RU2018132167A - Способ получения тепловой энергии, устройства для его осуществления и системы теплогенерации - Google Patents

Claims (32)

1. Способ получения тепловой энергии, заключающийся в использовании химических элементов, участвующих в экзотермической LENR реакции при взаимодействии реакционного материала состоящего из катализатора в виде порошка металлов 10 группы ПТЭ, например Никеля (NI) и топливной смеси из водородсодержащих химических соединений AL и Li Литий, например Алюмо Гидрида Лития (LiAlH4) в условиях инициализации внешним тепловым воздействием, отличающийся тем, что для получения управляемой LENR реакции используют нагреватель (1), выполненный как пористый керамический электропроводящий трубчатый элемент в порах которого размещают реакционный материал, и нагревают его внутреннюю поверхность а тепловую энергию отводят с его внешней поверхности, по противоположным торцам располагают металлические контакты (2, 3) которые подключают на вход системы управления (85) для контроля электрического сопротивления в нагревателе, для чего на них подают напряжение и измеряют величину тока, а для процесса управления производят вычисление первой и/или второй производной тока на основании чего поддерживают температуру, при которой происходит процесс LENR путем отключения подачи или подачи теплового воздействия на нагреватель (1) и реакционный материал в диапазоне - (5-10)% от температуры начала плавления катализатора для чего к выходу системы управления подключают элементы управления внешним тепловым воздействием.

2. Способ по п. 1, при котором нагреватель (1) получает тепловую энергию сжиганием углеводородного топлива, например горючего газа.

3. Способ, по п. 2, при котором нагреватель (1) получает тепловую энергию на внешнюю поверхность, а тепловую энергию отводят с его внутренней поверхности.

4. Способ по п. 1, при котором нагреватель (1) получает тепловую энергию при прохождении по нему электрического тока поданного через металлические контакты (3).

5. Способ при котором для получения дополнительной тепловой энергии и увеличения КПД используют составной пористый керамический электропроводящий элемент в порах которого размещают реакционный материал, выполненный как два электрически изолированных коаксиальных цилиндрических тела, составляющие инициализирующий нагреватель (41) и эмиссионный нагреватель (42), инициализирующий нагреватель, получает внешнюю энергию нагрева и разогревает эмиссионный нагреватель, а произведенную тепловую энергию отводят с внешней поверхности эмиссионного нагревателя (10), по их противоположным концам располагают металлические контакты общего вывода (44), вывода эмиссионного нагревателя (45), и вывод инициализирующего нагревателя (46) которые подключают на вход системы управления (85), для контроля электрического сопротивления в нагревателях на них подают напряжение и измеряют ток и для процесса управления производят вычисление первой и/или второй производной тока на основании чего определяют температуру, при которой поддерживается процесс LENR и поддерживают ее путем отключения подачи или подачи теплового воздействия на нагреватели и реакционный материал в диапазоне - (5-10)% от температуры начала плавления катализатора для чего к выходу системы управления (85) подключают элементы управления внешним тепловым воздействием.

6. Способ по п. 5, отличающийся тем, что инициализирующий нагреватель (41), получает тепловую энергию сжиганием углеводородного топлива, например горючего газа.

7. Способ по п. 5, отличающийся тем, что инициализирующий нагреватель (41) получает тепловую энергию при прохождении по нему электрического тока через металлические контакты.

8. Способ по п. 7, отличающийся тем, что инициализирующий нагреватель (41) размещают снаружи, а эмиссионный нагреватель (42) внутри, и тепловую энергию отводят от внутренней поверхности эмиссионного нагревателя.

9. Способ, по п. 5, при котором соотношение объемов цилиндрических коаксиальных тел составляющих инициализирующий нагреватель (41) и эмиссионный нагреватель (42) составляет 1:3, а при условии равенства их высот соотношение толщин стенок инициализирующего нагревателя и эмиссионного нагревателя при внутреннем подводе тепловой энергии ≤3, и ≥1/3 при внешнем подводе тепловой энергии.

10. Способ по п. 5, при котором для плавного управления выходной мощностью инициализирующий нагреватель (41) и эмиссионный нагреватель (42) разделяют на 2 и более секций, каждая из которых так же имеет металлические контакты общего вывода (44), вывода инициализирующего нагревателя (45) и вывода эмиссионного нагревателя (46).

11. Способ, при котором нагреватель (1), выполняют как пористый керамический электропроводящий трубчатый элемент изготовленный из высокотемпературной керамики содержащей смесь порошков SiC, ZrO₂, Al₂O₃ и порошка С, а реакционный материал, включающей металлический порошок катализатора, виде порошка металлов 10 группы ПТЭ, например Никеля (NI) и топливную смесь пропорционально распределяют внутри поверхности пор, в соотношении от 10 до 80% от площади пор керамики.

12. Способ, при котором пористый керамический электропроводящий трубчатый элемент (I) изготавливают из высокотемпературной керамики по п. 11, отличающийся тем, что в ее состав включают металлический порошок катализатора, в виде порошка металлов 10 группы ПТЭ, например Никеля (NI).

13. Способ по пп. 5, 10, отличающийся тем, что для ускорения запуска LENR реакции в начальный момент инициализирующий нагреватель (41) и эмиссионный нагреватель (42) или их секции получают тепловую энергию при прохождении по ним электрического тока через металлические контакты общего вывода (44), вывода инициализирующего нагревателя (45) и вывода эмиссионного нагревателя (46).

14 Устройство нагрева, содержащее нагреватель, по способу п. 2, получающий внешнюю тепловую энергию нагрева на внутреннюю поверхность (7) при сжигании углеводородного топлива, например горючего газа, помещенный в герметичный цилиндрический металлический корпус (10) из высокотемпературного металла, предпочтительно никеля, который имеет керамические изолирующие вставки (6) для вывода контактов в области фланцевого крепления и термоизолированные поверхности нагрева и отвода тепловой энергии.

15. Устройство нагрева по п. 14 проточного типа, отличающееся тем, что внутренняя поверхность (7) нагревателя образует проточную камеру, а ее торцевые выходы содержат резьбовые сгоны для подключения патрубков для подачи и отбора нагреваемой жидкости, при этом внешняя поверхность (10) получает энергию нагрева при сжигании углеводородного топлива, например горючего газа.

16. Устройство нагрева по способу п. 4, содержащее нагреватель (1), получающий внешнюю тепловую энергию нагрева при подаче электрического напряжения, с металлизированными контактами на торцах (2, 3), соединенными с электрическими проводниками из высокотемпературного металла (3, 4), помещенный в герметичный металлический корпус (10) из высокотемпературного металла, предпочтительно никеля, который имеет керамическую изолирующую вставку для вывода контактов в области фланцевого крепления (6), и поверхность для отвода тепловой энергии.

17. Устройство нагрева проточного типа по п. 16, отличающееся тем, что внутренняя поверхность нагревателя (7) образует проточную камеру, а ее торцевые выходы содержат резьбовые сгоны для подключения патрубков для подачи и отбора нагреваемой жидкости.

18. Устройство нагрева по способу п. 5, содержащее инициализирующий нагреватель (41) получающий внешнюю тепловую энергию нагрева при подаче электрического напряжения или сжигании углеводородного топлива, например горючего газа, и эмиссионный нагреватель (42), выполненные как два электрически изолированных коаксиальных цилиндрических тела, с металлизированными контактами на противоположных торцах (2, 3) соединенными с электрическими проводниками из высокотемпературного металла, например никеля или сплава никеля (Ni) и хрома (Cr) (4. 5), с одной стороны концы инициализирующего нагревателя и эмиссионного нагревателя объединены и имеют один общий вывод (46), проходящий по центру инициализирующего нагревателя, помещенный в цилиндрический металлический корпус (10) из высокотемпературного металла, предпочтительно никеля, который имеет керамические изолирующие вставки (6) для вывода контактов в области фланцевого крепления и поверхности нагрева и отвода тепловой энергии (7 или 10 в зависимости от варианта исполнения устройства нагрева).

19. Устройство нагрева п. 8, содержащее инициализирующий нагреватель (41) получающий внешнюю электрическую энергию нагрева и эмиссионный нагреватель (42), выполненные как два электрически изолированных коаксиальных цилиндрических тела, с металлизированными контактами (2, 3) на противоположных торцах соединенными с электрическими проводниками из высокотемпературного металла (44, 45), например никеля или сплава никеля и хрома с одной стороны концы инициализирующего нагревателя и эмиссионного нагревателя объединены и имеют один общий вывод (46), помещенный в герметичный металлический корпус (10) для отвода тепловой энергии из высокотемпературного металла, предпочтительно никеля, который имеет керамическую изолирующие вставки (6) для вывода контактов в области фланцевого крепления.

20. Устройство нагрева по п. 19, содержащее инициализирующий нагреватель (41) который разделяют на 2, 3 или 4 секции, каждая из которых так же имеет металлические контакты, которые подключают к системе управления (85), получающий внешнюю тепловую энергию нагрева и эмиссионный нагреватель (42), который разделяют на 2, 3 или 4 секции, каждая из которых так же имеет металлические контакты, которые подключают к системе управления, выполненные как два электрически изолированных коаксиальных цилиндрических тела, с металлизированными контактами на противоположных торцах соединенными с электрическими проводниками образующими выводы инициализирующего нагревателя (45) и эмиссионного нагревателя (46) из высокотемпературного металла, например никеля (Ni) или сплава никеля (Ni) и хрома (Cr) с одной стороны концы инициализирующего нагревателя и эмиссионного нагревателя объединены и имеют общий контакт (44), помещенное в герметичный металлический корпус (10) для отвода тепловой энергии из высокотемпературного металла, предпочтительно никеля, который имеет керамическую изолирующие вставки (6) для вывода контактов в области фланцевого крепления (11).

21. Устройство нагрева по п. 20, отличающееся тем, что инициализирующий нагреватель (41) получает внешнюю тепловую энергию нагрева при сжигании углеводородного топлива, например горючего газа с помощью 4 горелок, а внутренняя поверхность эмиссионного нагревателя (7) образует проточную камеру, а ее торцевые выходы содержат резьбовые сгоны для подключения патрубков для подачи и отбора нагреваемой жидкости.

22 Устройство нагрева по п. 20, отличающееся тем, что секции инициализирующего нагревателя (41) получают внешнюю тепловую энергию нагрева при подаче электрического напряжения, а внутренняя поверхность (7) эмиссионного нагревателя (42) образует проточную камеру.

23. Устройство нагрева по пп. 16, 19, 20, отличающееся тем, что металлический корпус (10) покрыт пористым керамическим материалом (14), и имеет резьбовую поверхность (15) для монтажа.

24 Конвекционный трубчатый электронагреватель, выполненный как 2 лепестковый нагревательной элемент (50), имеющий вертикальную теплопроводную панель 64 с закрепленным на ней 2 лепестковым радиатором (56) с развитой поверхностью с углом между лепестками 95°-110°, отличающийся тем, что трубчатый элемент (55) установлен на теплопроводной панели (54) под углом от 15° - до 25° а устройство нагрева, реализованное по п. 23, корпус которого покрыт пористым керамическим материалом (14), герметично монтируется на резьбовое соединение (15), в нижнем торце упомянутого трубчатого элемента (55), другой конец которого герметично закрыт, внутри трубчатого элемента (55) залита рабочая жидкость с температурой кипения от 95°С до 115°С, в уровне, закрывающем поверхность устройства нагрева.

25 Конвекционный трубчатый электронагреватель по п. 24, выполненный как 4-лепестковый нагревательный элемент (53), отличающийся тем, что он имеет 4-лепестковый радиатор (56) с развитой поверхностью, закрепленный на трубчатом элементе (55) с углами наклона между лепестками 95°-110°.

26. Нагревательная система накопительного типа для нагрева жидкости, имеющая теплоизоляционный бак (87) наполненный жидкостью, патрубки для подачи (81) и отбора (84) жидкости, горелку (21) с отсечным газовым клапаном (86), подключенным к источнику газообразного топлива, а также устройство нагрева (80) закрепленное на фланце (12), реализованное по п. 18 помещенное внутрь цилиндрического теплообменного устройства имеющего радиатор (88) для теплообмена в виде радиальных пластин внутри контейнера (89) приемник и канал отвода продуктов сгорания топлива (91), систему управления (85), к которой подключены упомянутое устройство нагрева (80), датчик температуры жидкости (t₂°C) установленный в на радиаторе в накопительной полости, датчик температуры на входе (t₁°C) и датчик температуры на выходе (t₃°С), Блок управления подачей газообразного топлива (90), управляющий горелками (21) и отсечным клапаном (86), отключающий подачу газообразного топлива при превышении значений нормальной работы или превышении температуры жидкости свыше 95°C и блок задачи и индикации температуры (70), которым устанавливают требуемые значения температуры нагрева жидкости.

27. Нагревательная система проточного типа для нагрева жидкости, имеющая корпус (89), источник газообразного топлива с отсечным газовым клапаном (86), камеру сгорания и приемник продуктов сгорания (91) для отвода продуктов горения, устройство нагрева (80) закрепленное на фланце (12), реализованное по п. 21, к резьбовым сгонам внутренней поверхности (7) которого подключены патрубки для подачи и отбора нагреваемой жидкости, а также 4 газовые совмещенные трех сопловые горелки (21) размещенные снаружи устройства нагрева, систему управления (85) к которой подключены 4 Блока управления подачей газа к горелкам (90) на 4 канала подачи газообразного топлива, управляющие горелками (21), датчики температуры жидкости, (t₁°C) установленный на входном (81) патрубке и (t₃°C), на выходном патрубке (84), датчик температуры на корпусе устройства нагрева (t₂°C) и отсечной клапан (86), отключающий подачу газообразного топлива при превышении значений нормальной работы или превышении температуры жидкости свыше 95°С, а также подающий насос (82), регулирующий скорость подачи нагретой жидкости, измеритель потока воды (83) и блок задачи и индикации температуры (70), которым устанавливают требуемые значения температуры нагрева жидкости.

28. Нагревательная система накопительного типа для нагрева жидкости, с возможностью плавного регулирования мощности нагрева, с теплоизоляционным баком (87), наполненный жидкостью, патрубки для подачи (81) и отбора жидкости (84), устройство нагрева (80) закрепленное на фланце (12), реализованное по пп. 16, 19, 20, и помещенное внутрь цилиндрического теплообменного устройства (88) имеющего радиальные пластины внутри контейнера, систему управления (85), к которой подключены устройство нагрева (80), датчики температуры жидкости, установленный входном (t₁°C) и на выходном (t₃°C) патрубке и датчик температуры вблизи корпуса устройства нагрева (t₂°C), по сигналу с которых происходит отключение подачи электрической энергии на устройство нагрева (80) при превышении значений нормальной работы или температуры жидкости свыше 95°С и блок задачи и индикации температуры (70), которым устанавливают требуемые значения температуры нагрева жидкости.

29. Нагревательная система проточного типа для нагрева жидкости, имеющая устройство нагрева (80) закрепленное на фланце (12), реализованное по пп. 17, 21, 22 к резьбовым сгонам внутренней поверхности (7) которого подключены патрубки для подачи (81) и отбора (84) нагреваемой жидкости, теплоизолирующий контур (92) по внешней поверхности устройства нагрева (80) и систему управления (85) к которой подключены устройство нагрева (80), датчик измерения максимальной температуры на поверхности устройства нагрева (t₂°C), датчики температуры жидкости, установленные на входном (t₁°C) и выходном (t₃°С) патрубках по сигналу с которых происходит отключение подачи электрической энергии, при превышении значений нормальной работы или при превышении температуры жидкости свыше 95°С, а также подающий насос (82), регулирующий скорость подачи нагретой жидкости, измеритель скорости потока жидкости (83) и блок задачи и индикации температуры (70), которым устанавливают требуемые значения температуры нагрева жидкости.

30. Конвекционный радиатор, состоящий из корпуса образованного лицевой панелью (61) задней панелью радиатора (69), внутри которого на кронштейнах (66) закреплен к трубчатый 2 лепестковый нагревательный элемент (50) выполненный по п. 24, воздушный нагнетатель с электрическим двигателем (67), выходным верхним (65) и входным нижним (68) дефлекторами и система управления (85) к которой подключено устройство нагрева выполненное по п. 23 и датчики температуры, которые установлены на радиаторной пластине (72), отключающий подачу электроэнергии при превышении температуры на ее поверхности свыше 75°С - 95°С, датчик температуры на наружной поверхности конвекционного радиатора (73) для измерения внешней температуры и датчик температуры установленный в зоне крепления Устройства нагрева (74), блок задачи и индикации температуры (70), которым устанавливают требуемые значения температуры, а также электрический воздушный нагнетатель (67), регулирующий скорость подачи воздушного потока на поверхность конвекционного радиатора.

31. Конвекционный радиатор по п. 30, отличающийся тем, что внутри его закреплен 4 лепестковый трубчатый нагревательный элемент (53) выполненным по п. 25 имеющий систему управления (85), к которой подключено устройство нагрева выполненное по п. 23 и датчики температуры, которые установлены на радиаторной пластине (72), отключающий подачу электроэнергии при превышении температуры на ее поверхности свыше 75°С - 95°С, датчик температуры на наружной поверхности конвекционного радиатора (73) для измерения внешней температуры и датчик температуры установленный в зоне крепления Устройства нагрева (74), блок задачи и индикации температуры (70), которым устанавливают требуемые значения температуры.

32. Система управления (85) на базе микрокомпьютера (101) в качестве основного устройства управления и со специализированным программным обеспечением, реализованная для работы в соответствии со способами и устройствами по п.п. 1-31, в составе с Нагревательными системами накопительного или проточного типа для нагрева жидкости, или конвекционными радиаторами, с вариантами устройств нагрева использующими энергию от источника углеводородного топлива или электрическую и имеющая терминальные группы контактов для подключения от 1 до 8 контактов от нагревателя или секций инициализирующего нагревателя (41) и эмиссионного нагревателя (42) к измерительному блоку (104) состоящему из 8 резисторов для измерения сопротивления секций нагревателей, которые подключены к 8 канальному ШИМ регулятору электрической мощности (110), который в свою очередь подключен к источнику питания (125) системы управления и микрокомпьютеру, упомянутые 8 сегментов устройства нагрева также имеют общий контакт (44), в свою очередь, электрическое напряжение, полученное на измерительных резисторах подается на вход 8 канального аналогового мультиплексора (108) подключенного к микрокомпьютеру (101), с выхода которого измеренные величины напряжений последовательно поступают на вход АЦП (109), выход которого подключен так же к входу микрокомпьютера (101), так же имеются терминальные группы контактов (115) для подключения до 4 температурных датчиков для определения температуры устройств нагрева, жидкости и воздушных потоков, упомянутые датчики подключены к АЦП (116), данные с которого поступают так же на вход микрокомпьютера (101), датчика расхода потока жидкости (111), подключенного на вход преобразователя сигналов (113) и далее на вход микрокомпьютера (101), и терминальные группы контактов для управления отсечными клапанами (120) и мощностью газовых горелок (119), подключенные к выходу микрокомпьютера (101) через 4 канальный ЦАП (118) и блок управления работой газовых горелок (117), и 4 группы релейных контактов для управления насосами (123), вентиляторами и/или другими аналогичными устройствами необходимыми при эксплуатации нагревательной системы, а также система имеет подключенные к микрокомпьютеру (101) такие устройства, как блок задачи и индикации температуры (70), которым устанавливают требуемые значения температуры поверхности нагрева контролируемых устройств, нагрева жидкости или окружающего воздушного объема, источник питания для микрокомпьютера (125) и остальных устройств системы управления, кроме того система управления (85) имеет, стандартные интерфейсы (126) для подключения внешних устройств, программирования, контроля и отображения информации.