BR112016013488B1

BR112016013488B1 - Aquecedor de fluido

Info

Publication number: BR112016013488B1
Application number: BR112016013488-5A
Authority: BR
Inventors: Rossi Andrea
Original assignee: Rossi Andrea
Priority date: 2014-08-01
Filing date: 2015-07-28
Publication date: 2018-06-12
Also published as: RU2628472C1; BR112016013488A2; MX2016002006A; JP6145808B1; DK3049733T3; CA2920500C; JP2017523369A; NO2788577T3; LT3049733T; CL2016001856A1; SI3049733T1; MX348291B; WO2016018851A1; HUE036258T2; EP3049733B1; ZA201604152B; CN106133457B; AU2015296800A1; AU2015296800B2; CY1119675T1

Abstract

a presente invenção se refere a um equipamento para aquecimento de fluido que inclui um tanque para armazenar o fluido a ser aquecido, e um bloco combustível em comunicação fluida com o fluido. o bloco combustível inclui uma mistura combustível incluindo reagentes e um catalisador, e uma resistência elétrica ou outra fonte de aquecimento em comunicação térmica com a mistura combustível e o catalisador.

Description

(54) Título: AQUECEDOR DE FLUIDO (51) Int.CI.: F24V 30/00 (52) CPC: F24J 1/00 (30) Prioridade Unionista: 01/08/2014 US 61/999,582 (73) Titular(es): ANDRÉA ROSSI (72) Inventor(es): ANDRÉA ROSSI

1/7 “AQUECEDOR DE FLUIDO”

REFERÊNCIA CRUZADA A PEDIDOS RELACIONADOS [0001] Esse pedido reivindica o benefício da data de prioridade de 1° de agosto de 2014 do Pedido de Patente n° US 61/999,582, o conteúdo do qual é incorporado ao presente documento a título de referência.

CAMPO DA TÉCNICA [0002] A presente invenção se relaciona a sistemas de transferência de calor, e em particular a dispositivos para transferência de calor para um fluido.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO [0003] Muitos sistemas de transferência de calor utilizam fluidos quentes como um meio de transferência de calor. Tais sistemas incluem um gerador de calor para gerar calor, um meio de transferência de calor em comunicação térmica com a fonte de energia, e uma bomba para mover o meio aquecido para onde o calor seja necessário. Devido à sua elevada capacidade térmica e sua abundância, um fluido de transferência de calor usual é a água, tanto em fase líquida quanto em fase gasosa.

[0004] Uma variedade de geradores de calor está usualmente em uso. Por exemplo, em centrais nucleares, a fissão nuclear fornece energia para o aquecimento da água. Também existem os aquecedores solares de água, que utilizam a energia solar. No entanto, a maior parte das fontes de transferência de calor dependem de uma reação química exotérmica, e em particular, da combustão de algum combustível.

SUMÁRIO [0005] Em um aspecto, a invenção apresenta um equipamento para aquecimento de fluido, o equipamento incluindo um tanque para armazenar o fluido a ser aquecido, e um bloco combustível em comunicação fluida com o fluido, o bloco combustível incluindo uma mistura de com bustível incluindo reagentes e um catalisador, e uma fonte de calor ou fonte de ignição em comunicação térmica com a mistura de combustível e o catalisador. A fonte de calor ou fonte de ignição pode ser uma resistência elétrica, ou uma fonte de calor que conte com o calor da combustão, tal como a combustão do gás natural, ou com uma fonte de calor que conte com aquecimento indutivo

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2/7 [0006] Entre as modalidades, estão aquelas em que a mistura combustível inclui lítio e hidreto de alumínio-lítio, aquelas em que o catalisador inclui um elemento do grupo 10, tal como níquel em forma de pó, ou em qualquer combinação dos mesmos.

[0007] Em outras modalidades, o catalisador em forma de pó, é tratado para aumentar a sua porosidade. Por exemplo, o catalisador pode ser níquel em pó, que é tratado para aumentar a porosidade do mesmo. O equipamento pode também incluir uma fonte de energia elétrica, tal como uma fonte de tensão e/ou uma fonte de corrente em comunicação elétrica com a fonte de calor.

[0008] Entre as outras modalidades estão aquelas em que o bloco combustível inclui uma estrutura multicamadas tendo uma camada da mistura combustível em comunicação térmica com uma camada contendo a fonte de calor.

[0009] Ainda em outras modalidades, o bloco combustível inclui uma inserção de aquecimento central e um par de inserções de combustível dispostos em ambos os lados da inserção de aquecimento.

[00010] Uma variedade de tanques pode ser usada. Por exemplo, em algumas modalidades, o tanque inclui um espaço para receber o bloco combustível nele. Entre estas estão modalidades em que o tanque adicionalmente inclui uma porta para a vedação do espaço. Ainda em outras modalidades o tanque inclui um escudo de radiação.

[00011] Também incluídas entre as modalidades estão aquelas que adicionalmente incluem um controlador em comunicação com a fonte de tensão. Entre estes estão controladores que são configurados para variar a tensão em resposta à tem peratura do fluido a ser aquecido.

[00012] Em outro aspecto, a invenção apresenta um equipamento para aquecimento de um fluido, o equipamento incluindo meios para conter o fluido, e meios para aquecer uma mistura combustível contendo um catalisador e um reagente, e meios para iniciar uma sequência reacional mediada pelo catalisador para provocar uma reação exotérmica.

[00013] Outro aspecto da invenção é uma composição da matéria para gerar calor, a composição incluindo uma mistura de níquel em pó de porosidade aumentada, lítio em pó, e lítio-alumínio em pó. Uma fonte de calor

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3/7 em comunicação térmica com a mistura pode ser usada para iniciar uma reação exotérmica catalisada por níquel [00014] Outro aspecto ainda apresenta uma composição para gerar calor. A composição inclui uma mistura combustível e um catalisador. O catalisador compreende um elemento do grupo 10.

[00015] As modalidades incluem aquelas em que o catalisador compreende níquel. Entre estas estão modalidades em que o níquel está na forma de níquel em pó e aquelas em que o níquel em pó foi tratado para aumentar a porosidade do mesmo.

[00016] Outro aspecto da invenção se refere a um método de aquecimento de um fluido, o método incluindo a colocação de uma mistura de níquel em pó, lítio em pó, e hidreto de alumínio-lítio em comunicação térmica com o fluido, e aquecimento da m istura; iniciando assim uma reação exotérmica na mistura.

[00017] Estas e outras características da invenção ficarão evidentes a partir da seguinte descrição detalhada e figuras anexas, nas quais:

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS [00018] A Figura 1 mostra um sistema de transferência de calor tendo um fonte de calor;

[00019] A Figura 2 é uma visão de corte da fonte de calor na Figura

1;

[00020] A Figura 3 é uma seção transversal do bloco para uso na fonte de calor da Figura 2;

[00021] A Figura 4 mostra um exemplo de resistência na camada central do bloco mostrado na Figura 3;

[00022] A Figura 5 mostra a fonte de calor da Figura 1 operando com um forno convencional;

[00023] A Figura 6 mostra fontes de calor como aquelas da Figura 2 conectadas em série;

[00024] A Figura 7 mostra fontes de calor como aquelas da Figura 2 conectadas em paralelo.

DESCRIÇÃO DETALHADA [00025] De acordo com a Figura 1, um sistema de transferência de calor 10 inclui um tubo 12 para o transporte do fluido aquecido em um circuito

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4/7 fechado entre uma fonte de calor 14 e uma carga térmica 16. Na maior parte dos casos, por exemplo onde existe resistência hidráulica a ser superada, uma bomba 18 impulsiona o fluido aquecido. No entanto, em alguns casos, tais como onde o fluido aquecido é vapor, a própria pressão do fluido é suficiente para impulsionar o fluido. Uma carga térmica 16 típica inclui radiadores tais como aqueles comumente usados para aquecer espaços internos.

[00026] Como mostrado na Figura 2, a fonte de calor 14 é um tanque 20 tendo um escudo composto de chumbo, uma entrada 22 e uma saída 24, ambos os quais estão conectados ao tubo 12. O interior do tanque 20 contém o fluido a ser aquecido. Em muitos casos, o fluido é água. No entanto, outros fluidos podem ser usados. Além disso, o fluido não precisa ser um fluido líquido, mas também pode ser um gás, tal como ar.

[00027] O tanque 20 adicionalmente inclui uma porta 26, que leva a um recipiente 28 que se projeta para o tanque 20. Aletas radiantes 30 projetam-se das paredes do recipiente 28, para dentro do tanque 20. Para maximizar a transferência de calor, o recipiente 28 e as aletas 30 são tipicamente feitas de um material com alta condutividade térmica, tal como metal. Um material apropriado é um material não sujeito a corrosão, tal como aço inoxidável.

[00028] O recipiente 28 sustenta um bloco multicamada 32 para a geração de calor. Uma fonte de tensão 33 está conectada ao bloco 32, e a um controlador 35 para controlar a fonte de tensão 33 em resposta à temperatura do fluido no tanque 12, tal como detectada por um sensor de 37.

[00029] Como mostrado na Figura 3, o bloco combustível multicamada 32 inclui uma seção de aquecimento 34 imprensada entre duas seções de combustível 36, 38. A seção de aquecimento 34 apresenta uma camada central 40 feita de um material isolante, tal como mica, que suporta uma resistência 42. Deve ser notado que outras fontes de aquecimento podem ser usadas, incluindo fontes de calor que contam com combustão de, por exemplo, gás natural, bem como fontes de calor que contam com indução elétrica. O uso gás evita, assim, a necessidade da existência de uma fonte de energia elétrica para iniciar a reação.

[00030] A Figura 4 mostra uma camada central exemplificativa 40 possuindo orifícios 44 através dos quais um fio de resistência 42 foi enrolado.

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Este fio de resistência 42 está conectado à fonte de tensão 33. A primeira e segunda camadas isolantes 46, 48, tais como camadas de mica, revestem a camada central 40 para fornecer isolamento eléctrico a partir das seções de combustível adjacentes 36, 38.

[00031] Cada seção de combustível 36, 38 apresenta um par de camadas termicamente condutoras 50, 52, tais como camadas de aço. Imprensada entre cada par de camadas condutoras 50, 52 está uma camada de combustível 54 que contém uma mistura combustível tendo níquel, lítio, e hidreto de alumínio-lítio LiAlH₄ (“LAH”), todos na forma de pó. Preferivelmente, o níquel foi tratado para aumentar a sua porosidade, por exemplo pelo aquecimento do níquel em pó por tempos e temperaturas selecionadas para superaquecer qualquer água presente nas microcavidades que estão inerentemente em cada partícula de níquel em pó. A pressão de vapor resultante provoca explosões que criam cavidades maiores, bem como adicionais partículas menores de níquel.

[00032] O conjunto inteiro de camadas é soldado conjuntamente em todos os lados para formar uma unidade selada. O tamanho do bloco 32 não é importante para a sua função. No entanto, o bloco 32 é mais facilmente manuseado se tiver espessura da ordem de 1/3 polegada e 12 polegadas em cada lado. As camadas de aço 50, 52 possuem tipicamente 1 mm de espessura, e as camadas de mica 40, 48, que são recobertas por um revestimento de polímero protetor, possuem espessuras da ordem de 0,1 mm. No entanto, outras espessuras também podem ser utilizadas.

[00033] Em operação, uma tensão é aplicada pela fonte de tensão 33 para aquecer a resistência 42. O calor da resistência 42 é então transferido por condução para as camadas de combustível 54, onde se inicia a sequência de reações, a última das quais é reversível. Estas reações, que são catalisadas pela presença do níquel em pó, são:

3LiAlH₄a LÍ3A1Hg + 2Al + 3H2

2LÍ3AlHea 6LiH + 2Al + 3H2

2LiH + 2Al a 2LiAl + H2 [00034] Uma vez que a sequência reacional é iniciada, a fonte de tensão 33 pode ser desligada, visto que a sequência reacional é autossustentável. No entanto, a taxa de reação talvez não seja constante .

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Assim, pode ser desejável ligar a fonte de tensão 33 em certos momentos para revigorar a reação. Para determinar se ou não a fonte de tensão 33 deve ser ligada, o sensor de temperatura 37 fornece um sinal ao controlador 35, que então determina se aplica ou não uma tensão em resposta ao sinal de temperatura. Verificou-se que após a reação ter gerado aproximadamente 6 quilowatts-hora de energia, é desejável para aplicar aproximadamente 1 quilowatt-hora de energia eléctrica para revigorar a sequência reacional.

[00035] Eventualmente, a eficiência do bloco 32 diminuirá ao ponto onde é não econômico continuar a revigorar a sequência reacional. Neste ponto, o bloco 32 pode simplesmente ser substituído. Tipicamente, o bloco 32 manterá aproximadamente 180 dias de operação contínua antes que a substituição se torne desejável.

[00036] O pó na mistura com bustível consiste amplamente de partículas esféricas possuindo diâmetros na faixa do nanômetro ao micrômetro, por exemplo, entre 1 nanômetro e 100 micrômetros. Variações na proporção de reagentes e catalisador tendem a controlar a taxa de reação e não são críticas. No entanto, verificou-se que uma mistura adequada incluiria uma mistura inicial de 50% de níquel, 20% de lítio, e 30% de LAH. Nesta mistura, o níquel atua como um catalisador para a reação, e não como um reagente. Enquanto o níquel é particularmente útil devido à sua relativa abundância, a sua função também pode ser realizada por outros elementos na coluna 10 da Tabela Periódica, tais como platina ou paládio.

[00037] As Figuras 5 a 7 mostram uma variedade de formas de conectar a fonte de calor 14 na Figura 1.

[00038] Na Figura 5, a fonte de calor 14 é colocada à jusante de um forno convencional 56. Neste caso, o controlador 35 está opcionalmente conectado para controlar o forno convencional. Como resultado, o forno convencional 56 permanecerá desligado, a menos que a temperatura de saída da fonte de calor 14 caia abaixo de um limite, ponto no qual o forno 56 vai iniciar. Nesta configuração, o forno convencional 56 funciona como uma unidade de cópia de segurança.

[00039] Na Figura 6, a primeira e a segunda fontes de calor 58, 60 como aquelas descritas nas Figuras 1 a 4 estão conectadas em série. Esta configuração fornece uma temperatura de saída mais quente da que poderia

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7/7 ser fornecida com apenas uma única fonte de calor 58 por si mesma. Fontes de calor adicionais podem ser adicionadas em série para aumentar ainda mais a temperatura.

[00040] Na Figura 7 a primeira e a segunda fontes de calor 62, 64 como aquelas descritas nas Figuras 1 a 4 estão conectadas em paralelo. Nesta configuração, o volume de saída pode ser maior que aquele fornecido por uma única unidade de transferência de calor. Unidades de transferência de calor adicionais podem ser adicionadas em paralelo para aumentar ainda mais o volume.

[00041] Em uma modalidade, os reagentes são colocados na câmara de reação a uma pressão de 3 a 6 bar e a uma temperatura de 400°C a 600°C. Um anodo é colocado em um lado do reator e um catodo é colocado no outro lado do reator. Isto acelera os elétrons entre eles de forma suficiente para que tenham energia muito alta, em excesso de 100 KeV. O controle da energia do elétron pode ser realizado controlando o campo elétrico entre o catodo e o anodo.

[00042] Tendo descrito a invenção, e as modalidades preferidas da mesma, o que eu reivindico como novo e seguro por carta patente é:

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Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Equipamento para aquecimento de fluido, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende um tanque (20) para armazenar o fluido a ser aquecido e um bloco combustível (32) em comunicação fluida com o referido fluido, o referido bloco combustível (32) incluindo uma mistura combustível incluindo reagentes e um catalisador, e uma fonte de ignição (14) em comunicação térmica com a referida mistura combustível e o referido catalisador, em que a fonte de ignição (14) é selecionada a partir do grupo consistindo em um aquecedor de indução, uma resistência elétrica, um aquecedor que conta com combustão de gás natural, e um aquecedor que conta com combustão de combustível, em que a referida fonte de ignição (14) compreende uma resistência elétrica (42), em que o referido tanque (20) é configurado para armazenar o fluido a ser aquecido, em que o referido bloco combustível (32) é configurado para estar em comunicação térmica com o referido fluido, em que a referida resistência (42) está configurada para ser acoplada a uma fonte de tensão (33), em que o referido equipamento adicionalmente compreende um controlador (35) em comunicação com a referida fonte de tensão (33), e um sensor de temperatura (37), em que a referida mistura combustível compreende lítio e hidreto de alumínio-lítio, em que o referido catalisador compreende um elemento do grupo 10, em que o referido controlador (35) é configurado para monitorar a temperatura a partir do referido sensor de temperatura (37), e, baseado pelo menos em parte da referida temperatura, para revitalizar uma reação na referida mistura combustível, em que a revitalização da referida reação compreende variar uma tensão da referida fonte de tensão (33).
2. Equipamento, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o referido catalisador compreende níquel em pó.

3. Equipamento, de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADO pelo fato de que o referido níquel em pó foi tratado para aumentar a porosidade do mesmo. 4. Equipamento, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o referido bloco combustível (32)

compreende uma estrutura multicamada tendo uma camada da referida mistura

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2/2 combustível em comunicação térmica com uma camada contendo a referida resistência elétrica (42).
5. Equipamento, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o referido bloco combustível (32) compreende uma inserção de aquecimento central e um par de inserções de combustível dispostos em ambos os lados da referida inserção de aquecimento.
6. Equipamento, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o referido tanque (20) compreende um espaço para receber o referido bloco de combustível (32) nele.
7. Equipamento, de acordo com a reivindicação 6, CARACTERIZADO pelo fato de que o referido tanque (20) compreende adicionalmente uma porta (26) para vedar o referido espaço.
8. Equipamento, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o referido tanque (20) compreende um escudo de radiação.
9. Equipamento, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a referida reação na referida mistura combustível é pelo menos parcialmente reversível.
10. Equipamento, de acordo com a reivindicação 9, CARACTERIZADO pelo fato de que a referida reação compreende a reação de hidreto de lítio com alumínio para produzir gás hidrogênio.

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