусмотрены один или более электродов 231 распылительного осаждения первого слоя и один или более электродов 232 распылительного осаждения второго слоя, получается многослойная пленка 58, имеющая соответственно один или более первых слоев 59 и один или более вторых слоев 60 и имеющая одну или более сформированных в ней границ 61 раздела гетерогенных материалов. Число первых слоев 59, число вторых слоев 60 и число границ 61 раздела гетерогенных материалов могут быть изменены путем изменения числа электродов 231 распылительного осаждения первого слоя и числа электродов 232 распылительного осаждения второго слоя.

[0179] Намоточная камера 219 включает в себя второй роликовый блок 233 транспортировки, который перемещает основу 57, выносимую из камеры 218 формования пленки, и намоточный ролик 234, который наматывает основу 57, транспортируемую вторым роликовым блоком 233 транспортировки. Материал в форме пленки, наматываемый намоточным роликом 234, является пленочным теплогенерирующим элементом 213. Второй роликовый блок 233 транспортировки включает в себя, например, свободный ролик и измеряющий натяжение ролик. Намоточный ролик 234 имеет двигатель (не показан), который приводит его во вращение. Натяжение, основанное на разнице периферийных скоростей намоточного ролика 234 и ролика 229 формирования пленки, измеряется измеряющим натяжение роликом второго роликового блока 233 транспортировки. Данные измерения, получаемые измеряющим натяжения роликом, подаются по обратной связи на намоточный ролик 234, и периферийная скорость намоточного ролика 234 регулируется. Пленочный теплогенерирующий элемент 213 получается при возврате внутреннего давления в вакуумной камере 220 к атмосферному давлению и вынимании намоточного ролика 234 из намоточной камеры 219.

[0180] Как описано выше, в аппарате 215 для производства пленочного теплогенерирующего элемента первый слой 59 и второй слой 60 могут непрерывно формироваться в вакууме на основе 57, поскольку электрод 231 распылительного осаждения первого слоя и электрод 232 распылительного осаждения второго слоя располагаются поочередно от входной стороны к выходной стороне в направлении движения длинной пленочной основы 57. Следовательно, в аппарате 215 для производства пленочного теплогенерирующего элемента можно произвести длинный пленочный теплогенерирующий элемент 213, в котором образовалась только граница 61 раздела гетерогенных материалов без образования естественной оксидной пленки между первым слоем 59 и вторым слоем 60. Длинный пленочный теплогенерирующий элемент 213 обладает гибкостью и отлично повторяет криволинейную поверхность, такую как неровная форма. Кроме того, поскольку длинный пленочный теплогенерирующий элемент 213 можно использовать, разрезав его на нужные длины, его можно применять для различных целей.

[0181] Множество теплогенерирующих элементов 213 в форме коротких пленок может быть приготовлено путем нарезки длинного пленочного теплогенерирующего элемента 213 на заданные отрезки, и множество теплогенерирующих элементов 213 в форме коротких пленок может быть расположено на наружной поверхности одного трубчатого тела 12 с интервалами между ними.

[0182] Аппарат 215 для производства пленочного теплогенерирующего элемента может выполнять непрерывную обработку, при которой нагрев блоком 228 нагрева, распылительное травление электродом 230 распылительного травления и формирование пленки электродом 231 распылительного осаждения первого слоя и электродом 232 распылительного осаждения второго слоя выполняются непрерывно, и пошаговую обработку, при которой нагрев блоком 228 нагрева, распылительное травление электродом 230 распылительного травления и формирование пленки электродом 231 распылительного осаждения первого слоя и электродом 232 распылительного осаждения второго слоя выполняются раздельно. В случае непрерывной обработки нагрев, распылительное травление и формирование пленки продолжаются до тех пор, пока не будет завершено формирование пленки на одной длинной пленочной основе 57. В случае пошаговой обработки, например, путем включения/выключения источника питания или регулировки входной мощности, время на выполнение нагрева, распылительного травления и формирования пленки может быть установлено независимо. Кроме того, время на формирование пленки может быть установлено путем открывания и закрывания заслонки, экранирующей материал мишени.

[0183] Аппарат 215 для производства пленочного теплогенерирующего элемента не ограничен тем, что производит пленочный теплогенерирующий элемент 213, имеющий конфигурацию, в которой на основе 57 сформирована многослойная пленка 58. Аппарат для производства пленочного теплогенерирующего элемента может представлять собой производственный аппарат для изготовления пленочного теплогенерирующего элемента, имеющего конфигурацию, в которой на основе 57 сформирована многослойная пленка 134 или многослойная пленка 144.

[0184] Аппарат для производства пленочного теплогенерирующего элемента, имеющего конфигурацию, в которой на основе 57 сформирована многослойная пленка 134, дополнительно включает в себя электрод распылительного осаждения третьего слоя для формирования третьего слоя 135 на основе 57, в дополнение к электроду 231 распылительного осаждения первого слоя и электроду 232 распылительного осаждения второго слоя. Электрод распылительного осаждения третьего слоя имеет материал мишени из водородоаккумулирующего металла или водородоаккумулирующего сплава, образующих третий слой 135. В электроде распылительного осаждения третьего слоя, аналогично электроду 231 распылительного осаждения первого слоя или электроду 232 распылительного осаждения второго слоя, толщиной третьего слоя 135 можно управлять путем регулирования величины мощности постоянного тока и скорости перемещения основы 57.

[0185] Аппарат для производства пленочного теплогенерирующего элемента, имеющего конфигурацию, в которой на основе 57 сформирована многослойная пленка 144, дополнительно включает в себя электрод распылительного осаждения четвертого слоя для формирования четвертого слоя 145 на основе 57, в дополнение к электроду 231 распылительного осаждения первого слоя, электроду 232 распылительного осаждения второго слоя и электроду распылительного осаждения третьего слоя. Электрод распылительного осаждения четвертого слоя имеет материал мишени из водородоаккумулирующего металла или водородоаккумулирующего сплава, образующих четвертый слой 145. В электроде распылительного осаждения четвертого слоя, аналогично электроду 231 распылительного осаждения первого слоя или электроду 232 распылительного осаждения второго слоя, толщиной четвертого слоя 145 можно управлять путем регулирования величины мощности постоянного тока и скорости перемещения основы 57.

[0186] В дополнение к основе 57 и многослойной пленке 58, пленочный теплогенерирующий элемент 243, показанный на ФИГ. 26, дополнительно включает в себя пассивационную пленку 244, предусмотренную на поверхности многослойной пленки 58 для защиты поверхности многослойной пленки 58. Пассивационная пленка 244 выполнена из проницаемого для водорода материала, такого как SiO₂ или SiN. Пассивационная пленка 244 может быть сформирована, например, способом химического осаждения из паровой фазы (CVD). Поскольку пленочный теплогенерирующий элемент 243 имеет пассивационную пленку 244, повреждение многослойной пленки 58 подавляется. Пассивационная пленка 244 может быть предусмотрена на поверхности многослойной пленки 134 или многослойной пленки 144.

СПИСОК ССЫЛОЧНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

[0187] 10, 70, 80, 90, 100, 120 - теплогенерирующее устройство

11 - герметичный сосуд;

12 - трубчатое тело

13, 133, 143 - теплогенерирующий элемент

14 - проточный канал

15 - блок циркуляции текучей среды

16 - блок управления

26 - полая часть

30 - циркуляционная линия

32, 92 - блок охлаждения

33 - блок нагрева

45 - внешняя линия текучей среды

55, 55a-55c - теплогенерирующий модуль

57 - основа

58, 134, 144 - многослойная пленка

59 - первый слой

60 - второй слой

61, 136, 146 - граница раздела гетерогенных материалов

71, 104 - паровая турбина (устройство утилизации текучей среды)

79, 89, 119, 129 - система утилизации тепла

101 - линия рекуперации тепла

135 - третий слой

145 - четвертый слой

150 - аппарат для производства теплогенерирующего элемента

213, 243 - пленочный теплогенерирующий элемент

215 - аппарат для производства пленочного теплогенерирующего элемента

Изобретение относится к теплогенерирующему устройству. Техническим результатом является недорогой, чистый и безопасный источник энергии. Технический результат достигается теплогенерирующим устройством, которое содержит полый герметичный сосуд и трубчатое тело, предусмотренное в полой части, образованной внутренней поверхностью герметичного сосуда. На наружной поверхности трубчатого тела предусмотрен теплогенерирующий элемент для генерирования тепла за счет окклюзии и выделения водорода, содержащегося в подаваемом в полую часть газе. Внутренней поверхностью трубчатого тела образован проточный канал для протекания текучей среды, которая обменивается теплом с теплогенерирующим элементом. Блок циркуляции текучей среды, имеющий циркуляционную линию, которая соединена с проточным каналом для циркуляции текучей среды между внутренней и внешней сторонами трубчатого тела. В циркуляционной линии предусмотрен блок охлаждения для охлаждения текучей среды. В циркуляционной линии предусмотрены блок нагрева для нагрева текучей среды, блок управления, управляющий снижением температуры теплогенерирующего элемента охлажденной текучей средой, а также управляющий повышением температуры теплогенерирующего элемента нагретой текучей средой. При этом теплогенерирующий элемент включает в себя основу, выполненную из водородоаккумулирующего металла, водородоаккумулирующего сплава или протонного проводника, и предусмотренную на основе многослойную пленку. Многослойная пленка имеет первый слой, выполненный из водородоаккумулирующего металла или водородоаккумулирующего сплава, и второй слой, выполненный из водородоаккумулирующего металла или водородоаккумулирующего сплава, который отличается от такового в первом слое, или из керамики. Каждый из слоев имеет толщину менее 1000 нм. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 26 ил., 1 табл.

1. Теплогенерирующее устройство, содержащее:

полый герметичный сосуд;

трубчатое тело, предусмотренное в полой части, образованной внутренней поверхностью герметичного сосуда;

теплогенерирующий элемент, предусмотренный на наружной поверхности трубчатого тела и выполненный с возможностью генерирования тепла за счет окклюзии и выделения водорода, содержащегося в подаваемом в полую часть газе на основе водорода;

проточный канал, образованный внутренней поверхностью трубчатого тела и выполненный с возможностью протекания текучей среды, которая обменивается теплом с теплогенерирующим элементом, через этот проточный канал;

блок циркуляции текучей среды, имеющий циркуляционную линию, которая соединена с проточным каналом и выполнена с возможностью циркуляции текучей среды между внутренней и внешней сторонами трубчатого тела;

блок охлаждения, который предусмотрен в циркуляционной линии и выполнен с возможностью охлаждения текучей среды;

блок нагрева, который предусмотрен в циркуляционной линии и выполнен с возможностью нагрева текучей среды; и

блок управления, который приводит в действие блок охлаждения и выполняет управление снижением температуры для уменьшения температуры теплогенерирующего элемента охлажденной текучей средой, а также приводит в действие блок нагрева и выполняет управление повышением температуры для увеличения температуры теплогенерирующего элемента нагретой текучей средой,

при этом

теплогенерирующий элемент включает в себя основу, выполненную из водородоаккумулирующего металла, водородоаккумулирующего сплава или протонного проводника, и предусмотренную на основе многослойную пленку; и

многослойная пленка имеет 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, который отличается от такового в первом слое, или из керамики, и имеющий толщину менее 1000 нм.

2. Теплогенерирующее устройство по п. 1, причем теплогенерирующее устройство включает множество трубчатых тел, каждое из которых образовано как трубчатое тело, причем каждое из упомянутого множества трубчатых тел имеет теплогенерирующий элемент,

причем

в полой части упомянутое множество трубчатых тел располагаются в шахматном порядке с равными интервалами друг от друга.

3. Теплогенерирующее устройство по п. 1 или 2, причем теплогенерирующее устройство включает множество теплогенерирующих элементов, каждый из которых образован как теплогенерирующие элементы, причем упомянутое множество теплогенерирующих элементов предусмотрено на наружной поверхности каждого трубчатого тела с интервалами друг от друга.

4. Теплогенерирующее устройство по любому из пп. 1-3, в котором блок циркуляции текучей среды дополнительно включает в себя внешнюю линию текучей среды, предусмотренную на наружной поверхности герметичного сосуда и соединенную с циркуляционной линией и выполненную с возможностью протекания части текучей среды через эту внешнюю линию текучей среды.

5. Теплогенерирующее устройство по п. 4, причем

полый герметичный сосуд имеет корпус, выполненный с трубчатой формой, входную камеру для текучей среды, предусмотренную на одном конце корпуса, и выходную камеру для текучей среды, предусмотренную на другом конце корпуса,

входная камера для текучей среды имеет впуск текучей среды, который является входом текучей среды,

выходная камера для текучей среды имеет выпуск текучей среды, который является выходом текучей среды,

циркуляционная линия соединяет впуск текучей среды и выпуск текучей среды снаружи герметичного сосуда;

внешняя линия текучей среды включает первую трубу, предусмотренную на наружной поверхности герметичного сосуда, первую кольцевую трубу, соединяющую один конец первой трубы, вторую кольцевую трубу, соединяющую другой конец первой трубы, вторую трубу, соединяющую первую кольцевую трубу и входную камеру для текучей среды, и третью трубу, соединяющую вторую кольцевую трубу и выходную камеру для текучей среды.

6. Теплогенерирующее устройство по любому из пп. 1-5, в котором первый слой выполнен из любого из Ni, Pd, Cu, Mn, Cr, Fe, Mg, Co и их сплава, а второй слой выполнен из любого из Ni, Pd, Cu, Mn, Cr, Fe, Mg, Co, их сплава и SiC.

7. Теплогенерирующее устройство по п. 6, в котором многослойная пленка в дополнение к первому слою и второму слою имеет третий слой, выполненный из водородоаккумулирующего металла, водородоаккумулирующего сплава или керамики, отличающихся от таковых в первом слое и втором слое, и имеющий толщину менее 1000 нм.

8. Теплогенерирующее устройство по п. 7, в котором третий слой выполнен из любого из CaO, Y₂O₃, TiC, LaB₆, SrO и BaO.

9. Теплогенерирующее устройство по п. 8, в котором многослойная пленка в дополнение к первому слою, второму слою и третьему слою имеет четвертый слой, выполненный из водородоаккумулирующего металла, водородоаккумулирующего сплава или керамики, отличающихся от таковых в первом слое, втором слое и третьем слое, и имеющий толщину менее 1000 нм.

10. Теплогенерирующее устройство по п. 9, в котором четвертый слой выполнен из любого из Ni, Pd, Cu, Cr, Fe, Mg, Co, их сплава, SiC, CaO, Y₂O₃, TiC, LaB₆, SrO и BaO.

11. Теплогенерирующее устройство по любому из пп. 1-10, в котором основа и многослойная пленка имеют форму пленки, и теплогенерирующий элемент намотан вокруг наружной поверхности трубчатого тела.

12. Система утилизации тепла, содержащая:

теплогенерирующее устройство по любому из пп. 1-11; и

устройство утилизации текучей среды, которое использует нагретую теплогенерирующим элементом текучую среду.