Спосіб виробництва теплової енергії

1. Спосіб виробництва теплової енергії, у якому: забезпечують камеру згоряння (1) з анодом (3) та катодом (4), які виготовлені з металу, застосовують матеріал металевого катода, придатний для забезпечення можливості здійснення процесу синтезу у решітці металу, забезпечують газову атмосферу у камері згоряння (1) з матеріалу, який містить легкі вихідні матеріали, необхідні для ядерного синтезу, створюють плазмову дугу (10) шляхом забезпечення електричної енергії між електродами (3, 4), забезпечують високочастотну зміну, бажано у межах мікросекунд, стану потенціалів, напруг та струмів, які існують у плазмі та матеріалі катода, та C2 2 (19) 1 3 ти, варити, паяти метал та піддавати його термічній обробці будь-якого типу. В принципі цей пристрій є придатним для обробки незаймистого матеріалу, включаючи нержавіючу та високолеговану сталь, алюміній, титан, цеглу, бетон, кераміку, з якістю лазерного променя. У патенті ЕР 463089 В1 описується так зване холодне плавлення, згідно з яким за допомогою електролізу атоми дейтерію вводять у матеріал решітки, який має кристалічну структуру, причому холодне плавлення може утворювати надлишкове тепло за допомогою ядерного синтезу у кристалічній структурі без руйнування матеріалу решітки. У зазначеному патенті, але у зв'язку з електролізом, описуються фізичні процеси з різними вихідними матеріалами та реакційними матеріалами. Раніше описані у зазначеному патенті процеси також піддавалися науковому аналізові, а отже, є відомими спеціалістам у даній галузі. Тим часом на основі цієї пропозиції було здійснено багато експериментів та пропозицій, але, наскільки можна визначити, жодна пропозиція до цього часу не могла бути реалізована у формі, яка була б доступною широкому користувачеві як альтернатива основним незамінним носіям енергії, таким, як газ, нафта, вугілля або уран, які застосовують у різних випадках для виробництва енергії, наприклад, для безпосереднього вироблення теплоти, електроенергії або механічної енергії. Це стосується як промислових систем, так і менших систем для домашнього використання. Таким чином, цей винахід стосується проблеми забезпечення способу, який дозволяє виробляти надлишкове тепло навіть у невеликому компактному агрегаті шляхом застосування холодного плавлення. Згідно з винаходом, ця проблема розв'язується завдяки способові за головним пунктом формули винаходу. Додаткові вигідні варіанти втілення описуються у залежних пунктах формули. Згідно з винаходом, для вироблення теплової енергії застосовують плазмову дуга (з перемиканням полярності), розташовану між катодом та анодом, причому відповідні легкі вихідні матеріали, які можуть піддаватися процесам плавлення, приводять у стан плазми шляхом подачі електричної енергії. Для цього застосовують виконаний з металу катод, який є придатним для забезпечення розсіювання частинок, утворених у плазмі та процесу плавлення у металевій решітці. Плазмову дугу, розташовану між електродами, зазвичай підтримують за допомогою електричної енергії. Плазмову дугу підтримують в атмосфері, яка складається з матеріалу, який містить вихідні матеріали, необхідні для ядерного синтезу, наприклад, атоми водню, дейтерію або тритію або їх іони, а також атоми та іони літію. Як вихідну речовину застосовують просту воду з природними ізотопами або, для збільшення ефективності, застосовують важку воду, насичену дейтерієм воду, тритій-заміщену воду та/або їх суміші з нормальною водою. Необхідний легкий вихідний матеріал може забезпечуватись у твердій, рідкій або газоподібній формі, а потім його поміщають поблизу від плазмової дуги. У газоподібній формі він може 92363 4 нагнітатися безпосередньо, у рідкій формі необхідним є проміжний етап випарювання, наприклад, безпосередньо через теплоту плазмової дуги. У плазмовій дузі ці частинки приводяться у стан плазми і, під дією відповідної сили струму понад 3А, виробляються у кількості, достатній для забезпечення відповідного (Н+, D+, T+, Li+ ... але не О+ або N+) потоку іонів у напрямку катода. Передбачається, що після проходження через катодне падіння іони ударяються об катод з певною енергією зіткнення, і що густина іонів на катоді є дуже високою. Для того, щоб надлишкове тепло могло вироблятися взагалі, катод виконують з матеріалу, який має металеву решітку, що забезпечує можливість процесу плавлення. Катод може повністю складатися з цього матеріалу або може бути лише вкритий ним. Матеріалами, які є для цього придатними, в принципі є метали Групи ІІХ та Групи IV А періодичної системи та їх сплави. Зокрема, ними є паладій, залізо, кобальт, нікель, рутеній, родій, осмій, іридій, титан, цирконій, гафній та їх сплави. Частинки, які рухаються в напрямку катода, дифундують у матеріал решітки катода, де вони впливають на описаний у літературі процес ядерного синтезу під час вироблення надлишкового тепла. Це надлишкове тепло може видалятися різними шляхами, відомими спеціалістам у даній галузі; у найпростіший спосіб це відбувається, наприклад, шляхом видалення тепла за допомогою рідкого середовища, таким чином, щоб тепло могло перетворюватися, прямо або непрямо, багатьма різними шляхами, на різні форми енергії, наприклад, електричну або механічну енергію. Паладій виявився катодним матеріалом, якому віддають особливу перевагу завдяки його високій роботі виходу електронів 5,6еВ порівняно з іншими вищепереліченими матеріалами. При належному охолодженні катода значно легше запобігати потокові електронів по плазмовій дузі, створеній теплом, яке виробляється у катоді, оскільки цей потік електронів жодним чином не сприяє процесові вироблення теплоти або навіть перешкоджає йому, бо в цьому разі потрібний потік частинок у напрямку катода для запускання ядерного синтезу в катоді не утворюється або послаблюється. Для того, щоб досягти подібного ефекту з іншими матеріалами, через низьку роботу виходу електронів вимагається значно вище охолоджувальне зусилля для уникнення або мінімізації небажаного потоку електронів від катода. Форма та об'єм катода, а також густина струму, що тече через нього, визначають кількість тепла, яке може вироблятись у металі при даному електричному потенціалі. Анод також може бути вкритий або виконаний з одного з вищезгаданих матеріалів, але для цього може бути достатнім застосування будь-якого прийнятного провідного матеріалу, такого, як платина, нікель, вуглець або мідь, який сам не реагує з компонентами процесу, з метою запобігання створенню небажаних реакцій. Бажаною є конфігурація анода, яка сприяє взаємодії плазми з катодом на великій площі. Згідно з іншим оптимальним варіантом втілення, плазма подається з імпульсами струму. Ці ім 5 пульси струму застосовують або замість, або додатково до постійного струму, і вони мають ефект короткочасного сильного збільшення струму, а отже, температури у плазмовій дузі, щоб потрібні частинки вироблялись у більшій кількості, таким чином, впливаючи на вищезгаданий потік частинок у напрямку катода настільки, щоб матеріал катода впливав на ядерний синтез, який виробляє більше теплової енергії, ніж вимагається для роботи плазмової дуги. Залежно від сили струму, з якою функціонує плазмова дуга, тривалість імпульсів може становити від мікросекунд до секунд. У разі паладію, наприклад, імпульси струму можуть мати силу струму 60А протягом короткого часу, наприклад 1мксек, з метою створення потрібної температури. Залежно від сили струму та тривалості імпульсу, може утворюватися більше іонів ізотопів водню (Н+, D+, Т+...) або інших придатних іонів (Li+), ніж є доступним на даний час для процесу плавлення; звичайно, сила струму має вибиратися таким чином, щоб матеріал катода не руйнувався. Ці імпульси струму мають потрійний ефект: по-перше, вищезгадане короткочасне нагрівання для вироблення частинок D+, T+; по-друге, запобігання надмірному нагріванню термічно повільно діючого матеріалу катода небажаним потоком електронів; по-третє, посилення процесів плавлення, оскільки вони є особливо ефективними у кристалі паладію при високих значеннях струму, швидкій зміні струму та, з цієї причини, швидкій (протягом мікросекунд) зміні потенціалу у твердому тілі та у плазмі. Згідно з іншим варіантом втілення процесу, замість постійного струму, плазмова дуга може функціонувати з достатньо високою кількістю імпульсів струму за одиницю часу. Для того, щоб це функціонування було можливим без постійно діючої напруги, частота має бути достатньо високою, щоб плазма дуги отримувала наступний імпульс вже при післясвітінні попереднього імпульсу. Згідно з оптимальним варіантом втілення, імпульси струму генеруються через подачу високої напруги, яка заряджає конденсатор і створює іскровий проміжок; в оптимальному варіанті застосовують конденсатор з достатньою ємністю для підтримання необхідної мінімальної сили струму протягом необхідної мінімальної тривалості імпульсу. Крім того, в оптимальному варіанті додаткова енергія у формі високої частоти (HF) накладається на плазмову дугу. Якщо HF вносять при іонній плазмовій частоті і, (і = Н+, D+, T+) даного ізотопу водню або інших ізотопів, придатних для плавлення, існує можливість контрольованого збільшення їх енергії для вигідного впливу на процес плавлення. Якщо вибрана частота HF діючого HF-поля є нижчою за дану іонну плазмову частоту і, можливим є утворення між плазмою та поверхнею катода межового HF-шару, який дозволяє здійснювати енергетичне іонне бомбардування паладієвої поверхні катода з іонною енергією від кількох сотень еВ до 1000еВ і робить процес плавлення інтенсивнішим. Внутрішні процеси зі зміною потенціалів, такі, як високочастотний пилкоподібний режим плазмового пальника, також є прийнятними для створення межового шару. 92363 6 Процеси плавлення стають особливо ефективними, якщо послідовність зіткнення високоенергетичних іонів ізотопу водню та швидка зміна співвідношення потенціалів (у твердому тілі, а також у плазмі) у мікросекундному діапазоні перебувають між собою у певному тимчасовому зв'язку, зокрема, у разі, коли події відбуваються майже одночасно. Згідно з ще одним варіантом втілення, катод, в оптимальному варіанті виконаний з паладію, спочатку послідовно навантажують певним ізотопом водню, а потім бомбардують іншим ізотопом, який є придатним для плавлення, спеціально для запускання конкретних реакцій, наприклад, D-D або DT. В оптимальному варіанті втілення матеріал катода охолоджують. Це може бути здійснене шляхом відповідного охолодження матеріалу, якщо він лише вкриває поверхню, або шляхом охолодження катода в цілому. Наприклад, катод може охолоджуватися вихідним матеріалом, який потім випарюється й повертається до плазми. Так само можливими є активне охолодження катода та інший спосіб введення вихідного матеріалу у плазму. Процес плавлення стає особливо ефективним, якщо катод тримати при низьких оптимальних температурах. В оптимальному варіанті умови для потоку електронів від матеріалу катода вибирають таким чином, щоб потік електронів став мінімальним. Цього досягають шляхом вибору відповідних матеріалів, в оптимальному варіанті - паладію або інших матеріалів, придатних для плавлення з максимальною роботою виходу електронів, і з належним охолодженням. Як було сказано вище, видалення надлишкової енергії може здійснюватися багатьма різними шляхами, відомими спеціалістам у даній галузі. На фігурі в принципі показано структуру зразкової системи для здійснення процесу, в якому надлишкову енергію видаляють у формі полум'я. Прийнятне для цього середовище, наприклад, водяна пара, міститься у камері згоряння 1 з анодом 3 та катодом 4, які є ізольованими один від одного ізоляцією 9. З літератури є загальновідомим, що для стабілізації плазмової дуги водяна пара повинна вводитись у камеру згоряння 1 у вихровому режимі. Анод 3 має випускну насадку 2 для полум'я, створеного плазмовою дугою 10. Конструкція випускної насадки може бути вибрана таким чином, щоб відповідати конкретному випадкові застосування (наприклад, сопло Лаваля). Електроди з'єднуються з імпульсним джерелом живлення 5, яке забезпечує необхідну енергію для плазмової дуги у стандартному режимі функціонування. Паралельно з імпульсним джерелом живлення 5 конденсатор або конденсаторна батарея 7 та високовольтне джерело живлення 8 з'єднуються через іскровий проміжок 6. Спосіб згідно з винаходом здійснювали експериментально з застосуванням пристрою серійного виробництва (Multiplaz 2500) від компанії Multiplaz AG, який пропонується як пристрій для термічної обробки, як описано вище. У цьому пристрої використовують воду, і плазмова дуга підтримується пилкоподібною напругою (пилкоподібна напруга з 7 92363 частиною постійного струму приблизно 150В з максимумом 250В, частотою приблизно 25кГц, вихідним струмом щонайбільше приблизно 8-10А). Через додаткове високовольтне джерело живлення 8, яке подає на конденсатор 7 ємністю 1мкФ напругу, створюються імпульси струму додатково до робочої напруги через контрольний іскровий проміжок 8, що в результаті забезпечує імпульс струму з належною силою струму у плазмі, наприклад, 60А, у катоді з паладієм тривалістю приблизно 1 Комп’ютерна верстка А. Крижанівський 8 2мксек. Це дозволяє створювати значно вищу вихідну потужність, ніж вимагається для генерації. Завдяки цьому способові, існує можливість вироблення тепла з меншою витратою коштів та застосування способу в усіх випадках, у яких до цього часу застосовували викопне та/або відновне та/або хімічне паливо, з метою використання теплової енергії або безпосередньо, або через перетворення на інші корисні форми енергії (механічної енергії, електричноїенергії). Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601