(57)【要約】内蔵低エネルギー核反応発熱器を使用した、有害排ガスゼロの、長い輸送距離のための費用効果が高く持続可能な輸送手段を提供する、乗り物用の低エネルギー原子力熱電システム。本発明は、概して、熱筐体内の発熱器と、発熱器に接続されたエネルギー変換システムと、エネルギー変換システムに接続されたエネルギー貯蔵システムと、冷却システムと、中央制御システムとを含む。発熱器は、反応室内でニッケル粉末を水素と反応させて、熱を発生させる。熱は、次に、エネルギー貯蔵システムでの貯蔵のための電力に変換されることとなるように、エネルギー変換システムに伝達される。冷却システムが、本発明の様々な構成要素に冷却をもたらし、制御システムが、その全体的な動作を調節する。本発明は、効率の良い、持続可能な、費用効果の高い方法で乗り物に給電することに使用されてもよい。
2016521534.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
低エネルギー核反応を利用して熱を発生させるように適応された発熱器と、
前記発熱器により生成される熱を電力に変換するように適応されたエネルギー変換システムと、
前記発熱器からの熱を前記エネルギー変換システムに伝達する高温流体回路と、
乗り物に給電する前記電力を貯蔵するエネルギー貯蔵システムと、
前記エネルギー変換システム及び前記エネルギー貯蔵システムを冷却する冷却システムと、
中央制御システムと、
を備える、乗り物用の低エネルギー原子力熱電システム。
【請求項２】
前記低エネルギー核反応が、水素とのニッケル粉末の反応を含む、請求項１の乗り物用の低エネルギー原子力熱電システム。
【請求項３】
前記発熱器が、反応室と、水素貯蔵タンクと、前記反応室を前記水素貯蔵タンクに接続する水素注入器と、を備える、請求項１または請求項２の乗り物用の低エネルギー原子力熱電システム。
【請求項４】
前記発熱器が、前記水素貯蔵タンクと前記水素注入器との間に接続されたガス加圧器を備える、請求項３の乗り物用の低エネルギー原子力熱電システム。
【請求項５】
前記発熱器が、加熱器と無線周波発生器とを備える、請求項１から請求項４のいずれかの乗り物用の低エネルギー原子力熱電システム。
【請求項６】
前記エネルギー変換システムが、ブレイトンサイクルで動作するように適応された超臨界二酸化炭素タービン発電機を備える、請求項１から請求項５のいずれかの乗り物用の低エネルギー原子力熱電システム。
【請求項７】
前記エネルギー変換システムが、ランキンサイクルに基づいて熱をエネルギーに変換するように適応された蒸気タービンと同期発電機とを備える、請求項１から請求項６のいずれかの乗り物用の低エネルギー原子力熱電システム。
【請求項８】
前記エネルギー変換システムが、ゼーベック効果に基づいて熱をエネルギーに変換するように適応された熱電発電機を備える、請求項１から請求項７のいずれかの乗り物用の低エネルギー原子力熱電システム。
【請求項９】
前記エネルギー変換システムと前記冷却システムとの間に接続された冷却回路をさらに備える、請求項１から請求項８のいずれかの乗り物用の低エネルギー原子力熱電システム。
【請求項１０】
低エネルギー核反応を利用して熱を発生させるように適応された発熱器と、
前記発熱器により生成される熱を電力に変換するように適応されたエネルギー変換システムであって、前記エネルギー変換システムが、熱から直線運動を発生させる少なくとも１の熱エンジン、作動流体の圧力を上昇させる少なくとも１の圧縮器、タービン、及び、ロータリー発電機を備える、前記エネルギー変換システムと、
乗り物に給電する前記電力を貯蔵するエネルギー貯蔵システムと、
前記エネルギー変換システムと前記エネルギー貯蔵システムとを冷却する冷却システムと、
中央制御システムと、
を備える、乗り物用の低エネルギー原子力熱電システム。
【請求項１１】
前記少なくとも１の熱エンジンが、第１のスターリングエンジンと第２のスターリングエンジンとを備える、請求項１０の乗り物用の低エネルギー原子力熱電システム。
【請求項１２】
前記少なくとも１の圧縮器が、第１の単動ピストン圧縮器と第２の単動ピストン圧縮器とを備える、請求項１０または請求項１１の乗り物用の低エネルギー原子力熱電システム。
【請求項１３】
前記第１の単動ピストン圧縮器が、前記第１のスターリングエンジンを備え、前記第２の単動ピストン圧縮器が、前記第２のスターリングエンジンに接続されている、請求項１２の乗り物用の低エネルギー原子力熱電システム。
【請求項１４】
前記発熱器を前記第１のスターリングエンジンと前記第２のスターリングエンジンとに接続する高温流体回路をさらに備える、請求項１１から請求項１３のいずれかの乗り物用の低エネルギー原子力熱電システム。
【請求項１５】
前記少なくとも１の熱エンジンが、スターリングエンジン及びリニア同期発電機を備えるスターリング発電機と自由ピストンスターリングエンジンとからなる群から選択される、請求項１０から請求項１４のいずれかの乗り物用の低エネルギー原子力熱電システム。
【請求項１６】
前記発熱器が、反応室と、水素貯蔵タンクと、前記反応室を前記水素貯蔵タンクに接続する水素注入器と、を備える、請求項１０から請求項１５のいずれかの乗り物用の低エネルギー原子力熱電システム。
【請求項１７】
前記発熱器が、前記水素貯蔵タンクと前記水素注入器との間に接続されたガス加圧器をさらに備え、前記発熱器が、加熱器と無線周波発生器とをさらに備える、請求項１６の乗り物用の低エネルギー原子力熱電システム。
【請求項１８】
前記エネルギー変換システムと前記冷却システムとの間に接続された冷却回路をさらに備える、請求項１０から請求項１７のいずれかの乗り物用の低エネルギー原子力熱電システム。
【請求項１９】
乗り物であって、前記乗り物が１以上の電池を含み、前記乗り物が空調システムを含む、前記乗り物と、
水素とのニッケル粉末の反応を利用して熱を発生させるように適応された発熱器であって、前記発熱器が、反応室と水素貯蔵タンクと前記反応室を前記水素貯蔵タンクに接続する水素注入器とを備え、前記発熱器が、前記水素貯蔵タンクと前記水素注入器との間に接続されたガス加圧器をさらに備え、前記発熱器が、加熱器と無線周波発生器とをさらに備え、前記発熱器が、熱筐体内に収容され、前記熱筐体が、高密度遮へい体を含み、前記発熱器が、前記発熱器内の熱を伝達する内部流体ループを含む、前記発熱器と、
中央制御システムと、
前記発熱器により生成される熱を電力に変換するように適応されたエネルギー変換システムであって、前記エネルギー変換システムが、熱から直線運動を発生させる第１のスターリングエンジン及び第２のスターリングエンジンと、作動流体の圧力を上昇させる第１の単動ピストン圧縮器及び第２の単動ピストン圧縮器と、タービン及びロータリー発電機とを備え、前記第１の単動ピストン圧縮器が、前記第１のスターリングエンジンに接続され、前記第２の単動ピストン圧縮器が、前記第２のスターリングエンジンに接続されている、前記エネルギー変換システムと、
前記発熱器からの熱を前記エネルギー変換システムに伝達する高温流体回路と、
前記乗り物に給電する前記電力を貯蔵するエネルギー貯蔵システムと、
前記エネルギー変換システム及び前記エネルギー貯蔵システムを冷却する冷却システムと、
前記エネルギー変換システムと前記冷却システムとの間に接続された冷却回路と、を備え、
前記発熱器が、前記空調システムに熱的に接続され、前記冷却回路が、前記空調システムに熱的に接続され、前記空調システムに高温の空気を提供するため、前記中央制御システムが、前記発熱器で生成される前記熱の少なくとも第１の部分の、前記空調システムへの直接の伝達に適応され、
前記発熱器が、前記１以上の電池に熱的に接続され、前記冷却回路が、前記１以上の電池に熱的に接続され、前記中央制御システムが、前記発熱器で生成される前記熱の少なくとも第２の部分と前記１以上の電池の温度を調節する前記冷却回路の冷却流体の少なくとも一部とを使用して前記１以上の電池の温度を調節するように適応される
乗り物用の低エネルギー原子力熱電システム。
【請求項２０】
前記乗り物が、電気自動車、電気飛行機、電気ボート及び電車からなる群から選択される、請求項１９の乗り物用の低エネルギー原子力熱電システム。
【請求項２１】
請求項１から請求項２０のいずれかの低エネルギー原子力熱電システムを備える乗り物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、低エネルギー原子力システムに関し、より具体的には、内蔵低エネルギー核反応発熱器を使用する、有害排ガスゼロの、長い輸送距離のための、費用効果が高く持続可能な輸送手段を提供する、乗り物用の低エネルギー原子力（核）熱電システム（low energy nuclear thermoelectric system）に関する。
【背景技術】
【０００２】
本明細書全体における背景技術の説明はいずれも、どのような観点からも、そのような背景技術が広く知られていること、または本技術分野における一般常識の一部を構成することの自認とみなされてはならない。
【０００３】
本発明は、電動の乗り物、例えば、電気自動車、電動バイク、電気バス、電車、電気ボート、電気飛行機などに給電する、熱エネルギーを利用するシステムに関する。近年、電動の乗り物の市場が拡大しており、現在の試算では、２０１７年までに毎年５００万を越える電気自動車が販売されると予想されている。
【０００４】
現在製造されている電動の乗り物は、世界市場でますます需要を増す化石燃料に依存しないので、持続可能だと一般に考えられている。これらの電動の乗り物は、温室効果ガスなどの放出物を一切生成しないので、環境的に安全だとも考えられる。
【０００５】
しかし、現在製造されているこれらの持続可能な電動の乗り物にも、いくつか欠点がある。これらの乗り物の多くは、定期的に送電系統に直接接続されることを必要とされるか、または、エネルギー貯蔵のために電池の使用が必要とされる。このような電池が唯一の電源として使用されるとき、電動の乗り物の移動距離が電池の貯蔵容量によって大幅に制限されるので、繰り返し再充電することが必要となる。電池容量の増加、及び、それによる乗り物の移動距離の増加により、価格と乗り物の重さとの両方が増加し、そのような増加は、多くの場合、様々な用途において最適とはいえない場合がある。
【０００６】
電動の乗り物の移動距離の制限についての問題に対する１つの解決策は、このような乗り物に搭載された電池システムの再充電に使用する充電所のネットワークを構築することである。移動距離を増加させる他の解決策は、大きな電池容量ではなく、燃料電池を使用することである。しかし、このようなシステムは、多くの場合、乗り物に補充する水素の引き渡し場所を提供するための複雑な水素インフラ及び水素ステーションのネットワーク（ガソリンスタンドに非常に似ている）に依存しなければならない。広く使用される燃料電池を使用した乗り物に対応するのに必要な水素インフラは、数十年を要すると推定される。
【０００７】
電動の乗り物の移動距離の問題に対する他の解決策は、太陽エネルギーなどの持続可能エネルギーを直接使用して乗り物に給電することである。しかし、これらのいずれの解決策にも、標準的な熱を利用するエンジンを搭載した乗り物と比較すると、移動距離、利便性、快適さ及び費用を含む多くの欠点がある。
【０００８】
背景技術にはこのような問題が内在するので、内蔵低エネルギー核反応発熱器を使用する、有害排ガスゼロの、長い輸送距離のための、費用効果が高く持続可能な輸送手段を提供する、乗り物用の新しく改善された低エネルギー原子力熱電システムが必要とされている。
【発明の概要】
【０００９】
本発明は、概して、乗り物用の低エネルギー原子力熱電（核）システムに関する。一態様において、低エネルギー原子力熱電システムは、熱筐体内の発熱器と、発熱器に接続されたエネルギー変換システムと、エネルギー変換システムに接続されたエネルギー貯蔵システムと、冷却システムと、中央制御システムとを含む。
【００１０】
本発明の一態様において、発熱器は、反応室内でニッケル粉末を水素と反応させて、熱を発生させる。熱は、その後、エネルギー変換システムに伝達されて、エネルギー貯蔵システムでの貯蔵のため電力に変換される。冷却システムは、本発明の様々な構成要素に対して冷却をもたらし、制御システムは、その全体的な動作を調節する。本発明は、効率の良い持続可能な費用効果の高い方法で、乗り物に給電することに使用されてもよい。
【００１１】
一態様において、本発明は、本発明の低エネルギー原子力熱電システムを備える乗り物に関する。
【００１２】
従って、本発明のいくつかの特徴が、それについての詳細な説明がよりよく理解され得るように、及び、本分野へのこの寄与がよりよく認識され得るように、かなり広く概説されている。以下で説明されるような、本発明の他の特徴が存在し、それが、本明細書に添付された特許請求の範囲の主題を形成することとなる。この点で、本発明の少なくとも一の実施形態を詳細に説明する前に、本発明が、その用途において、以下の説明に記載されている、または、図面に描かれている詳細な構造または構成要素の配置に限定されないことが理解されるべきである。本発明は、他の実施形態をもとり得、様々な方法で実施及び実行され得る。また、本明細書で使用される術語及び用語は、説明を目的としており、限定とみなされてはならないことが理解されるべきである。
【００１３】
本発明の様々な他の目的、特徴及び付随する利点は、添付図面をあわせて考慮するとよりよく理解されるのに伴って、十分に認識されるようになる。図面中、複数の図面にわたり、類似の参照符号は、同一又は類似の部分を指す。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、本発明の主実施形態の全体的な構成要素を示す第１のブロック図である。
【図２】図２は、本発明の主実施形態の全体的な構成要素を示す第２のブロック図である。
【図３】図３は、本発明で使用される例示的な発熱器の断面図を示すブロック図である。
【図４】図４は、本発明の発熱器及びエネルギー変換システムを示すブロック図である。
【図５】図５は、吸収式冷却装置に基づく冷却システムを示すブロック図である。
【図６ａ】図６ａは、電気自動車で使用される本発明の様々な構成要素の、上からの内部図である。
【図６ｂ】図６ｂは、電気自動車で使用される本発明の様々な構成要素の側面内部図である。
【図７】図７は、電気航空機で使用される本発明の様々な構成要素の側面内部図である。
【図８】図８は、超臨界二酸化炭素タービン発電機を使用する本発明の代替実施形態を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
Ａ．概要
【００１６】
ここで図面の説明をすると、図面中の類似の参照符号は、複数の図面にわたって類似の構成要素を示しており、図１〜図７は、低エネルギー原子力熱電システム１０を示し、低エネルギー原子力熱電システム１０は、熱筐体３０内の発熱器２０、発熱器２０に接続されたエネルギー変換システム４０、エネルギー変換システム４０に接続されたエネルギー貯蔵システム５０、冷却システム６０、及び、中央制御システム７０を備える。発熱器２０は、反応室２２内でニッケル粉末２３を水素と反応させて熱を発生させる。熱は、次に、エネルギー変換システム４０に伝達されて、エネルギー貯蔵システム５０での貯蔵のため電力に変換される。冷却システム６０は、本発明の様々な構成要素に冷却をもたらし、制御システム７０は、その全体的な動作を調節する。
【００１７】
図１及び２は、本発明の全体的な構造及び動作を示すブロック図を示す。図１に示されるように、本発明は、内部液圧システム３３により駆動される内部流体ループ３２を有する発熱器２０を備える。高温流体回路３５は、熱を、発熱器２０から、熱がエネルギーに変換されるエネルギー変換システム４０に伝達し、冷却システム６０を通してから、発熱器２０に戻す。冷却回路６６は、エネルギー変換システム４０及び冷却システム６０を通して、及び、任意選択的に乗り物１６のＡ／Ｃシステム１７を通して伝達する。冷却伝達回路６７は、さらに、冷却システム６０を離れた放熱器４６に接続する。本発明は、発熱器２０の低エネルギー原子力熱電発電を使用することにより、効率の良い持続可能な費用効果の高い方法で乗り物に給電するために使用されてもよい。
【００１８】
Ｂ．発熱器
【００１９】
本発明は、エネルギー変換システム４０内で変換されて、使用のためにエネルギー貯蔵システム５０内に貯蔵される電力を生成するため、発熱器２０を使用する。例示的な発熱器２０が、図３に示されている。これが例示的な実施形態にすぎないことが理解され、従って、本発明では様々な他の実施形態を利用可能であることが理解される。従って、図に示されている例示的な発熱器２０の構成が、本発明の範囲をそれに限定するものと解釈されるべきではない。
【００２０】
本発明では、様々な発熱器２０が使用されてもよい。このような発熱器２０の１つが、「ニッケルと水素の発熱反応を行う方法及び装置」に関する米国特許出願公開第２０１１／０００５５０６号で開示されており、その公開内容は、参照により本明細書に援用される。他のこのような発熱器２０が、「エネルギーを生成する方法及びそのための装置」に関する米国特許出願公開第２０１１／０２４９７８３号で開示されており、その公開内容は、参照により本明細書に援用される。
【００２１】
図３に示すように、発熱器２０は、概して、反応の主燃料として使用されるニッケル粉末２３のような、ある量の反応物を収容する反応室２２を備える。貯蔵された水素が水素注入器２７を通して反応室２２に注入され得るように水素貯蔵タンク２４が提供される。反応を可能にして反応を制御するためニッケル粉末２３に水素を圧入できるガス加圧器２５が提供される。反応を開始して反応を制御するため、加熱器２８と、マイクロ波発生器２９などの無線周波発生器２９とが、さらに提供される。
【００２２】
発熱器２０は、低エネルギー核反応を利用して、エネルギーを生成する際に使用するための熱を発生させる。水素ガスを使用した、ニッケル粉末２３の非放射性同位体の変換反応に基づいて、熱が発生し、その結果、安定した銅同位体及び非放射性の銅同位体がもたらされる。従って、本発明は、何らかの放射性燃料の使用を必要とせず、放射性副産物を一切生成しない。
【００２３】
発熱器２０は、好ましくは、図３に示すように、熱筐体３０内に入れられている。高密度遮へい体３１が、安全を図る目的で、発熱器２０の様々な構成要素を囲う筐体３０内に収容されている。シールド３１は、好ましくは、変換により放射されるあらゆるガンマ線と、安全上の理由から使用されるあらゆる不活性ガスとを遮断することができる材料で構成されている。
【００２４】
発熱器２０は、概して、反応室２２を備える。反応室２２は、ニッケル２３の小粒子で構成された、ある量のニッケル粉末２３を収容することに適応されている。水素貯蔵タンク２４は、その中に弁２６を有する注入器２７を介して、反応室２２に接続されている。水素貯蔵タンク２４は、ボンベ内などの加圧された状態、または、水素化マグネシウムの形態などの固体状態のいずれかで水素ガスを貯蔵する。
【００２５】
ガス加圧器２５は、弁２６を使用することにより、注入器２７を通して反応室２２に注入される水素の圧力及び量を制御する。このような構成が、変換反応の開始及び量の調節を可能にし、これにより、室２２内での反応により生成される熱エネルギーの量の制御を可能にする。
【００２６】
好ましくは電熱器２８を備える加熱器２８は、無線周波発生器２９と組み合わせて使用されて、発熱器始動段階中に室２２内の温度を上げることにより反応を開始させることと、その中で発生する熱量の調節を補助することとを行う。
【００２７】
特に発熱器２０の様々な構成要素を制御するため、及び、その結果として、その全体的な動作を制御するため、制御装置３７が提供される。制御装置３７は、好ましくは、注入器２７を通る水素入力流量を（例えば弁２６の制御により）、及び、無線周波発生器２９を制御するように適応される。さらに、制御装置３７は、好ましくは、一体化された温度センサー３８を使用して中心部２１の温度を測定するように適応される。
【００２８】
発熱器２０からの熱は、内部液圧システム３３により動力供給される内部流体ループ３２と、熱交換器３４と、外部液圧システム３６により動力供給される外部流体ループ３５とを使用して、本発明のエネルギー変換システム４０に伝達される。内部流体ループ３２は、熱筐体３０内に完全に封入された閉サイクル冷却剤流体ループを備える。反応室２２内の熱反応による熱が、内部流体ループ３２内の冷却流体に伝達されるように、内部流体ループ３２が、反応室２２の筐体を貫いている。
【００２９】
加熱された冷却流体は、図３に示すように筐体３０内に位置する熱交換器３４を通って、内部流体ループ３２内で伝達される。熱交換器３４は、高温流体回路３５を備える外部流体ループ３５に熱を伝達し、エネルギー変換システム４０内での変換のために、その中の作動流体を加熱する。発熱器２０のすべての動作が、閉サイクルで行われるので、自然界のバックグラウンド放射線と同じ程度の大きさのごくわずかのレベルのガンマ放射線の他には、どのような種類の放射物も生成されない。
【００３０】
いくつかの実施形態において、発熱器２０及び後でさらに詳細に説明するエネルギー変換システム４０は、単一の組立体に一体化されてもよく、この場合、発熱器２０からの熱は、作動流体も冷却流体も一切必要とせずに、エネルギー変換システム４０に直接伝達されることが理解される。
【００３１】
Ｃ．エネルギー変換システム。
【００３２】
本発明は、エネルギー変換システム４０使用して、発熱器２０で生成される熱をエネルギーに変換する。エネルギー変換システム４０は、発熱器２０で生成される熱を、エネルギー貯蔵システム５０に貯蔵可能な電力に変換する、閉サイクルで作動する熱電変換器などの様々な構成要素を備えていてもよい。他の実施形態において、エネルギー変換システム４０は、発熱器で生成される熱を、エネルギー貯蔵システム５０に保存可能な回転運動に変換する、閉サイクルで作動する熱−運動変換器を備えていてもよい。
【００３３】
本発明のエネルギー変換システム４０は、一般に、熱から直線運動を発生させるための少なくとも１のスターリングエンジン４１と、スターリングエンジン４１の直線運動により作動流体の圧力を上昇させる少なくとも１の単動ピストン圧縮器４２又はブロワと、加圧された流体から回転運動を発生させるタービン４８と、タービン４８の回転から電力を発生させるロータリー発電機４９とを備えることとなる。
【００３４】
図４に示すように、好ましい実施形態では、エネルギー変換システム４０は、振動及びノイズを低減するように動的にバランスをとられて対置されて対として構成された第１のスターリングエンジン４１ａと第２のスターリングエンジン４１ｂとを備える。スターリングエンジン４１（ａ、ｂ）は、外部液圧システム３６により駆動される熱筐体３０の外部流体ループ３５から、加熱された作動流体を受け入れる。
【００３５】
図４に示すように、第１の圧縮器４２ａは、第１のスターリングエンジン４１ａに接続されており、第２の圧縮器４２ｂは、第２のスターリングエンジン４１ｂに接続されている。圧縮器４２は、好ましくは、それ自体がタービン４８及びロータリー発電機４９を含むタービン発電機４７に接続されている単動ピストン圧縮器またはブロワを備える。
【００３６】
高温流体回路３５を介して伝達される発熱器２０からの熱は、スターリングエンジン４１のそれぞれに動力を供給して、両方のエンジンの膨張シリンダを高温に保ち、一方で、冷却流体が、低温液圧システム４５を介してエンジン４１に伝達されて、それぞれの圧縮シリンダを低温に保つ。
【００３７】
スターリングエンジン４１は、本分野でよく知られており、使用において効率の良いことが知られている様々な構成のスターリングエンジン４１が、本発明と共に使用されてもよい。好ましくは、それぞれのスターリングエンジン４１は、従来の、ディスプレーサー型自由ピストンエンジン４１を備え、ディスプレーサー型自由ピストンエンジン４１において、パワーピストンは、単動ピストン圧縮器４２を駆動する。スターリングエンジン４１、圧縮器４２及びタービン発電機４７は、すべて、典型的にはヘリウムガスを含む同じ作動流体を使用する。液圧システム３６、４５は、動作の温度を調節及び制御し、その結果、エネルギー変換の効率を調節及び制御する。
【００３８】
放熱器４６は、外部液圧システム３６に接続されて、残りの未使用の熱をすべて電動の乗り物の外に除去する。エネルギー変換システムのすべての動作は、閉サイクルで行われ、その結果、あらゆる種類のあらゆる放出物を防ぐ。
【００３９】
エネルギー変換システム４０に関して、本発明者によってそれについての複数の代替実施形態がすでに考えられている。例えば、このような代替実施形態の一つにおいて、エネルギー変換システム４０は、熱から直線運動を発生させる自由ピストンスターリングエンジン４１と、スターリングエンジン４１の直線運動から電力を発生させるリニア同期発電機とを備えていてもよい。
【００４０】
他の実施形態において、エネルギー変換システム４０は、閉サイクルで作動する熱−運動変換器を備え、発熱器２０で生成される熱をエネルギー貯蔵システム５０での貯蔵のための運動エネルギーに変換してもよい。運動エネルギーが、はずみ車エネルギー貯蔵システム５０に貯蔵され得るように、このような構成は、通常、スターリングエンジン４１、エンジン４１の直線運動により作動流体の圧力を上昇させる単一の圧縮器４２、及び、加圧された流体により回転運動を発生させるタービン４８を備える。
【００４１】
さらに別の他の実施形態において、エネルギー変換システム４０は、作動流体からの熱を使用して液体の水を高圧蒸気に変える蒸発器を含む蒸気タービン発電機と、高圧蒸気から回転運動を発生させるタービン４８と、タービンの回転により電力を発生させるロータリー発電機４９と、タービン４８から出た低圧チームを、冷却流体を使用して液体の水に変換して戻すことで蒸発器に戻ってサイクルを開始するための凝縮器とを備えていてもよい。代替的に、図８に示すように、作動流体としての超臨界二酸化炭素で、蒸気及び液体の水が置換されてもよい。
【００４２】
他の代替実施形態において、エネルギー変換システム４０は、例えば、一般に「Ｓｃｈｏｅｌｌサイクル」エンジンと呼ばれる、閉サイクルで作動する廃熱ランキンサイクル蒸気エンジンを備える熱電変換器を備えていてもよく、廃熱ランキンサイクル蒸気エンジンは、熱を、エネルギー貯蔵システム５０に貯蔵され得る、または、電力に変換され得る回転運動に変換する。
【００４３】
他の代替実施形態は、加熱された伝達流体と冷却流体との間の温度差を電圧に変換する「ゼーベック」または「ペルティエ」効果を利用するサーモパイル組立体を備える熱電変換器を使用する。
【００４４】
最後の代替実施形態は、近似エリクソンサイクルを使用して燃料セル内の水素の光分解及び再結合に依存する固体熱エンジンを備えるジョンソン熱電エネルギー変換器を使用し、それによって熱から電力を発生させる。
【００４５】
Ｄ．エネルギー貯蔵システム
【００４６】
本発明は、エネルギー貯蔵システム５０を使用して、エネルギー変換システム４０により生成されるエネルギーを貯蔵する。本発明では、電池、はずみ車運動エネルギー貯蔵システム、またはその組み合わせを含む、様々な種類のエネルギー貯蔵システム５０が使用されてもよい。
【００４７】
好ましい実施形態では、エネルギー貯蔵システム５０は、変換システム４０により生成される電力を貯蔵するように適応された電池の組立体を備える。電池の動作温度は、発熱器２０及び冷却システム６０によりそれぞれ生成される、加熱された作動流体からの熱及び冷却流体からの冷たさを利用して、温度計で監視されてもよく、及び、電池温度システムで調節されてもよい。
【００４８】
Ｅ．冷却システム
【００４９】
図５は、本発明で使用される冷却システム６０の例示的な実施形態を示す。冷却システム６０は、好ましくは、エネルギー変換システム４０の効率を高めるため、並びに、エネルギー貯蔵システム５０、及び、場合によっては、乗り物の空調システムの温度の調節のための冷却源を提供するため、発熱器２０の余剰な熱から有用な冷たさを発生させるのに使用される吸収式冷却装置を備える。
【００５０】
冷却システム６０は、概して、内部において低分圧環境中で冷媒流体が気化する蒸発器６１を含み、その結果として、その周辺環境から熱を取り出す、及び冷却流体を冷却する。気体の冷媒流体は、吸収器６２中の液体の吸収液中に吸収され、及び、溶解し、その結果、蒸発器６１内でその分圧が下がり、より多くの液体の冷媒流体を気化させる。
【００５１】
液体の吸収液は、ポンプ６３を介して熱交換ボイラー６４に伝達されて、熱交換ボイラー６４で液体の吸収液が加熱され、図５に示すように、溶解した冷媒流体を完全に気化させる。気化した流体は、次に、冷却水を使用する凝縮器６５を通って凝縮して、蒸発器に液体の冷媒流体を再供給する。冷却システム６０は、冷却回路６６と冷却伝達回路６７との両方を使用して、冷却システム６０内に、及び冷却システム６０から外に、流体、すなわち、熱及び冷たさを伝達する。
【００５２】
代替実施形態において、冷却システム６０は、受動的または能動的な水−空気放熱器を備えていてもよい。能動的な実施形態において、冷却システム６０の冷却性能を高めるため、電動送風機が使用されてもよい。
【００５３】
他の代替実施形態において、冷却システム６０は、冷却源として、電動の乗り物の外の利用可能な空気または水を使用した、熱交換器を元にした受動的または能動的なヒートシンクを備えていてもよい。
【００５４】
Ｆ．中央制御システム
【００５５】
本発明は、システム１０全体の全体的な動作を調節するための中央冷却システム７０を含む。制御システム７０は、乗り物が走行しているとき、または、貯蔵システム５０がその最大貯蔵容量未満であるとき、発熱器２０を起動できる。制御システム７０は、エネルギー貯蔵システム５０がその最大貯蔵容量に達したとき、発熱器２０を停止するようにも適応される。
【００５６】
制御システム７０は、様々な実施形態を備えていてもよい。制御システム７０は、発生する熱の量を調節するために発熱器２０を起動／停止するコマンドを発熱器２０の制御装置３７に送信するように適応されることとなることが好ましい。さらに、液圧システム３３、３６、４５を制御して、本発明全体の熱伝達及び冷却流体の流量を管理することとなるように適応される。
【００５７】
制御システム７０は、エネルギー貯蔵システム５０の温度調節システムなどの温度調節システムと連携して、需要に応じて電池の温度を上昇または低下させるように機能することにもなる。最後に、制御システム７０は、乗り物の空調システムと連携して、乗り物内の気温を上昇または低下させることとなる。
【００５８】
Ｇ．乗り物
【００５９】
本発明は、例えば、バス、トラック、ボート、電車、飛行機、ヘリコプター、他の航空機などの様々な種類の乗り物１６に使用されてもよい。本発明は、好ましくは、電気自動車１６での使用に適応され、電気自動車１６は、燃料補給毎に何千マイルかの長い移動距離を可能にする。乗り物１６の重さは、所望の移動距離を達成するために必要な電池１９の大きさ及び容量を小さくすることによって低減されてもよく、その結果として、乗り物の機動性及び相対的な性能を高めてもよい。図６ａ及び図６ｂは、自動車内で使用される本発明の例示的な実施形態を示す。図７は、航空機内で使用される本発明の例示的な実施形態を示す。
【００６０】
乗り物１６は、その荷積み領域内に、発熱器２０、エネルギー変換システム４０、エネルギー貯蔵システム５０、冷却システム６０、及び、中央制御システム７０を搭載するように設計されることとなる。本発明は、乗り物１６の電動モーター１８を駆動すること、及び、乗り物１６の電池１９に蓄えられるエネルギーを提供することに使用されてもよい。
【００６１】
本発明は、さらに、乗り物１６の空調システム１７の効率を高めること、及び／または、乗り物１６の電池１９の温度を調節することに使用されてもよい。発熱器２０により生成される余剰な熱を別の冷却流体と組み合わせて使用することにより、乗り物１６の電池１９及び／または空調システム１７の温度が、多くの場合は中央制御システム７０と組み合わせて調節されてもよい。従って、電動の乗り物１６の動作の顕著な欠点が、低減または完全に取り除かれ得る。
【００６２】
Ｈ．代替実施形態の動作
【００６３】
図８は、閉鎖型ブレイトンサイクルとして作動する超臨界二酸化炭素タービン発電機８０が本発明のエネルギー変換機能に使用される、本発明の代替実施形態を示す。ブレイトンサイクルは、熱エンジン及び閉サイクルガスタービンとの関連において使用される熱力学サイクルとして本分野でよく知られている。
【００６４】
本発明の代替実施形態において、タービン発電機８０は、高温流体回路３５、８８を介して本発明の発熱器２０に熱的に接続され、高温流体回路３５、８８は、発熱器２０からの熱を熱交換器３４、８７と連携してタービン発電機８０に伝達してエネルギーに変換させる。
【００６５】
様々な種類のタービン発電機８０が使用されてもよい。好ましい実施形態が、図８に示されており、この好ましい実施形態は、すべてが同じ高温流体回路８８を介して接続されたポンプ８１、復熱装置８２、タービン８６及び凝縮器８３を備え、高温流体回路８８は、それ自体が、熱交換器８７を介して本発明の発熱器２０に熱的に接続されている。ポンプ８１は、回路８８に沿って超臨界流体を動かすように働く。
【００６６】
復熱装置８２は、流体が発熱器２０を伴う熱交換器３４、８７に流れ込む前に、流体を予熱するのに使用される。復熱装置８２は、さらに、流体が凝縮器８３に流れ込む前に、流体を予冷し、凝縮器８３は、冷却回路８９を介して冷却水供給路及び冷却水帰路に接続される。
【００６７】
ギア８５及び発電機８４は、タービン８６に接続されてエネルギーを生成し、そのエネルギーは、エネルギー貯蔵システム５０に、電動モーター１８に、電池１９に、及び／または、発熱器２０用の補助電力として、伝達される。
【００６８】
異なる定義がされていない限り、本明細書で用いられる技術用語及び科学用語は、すべて、この発明が属する技術分野の当業者によって通例理解されるのと同じ意味をもつ。本発明を実施または試験する時には、本明細書に記載の方法及び材料と同様または同等の方法及び材料が使用され得るが、適切な方法及び材料が前述のように説明されている。本明細書で言及したすべての刊行物、特許出願、特許、及び他の参照事項が、適用法令で認められる限りにおいて、全体として参照により援用される。矛盾する場合、定義を含め、本明細書が優先する。本発明は、その趣旨または本質的な性質から逸脱することなく、他の特定の形態で具現化されてもよく、従って、本実施形態が、すべての点において、例示であって、限定ではないとみなされることが望ましい。説明中の使用されるいずれの見出しも、単なる便宜上のものであり、法的効果も、限定する効果もない。
【００６９】
表１：低エネルギー原子力熱電システムの構成要素の符号
【００７０】
１０．低エネルギー原子力熱電
１１．液体冷媒
１２．冷却流体
１３．
１４．
１５．電線管
１６．乗り物
１７．Ａ／Ｃシステム
１８．電動モーター
１９．電池
【００７１】
２０．発熱器
２１．反応室中心部
２２．反応室
２３．ニッケル粉末
２４．水素貯蔵タンク
２５．ガス加圧器
２６．弁
２７．水素注入器
２８．加熱器
２９．無線周波発生器
【００７２】
３０．熱筐体
３１．高密度遮へい体
３２．内部流体ループ
３３．内部液圧システム
３４．熱交換器
３５．高温流体回路
３６．外部液圧システム
３７．制御装置
３８．温度センサー
３９．
【００７３】
４０．エネルギー変換システム
４１．スターリングエンジン（ａ、ｂ）
４２．圧縮器（ａ、ｂ）
４３．
４４．低温流体回路
４５．低温液圧システム
４６．放熱器
４７．タービン発電機
４８．タービン
４９．ロータリー発電機
【００７４】
５０．エネルギー貯蔵システム
５１．
５２．
５３．
５４．
５５．
５６．
５７．
５８．
５９．
【００７５】
６０．冷却システム
６１．蒸発器
６２．吸収器
６３．ポンプ
６４．ボイラー
６５．凝縮器（Ｃｏｎｄｅｎｓｏｒ）
６６．冷却回路
６７．冷却伝達
６８．
６９．
【００７６】
７０．中央制御システム
７１．
７２．
７３．
７４．
７５．
７６．
７７．
７８．
７９．
【００７７】
８０．ＣＯ２タービン発電機
８１．ポンプ
８２．復熱装置
８３．凝縮器
８４．発電機
８５．ギア
８６．タービン
８７．熱交換器
８８．高温流体回路
８９．冷却回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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