[发明专利]产生热能的方法

说明书

技术领域

本发明涉及通过应用聚变能(fusion power)的原理来产生热能。更明确地说，本发明涉及在有蒸汽存在的情况下利用廉价的和容易获得的反应物的化学反应在非常高的温度下产生和俘获热能的过程。

背景技术

“热量”是公知的每天都用来向世界各地提供动力的能量形式。可通过很多方法获得热能。这些方法中的两种包括“溶解热”和“反应热”，这两者都是公知的产生热能的现象。“溶解热”被定义为当溶质在溶剂中溶解时在溶液的形成中释放(或吸收)的能量(热量)。类似地，“反应热”是在化学反应期间在给定分子的形成之间释放(或吸收)的热量。“释放”热量时，我们称反应热和/或溶解热是发热的。本发明基于这种发热的热量释放，但是，本发明的过程超出了简单的热量释放范围，其包括了本申请人称为的“暖熔合(warm fusion)”的现象。“熔合”被定义为当核碰撞到超过阈能或临界速度、它们粘在一起(stick together)并放出巨大能量的过程。常规的熔合是在爆炸性核链式反应中或在恒星内部发生的由氢形成氦的过程中发现的。而本发明的过程则与真正的熔合不同，其区别在于本申请人发现了在获得真正熔合之前控制热释放的方法。通过使用在普通酸和碱在溶剂(例如蒸汽)中稀释时所产生的溶解热和反应热然后结合本发明人建立的过程可以产生大量且廉价的可回收的能量。然后可将这种能量作为用于基于核和/或常规的矿物燃料的动力产生装置的替代品。事实上，本发明的方法可以以每桶$0.04的价格产生相当于以每桶$35-$50的价格出售的原油所产生的热量。

虽然酸和碱的反应已广为人知且多年来被用于生产如铵盐之类的肥料(参看美国专利1988701号；4370304号；以及6117406号)，本申请人没有发现任何使用控制溶解热和/或反应热作为产生可回收的热能的方法的参考文献。

发明内容

本发明的目的是提供一种产生回收热能的过程，该过程在反应器中将至少一种酸与蒸汽混合产生溶解热、然后向酸蒸汽混合物加入至少一种碱而产生反应热。产生的全部热能是溶解热和反应热的结合。另外，在本发明的过程中通过酸碱反应形成副产品。这种副产品可用作肥料。在输入酸之前，将蒸汽在100℃或高于100℃时单独输入反应器中。本发明的过程同时也适用于先将碱加入蒸汽内然后加酸的情况。

本发明还将上述过程与目前被称为“蒸汽循环”的蒸汽和动力的产生相结合。蒸汽循环是在涡轮中利用蒸汽产生输出功的过程。热俘获和蒸汽循环的结合可产生电力，而不需要当前通常用于产生蒸汽的使用煤和天然气的火管锅炉(fired boilers)和核反应堆。

本发明的关键在于在将酸或碱和蒸汽进行混合期间和化学反应期间控制输入温度。因为酸和碱具有作为质子供体和质子受体的特征，这些质子的极快的运动成为本申请人称为“暖熔合”的来源。也就是说，当输入温度升高时质子的点速度增加，这使点碰撞频率提高，因此导致点温度大大超过混合物的整体反应温度。在常规的酸-碱反应中理想的是将整体温度保持与室温一致或略高于室温，以避免发生失控反应，这种失控反应可产生引起设备熔融或损坏甚至爆炸的失控温度的反应失控。当反应物的输入温度升高到临界点时，由反应产生的附加能量呈指数速率地释放。图2所示的曲线示出了蒸汽的入口温度和释放的热能之间的关系。此临界点是“暖熔合”的开始。本发明以控制的方式利用这种指数关系来提供使水蒸发产生蒸汽所需要的热量，随后可将蒸汽用于提供如驱动涡轮以产生电能的有用功。为了取出由本发明过程产生的能量并提供被转换成最终驱动涡轮或其他机械装置的蒸汽的水，例如在热交换器装置中间接利用冷却水来控制反应温度。

在本发明的过程中输入温度的控制包括将酸或碱输入反应器之前向反应器输入一定量的在100℃或高于此温度的蒸汽。在本发明的过程中，可采用任何作为质子供体的酸，但优选采用硫酸、硝酸、以及磷酸之类的酸。同样也可采用任何碱，但优选采用氨、水或其他极性碱(polar base)之类的碱。蒸汽的使用不但有助于控制过程温度，而且也提供了开始和调节熔合反应的点火温度。在一优选实施方式中，在低于或等于1200℃的温度下、更优选的是在低于或等于350℃的温度下加入蒸汽。可在环境温度下将酸加入过程中，当酸与蒸汽混合时将产生具有由于借助于溶解热引起的能量的放热释放所产生的高于蒸汽输入温度的第一可测量温度的溶液。然后将碱加到酸和蒸汽所得到的混合物中。反应过程发生于很宽的压力范围，但是最理想的是在大气压力下，以避免因高温降低了抗拉强度而引起变软的反应器外壳破裂。蒸汽注满反应器管并将酸注入蒸汽。碱被注进酸-蒸汽混合物中，以降低腐蚀作用。