产生热能的方法技术

本发明专利技术涉及一种用于产生热能的方法，其中借助位于阴极（４）和阳极（３）之间的等离子弧（１０），在该等离子弧中通过输入电能使合适的能够实现聚变过程的轻质原材料进入等离子态，并且使用由金属制成的阴极，该金属适合于使在等离子体中所产生的粒子扩散并且在金属晶格中实现聚变过程。该方法在相应的设备中产生高的效率，使得可以在任何使用化石燃料和／或可再生燃料和／或化学燃料之处应用本方法，以便直接地或者通过转化来利用热能。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于，其中通过输入电能使能够实现聚变过程的轻质原材料离解、电离并且然后使该物质聚变。
技术介绍
由EP 0 919 317 A1公开了一种用于借助等离子弧来产生火焰的方法，其中通过输入电能使水蒸气离解成氢气与氧气并且然后使氢气电离，并且该方法被用于对金属进行热处理。在该方法中通过喷嘴使水蒸气进入电极室之中，并且在那里然后通过输入电能引燃等离子弧。在商业上通用的基于这种方法的设备中，通过能够以常规的电源电压工作的馈电设备向手枪形等离子燃烧器提供电能。在燃烧器管的内部，在阳极喷嘴与阴极之间引燃电弧，该电弧将位于那里的水首先转化为蒸汽状态，然后转化为等离子态。水分子在此情况下被离解并且成分被电离，并且作为等离子束在自然形成的压力下从燃烧器喷嘴射出。借助这种等离子束可以切割、焊接、焊料焊接金属并且可以进行其它热处理。 该设备原则上适合于利用激光束的质量对任何不可燃的包括高合金不锈钢、铝、钛、砖、混凝土、陶瓷在内的材料进行处理。 在EP 463 089 B1中，通过借助电解将氘原子置于具有晶体结构的晶格材料中来描述所谓的冷聚变，该晶体结构能够在这种晶体结构中通过核聚变产生过剩热，而不破坏晶格材料。在该文献中，然而结合电解描述了在各种原材料与反应材料的情况下的物理过程。那里所描述的过程在以往也有其他人进行过科学研究，因此属于本领域技术人员的标准知识。 根据该建议，同时进行了各种各样的试验和建议，但总的看来，迄今没有建议能够以如下形式来实现，即该建议作为代替可供一般情况使用，在该一般情况下迄今为止的诸如燃气、油、煤或铀之类的用于能量产生的各种应用情况的主要能量载体用于直接的发热、发电或机械驱动等等。这在大型设备的情况下以及在较小的设备的情况下都不用于家用。
技术实现思路
因此，本专利技术所基于的任务在于建议一种方法，利用该方法可以在应用冷聚变的情况下在小而紧凑的单元中也产生过剩热量。 该任务根据本专利技术通过具有独立权利要求的特征的方法加以解决。其它的有利的扩展方案可以由从属权利要求获悉。 根据本专利技术，为了产生热能，使用位于阴极和阳极之间的等离子弧(在该等离子弧的情况下可调换极性)，在该等离子弧中通过输入电能使合适的能够实现聚变过程的轻质原材料进入等离子态。为此使用由金属制成的阴极，该金属适合于使在等离子体内所产生的粒子扩散，并且能够在金属晶格中实现聚变过程。 通常借助电能来维持位于电极之间的等离子弧。在包含核聚变所需的原材料、诸如氢、氘或氚原子或者其离子以及锂原子和离子的材料组成的氛围内维持等离子弧。作为原始物质，在此可以是具有天然同位素的简单的水，或者为了提高效率，也可以是重水、氘化水、氚化水和/或与普通水的混合物。可以将所需的轻质原材料作为这样的原材料以固态、液态或气态形式提供，然后置于等离子弧的附近。以气态形式可以直接被吹入，以液态形式，则需要例如直接通过等离子弧的热量的汽化的中间步骤。在等离子弧中，这些粒子被置于等离子态，并且通过以位于3A之上的相应的电流强度驱动而以足够的量产生，以便能够朝着阴极方向实现合适的(H+，D+，T+，Li+...且非O+或N+)离子流。可以期待，离子在经历阴极电压降之后以确定的冲击能量击中阴极，并且阴极上的离子密度非常高。 为了尤其能够出现热量过剩，由具有金属晶格的材料来制造阴极，这种金属晶格能够实现聚变过程。在此，阴极可以完全由这种材料制成，或者也可以仅仅具有相应的涂层。元素周期表的IIX族和IVA族的金属及其合金基本上均为适合于此的材料。在此情况下尤其涉及钯、铁、钴、镍、钌、铑、锇、铱、钛、锆、铪及其合金。朝阴极运动的粒子扩散到阴极材料的晶格中，并且在那里引起在文献中所描述的核聚变过程，在该核聚变过程中产生过剩热量。该过剩热量可以通过专业人士常用的极大不同的方式、例如以最简单的形式通过借助液态介质运走热量来排出，以便该热量于是可以直接或间接地以各种方式被转化成其它能量形式、例如电能或机械能。 阴极材料钯已经证明是特别优选的，该阴极材料由于其与其它给定材料相比5.6eV的高的电子逸出功而特别好地适合。在对阴极进行相应冷却的情况下，可以由此更容易防止由在阴极上出现的热所产生的电子流经过等离子弧，因为该电子流无助于热量产生过程或更容易阻碍热量产生过程，因为由此不出现或阻碍用于在阴极中触发核聚变的朝阴极方向所期望的粒子流。为了使用其它材料达到类似效果，由于逸出功较小，需要明显更高的冷却花费，以便防止来自阴极的不受欢迎的电极流，或者将该电极流保持尽可能小。 阴极的形状和体积以及流过阴极的电流密度决定在给定电势下能够在金属内产生的热量。阳极同样可以敷有上述材料之一或者由这些材料制成，然而为此使用任意的合适的导电材料、例如铂、镍、碳或者铜看来足够了，该导电材料自身不与过程的组分反应，以便防止不受欢迎的反应的形成。应力求用于等离子体与阴极大面积相互作用的有利的阳极配置。 根据另一种优选的改进方案，对等离子体施加电流脉冲。该电流脉冲可以替代持续电流或者除了该持续电流之外被施加，并且引起电流以及因此等离子弧的温度的短时间的剧烈提高，使得期望的粒子以更大的量被产生并且由此引起某一规模的朝阴极方向的上述粒子流，该粒子流然后与阴极材料产生核聚变，该核聚变产生比驱动等离子弧所需的热能更多的热能。根据驱动电弧所利用的电流强度，脉冲可以在微秒至秒的范围内持续。例如在钯的情况下，为了产生所需温度，电流脉冲可以在短时间、例如1微秒内为60A的电流强度。视电流强度与脉冲持续时间而定，可产生许多氢离子同位素(H+，D+，T+，...)或者其它合适的离子(Li+)，这些离子随后可供聚变过程使用，其中当然必须选择电流强度，使得阴极材料不被破坏。利用电流脉冲产生三种作用一方面用于产生D+、T+粒子的上述的短时间的加热，另一方面阻止以不受欢迎的电子流对热惰性阴极材料过于强烈地加热，并且另外增加聚变过程，因为这些聚变过程在钯晶体中在固体和等离子体内的高电流、快速的电流变化以及由此引起的快速的(微秒范围的)电势变化的情况下是特别有效的。 根据本方法的另一改进方案，可以在每时间单位足够多的数目的电流脉冲替代持续电流的情况下驱动等离子弧。在此情况下，频率应是高的，使得电弧等离子体在前一个脉冲的余晖中已经得到下一个脉冲，以便能够在没有持续工作电压的情况下实现该驱动。 根据一种优选的改进方案，通过给电容器充电的高压电源部分和开关火花隙来产生电流脉冲，其中优选地使用电容充分高的电容器，以便在所需的脉冲最小时间上维持所需的最小脉冲强度。 此外，可以有利地将高频(HF)形式的附加的能量耦合输入叠加在等离子弧上。如果在相应的氢同位素或者其它适合于聚变的同位素的离子等离子体频率ωpi(i＝H+，D+，T+)的情况下进行高频耦合输入，则能够有目的地提高其能量，以便有利地影响聚变过程。如果选择所施加的高频场的频率ωHF，使得其低于相应的离子等离子体频率ωpi，则可以在等离子体和阴极表面之间产生高频边界层，该边界层能够以几百eV至1000eV的离子能量实现对阴极钯表面的高能离子轰击，并且加强聚变过程。固有的电势变化过程、例如等离子喷枪的固有的高频的锯齿模式同样适合于边界层的构造。 有利地通过存在于等离子体和固体本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于产生热能的方法，其中借助位于阴极和阳极之间的等离子弧，在该等离子弧中通过输入电能使合适的能够实现聚变过程的轻质原材料进入等离子态，并且使用由金属制成的阴极，该金属适合于使在等离子体中所产生的粒子扩散并且在金属晶格中实现聚变过程。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：R赖克曼，KL巴思，
申请(专利权)人：普拉提奥股份公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]