CN103155384A - 陶瓷元件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种加热元件,其可以包括掺杂各种元素的陶瓷材料。该加热元件可以通过迫使燃料流过陶瓷材料而被加热，其中燃料与掺杂物相互作用。该相互作用可以产生热量形式的能量。本材料的发明方面包括装置和方法，该装置和方法用于为热量释放速度的增加而提供的能量、物理特征调节、针对热量释放的数量和效率的材料和材料形态的优化和提供燃料添加和维护。

Description

陶瓷元件

本申请要求2010年8月31日提交的序列号为12/872750的美国专利申请的优先权权益。该申请以及本文讨论的所有其他非本征材料全部被合并于此，以供参考。其中如果在合并参考文献中术语的定义或使用与本文提供的术语定义不一致或相反，则适用本文提供的术语定义，而不适用在参考文献中的术语定义。

技术领域

本发明涉及加热技术的领域。

背景技术

历史上，热量的产生直接或间接通过化学燃料的燃烧或氧化、通过摩擦、通过可替换能源例如太阳能或风力的转换或通过核能特别是裂变来实现。虽然每种具有一定的优势，但是这些技术消耗稀少的或日益稀缺的燃料或使用可再生但是不可靠的源。经由裂变的核能具有核废料的缺陷。我们所需要的是使用本质上无限量连续可用的燃料的热源。

因此，存在对提供能够产生能量输出的元件的方法、系统和构造的重要需求。

发明内容

本发明主题提供通过迫使燃料与对该燃料可渗透的材料内的掺杂物相互作用而可以产生热量的装置、系统和方法。本发明主题的一个方面包括热量生成装置，其包括由多孔材料形成的主体，其中所述材料相对于燃料是可渗透的。优选的燃料对于电磁场是敏感的。该主体还可以包括至少部分嵌入到该主体中的一个或更多个场控制点。该控制点可以经配置以生成引起燃料在该主体内流动或移动的驱动场。通过在该主体内包括至少一个收缩点，可以增加该燃料与该掺杂物的相互作用率。在某些实施例中，该主体可以包括圆环形式的陶瓷材料，其中控制点引起燃料环绕该圆环流动。本发明主题的另一个方面可以包括加热系统，该加热系统包括如上所述的多个热量产生装置的阵列。

通过下列优选实施例的详细描述以及随附的附图，本发明主题的各种目的、特征、方面和优点将变得更加明显，其中在绘图中，相同的附图标记代表相同的部件。

附图说明

图1是具有控制点的可能的陶瓷加热元件的示意图。

图2表示支持由于燃料与掺杂物的相互作用的热量生成的最近调查结果的幻灯片。

图3图示说明生成的动力对燃料与掺杂物比率的图形。

图4提供图示说明收缩几何形状的可能好处的示意图。

具体实施方式

本发明主题的一个方面包括固态基质，其优选地包括形成加热元件的主体的陶瓷材料。在优选实施例中，构成主体的材料相对于燃料化合物是可渗透的。优选的燃料化合物对于驱动场是敏感的，优选地对于电磁驱动场是敏感的。例如，燃料化合物可以被电离或极化。之后，驱动场将引起燃料化合物移动。该主体优选地包括一个或更多个控制点，控制点经配置以产生能够在元件的主体内移动燃料化合物的驱动场。而且，构成主体的材料可以包括一种或更多种掺杂物。

不限于一个或更多个理论，可以认为燃料化合物与掺杂物之间的相互作用产生热量。产生的热量可以通过在驱动场的影响下引起燃料在主体内移动而增加。还可以认为，燃料将通过相互作用而被消耗，导致可以被移走的废料。假设该废料也是有价值的。

本主题的发明方面包括装置和方法，该装置和方法用于为能量释放速度的增加而提供的能量、物理特征调节、针对热量释放的数量和效率的材料优化和提供燃料添加和维护。优选地，所释放的能量是热量的形式。本发明主题还被认为包括控制或管理废料的产生。

图1表示预期的元件100的一个可能实施例。主体110优选地由被认为对燃料化合物可渗透并且包括掺杂物的材料制成。假设已经满足适当的条件，主体110可以通过控制点120的一个或更多个驱动场的应用而被加热。优选地，控制点120与驱动元件电连通，并经由控制元件被同步。然而，考虑驱动场可以包括其他场，包括超音波（sono wave）脉冲、振动操作、波压缩、气体压力或其他非电磁场。驱动场迫使燃料化合物穿过主体110并在掺杂物上面，掺杂物与燃料化合物相互作用以产生热量。也可以考虑包括元件100的系统可以包括向控制元件提供反馈信息的反馈元件。该控制元件可以利用该反馈信息调节驱动场，以便管理热量产生。

加热系统的其他可预期实施例包括，提供可以向主体110供应燃料的燃料入口，或将废料移走的废料出口。在某些实施例中，主体110可以在燃料槽中。在其他实施例中，主体110可以部分加载燃料，其中所述燃料将在主体110内部被消耗。

也可以考虑涂层材料可以覆盖主体110，其中所述涂层材料对于燃料化合物是较难渗透的。在这样的实施例中，通过将燃料保留在主体110内，减少了来自主体110的燃料泄漏。

如图1所示，主体110可以包括一个或更多个收缩区域130。收缩区域被认为是燃料流过主体110中更弯曲路径的通道，并引起与掺杂物的更大的相互作用。此外，收缩区域130被认为在燃料由驱动场驱动的时候增加燃料的通量密度。收缩区域130可以是宏观的，如图所示，其具有大于10^-4米的尺寸，或者可以是微观的，具有小于或等于10^-4米的尺寸。宏观区域130可以经由合适的陶瓷成型工艺形成。微观区域130可以通过优选陶瓷的晶格结构中的中断形成。

虽然在图1中示出单个收缩区域130，但是应当意识到，可以考虑所有构造包括一个、两个、三个或更多个收缩区域130。主体110可以包括相似的一组收缩区域130，或可以包括收缩区域130的异构混合。区域130还可以通过具有形成主体130材料的可变密度而形成。也可以考虑所有其他构造或构造的组合。

图1表示具有单个收缩区域130的圆环形式的元件100。还应当意识到，元件100可以具有不同的几何外形，以便配合目标应用。例如，主体110可以形成杆、块、格子或其他几何外形。还可以考虑的是，多个元件100可以被组合在一起以形成更大的加热元件系统，可能以二维阵列或三维阵列的形式。

在优选实施例中，主体110包括氧化锆、钡铈氧化物或者能够允许燃料化合物移动穿过该材料的其他材料。优选地，主体110经配置以承受大于500摄氏度的高温而没有显著衰退，更优选地承受大于1000摄氏度的高温，并且甚至更优选地，承受大于2000摄氏度的高温。例如，包括氧化锆的陶瓷可以支持大于2400摄氏度的操作温度。

优选的掺杂物可以包括钯、镍、钍或其他金属化合物或合金。优选的燃料包括氢、氘或至少部分可以被电离或极化的氢的其他同位素。可以考虑其他燃料可以结合相同或不同的掺杂物以及主体使用的相同或不同材料而被使用。

在其他实施例中，构成主体110的材料可以包括掺杂物，该掺杂物具有除了与燃料相互作用以产生热量以外的附加属性，一个示例属性包括提供指示已经产生相互作用的可测量发信号事件。提供这样的可测量发信号事件的掺杂物被称为“见证剂（witnessing agent）”。发信号事件可以包括声子发射、光子发射或可能是某种形式的粒子发射。示例见证剂可以包括铀、钍、银或甚至当存在燃料-掺杂物相互作用时能够产生发信号事件的其他可能试剂。应当意识到，发信号事件可以被用作反馈信息，该反馈信息可以被用于通过适当地调节驱动场来控制产生的热量。

场控制点120可以包括导电材料的电极，其优选能够承受潜在的高操作温度。在某些实施例中，场控制点120可以以如下方式被构造，该方式可以在期望的操作点(例如，温度)以一方式改变状态，其中进一步反应被阻止并且热量产生降低，由此表示故障安全操作原则。在某些实施例中，场控制点120包括网格或嵌入主体110内的网罩。可以根据期望应用的需要调节控制点120的数量、外形或构造。

驱动元件可以经配置以承受驱动必要的场所需要的期望的操作电压和电流。在某些实施例中，驱动元件能够提供至少高达1000伏的操作电压并且包括至少高达1安培的操作电流。这些值不应该被看作是限制；可以考虑所有的操作电压和电流。

在优选实施例中，控制元件结合操作程序，以便提供信号至驱动元件，并因此提供信号至场控制点120。在信号被传递到控制点120的时候，在相邻控制点120之间产生电磁场，引起燃料流过主体110的材料，这进而产生热量。控制元件可以调节场的调制，以便改变与产生热关联的各种参数。例如，参数可以包括热调制、热最大值、稳定值和最小值、热抑制、燃料控制、燃料加载、燃料清洗、燃料监控和燃料反馈中的一个或更多个。在优选实施例中，通过驱动元件起作用的控制机构以及控制电极可以产生燃料聚集或群燃料，以便在至少一个群集或区域130中产生更高的燃料密度。

在某些实施例中，控制点120之间的场可以按照期望被控制，以便产生燃料在主体110内的期望运动。期望的场效果可以包括旋转运动、周期运动、摆动的或非匀速运动或在其他基础之上的“超级波”效果。运动控制信号的频率分量可以是单个频率或多个频率。在进一步实施例中，控制信号的特性可以是随时间变化的。

在进一步优选实施例中，提供维护或维修可以包括所有或少数部件的可移动性的方法。

图2表示讨论支持由于燃料与掺杂物的相互作用的热量产生的最近调查结果的幻灯片。如同Kitamura等人在2009年8月24日在PhysicsLetters A中所讨论的，已经证明氘(例如,D2)在陶瓷粉末或基质内存在钯掺杂物的情况下产生热量。

图3图示说明产生的能量(例如，热量)对燃料与掺杂物比率的对比。产生的动力(例如,Pxs)似乎取决于构造区域与主体的横截面面积之间的平方差。

图4提供关于收缩区域几何形状相对于产生的热量的益处的附加细节。元件400的收缩区域430被图形化表示为具有比主体410的横截面积X₀小的横截面积X。燃料可以由一个或更多个驱动场驱动穿过收缩区域430，例如示出的旋转场。

也可以考虑，该主体可以包括介质可以穿过的一个或更多个腔室。该介质可以被用于捕获或保持产生的能量。例如，在能量被释放为热量的实施例中，介质可以包括被加热以便将热量从主体运走的液体。这样的配置将提供能量交换循环，其中介质从主体运载过剩能量离开并在能量被耗尽后返回。这样的方法提供可能包括壁加热、楼板加热的应用或其他应用。

因此，已经讨论了本发明主题的具体组成和方法。然而，对于本领域的技术人员显而易见的是，除了已经讨论的以外，在不偏离本文发明原理的情况下，很多修改是可能的。因此，除了在本发明的主旨内，本发明主题不受限制。而且,在解释本公开的过程中，所有术语应当以尽可能的方式被理解为与上下文一致。特别地，术语“包括”应当被理解为以非排他方式涉及元件、部件或步骤，表示引用的元件、部件或步骤可以存在、被使用或与未明确引用的元件、部件或步骤组合。

Claims (19)

1.一种装置，其包括：

主体，其材料对燃料是可渗透的，所述燃料对电磁场敏感，所述材料包括掺杂物；

多个场控制点，其至少部分地嵌入能够产生驱动场的材料中，所述驱动场引起所述燃料在所述主体内移动；以及

在主体中的至少一个收缩点，其经配置以增加燃料与掺杂物的相互作用率。

2.根据权利要求1所述的装置，其进一步包括经配置以引起所述场控制点产生所述驱动场的驱动元件。

3.根据权利要求2所述的装置，其进一步包括经配置以经由所述驱动元件控制所述驱动场的控制元件。

4.根据权利要求1所述的装置，其中所述驱动场包括动态场。

5.根据权利要求4所述的装置，其中所述动态场引起旋转运动、周期运动、摆动运动、非均匀运动和超级波中的至少一个。

6.根据权利要求1所述的装置，其进一步包括至少部分覆盖所述主体的覆盖材料，其中所述覆盖材料对所述燃料是部分不可渗透的。

7.根据权利要求1所述的装置，其中所述收缩区域是宏观区域。

8.根据权利要求1所述的装置，其进一步包括多个收缩区域。

9.根据权利要求8所述的装置，其中所述多个收缩区域包括收缩区域的异构混合。

10.根据权利要求1所述的装置，其中所述收缩区域由于所述主体材料密度的变化而形成。

11.根据权利要求1所述的装置，其进一步包括燃料入口。

12.根据权利要求1所述的装置，其进一步包括废料出口。

13.根据权利要求1所述的装置，其进一步包括所述主体布置在其中的燃料槽。

14.根据权利要求1所述的装置，其进一步包括见证剂，所述见证剂甚至在存在燃料-掺杂物相互作用时能够产生发信号事件。

15.根据权利要求1所述的装置，其中所述场控制点经配置以在阈值温度下改变状态，以便减少燃料-掺杂物的相互作用。

16.一种系统，其包括多个加热元件，其中所述每个加热元件具有:

主体，其材料对燃料是可渗透的，所述燃料对电磁场是敏感的，并且所述材料包括掺杂物；

嵌入所述材料中的多个场控制点，其能够产生可以引起燃料在所述主体内移动的驱动场；以及

在主体中的至少一个收缩点，其经配置以增加所述燃料与所述掺杂物的相互作用率。

17.根据权利要求16所述的系统，其中所述多个加热元件形成至少二维阵列。

18.根据权利要求17所述的系统，其中所述多个加热元件形成三维阵列。

19.根据权利要求16所述的系统，其中所述加热元件中的至少两个共用经配置以控制每个元件的驱动场的公共控制元件。

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