RS56749B1 - Grejač za tečnost - Google Patents

Description

Opis

UPUĆIVANJE NA SRODNE PRIJAVE

[0001] Ova prijava traži priznanje prvenstva od 1. avgusta 2014. kao datumom prioriteta za američku prijavu U.S.61/999, 582.

OBLAST PRONALASKA

[0002] Ovaj opis se odnosi na sisteme za prenos toplote, i posebno na uređaje za prenos toplote u tečnost.

STANJE TEHNIKE

[0003] Brojni sistemi za prenos toplote koriste vruće fluide kao medijum za prenos toplote. Takvi sistemi obuhvataju generator toplote za generisanje toplote, medijum za prenos toplote u toplotnoj komunikaciji sa izvorom energije, i pumpu za pokretanje zagrejanog medijuma do gde god da je toplota potrebna. Zbog svog visokog kapaciteta i njegovog obilja, uobičajeni fluid za prenos toplote je voda, i u tečnoj i u gasovitoj fazi.

[0004] Raznovrsni generatori toplote su u uobičajenoj upotrebi. Na primer, za nuklearne elektrane, nuklearna fuzija obezbeđuje energiju za grejanje vode. Takođe postoje solarni grejači za vodu koji koriste solarnu energiju. Takođe su poznati u ovoj oblasti samostojeći izvori toplote za grejanje hrane i pića pri čemu se energetski nanolaminat električnim putem pokreće preko rezistivne toplote, videti na primer US 2008/0131316 A1. Međutim, većina izvora prenosa toplote se oslanja na eksotermičku hemijsku reakciju, i posebno, na sagorevanje nekog goriva.

REZIME

[0005] U jednom varijantnom rešenju, ovaj pronalazak karakteriše aparat za grejanje tečnosti, aparat uključujući i rezervoar za tečnost koju treba zagrejati, i vafel strukturu za tečnost u povezanoj komunikaciji sa tečnošću, ta vafel struktura za gorivo obuhvata mešavinu goriva uključujući reagense i katalizator, i izvor toplote u toplotnoj komunikaciji sa mešavinom goriva i katalizatorom. Izvor toplote je električni otpornik. Prema ovom pronalasku, mešavina goriva obuhvata litijum i litijum aluminijum hidrid, one u kojima katalizator obuhvata element grupe 10, kao što je nikl u obliku praha, ili bilo koju njihovu kombinaciju.

[0006] Kod drugih izvođenja, katalizator je u obliku praha, tetiran je da bi se pospešila njegova poroznost. Na primer, taj katalizator može biti nikl prah koji je tetiran da bi se poboljšala poroznost. Aparat može takođe da obuhvati izvor električne energije, kao što je izvor napona i/ili izvor električne struje u električnoj komunikaciji sa izvorom toplote.

[0007] Među drugim izvođenjima su ona kod kojih vafel struktura za gorivo obuhvata višeslojnu konstrukciju koja ima sloj mešavine goriva u termičkoj komunikaciji sa slojem koji sadrži izvor toplote.

[0008] U još jednom od izvođenja, vafel struktura za gorivo obuhvata centralni umetak grejača i par umetaka za gorivo postavljenih na bilo kojoj strani umetka grejača.

[0009] Moguće je koristiti raznovrsne rezervoare. Na primer, kod nekih izvođenja, rezervoar obuhvata udubljenje za prijem vafel strukture za gorivo. Među ovim izvođenjima u kojima rezervoar još obuhvata vrata za zaptivanje udubljenja. U nekim drugim izvođenjima rezervoar obuhvata štitnik od zračenja. Prema ovom pronalasku, aparat još obuhvata kontroler u vezi sa izvorom napona. Među ovim kontrolerima koji su konfigurisani da menjaju napon kao odgovor na temperaturu tečnosti koju treba zagrejati.

[0010] Ove i druge karakteristike pronalaska će biti očigledne iz sledećeg detaljnog opisa i pratećih slika, na kojima:

KRATAK OPIS SLIKA

[0011]

SL.1 pokazuje sistem za prenos toplote koji ima izvor toplote;

SL.2 je prikaz preseka izvora toplote na SL.1;

SL.3 je poprečni presek vafel strukture za upotrebu u izvoru toplote na SL.2;

SL. 4 prikazuje primer otpornika u centralnom sloju vafel strukture prikazanom na SL. 3. SL. 5 pokazuje izvor toplote na SL.1 u radu sa uobičajenom peći.

SL.6 pokazuje više izvora toplote slično SL.2 priključenih redno.

SL.7 pokazuje više izvora toplote slično SL.2 priključenih paralelno.

DETALJAN OPIS

[0012] Sa pozivom na SL. 1, sistem 10 za prenos toplote obuhvata cev 12 za prenos zagrejane tečnosti u zatvorenom kolu između izvora 14 toplote i toplotno opterećenja 16. U većini slučajeva. na primer gde je hidraulički otpor koji treba prevazići, pumpa 18 pospešuje zagrejanu tečnost. Međutim, u nekim slučajevima, kao gde je zagrejana tečnost strujni tok, sopstveni pritisak fluida je dovoljan da se pogoni taj fluid. Uobičajeno toplotno opterećenje 16 obhvata radijatore kao što su oni koji se uobičajeno koriste za zagravanje unutrašnjih prostora.

[0013] Kao što je prikazano na SL. 2, izvor 14 toplote je rezervoar 20 ima kopozitni štitnik od olova, ulazni otvor 22 i izlazni otvor 24, oba su priključena na cev 12. Unutrašnjost rezervoara 20 sadrži tečnost koju treba zagrejati. U većini slučajeva, tečnost je voda. Međutim, moguće je koristiti i druge tečnosti. Pored toga, tečnost ne treba da bude tečni fluid već može da bude i gas, kao što je vazduh.

[0014] Rezervoar 20 još obuhvata vrata 26 koja vode do spremišta 28 koja u vidu ispupčenja ulaze u rezervoar 20. Rebra 30 koja zrače toplotu izlaze, kao ispupčenja, iz zidova spremišta 28 u rezervoar 20.

Da bi se maksimizovao transfer toplote, spremište 28 i rebra 30 se obično prave od materijala koji ima visoku toplotnu provodljivost, kao što je metal. Pogodan metal je onaj koji ne podleže koroziji, kao što je nerđajući čelik.

[0015] Spremište 28 drži višeslojnu vafel strukturu 32 za proizvodnju toplote. Izvor 33 napona je priključen na vafel strukturu 32, i kontroler 35 za kontrolisanje izvora 33 toplote kao odgovor na termperaturu fluida u rezervoaru 20 kako je registrovao senzor 37.

[0016] Kao što je prikazano na SL. 3, višeslojna vafel struktura 32 za gorivo obuhvata sekciju 34 grejača koji je smešten u sendviču između dve sekcije 36, 38 za gorivo. Sekcija 34 grejača kao glavnu karakteristiku ima centralni sloj 40 napravljen od izolacionog materijala, kao što je mikašistit, koji nosi otpornik 42. Treba napomenuti da je moguće koristiti druge izvore grejanja, uključujući izvore toplote koji se oslanjaju na sagorevanje, na primer, prirodnog gasa, kao i izvore toplote koji se oslanjaju na električnu indukciju. Upotreba gasa tako izbegava potrebu da postoji izvor električne energije za pokretanje reakcije.

[0017] SL. 4 pokazuje primer centralnog sloja 40 koji ima rupe 44 kroz koje je namotan žičani otpornik 42 . Ovaj žičani otpornik 42 je priključen na izvor 33 napona. Prvi i drugi izolacioni slojevi 46, 48, kao što su mikašistitni slojevi, oblažu centralni sloj 40 da se obezbedi električna izolacija iz susednih sekcija 36, 38 za gorivo.

[0018] Svaka sekcija 36, 38 za gorivo se odlikuje parom termički provodnih slojeva 50, 52, kao što su slojevi čelika. Smešteni u sendviču između svakog para provodnih slojeva 50, 52 je sloj 54 za gorivo koji sadrži mešavinu goriva koja ima nikl, litijum, i litijum aluminijum hidrid LiAlH4("LAH"), svi u obliku praha. Preporučljivo, nikl se tretira da se poveća njegova poroznost, na primer zagrevanjem nikl praha povremeno i na temperaturama izabranim da se zagreje bilo kakva voda prisutna u mikro šupljinama koje su prirodno u svakom delu nikl praha. Pritisak pare koji se dobija kao rezultat prouzrokuje eksplozije koje stvaraju veće šupljine, kao i dodatne manje čestice nikla.

[0019] Ceo komplet slojeva je zavaren na svim stranama čime se formira zaptivena jedinica. Veličina favel strukture 32 nije važna za njenu funkciju. Međutim, vafel struktura 32 je lakša za rukovanje ako je u opsegu debljine od 0,85 cm (1/3 inč) i 30,5 cm (12 inča) na svakoj strani. Čelični slojevi 50, 52 su obično 1 mm debljine, i mikašistitni slojevi 40, 48, koji su pokriveni zaštitnom polimernom oblogom, su oko 0,1 mm debljine. Međutim, druge debljine je takođe moguće je koristiti.

[0020] U radu, napon se primenjuje putem izvora 33 napona da se zagreje otpornik 42. Toplota iz otpornika 42 se zatim prenese do slojeva 54 goriva, gde pokreće niz reakcija, poslednja od tih reakcija je reverzibilna. Ove reakcije, koje se katalizuju prisustvom nikl praha, su:

3LiAlH4→ Li3AlH6+ 2Al 3H2

2Li3AlH6→ 6LiH 2Al 3H2

2LiH 2Al → 2LiAl H2

[0021] Kada se pokrene sekvenca reakcije, izvor 33 napona može da se isključi, jer je redosled reakcije samoodrživ. Međutim, brzina reakcije ne mora da bude konstantna. Otuda, može biti poželjno uključiti izvor 33 napona povremeno da se osnaži reakcija. Da bi se odredilo da li treba uključiti izvor 33 napona, senzor temperature 37 obezbeđuje signal do kontrolera 35, koja zatim određuje da li treba primeniti napon kao odgovor na signal temperature. Utvrđeno je da je, pošto ta reakcija proizvede približno 6 kilovat sati energije, poželjno primeniti približno 1 kilovat sat električne energije da se osnaži sekvenca reakcije.

[0022] Najzad, efikasnost vafel strukture 32 će se smanjiti do tačke gde je neekonomično neprestano pospešivanje sekvence reakcije. U ovoj fazi, vafel strukturu 32 je moguće zameniti jednostavno. Obično, vafel struktura 32 će izdržati približno 180 dana neprekidnog rada pre nego što zamena postane poželjna.

[0023] Prah u mešavini goriva obuhvata uglavnom sferne čestice koje imaju prečnike u opsegu od nanometra do mikometra, na primer između 1 nanometra i 100 mikrometra. Varijacije u odnosu reaktanata i katalizatora nastoje da regulišu brzinu reakcije i nisu ključne. Međutim, utvrđeno je da bi pogodna mešavina obuhvatila početnu mešavinu od 50% nikla, 20% litijuma, i 30% LAH. U okviru ove mešavine, nikl deluje kao katalizator za ovu reakciju, i nije sam reagens. Iako je nikl posebno koristan zbog svog relativnog obilja, njegova funkcija je takođe izvodljiva pomoću drugih elemenata u koloni tabele periodnog sistema, kao što je platina ili paladijum.

[0024] SL.5-7 pokazuje raznovrsne načine da se priključi izvor 14 toplote na SL.1.

[0025] SL. 5, izvor 14 toplote je postavljen nizvodno od uobičajene peći 56. U ovom slučaju, kontroler 35 je opciono priključen na uobičajenu peć. Kao rezultat, uobičajena peć 56 će ostati isključena osim ako izlazna temperatura izvora 14 toplote ne padne ispod nekog praga vrednosti, u toj tački će se peć 56 pokrenuti. U ovoj konfiguraciji, uobičajena peć 56 funkcionjiše kao jedinica za pojačanje.

[0026] Na SL. 6, prvi izvor i drugi izvor 58, 60 toplote kao oni koji su opisani na SL. 1-4 su povezani redno. Ova konfiguracija omogućava topliju izlaznu temperaturu koja može da se obezbedi sa samo jednim izvorom 58 toplote. Dodatne izvore toplote je moguće dodati redno da bi se dalje povećala temperatura.

[0027] SL. 7, prvi izvor i drugi izvor 62, 64 toplote kao oni koji su opisani na SL. 1-4 su povezani paralelno. U ovoj konfiguraciji, izlazni kapacitet može biti veći od onog koji je moguće dobiti od samo jedne jedinice za prenos toplote. Dodatne jedinice za prenos toplote moguće je dodati paralelno daljem povećanju kapaciteta.

[0028] U jednom izvođenju, ovi reagensi se postavljaju u komoru reakcije na pritisak od 3-6 bar i temperaturu od 400 C do 600 C. Anoda se postavlja na jednu stranu reaktora i katoda se postavlja na drugu stranu reaktora. Ovo ubrzava elektrone između njih do nivoa dovoljnog da se dobije veoma visoka energija, preko 100 KeV. Regulaciju energije elektrona moguće je izvesti regulisanjem električnog polja između katode i anode.

[0029] Posle opisa ovog pronalaska, i njegovog preporučenog izvođenja, trazim da se prizna kao novost i da zastiti patentom:

Claims (10)

Patentni zahtevi

1. Apart za zagrevanje tečnosti, pomenuti aparat obuhvata rezervoar (20) za držanje fluida koji treba zagrejati i vafel strukturu (32) za gorivo u razmeni sa pomenutim fluidom, pomenuta vafel struktura (32) za gorivo obuhvata mešavinu goriva koja obuhvata reagense i katalizator, i izvor (14) toplote u toplotnoj razmeni sa pomenutom mešavinom goriva i pomenutim katalizatorom, pri čemu izvor (14) toplote obuhvata električni otpornik (42), pri čemu je pomenuti rezervoar (20) konfigurisan za držanje fluida koji treba zagrejati, pri čemu je pomenuta vafel struktura (32) za gorivo konfigurisana da bude u toplotnoj razmeni sa pomenutim fluidom, pri čemu je pomenuti otpornik (42) konfigurisan da bude spojen na izvor (33) napona, pri čemu pomenuti aparat još obuhvata kontroler (35) u vezi sa pomenutim izvorom (33) napona, i senzor (37) temperature, pri čemu pomenuta mešavina goriva obuhvata litijum, i litijum aluminijum hidrid, pri čemu pomenuti katalizator obuhvata element grupe 10, pri čemu je pomenuti kontroler (35) konfigurisan da nadgleda temperaturu iz pomenutog senzora (37) temperature, i, zasnovan je barem delimično na pomenutoj temperaturi, da se osnaži reakcija u pomenutoj mešavini goriva, pri čemu osnaženje pomenute reakcije obuhvata menjanje napona pomenutog izvora (33) napona.

2. Aparat iz patentnog zahteva 1, pri čemu pomenuti katalizator obuhvata nikl prah.

3. Aparat iz patentnog zahteva 2, pri čemu se pomenuti nikl prah tretira da se pojača njegova poroznost.

4. Aparat iz patentnog zahteva 1, pri čemu pomenuta vafel struktura (32) za gorivo obuhvata višeslojnu strukturu koja ima sloj pomenute mešavine za gorivo u toplotnoj razmeni sa slojem koji sadrži pomenuti električni otpornik (42).

5. Aparat iz patentnog zahteva 1, pri čemu pomenuta vafel struktura (32) za gorivo obuhvata centralni element grejača i par umetaka za gorivo postavljenih na bilo kojoj strani pomenutog umetka grejača.

6. Aparat iz patentnog zahteva 1, pri čemu pomenuti rezervoar (20) obuhvata udubljenje za prijem pomenute vafel strukture (32) za gorivo.

7. Aparat iz patentnog zahteva 6, pri čemu pomenuti rezervoar (20) još obuhvata vrata (26) za zaptivanje pomenutog udubljenja.

8. Aparat iz patentnog zahteva 1, pri čemu pomenuti rezervoar (20) obuhvata štitnik od zračenja.

9. Aparat iz patentnog zahteva 1, pri čemu pomenuta reakcija u pomenutoj mešavini za gorivo jeste barem delimično reverzibilna.

10. Aparat iz patentnog zahteva 9, pri čemu pomenuta reakcija obuhvata dovođenje u reakciju litijum hidrida sa aluminijumom da bi se dobio gas vodonik.