專利名稱：用于制造氫的裝置的制作方法
技術領域：
在一個方面中，本發明涉及用于制造氫的裝置，還涉及產生一定體積的等離子體場的裝置，以用于將水解離成元素氫和水。在另一個方面中，本發明涉及解離水以產生元素氫和水的方法。在還另一個方面中，本發明涉及從在等離子體場中產生的氫產生能量。
背景技術：
在過去的十年間，氫已經獲得了作為能量來源的明顯勢頭。很長一段時間以來，氫已經由希望成為未來可再生、無污染的能量來源的優異源頭。用于產生能量和用于運輸的油的成本日益增加。例如，美國每年為進口的外國石油要支付數千億美金。氫無色、無臭、無味且無毒，這使得其與當今通常所使用的各種其他燃料不同。氫是用于供給燃料電池動力的優選燃料，其中僅有的排放物是水和一些熱。類似地，當氫在內燃機中燃燒時，產生的排放物僅為水和熱。另外，氫是所期望的燃料，用來代替大型發電廠中、以及大多數其他烴基能量系統中的烴基燃料。氫是一種元素，是世界上最豐富的元素。氫在水中存在且在所有生物中以水或其他形式被發現。氫還是最簡單、最輕的元素，僅具有一個質子和一個電子。盡管氫無處不在，但是很少發現其自由浮動或元素的形式。其與其他元素結合而形成普通的物質如水、糖、烴和碳水化合物。目前，大約95%的元素氫通過在煉油廠對天然氣進行“蒸汽轉化”而制得。不幸的是，所述蒸汽轉化工藝使用不可再生的化石燃料且產生含高碳排放物的污染物。因此，將經濟發展和生產清潔能源作為長期目標，期望從可再生的能源如風或太陽能、生物質(植物)、甚至從水生產氫。生產氫的三種最適宜的可再生能源中的兩個為生物質和水。當使用目前已知的方法時，兩者都不是非常有效，生產速率緩慢且氫的體積收率低。生物質(即植物材料)是可再生的能源且使用有機工藝以環境友好的方法來清潔地生產氫。美國的大部分地區具有豐富的生物質資源，包括源自糖用甜菜工廠、罐頭工廠、乙醇和生物柴油制造工廠的廢料。長期論證計劃表明，未來可以可再生地使用有機生物質方法(使用酶、催化劑、發酵和藻類)來制氫。富糖的廢料制造大部分氫，且認為，在五到十年內，早期生產規模的設施能夠制造有限體積的氫。利用“電解”法，能夠使用水來制氫。在電解中，將電流通過水造成氫和氧的解離來制氫。然而，這種方法需要大量的電，且當使用電的最普通來源(即燃燒煤、油或氣)時，會產生至少一部分污染。如果通過風或太陽能來提供電能，在制氫時基本上不會產生污染。不幸的是，沒有非常豐富的風或太陽能電力，因此可用于制氫的電力的主要來源基本上為化石燃料，具有碳基排放。政府和行業的目標是發現一種更有效且產生更少污染的系統和方法來生產大量的氫和氫相關的電力。目前的制氫方法，因為制氫的高成本和容量有限而限制了氫作為能源的所有重要用途。沒有足夠的氫生產能力或分配系統來與使用煤、燃料油、柴油、汽油和天然氣作為能源進行競爭。方便可行的技術是將電站、加熱裝置和工業設施轉變成燃燒氫而不是燃燒化石燃料，盡管適宜環境并降低國家對石油的能源依賴性，但是氫的可用性受限嚴重限制了所有的這種開發。很早就已經意識到，如果發現可以在更低成本下提高制氫的效率和容量的方法，就能夠降低或消除許多運輸問題，包括交通工具所產生的嚴重污染。將今天的內燃機轉變成使用氫燃料是完全切實可行的，因為甲烷和天然氣作為動力的交通工具通常就是這樣做的。然而，針對氫的方便方法是一個重要限制因素。氫與化石燃料的共混也被認為處于下一步的早期，因為它不需要獨立的分配系統。向化石燃料添加氫可提高性能并降低污染。然而，即使所述簡單步驟也因受限的容量和高成本、以及制氫和分配氫的危險而使得難以推進。關于容量，據報道，目前美國每年制造的氫量僅足以供應約100萬輛氫動力交通工具的動力約三天。即使能夠制造足夠體積的氫，氫的運輸和分配也限制了其使用。在氫制得之后，必須對氫作為氣體而進行壓縮或冷卻成液體(_253°C)并儲存在重型圓筒中，然后運輸至使用地點。當試圖將大量的體積移動至最終的使用地點時，氫的壓縮、儲存和運輸實質上產生了費用、安全隱患和分配系統的停滯。關于目前可利用的技術，隨著氫的用途的增加，基礎設施、生產和分配系統需要急劇增加。或者，必須發現新技術，既要顯著增加制氫的效率，又要簡化氫的分配方法。成本是限制所有氫方法的用途的主要因素，尤其是以可再生能量為基礎的制氫。現在，從可再生能源制氫的成本是從化石燃料制氫的幾倍。并且，其花費的時間是由化石燃料制氫的幾倍(按能量輸出計)。明顯地，未來制氫的成本僅能螺旋式上升，(與化石燃料相t匕)因為工業上試圖通過從可再生能源制氫來改善環境效應。本發明的設備和方法的主要目的是在制氫和氫相關動力時，與化石和可再生能源兩者相比，降低成本和所產生的污染。因此，期望有經濟有效地制氫的設備和方法，并具有在接近氫的使用地點處制氫的能力。還期望有設備和方法以提供氫相關動力的來源。發明概述本發明提供了一種用于制造氫的裝置，包括:(a)具有近端和遠端的中空圓筒，其中，所述圓筒的近端處的口部由蓋所覆蓋，所述圓筒的遠端處的口部敞開；(b)至少一個高能供應源，所述高能供應源以可操作方式連接至所述中空圓筒，并且能夠在所述中空圓筒的內部產生高能場；(c)用于將水蒸氣供應至位于所述高能場內的所述中空圓筒的內部的
>J-U ρ α裝直。本發明還涉及通過解離水來制氫的設備和方法，還涉及從解離的氫來產生能量。本發明使用能夠產生高熱和高能的等 離子體區的等離子體發生器。可以使用所述等離子體發生器就地將水解離成元素氣體， 提供氫的現成來源。還可以使用所述等離子體發生器來產生氫相關動力。通過利用等離子體(即物質的第四態)環境，可以從水分子中釋放結合自由能。已知水的解離在高溫下按如下平衡進行:2H20<—>2H2+02形成水(g)的標準吉布斯自由能為-228.61kJ/mol，這表明，必須向系統輸入能量以影響解離。這還表明，溫度越高，解離越徹底，殘留的H2O剩余的越少。在本發明的設備和方法中，在非常高的溫度下(典型地超過9000°C)、和在物質的第四態即等離子體的氣氛中進行水的解離。因為這種高溫等離子體弧的獨特本性，其中分子的能級可以轉變成新的能態。由等離子體弧所產生的產物包括大量的元素氫和氧，這得自于引入了等離子體弧的水大部分解離。所產生的氫和氧存在于改變的形成自由能下。除了元素氫和氧，用于幫助向所述弧截留進料的所有材料如水蒸氣或惰性氣體，也包含在所述產物流中。優選地，用于幫助向所述弧截留進料的材料，使得氫被用作燃料而不進一步處理。在本發明的優選實施方案中，所述方法和設備使用氫基燃料(例如水)在使得在毫秒內發生解離反應的環境下制造元素氫和動力。此外，在優選實施方案中，使用電氣來建立體積自由的立式反應器。所述設備和方法的全部優勢，使得相對于工藝中所消耗的電力而具有高的進料通量。由于釋放了鎖定在水分子內的能量，在輸出的動力中獲得了凈收益(按BTU 計)。本發明的設備通常包括一個以上的陰極、優選一個陰極，和一個以上的陽極。在一個實施方案中，所述設備包括一個陰極 和三個陽極，所述三個陽極以圍繞所述陰極等間距的圓形圖案排列。所述陽極距離所述陰極一定距離，使得在陰極和陽極之間形成柱形傳導場。提供工具以使得在所述裝置運行期間，冷卻劑流過陰極和陽極電極、以及圍繞在所述陰極和陽極周圍的套環。所述陰極電極通常為圓柱體，具有通常呈錐形的上部和導電的尖端。所述陰極被套環環繞，所述套環產生陰極的第一氣體通路和水蒸氣的第二外部通路。在運行中，在陰極和陽極之間通過電流以產生高熱、高能的磁感應的封閉場，從而有效地將水還原成元素氫和氧的氣體。將氣體、優選惰性氣體如氬通過在陰極套環內形成的第一通路傳送至陰極尖端，以作為導電尖端的保護氣體，所述導電尖端優選為鎢尖端。所述氣體變成高度電離并形成柱狀等離子體。通過套環內的第二通路供應水蒸氣并將所述水蒸氣推入最高溫度(典型地為20，000 T 40，000 °F)的等離子體區域中的封閉場內。水解離成元素氫和氧。所產生的氫可以用于制造氫相關動力以用作能量或作為化學原料。本發明的另一個目的是減少與上述傳統制氫相關的生產受限問題和高成本。本發明的另外一個目的是大大減少所有化石燃料的使用，其中燃燒所述化石燃料以產生在本發明設備中制氫所需要的電力。本發明設備和方法的另一個目的是產生氫火焰(點燃的氫氣)，所述氫火焰能夠產生足夠的熱來運行所有形式的傳統能量系統如發電和爐子(即從小型的家用裝置到大型的工業系統)、以及靠其他類型的可燃性燃料運行的大部分其他裝置。本發明的另一個目的是在比化石或其他碳基可燃性燃料運行成本更低下獲得如上所述的產生熱的所有優勢，并基本上消除所有與發電相關的碳基排放。本發明的設備和方法的另一個目的是使得可根據需要在使用地點制氫和產生氫相關動力，并消除分配系統對氫的壓縮和運輸的需求。然而，如果需要，通過本發明的設備和方法制造的氫，可以在低成本下有效和大量地壓縮和儲存以進行運輸。通過獨特的設備和方法全部實現了上述目的和優勢，所述設備和方法建立了極高熱能的封閉場，在所述封閉場內形成至少一種獨特的牽引點，產生進入高能封閉場的入口。本發明的設備通過獨特的入口牽引點直接向高能封閉場內傳送受到一定體積的空氣或惰性氣體(即氬)影響的計量水蒸氣。所述水蒸氣隨即解離(在幾毫秒內)成其元素氣體氫和氧。隨后，分開的元素氣體離開所述高熱能場，其中氣體能夠作為燃料進行燃燒，產生做功所需要的熱(或動力)。或者，可以將所述氣體分離并儲存以用于未來的工作(或用于產生動力)，或作為商品出售而用于各種用途。盡管未將本發明的設備和方法可以用來產生能量的原理與任意具體理論或解釋進行聯系，但是本發明人已經進行了操作性和定量試驗，導致認為在高能等離子體發生器運行中獲得的效率可能是與本發明的操作結構和方法相關的獨特的、且至今未發現的簡化方法的結果。本發明人認為證據確鑿，即本發明的結構非常可能是一種新型、更有效且高度簡化的設備，所述設備能夠制造尺度降低(電子軌道更小的原子)的獨特形式的氫原子，所述氫原子稱作“分數氫(Hydrinos)”。分數氫和相關新型科學領域的存在，近年來僅通過開發替代的或新型的等離子體受熱催化劑技術進行了研究。到本發明的發現之前，僅通過所述替代技術利用其需要催化劑的復雜設備以便使得形成分數氫，從而產生分數氫。總之，產生分數氫的催化方法是以利用鉀催化劑使得從普通大小的氫原子形成尺度降低的氫形式為基礎的。氫通常存在于“基態”(其為普通環境下最低能級的原子態)的環境中。在量子力學(QM)中，將其稱作N=I的狀態。通常，原子的允許能態符合1、2、3、4等的整數值(這就是單詞“量子”的意義)。簡單理解，數字越大，能態越高。當處于較高狀態(也稱作“激發”態)的氫原子降至較低狀態時，其中其維度尺寸降低(電子軌道移向原子中心)，那么釋放能量。這通常作為光的光子發生，且觀察到的原子線譜發射與這些狀態的轉換相對應。
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根據目前所知的，主要由氫構成的太陽光的紫外線線譜，不能完全用經典的量子力學來解釋。然而，太陽光的UV光譜可以使用新的分數氫領域來理解，其主張存在1/2、1/3、1/4、1/5等的分數量子態。這些能量躍遷符合太陽光的UV光譜。因為次量子原子是非輻射性的，所以分數氫的新技術和領域可以為“暗物質”提供說明，所述暗物質通過重力將星系保持在一起并在許多星系高速旋轉時不會飛離。目前，被認為產生分數氫的所有方法都利用了復雜的催化熱方法，所述方法受熱并與推動它們反應的等離子體發生外部反應。典型地發現它們使用堿性鉀作為催化劑，然而，這些催化方法的運行表明，在那些分數氫“次-基態”轉換所釋放的能量不是正好的理論值，結果大于以能量反應為基礎的所有已知的化學物質(尤其是在那些碳基燃料中)。釋放的能量不如核能大，但是遠大于化學反應中釋放的能量。其自身就是一個類別。在本發明的方法和過程中，在測試期間發現，基本的能量反應似乎與在催化劑衍生的分數氫新領域中報道的相同。然而，在本發明的設備和方法中，不需要使用任何催化劑以便形成呈現為“次-基態”的氫原子，即分數氫，并釋放大量能量。利用所發現的將水解離成氫和氧的元素氣體的獨特設備、方法和工藝，本發明的發明人進行了大量實驗，現在認為已經產生了進一步的確認，即在使用本發明的設備而產生的高能等離子體封閉場內，形成分數氫是可能的且能夠能夠重復。然而，與催化工藝不同，從普通的氫到次-基態的狀態變化是所述設備將水蒸氣直接放入高能反應區中等離子體內部的獨特能力的極為有效的結果。通過所觀察和所記錄的能量正向輸出水平，進一步驗證了該結果，將其全部具體示于下圖6的表中并示于圖4和5的圖中。在早期的設備測試中，當觀察到釋放的能量遠超過圖3中所示的數學計算的模型時，獲得了令人驚奇的那些結果。本發明人認為，在將水解離成元素氣體和燃燒期間，存在兩個等級的能量釋放。存在元素氫氣體的典型燃燒熱，并存在因形成“次-基態”分數氫而釋放的其他能量。最終的結果是，整個氫能釋放過程是能量極度正性的，試驗表明，其可為支持高能等離子體發生場完全運行所消耗能量的至少+200%(以上)。如上所述，在本發明設備的運行中，水蒸氣進入高能等離子體發生場中并立即經歷包圍在其周圍的極強磁場和穿過在等離子體內產生的封閉場的數萬億受激自由電子兩者。所述磁場完全將水蒸氣包含在其內部，然后，截留的蒸汽經歷電子流，同時還被加速至極高的速度。能夠想象，水蒸氣分子被能夠被想象成電子風暴的物質完全撕開，所述電子風暴基本上為數萬億的自由電子的致密颶風“霧”，其轟擊并撕開水分子。由于電子和強磁場對水蒸氣分子起作用，氫和氧原子解離并形成分數氫，因為氫原子的電子軌道從“普通”級坍塌成降低的“分數”軌道級。隨著所述情況的發生，并且如上所述，因各個氫原子的電子軌道從“普通”變為“分數”而釋放出大量能量，且另外，因氫氣的正常燃燒而釋放能量。另夕卜，hydrino原子繼續試圖在反應中達到平衡狀態，在所述反應中可以呈現為永恒的運動，但是其實不是。在能量等離子體發生器場中，由于從氫原子釋放能量，且由于它們的普通電子軌道坍塌成分數軌道，所以電子旋轉更接近原子的中心且原子降至較低的能態，因為它釋放出了能量。然后，在反應鏈中，在等離子體發生器的廢氣與達到地球大氣的太陽光線的成分反應之后，“損失”的能量作為低級熱最終返回到環境中。在所述反應中，等離子體發生器將載有殘留的“次-基態”氫(分數氫)的潮濕空氣排放入環境中，在此吸收太陽光的光子并將氫的電子軌道從“分數”返回“正常”，在所述點處氫原子達到平衡。在經過這種工藝并從太陽光獲得子時，氫原子因此從其 非自然的較低能量“次-基態”恢復至其正常的“基態”并恢復至典型的最低能級。非常有趣，在等離子體高能發生場的反應中釋放的能量沒有損失。能量不是從地球、而是從太陽重新獲得。完成整個過程僅需要向等離子體發生場供應水蒸氣，不需要任何催化劑，且與產生的能量相比，僅需要少量的電。整個過程在主要部分中是能量正性的，且環境清潔。因此，本發明的一個目的是提供使用高熱、高能場來有效地將水解離成元素氫和氧氣體的設備和方法。本發明的另一個目的是提供氫相關動力的來源。對于本領域技術人員而言，通過本發明的下列詳細描述，將使得本發明的其他目的和優勢變得顯而易見。附圖簡述

圖1顯示了本發明設備的一種實施方案，所述設備使用單個陰極和單個陽極來產生高熱、高能的等離子體發生器，從而解離水以制造元素氫和氧。圖2顯示了本發明設備的第二種實施方案，所述設備用于產生高熱、高能的等離子體發生器來解離水，從而制造元素氫和氧。圖3為詳細顯示本發明設備的一種實施方案運行效率的計算的表格。
圖4為顯示在等離子體弧中和在所述設備的一種實施方案的輸出中熱流量隨時間變化的圖。圖5為顯示在等離子體弧中和在所述設備的一種實施方案的輸出中熱流量隨時間變化的圖。圖6為總結所述設備的一種實施方案運行的運行參數和結果的表。發明詳述在一個方面中，本發明涉及從含氫材料、優選液體材料通過例如水的解離來有效制造元素氫的設備和方法。所述設備產生高溫、高能的等離子體排放，形成封閉場。將氫源如水蒸氣引入等離子體柱中。將水分子解離成元素氫和氧。可以使用所述氫來制造動力，或者可以收集和儲存氫以用作燃料，如內燃機的燃料。參考圖1，顯示了本發明高熱和高能等離子體發生器(1)的一種實施方案的圖。所述等離子體發生器(1)構造成使用電力來運行，且并入了一個以上的陽極電極(2)和它們周圍的套環(未示出)、和一個以上的陰極電極(3)和它們周圍的套環(24)，所述套環(24)連接電源。在本發明的一個優選實施方案中，所述設備包括一個陰極電極和以圓形模式排列在所述陰極周圍的三個陽極。如圖1中所示，陽極電極(2)和陰極電極(3)優選包括圓柱形部分和錐形的尖端區域。在優選實施方案中，所述陽極電極(2)和陰極電極(3)的主體和錐形部分包含不導電的材料，如高溫陶瓷材料。如果使用導電材料，則其應對任何電路徑都是絕緣的。陽極電極和陰極電極包括導電的尖端(14、27)。所述尖端可以由用于電焊接尖端或商業等離子體發生裝置的任意典型材料制成。在優選實施方案中，陽極電極和陰極電極包括高電導率的鎢。利用通過電極中心的導線或其他連接工具將陰極尖端連接到電源。優選向所述尖端輸送電，但運送過任何螺旋形連接器。當供能時，產生貫通陰極電極(3)的尖端(14)和一個以上陽極電極(2)的尖端
(27)之間的電場。在足以產生下面詳細描述的高能傳導柱(等離子體發生場)的電壓和電流下，向陽極和陰極供電。在本發明的一個實施方案中，以約40至60V的電壓和約100至300安培的電流供電。由于建立了電弧，因此形成了強的磁感應圓形傳導場柱，并產生了高能封閉場
(5)。所述高能封閉場展示高度帶電的電場和可變的高磁場兩者。所述電場和磁場的作用是使得電子快速移動，并且高熱形成高能屏障，用于包含推入所述柱內的材料或氣體。為陰極電極(3)和陽極電極(2)、以及陰極套環(24)和陽極套環(未示出)提供冷卻電路。陰極尖端的冷卻入口管道(16)和陰極尖端的冷卻出口管道(17)為冷卻劑流過陰極電極(3)的內部提供了路徑，從而冷卻電極的尖端。類似地，陽極冷卻入口管道(8 )和陽極冷卻出口管道(9)為流過陽極電極(2)內部的冷卻劑提供路徑。另外，通過從冷卻劑進口(25)流入并從冷卻劑出口(26)流出的冷卻劑來冷卻陰極套環(24)。可以使用任意合適的流體來為陰極和陽極提供冷卻。優選地，使用非水冷卻劑作為冷卻介質，例如丙二醇和乙二醇的非水共混物。在特別優選的實施方案中，非水冷卻劑包含約70wt%的丙二醇和約30wt%的乙二醇，如果需要可具有合適的添加劑。使用非水冷卻劑為本發明設備的運行提供了獨特的優勢。較高沸點的不含水的冷卻劑(390 °F)使得在電極上電流“終點”處發生的高熱通量處增加了傳熱，并避免了在陰極和陽極套環內產生的任何熱斑，這消除了水蒸氣在陰極套環進料通道(11)內的任何“暴漲”。因此，徹底消除了水蒸氣進料返流的任何機會。這種獨特的特征使得本發明具有將低壓冷卻水放入本發明的等離子體發生場中的能力，這與需要使用高壓蒸汽相反。陰極電極被陰極套環(24)所包圍，所述套環優選構造成單個裝置，但是如果需要可以由多件構成。所述陰極套環包括第一壁(28)和第二壁(29)。陰極套環的第一壁(28)具有與陰極電極的壁平行的線，從而產生第一流動路徑(13)。陰極套環(24)還包括位于第一壁(28)和第二壁(29)之間的其他通道，以形成第二流動路徑(11)。將水源連接到水汽化器(12)，所述水汽化器注入水蒸氣通過管線(15)，到達包含在圍繞陰極電極(3)的套環主體內的第二流動路徑(11)。將所述第一流動路徑(13)連接到惰性氣體源，優選氬氣源。所述第一流動路徑(13)承載并運送惰性氣體以保護陰極(3)的尖端區域(14)免遭環境空氣和氧氣。陽極電極被陽極套環(未示出)包圍，所述陽極套環與陰極套環具有類似的設計。在運行中，當向高能等離子體發生器(I)供應電力時，產生高能放電，其通過陰極電極(3)和一個以上陽極電極(2)之間。電弧的磁場產生高能封閉場(5)，其向內和四周收縮從而在區域(B)處形成類似錐形的部分。在大約點燃電弧的同時，利用第一流動路徑(13)向陰極尖端區域(14)傳送惰性氣體，優選氬氣。在本發明的一個實施方案中，以每秒約8至10標準立方英尺的流速傳送氬氣。同樣地，通過陽極套環(未示出)內的內部通道也向陽極電極尖端區域供應保護性氬氣。通過陰極套環供應的惰性氣體被吸入收縮的封閉場區域(B)并進入將成為等離子體最熱點即等離子體“泡”(22)的區域的周圍。在所述點處，所述惰性氣體高度電離而形成等離子體。等離子體以極高的速度向上通過封閉場。以相同的方式，在水蒸氣發生器(12)中產生的水蒸氣通過第二流動路徑(11)到達陰極尖端區域(14)，并被吸入或推入收縮區域(B)處的封閉場(5)內。向所述封閉場供應的水的量取決于裝置的大小。在用于下述并示于圖4至6中試驗的實施方案中，水蒸氣進料速率為約0.2075g/分鐘。

水蒸氣立即暴露于柱底部、等離子體泡(22)周圍的封閉場的最高熱量下，為20000 T 至 40000 T。水蒸氣分子在幾毫秒內解離成元素態氣體，氫氣(19)和氧氣(20)。然后，因為反應發生區域(18)內部和周圍極熱而保持解離的氣體，以高速通過所述能量封閉場(5)。利用包圍在場(5)周圍的磁性封閉壁將氣體保持在所述場內。隨著氣體(19)和(20)通過封閉場，它們在與環境區域(C)相鄰的末端處排出所述場(5)的末端之后，溫度持續降低。此時發生的關鍵且獨特的事情是本發明的方法和設備的最終結果。隨著兩種氣體
(19)和(20)流入較冷的環境條件(C)，溫度急劇下降，它們冷卻至一定溫度水平，該溫度水平仍足夠高而足以使得氣體混合物不會重新形成水(典型地高于3000 T)，然而點燃卻是在臨界溫度水平上發生(21)(典型地低于7000 T)釋放高水平的能量(23)以做功。其他人的試驗和研究表明，在3000 ° 至10，000 ，氫氣和氧氣仍保持為元素態，且所述氣體在燃燒之前能夠進行分離、排放和儲存。參考圖2，顯示了使用本發明的獨特技術構造而運行的系統的實施方案。圖2中所不的系統為本發明聞熱、聞能的氧、和氧相關動力的廣生封閉裝置(31)的許多可能構造中的一種。封閉裝置(31)的壁(41)由固體材料、典型地由金屬構成。優選地，所述封閉裝置是不導電的。所述封閉裝置可以由不導電的或絕緣的銅、黃銅、鋁或陶瓷制成。所述封閉裝置(31)是空心的圓柱體，一端有蓋，其被構造成利用幾種非常合適的高能源供應裝置(32)如高能激光器、高頻無線電波轉換器、微波發生器或高能電磁鐵等中的任意一種來運行。這種構造顯示了兩種高能供應裝置，然而，可以僅利用一個高能供應裝置或任意數目的多個高能源裝置的排列，對其另行構造。存在許多可用的電力資源以用于高能供應裝置。通過形成大量高度激發的電子和質子的方法，在氫發生反應區域(33)處，所述能源必須能夠產生約20，000 ° 至40，000 0F的最高熱水平。通過在圓筒壁(41)內的封閉裝置(31)內和在整個高能封閉裝置(31)內建立的高熱和高能場(34)，產生氫發生反應區域(33)。所述封閉裝置被冷卻夾套(35)包圍，所述冷卻夾套(35 )典型地具有低的進口( 36 )和較高的出口( 37 )。可以使用各種冷卻介質來進行冷卻。由于在封閉裝置(31)內產生的高熱，優選所述冷卻介質為非水冷卻劑且具有適當的添加劑。為了引入將被轉化成氫和氧的水基原料，外部的水源向水汽化器(38)供應液體水。所述水汽化器優選在環境溫度下通過直接延伸入氫發生反應區域(33)內的水蒸氣傳送管(39)傳送水蒸氣。或者，可以將加熱過的水或蒸汽送到反應區。所述水蒸氣傳送管的末端是蒸汽輸出噴嘴(40)，所述噴嘴直接將水蒸氣釋放入氫發生區域(33)內。利用封閉裝置
(31)水蒸氣管道(39)末端上的蓋子(42)，可以密封封閉裝置(31)的圓筒壁。端蓋(42)還可以設有一個以上的小孔(43)，用于對引入環境空氣到封閉裝置(31)中進行調節。另外，調節小孔，與端板小孔(43)相類似，也可以設有導管，通過所述導管能夠將調節的惰性氣體(即氬氣)引入封閉裝置(31)內。在運行中，高能 供應裝置(32 )產生能量場，通過所述壁(41)而進入封閉裝置(31)內。所述高能場在封閉裝置(31)的臨界區域內產生約20,000 °卩至40，000 °F的溫度環境。所述高能、高溫場(34)流過封閉裝置(31)內部而流向(A)處的開口端區域。能量場
(4)向封閉裝置(31)的中心線積聚并在最接近點處達到最高溫度(如上所述約20，000 T至40，000 T)，形成氫反應發生區域(33)。為了保護封閉裝置(31)免受傷害，靠著壁(41)放置冷卻夾套(35)，通過所述冷卻夾套，冷卻劑(優選非水制劑)通過冷卻劑端口(36)和(37)流入和流出。將供應的水連接至水汽化器(38)的進口，所述水汽化器將水轉變成蒸汽并將所述蒸汽通過水蒸氣管(39)并從水蒸氣出口(40)直接釋放入極度高熱的氫發生區域(33)。水蒸氣(水分子)立即被還原并分解成其元素氣體氫氣(44)和氧氣(45)。因能量場(34)內極熱而保持分離的所述氣體，通過封閉裝置(31)，溫度下降，然后從末端排出而進入環境區域(A)，在此所述氣體因暴露在環境條件下而使得溫度進一步迅速地連續下降。此時發生關鍵且獨特的事情，其為本發明方法和設備的最終結果。由于兩種氣體
(44)和(45)通過(A)的較冷環境條件，溫度下降，它們達到一定溫度水平，該溫度水平仍然太高且所述兩種氣體不能重新形成水(如上述圖1中所述)，然而，其為臨界溫度水平，在此將發生引燃(A-1)。此時發生燃燒(46)且釋放高水平的能量以用于做功(47)。圖3為根據本發明的發明人構造的實驗室試驗的運行而進行數學運算的表格，其根據BTU而量化了潛在的能量收益(獲得的凈能量)。計算結果表明，當在假定能量水平為5Kwh下運行所述等離子體弧對H2O進行處理時，凈結果為能量增益。具體的結果顯示，根據BTU,消耗的能量為1，228，320Btu且以氫的形式產生的動力為3，779，214Btu。在進行該計算時，真實的凈收益仍沒有被完全量化，但是在下面以及在圖4、5和6中將做進一步討論。然而，這種原始研究和計算的結果明顯是正性的。即使所消耗的能量翻倍且產生的能量減半，如在計算中所示，仍將是極度正性的結果。設備的一種實施方案的試驗總結對根據本發明構造的設備實施了工作，且制造的裝置在本文中是指電離氣體反應器(IGR)。在使用IGR進行試驗期間，關于能量潛力的收益和在IGR內產生的能量來源的進一步說明(以BTU/小時計)有新發現。另外，在電子數據表中構造了試驗參數、變量和結果的模板，以幫助解釋試驗得到的數據。最后，構造了精確的能量平衡格式以量化所有IGR試驗結果。隨后，實施試驗以建立下列各項:(a)校準能量輸入和輸出的來源以使得能量平衡；(b)在IGR內利用注入能量發生場內的水確定準確的能量發生；和(C)確定水是否富含了重水(氘)，這將表明，能量產生的增加將確定或排除氫與氘的任何相互作用。為了校準輸入和輸出的能量來源，開發了熱平衡模板，這解決了: ( i )向IGR輸入電能(支持反應器場)；(ii)通過非水冷卻回路從電極輸出熱；(iii)在IGR系統外 殼排放的空氣流中輸出受熱空氣；( iv)通過從外殼壁到環境室的對流熱而輸出熱；(V)水注入的蒸發潛熱；(vi)輸入系統的空氣濕度和比熱的變化；以及(vii)從環境室空氣輸入IGR系統外殼的熱能；使用圖1中所示類型的設備來實施試驗。用于試驗中的設備的某些尺寸如下。含陰極電極(3)和陰極套環(24)的陰極主體組件的陰極組件圓筒主體部分直徑為3英寸和陰極組件上部的錐形部分為60度錐度。上部錐形部分的長度為1.5英寸。在尖端(14)處陰極主體組件面的直徑為1.25英寸。各個陰極電極和陽極電極的直徑為0.5英寸。第一流動路徑(13)的寬度為約0.018英寸且第二流動路徑(11)的寬度為約0.14英寸。陰極電極尖端延伸超過尖端(14)處的陰極主體組件面約0.0625英寸。在啟動期間，陰極電極和陽極電極之間的距離為約0.5英寸且在裝置運行之后，增至約1.0英寸。設備運行時的功率為約5kW。應理解，使用本文中提供的講述和實例例，能夠構造更大的裝置以在更高功率下使用。圖6顯示了為了獲得圖4和5中所示的結果而進行試驗期間獲得的運行參數和結果。構造IGR系統以向IGR提供連續的水進料。開始，利用注入發生場內的氬氣運行該系統，并在達到平衡之后，向IGR內引入水蒸氣。將結果示于圖4中，以作為從熱平衡模板產生的圖。在約30分鐘后，系統達到穩定平衡(即在給定時間期限內的溫度中，既沒有熱量輸入也沒有熱量輸出發生的點)。然后，在所述點處，將水蒸氣引入IGR的等離子體內。然后，輸入功率非常輕微地增加(由于運行性能在反應器內發生了變化)。然后，在所述時間處，功率輸出(BTU/小時)基本上向正向變化，使得相對于支持所述反應所需要的總能量，IGR產生了 2.3M BTU/小時的凈增值。隨后，作為證實試驗，通過激活房間通風系統，降低環境室溫。過量的房間空氣冷卻了到外殼的進入空氣，并降低了外殼內部的空氣和排出空氣的溫度，改變了穩定的熱平衡。在量化并記錄了反應器入口和排出溫度下降的確切值之后，關閉房間的通風系統。恢復反應器內的穩定平衡，且恢復2.3M BTU/小時的凈BTU/小時功率收益。將這種證實試驗所觀察到的結果示于圖4中，其顯示了這種事件。另外對首先向IGR內注入普通水進行了運行。然后，以氘/水為1:50的比例注入富“重水”的水(氘)來代替。將這種運行的結果示于圖5中。在達到穩定平衡之后(在42分鐘內)，引入水，且在IGR中存在凈發電量收益，然后在約35分鐘之后再次達到穩定平衡。此時，則向反應器內注入富重水的普通水(氘與水的比例為1:50)，在產生的能量中未觀察到顯著的附加收益。接近運行結束時，手動增加IGR的安培數。結果表明，系統的輸入和輸出增加，但是在IGR內的功率凈發電量無差別。總之，在這組量化試驗中得到的結果清晰地支持了所述獨特發現，即使用本發明的設備和方法將水解離成氫和氧，相對于支持IGR反應所需要(消耗)的能量，產生能量正性收益(按BTU/小時計)。并且，令人驚奇地是，觀察到的能量收益超過了圖3中通過數學預測的(計算的)能量收益。
盡管已經對優選實施方案進行了顯示和描述，但是可以在不背離所附權利要求書中所述的本發明主旨和范圍的前提下，對上述工藝和方法進行各種修改。因此，應理解，通過實施例是用來對本發明進行說明而不是進行限制。
權利要求
1.一種用于制造氫的裝置，包括: (a)具有近端和遠端的中空圓筒，其中，所述圓筒的近端處的口部由蓋所覆蓋，所述圓筒的遠端處的口部敞開； (b)至少一個高能供應源，所述高能供應源以可操作方式連接至所述中空圓筒，并且能夠在所述中空圓筒的內部產生高能場； (C)用于將水蒸氣供應至位于所述高能場內的所述中空圓筒的內部的裝置。
2.如權利要求1所述的裝置，還包括包圍所述中空圓筒的冷卻夾套。
3.如權利要求1所述的裝置，其中，用于將水蒸氣提供至所述中空圓筒的裝置包括水汽化器。
4.如權利要求1所述的裝置，其中，所述高能供應源選自由激光器、高頻無線電波發射器、微波生成器和高能電磁鐵所組成的組。
5.如權利要求4所述的裝置，其中，所述中空圓筒由這樣的材料構成，所述材料選自由絕緣銅、絕緣黃銅、絕 緣招或陶瓷材料組成的組。
全文摘要
本發明提供了一種用于制造氫的裝置，包括(a)具有近端和遠端的中空圓筒，其中，所述圓筒的近端處的口部由蓋所覆蓋，所述圓筒的遠端處的口部敞開；(b)至少一個高能供應源，所述高能供應源以可操作方式連接至所述中空圓筒，并且能夠在所述中空圓筒的內部產生高能場；(c)用于將水蒸氣供應至位于所述高能場內的所述中空圓筒的內部的裝置。
文檔編號C01B3/04GK103172022SQ20121037699
公開日2013年6月26日 申請日期2008年7月7日 優先權日2007年7月6日
發明者約翰·W·埃文斯, 愛德華·L·科伊爾 申請人:伊瓦可有限責任公司