CN101124642A - 产生能量的装置和产生能量的方法 - Google Patents

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CN101124642A CNA2005800471441A CN200580047144A CN101124642A CN 101124642 A CN101124642 A CN 101124642A CN A2005800471441 A CNA2005800471441 A CN A2005800471441A CN 200580047144 A CN200580047144 A CN 200580047144A CN 101124642 A CN101124642 A CN 101124642A
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Abstract

本发明提供一种用于产生能量的装置，其包括：工作流体，其被供应用于产生电离和核聚变反应；输出泵，其设计为可对所述工作流体施加预定值的压力；工作流体供应单元，其通过所述输出泵供应并循环所述工作流体；电介质体，其具有用于引导由所述工作流体供应单元供应的所述工作流体的入口和出口以及连接所述入口和出口的具有不同直径的多个通道；至少一个具有至少一个通孔的金属插入件，通过将所述金属插入件插入到所述电介质体的通道内而使所述工作流体穿过该通孔，从而电离所述工作流体；具有至少一个通孔的介电插入件，通过将所述介电插入件插入到所述电介质体的通道内而使所述工作流体穿过该通孔，从而提供促进核聚变反应的环境；和至少一对金属构件，其用于控制所述电离的工作流体的极性或通过插入到沿垂直于其轴的方向拦截电介质体的通道的孔中来收集电流。

Description

产生能量的装置和产生能量的方法
技术领域
本发明涉及一种将在正常温度下产生的核聚变能量转换成热能或电能的能量产生装置和方法。具体地，其包括一种用于开发物理环境使得可以克服原子核间库仑势垒从而促进正常温度下的核聚变反应而不需要强磁场来限制高温等离子体的能量产生装置和方法。该装置和方法允许电离工作流体以便不断维持作为阳离子存在于流体中的原子核之间的核聚变反应。可以使系统适于从核反应能获得热能或电能。
背景技术
用于产生核能的通常方法通过聚变轻核产生重原子核的核聚变，或者通过重核分裂成较轻核的核裂变来使用原子核。由于核聚变发电消耗在海水中大量存在的氘作为原料，因此可以方便地使用核聚变发电。核聚变发电与核裂变发电相比还具有大的质量亏损，核裂变发电使用相对稀缺的铀作为原料。
在此，核聚变指通过当两个轻原子结合成一个重原子时产生质量亏损而放出大量能量的一种现象。这种核聚变的一个实例是氢聚变。
虽然核聚变比核裂变更适合产生能量，但其实施还存在许多问题。
尽管当氘核彼此接近至1费米内时可以聚变，但这非常难以实现，因为聚变只能在等离子态中产生，并且如果这种高温等离子体必须不断受到限制，那么其在接触其它材料例如容器的壁时非常快速地冷却。即，如果以传统方式提取能量，那么达到107～108K温度范围的高温等离子体必须通过强磁场充分限制在真空容器中，以维持高密度。目前的技术水平还不能够实现这一点。
如上所述，使用核聚变反应，用于核聚变反应的原料是充足的，并且核聚变反应不会导致环境污染或全球变暖问题，并且如下所述，所需的装置易于实现。
发明内容
技术问题
本发明的开发部分是用以克服现有技术中的上述问题。因此，本发明的一个目的是提供一种能量产生装置和方法，其用于促进能够克服库仑势垒的物理状态(physical regime)从而促进在正常温度下的核聚变反应而不需要用以限制高温等离子体的强磁场。这通过电离工作流体从而不断维持作为阳离子存在于流体中的原子核之间的核聚变反应来实现。可以使系统适于从反应能获得热能或电能。
技术方案
根据本发明的一个方面，提供一种产生能量的装置，包括：适合产生电离和核聚变反应的工作流体；设计为以预定压力供应工作流体的输出泵；通过输出泵提供并循环工作流体的工作流体供应单元；具有用来引导由工作流体供应单元提供的工作流体的入口和出口和连接所述入口和出口的具有不同直径的多个通道的电介质体；至少一个具有至少一个通孔的金属插入件，其通过插入到电介质体的通道内而使工作流体穿过所述通孔从而电离工作流体；具有至少一个通孔的介电插入件，其通过插入到电介质体的通道内而使工作流体穿过该通孔从而提供由于空化发射(cavitation emission)而促进核聚变反应的环境；以及至少一对金属构件，用来控制电离的工作流体的极性或通过插入到沿垂直于其轴的方向拦截电介质体通道的孔中而收集电流(collect electricity)。
根据本发明的工作流体选自：电阻率大于106Ω·m的高纯轻水；轻水和重水之间的混合比在100∶1至100∶30范围的电阻率大于106Ω·m的高纯混合流体；或者粘度在5至30范围的矿物油。
此处，用于产生能量的装置进一步包括：当工作流体是轻水或轻水和重水的混合物时，用于将轻水和混合流体纯化为电阻率大于106Ω·m的高纯度以向工作流体供应单元供应纯化的轻水或混合流体的纯化单元。
根据本发明的纯化单元包括：用于通过轻水入口接收来自外部来源的轻水以初始纯化所接收的轻水的第一纯化单元；用于仅储存经过第一纯化单元的轻水或用于使通过重水入口供给的纯重水以预定比率与经过第一纯化单元的轻水混合的第一储水槽；用于再次纯化暂时储存在第一储水槽中的混合流体的第二纯化单元；用于暂时储存高纯度轻水或经过第二纯化单元的混合流体的第二储水槽；以及提供在第二储水槽出口处用于通过将轻水或混合流体加压到1巴至200巴的压力而将高纯轻水或混合流体通过供应出口供应给工作流体供应单元的输出泵。
此处，第一纯化单元和第二纯化单元可以包括微过滤器、反渗透过滤器、组合过滤器和至少一个中间增压泵，并且输出泵是用来向工作流体同时施加预定频率的压力脉冲和平均压力的齿轮泵、活塞泵或叶轮泵之一。
用于产生能量的装置进一步包括：压力脉冲发生器，其提供在用于通过输出泵供应并循环工作流体的工作流体供应单元的出口处，以施加具有预定频率的脉冲，其中预定频率是工作流体、金属插入件和介电插入件的共振频率的函数。
根据本发明的电介质体具有高压密封件，以使工作流体在入口和出口的法兰处不泄漏。其由选自工业塑料、耐热玻璃、晶体、陶瓷、红宝石或碳化硅的材料制成。
金属插入件选自：铜、铝、金、银、钯或其合金，其由于与流过电介质体通道的工作流体的摩擦而易于通过热交换来发射多个电子，以通过发射的电子促进工作流体的电离并产生大量的蒸汽泡。
介电插入材料选自：工业塑料、耐热玻璃、晶体、陶瓷、红宝石或碳化硅，当由于空化发射而通过核聚变反应发射电子时，所述材料用来使这些电子保持在工作流体中。
并且，介电插入件具有至少一个通孔，在其中形成内径为常数或在其两端部分膨胀的膨胀单元；并且通孔的内表面是光滑表面或形成为螺旋形状，以增加与工作流体的摩擦力和工作流体的流动性。
金属构件选自：铜、铁或具有优异电导率的金属，以供应能够使电离的工作流体的离子分离的磁场或者收集来自电离的工作流体的电流。
根据本发明的另一个方面，提供一种用于产生能量的方法，该方法包括以下步骤：供应工作流体；提供输出泵以施加预定值的工作流体压力；提供并循环通过工作流体供应单元由输出泵供应的工作流体；使来自工作流体供应单元的工作流体穿过具有入口、出口和连接入口和出口的不同直径的多个通道的电介质体；在工作流体穿过至少一个金属插入件时使工作流体电离，所述金属插入件具有至少一个插入到电介质体的通道内的通孔；当工作流体穿过具有至少一个插入到电介质体的通道内的通孔的介电插入件时，提供促进核聚变反应的环境；以及重复循环，使得通过至少一对插入到沿垂直于其轴的方向拦截电介质体通道的孔中的金属构件而收集电离的工作流体的电流，或者通过利用磁场分离电离的工作流体中的离子而增强核聚变。
有益效果
本发明的优点是在被电介质体限定的工作流体中于正常温度下产生电离和核反应，而不需要强磁场来限制等离子体。
并且，本发明可以获得输入能量的百分之几百至几千的能量效率，作为热能或者电能。
能量产生方法包括以下步骤：在金属插入件的通孔中产生电离；由于在流过电介质体通道期间的压力差，在电离的工作流体中产生细小蒸汽泡；以及使用大量电子发射和通过在介电插入件的通孔内产生的空化发射而产生的高压来进一步电离工作流体。(由于高压，这允许通过电脉冲来克服阳离子之间的核间库仑势垒从而不断产生核聚变反应)。
并且，由于装置的结构简单且用于建构该装置的器具和材料便宜，因此本发明是非常经济的。同样，消耗的氢同位素(氘)在海水中是丰富的。
此外，由于在能量产生过程中产生的副产物对环境的影响小，并且通过在电介质体周围1m距离处放置厚1cm的塑料板而易于屏蔽辐射(中子和γ射线通量)，因此本发明是环境友好的。
附图说明
通过以下结合附图给出的优选实施方案的描述，本发明的上述以及其它目的和特征将变得显而易见，其中：
图1是示意性表示根据本发明一个实施方案的用于产生能量的装置的透视图；
图2是示意性示出根据本发明一个实施方案的用于产生能量的装置中的纯化单元的正视图；
图3是示出根据本发明一个实施方案的电介质体的透视图；
图4是图3的正视图；
图5是示出根据本发明一个实施方案的金属插入件的透视图；
图6是图5的正视图；
图7是示出根据本发明一个实施方案的介电插入件的透视图；
图8是图7的正视图；
图9是表示根据本发明一个实施方案的介电插入件的另一个实施例的透视图；
图10是图9的正视图；
图11是表示根据本发明一个实施方案用以在电介质体一侧容纳金属构件的沿垂直于轴线的方向的通孔的透视图；
图12是图11的侧视图；以及
图13是示出根据本发明一个实施方案金属构件透过电介质体一侧的正视图。
具体实施方式
通过以下参照附图的详细描述，上述目的、特征和优点将更清楚。在下文中，将参照附图详细描述本发明的优选实施方案。
图1是示意性表示根据本发明实施方案的用于产生能量的装置的透视图；图2是示意性示出根据本发明一个实施方案的用于产生能量的装置中的纯化单元的正视图。
实施图1所示的根据本发明的能量产生装置和能量产生方法，以使核反应在正常温度下发生而不产生用于限制高密度高温等离子体的强磁场。通过输出泵650将工作流体加压到1巴至200巴范围的值，由于通过对穿过管的工作流体施加来自经由工作流体供应单元100连接至电介质体200的附加脉冲发生器(未示出)的具有预定频率的压力脉冲，工作流体穿过电介质体200内的金属插入件300和介电插入件400，所以电离和核聚变过程可以不断地被增强。通过这些过程，由于这些过程重复不断地循环使得工作流体被电离，并且当电离最大化时，持续产生核聚变。以封闭回路形式沿工作流体供应单元100和热交换器700的路径，重复加压、电离、核聚变和循环过程。
根据本发明的工作流体选自：电阻率大于106Ω·m的高纯轻水；轻水和重水之间的混合比在100∶1至100∶30范围的电阻率大于106Ω·m的高纯混合流体；或者粘度范围为5至30的矿物油。用于产生能量的装置进一步包括纯化单元600，当工作流体是轻水或所述混合物时，其用于将轻水和混合流体纯化至电阻率大于106Ω·m的高纯度，以向工作流体供应单元100供应纯化的轻水或混合流体。
本文中，声明矿物油的粘度在5至30的范围是指油的工业粘度指数在5至30的范围。
图3是示出根据本发明一个实施方案的电介质体的透视图；图4是图3的正视图；图5是示出根据本发明一个实施方案的金属插入件的透视图；图6是图5的正视图；图7是示出根据本发明一个实施方案的介电插入件的透视图；图8是图7的正视图；图9是示出根据本发明一个实施方案的介电插入件的另一个实施例的透视图；图10是图9的正视图；图11是示出根据本发明一个实施方案用以在电介质体一侧容纳金属构件的沿垂直于轴线的方向的通孔的透视图；图12是图11的侧视图；而图13是示出根据本发明一个实施方案金属构件透过电介质体一侧的正视图。
如图1至图13所示，根据本发明用于产生能量的装置包括：工作流体，其被供应用于产生电离和核聚变反应；输出泵650，其设计成以预定压力值供应工作流体；工作流体供应单元100，其通过输出泵650供应并循环工作流体；电介质体200，其具有用于引导由工作流体供应单元100供应的工作流体的入口210和出口220以及连接所述入口和出口的具有不同直径的多个通道230、240和250；至少一个具有至少一个通孔310的金属插入件300，通过插入到电介质体200的通道230内而使工作流体穿过该通孔，从而电离流过通道230、240和250的工作流体；一对介电插入件400和400′，其各自具有至少一个介电通孔410和410′，通过插入到电介质体200的通道230和240内而使工作流体穿过所述通孔，从而提供促进核聚变反应的环境；以及至少一对金属构件500，其利用磁场来控制电离的工作流体的极性或通过插入到沿垂直于其轴的方向拦截电介质体200的通道250的孔270中来收集电流。
并且，根据本发明用于产生能量的方法包括以下步骤：供应工作流体；提供输出泵650以向工作流体施加预定值的压力；通过工作流体供应单元100供应并循环来自输出泵650的工作流体；使来自工作流体供应单元100的工作流体进入介电插入件200中，所述介电插入件200具有入口210、出口220和连接入口210和出口220的不同直径的多个通道230、240和250；在工作流体穿过至少一个金属插入件300时电离工作流体，所述金属插入件300具有至少一个插入到电介质体200的介电通路230内的通孔310；当工作流体穿过介电插入件400和400′时提供促进核聚变反应的环境，所述介电插入件400和400′分别具有至少一个插入到电介质体200的通道230和240内的通孔410和410′；以及重复循环使得通过插入到沿垂直于轴线的方向穿透电介质体200的通道250的对向孔270中的至少一对金属构件500而收集所述电离的工作流体中的电流，或者通过利用磁场分离所述电离的工作流体中的离子来增强核聚变。
在按照上述说明而构造的能量产生装置和方法中，将穿过纯化单元600的轻水或者将通过混合轻水和重水而获得的混合流体输送至电介质体200，并经由通孔310和介电插入件400和400′的介电通孔410和410′而快速穿过安装在电介质体200中的金属插入件300。电离的工作流体穿过金属插入件300的通孔310，流入电介质体200的通道230(大于金属插入件300的通孔310)中，当其穿过介电插入件400和400′的通孔410和410′时由于压力快速降低而产生大量的细小蒸汽泡。因此，当通过反复穿过金属插入件300而使汽泡达到充分增进电离的状态时，在电离的工作流体中进一步产生极大量的细小蒸汽泡。同时，包括汽泡的工作流体流入电介质体200的通道230、240和250内，通过输出泵650不断并反复循环，然后穿过介电插入件400和400′的通孔410和410′。
细小汽泡在穿过通孔410和410′的出口时内爆，于是产生非常高的压力脉冲(瞬间达到约10,000psi压力)和热能脉冲。释放的压力波和热能影响具有通孔410和410′的介电插入件400和400′。具体而言，介电插入件400和400′的表面温度上升，通过与快速流动的所述电离的工作流体的摩擦而发射的电子量进一步增加；因此，在介电插入件400和400′的内表面处通过空化发射分离的氢和所述电离的工作流体带有正电荷。发射的电子产生所谓的Vavilov-Cherenkov辐射效应，同时扩散到工作流体中，如可以通过摄影来验证。
这样，通过发射带有负电荷的电子，接触一部分介电通孔410和410′的工作流体变得带负电。然后，介电插入件400和400′可以由于它们的电特性而带有非常高的正电压且不发生放电。
部分工作流体被通过这些过程产生的高压电脉冲所电离，并且其中的正离子由于在介电通孔410和410′的接触部上形成的高电压而朝向中心轴加速。
如上所述，如果通过空化发射形成的介电通孔410和410′的接触部的瞬变高电压达到几百万伏的程度，并且如果工作流体是轻水和重水的混合物，那么氘(2H)原子的正离子借助电脉冲克服库仑势垒，并且通过加速到产生核聚变反应的程度而碰撞。这种现象可以通过不断重复使通过工作流体的电离和细小空化发射产生的氢和在氢聚变中产生的氘与通过工作流体循环的氢反应的过程而持续产生。
此时，用于表示核聚变反应的方程式如下：
[反应方程式1]
1H+1H→2H+e++中微子+0.93MeV
[反应方程式2]
2H+1H→3He+γ+5.49MeV
2H+2H→3He+n+3.26MeV
2H+3He→4He+p+18.3MeV
由核聚变反应释放的能量伴随着中子和γ-辐射的发射；这些可以通过实验证实。并且，由于反应能量使包括在工作流体中的氢或氘原子或者通过方程式1的反应产生的氘原子电离，这种核聚变反应可以持续发生。
在下文中，基于上述说明的用于产生能量的装置和方法更详细地描述如下。
根据本发明的工作流体选自：电阻率大于106Ω·m的高纯轻水；轻水和重水之间的混合比在100∶1至100∶30范围的电阻率大于106Ω·m的高纯混合流体；或者粘度在5至30范围的矿物油；用于产生能量的装置进一步包括纯化单元600，当工作流体是轻水或混合流体时，其用于将所述轻水和混合流体纯化至电阻率大于106Ω·m的高纯度。
如图2所示，纯化单元600包括：第一纯化单元610，其通过轻水入口611接收来自外部来源的轻水以初始纯化所接收轻水；第一储水糟620，其用于仅储存穿过第一纯化单元610的轻水或用于以预定比率混合通过重水入口621供应的纯重水和穿过第一纯化单元610的轻水(即，当仅使用轻水时，其执行水的储存)；第二纯化单元630，其用于再次纯化暂时储存在第一储水糟620中的混合流体；第二储水槽640，其用于暂时储存穿过第二纯化单元630的高纯度的轻水或混合流体；和输出泵650，其提供在第二储水糟640出口处，用于通过供应出口641将轻水或混合流体供应至电介质体200的入口210，对轻水或混合流体施加1巴至200巴范围的压力。
此处，当工作流体是矿物油时，由于不需要纯化单元600，因此将输出泵650直接连接至工作流体供应单元100。对于轻水或混合流体，输出泵650的优选压力为80巴，而对于其它工作流体，输出泵650的优选压力为50巴。
优选储存在第二储水槽640处并穿过第一和第二纯化单元620和640的轻水或轻水和重水的混合流体具有大于106Ω·m的最小值的比电阻。第一和第二纯化单元620和640构造为包括微过滤器、反渗透过滤器或组合过滤器，并且进一步包括至少一个中间增压泵660(传统的超纯水泵)。中间增压泵660可以是各种泵例如旋转泵、往复泵或离心泵中的一种，并且优选输出泵650是例如齿轮泵、活塞泵、叶轮泵等的泵，以便同时对工作流体施加恒压脉冲频率和平均压力。
使用高纯轻水、纯的轻水和重水的混合流体或矿物油的能量产生装置和能量产生方法进一步包括安装在通过输出泵650加压的工作流体被供应至电介质体200的入口210处的脉冲发生器(未示出)。脉冲发生器可以对工作流体施加具有预定频率的脉冲；该频率是工作流体、金属插入件300和介电插入件400和400′的共振频率的函数。
如图3和图4所示，电介质体200由不同形状例如中空圆形或矩形棒制成，并且在电介质体200的入口210和介电出口220的法兰260处提供高压密封件，以使工作流体在高压下不泄漏。
此处，电介质体200对由空化发射产生的热具有抵抗性，并且由介电材料制成以保持工作流体的电离从而增强空化发射。例如，在具有高介电常数的材料中，优选使用工业塑料、耐热玻璃、石英、陶瓷、蓝宝石或红宝石中的一种作为电介质体200的材料。可以使用诸如碳化硅(SiC)或碳化硅烧结体的材料，但是并不限于这些；可以使用其它合适的材料，只要其具有高介电常数即可。
并且，直径彼此不同的通道230、240和250中的至少一个形成在电介质体200的内部，而工作流体被引导到其中。以下可以作为标准：电介质体200的长度在50.0mm至500mm范围；通道230的直径在5mm至490mm范围；通道240的直径在3mm至488mm范围；通道250的直径在4mm至489mm范围。然而，按照根据本发明实施方案的实验，优选：电介质体200的长度为180mm；通道230的直径为22mm；通道240的直径为12mm；并且通道250的直径为16mm。
如图5和图6所示，金属插入件300将通过由于与流过电介质体200的通道230的工作流体的摩擦所致的热交换而发射电子。这有利于通过发射的电子来电离工作流体，并且在通道230内产生大量的汽泡。金属插入件300的材料选自：铜、固体铝或铝箔、金、银、铂、钯或其合金，以易于通过热能交换发射多个电子，但是其不限于这些材料；可以使用其它合适的材料，只要它们可以容易地发射电子即可。
并且，为了使电子发射最大化，可以将一个或多个金属插入件300以小的空间间隔顺序插入到电介质体200内的通道230中。以下可以作为标准：金属插入件300的厚度在0.01mm至10mm范围；和通孔310的直径在1mm至10mm的范围。然而，按照根据本发明实施方案的实验，优选金属插入件300的厚度为4mm，并且通孔310的直径为2mm。
如图7和图8所示，为了使介电插入件400提供由于空化发射而有助于核聚变反应的环境，介电插入件400的材料与电介质体200的材料相同，或者当通过聚变反应发射极大量的电子时，诸如含氟的合成聚合物或石棉的材料对于保持工作流体中的发射电子是有利的。在介电插入件400中，形成至少一个通孔410。以下可以作为标准：通孔410为圆柱形；通孔410的长度在10mm至100mm范围；并且通孔410的直径在1mm至30mm的范围。按照根据本发明实施方案的实验，优选介电插入件400的长度为29mm，并且介电插入件400的直径为2mm。
并且，尽管介电插入件400可以由工业塑料、耐热玻璃、晶体、陶瓷、红宝石、碳化硅或碳化硅烧结体制成，以维持工作流体内的电子，但其不限于此；可以使用其它合适的材料，只要其具有高介电常数即可。
图9和图10示出介电插入件400′的另一个实施例。如图所示，介电插入件400′具有至少一个通孔410′，该通孔410′形成具有恒定内径或在两端处内径部分增大的膨胀单元420，并且通孔410′的内表面是光滑的或者为螺旋形状，以便增大与工作流体的摩擦力和工作流体的流动性。
换言之，虽然图7和图8所示的通孔410具有恒定直径，但图9和图10所示的通孔410′具有膨胀单元420以增大工作流体的摩擦表面和流动速度。亦即，入口和出口的直径可以增大到0.5mm到1mm之间，优选直径为0.754mm。并且，在介电通孔410′内，摩擦力和汽泡的产生可以通过额外提供螺旋形状而最大化。
如图11至图13所示，为了提供用于分离电离的工作流体的离子或收集来自电离的工作流体的电流的磁场，金属构件500可以是选自铜、铁或具有优异电导率的金属的金属棒。换言之，通过从电介质体200的外部沿垂直于通道250的轴线的方向穿透的至少一对孔270，通过使金属棒500穿过每个孔270到达通道250的内部而从在通道250中流动的电离的工作流体收集电流，或者可以通过分离在沿通道250流动的电离的工作流体中的离子如氢离子而在反复循环中促进氢的核聚变。
在下文中，如所具体描述的那样构造和操作金属构件500。工作流体的电离是指当循环通过系统时，部分工作流体以等离子态存在。因此，在收集来自电离的工作流体(即，来自等离子体)的电子时，电子的流动可以通过磁流体动力学装置产生为电流。亦即，在电介质体200内的电子(电)流限制在工作流体中，并且通过使金属棒500穿透至介电通路250的内部，使电子富集在金属棒500内，并且可以根据此时使用的磁场通过区分极性来产生电流，以产生响应于极性的直流电或交流电。电子(电)流被限制在电介质体200内，这是由于电介质体200由介电材料构成。
同样地，其中循环有工作流体的所有管部分(即，通路230、240和250，通孔310，通孔410和410′等)可以涂覆有优异的塑料材料(即，凯夫拉(Kevlar)、玻璃纤维等)或可以使用由上述材料制成的管，以赋予管内表面以期望的介电性能。
此处，对于金属棒500的插入，电介质体200的孔270形成对置的对，并且它们具有垂直于主体轴的方向。因此，在电介质体200的外部，孔270的数目是偶数，而对置孔的每一个相对于轴线彼此面对。金属构件即金属棒500的外端通过穿透到通道250内而与在通道250内流动的电离的工作流体接触，并连接至积聚所收集电流的装置或连接至永磁体或电磁体以分离电离的工作流体的离子。并且，积聚电流的过程通过将导线连接至金属棒500的端部并实施传统的整流和积聚过程来实现。这样，可以由等离子体产生电能，同时在系统中消耗更少能量。
在下文中，接着上述步骤的能量产生装置和方法的操作和效果将如下详细描述。
首先，根据本发明实施方案的工作流体选自：电阻率大于106Ω·m的高纯轻水；轻水和重水之间的混合比在100∶1至100∶30范围的电阻率大于106Ω·m的高纯混合流体；或者粘度在5至30范围的矿物油。当使用轻水和重水的混合流体作为工作流体时，将轻水和重水以100∶1至100∶30范围的混合比在纯化单元600中混合。从根据本发明的能量产生装置的实验结果发现，对于能够获得最大产生效率(大约2,000％的输入能量)的核聚变反应，优选混合比为100∶3。混合后，将混合流体纯化至比电阻为最小值106Ω·m的状态；并且即使仅使用轻水，也将其纯化至比电阻为最小值106Ω·m的状态。并且，使用输出泵650将流体加压到1巴至200巴范围的压力。由于工作流体穿过电介质体200内的金属插入件300和介电插入件400和400′，因此可以通过利用附加安装在连接至电介质体200的入口210的管上的脉冲发生器对穿过管的工作流体施加压力脉冲(具有预定频率)，而进一步持续增强电离和核聚变过程。
此处，优选压力波的频率(脉冲)与系统的共振频率相匹配，这取决于电介质体200的材料、形成在介电插入件400和400′中的通孔410和410′的长度和直径以及工作流体的物理性能。其可以通过逐渐改变脉冲发生器的频率实验性确定。虽然大致的频率范围为1KHz至100MHz，但对于包含轻水的情况，根据实验的频率优选范围为1.0MHz，而对于其它工作流体为20MHz。然而，由于在工作时间的流逝过程中频率范围也在变化，并且取决于温度、电荷量、所用的介电材料、金属插入件的类型等，因此在能量产生装置的操作期间必须改变频率。
工作流体在穿过介电插入件400和400′的窄通孔410和410′时被加速，并且由于当工作流体穿过这些通道时压力快速下降，因此通过在相对低温度下使工作流体沸腾来产生大量蒸汽泡。此时，产生的细小蒸汽泡在最初时间膨胀并循环，并再次流入到电介质体200的通道230内；流动的工作流体再次穿过金属插入件300的窄通孔310时经历电离。在穿过通孔310后，流动的工作流体在通道230内经历另一气泡产生过程。此后，在工作流体穿过介电插入件400和400′后，通过电离的工作流体中的大量超细气泡的内爆而局部产生高压压力波，并且发生空化发射。当工作流体穿过工作流体供应单元的热交换器700时，在电离的工作流体中产生的热能被释放，并且电离的工作流体通过输出泵650被再循环。
如果将来自脉冲发生器的共振频率的波施加至预先施加有来自输出泵650的波的流动工作流体，则可以增强空化发射。通过这些过程，接触工作流体的部分通孔410和410′产生高电压(接近1MV)。这些效果是上述的介电插入件400和400′的介电性能的结果。
工作流体在操作的初始时间经历方程式1的核聚变反应(对于所有的工作流体)。氘通过这种方式产生(当工作流体包括重水时，氘最初也以高于正常的浓度存在)。由于高压，氢和氘原子再次通过失去电子而电离。其中氘正离子通过电脉冲克服库仑势垒，并且可以发生反应方程式2的核聚变反应。
作为核聚变反应的副产物，发射中子和γ射线并释放热能和电能。根据本发明的实施方案，如果输入能为大约7.5KW，则平均可以获得对应于约37.5KW的热能，这是约500％的能量效率。并且，通过增加重水的混合比可以获得对应于平均2,000％的能量效率。至于电能，如果输入功率的量为约7.5KW，则平均产生约45KW(30A，1500V)的电流。此时，中子的输出量平均为3.3毫雷姆/小时，在具有优选尺寸的电介质体200(即，电介质体200的长度为180mm，通道230的直径为22mm，通道240的直径为12mm，通道250的直径为16mm)的表面上测量。根据本发明的能量产生装置和方法可以通过一起同时操作多个电介质体200而产生更为巨大的热能和电能。
虽然已参照一些优选实施方案描述了本发明，但本领域普通技术人员将显而易见的是可以进行各种变化和更改而不背离如所附权利要求所限定的本发明的范围。

Claims (21)

1.一种用于产生能量的装置，所述装置包括：
工作流体，其被供应用于产生电离和核聚变反应；
输出泵，其设计为可对所述工作流体施加预定值的压力；
工作流体供应单元，其通过所述输出泵供应并循环所述工作流体；
电介质体，其具有用于引导由所述工作流体供应单元供应的所述工作流体的入口和出口以及连接所述入口和出口的多个具有不同直径的通道；
至少一个具有至少一个通孔的金属插入件，通过将所述金属插入件插入到所述电介质体的通道内而使所述工作流体穿过该通孔，从而电离所述工作流体；
具有至少一个通孔的介电插入件，通过将所述介电插入件插入到所述电介质体的通道内而使所述工作流体穿过该通孔，从而提供促进核聚变反应的环境；和
至少一对金属构件，其用于控制所述电离的工作流体的极性或通过插入到沿垂直于其轴的方向拦截所述电介质体的通道的孔中来收集电流。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述工作流体是电阻率大于106Ω·m的高纯轻水；轻水和重水之间的混合比在100∶1至100∶30范围的电阻率大于106Ω·m的高纯混合流体；或粘度在5至30范围的矿物油中的一种。
3.根据权利要求2所述的装置，还包括：
纯化单元，其在所述工作流体是轻水或轻水与重水的混合物时，用于将所述轻水和所述混合流体纯化至电阻率大于106Ω·m的高纯度，以将所述纯化的轻水或混合流体供应给所述工作流体供应单元。
4.根据权利要求3所述的装置，其中所述纯化单元包括：
第一纯化单元，用于通过轻水入口接收来自外部来源的所述轻水以初始纯化所述接收的轻水；
第一储水槽，用于仅储存经过所述第一纯化单元的所述轻水或用于以预定比率混合通过重水入口供应的纯重水和经过所述第一纯化单元的所述轻水；
第二纯化单元，用于再次纯化暂时储存在所述第一储水槽中的所述混合流体；
第二储水槽，用于暂时储存经过所述第二纯化单元的所述高纯轻水或所述混合流体；和
输出泵，其提供在所述第二储水槽的出口处，以通过对所述轻水或所述混合流体施加1巴至200巴范围的压力而经由所述供应出口向所述工作流体供应单元供应所述高纯轻水或所述混合流体。
5.根据权利要求4所述的装置，其中所述第一纯化单元和所述第二纯化单元包括微过滤器、反渗透过滤器、组合过滤器和至少一个中间增压泵。
6.根据权利要求1所述的装置，其中所述输出泵是同时对所述工作流体施加预定频率的压力脉冲和平均压力的齿轮泵、活塞泵或叶轮泵中的一种。
7.根据权利要求6所述的装置，还包括：提供在所述工作流体供应单元的出口处以对所述工作流体施加预定频率的压力脉冲的脉冲发生器。
8.根据权利要求7所述的装置，其中所述预定频率是所述工作流体、所述金属插入件和所述介电插入件的共振频率的函数。
9.根据权利要求1所述的装置，其中所述电介质体具有高压密封件，以使所述工作流体不从所述介电入口和所述介电出口的法兰处泄漏，并且所述电介质体由选自工业塑料、耐热玻璃、晶体、陶瓷、红宝石或碳化硅的材料制成，其中所述介电入口和所述介电出口通过法兰连接。
10.根据权利要求1所述的装置，其中所述金属插入件选自铜、铝、金、银、钯或其合金，由于与流过所述电介质体通道的所述工作流体的摩擦，其易于通过热能交换而发射多个电子，以通过发射的电子来促进所述工作流体的电离并产生大量的蒸汽泡。
11.根据权利要求1所述的装置，其中所述介电插入件由选自工业塑料、耐热玻璃、晶体、陶瓷、红宝石或碳化硅的材料制成，以在由于空化发射而通过核聚变反应发射电子时，使所述电子维持在所述工作流体中。
12.根据权利要求11所述的装置，其中所述介电插入件具有至少一个通孔，所述通孔在其中形成内径为常数或者在其两端部分膨胀的膨胀单元；并且所述通孔的内表面是光滑表面或者形成为螺旋形状以增加与所述工作流体的摩擦力和所述工作流体的流动性。
13.根据权利要求1所述的装置，其中所述金属构件选自铜、铁或具有优异电导率的金属，以供应能够使所述电离的工作流体的离子分离的磁场或收集来自所述电离的工作流体的电流。
14.一种用于产生能量的方法，所述方法包括以下步骤：
供应工作流体；
提供输出泵，以对所述工作流体施加预定值的压力；
通过工作流体供应单元供应并循环来自所述输出泵的所述工作流体；
使来自所述工作流体供应单元的所述工作流体穿过电介质体，所述电介质体具有入口、出口和连接所述入口和出口的不同直径的多个通道；
通过使所述工作流体穿过至少一个金属插入件而使其电离，其中所述金属插入件具有插入到所述电介质体的通道内的至少一个金属通孔；
当所述工作流体穿过具有至少一个介电通孔的所述介电插入件时，提供促进核聚变反应的环境，所述介电通孔插入到所述电介质体的通道内；和
当通过至少一对金属构件收集所述工作流体内的电流或者通过利用磁场分离所述电离的工作流体内的离子来促进核聚变时，重复循环，其中所述至少一对金属构件插入到沿垂直于其轴的方向穿透所述电介质体的通道的孔中。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述工作流体选自：电阻率大于106Ω·m的高纯轻水；轻水和重水之间的混合比在100∶1至100∶30范围的电阻率大于106Ω·m的高纯混合流体；或粘度在5至30范围的矿物油；并且还包括：
纯化单元，在使用轻水或混合流体时，其用于将所述轻水和所述混合流体纯化至电阻率大于106Ω·m的高纯度，以向所述工作流体供应单元供应纯化的轻水或混合流体。
16.根据权利要求15所述的方法，其中所述纯化单元包括：
第一纯化单元，用于通过轻水入口接收来自外部来源的所述轻水以初始纯化所述接收的轻水；
第一储水槽，用于仅储存经过所述第一纯化单元的所述轻水或用于以预定比率混合通过重水入口供应的纯重水和经过所述第一纯化单元的所述轻水；
第二纯化单元，用于再次纯化暂时储存在所述第一储水槽中的所述混合流体；
第二储水槽，用于暂时储存经过所述第二纯化单元的所述高纯轻水或所述混合流体；和
输出泵，其提供在所述第二储水槽的出口处，以通过对所述轻水或所述混合流体施加1巴至200巴范围的压力而经由所述供应出口向所述工作流体供应单元供应所述高纯轻水或所述混合流体，
其中所述第一纯化单元和所述第二纯化单元包括微过滤器、反渗透过滤器、组合过滤器和至少一个中间增压泵，和
其中所述输出泵是选自同时对所述工作流体施加预定频率的压力脉冲和平均压力的齿轮泵、活塞泵或叶轮泵。
17.根据权利要求16所述的方法，还包括：提供在所述工作流体供应单元的出口处以对所述工作流体施加预定频率的压力脉冲的脉冲发生器，其中所述预定频率是所述工作流体、所述金属插入件和所述介电插入件的共振频率的函数。
18.根据权利要求14所述的方法，其中所述电介质体具有高压密封件，使得所述工作流体不从所述入口和所述出口的法兰处泄漏，并且所述电介质体由选自工业塑料、耐热玻璃、晶体、陶瓷、红宝石或碳化硅的材料制成，其中所述入口和所述出口通过法兰连接。
19.根据权利要求14所述的方法，其中所述金属插入件选自铜、铝、金、银、钯或其合金，由于与流过所述电介质体通道的所述工作流体的摩擦，其易于通过热能交换而发射多个电子，以通过发射的电子来促进所述工作流体的电离并产生大量的蒸汽泡。
20.根据权利要求14所述的方法，其中所述介电插入件由选自工业塑料、耐热玻璃、晶体、陶瓷、红宝石或碳化硅的材料制成，以当由于空化发射而通过核聚变反应发射电子时，使所述电子维持在所述工作流体中，
所述介电插入件具有至少一个通孔，所述通孔在其中形成内径为常数或者在其两端部分膨胀的膨胀单元；并且
所述通孔的内表面是光滑表面或者形成为螺旋形状以增加与所述工作流体的摩擦力和所述工作流体的流动性。
21.根据权利要求14所述的方法，其中所述金属构件选自铜、铁或具有优异电导率的金属，以供应能够使所述电离的工作流体的离子分离的磁场或收集来自所述电离的工作流体的电流。
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