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1、(10)申请公布号 CN 103172022 A (43)申请公布日 2013.06.26 CN 103172022 A *CN103172022A* (21)申请号 201210376992.9 (22)申请日 2008.07.07 60/929,643 2007.07.06 US 200880103814.0 2008.07.07 C01B 3/04(2006.01) (71)申请人 伊瓦可有限责任公司 地址 美国康涅狄格州 (72)发明人 约翰W埃文斯 爱德华L科伊尔 (74)专利代理机构 中原信达知识产权代理有限 责任公司 11219 代理人 陆弋 王伟 (54) 发明名称 用于制造氢。
2、的装置 (57) 摘要 本发明提供了一种用于制造氢的装置， 包括 ： （a） 具有近端和远端的中空圆筒， 其中， 所述圆筒 的近端处的口部由盖所覆盖， 所述圆筒的远端处 的口部敞开 ；（b） 至少一个高能供应源， 所述高能 供应源以可操作方式连接至所述中空圆筒， 并且 能够在所述中空圆筒的内部产生高能场 ；（c） 用 于将水蒸气供应至位于所述高能场内的所述中空 圆筒的内部的装置。 (30)优先权数据 (62)分案原申请数据 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 10 页 附图 9 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书10页 附图9。
3、页 (10)申请公布号 CN 103172022 A CN 103172022 A *CN103172022A* 1/1 页 2 1. 一种用于制造氢的装置， 包括 ： （a） 具有近端和远端的中空圆筒， 其中， 所述圆筒的近端处的口部由盖所覆盖， 所述圆 筒的远端处的口部敞开 ； （b） 至少一个高能供应源， 所述高能供应源以可操作方式连接至所述中空圆筒， 并且能 够在所述中空圆筒的内部产生高能场 ； （c） 用于将水蒸气供应至位于所述高能场内的所述中空圆筒的内部的装置。 2. 如权利要求 1 所述的装置， 还包括包围所述中空圆筒的冷却夹套。 3. 如权利要求 1 所述的装置， 其中， 用于。
4、将水蒸气提供至所述中空圆筒的装置包括水 汽化器。 4. 如权利要求 1 所述的装置， 其中， 所述高能供应源选自由激光器、 高频无线电波发射 器、 微波生成器和高能电磁铁所组成的组。 5. 如权利要求 4 所述的装置， 其中， 所述中空圆筒由这样的材料构成， 所述材料选自由 绝缘铜、 绝缘黄铜、 绝缘铝或陶瓷材料组成的组。 权 利 要 求 书 CN 103172022 A 2 1/10 页 3 用于制造氢的装置 0001 分案申请 0002 本申请是申请号为 200880103814.0 的中国专利申请的分案申请， 上述申请的申 请日为 2008 年 7 月 7 日， 发明名称为 “水的无碳解。
5、离和相关氢的生产” 。 0003 优先权 0004 本申请主张 2007 年 7 月 6 日提交的美国临时申请 60/929643 的优先权， 其完整内 容通过参考并入本文中。 技术领域 0005 在一个方面中， 本发明涉及用于制造氢的装置， 还涉及产生一定体积的等离子体 场的装置， 以用于将水解离成元素氢和水。 在另一个方面中， 本发明涉及解离水以产生元素 氢和水的方法。在还另一个方面中， 本发明涉及从在等离子体场中产生的氢产生能量。 0006 发明背景 0007 在过去的十年间， 氢已经获得了作为能量来源的明显势头。 很长一段时间以来， 氢 已经由希望成为未来可再生、 无污染的能量来源的优。
6、异源头。用于产生能量和用于运输的 油的成本日益增加。例如， 美国每年为进口的外国石油要支付数千亿美金。 0008 氢无色、 无臭、 无味且无毒， 这使得其与当今通常所使用的各种其他燃料不同。氢 是用于供给燃料电池动力的优选燃料， 其中仅有的排放物是水和一些热。 类似地， 当氢在内 燃机中燃烧时， 产生的排放物仅为水和热。另外， 氢是所期望的燃料， 用来代替大型发电厂 中、 以及大多数其他烃基能量系统中的烃基燃料。 0009 氢是一种元素， 是世界上最丰富的元素。氢在水中存在且在所有生物中以水或其 他形式被发现。 氢还是最简单、 最轻的元素， 仅具有一个质子和一个电子。 尽管氢无处不在， 但是很。
7、少发现其自由浮动或元素的形式。 其与其他元素结合而形成普通的物质如水、 糖、 烃 和碳水化合物。 0010 目前， 大约 95% 的元素氢通过在炼油厂对天然气进行 “蒸汽转化” 而制得。不幸的 是， 所述蒸汽转化工艺使用不可再生的化石燃料且产生含高碳排放物的污染物。 因此， 将经 济发展和生产清洁能源作为长期目标， 期望从可再生的能源如风或太阳能、 生物质 （植物） 、 甚至从水生产氢。 0011 生产氢的三种最适宜的可再生能源中的两个为生物质和水。 当使用目前已知的方 法时， 两者都不是非常有效， 生产速率缓慢且氢的体积收率低。 0012 生物质 （即植物材料） 是可再生的能源且使用有机工艺。
8、以环境友好的方法来清洁 地生产氢。美国的大部分地区具有丰富的生物质资源， 包括源自糖用甜菜工厂、 罐头工厂、 乙醇和生物柴油制造工厂的废料。长期论证计划表明， 未来可以可再生地使用有机生物质 方法 （使用酶、 催化剂、 发酵和藻类） 来制氢。富糖的废料制造大部分氢， 且认为， 在五到十年 内， 早期生产规模的设施能够制造有限体积的氢。 0013 利用 “电解” 法， 能够使用水来制氢。在电解中， 将电流通过水造成氢和氧的解离 来制氢。然而， 这种方法需要大量的电， 且当使用电的最普通来源 （即燃烧煤、 油或气） 时， 说 明 书 CN 103172022 A 3 2/10 页 4 会产生至少一。
9、部分污染。 如果通过风或太阳能来提供电能， 在制氢时基本上不会产生污染。 不幸的是， 没有非常丰富的风或太阳能电力， 因此可用于制氢的电力的主要来源基本上为 化石燃料， 具有碳基排放。政府和行业的目标是发现一种更有效且产生更少污染的系统和 方法来生产大量的氢和氢相关的电力。 0014 目前的制氢方法， 因为制氢的高成本和容量有限而限制了氢作为能源的所有重要 用途。没有足够的氢生产能力或分配系统来与使用煤、 燃料油、 柴油、 汽油和天然气作为能 源进行竞争。方便可行的技术是将电站、 加热装置和工业设施转变成燃烧氢而不是燃烧化 石燃料， 尽管适宜环境并降低国家对石油的能源依赖性， 但是氢的可用性受。
10、限严重限制了 所有的这种开发。 0015 很早就已经意识到， 如果发现可以在更低成本下提高制氢的效率和容量的方法， 就能够降低或消除许多运输问题， 包括交通工具所产生的严重污染。将今天的内燃机转变 成使用氢燃料是完全切实可行的， 因为甲烷和天然气作为动力的交通工具通常就是这样做 的。 然而， 针对氢的方便方法是一个重要限制因素。 氢与化石燃料的共混也被认为处于下一 步的早期， 因为它不需要独立的分配系统。向化石燃料添加氢可提高性能并降低污染。然 而， 即使所述简单步骤也因受限的容量和高成本、 以及制氢和分配氢的危险而使得难以推 进。 0016 关于容量， 据报道， 目前美国每年制造的氢量仅足以。
11、供应约 100 万辆氢动力交通 工具的动力约三天。即使能够制造足够体积的氢， 氢的运输和分配也限制了其使用。在氢 制得之后， 必须对氢作为气体而进行压缩或冷却成液体 （-253） 并储存在重型圆筒中， 然 后运输至使用地点。 当试图将大量的体积移动至最终的使用地点时， 氢的压缩、 储存和运输 实质上产生了费用、 安全隐患和分配系统的停滞。 关于目前可利用的技术， 随着氢的用途的 增加， 基础设施、 生产和分配系统需要急剧增加。 或者， 必须发现新技术， 既要显著增加制氢 的效率， 又要简化氢的分配方法。 0017 成本是限制所有氢方法的用途的主要因素， 尤其是以可再生能量为基础的制氢。 现在，。
12、 从可再生能源制氢的成本是从化石燃料制氢的几倍。 并且， 其花费的时间是由化石燃 料制氢的几倍 （按能量输出计） 。明显地， 未来制氢的成本仅能螺旋式上升，（与化石燃料相 比） 因为工业上试图通过从可再生能源制氢来改善环境效应。本发明的设备和方法的主要 目的是在制氢和氢相关动力时， 与化石和可再生能源两者相比， 降低成本和所产生的污染。 0018 因此， 期望有经济有效地制氢的设备和方法， 并具有在接近氢的使用地点处制氢 的能力。还期望有设备和方法以提供氢相关动力的来源。 0019 发明概述 0020 本发明提供了一种用于制造氢的装置， 包括 ：（a） 具有近端和远端的中空圆筒， 其 中， 所。
13、述圆筒的近端处的口部由盖所覆盖， 所述圆筒的远端处的口部敞开 ；（b） 至少一个高 能供应源， 所述高能供应源以可操作方式连接至所述中空圆筒， 并且能够在所述中空圆筒 的内部产生高能场 ；（c） 用于将水蒸气供应至位于所述高能场内的所述中空圆筒的内部的 装置。 0021 本发明还涉及通过解离水来制氢的设备和方法， 还涉及从解离的氢来产生能量。 本发明使用能够产生高热和高能的等离子体区的等离子体发生器。 可以使用所述等离子体 发生器就地将水解离成元素气体， 提供氢的现成来源。还可以使用所述等离子体发生器来 说 明 书 CN 103172022 A 4 3/10 页 5 产生氢相关动力。通过利用等。
14、离子体 （即物质的第四态） 环境， 可以从水分子中释放结合自 由能。已知水的解离在高温下按如下平衡进行 ： 0022 2H2O2H2+O2 0023 形成水 （g） 的标准吉布斯自由能为 -228.61kJ/mol， 这表明， 必须向系统输入能量 以影响解离。这还表明， 温度越高， 解离越彻底， 残留的 H2O 剩余的越少。 0024 在本发明的设备和方法中， 在非常高的温度下 （典型地超过 9000） 、 和在物质的 第四态即等离子体的气氛中进行水的解离。因为这种高温等离子体弧的独特本性， 其中分 子的能级可以转变成新的能态。由等离子体弧所产生的产物包括大量的元素氢和氧， 这得 自于引入了等。
15、离子体弧的水大部分解离。所产生的氢和氧存在于改变的形成自由能下。除 了元素氢和氧， 用于帮助向所述弧截留进料的所有材料如水蒸气或惰性气体， 也包含在所 述产物流中。 优选地， 用于帮助向所述弧截留进料的材料， 使得氢被用作燃料而不进一步处 理。 0025 在本发明的优选实施方案中， 所述方法和设备使用氢基燃料 （例如水） 在使得在毫 秒内发生解离反应的环境下制造元素氢和动力。 此外， 在优选实施方案中， 使用电气来建立 体积自由的立式反应器。所述设备和方法的全部优势， 使得相对于工艺中所消耗的电力而 具有高的进料通量。 由于释放了锁定在水分子内的能量， 在输出的动力中获得了净收益 （按 BTU。
16、 计） 。 0026 本发明的设备通常包括一个以上的阴极、 优选一个阴极， 和一个以上的阳极。 在一 个实施方案中， 所述设备包括一个阴极和三个阳极， 所述三个阳极以围绕所述阴极等间距 的圆形图案排列。所述阳极距离所述阴极一定距离， 使得在阴极和阳极之间形成柱形传导 场。 提供工具以使得在所述装置运行期间， 冷却剂流过阴极和阳极电极、 以及围绕在所述阴 极和阳极周围的套环。 0027 所述阴极电极通常为圆柱体， 具有通常呈锥形的上部和导电的尖端。所述阴极被 套环环绕， 所述套环产生阴极的第一气体通路和水蒸气的第二外部通路。 0028 在运行中， 在阴极和阳极之间通过电流以产生高热、 高能的磁感。
17、应的封闭场， 从而 有效地将水还原成元素氢和氧的气体。将气体、 优选惰性气体如氩通过在阴极套环内形成 的第一通路传送至阴极尖端， 以作为导电尖端的保护气体， 所述导电尖端优选为钨尖端。 所 述气体变成高度电离并形成柱状等离子体。 通过套环内的第二通路供应水蒸气并将所述水 蒸气推入最高温度 （典型地为 20,000 40,000 ） 的等离子体区域中的封闭场内。水解 离成元素氢和氧。 0029 所产生的氢可以用于制造氢相关动力以用作能量或作为化学原料。 本发明的另一 个目的是减少与上述传统制氢相关的生产受限问题和高成本。 本发明的另外一个目的是大 大减少所有化石燃料的使用， 其中燃烧所述化石燃料。
18、以产生在本发明设备中制氢所需要的 电力。本发明设备和方法的另一个目的是产生氢火焰 （点燃的氢气） ， 所述氢火焰能够产生 足够的热来运行所有形式的传统能量系统如发电和炉子 （即从小型的家用装置到大型的工 业系统） 、 以及靠其他类型的可燃性燃料运行的大部分其他装置。本发明的另一个目的是在 比化石或其他碳基可燃性燃料运行成本更低下获得如上所述的产生热的所有优势， 并基本 上消除所有与发电相关的碳基排放。 0030 本发明的设备和方法的另一个目的是使得可根据需要在使用地点制氢和产生氢 说 明 书 CN 103172022 A 5 4/10 页 6 相关动力， 并消除分配系统对氢的压缩和运输的需求。。
19、然而， 如果需要， 通过本发明的设备 和方法制造的氢， 可以在低成本下有效和大量地压缩和储存以进行运输。 0031 通过独特的设备和方法全部实现了上述目的和优势， 所述设备和方法建立了极高 热能的封闭场， 在所述封闭场内形成至少一种独特的牵引点， 产生进入高能封闭场的入口。 本发明的设备通过独特的入口牵引点直接向高能封闭场内传送受到一定体积的空气或惰 性气体 （即氩） 影响的计量水蒸气。所述水蒸气随即解离 （在几毫秒内） 成其元素气体氢和 氧。随后， 分开的元素气体离开所述高热能场， 其中气体能够作为燃料进行燃烧， 产生做功 所需要的热 （或动力） 。或者， 可以将所述气体分离并储存以用于未来。
20、的工作 （或用于产生动 力） ， 或作为商品出售而用于各种用途。 0032 尽管未将本发明的设备和方法可以用来产生能量的原理与任意具体理论或解释 进行联系， 但是本发明人已经进行了操作性和定量试验， 导致认为在高能等离子体发生器 运行中获得的效率可能是与本发明的操作结构和方法相关的独特的、 且至今未发现的简化 方法的结果。 本发明人认为证据确凿， 即本发明的结构非常可能是一种新型、 更有效且高度 简化的设备， 所述设备能够制造尺度降低 （电子轨道更小的原子） 的独特形式的氢原子， 所 述氢原子称作 “分数氢 （Hydrinos） ” 。分数氢和相关新型科学领域的存在， 近年来仅通过开 发替代的。
21、或新型的等离子体受热催化剂技术进行了研究。到本发明的发现之前， 仅通过所 述替代技术利用其需要催化剂的复杂设备以便使得形成分数氢， 从而产生分数氢。 总之， 产 生分数氢的催化方法是以利用钾催化剂使得从普通大小的氢原子形成尺度降低的氢形式 为基础的。氢通常存在于 “基态” （其为普通环境下最低能级的原子态） 的环境中。在量子 力学 （QM） 中， 将其称作 N=1 的状态。通常， 原子的允许能态符合 1、 2、 3、 4 等的整数值 （这就 是单词 “量子” 的意义） 。简单理解， 数字越大， 能态越高。当处于较高状态 （也称作 “激发” 态） 的氢原子降至较低状态时， 其中其维度尺寸降低 （。
22、电子轨道移向原子中心） ， 那么释放能 量。这通常作为光的光子发生， 且观察到的原子线谱发射与这些状态的转换相对应。 0033 根据目前所知的， 主要由氢构成的太阳光的紫外线线谱， 不能完全用经典的量子 力学来解释。然而， 太阳光的 UV 光谱可以使用新的分数氢领域来理解， 其主张存在 1/2、 1/3、 1/4、 1/5 等的分数量子态。这些能量跃迁符合太阳光的 UV 光谱。因为次量子原子是 非辐射性的， 所以分数氢的新技术和领域可以为 “暗物质” 提供说明， 所述暗物质通过重力 将星系保持在一起并在许多星系高速旋转时不会飞离。目前， 被认为产生分数氢的所有方 法都利用了复杂的催化热方法， 。
23、所述方法受热并与推动它们反应的等离子体发生外部反 应。典型地发现它们使用碱性钾作为催化剂， 然而， 这些催化方法的运行表明， 在那些分数 氢 “次 - 基态” 转换所释放的能量不是正好的理论值， 结果大于以能量反应为基础的所有已 知的化学物质 （尤其是在那些碳基燃料中） 。释放的能量不如核能大， 但是远大于化学反应 中释放的能量。其自身就是一个类别。 0034 在本发明的方法和过程中， 在测试期间发现， 基本的能量反应似乎与在催化剂衍 生的分数氢新领域中报道的相同。 然而， 在本发明的设备和方法中， 不需要使用任何催化剂 以便形成呈现为 “次 - 基态” 的氢原子， 即分数氢， 并释放大量能量。
24、。利用所发现的将水解 离成氢和氧的元素气体的独特设备、 方法和工艺， 本发明的发明人进行了大量实验， 现在认 为已经产生了进一步的确认， 即在使用本发明的设备而产生的高能等离子体封闭场内， 形 成分数氢是可能的且能够能够重复。然而， 与催化工艺不同， 从普通的氢到次 - 基态的状态 说 明 书 CN 103172022 A 6 5/10 页 7 变化是所述设备将水蒸气直接放入高能反应区中等离子体内部的独特能力的极为有效的 结果。 0035 通过所观察和所记录的能量正向输出水平， 进一步验证了该结果， 将其全部具体 示于下图6的表中并示于图4和5的图中。 在早期的设备测试中， 当观察到释放的能量。
25、远超 过图 3 中所示的数学计算的模型时， 获得了令人惊奇的那些结果。本发明人认为， 在将水解 离成元素气体和燃烧期间， 存在两个等级的能量释放。 存在元素氢气体的典型燃烧热， 并存 在因形成 “次 - 基态” 分数氢而释放的其他能量。最终的结果是， 整个氢能释放过程是能量 极度正性的， 试验表明， 其可为支持高能等离子体发生场完全运行所消耗能量的至少 +200% （以上） 。 0036 如上所述， 在本发明设备的运行中， 水蒸气进入高能等离子体发生场中并立即经 历包围在其周围的极强磁场和穿过在等离子体内产生的封闭场的数万亿受激自由电子两 者。所述磁场完全将水蒸气包含在其内部， 然后， 截留的。
26、蒸汽经历电子流， 同时还被加速至 极高的速度。 能够想象， 水蒸气分子被能够被想象成电子风暴的物质完全撕开， 所述电子风 暴基本上为数万亿的自由电子的致密飓风 “雾” ， 其轰击并撕开水分子。由于电子和强磁场 对水蒸气分子起作用， 氢和氧原子解离并形成分数氢， 因为氢原子的电子轨道从 “普通” 级 坍塌成降低的 “分数” 轨道级。随着所述情况的发生， 并且如上所述， 因各个氢原子的电子 轨道从 “普通” 变为 “分数” 而释放出大量能量， 且另外， 因氢气的正常燃烧而释放能量。另 外， hydrino 原子继续试图在反应中达到平衡状态， 在所述反应中可以呈现为永恒的运动， 但是其实不是。 00。
27、37 在能量等离子体发生器场中， 由于从氢原子释放能量， 且由于它们的普通电子轨 道坍塌成分数轨道， 所以电子旋转更接近原子的中心且原子降至较低的能态， 因为它释放 出了能量。 然后， 在反应链中， 在等离子体发生器的废气与达到地球大气的太阳光线的成分 反应之后，“损失” 的能量作为低级热最终返回到环境中。在所述反应中， 等离子体发生器将 载有残留的 “次 - 基态” 氢 （分数氢） 的潮湿空气排放入环境中， 在此吸收太阳光的光子并将 氢的电子轨道从 “分数” 返回 “正常” ， 在所述点处氢原子达到平衡。在经过这种工艺并从太 阳光获得子时， 氢原子因此从其非自然的较低能量 “次 - 基态” 。
28、恢复至其正常的 “基态” 并 恢复至典型的最低能级。 非常有趣， 在等离子体高能发生场的反应中释放的能量没有损失。 能量不是从地球、 而是从太阳重新获得。完成整个过程仅需要向等离子体发生场供应水蒸 气， 不需要任何催化剂， 且与产生的能量相比， 仅需要少量的电。整个过程在主要部分中是 能量正性的， 且环境清洁。 0038 因此， 本发明的一个目的是提供使用高热、 高能场来有效地将水解离成元素氢和 氧气体的设备和方法。本发明的另一个目的是提供氢相关动力的来源。对于本领域技术人 员而言， 通过本发明的下列详细描述， 将使得本发明的其他目的和优势变得显而易见。 0039 附图简述 0040 图 1 。
29、显示了本发明设备的一种实施方案， 所述设备使用单个阴极和单个阳极来产 生高热、 高能的等离子体发生器， 从而解离水以制造元素氢和氧。 0041 图 2 显示了本发明设备的第二种实施方案， 所述设备用于产生高热、 高能的等离 子体发生器来解离水， 从而制造元素氢和氧。 0042 图 3 为详细显示本发明设备的一种实施方案运行效率的计算的表格。 说 明 书 CN 103172022 A 7 6/10 页 8 0043 图 4 为显示在等离子体弧中和在所述设备的一种实施方案的输出中热流量随时 间变化的图。 0044 图 5 为显示在等离子体弧中和在所述设备的一种实施方案的输出中热流量随时 间变化的图。
30、。 0045 图 6 为总结所述设备的一种实施方案运行的运行参数和结果的表。 0046 发明详述 0047 在一个方面中， 本发明涉及从含氢材料、 优选液体材料通过例如水的解离来有效 制造元素氢的设备和方法。所述设备产生高温、 高能的等离子体排放， 形成封闭场。将氢源 如水蒸气引入等离子体柱中。将水分子解离成元素氢和氧。可以使用所述氢来制造动力， 或者可以收集和储存氢以用作燃料， 如内燃机的燃料。 0048 参考图 1， 显示了本发明高热和高能等离子体发生器 （1） 的一种实施方案的图。所 述等离子体发生器 （1） 构造成使用电力来运行， 且并入了一个以上的阳极电极 （2） 和它们 周围的套环。
31、 （未示出） 、 和一个以上的阴极电极 （3） 和它们周围的套环 （24） ， 所述套环 （24） 连接电源。在本发明的一个优选实施方案中， 所述设备包括一个阴极电极和以圆形模式排 列在所述阴极周围的三个阳极。 0049 如图 1 中所示， 阳极电极 （2） 和阴极电极 （3） 优选包括圆柱形部分和锥形的尖端 区域。在优选实施方案中， 所述阳极电极 （2） 和阴极电极 （3） 的主体和锥形部分包含不导 电的材料， 如高温陶瓷材料。如果使用导电材料， 则其应对任何电路径都是绝缘的。阳极电 极和阴极电极包括导电的尖端 （14、 27） 。所述尖端可以由用于电焊接尖端或商业等离子体 发生装置的任意典。
32、型材料制成。在优选实施方案中， 阳极电极和阴极电极包括高电导率的 钨。利用通过电极中心的导线或其他连接工具将阴极尖端连接到电源。优选向所述尖端输 送电， 但运送过任何螺旋形连接器。 0050 当供能时， 产生贯通阴极电极 （3） 的尖端 （14） 和一个以上阳极电极 （2） 的尖端 （27） 之间的电场。在足以产生下面详细描述的高能传导柱 （等离子体发生场） 的电压和电 流下， 向阳极和阴极供电。在本发明的一个实施方案中， 以约 40 至 60V 的电压和约 100 至 300 安培的电流供电。 0051 由于建立了电弧， 因此形成了强的磁感应圆形传导场柱， 并产生了高能封闭场 （5） 。所述。
33、高能封闭场展示高度带电的电场和可变的高磁场两者。所述电场和磁场的作用 是使得电子快速移动， 并且高热形成高能屏障， 用于包含推入所述柱内的材料或气体。 为阴 极电极 （3） 和阳极电极 （2） 、 以及阴极套环 （24） 和阳极套环 （未示出） 提供冷却电路。阴极 尖端的冷却入口管道 （16） 和阴极尖端的冷却出口管道 （17） 为冷却剂流过阴极电极 （3） 的 内部提供了路径， 从而冷却电极的尖端。类似地， 阳极冷却入口管道 （8） 和阳极冷却出口管 道 （9） 为流过阳极电极 （2） 内部的冷却剂提供路径。另外， 通过从冷却剂进口 （25） 流入并 从冷却剂出口 （26） 流出的冷却剂来冷。
34、却阴极套环 （24） 。 0052 可以使用任意合适的流体来为阴极和阳极提供冷却。优选地， 使用非水冷却剂作 为冷却介质， 例如丙二醇和乙二醇的非水共混物。 在特别优选的实施方案中， 非水冷却剂包 含约 70wt% 的丙二醇和约 30wt% 的乙二醇， 如果需要可具有合适的添加剂。使用非水冷却 剂为本发明设备的运行提供了独特的优势。较高沸点的不含水的冷却剂 （390 ） 使得在电 极上电流 “终点” 处发生的高热通量处增加了传热， 并避免了在阴极和阳极套环内产生的任 说 明 书 CN 103172022 A 8 7/10 页 9 何热斑， 这消除了水蒸气在阴极套环进料通道 （11） 内的任何 。
35、“暴涨” 。因此， 彻底消除了水 蒸气进料返流的任何机会。 这种独特的特征使得本发明具有将低压冷却水放入本发明的等 离子体发生场中的能力， 这与需要使用高压蒸汽相反。 0053 阴极电极被阴极套环 （24） 所包围， 所述套环优选构造成单个装置， 但是如果需要 可以由多件构成。所述阴极套环包括第一壁 （28） 和第二壁 （29） 。阴极套环的第一壁 （28） 具有与阴极电极的壁平行的线， 从而产生第一流动路径 （13） 。阴极套环 （24） 还包括位于第 一壁 （28） 和第二壁 （29） 之间的其他通道， 以形成第二流动路径 （11） 。将水源连接到水汽 化器 （12） ， 所述水汽化器注入。
36、水蒸气通过管线 （15） ， 到达包含在围绕阴极电极 （3） 的套环 主体内的第二流动路径 （11） 。将所述第一流动路径 （13） 连接到惰性气体源， 优选氩气源。 所述第一流动路径 （13） 承载并运送惰性气体以保护阴极 （3） 的尖端区域 （14） 免遭环境空 气和氧气。阳极电极被阳极套环 （未示出） 包围， 所述阳极套环与阴极套环具有类似的设计。 0054 在运行中， 当向高能等离子体发生器 （1） 供应电力时， 产生高能放电， 其通过阴极 电极 （3） 和一个以上阳极电极 （2） 之间。电弧的磁场产生高能封闭场 （5） ， 其向内和四周收 缩从而在区域 （B） 处形成类似锥形的部分。。
37、 0055 在大约点燃电弧的同时， 利用第一流动路径 （13） 向阴极尖端区域 （14） 传送惰性 气体， 优选氩气。在本发明的一个实施方案中， 以每秒约 8 至 10 标准立方英尺的流速传送 氩气。同样地， 通过阳极套环 （未示出） 内的内部通道也向阳极电极尖端区域供应保护性氩 气。通过阴极套环供应的惰性气体被吸入收缩的封闭场区域 （B） 并进入将成为等离子体最 热点即等离子体 “泡” （22） 的区域的周围。在所述点处， 所述惰性气体高度电离而形成等离 子体。等离子体以极高的速度向上通过封闭场。以相同的方式， 在水蒸气发生器 （12） 中产 生的水蒸气通过第二流动路径 （11） 到达阴极尖。
38、端区域 （14） ， 并被吸入或推入收缩区域 （B） 处的封闭场 （5） 内。向所述封闭场供应的水的量取决于装置的大小。在用于下述并示于图 4 至 6 中试验的实施方案中， 水蒸气进料速率为约 0.2075g/ 分钟。 0056 水蒸气立即暴露于柱底部、 等离子体泡 （22）周围的封闭场的最高热量下， 为 20000 至 40000 。 0057 水蒸气分子在几毫秒内解离成元素态气体， 氢气 （19） 和氧气 （20） 。然后， 因为反 应发生区域 （18） 内部和周围极热而保持解离的气体， 以高速通过所述能量封闭场 （5） 。利 用包围在场 （5） 周围的磁性封闭壁将气体保持在所述场内。随着。
39、气体 （19） 和 （20） 通过封 闭场， 它们在与环境区域 （C） 相邻的末端处排出所述场 （5） 的末端之后， 温度持续降低。 0058 此时发生的关键且独特的事情是本发明的方法和设备的最终结果。 随着两种气体 （19） 和 （20） 流入较冷的环境条件 （C） ， 温度急剧下降， 它们冷却至一定温度水平， 该温度水 平仍足够高而足以使得气体混合物不会重新形成水 （典型地高于3000） ， 然而点燃却是在 临界温度水平上发生 （21） （典型地低于 7000 ） 释放高水平的能量 （23） 以做功。其他人 的试验和研究表明， 在 3000 至 10,000 下， 氢气和氧气仍保持为元素态。
40、， 且所述气体在 燃烧之前能够进行分离、 排放和储存。 0059 参考图2， 显示了使用本发明的独特技术构造而运行的系统的实施方案。 图2中所 示的系统为本发明高热、 高能的氢、 和氢相关动力的产生封闭装置 （31） 的许多可能构造中 的一种。封闭装置 （31） 的壁 （41） 由固体材料、 典型地由金属构成。优选地， 所述封闭装置 是不导电的。所述封闭装置可以由不导电的或绝缘的铜、 黄铜、 铝或陶瓷制成。所述封闭装 说 明 书 CN 103172022 A 9 8/10 页 10 置 （31） 是空心的圆柱体， 一端有盖， 其被构造成利用几种非常合适的高能源供应装置 （32） 如高能激光器、。
41、 高频无线电波转换器、 微波发生器或高能电磁铁等中的任意一种来运行。 这 种构造显示了两种高能供应装置， 然而， 可以仅利用一个高能供应装置或任意数目的多个 高能源装置的排列， 对其另行构造。存在许多可用的电力资源以用于高能供应装置。通过 形成大量高度激发的电子和质子的方法， 在氢发生反应区域 （33） 处， 所述能源必须能够产 生约 20,000 至 40,000 的最高热水平。 0060 通过在圆筒壁 （41） 内的封闭装置 （31） 内和在整个高能封闭装置 （31） 内建立的高 热和高能场 （34） ， 产生氢发生反应区域 （33） 。所述封闭装置被冷却夹套 （35） 包围， 所述冷 却。
42、夹套 （35） 典型地具有低的进口 （36） 和较高的出口 （37） 。可以使用各种冷却介质来进行 冷却。由于在封闭装置 （31） 内产生的高热， 优选所述冷却介质为非水冷却剂且具有适当的 添加剂。 0061 为了引入将被转化成氢和氧的水基原料， 外部的水源向水汽化器 （38） 供应液体 水。 所述水汽化器优选在环境温度下通过直接延伸入氢发生反应区域 （33） 内的水蒸气传送 管 （39） 传送水蒸气。或者， 可以将加热过的水或蒸汽送到反应区。所述水蒸气传送管的末 端是蒸汽输出喷嘴 （40） ， 所述喷嘴直接将水蒸气释放入氢发生区域 （33） 内。利用封闭装置 （31） 水蒸气管道 （39） 。
43、末端上的盖子 （42） ， 可以密封封闭装置 （31） 的圆筒壁。端盖 （42） 还 可以设有一个以上的小孔 （43） ， 用于对引入环境空气到封闭装置 （31） 中进行调节。另外， 调节小孔， 与端板小孔 （43） 相类似， 也可以设有导管， 通过所述导管能够将调节的惰性气体 （即氩气） 引入封闭装置 （31） 内。 0062 在运行中， 高能供应装置 （32） 产生能量场， 通过所述壁 （41） 而进入封闭装置 （31） 内。所述高能场在封闭装置 （31）的临界区域内产生约 20,000 至 40,000 的温度环 境。所述高能、 高温场 （34） 流过封闭装置 （31） 内部而流向 （A。
44、） 处的开口端区域。能量场 （4） 向封闭装置 （31） 的中心线积聚并在最接近点处达到最高温度 （如上所述约 20,000 至 40,000） ， 形成氢反应发生区域 （33） 。 为了保护封闭装置 （31） 免受伤害， 靠着壁 （41） 放置 冷却夹套 （35） ， 通过所述冷却夹套， 冷却剂 （优选非水制剂） 通过冷却剂端口 （36） 和 （37） 流 入和流出。将供应的水连接至水汽化器 （38） 的进口， 所述水汽化器将水转变成蒸汽并将所 述蒸汽通过水蒸气管 （39） 并从水蒸气出口 （40） 直接释放入极度高热的氢发生区域 （33） 。 水蒸气 （水分子） 立即被还原并分解成其元素气。
45、体氢气 （44） 和氧气 （45） 。因能量场 （34） 内 极热而保持分离的所述气体， 通过封闭装置 （31） ， 温度下降， 然后从末端排出而进入环境区 域 （A） ， 在此所述气体因暴露在环境条件下而使得温度进一步迅速地连续下降。 0063 此时发生关键且独特的事情， 其为本发明方法和设备的最终结果。由于两种气体 （44） 和 （45） 通过 （A） 的较冷环境条件， 温度下降， 它们达到一定温度水平， 该温度水平仍然 太高且所述两种气体不能重新形成水 （如上述图 1 中所述） ， 然而， 其为临界温度水平， 在此 将发生引燃 （A-1） 。此时发生燃烧 （46） 且释放高水平的能量以用。
46、于做功 （47） 。 0064 图 3 为根据本发明的发明人构造的实验室试验的运行而进行数学运算的表格， 其 根据 BTU 而量化了潜在的能量收益 （获得的净能量） 。计算结果表明， 当在假定能量水平为 5Kwh 下运行所述等离子体弧对 H2O 进行处理时， 净结果为能量增益。具体的结果显示， 根据 BTU， 消耗的能量为 1,228,320Btu 且以氢的形式产生的动力为 3,779,214Btu。在进行该计 算时， 真实的净收益仍没有被完全量化， 但是在下面以及在图 4、 5 和 6 中将做进一步讨论。 说 明 书 CN 103172022 A 10 9/10 页 11 然而， 这种原始研。
47、究和计算的结果明显是正性的。即使所消耗的能量翻倍且产生的能量减 半， 如在计算中所示， 仍将是极度正性的结果。 0065 设备的一种实施方案的试验总结 0066 对根据本发明构造的设备实施了工作， 且制造的装置在本文中是指电离气体反应 器 （IGR） 。在使用 IGR 进行试验期间， 关于能量潜力的收益和在 IGR 内产生的能量来源的进 一步说明 （以 BTU/ 小时计） 有新发现。另外， 在电子数据表中构造了试验参数、 变量和结果 的模板， 以帮助解释试验得到的数据。最后， 构造了精确的能量平衡格式以量化所有 IGR 试 验结果。随后， 实施试验以建立下列各项 ： 0067 （a） 校准能量。
48、输入和输出的来源以使得能量平衡 ； 0068 （b） 在 IGR 内利用注入能量发生场内的水确定准确的能量发生 ； 和 0069 （c） 确定水是否富含了重水 （氘） ， 这将表明， 能量产生的增加将确定或排除氢与氘 的任何相互作用。 0070 为了校准输入和输出的能量来源， 开发了热平衡模板， 这解决了 ： 0071 （i） 向 IGR 输入电能 （支持反应器场） ； 0072 （ii） 通过非水冷却回路从电极输出热 ； 0073 （iii） 在 IGR 系统外壳排放的空气流中输出受热空气 ； 0074 （iv） 通过从外壳壁到环境室的对流热而输出热 ； 0075 （v） 水注入的蒸发潜热 。
49、； 0076 （vi） 输入系统的空气湿度和比热的变化 ； 以及 0077 （vii） 从环境室空气输入 IGR 系统外壳的热能 ； 0078 使用图 1 中所示类型的设备来实施试验。用于试验中的设备的某些尺寸如下。含 阴极电极 （3） 和阴极套环 （24） 的阴极主体组件的阴极组件圆筒主体部分直径为 3 英寸和阴 极组件上部的锥形部分为 60 度锥度。上部锥形部分的长度为 1.5 英寸。在尖端 （14） 处阴 极主体组件面的直径为 1.25 英寸。各个阴极电极和阳极电极的直径为 0.5 英寸。第一流 动路径 （13） 的宽度为约 0.018 英寸且第二流动路径 （11） 的宽度为约 0.14 英寸。阴极电极 尖端延伸超过尖端 （14） 处的阴极主体组件面约 0.0625 英寸。在启动期间， 阴极电极和阳 极电极之间的距离为约 0.5 英寸且在装置运行之后， 增至约 1.0 英寸。设备运行时的功率 为约 5kW。应理解， 使用本文。