本申請要求優(yōu)先權日為2014年8月1的第61/999,582號美國專利申請的權益，該美國申請的內容通過引用結合在此。

技術領域

本公開涉及熱傳遞系統(tǒng)并且具體地涉及用于將熱量傳遞到流體的設備。

背景技術：

許多熱傳遞系統(tǒng)將熱流體用作熱傳遞介質。這種系統(tǒng)包括用于產生熱量的熱發(fā)生器、與能量源處于熱連通的熱傳遞介質以及用于將加熱介質移動到需要熱量的任何地方的泵。由于其高熱容量及其充裕性，常用的熱傳遞流體是水，無論是液相還是氣相。

常用的有多種熱發(fā)生器。例如，在核電廠中，核裂變提供用于加熱水的能量。還存在使用太陽能的太陽能水加熱器。然而，大多數(shù)熱傳遞源依賴于放熱化學反應，特別是依賴于某種燃料的燃燒。

技術實現(xiàn)要素：

一方面，本發(fā)明的特征在于一種用于加熱流體的裝置，該裝置包括：用于保持有待加熱的流體的槽；以及與該流體處于流體連通的燃料晶片，該燃料晶片包括包含反應物和催化劑的燃料混合物以及與該燃料混合物和該催化劑處于熱連通的熱源或點火源。該熱源或點火源可以是電阻器或依賴于來自燃燒(諸如天然氣的燃燒)的熱量的熱源或者依賴于感應加熱的熱源。

在一些實施例中，該燃料混合物包括鋰和氫化鋁鋰，該催化劑包括第10族元素，諸如處于粉末形式的鎳，或其任何組合。

在另外一些實施例中，處于粉末形式的催化劑已經(jīng)被處理從而增強其孔隙度。例如，該催化劑可以是已經(jīng)被處理從而增強其孔隙度的鎳粉。該裝置還可以包括電源，諸如與該熱源電通信的電壓源和/或電流源。

在其它一些實施例中，該燃料晶片包括多層結構，該多層結構具有與包含該熱源的層處于熱連通的該燃料混合物層。

在還有一些實施例中，該燃料晶片包括中央加熱嵌件和布置在在加熱嵌件的任一側上的一對燃料嵌件。

可以使用各種槽。例如，在某些實施例中，該槽包括用于在其中容納該燃料晶片的凹口。根據(jù)一些實施例所述，該槽進一步包括用于密封該凹口的門。在還有一些實施例中，該槽包括輻射屏障。

在還有一些實施例中，進一步包括與該電壓源通信的控制器。根據(jù)這些實施例，控制器被配置成能夠響應于有待加熱的流體的溫度而改變電壓。

另一方面，本發(fā)明的特征在于一種用于加熱流體的裝置，該裝置包括用于容納該流體的裝置、用于保持包含催化劑和反應物的燃料混合物的裝置以及用于激發(fā)由該催化劑起媒介作用的反應序列以便導致放熱反應的裝置。

本發(fā)明的另一方面涉及一種用于產生熱量的組合物，該組合物包括孔隙度增強的鎳粉、鋰粉和鋰鋁粉的混合物。與該混合物處于熱連通的熱源可以用于激發(fā)鎳催化的放熱反應。

仍另一方面的特征在于產生熱量。該組合物包括燃料混合物和催化劑。該催化劑包括第10族元素。

根據(jù)一些實施例，該催化劑包括鎳。根據(jù)這些實施例，鎳處于鎳粉的形式，并且鎳粉已經(jīng)被處理從而增強其孔隙度。

本發(fā)明的另一方面涉及一種加熱流體的方法，該方法包括：將鎳粉、鋰粉和氫化鋁鋰的混合物置于與該流體處于熱連通；以及加熱該混合物，由此在該混合物中激發(fā)放熱反應。

本發(fā)明的這些和其他特征將從以下詳細說明和附圖變得明顯，在附圖中：

附圖說明

圖1示出具有熱源的熱傳遞系統(tǒng)；

圖2是圖1中的熱源的剖視圖；

圖3是用于圖2的熱源的晶片的橫截面；

圖4示出在圖3中示出的晶片的中央層中的示例性電阻器；

圖5示出與常規(guī)的熔爐一起工作的圖1所示的熱源；

圖6示出與圖2中的熱源相似的串聯(lián)連接的多個熱源。

圖7示出與圖2中的熱源相似的并聯(lián)連接的多個熱源。

具體實施方式

現(xiàn)在參照圖1，熱傳遞系統(tǒng)10包括管路12，該管路用于在熱源14和熱負載16之間的閉環(huán)環(huán)路中傳送加熱流體。在大多數(shù)情況下，例如其中存在有待克服的液壓阻力的情況下，泵18推進加熱的流體。然而，在某些情況下，諸如其中加熱流體是蒸汽的情況下，流體自身的壓力即足以推進流體。典型的熱負載16包括散熱器，諸如常用于加熱內部空間的那些。

如圖2所述，熱源14是槽20，該槽具有鉛復合屏障、入口22和出口24，該入口和出口連接到管路12。槽20的內部部分包含有待加熱的流體。在許多情況下，流體是水。然而，也可以使用其他流體。另外，流體不一定必須是液體流體而是還可以是氣體，諸如空氣。

槽20進一步包括通向突出進入槽20中的容器28的門26。散熱片30從容器28的各個壁突出到槽20中。為了最大化熱傳遞，容器28和散熱片30通常由具有高熱導率的材料(諸如金屬)制成。合適的金屬是不會腐蝕的金屬，諸如不銹鋼。

容器28保持有用于產生熱量的多層晶片32。電壓源33連接到晶片32，并且控制器35用于響應于傳感器37所感測到的槽12中的流體的溫度而控制電壓源33。

如圖3所示，多層燃料晶片32包括夾在兩個燃料部分36、38之間的加熱部分34。加熱部分34的特征在于由支撐電阻器42的絕緣材料(諸如云母)制成的中央層40。應當注意的是，也可以使用其他熱源，包括依賴于例如天然氣的燃燒的熱源以及依賴于電感的熱源。使用天然氣可以避免對于具有用于激發(fā)反應的電源的需要。

圖4示出具有電阻線42已經(jīng)纏繞通過其中的孔44的示例性中央層40。這個電阻線42連接到電壓源33。第一和第二絕緣層46、48(諸如云母層)包覆中央層40以便提供其與相鄰燃料部分36、38的電絕緣。

每個燃料部分36、38的特征在于其一對導熱層50、52(諸如鋼層)。夾在每一對導熱層50、52之間的是包含燃料混合物的燃料層54，該燃料混合物具有鎳、鋰和氫化鋁鋰LiAlH4(“LAH”)，所有這些都采取粉末的形式。優(yōu)選地，鎳已經(jīng)被處理以便增強其孔隙度，例如，通過加熱鎳粉持續(xù)一段時間并且加熱到被選擇過度加熱存在于每一粒鎳粉中固有的微腔中的任何水分的溫度。所得蒸汽壓力導致產生更大的腔以及附加的更小鎳顆粒的爆炸。

所有層在所有側上被焊接在一起以便形成密封單元。晶片32的大小對于其功能來說不重要。然而，如果晶片32是約1/3英寸厚并且在每一側上是約12英寸，則其更容易處理。鋼層50、52通常是1mm厚，并且由保護性聚合物涂層覆蓋的云母層40、48約為0.1mm厚。然而，還可以使用其他厚度。

在操作中，電壓源33施加電壓以便加熱電阻器42。來自電阻器42的熱量然后通過傳導被傳遞到燃料層54，這個熱量在燃料層54此激發(fā)了反應序列，該序列反應的最后一個反應是可逆的。由鎳粉的存在催化的這些反應是：

3LiAlH₄→Li₃AlH₆+2Al+3H₂

2Li₃AlH₆→6LiH+2Al+3H₂

2LiH+2Al→2LiAl+H₂

一旦反應序列被激發(fā)，當反應序列是自持的時，可以關閉電壓源33。然而，反應速率可能不是恒定的。因此，可能令人期望的是在某些時間打開電壓源33以便重新發(fā)起反應。為了確定是否應當打開電壓源33，溫度傳感器37向控制器35提供信號，該控制器然后響應于該溫度信號確定是否施加電壓。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在已經(jīng)在接近6千瓦小時能量生成反應之后，需要施加接近1千瓦小時電能來重新發(fā)發(fā)起反應序列。

最終，晶片32的效率將降低到連續(xù)地重新發(fā)起反應序列不劃算的程度。當?shù)竭_這種程度時，晶片32可以被簡單地替換掉。通常，晶片32將在需要進行替換之前可持續(xù)接近180天連續(xù)操作。

燃料混合物中的粉末大部分由直徑在納米到微米范圍內(例如，在1納米和100微米之間)的球形顆粒組成。反應物和催化劑之比的變化會控制反應速率并且不是關鍵的。然而，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)合適的混合物將包括50％的鎳、20％的鋰和30％的LAH的初始混合物。在這個混合物中，鎳充當反應的催化劑并且自身不是反應物。盡管由于其相對富余鎳特別有用，其功能還可以由位于元素周期表第10列中的其他元素(諸如鉑或鈀)實施。

圖5至圖7示出連接圖1中的熱源14的各種方式。

在圖5中，熱源14被置于常規(guī)熔爐56的下游。在這種情況下，控制器35可選地被接入以便控制常規(guī)熔爐。結果是，常規(guī)熔爐56將保持關閉，除非熱源14的輸出溫度降低到某個閾值以下，在這一點，熔爐56將啟動。在這種配置中，常規(guī)熔爐56起到了備份單元的作用。

在圖6中，與在圖1至圖4中描述的那些相像的第一和第二熱源58、60串聯(lián)連接。這種配置提供比可以通過僅單個熱源56自身提供的輸出溫度更熱的輸出溫度。可以串聯(lián)添加附加的熱源以便進一步增加溫度。

在圖7中，與在圖1至圖4中描述的那些相像的第一和第二熱源62、64并聯(lián)連接。在這種配置中，輸出體積可以比將由單個熱傳遞單元自身提供的更大。可以并行添加附加的熱傳遞單元以便進一步增加體積。

在一個實施例中，反應物在3-6巴的壓力下和400C至600C的溫度范圍內下被置于反應室中。陽極被置于反應室的一側而陰極被置于反應室的另一側。這將陽極和陰極之間的電子加速到足以具有非常高的能量的程度，超過100KeV。可以通過調節(jié)陰極和陽極之間的電場來調節(jié)電子能量。

已經(jīng)描述了本發(fā)明及其優(yōu)選實施例，我所要求的新的并且需要保護的專利為：