|
|
больше ...
Термины запроса в документе
Реферат
[RU] Предложен твердотопливный источник энергии для генерации по меньшей мере тепловой и/или электрической энергии, например, путем прямого получения электроэнергии и/или посредством термоэлектрического преобразования, для питания системы генерации энергии, содержащей (i) по меньшей мере один реакционный элемент для проведения реакции каталитического преобразования атомарного водорода с образованием гидрино, (ii) химическую топливную смесь, содержащую по меньшей мере два компонента, выбранных из группы: источник воды H 2 O, служащей катализатором, или вода H 2 O, служащая катализатором; источник атомарного водорода или атомарный водород; реагенты для образования источника воды H 2 O, служащей катализатором, или самой воды H 2 O, служащей катализатором, и источника атомарного водорода или атомарного водорода; один или несколько реагентов для инициирования каталитического преобразования атомарного водорода; и материал для того, чтобы сделать твердое топливо электропроводным, (iii) по меньшей мере одну группу электродов, ограничивающих топливо, и источник электроэнергии, создающий короткий импульс сильного электрического тока при низком напряжении для инициирования реакции образования гидрино с высокой интенсивностью и получения выигрыша по энергии вследствие образования гидрино, (iv) системы извлечения продуктов реакции, такие как конденсатор, (v) систему повторной загрузки, (vi) по меньшей мере одну из систем - систему гидратации, тепловую систему, химическую систему и/или электрохимическую систему, для регенерации топлива из продуктов реакции, (vii) теплоотвод, принимающий тепло от реакций, вырабатывающих энергию, (viii) систему преобразования энергии, которая может содержать прямой плазмоэлектрический преобразователь, такой как плазмодинамический преобразователь, магнитогидродинамический преобразователь, прямой электромагнитный (с поперечным полем или дрейфовый) преобразователь, прямой  -преобразователь и преобразователь с дрейфом заряда или термоэлектрический преобразователь, такой как силовая установка типа Ранкина или Брайтона.
Полный текст патента
(57) Реферат / Формула:
Предложен твердотопливный источник энергии для генерации по меньшей мере тепловой и/или электрической энергии, например, путем прямого получения электроэнергии и/или посредством термоэлектрического преобразования, для питания системы генерации энергии, содержащей (i) по меньшей мере один реакционный элемент для проведения реакции каталитического преобразования атомарного водорода с образованием гидрино, (ii) химическую топливную смесь, содержащую по меньшей мере два компонента, выбранных из группы: источник воды H 2 O, служащей катализатором, или вода H 2 O, служащая катализатором; источник атомарного водорода или атомарный водород; реагенты для образования источника воды H 2 O, служащей катализатором, или самой воды H 2 O, служащей катализатором, и источника атомарного водорода или атомарного водорода; один или несколько реагентов для инициирования каталитического преобразования атомарного водорода; и материал для того, чтобы сделать твердое топливо электропроводным, (iii) по меньшей мере одну группу электродов, ограничивающих топливо, и источник электроэнергии, создающий короткий импульс сильного электрического тока при низком напряжении для инициирования реакции образования гидрино с высокой интенсивностью и получения выигрыша по энергии вследствие образования гидрино, (iv) системы извлечения продуктов реакции, такие как конденсатор, (v) систему повторной загрузки, (vi) по меньшей мере одну из систем - систему гидратации, тепловую систему, химическую систему и/или электрохимическую систему, для регенерации топлива из продуктов реакции, (vii) теплоотвод, принимающий тепло от реакций, вырабатывающих энергию, (viii) систему преобразования энергии, которая может содержать прямой плазмоэлектрический преобразователь, такой как плазмодинамический преобразователь, магнитогидродинамический преобразователь, прямой электромагнитный (с поперечным полем или дрейфовый) преобразователь, прямой -преобразователь и преобразователь с дрейфом заряда или термоэлектрический преобразователь, такой как силовая установка типа Ранкина или Брайтона.
Евразийское (21) 201691042 (13) A1
патентное
ведомство
(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ЕВРАЗИЙСКОЙ ЗАЯВКЕ
(43) Дата публикации заявки 2016.12.30
(22) Дата подачи заявки 2014.01.10
(51) Int. Cl.
C01B 3/00 (2006.01) H01M14/00 (2006.01) H05H1/00 (2006.01)
(54) СИСТЕМЫ И СПОСОБЫ ГЕНЕРАЦИИ ЭНЕРГИИ
(31) 61/906,792; 61/909,216; 61/911,932; 61/919,496; 61/924,697
(32) 2013.11.20; 2013.11.26; 2013.12.04; 2013.12.20; 2014.01.07
(33) US
(86) PCT/IB2014/058177
(87) WO 2015/075566 2015.05.28
(71) Заявитель:
БРИЛЛИАНТ ЛАЙТ ПАУЭР, ИНК. (US)
(72) Изобретатель: Миллс Рэнделл (US)
(74) Представитель:
Воробьев В.А., Фелицына С.Б. (RU)
(57) Предложен твердотопливный источник энергии для генерации по меньшей мере тепловой и/или электрической энергии, например, путем прямого получения электроэнергии и/или посредством термоэлектрического преобразования, для питания системы генерации энергии, содержащей (i) по меньшей мере один реакционный элемент для проведения реакции каталитического преобразования атомарного водорода с образованием гид-рино, (ii) химическую топливную смесь, содержащую по меньшей мере два компонента, выбранных из группы: источник воды H2O, служащей катализатором, или вода H2O, служащая катализатором; источник атомарного водорода или атомарный водород; реагенты для образования источника воды H2O, служащей катализатором, или самой воды H2O, служащей катализатором, и источника атомарного водорода или атомарного водорода; один или несколько реагентов для инициирования каталитического преобразования атомарного водорода; и материал для того, чтобы сделать твердое топливо электропроводным, (iii) по меньшей мере одну группу электродов, ограничивающих топливо, и источник электроэнергии, создающий короткий импульс сильного электрического тока при низком напряжении для инициирования реакции образования гидрино с высокой интенсивностью и получения выигрыша по энергии вследствие образования гидрино, (iv) системы извлечения продуктов реакции, такие как конденсатор, (v) систему повторной загрузки, (vi) по меньшей мере одну из систем - систему гидратации, тепловую систему, химическую систему и/или электрохимическую систему, для регенерации топлива из продуктов реакции, (vii) теплоотвод, принимающий тепло от реакций, вырабатывающих энергию, (viii) систему преобразования энергии, которая может содержать прямой плазмоэлектрический преобразователь, такой как плазмодинамический преобразователь, магнитогидродинамический преобразователь, прямой электромагнитный (с поперечным полем или дрейфовый) преобразователь, прямой ?хД-преобразователь и преобразователь с дрейфом заряда или термоэлектрический преобразователь, такой как силовая установка типа Ранки-на или Брайтона.
1610813
СИСТЕМЫ И СПОСОБЫ ГЕНЕРАЦИИ ЭНЕРГИИ
Перекрестные ссылки на родственные заявки
Настоящая заявка претендует на преимущества приоритета предварительных заявок США №№ 61/906,792, поданной 20 ноября 2013 года; 61/909,216, поданной 26 ноября 2013 года; 61/911,932, поданной 4 декабря 2013 года; 61/919,496, поданной 20 декабря 2013 года, и 61/924,697, поданной 7 января 2014 года, все содержание которых включено сюда посредством ссылки во всей своей полноте.
Настоящее изобретение относится к области генерации энергии и, в частности, к системам, устройствам и способам генерации энергии. Более конкретно, варианты настоящего изобретения направлены на устройства и системы генерации энергии, равно как и на соответствующие способы, которые создают плазму и тепловую энергию и генерируют электроэнергию посредством плазмоэлектрического преобразователя или термоэлектрического преобразователя. Кроме того, варианты настоящего изобретения рассматривают системы, устройства и способы, используемые для зажигания источника водного топлива или топлива на водной основе с целью генерации механической энергии и/или тепловой энергии. Более того, настоящее изобретение направлено на создание электрохимических энергетических систем, генерирующих электроэнергию и/или тепловую энергию. Эти и другие связанные с этим варианты подробно рассмотрены в настоящем изобретении.
Генерация энергии может принимать множество разнообразных форм, получающих энергию из плазмы. Успешная коммерциализация плазмы может зависеть от создания систем генерации энергии, способных эффективно генерировать плазму и улавливать энергию из полученной таким образом плазмы.
Плазма может быть образована в результате зажигания некоторых видов топлива. Среди этих видов топлива могут быть вода или источник топлива на водной основе. В процессе воспламенения топлива образуются облачко плазмы из перегретых атомов с сорванными электронами, из которого выбрасываются высокоэнергичные частицы. Вылетающие частицы с наиболее высокой энергией представляют собой ионы водорода, которые могут передавать кинетическую энергию плазмоэлектрическому преобразователю согласно настоящему изобретению.
Энергию можно генерировать с использованием системы или устройства, получающего энергию в результате зажигания топлива в реакционном резервуаре или в камере сгорания. Как указано выше, к таким видам топлива могут относиться источник
водного топлива или источника топлива на водной основе. К примерам таких систем или устройств относятся двигатели внутреннего сгорания, которые обычно содержат один или несколько механизмов для сжатия газа и смешивания этого газа с топливом. Эти топливо и газ затем воспламеняются и сгорают в камере сгорания. Расширение газообразных продуктов сгорания создает усилие, действующее на подвижный элемент, такой как поршень или лопатка турбины. Высокие давления и температуры, развиваемые при расширении газообразных продуктов сгорания, вызывают перемещение поршня или лопатки, генерируя механическую энергию.
Двигатели внутреннего сгорания можно классифицировать по форме процесса сгорания топлива и по типу механизма, использующего этот процесс сгорания топлива. По характеру сгорания топлива двигатели можно разделить на поршневые двигатели, роторные двигатели и двигатели с непрерывным горением. К поршневым двигателям внутреннего сгорания относятся двухтактные, четырехтактные, шеститактные, двигатели, дизельные двигатели, двигатели с циклом Аткинсона и двигатели с циклом Миллера. Двигатель Ванкеля или роторно-поршевой двигатель представляет собой один из видов роторного двигателя, а к двигателям с непрерывным горением относятся газотурбинные и реактивные двигатели. Другие виды таких двигателей могут использовать один или несколько признаков перечисленных выше типов двигателей, а другие варианты подобных двигателей вполне понятны для специалистов в рассматриваемой области. К ним может относиться, например, так называемый мотореактивный (motorjet) двигатель.
Поршневые двигатели обычно работают циклически, где каждый цикл содержит несколько тактов. В такте всасывания происходит всасывание одного или нескольких газов в камеру сгорания. Топливо смешивается с газом, а в такте сжатия происходит сжатие газа. Затем происходит воспламенение газотопливной смеси, которая в результате расширяется, вырабатывая механическую энергию в ходе рабочего такта. Газообразные продукты далее выбрасываются из камеры сгорания в такте выхлопа. После этого весь цикл повторяется. В результате балансирования одного поршня или использования нескольких поршней этот процесс может создавать непрерывный крутящий момент.
Различные типы поршневых двигателей реализуют в общем случае описанный выше цикл с некоторыми модификациями. Например, вместо четырехтактного цикла, описанного выше, двухтактный двигатель объединяет такт всасывания и такт сжатия в одном такте, а процессы расширения и выхлопа - в другом такте. В отличие от четырех или двухтактного двигателя дизельный двигатель отказался от свечей зажигания и использует тепло и давление для воспламенения топливовоздушной смеси. Двигатель
Аткинсона использует модифицированный коленвал для достижения повышенной эффективности, тогда как цикл Миллера использует компрессор наддува и модифицированный такт сжатия.
Вместо ходов поршня роторно-поршневой двигатель или двигатель Ванкеля использует ротор, асимметрично вращающийся внутри камеры сгорания. Когда вращающийся ротор, обычно имеющий треугольную форму, проходит мимо впускного канала, происходит всасывание газа в камеру сгорания. Когда ротор вращается, асимметричное перемещение ротора вызывает сжатие газа, который затем воспламеняется в другой секции камеры сгорания. Когда ротор продолжает вращаться, в другой секции камеры происходит расширение газов. В конечном итоге ротор выбрасывает отходящие (выхлопные) газы через выпускной канал, после чего цикл начинается снова.
К двигателям с непрерывным горением относятся газотурбинные и реактивные двигатели, которые используют лопатки турбины для генерации механической энергии. Как и в описанных выше двигателях, газ первоначально сжимают и затем добавляют топливо к сжатому газу. Далее смесь воспламеняют и дают газообразным продуктам сгорания расшириться при прохождении мимо лопаток турбины, что приводит к вращению вала. Этот вал может приводить в действии пропеллер, компрессор или и то, и другое. Среди различных типов двигателей с непрерывным горением можно указать, например, промышленные газовые турбины, вспомогательные силовые установки, накопители энергии на сжатом воздухе, радиальные газовые турбины, микротурбины, турбореактивные двигатели, турбовентиляторные двигатели, турбовинтовые двигатели, турбовальные двигатели, тяговые вентиляторы, прямоточные воздушно-реактивные двигатели, гиперзвуковые прямоточные воздушно-реактивные двигатели.
Двигатели других типов, также получающие энергию от горения топлива, в отличие от двигателей, описанных выше, используют интенсивное взрывное горение (дефлаграцию). При дефлаграции выделение тепловой энергии происходит в результате дозвукового горения, тогда как детонация является сверхзвуковым процессом. Например, пульсирующие воздушно-реактивные двигатели и пульсирующие детонационные двигатели используют процессы детонации. Двигатели этих типов часто имеют небольшое число движущихся частей и относительно просты в работе. В общем случае смесь топлива и газа всасывают в камеру сгорания через открытые клапаны, которые затем закрываются, после чего в смеси происходит реакция, создающая тягу. Далее клапаны открываются, и свежая смесь топлива и газа вытесняет отходящие (выхлопные) газы, после чего процесс повторяется. Некоторые двигатели не применяют клапанов, а используют вместо этого геометрию двигателя для достижения такого же эффекта.
Повторяющиеся реакции вызывают появление пульсирующего усилия.
Энергию можно также генерировать с использованием электрохимической системы генерации электроэнергии, которая способна вырабатывать энергию в форме электроэнергии и/или тепловой энергии. Такие электрохимические системы генерации энергии обычно содержат электроды и реагенты, порождающие поток электронов, собираемый в виде энергии.
Настоящее изобретение подробно описывает многочисленные системы для генерации различных видов энергии. В одном из вариантов настоящее изобретение предлагает электрохимическую систему генерации энергии, которая вырабатывает по меньшей мере электроэнергию и/или тепловую энергию и содержит контейнер, внутри которого находятся
по меньшей мере один катод;
по меньшей мере один анод;
по меньшей мере одна биполярная пластина, и
реагенты, в группу которых входят по меньшей мере два компонента, выбранные из следующей совокупности:
a) по меньшей мере один источник воды (Н2О);
b) источник кислорода;
c) по меньшей мере один источник катализатора или катализатор,
содержащий по меньшей мере одну из групп, выбранную из совокупности пН, О, О2, ОН,
ОН- и образующаяся в ходе реакции вода Н2О, где п - целое число, и
d) по меньшей мере один источник атомарного водорода или атомарный
водород;
один или несколько реагентов для образования по меньшей мере одного из источника катализатора, катализатора, источника атомарного водорода и атомарного водорода, и
один или несколько реагентов для инициирования каталитического преобразования атомарного водорода,
эта электрохимическая система генерации энергии дополнительно содержит систему электролиза и систему регенерации анода.
В другом варианте настоящее изобретение направлено на создание системы генерации энергии, которая непосредственно вырабатывает по меньшей мере электроэнергию и/или тепловую энергию и содержит:
по меньшей мере один контейнер;
реагенты, содержащие:
a) по меньшей мере один источник катализатора или катализатор, содержащий образующуюся в ходе реакции воду НЮ;
b) по меньшей мере источник атомарного водорода и/или атомарный
водород;
c) по меньшей мере одно из электрического проводника и/или электропроводной матрицы; и
по меньшей мере одну группу электродов для ограничения реагентов для образования гидрино,
источник электроэнергии для подачи короткого импульса сильного электрического
тока;
систему повторной загрузки;
по меньшей мере одну систему регенерации для восстановления первоначальных реагентов из продуктов реакции, и
по меньшей мере один прямой плазмоэлектрический преобразователь и по меньшей мере один термоэлектрический преобразователь.
В следующем варианте настоящее изобретение направлено на создание электрохимической системы генерации энергии, содержащей контейнер, в котором находятся
по меньшей мере один катод;
по меньшей мере один анод;
по меньшей мере один электролит;
по меньшей мере два реагента, выбранных из следующей совокупности:
a) по меньшей мере источник катализатора и/или катализатор, содержащий образующуюся в ходе реакции воду Н2О;
b) по меньшей мере источник атомарного водорода и/или атомарный
водород;
c) по меньшей мере один компонент из источника для получения электрического проводника, источника для получения электропроводной матрицы, электрического проводника и электропроводной матрицы; и
по меньшей мере один источник тока, дающий сильный ток по меньшей мере одного из ионов и электронов, выбранный из внутреннего источника тока или внешнего источника тока;
здесь указанная электрохимическая система генерации энергии вырабатывает энергию по меньшей мере одного вида из электрической и тепловой.
В дополнительном варианте настоящее изобретение направлено на создание
системы генерации энергии с использованием плазмы дугового разряда в воде, содержащей: по меньшей мере один закрытый реакторный контейнер; реагенты, содержащие по меньшей мере источник воды НЮ и/или воду Н2О; по меньшей мере одну группу электродов; источник электроэнергии для подачи первоначального высокого напряжения пробоя воды Н2О и создания затем сильного электрического тока, и систему теплообменника, где система генерации энергии осуществляет генерацию плазмы дугового разряда, света и тепловой энергии.
В следующих вариантах настоящее изобретение направлено на создание системы генерации механической энергии, содержащей:
по меньшей мере один поршневой цилиндр двигателя типа двигателя внутреннего сгорания;
топливо, содержащее:
a) по меньшей мере источник катализатора и/или катализатор, содержащий образующуюся в ходе реакции воду НгО;
b) по меньшей мере источник атомарного водорода и/или атомарный
водород;
c) по меньшей мере одно из электрического проводника или
электропроводной матрицы;
по меньшей мере одно впускное отверстие для топлива с по меньшей мере одним клапаном;
по меньшей мере выхлопное отверстие по меньшей мере с одним клапаном; по меньшей мере один поршень; по меньшей мере один коленвал; источник сильного тока, и
по меньшей мере два электрода, ограничивающих топливо и проводящих сильный электрический ток сквозь это топливо.
Некоторые варианты настоящего изобретения направлены на создания системы генерации энергии, содержащей: источник электроэнергии, способный генерировать электрический ток с плотностью тока по меньшей мере около 2,000 А/см2; несколько электродов, электрически соединенных с источником электроэнергии; область загрузки топлива, сконфигурированную для приема твердого топлива, где эти несколько электродов сконфигурированы для подачи электроэнергии в твердое топливо с целью образования плазмы; и преобразователь энергии плазмы, расположенный так, чтобы принимать меньшей мере часть плазмы. Другие варианты направлены на создание системы генерации энергии, содержащей: несколько электродов; область загрузки
топлива, расположенную между этими несколькими электродами и сконфигурированную для приема электропроводного топлива, где указанные несколько электродов сконфигурированы для подачи в электропроводное топливо достаточно сильного тока для воспламенения этого электропроводного топлива и генерации по меньшей мере плазмы и/или тепловой энергии; механизм подачи для перемещения электропроводного топлива в область загрузки топлива; и плазмоэлектрический преобразователь энергии, сконфигурированный для преобразования энергии плазмы в неплазменную форму энергии, либо термоэлектрический или термомеханический преобразователь для преобразования тепловой энергии в нетепловую форму энергии, а именно в электрическую или в механическую энергию. Другие варианты направлены на создание способа генерации энергии, содержащего: подачу некоторого количества топлива в область загрузки топлива, где эта область загрузки топлива расположена между несколькими электродами; воспламенение топлива посредством пропускания сквозь него через указанные несколько электродов электрического тока при плотности тока по меньшей мере около 2,000 А/см2 для получения по меньшей мере одного из плазмы, света и тепла; прием по меньшей мере части плазмы в плазмоэлектрическом преобразователе; преобразование энергии плазмы в другую форму энергии с использованием плазмоэлектрического преобразователя; и передачу энергии в другой форме на выход.
Дополнительные варианты направлены на создание системы генерации энергии, содержащей: источник электроэнергии с мощностью по меньшей мере около 5,000 кВт; несколько разнесенных в пространстве электродов, где эти несколько электродов по меньшей мере частично окружают топливо, электрически соединены с источником электроэнергии, сконфигурированы для приема тока с целью воспламенения топлива, а также по меньшей мере один из этих нескольких электродов является подвижным; механизм подачи для перемещения топлива; и плазмоэлектрический преобразователь энергии, сконфигурированный для преобразования энергии плазмы, генерируемой в результате воспламенения топлива, в неплазменную форму энергии. Настоящее изобретение дополнительно предлагает систему генерации энергии, содержащую: источник электроэнергии, способный отдавать электрический ток при плотности тока по меньшей мере около 2,000 А/см2; несколько разнесенных в пространстве электродов, где эти несколько электродов по меньшей мере частично окружают топливо, электрически соединены с источником электроэнергии, сконфигурированы для приема тока с целью воспламенения топлива, а также по меньшей мере один из этих нескольких электродов является подвижным; механизм подачи для перемещения топлива; и плазмоэлектрический преобразователь энергии, сконфигурированный для преобразования энергии плазмы,
генерируемой в результате воспламенения топлива, в неплазменную форму энергии.
Другие варианты направлены на создание системы генерации энергии, содержащей: источник электроэнергии с мощностью по меньшей мере около 5,000 кВт; несколько разнесенных в пространстве электродов, где по меньшей мере один из этих нескольких электродов содержит механизм сжатия; область загрузки топлива, сконфигурированную для приема топлива, где эта область загрузки топлива окружена указанными несколькими электродами, так что механизм сжатия в составе по меньшей мере одного из электродов ориентирован в направлении области загрузки топлива, и где указанные несколько электродов электрически соединены с источником электроэнергии и сконфигурированы для подачи энергии в топливо, принятое в области загрузки топлива, с целью воспламенения этого топлива; механизм подачи для перемещения топлива в область загрузки топлива; и преобразователь энергии плазмы, сконфигурированный для преобразования энергии плазмы, генерируемой в результате воспламенения топлива, в неплазменную форму энергии. Другие варианты направлены на создание системы генерации энергии, содержащей: источник электроэнергии, способный отдавать электрический ток при плотности тока по меньшей мере около 2,000 А/см2; несколько разнесенных в пространстве электродов, где по меньшей мере один из этих нескольких электродов содержит механизм сжатия; область загрузки топлива, сконфигурированную для приема топлива, где эта область загрузки топлива окружена указанными несколькими электродами, так что механизм сжатия в составе по меньшей мере одного из электродов ориентирован в направлении области загрузки топлива, и где указанные несколько электродов электрически соединены с источником электроэнергии и сконфигурированы для подачи энергии в топливо, принятое в области загрузки топлива, с целью воспламенения этого топлива; механизм подачи для перемещения топлива в область загрузки топлива; и преобразователь энергии плазмы, сконфигурированный для преобразования энергии плазмы, генерируемой в результате воспламенения топлива, в неплазменную форму энергии.
Варианты настоящего изобретения направлены также на создание системы генерации энергии, содержащей: несколько электродов; область загрузки топлива, окруженную этими несколькими электродами и сконфигурированную для приема топлива, где указанные несколько электродов сконфигурированы для воспламенения топлива, расположенного в области загрузки топлива; механизм подачи для перемещения топлива в область загрузки топлива; преобразователь энергии плазмы, сконфигурированный для преобразования энергии плазмы, генерируемой в результате воспламенения топлива, в неплазменную форму энергии; систему отведения для удаления
побочных продуктов сгорания топлива; и систему регенерации, соединенную с системой отведения для рециркуляции удаленных побочных продуктов сгорания топлива и возвращения их в рециркулированное топливо. Некоторые варианты настоящего изобретения направлены на создания системы генерации энергии, содержащей: источник электроэнергии, способный генерировать электрический ток с плотностью тока по меньшей мере около 2,000 А/см2; несколько разнесенных в пространстве электродов, электрически соединенных с источником электроэнергии; область загрузки топлива, сконфигурированную для приема твердого топлива, где эта область загрузки топлива окружена указанными несколькими электродами и где эти несколько электродов сконфигурированы для подачи электроэнергии в топливо с целью воспламенения этого топлива, когда оно принято в области загрузки топлива; механизм подачи для перемещения топлива в область загрузки топлива; плазмоэлектрический преобразователь энергии, сконфигурированный для преобразования энергии плазмы, генерируемой в результате сгорания топлива, в электроэнергию; одну или несколько клемм для вывода энергии, соединенных с плазмоэлектрическим преобразователем энергии; и устройство для аккумулирования энергии.
Другие варианты направлены на создание системы генерации энергии, содержащей: источник электроэнергии с мощностью по меньшей мере около 5,000 кВт; несколько разнесенных в пространстве электродов, соединенных с источником электроэнергии; область загрузки топлива, сконфигурированную для приема топлива, где эта область загрузки топлива окружена указанными несколькими электродами и где указанные несколько электродов сконфигурированы для подачи энергии в топливо с целью воспламенения этого топлива, когда оно принято в области загрузки топлива; механизм подачи для перемещения топлива в область загрузки топлива; преобразователь энергии плазмы, сконфигурированный для преобразования энергии плазмы, генерируемой в результате воспламенения топлива, в неплазменную форму энергии; датчик, сконфигурированный для измерения по меньшей мере одного параметра, ассоциированного с системой генерации энергии; и контроллер, сконфигурированный для управления по меньшей мере некоторым процессом, ассоциированным с системой генерации энергии. Следующие варианты, направлены на создание системы генерации энергии, содержащей: источник электроэнергии, способный генерировать электрический ток с плотностью тока по меньшей мере около 2,000 А/см2; несколько разнесенных в пространстве электродов, электрически соединенных с источником электроэнергии; область загрузки топлива, сконфигурированную для приема топлива, где эта область загрузки топлива окружена указанными несколькими электродами и где указанные
несколько электродов сконфигурированы для подачи энергии в топливо с целью воспламенения этого топлива, когда оно принято в области загрузки топлива; механизм подачи для перемещения топлива в область загрузки топлива; преобразователь энергии плазмы, сконфигурированный для преобразования энергии плазмы, генерируемой в результате воспламенения топлива, в неплазменную форму энергии; датчик, сконфигурированный для измерения по меньшей мере одного параметра, ассоциированного с системой генерации энергии; и контроллер, сконфигурированный для управления по меньшей мере некоторым процессом, ассоциированным с системой генерации энергии.
Некоторые варианты направлены на создание системы генерации энергии, содержащей: источник электроэнергии с мощностью по меньшей мере около 5,000 кВт; несколько разнесенных в пространстве электродов, электрически соединенных с источником электроэнергии; область загрузки топлива, сконфигурированную для приема топлива, где эта область загрузки топлива окружена указанными несколькими электродами и где указанные несколько электродов сконфигурированы для подачи энергии в топливо с целью воспламенения этого топлива, когда оно принято в области загрузки топлива, и где давление в области загрузки топлива соответствует частичному вакууму; механизм подачи для перемещения топлива в область загрузки топлива; и плазмоэлектрический преобразователь энергии, сконфигурированный для преобразования энергии плазмы, генерируемой в результате сгорания топлива, в неплазменную форму энергии. Другие варианты, направлены на создание системы генерации энергии, содержащей: источник электроэнергии, способный генерировать электрический ток с плотностью тока по меньшей мере около 2,000 А/см2; несколько разнесенных в пространстве электродов, электрически соединенных с источником электроэнергии; область загрузки топлива, сконфигурированную для приема топлива, где эта область загрузки топлива окружена указанными несколькими электродами и где указанные несколько электродов сконфигурированы для подачи энергии в топливо с целью воспламенения этого топлива, когда оно принято в области загрузки топлива, и где давление в области загрузки топлива соответствует частичному вакууму; механизм подачи для перемещения топлива в область загрузки топлива; и плазмоэлектрический преобразователь энергии, сконфигурированный для преобразования энергии плазмы, генерируемой в результате воспламенения топлива, в неплазменную форму энергии.
Другие варианты направлены на создание элемента для генерации электроэнергии, содержащего: выпускной канал, соединенный с вакуумным насосом; несколько электродов, электрически соединенных с источником электроэнергии с мощностью по
меньшей мере 5,000 кВт; область загрузки топлива, сконфигурированную для приема топлива на основе воды, содержащего главным образом воду НЮ, где несколько электродов сконфигурированы для подачи энергии к топливу на основе воды с целью генерации по меньшей мере плазмы дугового разряда и/или тепловой энергии; и преобразователь энергии, сконфигурированный для преобразования по меньшей мере энергии плазмы дугового разряда и/или тепловой энергии в электроэнергию. Предложена также система генерации энергии, содержащая: источник электроэнергии, способный генерировать электрический ток с плотностью тока по меньшей мере 5,000 А/см2; несколько электродов, электрически соединенных с источником электроэнергии; область загрузки топлива, сконфигурированную для приема топлива на основе воды, содержащего главным образом воду Н2О, где указанные несколько электродов сконфигурированы для подачи электроэнергии к топливу на основе воды для образования по меньшей мере плазмы дугового разряда и/или тепловой энергии; и преобразователь энергии, сконфигурированный для преобразования по меньшей мере энергии плазмы дугового разряда и/или тепловой энергии в электроэнергию.
Дополнительные варианты направлены на создание способа генерации энергии, содержащего: загрузку топлива в область загрузки топлива, где область загрузки топлива содержит несколько электродов; подачу электрического тока с плотностью тока по меньшей мере около 2,000 А/см2 к этим нескольким электродам для воспламенения топлива с целью генерации меньшей мере плазмы дугового разряда и/или тепловой энергии; осуществление по меньшей мере одного из процессов - пропускания плазмы дугового разряда через плазмоэлектрический преобразователь для генерации электроэнергии и/или пропускания тепловой энергии через термоэлектрический преобразователь для генерации электроэнергии; и передачу по меньшей мере части полученной электроэнергии на выход. Кроме того, предложена система генерации энергии, содержащая: источник электроэнергии с мощностью по меньшей мере 5,000 кВт; несколько электродов, электрически соединенных с источником электроэнергии, где эти несколько электродов сконфигурированы для подачи электроэнергии к топливу на основе воды, содержащему главным образом воду Н2О, для генерации тепловой энергии; и теплообменник, сконфигурированный для преобразования по меньшей мере части тепловой энергии в электроэнергию. В дополнение к этому другой вариант направлен на создание системы генерации энергии, содержащей: источник электроэнергии с мощностью по меньшей мере 5,000 кВт; несколько разнесенных в пространстве электродов, где по меньшей мере один из этих нескольких электродов содержит механизм сжатия; область загрузки топлива, сконфигурированную для приема топлива на основе
воды, содержащего главным образом воду Н20, где эта область загрузки топлива окружена указанными несколькими электродами, так что механизм сжатия в составе по меньшей мере одного из электродов ориентирован в направлении области загрузки топлива, и где указанные несколько электродов электрически соединены с источником электроэнергии и сконфигурированы для подачи энергии к топливу на основе воды, принятому в области загрузки топлива, с целью воспламенения этого топлива; механизм подачи для перемещения топлива на основе воды в область загрузки топлива; и преобразователь энергии плазмы, сконфигурированный для преобразования энергии плазмы, полученной в результате сгорания топлива, в неплазменную форму энергии.
Некоторые варианты настоящего изобретения направлены на создание системы для генерации механической энергии, содержащей: источник электроэнергии для подачи электрического тока по меньшей мере около 5,000 А; камеру зажигания, сконфигурированную для генерации по меньшей мере плазмы и/или тепловой энергии; устройство подачи топлива, сконфигурированное для подачи твердого топлива в камеру зажигания; пару электродов, соединенных с источником электроэнергии и сконфигурированных для подачи энергии к твердому топливу с целью генерации по меньшей мере плазмы и/или тепловой энергии; и поршень, расположенный в камере зажигания и сконфигурированный для перемещения относительно камеры зажигания для передачи механической энергии на выход.
Дополнительные варианты направлены на создание системы генерации механической энергии, содержащей: источник электроэнергии для подачи электрического тока по меньшей мере около 5,000 А; камеру зажигания, сконфигурированную для генерации по меньшей мере плазмы и/или тепловой энергии, где эта камера зажигания имеет выпускной канал; устройство подачи топлива, сконфигурированное для подачи твердого топлива в камеру зажигания с целью генерации по меньшей мере плазмы и/или тепловой энергии; пару электродов, соединенных с источником электроэнергии и сконфигурированных для подачи энергии в камеру зажигания; и турбину, имеющую связь по потоку текучей среды с выпускным каналом и сконфигурированную для вращения с целью передачи механической энергии на выход.
Следующие варианты направлены на создание системы генерации механической энергии, содержащей: источник электроэнергии для подачи электрического тока по меньшей мере около 5,000 А; рабочее колесо, сконфигурированное для вращения с целью передачи механической энергии на выход, где рабочее колесо имеет полую область, сконфигурированную для генерации по меньшей мере плазмы и/или тепловой энергии, так что полая область имеет впускной канал, сконфигурированный для приема рабочей
текучей среды; устройство подачи топлива, сконфигурированное для подачи твердого топлива в полую область; и пару электродов, соединенных с источником электроэнергии и сконфигурированных для подачи энергии в полую область с целью воспламенения твердого топлива и генерации по меньшей мере плазмы и/или тепловой энергии.
Дополнительные варианты направлены на создание системы генерации механической энергии, содержащей: источник электроэнергии для подачи электрического тока по меньшей мере около 5,000 А; подвижный элемент, сконфигурированный для вращения с целью передачи механической энергии на выход, где этот подвижный элемент по меньшей мере частично образует камеру зажигания, сконфигурированную для генерации по меньшей мере плазмы и/или тепловой энергии; устройство подачи топлива, сконфигурированное для передачи твердого топлива в камеру зажигания; и пару электродов, соединенных с источником электроэнергии и сконфигурированных для подачи энергии к твердому топливу с целью генерации по меньшей мере плазмы и/или тепловой энергии.
Следующие варианты направлены на создание системы генерации механической энергии, содержащей: источник электроэнергии для подачи электрического тока по меньшей мере около 5,000 А; несколько камер зажигания, где каждая из нескольких камер зажигания сконфигурирована для генерации по меньшей мере плазмы и/или тепловой энергии; устройство подачи топлива, сконфигурированное для подачи твердого топлива в эти несколько камер зажигания; и несколько электродов, соединенных с источником электроэнергии, где по меньшей мере один из этих нескольких электродов ассоциирован по меньшей мере с одной из нескольких камер зажигания и сконфигурирован для подачи электроэнергии к твердому топливу с целью генерации по меньшей мере плазмы и тепловой энергии.
Варианты настоящего изобретения направлены на создание системы генерации механической энергии, содержащей: источник электроэнергии для подачи электрического тока по меньшей мере около 5,000 А; камеру зажигания, сконфигурированную для генерации по меньшей мере плазмы дугового разряда и/или тепловой энергии; устройство подачи топлива, сконфигурированное для подачи топлива на основе воды в камеру зажигания; пару электродов, соединенных с источником электроэнергии и сконфигурированных для подачи энергии к топливу с целью генерации по меньшей мере плазмы дугового разряда и тепловой энергии; и поршень, имеющий связь по потоку текучей среды с камерой зажигания и сконфигурированный для перемещения относительно камеры зажигания с целью передачи механической энергии на выход.
В дополнение к этому, настоящее изобретение направлено на создание системы
генерации механической энергии, содержащей: источник электроэнергии, способный отдавать электрический ток по меньшей мере около 5,000 А; камеру зажигания, сконфигурированную для генерации по меньшей мере плазмы дугового разряда и/или тепловой энергии, где камера зажигания имеет выпускной канал; устройство подачи топлива, сконфигурированное для подачи топлива на основе воды в камеру зажигания; пару электродов, соединенных с источником электроэнергии и сконфигурированных для подачи энергии топливу с целью генерации по меньшей мере плазмы дугового разряда и/или тепловой энергии; и турбину, имеющую связь по потоку текучей среды с выпускным каналом и сконфигурированную для вращения с целью передачи механической энергии на выход.
Варианты направлены также на создание системы генерации механической энергии, содержащей: источник электроэнергии, способный отдавать электрический ток по меньшей мере около 5,000 А; рабочее колесо, сконфигурированное для вращения с целью передачи механической энергии на выход, где рабочее колесо имеет полую область, сконфигурированную для генерации по меньшей мере плазмы и/или тепловой энергии, так что полая область имеет впускной канал, сконфигурированный для приема рабочей текучей среды; устройство подачи топлива, сконфигурированное для подачи топлива на основе воды в полую область; и пару электродов, соединенных с источником электроэнергии и сконфигурированных для подачи электроэнергии в полую область с целью воспламенения топлива на основе воды и генерации по меньшей мере плазмы дугового разряда и/или тепловой энергии.
Настоящее изобретение также направлено на создание системы генерации механической энергии, содержащей: источник электроэнергии для подачи электрического тока по меньшей мере около 5,000 А; несколько камер зажигания, где каждая из этих нескольких камер зажигания сконфигурирована для генерации по меньшей мере плазмы дугового разряда и/или тепловой энергии; устройство подачи топлива, сконфигурированное для подачи топлива на основе воды в указанные несколько камер зажигания; и несколько электродов, соединенных с источником электроэнергии, где по меньшей мере один из этих нескольких электродов ассоциирован по меньшей мере с одной из указанных нескольких камер зажигания и сконфигурирован для подачи электроэнергии в топливо на основе воды с целью генерации по меньшей мере плазмы дугового разряда и/или тепловой энергии.
Здесь предлагается также камера зажигания, содержащая: оболочку, ограничивающую полую камеру, сконфигурированную для генерации по меньшей мере одного из плазмы, плазмы дугового разряда и/или тепловой энергии; входное гнездо для
приема топлива, сообщающееся по потоку текучей среды с полой камерой, где это входное гнездо для приема топлива электрически связано с парой электродов; и подвижный элемент, сообщающийся по потоку текучей среды с полой камерой. Дополнительно предложена камера зажигания, содержащая: оболочку, ограничивающую полую камеру; инжекционное устройство, сообщающееся по потоку текучей среды с полой камерой, где это инжекционное устройство сконфигурировано для инжекции топлива в полую камеру; пару электродов, электрически соединенную с полой камерой и сконфигурированную для подачи электроэнергии к топливу в достаточном количестве для генерации по меньшей мере одного из факторов - плазмы, плазмы дугового разряда и/или тепловой энергии в полой камере; и подвижный элемент, сообщающийся по потоку текучей среды с полой камерой.
Варианты настоящего изобретения направлены на создание способа генерации механической энергии, содержащего: подачу твердого топлива в камеру зажигания; пропускание электрического тока по меньшей мере около 5,000 А через это твердое топливо и подачу напряжения меньше, чем примерно 10В, на твердое топливо для воспламенения твердого топлива и генерации по меньшей мере плазмы и/или тепловой энергии; смешивание по меньшей мере плазмы и/или тепловой энергии с рабочей текучей средой; и направление рабочей текучей среды к подвижному элементу для перемещения этого подвижного элемента и передачи механической энергии на выход.
Следующие варианты настоящего изобретения направлены на создание способа генерации механической энергии, содержащего: подачу топлива на основе воды в камеру зажигания; пропускание электрического тока по меньшей мере около 5,000 А через топливо на основе воды и подачу напряжения по меньшей мере около 2 кВ на топливо на основе воды для воспламенения топлива на основе воды с целью генерации по меньшей мере плазмы дугового разряда и/или тепловой энергии; смешивание по меньшей мере плазмы дугового разряда и/или тепловой энергии с рабочей текучей средой; и направление рабочей текучей среды к подвижному элементу для перемещения подвижного элемента и передачи механической энергии на выход.
Предложен также способ генерации механической энергии, содержащий: подачу твердого топлива в камеру зажигания; подачу электрического тока по меньшей мере около 5,000 А к электроду, электрически соединенному с твердым топливом; воспламенение твердого топлива для генерации по меньшей мере плазмы и/или тепловой энергии в камере зажигания; и преобразование по меньшей мере части по меньшей мере энергии плазмы и/или тепловой энергии в механическую энергию. Предложен еще один способ генерации механической энергии, содержащий: подачу топлива на основе воды в
камеру зажигания; подачу электрического тока по меньшей мере около 5,000 А к электроду, электрически соединенному с топливом на основе воды; воспламенение топлива на основе воды для образования по меньшей мере плазмы дугового разряда и/или тепловой энергии в камере зажигания; и преобразование по меньшей мере части по меньшей мере энергии плазмы дугового разряда и/или тепловой энергии в механическую энергию.
Дополнительный вариант настоящего изобретения направлен на создание машины, сконфигурированной для наземной перевозки, содержащей: источник электроэнергии способный отдавать электрический ток по меньшей мере около 5,000 А; камеру зажигания, сконфигурированную для генерации по меньшей мере одного из плазмы, плазмы дугового разряда и/или тепловой энергии; устройство подачи топлива, сконфигурированное для подачи топлива в камеру зажигания; пару электродов, соединенных с источником электроэнергии и сконфигурированных для подачи электроэнергии к топливу с целью генерации по меньшей мере одного из плазмы, плазмы дугового разряда и/или тепловой энергии; подвижный элемент, сообщающийся по потоку жидкости с камерой зажигания и сконфигурированный для перемещения относительно камеры зажигания; и приводной вал, механически соединенный с подвижным элементом и сконфигурированный для передачи механической энергии к транспортному элементу.
Еще один дополнительный вариант настоящего изобретения направлен на создание машины, сконфигурированной для авиационного транспорта и содержащей: источник электроэнергии, способный отдавать электрический ток по меньшей мере около 5,000 А; камеру зажигания, сконфигурированную для генерации по меньшей мере одного из плазмы, плазмы дугового разряда и/или тепловой энергии; устройство подачи топлива, сконфигурированное для подачи топлива в камеру зажигания; пару электродов, соединенных с источником электроэнергии и сконфигурированных для подачи электроэнергии к топливу с целью генерации по меньшей мере одного из плазмы, плазмы дугового разряда и/или тепловой энергии; подвижный элемент, сообщающийся по потоку жидкости с камерой зажигания и сконфигурированный для перемещения относительно камеры зажигания; и авиационный элемент, механически связанный с подвижным элементом и сконфигурированный для создания тяги в авиационной среде.
Варианты настоящего изобретения также направлены на создание машины, сконфигурированной для морского транспорта и содержащей: источник электроэнергии, способный отдавать электрический ток по меньшей мере около 5,000 А; камеру зажигания, сконфигурированную для генерации по меньшей мере одного из плазмы, плазмы дугового разряда и/или тепловой энергии; устройство подачи топлива,
сконфигурированное для подачи топлива в камеру зажигания; пару электродов, соединенных с источником электроэнергии и сконфигурированных для подачи электроэнергии к топливу с целью генерации по меньшей мере одного из плазмы, плазмы дугового разряда и/или тепловой энергии; подвижный элемент, сообщающийся по потоку жидкости с камерой зажигания и сконфигурированный для перемещения относительно камеры зажигания; и морской элемент, механически соединенный с подвижным элементом и сконфигурированный для осуществления поступательного движения (создания тяги) в морской среде.
Дополнительные варианты настоящего изобретения направлены на создание рабочей машины (станка), содержащей: источник электроэнергии, способный отдавать электрический ток по меньшей мере около 5,000 А; камеру зажигания, сконфигурированную для генерации по меньшей мере одного из плазмы, плазмы дугового разряда и/или тепловой энергии; устройство подачи топлива, сконфигурированное для подачи топлива в камеру зажигания; пару электродов, соединенных с источником электроэнергии и сконфигурированных для подачи электроэнергии к топливу с целью генерации по меньшей мере одного из плазмы, плазмы дугового разряда и/или тепловой энергии; подвижный элемент, сообщающийся по потоку жидкости с камерой зажигания и сконфигурированный для перемещения относительно камеры зажигания; и рабочий элемент, механически соединенный с подвижным элементом и сконфигурированный для передачи механической энергии.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 представляет упрощенный чертеж СШТ-элемента согласно одному из вариантов настоящего изобретения.
Фиг. 2 представляет упрощенный чертеж биполярной пластины СШТ-элемента согласно одному из вариантов настоящего изобретения.
Фиг. 3 представляет упрощенный чертеж генератора электроэнергии на основе SF-СШТ-элемента, где показана карусельная система повторной загрузки согласно одному из вариантов настоящего изобретения.
Фиг. 4А представляет упрощенный чертеж генератора электроэнергии на основе SF-CIHT-элемента, где показана бункерная система повторной загрузки согласно одному из вариантов настоящего изобретения.
Фиг. 4В представляет упрощенный чертеж генератора электроэнергии на основе SF-CIHT-элемента, где показаны электроды, служащие также структурными элементами, и показан источник электроэнергии, служащий также пусковым источником энергии
согласно одному из вариантов настоящего изобретения.
Фиг. 5 представляет упрощенный чертеж работы магнитогидродинамического преобразователя энергии согласно одному из вариантов настоящего изобретения.
Фиг. 6 представляет упрощенный чертеж магнитогидродинамического преобразователя энергии согласно одному из вариантов настоящего изобретения.
Фиг. 7 представляет упрощенный чертеж интеграции системы для приложений электрического SF-CIHT-элемента согласно одному из вариантов настоящего изобретения.
Фиг. 8 представляет упрощенный чертеж интеграции системы для приложений термического и гибридного электротермического SF-СШТ-элемента согласно одному из вариантов настоящего изобретения.
Фиг. 9 представляет упрощенный чертеж двигателя с внутренним SF-CIHT-элементом согласно одному из вариантов настоящего изобретения.
Фиг. 10 представляет упрощенный чертеж генератора электроэнергии на основе элемента с использованием плазмы дугового разряда в воде ШО с выносным изображением, показывающим вид дугового плазменного контейнера изнутри согласно одному из вариантов настоящего изобретения.
Фиг. 11 представляет упрощенный чертеж генератора электроэнергии на основе элемента с использованием плазмы дугового разряда в воде ШО согласно одному из вариантов настоящего изобретения.
Фиг. 12 показывает пример системы генерации энергии, согласно одному из вариантов настоящего изобретения.
Фиг. 13 А показывает пример системы генерации энергии в открытом состоянии, согласно одному из вариантов настоящего изобретения.
Фиг. 13В показывает пример системы генерации энергии, изображенной на Фиг. 13А, в закрытом состоянии.
Фиг. 13С показывает пример системы генерации энергии в открытом состоянии, согласно одному из вариантов настоящего изобретения.
Фиг. 13D показывает пример системы генерации энергии, изображенной на Фиг. 13С, в закрытом состоянии.
Фиг. 14А и 14В показывают различные виды в перспективе примера системы генерации энергии, согласно одному из вариантов настоящего изобретения.
Фиг. 15А показывает пример конфигурации компонентов в системе генерации энергии, согласно одному из вариантов настоящего изобретения.
Фиг. 15В показывает пример конфигурации компонентов в системе генерации
энергии, согласно одному из вариантов настоящего изобретения.
Фиг. 15С показывает пример конфигурации компонентов в системе генерации энергии, согласно одному из вариантов настоящего изобретения.
Фиг. 15D показывает пример конфигурации компонентов в системе генерации энергии, согласно одному из вариантов настоящего изобретения.
Фиг. 16 показывает пример системы генерации энергии, согласно одному из вариантов настоящего изобретения.
Фиг. 17А показывает пример системы генерации энергии, согласно одному из вариантов настоящего изобретения.
Фиг. 17В показывает альтернативную конфигурацию компонентов в примере системы генерации энергии, изображенном на Фиг. 17А.
Фиг. 18А показывает пример электродов в системе генерации энергии, согласно одному из вариантов настоящего изобретения.
Фиг. 18В показывает альтернативную конфигурацию примера электродов, изображенного на Фиг. 18 А.
Фиг. 19 показывает пример преобразователя энергии плазмы, согласно одному из вариантов настоящего изобретения.
системы генерации энергии, согласно одному из
Фиг. 20 показывает пример вариантов настоящего изобретения.
системы генерации энергии, согласно одному из
Фиг. 21 показывает пример вариантов настоящего изобретения.
системы генерации энергии, согласно одному из
Фиг. 22 показывает пример вариантов настоящего изобретения.
системы генерации энергии, согласно одному из
Фиг. 23 показывает пример вариантов настоящего изобретения.
системы генерации энергии, согласно одному из
Фиг. 24 показывает пример вариантов настоящего изобретения.
системы генерации энергии, согласно одному из
Фиг. 25 показывает пример вариантов настоящего изобретения.
Фиг. 26 представляет иллюстрацию системы генерации механической энергии, согласно одному из вариантов настоящего изобретения.
Фиг. 27 представляет иллюстрацию увеличенного изображения части системы генерации механической энергии, согласно одному из вариантов настоящего изобретения.
Фиг. 28 представляет схематичное изображение части системы генерации механической энергии, согласно одному из вариантов настоящего изобретения.
Фиг. 29 представляет схематичное изображение части системы генерации механической энергии, согласно одному из вариантов настоящего изобретения.
Фиг. 30 представляет иллюстрацию пары электродов, согласно одному из вариантов настоящего изобретения.
Фиг. 31 представляет иллюстрацию пары электродов, согласно одному из вариантов настоящего изобретения.
Фиг. 32 представляет иллюстрацию электрода, согласно одному из вариантов настоящего изобретения.
Фиг. ЗЗА и 33В представляют различные виды рабочего колеса, согласно одному из вариантов настоящего изобретения.
Фиг. 34 представляет иллюстрацию систем генерации механической энергии, согласно одному из вариантов настоящего изобретения.
Фиг. 35А и 35В представляют различные виды устройства подачи топлива и камеры зажигания, согласно одному из вариантов настоящего изобретения.
Фиг. 36 представляет иллюстрацию группы камер и устройства подачи топлива, согласно одному из вариантов настоящего изобретения.
Фиг. 37А, 37В, и 37С представляют иллюстрации различных вариантов входных гнезд для приема топлива и электродов согласно настоящему изобретению.
Фиг. 38 представляет иллюстрацию камеры зажигания, согласно одному из вариантов настоящего изобретения.
Фиг. 39 представляет иллюстрацию камеры зажигания, согласно одному из вариантов настоящего изобретения.
Фиг. 40 представляет иллюстрацию камеры зажигания, согласно одному из вариантов настоящего изобретения.
Фиг. 41 представляет иллюстрацию камеры зажигания, согласно одному из вариантов настоящего изобретения.
Здесь предложены катализаторные системы для высвобождения энергии из атомарного водорода с целью получения энергетических состояний с более низкой энергией, в которых электронная оболочка находится ближе к ядру. Высвобожденную энергию собирают для генерации энергии, а другими желательными продуктами процесса являются дополнительные новые водородные частицы и соединения. Эти энергетические состояния предсказаны законами классической физики, и при этом нужен катализатор для того, чтобы отобрать энергию от водорода с целью совершения соответствующего перехода с высвобождением энергии.
Классическая физика дает решения в замкнутой форме для атома водорода,
гидридного иона, ионизированной молекулы водорода и молекулы водорода и прогнозирует появление соответствующих частиц, имеющих дробные главные квантовые числа. С использованием уравнений Максвелла была получена структура электрона в виде решения граничной задачи, где электрон содержит электрический ток источника изменяющихся во времени электромагнитных полей при переходе между состояниями с тем ограничением, что электрон в связанном состоянии с п = 1 не может излучать энергию. Реакция, предсказываемая решением для атома водорода Н, содержит резонансный безызлучательный перенос энергии от стабильного в других ситуациях атома водорода к катализатору, способному получать энергию, для образования водорода в более низких энергетических состояниях, чем считалось возможным раньше. В частности, классическая физика предсказывает, что атомарный водород может вступать в реакции каталитического преобразования с некоторыми атомами, эксимерами, ионами и двухатомными гидридами, так что результирующая энтальпия такой реакции равна целому кратному потенциальной энергии атомарного водорода, Eh = 27.2 eV где Eh равна
одному Хартри. Для осуществления реакций в смеси с атомарным водородом должны в качестве катализаторов присутствовать некоторые конкретные частицы (например, Не+, Ar+, Sr+, К, Li, НС1, и NaH, ОН, SH, SeH, образующаяся в ходе реакции вода №0, пН (п = целое число)), идентифицируемые на основе своих известных уровней энергии электронов. Реакция содержит безызлучательный перенос энергии, за которым следует излучение энергии q-\3.6eV в некоем континууме или перенос энергии q-\3.6eV к
атому водорода Н для образования атома водорода Н в чрезвычайно горячем возбужденном состоянии и атома водорода с энергией меньше энергии непрореагировавшего атомарного водорода, соответствующей дробному главному квантовому числу. Иными словами в формуле для основных энергетических уровней атома водорода:
е2 13.598 eV
Еп=--" = 2 • (О
п Ш? а" п
о п
"=1,2,3,... (2) где ан обозначает радиус Бора для атома водорода (52.947 пм), е - заряд электрона и so - диэлектрическая проницаемость вакуума, дробные квантовые числа:
п = 1, -- -; где р < 137 - целое число (3) 2 3 4 р
заменяют хорошо известный параметр п = целое число (п = integer) в уравнении Ридберга для возбужденных состояний атома водорода и представляют атомы водорода в
состояниях с более низкой энергией, именуемые "гидрино" ("hydrinos"). Тогда, аналогично возбужденному состоянию, соответствующему аналитическому решению уравнений Максвелла, атом гидрино также содержит электрон, протон и фотон. Однако электрическое поле последнего усиливает связь, соответствующую выделению энергии, а не уменьшает центральное поле при поглощении энергии, как это происходит в возбужденном состоянии, так что результирующее фотон-электронное взаимодействие в гидрино является стабильным, а не излучательным.
Состояния водорода с п = 1 или п = --- являются безызлучательными, однако
integer
переход двумя безызлучательными состояниями, а именно от п = \ к и = 1 / 2, возможен посредством безызлучательного переноса энергии. Водород представляет собой специальный случай стабильных состояний, даваемых Уравнениями (1) и (3), где соответствующий радиус атома водорода или атома гидрино равен
г = ^-, (4) Р
где р = 1,2,3,.... Для сбережения энергии перенос энергии от атома водорода к катализатору должен происходить в единицах
m-27.2eV, т =1,2,3,4,.... (5)
а радиус переходит к ----. Реакции каталитического преобразования содержат
т + р
два этапа выделения энергии: безызлучательный перенос энергии к катализатору, за которым следует дополнительное высвобождение энергии, поскольку радиус уменьшается до соответствующего стабильного конечного состояния. Считается, что скорость реакции каталитического преобразования возрастает, когда результирующая энтальпия приближается к величине т-27.2 eV. Было обнаружено, что катализаторы с результирующей энтальпией реакции в пределах ±10%, предпочтительно в пределах ±5%, от величины т-27.2 eV подходят для большинства приложений. В случае реакции каталитического преобразования атомов гидрино с целью перевода их в состояние с более низкой энергией, происходит релятивистская коррекция энтальпии реакции, равной т -27.2 eV (Уравнение (5)) с таким же коэффициентом, как потенциальная энергия атома гидрино.
Таким образом, обобщенная реакция описывается уравнениями
т-27.2 eV + Catq+ +Н
Cat(q+r)++re-+H*
(т + р)
+ т-27.2 eV
(6)
(т + р)
(т + р)
+ [(т + р)2-р2]Л3.6 eV-m-21.2eV
(7)
Cat(q+r)++re- -^Catq+ +т -27.2 eV,
(8)
реакция в целом
(т + р)
+ [(m + pf -р2]Л3.6 eV
(9)
имеет радиус атома водорода
q, г, т, и целые числа.
(т + р)
(соответствующий 1 в знаменателе) и центральное поле, эквивалентное величине в
{т + р) 1
(т + /?) раз больше величины соответствующего параметра протона, и Н представляет соответствующее стабильное состояние с радиусом, равным
[т + р}
радиуса атома Н. Когда электрон движется с радиальным ускорением от радиуса.
равного радиусу атома водорода к радиусу, равному
(т + р)
происходит высвобождение энергии в форме характеристического светового излучения
или в виде кинетической энергии третьих тел. Это излучение может представлять собой
излучение в диапазоне континуума в дальней ультрафиолетовой области спектра от
2 2 91 2
верхней границы [(р + т) -р -2m\\3.beV или пт и далее в
[(т + р) - р -2т]
сторону увеличения длины волны. В дополнение к излучению может происходить резонансный перенос кинетической энергии для образования быстрого атома водорода Н. Последующее возбуждение этих быстрых атомов Н (п = l) в результате столкновения с фоновыми молекулами водорода (Ш) и затем излучение от соответствующих быстрых атомов Н {п = 3), приводит к излучению расширенной спектральной линия а в серии
Бальмера. В качестве альтернативы, быстрый атом Н представляет собой прямой продукт атома Н или гидрино, служащего катализатором, где прием резонансного переноса энергии относится к потенциальной энергии, а не к энергии ионизации. Сохранение энергии дает протон с кинетической энергией, соответствующей половине потенциальной энергии для первого случая, и ион катализатора, находящийся по существу в покое, в последнем случае. Рекомбинационное излучение водорода Н, исходящее от быстрых протонов, приводит к излучению расширенной спектральной линия а в серии Бальмера,
которое несоразмерно наличию горячих атомов водорода в соответствии с балансом избыточной энергии.
В рамках настоящего описания такие термины, как реакция образования гидрино, каталитическое преобразование водорода Н, реакция каталитического преобразования водорода Н, каталитическое преобразование применительно к водороду, к реакциям водорода с образованием гидрино и реакциям образования гидрино, - все относятся к таким реакциям, как реакции, представленные Уравнениями (6-9), с участием катализатора, определенного Уравнением (5), с атомарным водородом Н для получения состояний водорода с уровнями энергии, описываемыми Уравнениями (1) и (3). Соответствующие термины, такие как реагенты для получения гидрино, реакционные смеси для получения гидрино, каталитические смеси, реагенты для образования гидрино, реагенты для производства или образования состояний водорода с меньшими энергиями или гидрино, - также используются взаимозаменяемо, когда они относятся к реакционной смеси, осуществляющей каталитическое преобразование атомарного водорода Н в состояния водорода или в состояния гидрино с уровнями энергии, определяемыми Уравнениями (1) и (3).
Каталитические преобразования с образованием атомов водорода в состояниях с низкими энергиями согласно настоящему изобретению требуют применения катализатора, который может иметь форму эндотермической химической реакции с использованием целого числа т порций потенциальной энергии не подвергнутого каталитическому преобразованию атомарного водорода 27.2 eV, так что реакция отбирает энергию от атомарного водорода Н, чтобы вызвать переход. Эта эндотермическая реакция каталитического преобразования может представлять собой ионизацию одного или нескольких электронов из таких химических частиц, как атом или ион (например, т = 3 для перехода Li -> ¦ Li2+), и может далее представлять собой совмещенную реакцию разрыва химической связи и ионизации одного или нескольких электронов от одного или нескольких партнеров по первоначальной химической связи (например, т = 2 для реакции NaH -> ¦ Na2+ +Н ). Ион Не+ соответствует критерию катализатора - химический или физический процесс с изменением энтальпии, равным целому кратному энергии 27.2 eV, поскольку он ионизируется при энергии 54.417 eV, что равно 2-27.2 eV. Целое число атомов водорода также может служить катализатором с энтальпией, кратной величине 27.2 eV. Атомы водорода Н(\1р) /> = 1,2,3,...137 могут совершать
дальнейшие переходы в состояния с меньшими уровнями энергии, описываемые Уравнениями (1) и (3), где катализаторами для перехода одного атома служат один или
несколько дополнительных атомов Н, которые резонансно и безызлучательно получают энергию т-21'.2 eV с сопутствующим противоположным изменением их потенциальной
энергии. Обобщенная реакция перехода от Н(\1р) к Н(\1(т + р)), индуцированного
резонансным переносом энергии т-21.2 eV к Н(1/, представлена уравнением
Я(1/р') + Н(\/р)^Н + Н(\/(т + р)) + \_2рт + т2 - р'2+ \~]-\3.6 eV (10)
Атомы водорода могут служить катализаторами, где т = \, т = 2 и т = 3 для одного, двух или трех атомов, соответственно, действуют в качестве катализатора для другого атома. Скорость реакции с двухатомным, 2Н, катализатором может быть высока, когда чрезвычайно быстрый атом водорода Н сталкивается с молекулой водорода с образованием двух атомов водорода (2Н), где два атома резонансно и безызлучательно принимают энергию 54.4 eV от третьего атома, являющегося их партнером в этом столкновении. За счет этого же самого механизма столкновение двух горячих молекул № порождает три атома ЗН, служащих катализатором с энергией 3-27.2 eV для четвертого атома. Непрерывное излучение дальней ультрафиолетовой области спектра (EUV) с длинами волн 22.8 нм и 10.1 нм, экстраординарное (> 100 эВ) расширение спектральной линии а серии Бальмера, сильно возбужденные состояния атомов водорода Н, газообразный продукт Н2 (1/4) и выделение большого количества энергии - все это
наблюдается в соответствии с предсказаниями теории.
Состояние Н(1/4) представляет собой предпочтительное состояние гидрино на основе его многополярности и правил выбора для формирования этого состояния. Таким образом, в случае образования состояния Н(1/3) переход к состоянию Н(1/4) может происходить быстро под каталитическим воздействием атома Н согласно Уравнению (10). Аналогично, состояние Н(1/4) является предпочтительным состоянием для энергии катализатора не меньше 81.6 эВ, соответствующей т=3 в Уравнении (5). В таком случае количество энергии, переносимой к катализатору, составляет 81.6 эВ, что ведет к образованию состояния Н*(1/4), промежуточного для Уравнения (7), равно как к целому числу порций 27.2 эВ в результате релаксации этого промежуточного состояния. Например, катализатор, имеющий энтальпию 108.8 эВ, может образовать состояние Н*(1/4) посредством приема энергии 81.6 эВ, равно как энергии 27.2 эВ, полученной в результате релаксации (распада) состояния Н*(1/4) от энергии 122.4 эВ. Оставшаяся часть энергии релаксации (распада), равная 95.2 эВ, высвобождается в окружающую среду для образования предпочтительного состояния Н(1/4), которое затем вступает в реакцию с образованием Н2(1/4).
Подходящий катализатор может, поэтому создать результирующую
положительную энтальпию реакции на уровне т-21' .2 eV. Иными словами, катализатор резонансным способом принимает за счет безызлучательного переноса энергию от атомов водорода и высвобождает эту энергию в окружающую его среду для осуществления переходов электронов в состояния с энергетическими уровнями, соответствующими дробным квантовым числам. Вследствие безызлучательного переноса энергии атом водорода становится неустойчивым и продолжает излучать энергию до тех пор, пока он не достигнет безызлучательного энергетического состояния с меньшей энергией, для которого базовый уровень энергии определен в Уравнениях (1) и (3). Таким образом, каталитическая реакция высвобождает энергию атома водорода, что сопровождается соответствующим уменьшением размера этого атома водорода, гп = пан, где число п
определено в Уравнении (3). Например, каталитическое преобразование от Н (п = 1) к Н(п =1/4) высвобождает энергию 204 eV, а радиус атома водорода уменьшается от ан 1
к - аы.
Продукт каталитической реакции, Н{\1 р}, может также вступать в реакцию с электроном с образованием гидрино-гидридного иона Н~{\1 р), или два таких гидрино Н{\1 р} могут вступать в реакцию одно с другим с образованием соответствующего молекулярного гидрино Н2(\1 р}. В частности, продукт каталитической реакции, Н(\1р}, может также вступать в реакцию с электроном для образования нового гидридного иона Н (1//> ) с энергией связи Ев:
h2yjs(s + \) 7TjuQe2h2( 1
1 + Уф + Г)
1 + УФ + 1)
(И)
где p = integer > 1, 5 = 1/ 2, h обозначает постоянную Планка, juo - магнитная проницаемость вакуума, те - масса электрона, jue - уменьшенная масса электрона в
соответствии с выражением jue
тетр
где т - масса протона, ао - радиус Бора и
радиус иона равен rx = -(\ + yjs(s + \) j. Согласно Уравнению (11) вычисленная энергия
ионизации иона гидрида равна 0.75418 eV, а экспериментальная величина этой энергии
равна 6082.99 ± 0.15 cm1 (0.75418 eV). Энергия связи гидрино-гидридных ионов может быть измерена способом рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (Х-гау photoelectron spectroscopy (XPS)).
Сдвинутые в сторону сильного поля пики ядерного магнитного резонанса (ЯМР (NMR)) являются прямым свидетельством существования водорода в состоянии с более низкой энергией и с уменьшенным радиусом по сравнению с обычными ионами гидрида, а также с уменьшенным диамагнитным экранированием протона. Этот сдвиг пиков определяется суммой вкладов диамагнетизма двух электронов и поля протона величиной р (Mills GUTCP Уравнение (7.87)):
^ = -Мо /g2r- -,(l + ^2) = -(^29.9 + ^21.59X10-3)^ (12)
где первый член относится к иону Н с р = \ и р = integer > 1 для Н~{\1 р) и
а обозначает постоянную тонкой структуры. Предсказываемые пики для гидрино гидрида являются чрезвычайно далеко сдвинутыми в сторону сильного поля по сравнению с обычными ионами гидрида. В одном из вариантов эти пики сдвинуты в сторону сильного поля относительно пиков спектроскопии TMS. Сдвиг результатов NMR относительно результатов TMS может быть больше, чем известный такой сдвиг по меньшей мере для одной из известных химических частиц Н", Н, Ш или Н+ отдельно или в составе соединения. Этот сдвиг может быть больше, чем по меньшей мере одна из величин 0, -1, -2, -3, -4, -5, -6, -7, -8, -9, -10, -11, -12, -13, -14, -15, -16, -17, -18, -19, -20, -21, -22, -23, -24, -25, -26, -27, -28, -29, -30, -31, -32, -33, -34, -35, -36, -37, -38, -39 и -40 хЮ"6 (частей на миллион (ррт)) (далее для удобства везде "ppm"). Диапазон абсолютной величины сдвига относительно "голого" протона (где сдвиг результата TMS составляет примерно -31.5 относительно "голого" протона) может быть равен -(р29.9 + р22.74) ррт (Уравнение (12)) по меньшей мере в одном из диапазонов из группы ±5 ррт, ± 10 ррт, ±20 ррт, ±30 ррт, ± 40 ррт, ± 50 ррт, ± 60 ррт, ± 70 ррт, ± 80 ррт, ± 90 ррт и ± 100 ррт. Диапазон абсолютной величины сдвига относительно "голого" протона может составлять -(р29.9 + р21.59 X 10"3) ррт (Уравнение (12)) в пределах по меньшей мере одного из диапазонов из группы примерно 0.1% - 99%, 1% - 50% и 1% - 10%. В другом варианте присутствие частиц гидрино, таких как атом гидрино, ион гидрида или молекула, в твердой матрице, такой как матрица гидроксида, например, гидроксид натрия (NaOH) или калия (КОН), вызывает сдвиг состояний протонов из состава матрицы в сторону сильного поля. Протоны в матрице, такие как протоны в составе соединений NaOH или КОН, могут обмениваться. В одном из вариантов этот сдвиг может переместить пики для матрицы в
диапазон примерно от -0.1 ррт до -5 ррт относительно результатов TMS. Определение посредством способа ЯМР (NMR) может содержать так называемое вращение образца 1Н под магическим углом при спектроскопии ядерного магнитного резонанса (magic angle spinning lH nuclear magnetic resonance spectroscopy (MAS lH NMR)).
Частица в состоянии Н{\1 р} может вступать в реакцию с протоном, а две такие
частицы Н{\1 р) могут реагировать с образованием Н2{\1 р)+ и Н2(\1р),
соответственно. Характеристики иона молекулы (молекулярного иона) водорода, функции заряда молекулы и плотности тока, длины химических связей и энергии были получены из решений оператора Лапласа в эллиптических координатах в соответствии с ограничением безызлучательности.
дф.
дф.
(л - СЩ -?> +(С- ОД -=-(Д, -±)HZ- чУЪ -?) = 0(13)
ОС, ОС, ОТ] ОТ] ОС, ОС,
Полная энергия Ет молекулярного иона водорода, имеющего центральное поле +ре в каждом фокусе молекулярной орбитали в форме вытянутого сфероида, составляет
2е2
4ж?0(2ан)
-Р2\
%пеа"
о п
(41пЗ-1-21пЗ)
1 + р
(14)
2а,
&7Г?"
За,
= -^216.13392 еК-^30.118755 eV где р - целое число, с - скорость света в вакууме и /л - уменьшенная масса ядра. Полная энергия молекулы водорода, имеющей центральное поле +ре в каждом фокусе молекулярной орбитали в форме вытянутого сфероида, составляет
1+^
Ansoa\ me
mec2
= -^231.351 eV-p30.326469 eV Энергия диссоциации связи, ED, молекулы водорода в состоянии Н2 (1 / р} равна разности между полной энергией соответствующих атомов водорода и величиной Ет
ED=E{2H(\I р))-Ет (16) где
Е(2Н(\ 1р)) = -р2 27.20 eV (17)
ED определяется Уравнениями (16-17) и (15):
ED =-р227.20 eV-ET
= -р227.20 eV-(-p23\.35\ eV - р3 0.326469 eF) (18) = p24.\5\ eV + р30.326469
Частица в состоянии Н2 {}1 р) может быть идентифицирована способом
рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (XPS), где продукт ионизации в дополнение к ионизированному электрону может быть по меньшей мере одной из возможностей, такой как другие возможности, содержащие два протона и электрон, атом водорода Н, атом гидрино, молекулярный ион, молекулярный ион водорода и ион
Н2 (l / р)+, где энергии могут быть сдвинуты посредством матрицы.
Исследование газообразного продукта каталитической реакции способом ЯМР (NMR) представляет собой определяющий тест теоретически предсказанного химического сдвига частицы Н2(\1р'). В общем случае, прогнозируется сдвиг пиков 1Н NMR-
резонанса частиц Н2 (1 / р) в сторону сильного поля относительно пиков для
молекулярного водорода Н2 вследствие дробного радиуса в эллиптических координатах,
АВ^
когда электроны располагаются значительно ближе к ядру. Прогнозируемый сдвиг,
для молекулы Н2(\//?) определяется суммой вкладов диамагнетизма двух электронов и поля фотона величиной р (Mills GUTCP Уравнения (11.415-11.416)):
- //0|4-V21n^ ^f_(i + /w*) (19)
5 ^ V2-1 )Ъ6а^те 4 7
(^28.01 + ^21.49Х Шъ)ррт (20)
где первый член применяется к молекуле #2 при р = \ и = integer > 1 для Н2 (1 I р}. Полученная экспериментально абсолютная величина сдвига газофазного резонанса для молекулы Н2, равная -28.0 ррт, находится в превосходном согласии с
предсказываемой абсолютной величиной газофазного сдвига, равной -28.01 ррт (Уравнение (20)). Предсказываемые пики для молекулярного гидрино являются чрезвычайно далеко сдвинутыми в сторону сильного поля по сравнению с обычными молекулами Ш. В одном из вариантов эти пики сдвинуты в сторону сильного поля относительно пиков спектроскопии TMS. Сдвиг результатов NMR относительно результатов TMS может быть больше, чем известный такой сдвиг по меньшей мере для одной из известных химических частиц Н", Н, Ш или Н+ отдельно или в составе соединения. Этот сдвиг может быть больше, чем по меньшей мере одна из величин 0, -1, -2, -3, -4, -5, -6, -7, -8, -9, -10, -11, -12, -13, -14, -15, -16, -17, -18, -19, -20, -21, -22, -23, -24, -25, -26, -27, -28, -29, -30, -31, -32, -33, -34, -35, -36, -37, -38, -39 и -40 ррт. Диапазон абсолютной величины сдвига относительно "голого" протона (где сдвиг результата TMS составляет примерно -31.5 относительно "голого" протона) может быть равен -(р28.01 + р22.56) ррт (Уравнение (20)) по меньшей мере в одном из диапазонов из группы ± 5 ррт, ± 10 ррт, ± 20 ррт, ± 30 ррт, ± 40 ррт, ± 50 ррт, ± 60 ррт, ± 70 ррт, ± 80 ррт, ± 90 ррт и ± 100 ррт. Диапазон абсолютной величины сдвига относительно "голого" протона может составлять -(р28.01 + р21.49 X 10"3) ррт (Уравнение (20)) в пределах по меньшей мере одного из диапазонов из группы примерно 0.1% - 99%, 1% - 50% и 1% - 10%.
Энергии колебаний, Evjb, для перехода от и = 0 к и = 1 в молекулах типа водорода
Н2 (1 / р) равны
ЕщЬ= р20.515902 eV (21) где р - целое число.
Энергии вращения, Erot, для перехода от J к J + \ в молекулах типа водорода Н2 (1 / р) равны
Erot = EJ+l - Ej = у [J +1] = p2 (J +1) 0.01509 eV (22)
где p - целое число и I - момент инерции. Были выполнены наблюдения вращательно-колебательного излучения молекул //2(1/4) для возбужденных электронным лучом молекул, присутствующих в газах и захваченных в твердой матрице.
Зависимость р2 от энергий вращения является результатом обратной зависимости параметра р от межъядерного расстояния и соответствующего воздействия на момент инерции /. Предсказываемое межъядерное расстояние 2с' для частиц Н2(\/ /?) равно
2с' = ^ (23) Р
По меньшей мере одна из энергий вращения и колебаний для частиц Нг(1/р) может быть измерена по меньшей мере одним из способов - способом эмиссионной спектроскопии с возбуждением электронным лучом, способом рамановской спектроскопии или способом инфракрасной спектроскопии с преобразованием Фурье (Fourier transform infrared (FTIR)). Частицы Ш(1/р) могут быть захвачены в матрице для измерений, такой как матрица по меньшей мере одного из типов - МОН, MX и/или М2СО3 (М = щелочной металл; X = галоген).
I. Катализаторы
Прогнозируется, что вещества Не+, Ar+, Sr+, Li, К, NaH, nH (п = целое число) и Н2О могут служить катализаторами, поскольку они отвечают критерию катализа - химический или физический процесс с изменением энтальпии, равным целочисленному кратному потенциальной энергии атомарного водорода, 27.2 eV. в частности, каталитическая система создана посредством отделения за счет ионизации t электронов атомов, где уровень энергии каждого из этих электронов лежит в некоем континууме, так что сумма энергий ионизации этих t электронов составляет приблизительно т-21.2 eV, где т -целое число. Более того, дальнейшие каталитические переходы могут происходить, как в
Т1.,й, 111111
случае, когда сначала образуется частица Н(1/2), а далее: п = > -, > -, > -, и
23 34 45
т.д. Когда реакция каталитического преобразования началась, автокатализ гидрино происходит далее в процессе, называемом диспропорционирование, где атом Н или Н(1/р) служит катализатором для другого атома Н или Н(1/р') (параметр р может быть равен р').
Катализаторами могут служить атомы водорода и гидрино. Атомы гидрино H(\lp} р = 1,2,3,...137 могут переходить в состояния с более низкими энергиями,
описываемые в Уравнениях (1) и (3), где катализатором перехода одного атома служит второй атом, который резонансным и безызлучательным способом принял энергию т-21.2 eV с сопутствующим противоположным изменением его потенциальной энергии.
Общее обобщенное уравнение для перехода от Н{\1р) к Н(\1{т + р)), индуцированного резонансным переносом энергии т-21.2 eV к Н{\1 представлено
Уравнением (10). Таким образом, атомы водорода могут служить катализатором, где т = \, т = 2 и т = 3 для одного, двух и трех атомов, соответственно, действующих в качестве катализатора для другого атома. Скорость реакции в случае двух или трехатомного катализатора будет доступна для оценки только в том случае, когда концентрация атомов Н велика. Но большие концентрации атомов Н не являются необычными. Высокая концентрация атомов водорода, допускающая образование групп атомов водорода 2Н или ЗН, служащих акцепторами энергии для третьего или четвертого атомов, может быть достигнута в других обстоятельствах, например, на поверхности солнца и звезд вследствие присутствующих там температур и силе тяжести, на поверхностях металлов, поддерживающих множество монослоев, и в сильно диссоциированной плазме, особенно в сжатой водородной плазме. Кроме того, трехчастичное взаимодействие атомов водорода Н легко достигается, когда два атома Н появляются в результате столкновения горячего атома водорода Н с молекулой водорода Н2. Это событие обычно имеет место в плазме с большой концентрацией чрезвычайно
быстрых атомов Н. Свидетельством тому является необычная интенсивность излучения атомарного водорода Н. В таких случаях может происходить переход энергии от какого-либо атома водорода к двум другим атомам, находящимся достаточно близко к нему, обычно в пределах нескольких Ангстрем, посредством мультипольной связи. Тогда реакция между тремя атомами водорода, в результате которой два атома резонансным и безызлучательным способом получают энергию 54.4 eV от третьего атома водорода, так что пара 2Н служит катализатором, описывается уравнениями
54.4 eV + 2Н +Н ^ 2H+fast + 2е + Н
2H+fast+2e- ^2H + 54.4eV
А общая реакция имеет вид
+ [32-\2]-\3.6eV
+ 54.4 eV
(24)
(25) (26)
(27)
где Н*
имеет радиус атома водорода и центральное поле, эквивалентное
утроенному центральному полю протона, а Н
обозначает соответствующее
стабильное состояние с радиусом, равным 1/3 радиуса атома Н. Когда электрон подвергается действию радиального ускорения в направлении от радиуса, равного радиусу атома водорода, к радиусу, равному 1/3 этого радиуса атома, происходит высвобождение энергии в форме характеристического светового излучения или в форме кинетической энергии третьего тела.
В другой каталитической реакции с атомом Н, содержащей прямой переход к
состоянию
две горячие молекулы Н2 сталкиваются и диссоциируют, так что три
атома Н служат катализатором с энергией 3-21.2eV для четвертого атома. Тогда реакция между четырьмя атомами водорода, в ходе которой три атома резонансным и безызлучательным способом получают энергию 81.6 eV от четвертого атома водорода, так что эти три атома ЗН служат катализатором, описывается уравнениями
81.6eV + 3H+H ^3H+fast+3e~ +Н
3H+fast+3e^3H + %\.6eV
А общая реакция имеет вид
+ [4Z-V]-\3.6eV
+ 81.6 eV
(28)
(29) (30)
(31)
Для излучения дальнего ультрафиолетового диапазона, обусловленного
промежуточным компонентом Н *
Уравнения (28), прогнозируется коротковолновая
граница, соответствующая энергии 122.4 eV (10.1 нм), так что спектр излучения простирается от этой границы в область более длинных волн. Эта область излучения континуума была подтверждена экспериментально. В общем случае переход от атома Н к
в результате получения энергии т-212 eV порождает излучение в
р = т + 1
диапазоне континуума, коротковолновая граница которого и энергия Е,
даны
уравнениями
р-т+1
Е, г r=m2-\3.6eV (32)
я^я -^-
91 2
Л г "Л =-Т~ пт н^н -^s- т
у ^p-m+\\j
и этот диапазон простирается в сторону более длинных волн. Серии линий излучения водорода с длинами волн 10.1 нм, 22.8 нм и 91.2 нм наблюдались экспериментально в межзвездной среде, на солнце и на звездах - белых карликах.
Потенциальная энергия молекулы воды Н2О равна 81.6 eV (Уравнение (43)) [Mills GUT]. Тогда, за счет такого же механизма, молекула образующейся в ходе реакции воды Н2О (не связанная водородной связью в твердом, жидком или газообразном состоянии) может служить катализатором (Уравнения (44-47)). Диапазон излучения континуума от длины волны 10,1 нм и далее в сторону более длинных волн для теоретически предсказываемых переходов атомов водорода в состояния с более низкой энергией, так называемых состояний "гидрино", наблюдался только от импульсной сжатой плазмы электрических разрядов в водороде сначала в компании BlackLight Power, Inc. (BLP), a затем эти результаты были воспроизведены в Гарвардском центре астрофизики (Harvard Center for Astrophysics (CfA)). Излучение континуума в диапазоне длин волн от 10 нм до 30 нм, согласованное с предсказанными переходами атомов водорода Н в состояния гидрино, наблюдалось только от импульсной сжатой плазмы электрических разрядов в водороде в присутствии оксидов металлов, что является термодинамически благоприятным для восстановления водорода и образования НОН, служащего катализатором; тогда как неблагоприятные варианты не показали какого-либо излучения континуума, даже хотя тестированные легкоплавкие металлы являются весьма благоприятными с точки зрения образования плазмы ионов металлов с сильным коротковолновым излучением в более мощных источниках плазмы.
В качестве альтернативы резонансный перенос кинетической энергии для образования быстрых атомов Н может происходить согласованно с наблюдением экстраординарного расширения спектральной линии а серии Бальмера, соответствующего атомам водорода Н с большой кинетической энергией. Перенос энергии к двум атомам Н также вызывает накачку возбужденных состояний катализатора, и при этом быстрые атомы Н образуются непосредственно, как это описывают примеры Уравнений (24), (28) и (47) и за счет резонансного переноса кинетической энергии.
П. Гидрино
Атом водорода имеет энергию связи (binding energy) согласно Уравнению
п. .. " 13.6 eV _"ч
Binding Energy = - (34)
{lip)
где р - целое число больше 1, предпочтительно от 2 до 137, эта энергия связи является продуктом каталитической реакции с участием водорода согласно настоящему изобретению. Энергия связи атома, иона или молекулы также известная под названием "энергия ионизации", представляет собой энергию, необходимую для удаления одного электрона из атома, иона или молекулы. Атом водорода, имеющий энергию связи согласно Уравнению (34), далее будет называться "гидрино" или атом "гидрино".
Обозначением для гидрино, имеющего радиус --, где ан - радиус обычного атома
Атом водорода, имеющий радиус ан, в
водорода и р - целое число, является Н
дальнейшем будет называться "обычный атом водорода" или "нормальный атом водорода". Обычный атом водорода характеризуется энергией связи 13.6 эВ.
Гидрино образуются в результате реакции обычного атома водорода с подходящим катализатором, имеющим результирующую энтальпию реакции, равную
m-21.2eV (35)
где т - целое число. Считается, что скорость каталитической реакции увеличивается, когда результирующая энтальпия реакции приближается к величине т-21.2 eV. Было обнаружено, что катализаторы, имеющие результирующую энтальпию реакции в пределах ±10%, предпочтительно ±5%, от величины зт-21.2 eV, подходят для большинства приложений.
Это катализатор высвобождает энергию атома водорода, что сопровождается соответствующим уменьшением размера этого атома водорода, гп = пан . Например,
каталитическая реакция перехода от Н{п = Х) к Н(п = 1/2) высвобождает энергию
40.8 eV, а радиус этого атома водорода уменьшается от ан до ~ан ¦ Предложенная
каталитическая система получается в реализации отделении за счет ионизации / электронов от атома, каждого до уровня энергии в пределах диапазона континуума, так что сумма энергий ионизации этих / электронов составляет приблизительно т-21.2 eV, где т - целое число. С точки зрения источника питания энергия, выделяющаяся в процессе реакции каталитического преобразования, намного больше энергии, затраченной на катализатор. Высвобождаемая при этом энергия велика по сравнению с обычными
химическими реакциями. Например, при сгорании газообразных водорода и кислорода с образованием воды
H2(g) + ±02(g)^H20(l) (36)
известная величина энтальпии для образования воды равна AHf = -286 kJ I mole
или 1.48 эВ на один атом водорода. По контрасту, каждый из обычных (п = 1) атомов водорода, подвергшийся каталитическому преобразованию, выделяет в итоге 40.8 eV. Более того, дальнейшие каталитические преобразования могут происходить в
111111
последовательности: п = > - , > - , > -, и т.д. Когда каталитическая реакция
2 3 3 4 4 5
началась, автокаталитическая реакция гидрино продолжается в процессе, называемом диспропорционирование. Этот механизм аналогичен катализу неорганических ионов. Однако катализатор для гидрино должен бы иметь более высокую скорость реакции, чем катализатор для неорганических ионов, вследствие лучшего согласования величины энтальпии с т ¦ 27.2 eV.
III. Катализаторы для получения гидрино и продукты на основе гидрино Катализаторы для преобразования водорода, способные обеспечить результирующую энтальпию реакции приблизительно т-212 eV, где т - целое число, для получения гидрино (в результате чего происходит отделение за счет ионизации t электронов от атома или иона) перечислены в Табл. 1. Атомы или ионы, приведенные в первом столбце, ионизируют для получения результирующей энтальпии реакции примерно т-212 eV, приведенной в десятом столбце, где множитель т показан в одиннадцатом столбце. Для электронов, участвующих в ионизации, приведен ионизационный потенциал (также называемый энергией ионизации или энергией связи). Ионизационный потенциал л-го электрона в атоме или ионе обозначен 1Рп и дан как
CRC. Иными словами, например, Li + 5.39172 eV Li+ +е~ и
Ы+ + 75.6402 eV -> ¦ Li2+ + е~ . Первый ионизационный потенциал, Щ = 5.39172 eV, и второй ионизационный потенциал, 1Р2 = 75.6402 eV, приведены во втором и третьем
столбцах, соответственно. Результирующая энтальпия реакции для двойной ионизации Li равна 81.0319 eV, как указано в десятом столбце, и т = 3 в Уравнении (5), как указано в одиннадцатом столбце.
5.5387
10.85
20.198
36.758 65.55
138.89 5
5.5387
10.85
20.198
36.758 65.55 77.6
216.49 8
5.464
10.55
21.624
38.98 57.53
134.15 5
5.6437
11.07
23.4
41.4
81.514 3
6.15
12.09
20.63
82.87 3
5.9389
11.67
22.8
41.47
81.879 3
7.41666
15.0322
31.9373
54.386 2
8.9587
18.563
27.522 1
He+
54.4178
54.418 2
Na+
47.2864
71.6200
98.91
217.816 8
Mg2+
80.1437
80.1437 3
Rb+
27.285
27.285 1
Fe3+
54.8
54.8 2
Mo2+
27.13
27.13 1
Mo4+
54.49
54.49 2
In3+
54 2
Ar+
27.62
27.62 1
Sr+
11.03
42.89
53.92 2
Ионы гидрида гидрино согласно настоящему изобретению могут быть образованы
посредством реакции источника электронов с гидрино, т.е. с атомом водорода, имеющим
13.6 eV 1 , . и
энергию связи примерно -, где п = - и р - целое число больше 1. Ионы гидрида
п р
гидрино обозначены Н (п = \1 /?) или Н (1/ р)
+ е -"
Н(п = \1 р)
(37)
+ е -"
Н{\1р)
(38)
Ион гидрида гидрино отличается от обычного иона гидрида, содержащего обычное ядро водорода и два электрона, имеющие энергию связи примерно 0.8 эВ. Последний в дальнейшем называется "ион обычного гидрида" или ион "нормального гидрида". Ион гидрида гидрино содержит ядро водорода - протия, дейтерия или трития, и два неразличимых электрона с энергией связи согласно Уравнениям (39) и (40).
Энергия связи иона гидрида гидрино может быть представлена следующей формулой:
Binding Energy ¦
Й27Ф + 1) 7TjU0e2h2f 1
1 + yjs(s + 1)
1 + Js(s +1)
(39)
где - целое число больше единицы, 5 = 1/ 2, ж - pi, ti - постоянная Планка, /ио -магнитная проницаемость вакуума, те - масса электрона, /ие - уменьшенная масса
тет
электрона по формуле /ле = - где т - масса протона, ан - радиус атома водорода,
ао - радиус Бора и е - элементарный заряд. Радиусы даны уравнением
г2=Г1=а0(1 + ф(з + 1)У j = I (40)
Ион гидрида гх (ао )а Энергия связи (эВ)Ь Длина волны (нм)
Энергии связи иона гидрида гидрино Н (п = \1 р) представляют собой функцию параметра р, где р - целое число, как показано в Табл. 2.
{п = \т)
0.1098
71.56
17.33
(и = 1/18)
0.1037
68.83
18.01
(л = 1/19)
0.0982
63.98
19.38
(л = 1/20)
0.0933
56.81
21.82
(п = \12\)
0.0889
47.11
26.32
(л = 1/22)
0.0848
34.66
35.76
(л = 1/23)
0.0811
19.26
64.36
(л = 1/24)
0.0778
0.6945
1785
а Уравнение (40) b Уравнение (39)
Согласно настоящему изобретению предложен ион гидрида гидрино (Н), имеющий энергию связи согласно Уравнениям (39) и (40), превосходящую энергию связи обычного иона гидрида (около 0.75 эВ) для р = 2 до 23, и меньше этой энергии для
р = 24 (Н ). Для р = 2 - р = 24 в Уравнениях. (39) и (40), величины энергии связи иона составляют, соответственно, 3, 6.6, 11.2, 16.7, 22.8, 29.3, 36.1, 42.8, 49.4, 55.5, 61.0, 65.6, 69.2, 71.6, 72.4, 71.6, 68.8, 64.0, 56.8, 47.1, 34.7, 19.3 и 0.69 эВ. Здесь также приведены примеры композиций, для получения нового иона гидрида.
Предложены также примеры соединений, содержащих один или несколько ионов гидрида гидрино и один или несколько других элементов. Такое соединение обозначено как "соединение гидрида гидрино".
Химические частицы обычного водорода имеют следующие величины энергии связи (а) ион гидрида, 0.754 эВ ("обычный ион гидрида"); (Ь) атом водорода ("обычный атом водорода"), 13.6 эВ; (с) двухатомная молекула водорода, 15.3 эВ ("обычная молекула водорода"); (d) молекулярный ион водорода, 16.3 эВ ("молекулярный ион обычного водорода"); и (е) if3+, 22.6 эВ ("ион трехатомной молекулы обычного водорода"). Здесь,
применительно к формам водорода термины "нормальный" и "обычный" являются синонимами.
Согласно другому варианту настоящего изобретения предложено соединение,
содержащее водородные химические частицы по меньшей мере одного вида с
увеличенной энергией связи, такие как (а) атом водорода, имеющий энергию связи
13.6 еУ nQ 13.6 еУ
примерно -, такую как в диапазоне примерно 0.9 - 1.1 раз -, где р - целое
(1 ^ ( л\
число от 2 до 137; (Ь) ион гидрида (Н ), имеющий энергию связи примерно
2fe2 f
Binding Energy ¦
1 + yjs(s + 1)
1 + yjs(s +1)
, такую как в
пределах примерно 0.9 - 1.1 энергий связи, где р - целое число от 2 до 24; (с) (\/ р):
22.6
22.6
1Р)
(d) молекулярный ион тригидрино, Н^{\1 имеющий энергию связи около - eV,
eV, где р - целое число от 2 до 137; (е)
например, в пределах примерно 0.9 - 1.1 раз
15.3
ион дигидрино, имеющий энергию связи около j ev , например, в пределах примерно
0.9 - 1.1 раз
15.3
\р)
eV, где р - целое число от 2 до 137; (f) ион молекулы дигидрино с
163 т/ поп 163 т/
энергией связи около , например, в пределах примерно 0.9 - 1.1 раз --- ev .
[PJ
{PJ
где р - целое число, предпочтительно в пределах от 2 до 137.
Согласно еще одному варианту настоящего изобретения предложено соединение, содержащее по меньшей мере одну водородную частицу с увеличенной энергией связи, такую как (а) молекулярный ион дигидрино, имеющий полную энергию приблизительно
2е2
4жв0{2ан)
(41пЗ-1-21пЗ)
\ + р
Ет=-р
о п
(41)
4жв"
2aL
8ж?"
3at
= -^216.13392 еК-^30.118755 eV как в пределах примерно 0.9 - 1.1 раз выше полной энергии Ет, где р - целое число, h - постоянная Планка, те - масса электрона, с - скорость света в вакууме и /л
уменьшенная масса ядра, и (Ь) молекула дигидрино, имеющая полную энергию приблизительно
2h^
47tsoa\
(42)
= -^231.351 eV-р30.326469 eV как в пределах примерно 0.9 - 1.1 раз выше Ет, где р - целое число и ао - радиус
Бора.
Согласно одному из вариантов настоящего изобретения, где соединение содержит отрицательно заряженные химические частицы водорода с увеличенной энергией связи, это соединение дополнительно содержит один или несколько катионов, таких как протон, обычный ион Н2 или обычный ион if3+.
Здесь предложен способ подготовки соединений, содержащих по меньшей мере один ион гидрида гидрино. Такие соединения в дальнейшем будут называться "соединения гидрида гидрино". Способ содержит реакцию атомарного водорода с
катализатором, имеющим результирующую энтальпию реакции примерно ~^~'27 eV, где
m - целое число больше 1, предпочтительно - целое число меньше 400, для образования атома водорода с увеличенной энергией связи, который обладает энергией связи около 13.6 eV
где р - целое число, предпочтительно - целое число от 2 до 137. Еще одним
Г-1 PJ
продуктом каталитической реакции является энергия. Атом водорода с увеличенной энергией связи может вступать в реакцию с источником электронов для образования иона гидрида с увеличенной энергией связи. Ион гидрида с увеличенной энергией связи может вступать в реакцию с одним или несколькими катионами для получения соединения, содержащего по меньшей мере one ион гидрида с увеличенной энергией связи. Новые водородные композиции могут содержать:
(а) по меньшей мере одну нейтральную, положительную или отрицательную
водородную химическую частицу (далее "водородная химическая частица с увеличенной энергией связи"), энергия связи которой
(i) больше энергии связи соответствующей обычной водородной химической частицы, или
(ii) больше энергии связи какой-либо водородной химической частицы, соответствующая которой обычная водородная химическая частица является нестабильной или ненаблюдаемой совсем, поскольку энергия связи такой обычной водородной химической частицы меньше тепловой энергии в условиях окружающей среды (стандартные температура и давление (standard temperature and pressure, STP)), или является отрицательной; и
(b) по меньшей мере один другой элемент. Соединения, соответствующие настоящему изобретению, в дальнейшем называются "соединения водорода с увеличенной энергией связи".
Под "другим элементом" в этом контексте понимают элемент, отличный от водородной химической частицы с увеличенной энергией связи. Таким образом, другой элемент может представлять собой обычную водородную химическую частицу или какой-либо элемент, отличный от водорода. В одной группе соединений указанный другой элемент и водородная химическая частица с увеличенной энергией связи являются нейтральными. В другой группе соединений эти другой элемент и водородная химическая частица с увеличенной энергией связи являются заряженными, так что другой элемент приносит уравновешивающий заряд для образования нейтрального соединения. Первая группа соединений характеризуется молекулярными и координационными связями; последняя группа характеризуется ионными связями.
Предложены также новые соединения и молекулярные ионы, содержащие
(a) водородные химические частицы по меньшей мере одного вида - нейтральные, положительные или отрицательно заряженные (далее "водородная химическая частица с увеличенной энергией связи"), имеющие полную энергию
(i) больше полной энергии соответствующей обычной водородной химической частицы, или
(ii) больше полной энергии какой-либо водородной химической частицы, соответствующая которой обычная водородная химическая частица является нестабильной или ненаблюдаемой совсем, поскольку полная энергия такой обычной водородной химической частицы меньше тепловой энергии в условиях окружающей среды, или является отрицательной; и
(b) по меньшей мере один другой элемент.
(b)
Полная энергия водородной химической частицы равна сумме энергий, необходимых для удаления всех электронов от этой водородной химической частицы. Водородная химическая частица согласно настоящему изобретению имеет полную энергию больше полной энергии соответствующей обычной водородной химической частицы. Водородная химическая частица, имеющая увеличенную полную энергию, согласно настоящему изобретению называется также "водородная химическая частица с увеличенной энергией связи", даже хотя в некоторых вариантах такая водородная химическая частица, обладающая увеличенной полной энергией, может иметь первую энергию связи электрона меньше первой энергии связи электрона в соответствующей обычной водородной химической частице. Например, ион гидрида в Уравнениях (39) и (40) для р = 24 имеет первую энергию связи меньше первой энергии связи в обычном ионе гидрида, тогда как полная энергия иона гидрида из Уравнений (39) и (40) для р = 24
намного больше полной энергии соответствующего обычного иона гидрида.
Здесь предложены также новые соединения и молекулярные ионы, содержащие
(a) несколько нейтральных, положительных или отрицательных водородных химических частиц (в дальнейшем "водородная химическая частица с увеличенной энергией связи"), имеющих некоторую энергию связи
(i) больше энергии связи соответствующей обычной водородной химической
частицы, или
(ii) больше энергии связи какой-либо водородной химической частицы, соответствующая которой обычная водородная химическая частица является нестабильной или ненаблюдаемой совсем, поскольку энергия связи такой обычной водородной химической частицы меньше тепловой энергии в условиях окружающей среды, или является отрицательной; и
(b) в качестве опции по меньшей мере один другой элемент. Соединения согласно настоящему изобретению в дальнейшем называются "соединения водорода с увеличенной энергией связи".
Водородная химическая частица с увеличенной энергией связи может быть образована посредством реакции одного или нескольких атомов гидрино с одним или несколькими электронами, атомами гидрино, соединениями, содержащими по меньшей мере одну такую водородную химическую частицу с увеличенной энергией связи и по меньшей мере один другой атом, молекулу или ион, отличный от водородной химической частицы с увеличенной энергией связи.
Предложены также новые соединения и молекулярные ионы, содержащие
(а) несколько нейтральных, положительных или отрицательных водородных
химических частиц (в дальнейшем "водородная химическая частица с увеличенной энергией связи"), имеющих некоторую полную энергию
(i) больше полной энергии обычного молекулярного водорода, или
(ii) больше полной энергии какой-либо водородной химической частицы, соответствующая которой обычная водородная химическая частица является нестабильной или ненаблюдаемой совсем, поскольку полная энергия такой обычной водородной химической частицы меньше тепловой энергии в условиях окружающей среды, или является отрицательной; и
(Ь) в качестве опции по меньшей мере один другой элемент. Соединения согласно настоящему изобретению в дальнейшем называются "соединения водорода с увеличенной энергией связи".
В одном из вариантов предложено соединение, содержащее по меньшей мере одну водородную химическую частицу с увеличенной энергией связи, выбранную из группы (а) ион гидрида с энергией связи согласно Уравнениям (39) и (40), превосходящей энергию связи обычного иона гидрида (примерно 0.8 эВ) для р = 2 до 23, и меньшей энергией для
р = 24 ("ион гидрида с увеличенной энергией связи" или "ион гидрида гидрино"); (Ь)
атом водорода с энергией связи больше энергии связи обычного атома водорода (примерно 13.6 эВ) ("атом водорода с увеличенной энергией связи" или "гидрино"); (с) молекула водорода, имеющая первую энергию связи больше чем примерно 15.3 эВ ("молекула водорода с увеличенной энергией связи" или "дигидрино"); и (d) молекулярный ион водорода с энергией связи больше чем примерно 16.3 эВ ("молекулярный ион водорода с увеличенной энергией связи" или "молекулярный ион дигидрино"). Согласно настоящему изобретению водородная химическая частица с увеличенной энергией связи и соединения также называются водородная химическая частица с более низкой энергией и соединения с более низкой энергией. Гидрино представляет собой водородную химическую частицу с увеличенной энергией связи или эквивалентно водородную химическую частицу с более низкой энергией.
IV. Дополнительные катализаторы и реакции МН-типа
В общем случае, катализаторы МН-типа для преобразования водорода с целью получения гидрино, образующегося в результате разрыва связи М-Н плюс ионизации t электронов из атома М, причем каждый из этих электронов имеет уровень энергии в некотором континууме, так что сумма энергий связи и энергий ионизации этих t электронов составляет приблизительно т -21.2 eV, где т - целое число, приведены в Табл. ЗА. Название каждого катализатора МН-типа приведено в первом столбце, а
соответствующая энергия связи М-Н указана во втором столбце. Атом М в составе химических частиц МН, указанных в первом столбце ионизируется для получения результирующей энтальпии реакции примерно т-21.2 eV в дополнение к энергии связи, указанной во втором столбце. Величина энтальпии катализатора приведена в восьмом столбце, а параметр т указан в девятом столбце. Для электронов, участвующих в ионизации, приведен ионизационный потенциал (также называемый энергией ионизации или энергией связи). Например, энергия связи для гидрида натрия NaH, 1.9245 eV , приведена во втором столбце. Ионизационный потенциал л-го электрона в атоме или ионе обозначен 1Рп и дан как CRC. Это, например, Na + 5.13908 eV -> ¦ Na+ + е~ и
Na++ 47.2864 eV^> Na2+ + e". Первый ионизационный потенциал, Щ = 5.13908 eV, и
второй ионизационный потенциал, 1Р2 = 47.2864 eV, приведены во втором и третьем
столбцах, соответственно. Результирующая энтальпия реакции разрыва связи NaH и двойной ионизации натрия Na составляет 54.35 eV, как это указано в восьмом столбце, и т = 2 в Уравнении (35), как это указано в девятом столбце. Энергия связи ВаН составляет 1.98991 eV и потенциалы IPi, ГР2 1Рз составляют 5.2117 эВ, 10.00390 эВ и 37.3 эВ, соответствуют. Результирующая энтальпия реакции разрыва связи ВаН и тройной ионизации бария (Ва) составляет 54.5 эВ, как это показано в восьмом столбце, и т=2 в Уравнении (35), как это приведено в девятом столбце. Энергия связи в SrH составляет 1.70 эВ и потенциалы IPi, 1Р2, 1Рз, IP4 и IPs равны 5.69484 эВ, 11.03013 эВ, 42.89 эВ, 57 эВ и 71.6 эВ, соответственно. Результирующая энтальпия реакции разрыва связи SrH и ионизации стронция (Sr) до Sr5+ составляет 190 эВ, как это указано в восьмом столбце, и т=7 в Уравнении (35), как это указано в девятом столбце.
Таблица ЗА. Катализаторы МН-типа для преобразования водорода, способные создать результирующую энтальпию реакции приблизительно т-212 eV. Все энергии указаны в электрон-вольтах (эВ, (eV)).
Катализатор Энергия связи IPi IP2 IP3 IP4 IPs Энтальпия m
М-Н
А1Н
AsH
ВаН
BiH
CdH
С1Н
СоН
GeH
InH
NaH
NbH 2.98
2.84
1.99
2.936
0.72
4.4703
2.538
2.728
2.520
1.925
2.30 5.985768
9.8152
5.21170
7.2855
8.99367
12.96763
7.88101
7.89943
5.78636
5.139076
6.75885
18.82855 18.633 28.351 10.00390 37.3
16.703 16.90832
23.8136 39.61
17.084 15.93461 18.8703 47.2864
14.32 25.04
50.13
38.3
50.55
27.79
109.77
54.50
26.92
26.62
80.86
27.50
26.56
27.18
54.35
137.26
1 4 2 1 1 3 1 1 1 2 5
ОН 44556 13.61806 35.11730 53.3 2
ОН 4.4556 13.61806 35.11730 54.9355 108.1 4
ОН 4.4556 13.61806 35.11730 80.39 3
+ 13.6КЕ + 13.6
RhH 2.50 7.4589 18.08 28.0 1
RuH 2.311 7.36050 16.76 26.43 1
SH 3.67 10.36001 23.3379 34.79 47.222 72.5945 191.97 7
SbH 2.484 8.60839 16.63 27.72 1
She 3.239 9.75239 21.19 30.8204 42.9450 107.95 4
SiH 3.040 8.15168 16.34584 27.54 1
SnH 2.736 7.34392 14.6322 30.50260 55.21 2
SrH 1.70 5.69484 11.03013 42.89 57 71.6 190 7
В других вариантах, катализаторы МН-типа для преобразования водорода с целью получения гидрино, образующегося в результате переноса электрона к акцептору А, разрыва связи М-Н плюс отделения за счет ионизации t электронов из атома М, причем каждый из этих электронов имеет уровень энергии в некотором континууме, так что сумма энергий переноса электронов, содержащих разность энергий сродства к электрону (electron affinity (ЕА)) соединения МН и акцептора А, энергии связи М-Н и энергий ионизации t электронов от атома М составляет приблизительно т -21.2eV, где т -целое число, приведены в Табл. ЗВ. Наименование каждого катализатора МН-типа, акцептор "А, сродство материала МН к электрону, сродство акцептора А к электрону и энергия связи М-Н приведены в первом, втором, третьем и четвертом столбцах таблицы, соответственно. Для электронов соответствующего атома М из состава катализатора МН, участвующих в ионизации, приведены ионизационные потенциалы (также называющиеся энергией ионизации или энергией связи) в последующих столбцах, а энтальпия катализатора и соответствующее значение целочисленного параметра т указаны в последних столбцах. Например, энергии сродства для ОН и Н равны 1.82765 эВ и 0.7542 эВ, соответственно, так что энергия переноса электрона равна 1.07345 эВ, как это указано в пятом столбце. Энергия связи гидроксила ОН, равная 4.4556 эВ, указана в шестом столбце. Ионизационный потенциал п -го электрона в атоме или ионе обозначен 1Рп.
Иными словами, например, 0 + 13.61806 eV -^-0+ +е~ и 0+ + 35.11730 eV^> 02++e ~. Первый ионизационный потенциал, Щ = 13.61806 eV, и второй ионизационный
потенциал, 1Р2 = 35.11730 eV , приведены в седьмом и восьмом столбцах, соответственно.
Результирующая энтальпия реакции переноса электрона, разрыва связи ОН и двойной ионизации кислорода О равна 54.27 эВ, как это указано в одиннадцатом столбце, и т = 2 в Уравнении (35), как это указано в двенадцатом столбце. В других вариантах, катализатор для преобразования водорода Н в гидрино получают посредством ионизации
T1H 2.02 6.10829 20.428 28.56 1
отрицательного иона таким образом, что сумма сродства к электрону (ЕА) плюс энергия ионизации одного или нескольких электронов составляет приблизительно т -27.2 eV, где т - целое число. В качестве альтернативы, первый электрон отрицательного иона может быть передан акцептору после ионизации по меньшей мере одного электрона, так что сумма энергии переноса электрона плюс энергия ионизации одного или нескольких электронов составляет приблизительно т -27.2 eV, где т - целое число. Таким акцептором электрона может быть атом водорода (Н).
В других вариантах, катализаторы типа МН+ для преобразования водорода и образования гидрино получают путем переноса электрона от донора А, который может быть заряжен отрицательно, разрыва связи М-Н и отделения за счет ионизации t -электронов от атома М, причем каждый из этих электронов имеет уровень энергии в некотором континууме, так что сумма энергии переноса электрона, содержащей разность энергий ионизации катализатора МН и донора А, энергии связи М-Н и энергий ионизации указанных t электронов от атома М составляет приблизительно т -21.2 eV, где т -целое число.
В одном из вариантов катализатор содержит какие-либо химические частицы, такие как атом, положительно или отрицательно заряженный ион, положительно или отрицательный молекулярный ион, молекула, эксимер, соединение или какое-либо сочетание этих компонентов в основном или возбужденном состоянии, способный принимать энергию m-27.2eV, т = 1,2,3,4,....(Уравнение (5)). Считается, что скорость каталитической реакции возрастает, когда результирующая энтальпия реакции приближается к величине т-21.2 eV. Было установлено, что для большинства приложений подходят катализаторы, имеющие результирующую энтальпию реакции в пределах ±10%, предпочтительно ±5%, от величины т- 27.2 eV. В случае каталитической реакции для перевода атомов гидрино в состояние с более низкой
Таблица ЗВ. Катализаторы МН-типа для преобразования водорода, способные создать результирующую энтальпию реакции приблизительно т-21.2 eV. Все энергии указаны в электрон-вольтах (эВ, (eV)).
Катали
Акцепто ЕА
Перенос Энергия
IPi
1Р2
1Рз
IP4
Энтальп
затор
(А)
(МН)
(А)
электро связи на М-Н
он-
1.82765
0.7542
1.07345 4.4556
13.61806
35.11730
54.27
SiH-
1.277
0.7542
0.5228 3.040
8.15168
16.34584
28.06
СоН-
0.671
0.7542
-0.0832 2.538
7.88101
17.084
27.42
NiH"
0.481
0.7542
-0.2732 2.487
7.6398
18.16884
28.02
SeH"
2.2125
0.7542
1.4583 3.239
9.75239
21.19
30.8204 42.9450
109.40
энергией энтальпию реакции, равную m-21.2eV, (Уравнение (5)) релятивистски корректируют с некоторым коэффициентом, как потенциальную энергию атома гидрино. В одном из вариантов катализатор резонансным и безызлучательным способом принимает энергию от атомарного водорода. В одном из вариантов, принятая энергия уменьшает величину потенциальной энергии катализатора приблизительно на величину энергии, переданной от атомарного водорода. Ионы или электроны высоких энергий могут быть результатом сбережения кинетической энергии первоначально связанных электронов. По меньшей мере один атом водорода Н служит катализатором по меньшей мере для одного другого атома, где 27.2 эВ потенциальной энергии акцептора компенсируют путем переноса энергии 27.2 эВ от донорного атома Н, участвующего в настоящий момент в каталитический реакции. Кинетическая энергия акцепторного катализатора Н может быть сохранена в быстрых протонах или электронах. Кроме того, промежуточное состояние (Уравнение (7)), созданное в подверженном каталитической реакции атоме Н, затухает с излучением энергии с уровнем в некотором континууме в форме лучистой энергии или индуцированной кинетической энергии в третьем теле. Такое высвобождение энергии может привести к протеканию электрического тока в СШТ-элементе (элементе для индуцированного катализатором образования гидрино) согласно настоящему изобретению.
В одном из вариантов, по меньшей мере один из объектов - молекула, либо положительно или отрицательно заряженный молекулярный ион, служит катализатором, получающим примерно т-21.2 eV от атомарного водорода Н с уменьшением величины потенциальной энергии молекулы, либо положительно или отрицательно заряженного иона молекулы на величину приблизительно m-21.2eV. Например, потенциальная энергия воды Н2О согласно Mills GUTCP равна
(43)
Такая молекула, которая принимает энергию т ¦ 27.2 eV от атомарного водорода Н с уменьшением величины потенциальной энергии молекулы на точно такую же энергию, может служить катализатором. Например, каталитическая реакция (т =3) относительно потенциальной энергии Н2О имеет вид
Ы.6 eV + H20 + H[aH]^> 2H+fast+0~ +е~ +Н*
+ 81.6 eV
(44)
Н *
+ 122.4 eV
(45)
И общая реакция имеет вид
+ 81.6 eF + 122.4 eV
(47)
где Н*
имеет радиус атома водорода и центральное поле, эквивалентное 4-х
кратному полю протона и #
обозначает соответствующее стабильное состояние с
радиусом, равным 1/4 радиуса атома водорода Н. Когда электрон подвергается радиальному ускорению от расстояния, равного радиусу атома водорода, к радиусу, равному 1/4 этого расстояния, происходит высвобождение энергии в форме характеристического светового излучения или в виде кинетической энергии третьих тел. На основе изменения энергии, соответствующей теплоте парообразования, на 10% при переходе ото льда при 0°С к воде при 100°С, определено, что среднее число водородных связей на одну молекулу воды в кипящей воде составляет 3.6. Таким образом, в одном из вариантов, для того, чтобы служить катализатором для образования гидрино, молекула воды Н2О должна быть образована химическим способом в качестве изолированной молекулы с подходящей анергией активации. В одном из вариантов, вода Н2О в качестве катализатора представляет собой воду НгО, образующуюся в ходе реакции.
В одном из вариантов, по меньшей мере один из компонентов пН, О, пО, Ог, ОН, и/или НгО (п = целое число) может служить катализатором. Продукт реакции Н и ОН в качестве катализатора может представлять собой Н(1/5), где энтальпия катализатора составляет примерно 108.8 эВ. Продукт реакции Н и НгО в качестве катализатора может представлять собой Н(1/4). Образовавшийся в качестве продукта гидрино может далее вступать в реакцию для перехода в состояние с меньшей энергией. Продукт реакции Н(1/4) и Н в качестве катализатора может представлять собой Н(1/5), где энтальпия катализатора составляет примерно 27.2 эВ. Продукт реакции Н(1/4) и ОН в качестве катализатора может представлять собой Н(1/6), где энтальпия катализатора составляет примерно 54.4 эВ. Продукт реакции Н(1/5) и Н в качестве катализатора может представлять собой Н(1/6), где энтальпия катализатора составляет примерно 27.2 эВ.
Кроме того, функциональная группа гидроксила ОН может служить катализатором, поскольку потенциальная энергия функциональной группы ОН равна
Разность энергий между состояниями р = 1 и р = 2 водорода Н составляет 40.8 эВ. Таким образом, гидроксильная функциональная группа ОН может принимать примерно 40.8 эВ от атома Н, чтобы служить катализатором для образования Н(1/2).
Аналогично воде Н2О, потенциальная энергия амидной функциональной группы NH2, приведенная в Mills GUTCP, составляет -78.77719 эВ. Согласно CRC, приращение АН для реакции группы NH2 для образования KNH2, вычисленное на основе каждого из соответствующих приращений AHf, равно (-128.9-184.9) кДж/моль = -313.8 кДж/моль
(3.25 эВ). Согласно CRC, приращение АН для реакции группы NH2 для образования NaNH2, вычисленное на основе каждого из соответствующих приращений AHf, равно (123.8-184.9) кДж/моль = -308.7 кДж/моль (3.20 эВ). Согласно CRC, приращение АН для реакции группы NH2 для образования L1NH2, вычисленное на основе каждого из соответствующих приращений AHf, равно (-179.5-184.9) кДж/моль = -364.4 кДж/моль
(3.78 эВ). Таким образом, величина результирующей энтальпии, которая может быть принята амидами щелочных металлов MNH2 (М = К, Na, Li), служащими катализаторами для преобразования водорода Н и образования гидрино, составляет примерно 82.03 эВ, 81.98 эВ и 82.56 эВ (т=3 в Уравнении (5)), соответственно, согласно сумме потенциальной энергии амидо-группы и энергии, необходимой для образования амида из амидо-группы. Полученное гидрино, такое как молекулярное гидрино, может создавать сдвиг матрицы в область сильных полей, наблюдаемый посредством ЯМР (MAS NMR).
Аналогично воде НгО, потенциальная энергия функциональной группы H2S согласно Mills GUTCP равна -72.81 эВ. Компенсация этой потенциальной энергии исключает также энергию, ассоциированную с гибридизацией электронной оболочки Зр. Эта энергия гибридизации, равная 7.49 эВ, определена путем умножения отношения радиуса электронной орбитали гидрида к первоначальному радиусу электронной орбитали атома на полную энергию этой электронной оболочки. Кроме того, в энергию катализатора включено изменение энергии электронной оболочки S3p вследствие образования двух связей S-H с энергией 1.10 эВ. Таким образом, результирующая энтальпия катализатора H2S равна 81.40 эВ (т=3 в Уравнении (5)). Катализатор H2S может быть образован из MHS (М = щелочной металл) посредством реакции
2MHS к M2S + H2S (49) Эта обратимая реакция может приводить к образованию H2S в активном каталитическом состоянии и в переходном состоянии с целью получения соединения H2S, которое может служить катализатором преобразования водорода Н в гидрино. Соответствующая реакционная смесь может содержать реагенты для образования H2S и
источник атомарного водорода Н. Полученное гидрино, такое как молекулярное гидрино может создавать сдвиг матрицы в область сильных полей, наблюдаемый посредством, например, ЯМР (MAS NMR).
Более того, атомарный кислород представляет собой особой атом, имеющий два неспаренных электрона, находящихся на орбитах одинакового радиуса, равного радиусу Бора в атомарном водороде. Когда атомарный водород Н служит катализатором, он получает энергию 27.2 эВ, так что кинетическая энергия каждого ионизированного атома водорода Н, служащего катализатором для другого атома, равна 13.6 эВ. Аналогично, каждый из двух электронов атома кислорода О может быть ионизирован с кинетической энергией 13.6 эВ, переданной иону кислорода О, так что результирующая энтальпия для разрыва связи О-Н в функциональной группе ОН с последующей ионизацией двух указанных внешних неспаренных электронов равна 80.4 эВ, как указано в Табл. 3. В ходе ионизации ОН" до ОН, может происходить согласование энергий для дальнейшей реакции с Н(1/4) и 02+ + 2е", где высвобождаемая энергия 204 эВ вносит вклад в электроэнергию СШТ-элемента. Эту реакцию описывают уравнения:
80.4 eV + OH + Н
^ ^fast
(50)
+2е~ +Н
(р + 3)
+ [(Р + 3)2-/?2]-13.6 eV
0% +2е- ^0 + 80.4 eV
(51)
И общая реакция
(р + 3)_
+ [0 + 3)2-/?2]-13.6еК
(52)
где т = 3 в Уравнении (5). Кинетическая энергия может быть также сохранена в горячих электронах. Этот механизм подтверждается наблюдениями инверсии населенности атомов водорода Н в плазме водяного пара. Образующееся гидрино, такое как молекулярное гидрино, может создавать сдвиг матрицы в область сильных полей, наблюдаемый посредством, например, ЯМР (MAS NMR). В описании настоящего изобретения приведены также другие способы идентификации образующегося молекулярного гидрино, такие как спектроскопия в инфракрасном диапазоне с преобразованием Фурье (FTIR), рамановская спектроскопия и рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия (XPS).
В одном из вариантов, где кислород или соединение, содержащее кислород, участвует в окислительной или восстановительной реакции, молекула кислорода О2 может служить катализатором или источником катализатора. Энергия связи молекулы кислорода
равна 5.165 эВ, а первая, вторая и третья энергии ионизации атома кислорода составляют 13.61806еК, 35.11730еК и 54.9355еК, соответственно. Реакции 02^0 + 02+,
02^0 + Оъ+ и 20 -"20+ создают результирующую энтальпию примерно в 2, 4 и 1 раз
больше величины i^, соответственно, и представляют собой каталитические реакции
образования гидрино путем получения таких энергий от атома водорода Н, чтобы вызвать образование гидрино.
В одном из вариантов, образовавшийся молекулярный гидрино наблюдается в виде пика обращенного комбинационного (рамановского) рассеяния (inverse Raman effect (IRE)) при приблизительно 1950 см"1. Пик усиливается с использованием электропроводного материала, шероховатость поверхности или размер частиц которого сопоставимы с длиной волны рамановского лазера, что поддерживает усиленное поверхностью комбинационное рассеяние (Surface Enhanced Raman Scattering (SERS)) для проявления пика рассеяния IRE.
V. Элемент для индуцированного катализатором образования гидрино (СШТ) Элемент 400 для индуцированного катализатором образования гидрино (catalyst-induced-hydrino-transition (СШТ) cell), представленный на Фиг. 1, содержит катодное отделение 401 с катодом 405, анодное отделение 402 с анодом 410, в некоторых вариантах соляной мостик 420 и реагенты, среди которых присутствует по меньшей мере одна биполярная пластина. Во время работы элемента реагенты представляют собой реагенты для получения гидрино с раздельными потоком электронов и массопереносом ионов для генерации по меньшей мере электрической и/или тепловой энергии. Совокупность реагентов содержит по меньшей мере два компонента, выбранных из группы, куда входят: (а) по меньшей мере один источник воды one Н2О; (b) источник кислорода, (с) по меньшей мере источник катализатора и/или катализатор, содержащий по меньшей мере одну из групп, выбранную из совокупности пН, О, О2, ОН, ОН" и образующейся в ходе реакции воды НгО, где п - целое число; и (d) по меньшей мере источник атомарного водорода и/или атомарный водород; один или несколько реагентов для образования по меньшей мере одного из компонентов - источника катализатора, катализатора, источника водорода и/или атомарного водорода; и один или несколько реагентов для инициирования реакции каталитического преобразования атомарного водорода, где сочетание катода, анода, реагентов и биполярной пластины допускает распространение каталитического преобразования атомарного водорода с образованием гидрино, что поддерживает химический потенциал или напряжение между каждым катодом и соответствующим ему
анодом, чтобы вызвать протекание электрического тока через внешнюю нагрузку 425, а система дополнительно содержит систему для проведения электролиза. В другом варианте СШТ-элемент создает выигрыш в величине получаемой по меньшей мере электрической и/или тепловой энергии (мощности) по сравнению с количеством энергии (мощностью) электролиза, поступающей к электродам 405 и 410. В одном из вариантов, электрохимическая система генерации энергии содержит по меньшей мере один из электродов - пористый электрод, способный пропускать и распределять газ, газодиффузионный электрод и/или проницаемый для водорода анод, где по меньшей мере кислород и/или вода НЮ поступает из источника 430 по каналу 460 к катоду 405, и водород Нг поступает из источника 431 по каналу 461 к аноду 410.
В некоторых вариантах, электрохимическая система генерации энергии, которая генерирует по меньшей мере электрическую и/или тепловую энергию, содержит контейнер в котором находятся по меньшей мере один катод; по меньшей мере один анод; по меньшей мере одна биполярная пластина; и реагенты, содержащие по меньшей мере два компонента, выбранные из группы, куда входят: (а) по меньшей мере один источник воды Н2О; (Ь) источник кислорода; (с) по меньшей мере источник катализатора и/или катализатор, содержащий по меньшей мере один компонент из группы, выбранной из совокупности пН, О, О2, ОН, ОН- и образующейся в ходе реакции воды НгО, где п - целое число, и (d) по меньшей мере источник атомарного водорода и/или атомарный водород; один или несколько реагентов для образования по меньшей мере одного из компонентов -источника катализатора, катализатора, источника водорода и/или атомарного водорода; и один или несколько реагентов для инициирования реакции каталитического преобразования атомарного водорода, эта электрохимическая система генерации энергии дополнительно содержит систему для проведения электролиза и систему регенерации анода.
В других вариантах, электрохимическая система генерации энергии, которая генерирует по меньшей мере напряжение и электроэнергию и/или тепловую энергию, содержит контейнер в котором находятся по меньшей мере один катод; по меньшей мере один анод; по меньшей мере одна биполярная пластина; и реагенты, содержащие по меньшей мере два компонента, выбранные из группы, куда входят: (а) по меньшей мере один источник воды Н2О; (Ь) источник кислорода; (с) по меньшей мере источник катализатора и/или катализатор, содержащий по меньшей мере один компонент из группы, выбранной из совокупности пН, О, Ог, ОН, ОН- и образующейся в ходе реакции воды НгО, где п - целое число, и (d) по меньшей мере один источник атомарного водорода или атомарный водород; один или несколько реагентов для образования по меньшей мере
одного из компонентов - источника катализатора, катализатора, источника водорода и/или атомарного водорода; и один или несколько реагентов для инициирования реакции каталитического преобразования атомарного водорода.
В одном из вариантов, во время работы элемента с раздельными потоком электронов и массопереносом ионов образуется по меньшей мере один реагент. В одном из вариантов, сочетание катода, анода, реагентов и биполярной пластины допускает распространение каталитического преобразования атомарного водорода с образованием гидрино, что поддерживает химический потенциал или напряжение между каждым катодом и соответствующим ему анодом. Кроме того, система может дополнительно содержать систему для проведения электролиза, если последней еще не было. В одном из вариантов, электрохимическая система генерации энергии содержит по меньшей мере один из электродов - пористый электрод, газодиффузионный электрод и/или проницаемый для водорода анод, где по меньшей мере кислород и/или вода НЮ поступает к катоду, и водород № поступает к аноду. Электрохимическая система генерации энергии может содержать по меньшей мере один из компонентов -гидрированный анод и/или закрытый резервуар с водородом, по меньшей мере одна поверхность которого содержит проницаемый для водорода анод. Такая электрохимическая система генерации энергии может содержать пакет из собранных "спина к спине" проницаемых для водорода анодов, которые вместе с расположенными напротив них катодами образуют единицу стека (батареи) элементов, соединенных электрически по меньшей мере по одной схеме - последовательно и/или параллельно. В одном из вариантов, эта электрохимическая система генерации энергии дополнительно содержит по меньшей мере одну систему подачи газа, так что каждая такая система подачи газа содержит трубопровод, линию для подачи газа и газовые каналы, соединенные с соответствующим электродом. В одном из вариантов, анод содержит молибден Мо, регенерируемый в фазе зарядки с использованием реагентов из состава электролита, так что процесс регенерации содержит следующие этапы:
МоОз + 3MgBr2 -> 2МоВгз + 3MgO (-54 кДж/моль (298 К) -46 (600К))
МоВгз -> Мо + 3/2ВГ2 (284 кДж/моль 0.95В/3 электрона)
МоВгз + Ni -> MoNi + 3/2Br2 (283 кДж/моль 0.95В/3 электрона)
MgO + Br2 + Н2 -> MgBri + НгО (-208 кДж/моль (298 К) -194 кДж/моль (600 К)).
В одном из вариантов, анод содержит молибден Мо, регенерируемый в фазе зарядки с использованием реагентов из состава электролита, куда входит по меньшей мере одно из соединений М0О2, МоОз, Ы2О и/или 1Л2М0О4.
Электрохимические системы генерации энергии согласно настоящему изобретению
могут содержать закрытый резервуар с водородом, по меньшей мере одна из поверхностей которого содержит проницаемый для водорода анод. Такая электрохимическая система генерации энергии согласно настоящему изобретению может содержать пакет из собранных "спина к спине" проницаемых для водорода анодов, которые вместе с расположенными напротив них катодами образуют единицу стека (батареи) элементов, соединенных электрически по меньшей мере по одной схеме - последовательно и/или параллельно. В одном из вариантов, катод этой электрохимической системы генерации энергии содержит по меньшей мере один из объектов - систему капилляров и радиальных газовых каналов с расположенными по периферии отверстиями, пористый электрод и/или пористый слой для переноса по меньшей мере воды НЮ и/или кислорода О2 к центру элемента относительно периферийной его части. Проницаемый для водорода анод может содержать по меньшей мере один из материалов - молибден Мо, сплав молибдена Мо, MoNi, MoCu, TZM, сплав HAYNES(r) 242(r), никель Ni, кобальт Со, сплав никеля Ni, NiCo, другие переходные металлы и внутренние переходные металлы (лантаноиды и актиноиды) и их сплавы, а также СиСо. В некоторых вариантах толщину мембраны выбирают по меньшей мере в одном диапазоне - примерно от 0.0001 см до 0.25 см, от 0.001 см до 0.1 см или от 0.005 см до 0.05 см. Давление водорода, поступающего к проницаемому или распределяющему и распыляющему газ аноду, можно поддерживать по меньшей мере в одном из диапазонов - 1 мм рт.ст. - 500 атм, 10 мм рт.ст. - 100 атм или 100 мм рт.ст. - 5 атм, а скорость проникновения или распыления водорода может быть по меньшей мере в одном из диапазонов - 1 X 10"13 моль с"1 см"2 - 1 X 10"4 моль с"1 см"2, 1 X 10"12 моль с"1 см"2 - 1 X 10"5 моль с"1 см"2, 1 X 10"11 моль с"1 см"2 - 1 X 10"6 моль с"1 см"2, 1 X 10"10 моль с"1 см"2 - 1 X 10"7 моль с"1 см"2 или 1 X 10"9 моль с"1 см"2 - 1 X 10"8 моль с"1 см"2. В одном из вариантов, проницаемый для водорода анод содержит высокопроницаемую мембрану, покрытую материалом, эффективным для способствования протеканию реакции каталитического преобразования атомарного водорода для образования гидрино. Материал покрытия проницаемого для водорода анода может содержать по меньшей мере один из следующих материалов - молибден Мо, сплав молибдена Мо, MoNi, MoCu, M0C0, МоВ, МоС, MoSi, MoCuB, MoNiB, MoSiB, кобальт Co, CoCu, CoNi или никель Ni, проницаемый для водорода Н материал может содержать по меньшей мере один из следующих материалов - Ni(H2), V(H2), Ti(H2), Nb(H2), Pd(H2), PdAg(H2), Fe(H2), Ta(H2), нержавеющую сталь (SS) или 430 SS (H2). В одном из вариантов, система для проведения электролиза в составе электрохимической системы генерации энергии осуществляет время от времени электролиз воды Н20 для получения источника атомарного водорода или атомарного водорода и разряжает элемент таким образом, чтобы получить выигрыш в
результирующем балансе энергии цикла.
В одном из вариантов, совокупность реагентов в элементе содержит по меньшей мере один электролит выбранный из группы, куда входят: по меньшей мере один расплавленный гидроксид; по меньшей мере одна эвтектическая смесь солей; по меньшей мере одна смесь расплавленного гидроксида и по меньшей мере одного другого соединения; по меньшей мере одна смесь расплавленного гидроксида и соли; по меньшей мере одна смесь расплавленного гидроксида и галоидной соли; по меньшей мере одна смесь гидроксида щелочного металла и галоидной соли щелочного металла; LiOH-LiBr, LiOH-NaOH, LiOH-LiBr-NaOH, LiOH-LiX-NaOH, LiOH-LiX, NaOH-NaBr, NaOH-Nal, NaOH-NaX и KOH-KX, где X обозначает галоген), по меньшей мере один матричный материал и по меньшей мере одну присадку. Присадка может содержать соединение, являющееся источником общего иона по меньшей мере одного продукта коррозии анода, где присутствие соответствующего общего иона по меньшей мере частично предотвращает коррозию анода. Этот источник общего иона может предотвратить образование по меньшей мере одного из оксидов СоО, МО и/или М0О2. В одном из вариантов, в состав присадки входит по меньшей мере одно из соединений, содержащих катион металла анода и анион - гидроксид, галид, оксид, сульфат, фосфат, нитрат, карбонат, хромат, перхлорат и/или перйодат, и соединение, содержащее матричный материал и оксид - оксид кобальта и магния, оксид никеля и магния, оксид меди и магния, CuO, Cr04, ZnO, MgO, CaO, М0О2, ТЮ2, Zr02, Si02, AI2O3, NiO, FeO or Fe203, ТаОг, Ta205, VO, VO2, V2O3, V2O5, P2O3, P2O5, B2O3, NbO, Nb02, Nb205, Se02, Se03, ТеОг, ТеОз, W02, WO3, СГ3О4, СггОз, СгОг И/ИЛИ СгОз. В некоторых вариантах температуру элемента для поддержания по меньшей мере одного из состояний - расплавленного состояния электролита и/или проницаемого для водорода состояния мембраны, выбирают по меньшей мере в одном из диапазонов - примерно 25 °С - 2000°С, примерно 100°С -1000°С, примерно 200°С - 750°С или примерно 250°С - 500°С, превышение температуры элемента над точкой плавления электролита выбирают по меньшей мере в одном из диапазонов - примерно на 0°С - 1500°С выше точки плавления, примерно на 0°С - 1000°С выше точки плавления, примерно на 0°С - 500°С выше точки плавления, примерно на 0°С - 250°С выше точки плавления, и примерно на 0°С - 100°С выше точки плавления. В одном из вариантов, электролит является водным и щелочным, и по меньшей мере одним из параметров - рН электролита и/или напряжением элемента, управляют таким образом, чтобы добиться стабильности анода. Напряжение одного элемента в процессе чередующихся электролиза и разряда можно поддерживать выше потенциала, который предотвращает существенное оксидирование анода.
В одном из вариантов, элемент время от времени переключают между фазами заряда и разряда, где (i) фаза заряда содержит по меньшей мере электролиз воды на электродах с противоположными полярностями напряжения, и (ii) фаза разряда содержит по меньшей мере образование катализатора на основе воды НгО на одном или на обоих электродах; где (i) роль каждого электрода в каждом элементе в качестве катода или анода инвертируется при переключении вперед и назад между фазами заряда и разряда, и (ii) полярность электрического тока инвертируется при переключении вперед и назад между фазами заряда и разряда, и где фаза заряда содержит подачу по меньшей мере напряжения или тока. В некоторых вариантах, форма по меньшей мере подаваемого электрического тока или напряжения характеризуется коэффициентом заполнения в пределах от примерно 0.001% до примерно 95%; пиковым напряжением элемента в пределах примерно от 0.1 В до 10 В; пиковой удельной мощностью на единицу площади электрода в пределах примерно от 0.001 Вт/см2 до 1000 Вт/см2 и средней удельной мощностью на единицу площади электрода в пределах примерно от 0.0001 Вт/см2 до 100 Вт/см2 , где в качестве подаваемого электрического тока и напряжения используют по меньшей мере постоянное напряжение, постоянный ток и по меньшей мере переменные электрический ток и напряжение некоторой формы, где спектр этих переменных тока и напряжения содержит частоты в пределах от примерно 1 Гц до примерно 1000 Гц. Форма прерывистого цикла может содержать по меньшей мере один из компонентов -постоянные по величине электрический ток, мощность, напряжение и сопротивление и изменяющиеся по величине электрический ток, мощность, напряжение и сопротивление, по меньшей мере в фазе электролиза и/или в фазе разряда в этом прерывистом цикле. В некоторых вариантах, совокупность параметров по меньшей мере одной фазы цикла содержит: частоту следования этой фазы по меньшей мере в одном из диапазонов, выбранном из совокупности примерно от 0.001 Гц до 10 ГГц, примерно от 0.01 Гц до 100 кГц и примерно от 0.01 Гц до 10 кГц; напряжение на один элемент по меньшей мере в одном из диапазонов, выбранном из совокупности примерно от 0.1 В до 100 В, примерно от 0.3 В до 5 В, примерно от 0.5 В до 2 В и примерно от 0.5 В до 1.5 В; электрический ток на единицу активной площади электрода для образования гидрино по меньшей мере в одном из диапазонов, выбранном из совокупности примерно от 1 мкА см"2 до 10 А см"2, примерно от 0.1 мА см"2 до 5 А см"2 и примерно от 1 мА см"2 до 1 A cm"2; удельная мощность на единицу активной площади электрода для образования гидрино по меньшей мере в одном из диапазонов, выбранном из совокупности примерно от 1 мкВт см"2 до 10 Вт см"2, примерно от 0.1 мВт см"2 до 5 Вт см"2 и примерно от 1 мВт см"2 до 1 В см"2; постоянный по величине электрический ток на единицу активной площади электрода для
образования гидрино в диапазоне примерно от 1 мкА см"2 до 1 А см"2; постоянная по величине мощность на единицу активной площади электрода для образования гидрино в диапазоне примерно от 1 мВт см"2 до 1 Вт см"2; временной интервал по меньшей мере в одном из диапазонов, выбранном из совокупности примерно от 10"4 с до 10,000 с, от 10"3 с до 1000 с, от 10"2 с до 100 с и от 10"1 с до 10 с; сопротивление на один элемент по меньшей мере в одном из диапазонов, выбранном из совокупности примерно от 1 мОм до 100 МОм, примерно от 1 Ом до 1 Мом и от 10 Ом до 1 кОм; электрическая проводимость подходящей нагрузки на единицу активной площади электрода для образования гидрино по меньшей мере в одном из диапазонов, выбранном из совокупности примерно от 10"5 Ом"1 см"2 до 1000 Ом"1 см"2, 10"4 Ом"1 см"2 до 100 Ом"1 см"2, 10"3 Ом"1 см"2 до 10 Ом"1 см"2, и 10"2 Ом"1 см"2 до 1 Ом"1 см"2, и при этом по меньшей мере одна из характеристик фазы разряда - электрический ток, напряжение, мощность или временной интервал больше соответствующей характеристики фазы электролиза, чтобы получить выигрыш по меньшей мере по мощности или по энергии в цикле. Напряжение во время разряда можно поддерживать выше уровня, предотвращающего чрезмерную коррозию анода.
В одном из вариантов, СШТ-элемент имеет анод из содержащего молибден Мо материала, такого как чистый молибден Мо, MoPt, MoCu, MoNi, МоС, МоВ или MoSi. Электролит может представлять собой расплавленную соль или щелочной водный электролит, такой как водный раствор гидроксида или карбоната. Расплавленная соль может содержать гидроксид и может далее содержать смесь солей, такую как эвтектическая смесь солей, или смесь, состав которой аппроксимирует эвтектическую смесь солей, или другую смесь, снижающую точку плавления относительно точки плавления наиболее тугоплавкого соединения. Гидроксид может представлять собой гидроксид по меньшей мере одного щелочного или щелочноземельного металла. Смесь может содержать галоидное соединение, такое как галогенид щелочного или щелочноземельного металла. Примером подходящего расплавленного электролита является расплав смеси LiOH-LiBr. Другие подходящие электролиты, которые могут представлять собой расплавленные смеси, такие как расплавленные эвтектические смеси, приведены в Табл. 4. Расплавленная соль может работать при температуре от точки плавления до температуры примерно на 500 °С выше точки плавления. Анод может быть защищен путем подачи водорода Нг к поверхности анода посредством, например, просачивания сквозь проницаемый анод, или распыления. Водород можно подавать под давлением в пределах примерно 1-100 атм. Интенсивность подачи водорода может быть в диапазоне от 0.001 нмоль/кв. см поверхности анода до 1,000,000 нмоль/кв. см поверхности анода. В одном из вариантов, давление управляет по меньшей мере темпом
просачивания сквозь проницаемый анод или распыления. Этот темп подачи выбирают для защиты анода от коррозии, такой как оксидирующая коррозия, минимизируя при этом соответствующее потребление водорода Нг таким образом, что элемент может в результате генерировать электроэнергию.
Таблица 4. Электролит в виде расплавленной соли.
А1С13-СаС12
AlC13-MgC12
ВаС12-СаС12
BaC12-NaCl
СаС12-СоС12
CaC12-LiCl
CaC12-NaCl
CaC12-ZnC12
CaF2-NaF
CeC13-RbCl
CoC12-MgC12
CsBr-CsF
CsBr-NaBr
CsCl-KCl
CsCl-RbCl
CsF-LiF
Csl-Nal
CsN03-NaN03
CsOH-RbOH
FeC12-MnC12
FeC13-MnC12
К2СОЗ-КОН
KAlC14-NaAlC14
KBr-KN03
КС1-К2СОЗ
KC1-KOH
KCl-NaAlC14
KCl-SrC12
KF-KOH
KFeC13-NaCl
KI-Rbl
KN03-KOH
KOH-LiOH
LaC13-NaCl
Li2C03-LiOH
LiBr-LiF
LiBr-RbBr
LiCl-LiN03
LiCl-NiC12
LiF-LiN03
LiF-RbF
LiN03-LiOH
LiOH-RbOH
AlC13-CoC12
AlC13-MnC12
BaC12-CsCl
BaC12-RbCl
CaC12-CsCl
CaC12-MgC12
CaC12-NiC12
CaF2-KCaC13
CeC13-CsCl
CoC12-FeC12
CoC12-MnC12
CsBr-CsI
CsBr-RbBr
CsCl-LaC13
CsCl-SrC12
CsF-NaF
Csl-Rbl
CsN03-RbN03
FeC12-FeC13
FeC12-NaCl
FeC13-NiC12
K2C03-U2C03
KAlC14-NaCl
KBr-KOH
KC1-K2S04
KCl-LiCl
KCl-NaCl
KCl-ZnC12
KF-LiF
KI-KN03
KMgC13-LiCl
KN03-LiN03
KOH-NaOH
LaC13-RbCl
Li2C03-Na2C03
LiBr-LiI
LiCl-Li2C03
LiCl-LiOH
LiCl-RbCl
LiF-LiOH
Lil-LiOH
LiN03-NaN03
MgC12-MgF2
AlC13-FeC12
AlC13-NaCl
BaC12-KCl
BaC12-SrC12
CaC12-FeC12
CaC12-MgF2
CaC12-PbC12
CaF2-KF
CeC13-KCl
CoC12-FeC13
CoC12-NaCl
CsBr-CsN03
CsCl-CsF
CsCl-LiCl
CsF-CsI
CsF-RbF
CsN03-CsOH
CsOH-KOH
FeC12-KCl
FeC12-NiC12
K2C03-K2S04
K2C03-Na2C03
KBr-KCl
KBr-LiBr
KC1-KF
KCl-LiF
KC1-MC12
KF-K2S04
KF-MgF2
KI-KOH
KMgC13-NaCl
KN03-NaN03
KOH-RbOH
Li2C03-Li2S04
Li2S04-Na2S04
LiBr-LiN03
LiCl-Li2S04
LiCl-MgC12
LiCl-SrC12
LiF-MgF2
Lil-Nal
LiN03-RbN03 MgC12-MgO
A1C13-KC1
A1C13-MC12
BaC12-LiCl
CaC12-CaF2
CaC12-FeC13
CaC12-MnC12
CaC12-RbCl
CaF2-LiF
CeC13-LiCl
CoC12-KCl
CoC12-NiC12
CsBr-KBr
CsCl-CsI
CsCl-MgC12
CsF-CsN03
CsI-KI
CsN03-KN03
CsOH-LiOH
FeC12-LiCl
FeC13-LiCl
K2C03-KF
K2S04-Li2S04
KBr-KF
KBr-NaBr
KC1-KI
KCl-MgC12
KCl-PbC12
KF-KI
KF-NaF
KI-LiI
KMnC13-NaCl
KN03-RbN03
LaC13-KCl
Li2C03-LiF
LiAlC14-NaAlC14
LiBr-LiOH
LiCl-LiF
LiCl-MnC12
LiF-Li2S04
LiF-NaCl
Lil-Rbl
LiOH-Li2S04
MgC12-MnC12
A1C13-UC1
AlC13-ZnC12
BaC12-MgC12
CaC12-CaO
CaC12-KCl
CaC12-NaAlC14
CaC12-SrC12
CaF2-MgF2
CeC13-NaCl
CoC12-LiCl
CsBr-CsCl
CsBr-LiBr
CsCl-CsN03
CsCl-NaCl
CsF-KF
CsI-LiI
CsN03-LiN03
CsOH-NaOH
FeC12-MgC12
FeC13-MgC12
K2C03-KN03
K2S04-Na2S04
KBr-KI
KBr-RbBr
KC1-KN03
KCl-MnC12
KCl-RbCl
KF-KN03
KF-RbF
KI-Nal
KN03-K2S04
KOH-K2S04
LaC13-LiCl
Li2C03-LiN03
LiBr-LiCl
LiBr-NaBr
LiCl-LiI
LiCl-NaCl
LiF-LiI
LiF-NaF
LiN03-Li2S04
LiOH-NaOH
MgC12-NaCl
MgC12-NiC12
MgC12-RbCl
MgC12-SrC12
MgC12-ZnC12
MgF2-MgO
MgF2-NaF
MnC12-NaCl
MnC12-NiC12
Na2C03-Na2S04
Na2C03-NaF
Na2C03-NaN03
Na2C03-NaOH
NaBr-NaCl
NaBr-NaF
NaBr-Nal
NaBr-NaN03
NaBr-NaOH
NaBr-RbBr
NaCl-Na2C03
NaCl-Na2S04
NaCl-NaF
NaCl-Nal
NaCl-NaN03
NaCl-NaOH
NaCl-NiC12
NaCl-PbC12
NaCl-RbCl
NaCl-SrC12
NaCl-ZnC12
NaF-Na2S04
NaF-Nal
NaF-NaN03
NaF-NaOH
NaF-RbF
NaI-NaN03
Nal-NaOH
Nal-Rbl
NaN03-Na2S04
NaN03-NaOH
NaN03-RbN03
NaOH-Na2S04
NaOH-RbOH
RbBr-RbCl
RbBr-RbF
RbBr-Rbl
RbBr-RbN03
RbCl-RbF
RbCl-Rbl
RbCl-RbOH
RbCl-SrC12
RbF-Rbl
RbN03-RbOH
CaC12-CaH2
В одном из вариантов, водородный электрод и кислородный электрод заменены биполярной пластиной 507, как показано на Фиг. 2. Конструкция элемента может быть основана на плоской квадратной геометрической конфигурации, так что эти элементы могут быть собраны в пакет или в батарею для увеличения напряжения. Каждый элемент может быть повторяющимся блоком, содержащим коллектор анодного тока, пористый анод, матрицу электролита, пористый катод и коллектор катодного тока. Один элемент может быть отделен от следующего элемента сепаратором, который может содержать биполярную пластину, служащую как сепаратором газов, так и последовательным коллектором тока. Пластина может иметь конфигурацию с поперечным потоком газа или внутренним газовым трубопроводом. Как показано на Фиг. 2, соединения или биполярные пластины 507 отделяют анод 501 от соседнего катода 502 в стеке (батарее) 500, содержащем несколько индивидуальных СШТ-элементов. Анод или водородная (Нг) пластина 504 может быть гофрированным или содержать каналы 505, распределяющие водород, поступающий по трубопроводу, в порты 503. Пластина 504 с каналами 505 заменяет проницаемую для водорода мембрану или временный катод для электролиза (анод для разряда) из других вариантов. Порты пластины могут вместе с портами 503 принимать водород из трубопровода, который получает водород из источника водорода, такого как резервуар. Пластина 504 может идеально равномерно распределять водород для барботирования или распыления в активных областях, где происходят электрохимические реакции. Биполярная пластина может также иметь в составе кислородную пластину, имеющую структуру, аналогичную структуре водородной пластины, для распределения кислорода в активных областях, куда кислородный трубопровод подает кислород от источника через порты 506. Эти гофрированные или имеющие каналы пластины являются электропроводными, эти пластины соединены с анодным и катодным коллекторами тока в активных областях и поддерживают электрический контакт. В одном из вариантов, все соединения или биполярные пластины составляют газораспределительную сеть, позволяющую разделить анодный и катодный
газы. Влажные уплотнения могут быть созданы посредством продолжения электролита/матрицы, такой как ЬЮН-ЫВг-ЕлгАЮз или плитки из MgO, сжатой между двумя индивидуальными пластинами. Эти уплотнения могут предотвращать просачивание и утечку газообразных реагентов. Электролит может содержать сжатый брикет согласно настоящему изобретению. Давление, необходимое для формирования брикета электролита, содержащего, например, гидроксид, такой как гидроксид щелочного металла, например, LiOH, и галогенид, такой как галогенид щелочного металла, например, LiBr, и матрицу, такую как MgO, находится в пределах примерно 1 - 500 т/кв. дюйм. Стек (батарея) может далее содержать стяжные стержни, которые удерживают прижимные пластины на концах стека для приложения давления к элементам для поддержания нужного контакта между электролитом, таким как брикетированный электролит, и электродами. В одном из вариантов, где электролит или компонент, такой как гидроксид, например, LiOH, мигрирует за счет, например, испарения, этот электролит может быть собран и рециклирован. Мигрирующие частицы могут быть собраны в структуре, такой как коллекторная структура или "фитильная" структура, поглощающая электролит, а рециклирование может быть осуществлено термическим способом, посредством, например, нагрева коллекторной или фитильной структуры, чтобы вызвать обратную миграцию.
Система с СШТ-элементом может содержать модифицированный обычный топливный элемент, такой как модифицированный элемент со щелочным электролитом или электролитом на основе расплавленного карбоната. В одном из вариантов, такой СШТ-элемент содержит стек биполярных пластин, как показано на Фиг. 2, где по меньшей мере один из материалов - кислород и/или вода НгО, поступает к катоду и водород Нг поступает к аноду. Газы могут поступать посредством диффузии сквозь пористый или диффузионный электрод, а водород Нг может также поступать в результате просачивания сквозь подходящий электрод, проницаемый для водорода. Проницаемый для водорода электрод может содержать по меньшей мере один из материалов - молибден Мо, сплав молибдена, такой как MoNi, MoCu, TZM и сплав HAYNES(r) 242(r), никель Ni, кобальт Со, сплав никеля Ni, такой как МСо, и другие переходные или внутренние (лантаноиды и актиноиды) переходные металлы и сплавы, такие как СиСо. Водород Нг поступает в количестве, достаточном для замедления коррозии анода при сохранении выигрыша по электроэнергии. Проницаемый анод может работать при повышенных плотностях тока с пропорциональным увеличением скорости (темпа) просачивания водорода. Этим темпом просачивания водорода можно управлять посредством по меньшей мере одного из способов - увеличения давления водорода на мембрану,
увеличения температуры элемента, уменьшения толщины мембраны и изменения состава мембраны, такого как изменение соотношения концентраций металлов в сплаве, например, в сплаве молибдена. В одном из вариантов, на внутренние поверхности проницаемого анода, такого как анод из молибдена Мо или сплава MoCu, может быть нанесен материал для диссоциации водорода (далее - диссоциатор водорода), такой как благородный металл, например, платина Pt или палладий Pd, для увеличения количества атомарного водорода Н с целью повышения темпа просачивания водорода. Давление газа может быть любым, нужным для поддержания заданной величины по меньшей мере одного из параметров - желаемой выходной мощности каждого элемента, темпа просачивания водорода Нг, водородной защиты анода, скорости восстановления кислорода на катоде. Давление по меньшей мере одного из газов - водорода и/или кислорода, может быть по меньшей мере в одном из диапазонов, примерно от 0.01 атм до 1000 атм, от 0.1 атм до 100 атм и 1 атм до 10 атм.
В случае коррозии анода на него может быть гальванически осажден металл из электролита. Продукт коррозии молибдена Мо может быть растворим в электролите. В одном из вариантов, электролит дополнительно содержит регенерационное соединение, способствующее гальваническому осаждению продукта коррозии молибдена Мо из электролита на анод и осуществлению термодинамического цикла для преобразования этого регенерационного соединения. Регенерационное соединение может вступать в реакцию с продуктом коррозии молибдена Мо с образованием соединения, которое растворяется в электролите и которое может быть гальванически осаждено на анод. Реакция может содержать анионообменную реакцию, такую как обменная реакция оксид-галогенид для дополнительного образования оксидного продукта. Это соединение для гальванического осаждения может способствовать осуществлению благоприятного термодинамического цикла регенерации анода прямо на месте, в элементе. На анод может быть добавлен водород, чтобы сделать термодинамический цикл благоприятным. В одном из вариантов, совокупность этапов содержит (1) реакцию продукта коррозии, оксида анодного металла с регенерационным соединением из состава электролита для образования соединения для гальванического осаждения, содержащего катион анодного металла и противоион, способный быть оксидированным для образования оксидирующего реагента с целью регенерации указанного регенерационного соединения. В ходе реакции может дополнительно образовываться оксидный продукт. Примерами анодных металлов являются молибден Мо и сплавы молибдена Мо. Примерами регенерационных соединений являются MgBn и Mgb. (2) восстановление катиона вызывает гальваническое осаждение анодного металла и оксидирование противоиона для образования
оксидирующего реагента путем подачи подходящего напряжения и электрического тока, примерами таких оксидирующих реагентов являются бром Вгг и йод 1г, и (3) реакция по меньшей мере оксидирующего реагента и в качестве опции Нг, где это термодинамически необходимо, с оксидным продуктом для образования регенерационного соединения и дополнительно воды НгО, где это требуется для того, чтобы сделать реакцию термодинамически благоприятной. В одном из вариантов, регенерационное соединение, такое как по меньшей мере одно из соединений MgBn и Mgb, поддерживают в диапазоне концентраций примерно от 0.001 моль% до 50 моль%. Темп подачи водорода Нг может быть в пределах от 0.001 нмоль/кв. см поверхности анода до 1,000,000 нмоль/кв. см поверхности анода.
В одном из вариантов, расплавленный электролит, такой как LiOH-LiBr, содержит MgBn в качестве присадки к гальванически осаждаемому на анод молибдену Мо в элементе, содержащем анод из молибдена Мо, где реакции регенерации прямо на месте, в элементе, представляют собой:
МоОз + 3MgBr2 -> 2МоВгз + 3MgO (-54 кДж/моль (298 К) -46 (600К)) (53) МоВгз -> Мо + 3/2Вгг (284 кДж/моль 0.95В/3 электрона) (54) МоВгз + Ni -> MoNi + 3/2Вгг (283 кДж/моль 0.95В/3 электрона) (55) MgO + Вгг + Нг -> MgBr2 + НгО (-208 кДж/моль (298 К) -194 кДж/моль (600 К))
(56)
В одном из вариантов, максимальное напряжение заряда превышает напряжение, вызывающее гальваническое осаждение молибдена Мо или другого анодного металла назад на анод. Это напряжение может быть в пределах по меньшей мере примерно от 0.4 В до 10 В, от 0.5 В до 2 В и от 0.8 В до 1.3 В. Анод может содержать молибден Мо в форме сплава или смеси металлов, такой как MoPt, MoNi, МоСо и MoCu. Этот сплав или смесь может усилить гальваническое осаждение молибдена Мо. В одном из вариантов, реакция молибдена Мо с водой НгО приводит к генерации водорода Нг в дополнение к тому, что образуется из ОН", входящего в состав электролита; напряжение заряда превосходит то напряжение, при котором происходит преобладающее гальваническое осаждение молибдена Мо на анод из присутствующих в электролите ионов молибдена Мо. В одном из вариантов, поддерживают продолжительные периоды непрерывного разряда и непрерывного заряда таким образом, что во время разряда высвобождается больше энергии, чем во время заряда. Период времени заряда может быть в пределах по меньшей мере одного из диапазонов примерно от 0.1 с до 10 дней, от 60 с до 5 дней и от 10 мин до 1 дня. Период времени разряда дольше соответствующего периода времени заряда. В одном из вариантов, во время заряда осаждается достаточное количество
анодного металла, такого как молибден Мо, для замены металла, потерянного из-за коррозии, так что в электроде поддерживается постоянное содержание молибдена Мо согласно некоторому равновесию между электродом и концентрацией соединений молибдена Мо в электролите.
В одном из вариантов, расплавленный электролит, такой как LiOH-LiBr, содержит Mgb в качестве присадки для гальванического осаждения молибдена Мо на анод элемента, имеющего анод из молибдена Мо, где реакции регенерации анода на месте, в элементе:
М0О2 + 2MgI2 -> M0I2 + I2 + 2MgO (16 кДж/моль (298К) -0.35 кДж/моль (600К))
(57)
M0I2 -"¦ Mo + I2 (103 кДж/моль 0.515 В/2 электрона)
M0I2 + Ni -> MoNi + I2 (102 кДж/моль 0.515 В/2 электрона)
(58) (59)
MgO + I2 + Н2 -> Mgl2 + Н2О (-51 кДж/моль (298К) 5 кДж/моль (600 К)) (60)
Анод может содержать молибден Мо в форме сплава или смеси металлов, такой как MoPt, MoNi, M0C0 и MoCu. Этот сплав или смесь может усиливать гальваническое осаждение молибдена Мо.
В одном из вариантов, расплавленный электролит, такой как LiOH-LiBr, содержит MgS04 в качестве присадки для гальванического осаждения молибдена Мо на анод элемента, имеющего анод из молибдена Мо. Сульфат вступает в обменную реакцию с оксидом молибдена для образования сульфата молибдена, допускающего гальваническое осаждение молибдена Мо на анод.
В одном из вариантов, расплавленный электролит, такой как LiOH-LiBr, содержит по меньшей мере одно из соединений M0S2, MoSe2 и/или Li2Mo04, в качестве присадки для гальванического осаждения молибдена Мо на анод элемента, имеющего молибденовый анод. В одном из вариантов, по меньшей мере одно из соединений -сульфид или селенид, вступает в обменные реакции с оксидом молибдена с образованием сульфида молибдена или селенида молибдена, допускающего гальваническое осаждение молибдена Мо на анод. Для предотвращения оксидирования сульфида до сульфата или селенида до селената катод, восстанавливающий кислород, может быть заменен катодом, стабильным в электролите на основе расплавленного гидроксида, так что этот катод участвует в окислительно-восстановительных химических реакциях с привлечением гидроксида и, не требуя кислорода, такой как оксигидроксидный катод, например, катод из FeOOH или МООН. Примерами таких элементов являются структуры [Mo/LiOH-LiBr-
MoS2/FeOOH], [Mo/Li OH-LiB r-Mo Se2/F eOOH], [Mo/LiOH-LiBr-MoS2-MoSe2/FeOOH], [Mo/LiOH-LiBr-Li2Mo04-MoS2/FeOOH] и [Mo/LiOH-LiBr-Li2Mo04-MoSe2-MoS2/FeOOH],
герметизированные или имеющие инертную атмосферу, такую как атмосфера аргона.
В другом варианте к электролиту добавляют соединение, вступающее в реакцию с оксидными продуктами коррозии анодного металла для образования соединения, растворимого в электролите и способного быть гальванически осажденным на анод. В одном из вариантов элемента, имеющего анод, содержащий молибден Мо и оксид лития Li20, содержит электролит LiOH-LiBr. Оксид лития Li20 вступает в реакцию с продуктом коррозии МоОз для образования Li2Mo04, растворимого в электролите, и вытесняемого на аноде. В одном из вариантов, в герметизированный элемент подают сухой источник кислорода, такой как газообразный кислород Ог или сухой воздух, так что оксид лития Li20 остается негидратированным в гидроксид лития LiOH. Во время работы элемента образуется вода НгО; поэтому расход сухого источника кислорода Ог поддерживают на таком уровне, чтобы обеспечивать такую концентрацию воды НгО в элементе, что оксид лития Li20 всегда будет доступен для реакций с образованием Li2Mo04. В одном из вариантов, концентрацию Li20 поддерживают в пределах от примерно 0.001 моль% до 50 моль%. В элемент можно добавлять воду НгО для пополнения запаса израсходованной воды НгО путем охлаждения элемента до температуры ниже той, при которой вода НгО вступает в реакцию с молибденом Мо, добавления нужного количества воды НгО и затем вновь подъема температуры элемента. Примеры элементов имеют структуры [Mo/LiOH-LiBr-Li2Mo04/NiO (О2)] и [Mo/LiOH-LiBr-Li2Mo04-MoS2/NiO (О2)].
В одном из вариантов, элемент содержит анод, имеющий в составе никель, и расплавленный электролит, такой как LiOH-LiBr, а также присадки на основе галогенида металла для добавления в электролит, например, галогенид переходного металла, такой как галогенид материала анода, например, галогенид никеля, такой как МВгг. В одном из вариантов, элемент герметизируют без добавления кислорода. В элемент добавляют воду Н2О из источника воды НгО, такого как нагретый резервуар. Реакция на катоде может представлять собой восстановление воды НгО до гидроксида и кислорода с использованием внутренних реакций электролиза. Отсутствие дополнительного поступающего извне кислорода предотвратит коррозию анода. Образование анионов кислорода может, в свою очередь, привести к формированию оксигидроксида с целью стимулировать реакции с участием гидрино.
Реакции образования катализатора и противоположные реакции в полуэлементе, происходящие во время разряда описаны уравнениями
Анод:
ОН + Н2 ^ Н20 + е~ + Н(\ I р) (61) Катод:
02 + 2Н20 + 4е~ -> 40Н~ (62) Общая реакция может быть
2Н2+\/202 ^Н20 + 2Н(\/р) (63)
где вода НЮ служит катализатором. Пример таких реакций с переносом ионов в водном электролите, которые приводят к электролизу воды Н2О Анод:
20Н~ -^2Н + 02 + е~ (64)
Катод:
О' +Н20 + е ^\1202 + 20Н' (65) Анод:
20Н~ Я + НОО + е~ (66) Катод:
НОО~ +\/2Н20 + е ^20Н~ +\/402 (67)
Анод:
ЗОН~ ^> 02+Н20 + Н + Зе~ (68)
Катод:
3 / 402 + 3 12Н20 + Зе~ ЗОН (69)
где водород в Уравнениях (64), (66) и (68) может вступать в реакцию с образованием гидрино:
2Н -> 2Н(\ 14) (70) Общие реакции имеют вид
Н20^\1202+2Н{\14) (71)
Н20^\1202+Н2 (72)
здесь водород в Уравнениях (64), (66) и (68) может дополнительно вступать в реакции с образованием воды Н2О в качестве катализатора, а кислород в Уравнениях (65), (67) и (69) может вступать в реакции с образованием иона ОН" согласно Уравнениям (61) и (62) соответственно. Другие кислородные частицы, такие как оксид, пероксид, супероксид и НОО", и соответствующие окислительно-восстановительные реакции могут участвовать в спонтанном электролизе воды НгО для образования по меньшей мере одного из компонентов - водорода Н, катализатора и/или гидрино, пропуская избыточный электрический ток, создаваемый за счет энергии, получаемой от образования гидрино. В другом варианте анод содержит молибден Мо, а присадка к электролиту содержит галогенид молибдена.
В одном из вариантов, по меньшей мере один из компонентов - электролит, анод и/или катод, содержит материалы и соединения, вызывающие образование НОН, служащего катализатором, и водорода Н через промежуточный оксигидроксид металла. Элемент может содержать электролит на основе расплавленной соли, такой как LiOH-LiBr, или водный электролит, такой как КОН. Примерами реакций гидроксидов и оксигидроксидов, таких как оксиды и оксигидроксида никеля Ni или кобальта Со, на аноде с образованием катализатора НОН являются
М(ОН)2 + ОН" to NiOOH +Н2О + е" (73)
Ni(OH)2 to МО +Н20 (74) Эта реакция или реакции могут быть по меньшей мере частично стимулированы термически. В одном из вариантов, поверхность анода поддерживают в по меньшей мере частично оксидированном состоянии. Это оксидированное состояние содержит группы по меньшей мере одного из типов - гидроксильные, оксигидроксильные и/или оксидные группы. Эти группы на оксидированной поверхности могут участвовать в формировании по меньшей мере одного компонента - катализатора, такого как НОН, для образования гидрино и/или атомарного водорода, где этот атомарный водород может вступать в реакцию с химическими частицами из состава по меньшей мере анода и/или электролита для получения по меньшей мере катализатора для образования гидрино и/или гидрино. В одном из вариантов, по меньшей мере анод и/или электролит содержит химические частицы или материал, поддерживающий частичное оксидирование. Анод может содержать металл, сплав или смесь, образующие оксидированную поверхность, где эта оксидированная поверхность не может корродировать в существенной степени. Анод может содержать по меньшей мере один из материалов - драгоценный металл, благородный металл, Pt, Pd, Au, Ir, Ru, Ag, Co, Си и/или никель Ni, образующий обратимое оксидное покрытие. Другими подходящими материалами являются материалы, которые подвержены оксидированию и которые, будучи в оксидированном виде, легко восстанавливаются водородом. В одном из вариантов, в электролит добавляют по меньшей мере одно соединение или химические частицы для поддержания оксидированного состояния анода. Примерами таких присадок являются галогениды щелочных или щелочноземельных металлов, такие как LiF и КХ (X=F, CI, Br, I). В одном из вариантов, элемент работает в диапазоне напряжений, поддерживающем анод в подходящем оксидированном состоянии для распространения реакции с образованием гидрино. Этот диапазон напряжений может далее позволять работать без существенной коррозии анода. Форма сигнала для промежуточного электролиза может поддерживать
напряжение в подходящем диапазоне. В качестве такого диапазона может быть выбран по меньшей мере диапазонов - примерно от 0.5 В до 2В, примерно от 0.6 В до 1.5 В, примерно от 0.7 В до 1.2 В, примерно от 0.75 В до 1.1 В, примерно от 0.8 В до 0.9 В и примерно от0.8Вдо0.85В. Форма сигнала в каждой фазе заряда и разряда прерывистого цикла может иметь по меньшей мере один вид - ограниченный напряжением или управляемый напряжением, управляемый по лимиту времени и/или управляемый током. В одном из вариантов, ионы кислорода, образующиеся на катоде в результате восстановления кислорода, переносят ионный ток в элементе. Током ионов кислорода управляют для поддержания нужного состояния оксидирования анода. Ток ионов кислорода может быть увеличен посредством по меньшей мере одного из давлений кислорода на катоде и/или аноде. Поток кислорода может быть увеличен путем увеличения скорости восстановления кислорода на катоде с использованием катализатора реакций с участием кислорода на катоде, такого как МО, литерованный МО, СоО, Pt и оксиды редкоземельных элементов, где увеличенный ток кислорода поддерживает образование оксикидроксида на аноде. В одном из вариантов, температуру СШТ-элемента подстраивает для максимального увеличения кинетики реакций с образованием гидрино, что способствует высокой температуре, избегая при этом разложения оксигидроксида, что способствует низкой температуре. В одном из вариантов, температура находится по меньшей мере в одном из диапазонов примерно от 25°С до 1000°С, от 300°С до 800°С и от 400°С до 500°С.
В одном из вариантов, плотность электрического тока по меньшей мере одной из фаз - заряда или разряда, прерывистого или непрерывного цикла разряда очень велика, чтобы повысить кинетику (интенсивность) образования гидрино. Пиковая плотность тока может быть по меньшей мере в одном из диапазонов от 0.001 мА/см2 до 100,000 А/см2, от 0.1 мА/см2 до 10,000 А/см2, от 1 мА/см2 до 1000 А/см2, от 10 мА/см2 до 100 А/см2 и/или от 100 мА/см2 до 1 А/см2. Элемент может время от времени заряжаться и разряжаться при сильных токах в течение коротких промежутков времени в каждой фазе цикла, чтобы поддерживать допустимую разность между диапазонами напряжения заряда и разряда, так что в результате элемент генерирует энергию. Продолжительность такого короткого промежутка времени выбирают по меньшей мере в одном из диапазонов примерно от Ю-6 с до 10 с и от Ю-3 с до 1 с. Электрический ток при этом может быть переменным (АС), постоянным (DC) или представлять собой некоторое сочетание переменного и постоянного тока. В одном из вариантов, использующем магнитогидродинамический плазмоэлектрический преобразователь, указанный ток является постоянным током и создает магнитное поле постоянного тока. В одном из вариантов, по меньшей мере один
из токов - заряда и/или разряда, содержит также модуляцию переменным током. Частота переменного тока (модуляции) может быть при этом в одном из диапазонов примерно от 0.1 Гц до 10 ГГц, от 1 Гц до 1 МГц, от 10 Гц до 100 кГц или от 100 Гц до 10 кГц. Пиковое напряжение модуляции может находиться по меньшей мере в одно из диапазонов, выбранном из совокупности - примерно от 0.001 В до 10 В, от 0.01 В до 5В, от 0.1 В до 3 В, от 0.2 В до 2 В, от 0.3 В до 1.5 В и от 0.5 В до 1 В. В одном из вариантов, передают импульс электрического тока в линии передачи для получения по меньшей мере повышенного напряжения и/или более сильного тока. В одном из примеров, где поданный импульс сильного тока представляет собой импульс переменного тока, наиболее быстрое изменение (кинетика) может быть получено, когда ток изменяется с максимальной скоростью в области около 0 А, что соответствует максимальной способности отбирать заряд от образца. Расстояние между электродами может быть сделано минимальным, чтобы уменьшить сопротивление элемента и допустить достижение большой плотности тока. Расстоянием между электродами можно управлять динамически, контролируя плотность тока, сопротивление элемента, напряжение и другие электрические параметры и используя величины одного или нескольких контролируемых параметров для подстройки расстояния между электродами. Электрод может быть спроектирован таким образом, чтобы концентрировать ток в заданных областях поверхности, таких как острые кромки или выступы. В одном из вариантов, электрод содержит кубик или иглу, либо имеет другую геометрическую форму с острыми кромками для концентрации электрического поля и плотности тока, что позволяет добиться больших плотностей тока, таких как около 500 мА/см2 или более.
В одном из вариантов, анод содержит материал, например, металл, такой как по меньшей мере один из следующих металлов - драгоценный, переходный или внутренний (лантаноиды или актиноиды) переходный металл, образующий по меньшей мере одно -гидрид и/или связи с водородом. Этот материал может увеличить эффективную концентрацию атомарного водорода на поверхности анода. Повышение поверхностной концентрации водорода может позволить уменьшить темп распыления или просачивания водорода, необходимый для поддержания по меньшей мере одного из эффектов -желаемой интенсивности реакций с образованием гидрино и/или защиты от коррозии анода. Примерами таких металлов являются Pt, Pd, Au, Ir, Ru, Co, Cu, Ni, V и Nb, а также смеси этих металлов, которые могут присутствовать в любом нужном количестве по отдельности или в виде смеси или сплава. Подобный материал, такой как металл, может служить диссоциатором водорода. Повышенная концентрация атомарного водорода может служить для достижения по меньшей мере одного из эффектов - увеличения
интенсивности реакций с образованием гидрино и/или повышения эффективности присутствующего водорода с точки зрения предотвращения коррозии. Примерами таких металлов, вызывающих диссоциацию водорода, являются Pt, Pd, Ir, Ru, Co, Ni, V и Nb. В одном из вариантов, по меньшей мере на анод или в электролит добавляют соединение или материал, способствующий увеличению напряжения элемента. Это увеличение напряжения может быть вызвано изменением по меньшей мере одного из параметров -перенапряжения электрода, интенсивности реакций с образованием гидрино и/или уровня Ферми анода. Вызывающий диссоциацию металл может увеличить интенсивность потока водорода через проницаемый для водорода анод. Примерами таких присадок к металлу являются платина Pt и золото Аи, причем эти присадки могут быть добавлены к материалу преимущественно никелевого (Ni) анода для образования сплава или смеси. Примерами присадок к электролиту являются Mgb, Cab, MgO и Zr02. В одном из вариантов, анод содержащий благородный металл или металл, легированный благородным металлом в виде смеси или сплава, такого как PtNi или PtAuPd, обладает более высоким рабочим напряжением, чем анод из базового металла, такого как никель Ni, в отсутствие благородного металла, поскольку он имеет более низкое перенапряжение и дает повышенный выход водорода из электролиза во время фазы заряда. Водород Нг для поддержания равномерной характеристики высокого напряжения может из-за электролиза находиться в резервуаре и просачиваться из него во время разряда. В одном из вариантов, водород Н2, поступающий к поверхности анода, появляется только в результате электролиза.
В одном из вариантов к электролиту, такому как LiOH-LiBr, может быть добавлено соединение для увеличения скорости реакции на поверхности катода и стабилизации анода. Подходящей присадкой может быть по меньшей мере одно из соединений -гидроксид щелочного металла, такой как по меньшей мере CsOH и/или NaOH, гидроксид щелочноземельного металла, галогенид щелочного или щелочноземельного металла, и/или оксид, такой как СоО, NiO, L1MO2, СоО, LiCo02, оксид редкоземельного металла, такой как ZrO, MgO, другие соединения, увеличивающие щелочность, СеОг, La203, MoOOH, MoCU, CuCb, C0CI2, оксигидроксиды, такие как TiOOH, GdOOH, СоООН, InOOH, FeOOH, GaOOH, NiOOH, AlOOH, CrOOH, MoOOH, CuOOH, MnOOH, ZnOOH и SmOOH, соединение железа Fe, например, оксид, такой как РегОз, или галогенид, такой как FeBr2, сульфат, такой как Li2S04, фосфат, такой как Li3P04, вольфрамат, такой как Li2W04, карбонат, такой как Li2C03, МО или М(ОН)г, который может образовать L1MO2 на аноде, соединение железа, такое как РегОз, для образования LiFe02 на аноде, MgO для образования MgMOx на аноде, соединение с большим катионом, таким как большой
стабильный молекулярный катион или стабильный комплекс металла, например, 1-бутил-
З-метилимидазол-З-иум гексафторфосфат (l-butyl-3-methylimidazol-3-ium
пехайиогофосфат), (бетаин бис(трифторметансульфонил) имид) (betaine
bis(trifluoromethanesulfonyl)imide) или Мбутил-Мметил пирролидиниум
бис(трифторметансульфонил) имид (N-Butyl-N-Methyl pyrrolidinium
bis(trifluoromethanesulfonyl)imide), и соединение, содержащее HS"' такое как LiHS. В одном из вариантов, присадка содержит соединение, имеющее большой катион, такой как ион Cs+ из состава CsOH, или ион с большим зарядом, такой как в соединении щелочноземельного металла, или катион Bi3+ в соединении висмута. Концентрацию подбирают таким образом, чтобы избежать чрезмерной коррозии. Примерами низкой концентрации являются примерно <1 моль% или < 5 моль%. В одном из вариантов, добавляют такую присадку, которая может быть восстановлена на катоде, мигрировать к аноду и оксидироваться на аноде. Это соединение, таким образом, создает паразитный ток в дополнение к току, обусловленному реакциями согласно Уравнениям (61-63). Присадка может иметь несколько стабильных оксидированных состояний. Примером подходящей присадки является соединение железа, такое как FeBn, FeBn, FeO, РегОз, Fe(OH)2 и Fe(OH)3, и других металлов, таких как переходный металл, замещающий железо Fe. Присадка может вызывать появление сильного электрического тока для увеличения интенсивности реакций с образованием гидрино.
В одном из вариантов, анод содержит основной металл и присадку, такую как по меньшей мере один из материалов - серебро Ag, оксид редкоземельного металла, такой как СеОг или ЬагОз, и/или благородный металл, либо смесь или сплав благородных металлов, такой как Pt, Ir, Re, Pd или AuPdPt. Одно из соединений Ы2СО3, Ы2О, МО или М(ОН)2 может служить присадкой для образования L1MO2 в аноде. Это соединение L1MO2 может изменять электропроводность, стимулировать взаимное преобразование оксид-гидроксид во время электрохимических операций элемента или реакцию "Li+ + электрон", чтобы способствовать реакциям с участием гидрино. Присадка может снижать перенапряжение при выделении по меньшей мере водорода Н2 и/или воды НгО на аноде во время заряда и разряда, соответственно. В некоторых вариантах, элементы содержащие платину Pt в качестве анодной присадки и CsOH в качестве присадки к электролиту, имеют структуру [NiPt(H2)/LiOH-LiBr-CsOH)/NiO], [CoPt(H2)/LiOH-LiBr-CsOH)/MO] или [MoPt(H2)/LiOH-LiBr-CsOH)/MO]. В одном из вариантов, присадка по меньшей мере к аноду, такому как литой пленочный анод, и/или к электролиту содержит электролит для топливного элемента с твердым оксидом, оксидный проводник, оксид циркония, стабилизированный оксидом иттрия (yttria-stabilized zirconia (YSZ)), который может также
содержать стронций Sr, (так что в целом образуется 8% форма Y8SZ), оксид циркония, стабилизированный оксидом скандия (scandia stabilized zirconia (ScSZ)) (так что в целом 9 моль%8с203 - 9ScSZ), оксид церия, легированный гадолинием, (gadolinium doped ceria (GDC)) или оксид церия, легированный оксидом гадолиния, (gadolinia doped ceria (CGO)), галлат лантана, оксид висмута, меди и ванадия (такой как BiCuVOx), MgO, Zr02, ЬагОз, СеОг, материал со структурой перовскита, такой как Lai-xSrxCoy03- , протонные проводники, легированные барием цераты и цирконаты и протонные проводники типа БгСеОз, такие как оксид стронция, церия, иттрия и ниобия, и Нх\УОз. Кроме того, присадка может содержать металл, такой как алюминий А1, молибден Мо, переходный металл, внутренний переходный (лантаноид или актиноид) металл или редкоземельный металл.
В одном из вариантов, по меньшей мере один из компонентов - анод, катод и/или электролит, содержит присадку, которая обеспечивает такую же функцию увеличения интенсивности каталитических реакций с образованием гидрино, как и сильный электрический ток. Эта присадка может удалять электроны, образующиеся в процессе каталитического преобразования водорода Н. Присадка может вступать в реакции с обменом электронами. В одном из примеров вариантов такая присадка содержит углерод, который может быть добавлен к аноду или катоду, например. Электроны вступают в реакцию с углеродом для образования ионов Сх", связывающих ионы Li+ из электролита для поддержания нейтральности. Таким образом, углерод служит "стоком" для удаления электронов аналогично тому, как это достигается при сильном электрическом токе.
В одном из вариантов СШТ-элемента, анод содержит резервуар с водородом Ш для подачи водорода № за счет просачивания или распыления, где наружная стенка контактирует с электролитом и содержит поверхность анода. Анод дополнительно содержит присадку, в состав которой входит соединение или материал, добавляемый внутрь резервуара. Эта присадка может изменять напряжение на аноде, чтобы способствовать повышению интенсивности реакций с участием гидрино, и/или поддерживать уровень этого напряжения, чтобы по существу предотвратить коррозию анода. Присадка может содержать соединение, вступающее в обратимые реакции с водородом Н, где водород Н может проходить сквозь стенку резервуара. Поток переноса водорода сквозь стенку может быть направлен внутрь резервуара во время заряда и из резервуара во время разряда. Присадка, содержащая гидрид или сохраняющий водород материал внутри анода, может во время разряда служить источником водорода, регенерируемым во время заряда. Диссоциатор водорода, такой как благородный металл, например, платина Pt, может усилить диссоциацию водорода и поток водорода сквозь
проницаемый для водорода анод. Эта присадка может содержать материал для сохранения водорода, такой как LiH, гидрид титана, MgFTi, ZrFTi, VH, NbH, ЬаМбНх, LiH + LiMb или Li3N, либо смесь, такую как эвтектическая смесь нитридов щелочных металлов или нитридов других металлов, таких как алюминий или магний, для создания электропроводной жидкости внутри анода. Присадка, которая вступает в реакцию с водородом Н, транспортируемым сквозь проницаемый для водорода анод, может внести вклад в анодное напряжение. Это напряжение может быть обусловлено зависимостью реакции присадки с водородом Н от переноса водорода Н сквозь анод, где внешняя электрохимическая реакция на поверхности анода производит или потребляет водород Н. Другими подходящими присадками являются М0О2, M0S2, металл, такой как переходный металл, например, кобальт Со, и благородный металл, такой как палладий Pd. Ниже приведены примеры реакций с присадкой, вносящих вклад в напряжение за счет взаимодействия внутренней присадки с внешней
40Н-(внеш.) + 1Лз1М(внутр) -> LiNH2(BHyTp) + 21лН(внутр) + 4е- + 202(внеш.) (75) ОН-(внеш.) + 1Л(внутр) -> ¦ 1лН(внутр) + е- + 1/202(внеш) (76)
бОН-(внеш) + ЬаМ5(внутр) -> Ьа№5Нб(внутр) + бе- + ЗОг(внеш) (77) В одном из вариантов, NH2", служащий катализатором, и водород Н образуются внутри анода, так что гидрино образуются внутри анода так же, как и снаружи. В последнем случае катализатором может быть НОН. Образование NH2", служащего катализатором, и водорода Н внутри анода может быть следствием переноса водорода Н сквозь проницаемый для водорода анод. Образование водорода Н, который затем переносится сквозь анод, может происходить вследствие оксидирования ОН" в результате электролиза воды НгО с использованием энергии, высвобождаемой при формировании гидрино. Водород Н может появляться в результате оксидирования на аноде и восстановления на катоде, а для обеспечения образования гидрино с высвобождением большого количества энергии можно применить другой вариант СШТ-элемента, использующий по меньшей мере одну из групп НОН и/или NH2" в качестве катализатора. Реагенты для образования NH2", служащего катализатором, могут представлять собой систему Li-N-H согласно настоящему изобретению.
В одном из вариантов СШТ-элемента, который использует водный электролит и анод, содержащий протравленный сплав МА1, анод может быть отлит способом пленочного литья из сплава МА1. Протравленный сплав может содержать R-Ni. В качестве альтернативы анод может содержать металлизированный полимер, который служит проницаемым для водорода (Нг) анодом, как, например, в водных элементах. В
одном из вариантов, металлизированный полимерный анод содержит по меньшей мере один из металлов - никель Ni, кобальт Со и/или молибден Мо. Элемент с электролитом на основе расплавленной соли, равно как и элемент с водным электролитом, может содержать металлизированный анодный полимер с высокой точкой плавления, такой как тефлон.
В одном из вариантов СШТ-элемента, интенсивность реакции с образованием гидрино зависит от подачи или выработки сильного тока. Такой СШТ-элемент может быть заряжен и затем разряжен при сильном токе для увеличения интенсивности реакций с образованием гидрино. Элемент можно заряжать и разряжать в прерывистом режиме, так что можно получить выигрыш по электроэнергии за счет вклада от реакций с образованием гидрино. В одном из вариантов способный работать при сильном токе во время по меньшей мере заряда или разряда СШТ-элемент на основе металлогидрида никеля (элемент NiMH-типа) содержит контейнер, положительную пластину, имеющую в составе гидроксид никеля, по меньшей мере частично "заряженный" до оксигидроксида никеля, в качестве активного материала, отрицательную пластину, имеющую в составе поглощающий водород сплав, такой как NiFe, MgNi или LaNis, "заряженный" до соответствующего гидрида, в качестве активного материала, сепаратор, например, Celgard или другой тонковолокнистый материал, такой как полиолефин, который может быть как нетканым, так и тканым, и щелочной электролит. Подходящими электролитами являются водный раствор соли гидроксида, например гидроксид щелочного металла, такой как КОН, NaOH или LiOH. Другая соль, такая как галогенид щелочного металла, например, LiBr, может быть добавлена для улучшения электрической проводимости. В одном из вариантов, электролит с высокой электрической проводимостью для пропускания сильных токов, такой как LiOH-LiBr, выбирают для ограничения реакций восстановления кислорода и ограничения коррозии.
В одном из вариантов, НОН, служащий катализатором, образуется на отрицательном электроде в присутствии источника водорода Н или водорода Н, так что происходит каталитическая реакция преобразования водорода Н и образования гидрино. В одном из вариантов, активный материал анода является источником водорода Н, а активный материал катода является источником кислорода или соединения, содержащего кислород О, такого как ОН". Для элемента NiMH-типа подходящим активным материалом анода является металлогидрид никеля, а подходящим активным материалом катода является оксигидроксид никеля, МО(ОН). В таком элементе NiMH-типа протекают следующие реакции:
Анодная реакция (отрицательный электрод):
ОН" + МН to Н20 + М + е" (78) Катодная реакция (положительный электрод):
NiO(OH) + Н2О + е" to Ni(OH)2 + ОН" (79)
Указанный "металл" М в составе отрицательного электрода элемента NiMH-типа содержит по меньшей мере одно соединение, выполняющее роль обратимого формирования смеси металлогидридных соединений. Металл М может представлять собой интерметаллическое соединение, такое как по меньшей мере одно из соединений типа АВ5, где А - смесь редкоземельных элементов - лантана, церия, неодима, празеодима, и В - никель, кобальт, марганец и/или алюминий; и материалы для отрицательного электрода с более высокой емкостью на основе соединений типа АВг, где А - титан и/или ванадий и В - цирконий или никель, модифицированный хромом, кобальтом, железом и/или марганцем. Металл М может содержать и другие подходящие гидриды, такие как указанные в настоящем описании.
В одном из вариантов, сплавы, поглощающие водород, сочетают металл (А), гидриды которого вступают в экзотермические реакции, и металл (В), гидриды которого вступают в эндотермические реакции, для получения подходящей энергии связи, так что поглощение и выделение водорода может происходить при нормальных или близких к нормальным уровнях давления и температуры. В зависимости от соединяемых металлов могут быть сплавы следующих типов: АВ, такой как TiFe, АВ2, такой как ZnMn, АВ5, такой как LaNis, и АгВ, такой как Mg2Ni. Примерами подходящих анодных сплавов являются сплавы металлов из группы лантана, где никель служит основным металлом, и сплавы типа АВг, где титан и никель служат главным металлом.
В одном из вариантов, в дополнение к пассивным внутренним разрядным реакциям, таким как реакции согласно Уравнениям (78-79), разряд может быть возбужден внешним током от внешнего источника энергии, пропускающим принудительно сильный ток через СШТ-элемент для достижения высокой интенсивности реакций с образованием гидрино. Высокая плотность тока разряда может быть по меньшей мере в одном из диапазонов от 0.1 А/см2 до 100,000 А/см2, от 1 А/см2 до 10,000 А/см2, от 1 А/см2 до 1000 А/см2, от 10 А/см2 до 1000 А/см2 и от 10 А/см2 до 100 А/см2. Затем реакция с образованием гидрино вносит вклад в мощность разряда, так что обеспечивается выигрыш по мощности и по энергии, определяемый как выходная мощность или энергия минус входная мощность или энергия, необходимая для перезаряда элемента, и воздействие от внешнего источника тока. В одном из вариантов, указанный внешний источник тока может представлять собой другой СШТ-элемент. Как показано в Уравнении (71), реакция образования гидрино выделяет в элементе кислород в качестве продукта реакции. Газ
гидрино может диффундировать из элемента наружу, а кислород может быть преобразован назад, в воду путем добавления газообразного водорода, который может поступать к аноду, как показано на Фиг. 1 и 2.
В одном из вариантов, электролит содержит расплавленную соль, такую как указанная в настоящем описании LiOH-LiBr, а анодный источник водорода Н и катодный источник кислорода являются стабильными при рабочей температуре в контакте с электролитом на основе расплавленной соли. Примером элемента, возбуждаемого сильным током, является структура [MH/LiOH-LiBr/FeOOH], где МН обозначает гидрид металла, стабильный при рабочей температуре и в рабочих условиях. Гидрид может содержать материал, сохраняющий водород, например, металл, такой как гидриды титана, ванадия, ниобия, тантала, циркония или гафния, гидриды редкоземельных элементов, гидриды иттрия и скандия, гидриды переходных элементов, гидриды интерметаллических соединений и другие сплавы, известные в технике, как приведены в книгах "Гидриды металлов" (W. М. Mueller, J. P. Blackledge, and G. G. Libowitz, Metal Hydrides, Academic Press, New York, (1968)), сборники "Водород в интерметаллических соединениях" I и II (Hydrogen in Intermetallic Compounds L Edited by L. Schlapbach, Springer-Verlag, Berlin, and Hydrogen in Intermetallic Compounds IL Edited by L. Schlapbach, Springer-Verlag, Berlin), включенных сюда посредством ссылки. Гидрид металла может представлять собой гидрид редкоземельного элемента, такого как лантан, гадолиний, иттербий, церий и празеодим, гидрид внутреннего переходного (лантаноида или актиноида) металла, такого как иттрий или неодим, гидрид переходного металла, такого как скандий или титан, или гидрид сплава, такого как сплав циркония с титаном (50%/50%). В одном из вариантов, источником водорода Н является газообразный водород №. Примером такого элемента является [Ni(H2)/LiOH-LiBr/FeOOH].
Настоящее изобретение направлено также на создание энергетической системы, генерирующей тепловую энергию и содержащей: по меньшей мере один контейнер, в котором можно поддерживать по меньшей мере один уровень давления - атмосферное давление, давление, выше атмосферного или давление ниже атмосферного; по меньшей мере один нагреватель, реагенты, составляющие реагенты для получения гидрино: (а) источник катализатора или катализатор, содержащий образующуюся в ходе реакции воду НгО; (Ь) источник атомарного водорода или атомарный водород; (с) реагенты, содержащие гидроксидное соединение и галоидное соединение для образования по меньшей мере одного - источника катализатора, катализатора, источника атомарного водорода и/или атомарного водорода; и один или несколько реагентов для инициирования реакции каталитического преобразования атомарного водорода, где реакция происходит
после по меньшей мере смешивания и/или нагрева реагентов. По меньшей мере одно из указанных соединений - гидроксидное соединение и/или галоидное соединение содержит по меньшей мере один из компонентов - щелочной металл, щелочноземельный металл, переходный металл, внутренний переходный металл (лантаноид или актиноид) и/или редкоземельный металл, и Al, Ga, In, Sn, Pb, Bi, Cd, Cu, Co, Mo, and Ni, Sb, Ge, Au, Ir, Fe, Hg, Mo, Os, Pd, Re, Rh, Ru, Se, Ag, Тс, Те, Tl, Sn, W и Zn. В одном из вариантов, совокупность реагентов дополнительно содержит источник воды НгО, вступающий в реакцию с продуктами реакций в элементе для регенерации реагентов.
Настоящее изобретение направлено на создание электрохимической системы генерации энергии, которая генерирует по меньшей мере одну - электрическую и/или тепловую энергию. Система содержит закрытый от атмосферы контейнер, так что этот контейнер содержит по меньшей мере один катод; по меньшей мере один анод, по меньшей мере одну биполярную пластину и реагенты, составляющие совокупность реагентов для образования гидрино во время работы элемента с раздельными потоком электронов и массопереносом ионов, совокупность реагентов содержит по меньшей мере два компонента, выбранных их группы, куда входят: (а) по меньшей мере один источник воды НгО; (Ь) по меньшей мере источник катализатора и/или катализатор, содержащий по меньшей мере один компонент, выбранный из группы, куда входят пН, ОН, ОН-, образующаяся в ходе реакции вода НгО, H2S или MNH2, где п - целое число и М -щелочной металл; и (с) по меньшей мере источник атомарного водорода и/или атомарный водород, один или несколько реагентов для создания по меньшей мере одного из компонентов - источника катализатора, катализатора, источника атомарного водорода, и/или атомарного водорода; один или несколько реагентов для инициирования реакции каталитического преобразования атомарного водорода; и носитель, где сочетание катода, анода, реагентов и биполярной пластины поддерживает химическую разность потенциалов между каждым катодом и соответствующим анодом, позволяющую распространяться реакции каталитического преобразования атомарного водорода, а система содержит также систему электролиза. В одном из вариантов, система электролиза в составе электрохимической системы генерации энергии время от времени осуществляет электролиз воды НгО для создания источника атомарного водорода или атомарного водорода и разряда элемента, так что имеет место результирующий выигрыш в энергетическом балансе цикла. Совокупность реагентов может содержать по меньшей мере один электролит, выбранный из совокупности, содержащей: по меньшей мере один расплавленный гидроксид; по меньшей мере одну эвтектическую смесь солей; по меньшей мере одну смесь расплавленного гидроксида и по меньшей мере одного другого
соединения; по меньшей мере одну смесь расплавленного гидроксида и соли; по меньшей мере одну смесь расплавленного гидроксида и галоидной соли; по меньшей мере одну смесь гидроксида щелочного металла и галогенида щелочного металла; LiOH-LiBr, LiOH-LiX, NaOH-NaBr, NaOH-Nal, NaOH-NaX и KOH-KX, где X обозначает галоген, по меньшей мере один матричный материал и по меньшей мере одну присадку. Такая электрохимическая система генерации энергии может также содержать нагреватель. Температура элемента в электрохимической системе генерации энергии должна быть выше точки плавления электролита и может быть в пределах по меньшей мере одного диапазона, выбранного из совокупности примерно от 0°С до 1500°С выше точки плавления, примерно от 0°С до 1000°С выше точки плавления, примерно от 0°С до 500°С выше точки плавления, примерно от 0°С до примерно 250°С выше точки плавления, и примерно от 0°С до 100°С выше точки плавления. В некоторых вариантах, матричный материал в электрохимической системе генерации энергии содержит по меньшей мере один из материалов - оксианионное соединение, алюминат, вольфрамат, цирконат, титанат, сульфат, фосфат, карбонат, нитрит, хромат и манганат, оксиды, нитриды, бориды, халькогениды, силициды, фосфиды и карбиды, металлы, оксиды металлов, неметаллы и оксиды неметаллов; оксиды щелочных, щелочноземельных, переходных, внутренних переходных и редкоземельных металлов, и Al, Ga, In, Sn, Pb, S, Те, Se, N, P, As, Sb, Bi, C, Si, Ge и В, и другие химические элементы, образующие оксиды и один оксианион и дополнительно; по меньшей мере один оксид, такой как оксид щелочного, щелочноземельного, переходного, внутреннего переходного (лантаноида или актиноида) и/или редкоземельного металла, и Al, Ga, In, Sn, Pb, S, Те, Se, N, P, As, Sb, Bi, C, Si, Ge, и В, и другие элементы для образования оксидов, и один оксианион и дополнительно содержит меньшей мере один катион из группы щелочного, щелочноземельного, переходного, внутреннего переходного (лантаноида или актиноида) и/или редкоземельного металла, катионы Al, Ga, In, Sn и Pb; LiA102, MgO, Li2Ti03 или SrTi03; оксид анодного материала и соединение из состава электролита; по меньшей мере один катион и оксид электролита; оксид электролита МОН (М = щелочной металл); оксид электролита, содержащий химический элемент, металл, сплав или смесь из группы Мо, Ti, Zr, Si, Al, Ni, Fe, Та, V, В, Nb, Se, Те, W, Cr, Mn, Hf, Co и M\ где M' обозначает щелочноземельный металл; M0O2, Ti02, Zr02, Si02, AI2O3, NiO, FeO or РегОз, ТаОг, Ta2Os, VO, VO2, V2O3, V2O5, B2O3, NbO, Nb02, Nb205, Se02, Se03, ТеОг, ТеОз, WO2, W03, Сгз04, СггОз, Cr02, СгОз, МпО, Мпз04, Mn203, Мп02, Мп207, НГО2, СоО, Со203, Со304 и MgO; оксид катодного материала и в качестве опции оксид электролита; Li2Mo03 или Li2Mo04, Li2Ti03, Li2Zr03, Li2Si03, LiA102, LiNi02, LiFe02, LiTa03, LiV03, Li2B407,
Li2Nb03, U2PO4, Li2Se03, Li2Se04, Li2Te03, Li2Te04, Li2W04, Li2Cr04, Li2Cr207, Li2Mn04, Li2Hf03, LiCo02, и M'O, где M' обозначает щелочноземельный металл, и MgO; оксид химического элемента анода или химического элемента той же группы, и Li2Mo04, МоОг, Li2W04, Li2Cr04 и Li2Cr207 с анодом из молибдена Мо, и присадку, содержащую по меньшей мере одно из веществ S, Li2S, оксиды, МоОг, Ti02, Zr02, Si02, АЬОз, МО, FeO или Fe203, ТаОг, ТагОз, VO, VO2, V2O3, V2O5, Р2О3, Р2О5, В2О3, МЮ, МЮг, МэгОз, Se02, Se03, ТеОг, ТеОз, WO2, WO3, Сгз04, Сг20з, СгОг, СгОз, MgO, Li2Ti03, LiA102,1л2МоОз или Li2Mo04, Li2Zr03, Li2Si03, LiM02, LiFe02, LiTa03, LiV03, Li2B407, ЫгМЮз, Li2Se03, Li2Se04, Li2Te03, Li2Te04, Li2W04, Li2Cr04, Li2Cr207, Li2Mn03, or LiCo02, MnO и Ce02. По меньшей мере одна из следующих реакций может иметь место во время работы электрохимической системы генерации энергии: (а) по меньшей мере атомарный водород Н и/или молекулярный водород Н2 выделяется на разрядном аноде в результате электролиза воды Н20; (Ь) по меньшей мере атомарный кислород О и/или молекулярный кислород 02 выделяется на разрядном катоде в результате электролиза воды Н20; (с) катализатор для преобразования водорода образуется в результате реакции в реакционной смеси; (d) гидрино образуются в процессе разряда для генерации по меньшей мере электрической и/или тепловой энергии; (е) группа ОН- оксидируется и вступает в реакцию с водородом Н для получения образующейся в ходе реакции воды Н20, которая служит катализатором для образования гидрино; (f) группа ОН- оксидируется до ионов кислорода и до атомарного водорода Н; (g) по меньшей мере ионы кислорода, кислород и/или вода Н20 восстанавливаются на разрядном катоде; (h) водород Н и катализатор на основе образующейся в ходе реакции воды Н20 вступают в реакцию для образования гидрино; и (i) гидрино образуются во время разряда для генерации по меньшей мере электрической и/или тепловой энергии. В одном из вариантов электрохимической системы генерации энергии во время разряда элемента происходит по меньшей мере одна реакция оксидирования ОН- и/или реакция восстановления по меньшей мере ионов кислорода, кислорода и или воды Н20 для генерации количества энергии, превосходящего количество энергии, затраченной в фазе электролиза прерывистого цикла. Ток разряда с течением времени может превосходить ток в фазе электролиза прерывистого цикла с течением времени. В одном из вариантов, реакция в анодном полуэлементе может иметь вид
ОН- + 2Н to Н20 + е- + Н(1/4) где реакция первого атома водорода Н с группой ОН- для образования катализатора на основе воды Н20 и электрона е- согласуется с преобразованием второго атома водорода Н в гидрино с использованием воды Н20 в качестве катализатора. В
некоторых вариантах, реакция в анодном полуэлементе во время разряда имеет по меньшей мере одно напряжение или около 1.2 В, термодинамически скорректированное с учетом рабочей температуры относительно напряжения стандартного водородного электрода или напряжение по меньшей мере в одном из диапазонов примерно от 1.5В до 0.75В, от 1.3В до 0.9В и от 1.25В до 1.1В относительно стандартного водородного электрода и температуры 25°С, и реакция в катодном полуэлементе имеет по меньшей мере одно напряжение около 0 В, термодинамически скорректированное с учетом рабочей температуры, или напряжение по меньшей мере в одном из диапазонов примерно от -0.5В до +0.5В, от -0.2В до +0.2В и от -0.1В до +0.1В относительно стандартного водородного электрода и температуры 25°С.
В одном из вариантов электрохимической системы генерации энергии согласно настоящему изобретению, катод содержит МО, анод содержит по меньшей мере один из материалов - никель М, молибден Мо, сплав HAYNES(r) 242(r) и/или углерод, и биметаллическую пару, содержащую по меньшей мере один материал - сплав Hastelloy, никель М, молибден Мо, и водород Н, сплав HAYNES(r) 242(r), иными словами металл, отличный от металла анода. Эта электрохимическая система генерации энергии может содержать по меньшей мере один стек (батарею) элементов, где биполярная пластина содержит биметаллический электрод, разделяющий анод и катод. В одном из вариантов, в элемент поступает вода Н2О, так что давление паров воды Н2О находится по меньшей мере в одном диапазоне, выбранном из группы - примерно от 0.001 мм рт.ст. до 100 атм, примерно от 0.001 мм рт.ст. до 0.1 мм рт.ст., примерно от 0.1 мм рт.ст. до 1 мм рт.ст., примерно 1 мм рт.ст. до 10 мм рт.ст., примерно от 10 мм рт.ст. до 100 мм рт.ст., примерно от 100 мм рт.ст. до 1000 мм рт.ст. и примерно от 1000 мм рт.ст. до 100 атм, а баланс давления для достижения по меньшей мере уровня атмосферного давления обеспечивается за счет подачи инертного газа, содержащего по меньшей мере благородный газ и/или азот N2. В одном из вариантов, электрохимическая система генерации энергии может содержать генератор паров воды для подачи воды НгО в систему. В одном из вариантов, элемент периодически переключают между фазами заряда и разряда, где (i) фаза заряда содержит по меньшей мере электролиз воды на электродах с противоположной полярностью напряжения и (ii) фаза разряда содержит по меньшей мере образование катализатора на основе воды НгО на одном или на обоих электродах; где (i) роли каждого электрода в каждом элементе - катод и анод, меняются местами при переключении между фазами заряда и разряда и обратно, и (ii) полярность тока также инвертируется при переключении между фазами заряда и разряда и обратно, где фаза заряда содержит подачу по меньшей мере тока или напряжения. В некоторых вариантах,
форма по меньшей мере поданного тока или напряжения характеризуется коэффициентом заполнения в пределах от примерно 0.001% до примерно 95%; пиковое напряжение в расчете на один элемент в диапазоне примерно от 0.1 В до 10 В; пиковая удельная мощность от примерно 0.001 Вт/см2 до 1000 Вт/см2, и средняя удельная мощность в диапазоне примерно от 0.0001 Вт/см2 до 100 Вт/см2, где в качестве подаваемого электрического тока и напряжения используют по меньшей мере постоянное напряжение, постоянный ток и по меньшей мере переменные электрический ток и напряжение некоторой формы, где спектр этих переменных тока и напряжения содержит частоты в пределах от примерно 1 Гц до примерно 1000 Гц. Форма прерывистого цикла может содержать по меньшей мере один из компонентов - постоянные по величине электрический ток, мощность, напряжение и сопротивление и изменяющиеся по величине электрический ток, мощность, напряжение и сопротивление, по меньшей мере в фазе электролиза и/или в фазе разряда в этом прерывистом цикле. В некоторых вариантах, совокупность параметров по меньшей мере одной фазы цикла содержит: частоту следования этой фазы по меньшей мере в одном из диапазонов, выбранном из совокупности примерно от 0.001 Гц до 10 МГц, примерно от 0.01 Гц до 100 кГц и примерно от 0.01 Гц до 10 кГц; напряжение на один элемент по меньшей мере в одном из диапазонов, выбранном из совокупности примерно от 0.1 В до 100 В, примерно от 0.3 В до 5 В, примерно от 0.5 В до 2 В и примерно от 0.5 В до 1.5 В; электрический ток на единицу активной площади электрода для образования гидрино по меньшей мере в одном из диапазонов, выбранном из совокупности примерно от 1 мкА см-2 до 10 А см-2, примерно от 0.1 мА см-2 до 5 А см-2 и примерно от 1 мА см-2 до 1 A cm-2; удельная мощность на единицу активной площади электрода для образования гидрино по меньшей мере в одном из диапазонов, выбранном из совокупности примерно от 1 мкВт см-2 до 10 Вт см-2, примерно от 0.1 мВт см-2 до 5 Вт см-2 и примерно от 1 мВт см-2 до 1 В см-2; постоянный по величине электрический ток на единицу активной площади электрода для образования гидрино в диапазоне примерно от 1 мкА см-2 до 1 А см-2; постоянная по величине мощность на единицу активной площади электрода для образования гидрино в диапазоне примерно от 1 мВт см-2 до 1 Вт см-2; временной интервал по меньшей мере в одном из диапазонов, выбранном из совокупности примерно от Ю-4 с до 10,000 с, от Ю-3 с до 1000 с, от Ю-2 с до 100 с и от Ю-1 с до 10 с; сопротивление на один элемент по меньшей мере в одном из диапазонов, выбранном из совокупности примерно от 1 мОм до 100 МОм, примерно от 1 Ом до 1 МОм и от 10 Ом до 1 кОм; электрическая проводимость подходящей нагрузки на единицу активной площади электрода для образования гидрино по меньшей мере в одном из диапазонов, выбранном из совокупности примерно от Ю-5
Ом-1 см-2 до 1000 Ом-1 см-2, Ю-4 Ом-1 см-2 до 100 Ом-1 см-2, Ю-3 Ом-1 см-2 до 10 Ом-1 см-2, и Ю-2 Ом-1 см-2 до 1 Ом-1 см-2, и при этом по меньшей мере одна из характеристик фазы разряда - электрический ток, напряжение, мощность или временной интервал больше соответствующей характеристики фазы электролиза, чтобы получить выигрыш по меньшей мере по мощности или по энергии в цикле. Напряжение во время разряда можно поддерживать выше уровня, предотвращающего чрезмерную коррозию анода.
В одном из вариантов электрохимической системы генерации энергии реакция образования катализатора соответствует уравнению 02 + 5Н+ + 5е" -> 2Н20 + Н(1/р);
реакция противоположного полуэлемента соответствует уравнению у Н2 -> 2Н+ + 2е"; и
общая реакция соответствует уравнению 3/2Н2 + 1/202 -> НгО + Н(1/р).
По меньшей мере один из следующих продуктов реакции может быть образован из водорода во время работы электрохимической системы генерации энергии: (а) водород с пиком комбинационного (рамановского) рассеяния при целочисленном кратном 0.23 -0.25 см"1 плюс сдвиг матрицы в диапазоне 0 см"1 - 2000 см"1; (Ь) водород с инфракрасным пиком при целочисленном кратном 0.23 см"1 - 0.25 см"1 плюс сдвиг матрицы в диапазоне 0 см"1 - 2000 см"1; (с) водород с пиком рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии в диапазоне от 475 эВ до 525 эВ или 257 эВ, 509 эВ, 506 эВ, 305 эВ, 490 эВ, 400 эВ или 468 эВ, плюс сдвиг матрицы в диапазоне 0 эВ - 10 эВ; (d) водород, вызывающий сдвиг матрицы в область более сильных полей по данным ЯМР (MAS NMR); (е) водород, имеющий сдвиг в область более сильных полей по данным ЯМР (MAS NMR) или жидкостный сдвиг ЯМР (NMR) больше -5 ррт относительно данных TMS; (f) водород по меньшей мере с двумя спектральными пиками излучения при возбуждении электронным лучом в диапазоне от 200 нм до 300 нм, имеющий разделение при целочисленном кратном 0.23 см"1 - 0.3 см"1 плюс сдвиг матрицы в диапазоне 0 см"1 - 5000 см"1; и (g) водород по меньшей мере с двумя спектральными пиками ультрафиолетового излучения люминесценции в диапазоне от 200 нм до 300 нм, имеющий разделение при целочисленном кратном 0.23 см"1 - 0.3 см"1 плюс сдвиг матрицы в диапазоне 0 см"1 - 5000 см"1.
Настоящее изобретение далее направлено на электрохимическую систему генерации энергии, содержащую водородный анод, имеющий проницаемый для водорода электрод; электролит на основе расплавленной соли, содержащий гидроксид; и катод по меньшей мере с кислородом Ог и/или водой НгО. В некоторых вариантах, температуру
элемента для поддержания по меньшей мере одного из состояний - расплавленного состояния электролита и/или проницаемого для водорода состояния мембраны, выбирают по меньшей мере в одном из диапазонов - примерно 25°С - 2000°С, примерно 100°С -1000°С, примерно 200°С - 750°С или примерно 250°С - 500°С, превышение температуры элемента над точкой плавления электролита выбирают по меньшей мере в одном из диапазонов - примерно на 0°С - 1500°С выше точки плавления, примерно на 0°С - 1000°С выше точки плавления, примерно на 0°С - 500°С выше точки плавления, примерно на 0°С
- 250°С выше точки плавления, и примерно на 0°С - 100°С выше точки плавления; толщину мембраны выбирают по меньшей мере в одном из диапазонов примерно от 0.0001 см до 0.25 см, от 0.001 см до 0.1 см и от 0.005 см до 0.05 см; давление водорода поддерживают по меньшей мере в одном из диапазонов, выбранном из группы примерно от 1 мм рт.ст. до 500 атм, от 10 мм рт.ст. до 100 атм и от 100 мм рт.ст. до 5 атм; темп просачивания водорода находится по меньшей мере в одном из диапазонов, выбранном из группы примерно от 1 X 10"13 моль с"1 см"2 до 1 X 10"4 моль с"1 см"2, от 1 X 10-12 моль с"1 см"2 до 1 X 10-5 моль с"1 см"2, от 1 X 10-11 моль с"1 см"2 до 1 X 10"6 моль с"1 см"2, от 1 X 10"10 моль с"1 см"2 до 1 X 10"7 моль с"1 см"2 и от 1 X 10"9 моль с"1 см"2 до 1 X 10"8 моль с"1 см"2. В одном из вариантов, электрохимическая система генерации энергии имеет водородный анод, содержащий электрод для распыления водорода; электролит на основе расплавленной соли, содержащий гидроксид, и катод по меньшей мере с кислородом О2 и/или водой Н2О. В некоторых вариантах, температуру элемента для поддержания расплавленного состояния электролита выбирают по меньшей мере в одном из диапазонов
- примерно на 0°С - 1500°С выше точки плавления, примерно на 0°С - 1000°С выше точки плавления, примерно на 0°С - 500°С выше точки плавления, примерно на 0°С -250°С выше точки плавления, и примерно на 0°С - 100°С выше точки плавления; поток водорода на единицу геометрической площади электрода для просачивания или распыления водорода Нг находится по меньшей мере в одном из диапазонов, выбранном из группы примерно от 1 X 10"13 моль с"1 см"2 до 1 X 10'4 моль с"1 см"2, от 1 X 10"12 моль с"1 см"2 до 1 X 10"5 моль с"1 см"2, от 1 X 10"11 моль с"1 см"2 до 1 X 10"6 моль с"1 см"2, от 1 X 10"10 моль с"1 см"2 до 1 X 10"7 моль с"1 см"2 и от 1 X 10"9 моль с"1 см"2 до 1 X 10"8 моль с"1 см"2; скорость реакции на контрэлектроде совпадает или превышает скорость реакции на электроде, где происходит реакция водорода; скорость реакции восстановления по меньшей мере воды НгО и/или кислорода О2 достаточна для поддержания скорости реакции атомарного водорода Н или молекулярного водорода Нг, а контрэлектрод имеет площадь поверхности и материал, достаточные для поддержания скорости реакции.
Настоящее изобретение далее направлено на создания энергетической системы,
генерирующей тепловую энергию и содержащей: по меньшей мере один контейнер, в котором можно поддерживать по меньшей мере один уровень давления - атмосферное давление, давление выше атмосферного или давление ниже атмосферного; по меньшей мере один нагреватель, реагенты, составляющие реагенты для получения гидрино: (а) источник катализатора или катализатор, содержащий образующуюся в ходе реакции воду НЮ; (Ь) источник атомарного водорода или атомарный водород; (с) реагенты для образования по меньшей мере одного - источника катализатора, катализатора, источника атомарного водорода и/или атомарного водорода; и один или несколько реагентов для инициирования реакции каталитического преобразования атомарного водорода, где реакция происходит после по меньшей мере смешивания и/или нагрева реагентов. В некоторых вариантах, реакция в энергетической системе для образования по меньшей мере одного - источника катализатора, катализатора, источника атомарного водорода и/или атомарного водорода содержит по меньшей мере одну реакцию, выбранную из совокупности реакции дегидратации; реакции горения; реакции кислоты или основания Льюиса и кислоты или основания Брэнстеда-Лаури; реакции оксида с основанием; реакции кислотного ангидрида с основанием; реакции кислоты с основанием; реакции основания с активным металлом; окислительно-восстановительной реакции; реакции разложения; обменной реакции и обменной реакции галогенида, кислорода О, серы S, селена Se, теллура Те, аммиака NH3 с соединением, имеющим по меньшей мере одну группу ОН; реакции восстановления водорода из соединения, содержащего кислород О, а источник водорода Н представляет собой по меньшей мере водород Н, образующийся в ходе реакции, и/или водород, образующийся в результате взаимодействия гидрида или газообразного источника с соединением, способствующим диссоциации.
VI. Химический реактор
Настоящее изобретение направлено также на создание других реакторов для получения водородных химических частиц с увеличенной энергией связи и соединений, предлагаемых настоящим изобретением, таких как молекулы дигидрино и соединения гидрида гидрино. Другими продуктами каталитических реакций являются энергия и, в качестве опции, плазма и свет в зависимости от типа элемента. Такой реактор в дальнейшем будет называться "водородный реактор" или "водородный элемент". Водородный реактор содержит элемент для производства гидрино. Такой элемент для производства гидрино может иметь форму химического реактора или газового топливного элемента, такого как газоразрядный элемент, элемент с плазменным факелом или микроволновый топливный элемент, или электрохимического элемента. Примеры
различных вариантов элемента для производства гидрино могут иметь форму жидкостного топливного элемента, топливного элемента на твердотельном топливе, топливного элемента на гетерогенном топливе, СШТ-элемента и SF-CIHT-элемента (твердотопливного СШТ-элемента). Каждый из этих элементов содержит: (i) источник атомарного водорода; (ii) по меньшей мере один катализатор, выбранный из совокупности, куда входят твердый катализатор, расплавленный катализатор, жидкий катализатор, газообразный катализатор или смесь таких катализаторов для получения гидрино; и (ш) контейнер для проведения реакции водорода с катализатором для образования гидрино. Как используется здесь и как соответствует настоящему изобретению, термин "водород", если не указано иное, включает не только протий (1Н ), но также и дейтерий (2Н) и тритий (3Н). Среди примеров химических реакционных смесей и реакторов можно указать SF-CIHT-элемент, СШТ-элемент или термический элемент согласно настоящему изобретению. В этом разделе "Химические реакторы" приведены и другие примеры вариантов изобретения. Примеры реакционных смесей, имеющих воду Н2О в качестве катализатора, образующегося в ходе реакции, приведены в настоящем описании. Другие катализаторы, такие как приведенные в Табл. 1 и 3, могут служить для образования водородных химических частиц с увеличенной энергией связи и соединений. Примером катализатора М-Н-типа, приведенного в Табл. ЗА. является гидрид натрия NaH. Характер реакций и их условия можно корректировать относительно этих примеров, регулируя такие параметры как реагенты, концентрация реагентов (в процентах), давление водорода Н2 и температура реакции. Подходящие реагенты, условия и диапазоны параметров приведены в настоящем описании. Показано, что гидрино и молекулярные гидрино являются продуктами реакторов согласно настоящему изобретению, на основе предсказанных полос излучения континуума с энергиями, равными целому числу порций 13.6 эВ, необъяснимых другими причинами чрезвычайно высоких кинетических энергий атомов водорода Н, измеренных по доплеровскому расширению спектральных линий излучения водорода Н, инверсии спектральных линий излучения водорода Н, образованию плазмы без присутствия полей пробоя и аномальной продолжительности послесвечения плазмы, как это сообщается в предшествующих публикациях Миллза. Данные, относящиеся к СШТ-элементу и твердым топливам, были проверены независимо от нас другими исследователями в других лабораториях. Образование гидрино в элементах согласно настоящему изобретению было также подтверждено генерацией на выходе такого элемента электрической энергии, вырабатываемой непрерывно в течение продолжительного времени и превосходящей входную электрическую энергию в несколько раз, в большинстве случаев выходная
мощность превышает входную более чем в 10 раз, без каких-либо альтернативных источников. Предсказанное молекулярное гидрино №(1/4) было идентифицировано в качестве продуктов СШТ-элементов и твердых топлив посредством ЯМР (MAS Н NMR), показавшим предсказанный сдвиг пика матрицы в область сильных полей на величину примерно -4.4 ррт, методом времяпролетной масс-спектрометрии вторичных ионов (ToF-SIMS) и методом ToFMS с ионизацией электрораспылением (ESI-ToFMS), которые показали комплексы гидрино Ш(1/4) с геттерной матрицей в виде пиков m/e = М + п2, где М - масса исходного иона и п - целое число, методами эмиссионной спектроскопии с электроннолучевым возбуждением и фотолюминесцентной спектроскопии, которые показали предсказанные вращательные и колебательные спектры гидрино Ш(1/4), так что энергия этих спектров в 16 раз (или в число раз, равное квадрату квантового числа р = 4) превосходит энергию водорода Ш, результатами спектроскопии комбинационного (рамановского) рассеяния и инфракрасной FTIR-спектроскопии, которые показали, что энергия вращения гидрино Ш(1/4) для 1950 см"1 в 16 раз (или в число раз, равное квадрату квантового числа р = 4) превосходит энергию водорода Ш, результатами рентгеновской (XPS) спектроскопии, показавшими предсказанную полную энергию связи Ш(1/4), равную 500 эВ, и пиком спектроскопии ToF-SIMS с временем прихода прежде пика для т/е=1, соответствующего атому водорода Н с кинетической энергией около 204 эВ, что согласуется с предсказанным высвобождением энергии при преобразовании водорода Н в гидрино Н(1/4), где эта энергия переходит к третьему атому водорода Н, как об этом сообщает Миллз в предыдущих публикациях, а также сообщается в статьях "Электрохимический элемент для индуцированного катализатором образования гидрино (СШТ)" (R. Mills X Yu, Y. Lu, G Chu, J. He, J. Lotoski, "Catalyst Induced Hydrino Transition (СШТ) Electrochemical Cell", International Journal of Energy Research, (2013)) и "Электрохимический элемент с большой удельной мощностью для индуцированного катализатором образования гидрино (СШТ)" (R. Mills, J. Lotoski, J. Kong, G Chu, J. He, J. Trevey, "High-Power-Density Catalyst Induced Hydrino Transition (CIHT) Electrochemical Cell" (2014)), которые включены сюда посредством ссылки во всей своей полноте.
Используя проточный калориметр и дифференциальный сканирующий калориметр (differential scanning calorimeter (DSC)) типа Setaram DSC 131, было подтверждено образование гидрино в элементах согласно настоящему изобретению, таких как элементы, использующие твердое топливо для генерации тепловой энергии, этим подтверждением явилось наблюдение выхода тепловой энергий от гидрино-образующих твердотопливных элементов, превышающего максимальную теоретическую величину энергии в 60 раз. Способ ЯМР (MAS Н NMR) показал предсказанный сдвиг пика матрицы в область
сильных полей на величину примерно -4.4 ррт. Рамановский пик, начиная от 1950 см"1 согласован с вращательной энергией в свободном пространстве для Н2(1/4) (0.2414 эВ). Эти результаты сообщаются в предыдущих публикациях Миллза и в статье "Виды твердого топлива, образующие катализатор НОН" (R. Mills, J. Lotoski, W. Good, J. He, "Solid Fuels that Form HOH Catalyst", (2014)), содержание которой включено сюда посредством ссылки во всей своей полноте.
В одном из вариантов, в ходе реакций с твердым топливом образуются вода Н2О и водород Н в качестве конечных или промежуточных продуктов реакции. Вода НгО может служить катализатором для образования гидрино. Совокупность реагентов содержит по меньшей мере один окислитель и один восстановитель, а реакция содержит по меньшей мере окислительно-восстановительную реакцию. Восстановитель может содержать металл, такой как щелочной металл. Реакционная смесь может дополнительно содержать источник водорода и источник НгО, и может в качестве опции содержать носитель, такой как углерод, карбид, борид, нитрид, карбонитрил, такой как TiCN, или нитрил. Носитель может содержать металлический порошок. В одном из вариантов, носитель водорода содержит молибден Мо или сплав молибдена, как указано в настоящем описании, например, MoPt, MoNi, MoCu или МоСо. В одном из вариантов, для предотвращения оксидирования носителя выбирают другие компоненты реакционной смеси, которые не оксидируют носитель, выбирают неоксидирующие температуру и условия реакции и поддерживают восстановительную атмосферу, такую как атмосфера водорода Нг, как это известно специалистам в рассматриваемой области. Источник водорода Н может быть выбран из группы, содержащей гидриды щелочных, щелочноземельных, переходных, внутренних переходных (лантаноидов и актиноидов) и редкоземельных металлов и гидриды, рассматриваемые в настоящем описании. Источник водорода может содержать газообразный водород, к которому может быть добавлен диссоциатор, такой как указан в настоящем описании, например, благородный металл на носителе, таком как углерод или оксид алюминия или какой-либо другой носитель согласно настоящему изобретению. Источник воды может содержать соединение, способное дегидратироваться, например, гидроксид или комплексное соединение гидроксида, такое как соответствующие соединения Al, Zn, Sn, Cr, Sb и Pb. Источник воды может содержать источник водорода и источник кислорода. Источник кислорода может представлять собой соединение, содержащее кислород. Примерами таких соединений или молекул являются кислород Ог, оксид, пероксид или супероксид щелочного или щелочноземельного металла, ТеОг, Se02, РО2, Р2О5, SO2, SO3, M2SO4, MHSO4, СО2, M2S2O8, MMn04, М2МП2О4, МхНуР04 (х, у = целые числа), РОВгг, МС104, MNO3, NO, N2O, NO2, N2O3, CI2O7 и Ог (М = катион
щелочного, щелочноземельного или какого-либо другого подходящего металла М). К другим примерам реагентов относятся реагенты, выбранные из следующей группы, Li, LiH, LiNCb, LiNO, LiNCh, Li3N, Li2NH, LiNH2, LiX, NH3, LiBH4, LiAlH4, Li3AlH6, LiOH, Li2S, LiHS, LiFeSi, Li2C03, LiHC03, Li2S04, LiHS04, Li3P04, Li2HP04, LiH2P04, Li2Mo04, LiNb03, Li2B407 (тетраборат лития), LiB02, Li2W04, LiAlCU, LiGaCU, Li2Cr04, Li2Cr207, Li2Ti03, LiZr03, LiA102, LiCo02, LiGa02, Li2Ge03, LiMn204, Li4Si04, Li2Si03, LiTa03, LiCuCU, LiPdCU, LiV03, LiI03, LiBr03, LiX03 (X = F, Br, CI, I), LiFe02, LiI04, LiBr04, LiI04, LiX04 (X = F, Br, CI, I), LiScOn, LiTiOn, LiVOn, LiCrOn, LiCr2On, LiMmOn, LiFeOn, LiCoOn, LiNiOn, LiNi2On, LiCuOn и LiZnOn, где n=l, 2,3 или 4, оксианион, оксианион сильной кислоты, окислитель, молекулярный окислитель, такой как V203, L2O5, МпОг, Re207, Cr03, Ru02, AgO, PdO, Pd02, PtO, Pt02 и NH4X, где X - нитрат или другой подходящий анион, указанный в CRC, и восстановитель. Вместо лития Li может быть использован другой щелочной металл или другой катион. Дополнительные источники кислорода могут быть выбраны из следующей группы МСоОг, MGa02, M2Ge03, ММт04, M4Si04, M2Si03, MTa03, MV03, MI03, MFe02, MI04, MC104, MScOn, MTiOn, MVOn, MCrOn, МСггОп, ММпгОп, MFeOn, MCoOn, MNiOn, MNi2On, MCuOn и MZnOn, где M обозначает щелочной металл и n=l, 2, 3 или 4, оксианион, оксианион сильной кислоты, окислитель, молекулярный окислитель, такой как Уг03, I2O5, М11О2, Re207, Cr03, R11O2, AgO, PdO, Pd02, PtO, РЮ2, Ь04,12O5,12O9, SO2, S03, CO2, N2O, NO, NO2, N203, N204, N2O5, CI2O, CIO2, Ch03, СЬОб, СЬ07, РОг, Рг03 и Р2О5. Эти реагенты могут присутствовать в любой заданной пропорции, позволяющей получить гидрино. Пример реакционной смеси содержит 0.33 г LiH, 1.7 г LiN03 и смесь 1 г MgH2 и 4 г порошка активированного угля (С). Другой пример реакционной смеси содержит ружейный порох, такой как смесь KN03 (75 масс%), древесного угля из хвойных пород дерева (он может содержать соединение с приблизительной формулой С7Н40) (15 масс%) и серы S (10 масс%); порошок KN03 (70.5 масс%) и древесный уголь из хвойных пород дерева (29.5 масс%), либо эти пропорции могут отличаться в пределах примерно ±1-30 масс%. Источником водорода может быть древесный уголь с приблизительной формулой С7Н40.
В одном из вариантов, реакционная смесь содержит реагенты для образования азота, диоксида углерода и воды НгО, где последняя служит катализатором для преобразования водорода Н, также образующегося в ходе реакции, в гидрино. В одном из вариантов, реакционная смесь содержит источник водорода и источник воды НгО, который может содержать нитрат, сульфат, перхлорат, пероксид, такой как пероксид водорода, перокси-соединение, такое как триацетон-трипероксид (triacetone-triperoxide (ТАТР)) или диацетон-дипероксид (diacteone-diperoxide (DADP)), которые также могут
служить источниками водорода, особенно при добавлении кислорода О2 или другого источника кислорода, такого как нитросоединения, например, нитроцеллюлоза (nitrocellulose (APNC)), кислород или другой соединение, содержащее кислород или соединение оксианиона. В состав реакционной смеси могут входить источник некоего соединения или само соединение, источник функциональной группы или функциональная группа, содержащие по меньшей мере два компонента из группы, куда входят водород, углерод, углеводород и кислород, связанный с азотом. Совокупность реагентов может содержать нитрат, нитрит, нитро-группу и нитрамин. Нитрат может содержать металл, например, нитрат щелочного металла, нитрат аммония или какие-либо другие нитраты, известные специалистам в рассматриваемой области, такие как нитраты щелочных, щелочноземельных, переходных, внутренних переходных (лантаноиды и актиноиды) или редкоземельных металлов или нитраты Al, Ga, In, Sn, или Pb. Нитрогруппа может содержать функциональную группу органического соединения, такого как нитрометан, нитроглицерин, тринитротолуол или другое подобное соединение, известное специалистам в рассматриваемой области. Пример реакционной смеси содержит NH4NO3 и источник углерода, такой как углеводород с длинной молекулярной цепочкой (СпНгп+г), такой как топочный мазут, дизельное топливо, керосин, который может содержать кислород, такой как меласса или сахар, или нитросоединение, такое как нитрометан, или источник углерода, такой как угольная пыль. Источник водорода Н может также содержать NH4, углеводород, такой как мазут, или сахар, где связь водорода Н с углеродом обеспечивает управляемое выделение Н. Выделение водорода Н может происходить в результате свободнорадикальной реакции. Углерод С может вступать в реакцию с кислородом О для выделения водорода Н и образования соединений углерод-кислород, таких как СО, СО2 и формиат. В одном из вариантов, одно соединение может содержать функциональные группы для образования азота, диоксида углерода и воды Н2О. Нитрамин, содержащий также углеводородные функциональные группы, как циклотриметилен-тринитрамин, обычно называемый Циклонит или по кодовому наименованию RDX. Другие примеры соединений, которые могут служить по меньшей мере источником водорода Н и источником воды НгО, служащей катализатором, так что источник кислорода О и источник водорода Н представляют собой по меньшей мере одно из соединений из группы, содержащий нитрат аммония (ammonium нитрат (AN)), черный порох (75% KNO3 + 15% древесный уголь + 10% S), нитрат аммония/мазут (ammonium нитрат/fuel oil (ANFO)) (94.3 % AN + 5.7% мазут), эритритол тетранитрат, тринитротолуол (TNT), аматол (80% TNT + 20% AN), тетритол (70% тетрил + 30% TNT), тетрил (2,4,6-тринитрофенилметилнитрамин (C7H5N5O8)), С-4 (91% RDX), С-3 (на основе
RDX), композиция В (63% RDX + 36% TNT), нитроглицерин, RDX (циклотриметилентринитрамин), Semtex (94.3% PETN + 5.7% RDX), PETN (пентаэритритол тетранитрат), HMX или октоген (октагидро-1,3,5,7-тетранитро-1,3,5,7-тетразоцин), HNIW (CL-20) (2,4,6,8,10,12-гексанитро-2,4,6,8,10,12-гексаазаизовуртзитан), DDF, (4,4'-динитро-3,3'-диазенофуроксан), гептанитрокубан, актанитрокубан, 2,4,6-трис(тиринитрометил)-1,3,5-триазин, TATNB (1,3,5-тринитробензол, ,3,5-триазидо-2,4,6-тринитробензол), тринитроаналин, TNP (2,4,6-тринитрофенол или пикриновая кислота), дуннит (пикрат аммония), метил пикрат, этил пикрат, пикрат хлорид (2-хлор-1,3,5-тринитробензол), тринитрокрезол, стифнат свинца (свинец 2,4,6-тринитроресорцинат, СбТРлГзОвРЬ), ТАТВ (триаминотринитробензол), метил нитрат, нитрогликоль, маннитол гексанитрат, этилендинитрамин, нитрогуанидин, тетранитрогликольурил, нитроцеллюлоза, нитрат мочевины и гексаметилен трипероксид диамин (hexamethylene triperoxide diamine (HMTD)). Между содержанием водорода, углерода, кислорода и азота могут иметь место любые нужные пропорции. В одном из вариантов реакционной смеси нитрата аммония (ammonium нитрат (AN)) и мазута (fuel oil (FO)), известной как нитрат аммония/мазут (ANFO), подходящая стехиометрическая пропорция для достижения примерно сбалансированной реакции составляет примерно 94.3 масс% AN и 5.7 масс% FO, но мазут FO может быть в избытке. Примером сбалансированной реакции AN и нитрометана является
ЗМШОз + 2CH3NO2 -> 4N2 + 2СОг + 9Н20 (80) где часть водорода Н преобразуется также в водородные химические частицы с более низкими энергиями, такие как Нг(1/р) и Н"(1/р), например, при р = 4. В одном из вариантов, молярные пропорции водорода, азота и кислорода аналогичны соединению RDX, имеющему формулу СзНбМОб.
В одном из вариантов, энергетические характеристики усиливаются за счет использования дополнительного источника атомарного водорода, такого как газообразный водород № или гидрид, такой как гидриды щелочных, щелочноземельных, переходных, внутренних переходных (лантаноиды и актиноиды) и редкоземельных металлов, и диссоциатора, такого как никель Ni, ниобий Nb или благородный металл на носителе, таком как углерод, карбид, борид или нитрид, либо оксид кремния или оксид алюминия. Реакционная смесь может во время реакции образования воды Н2О, служащей катализатором, и атомарного водорода Н создавать волну сжатию или ударную волну для усиления кинетики с целью формирования гидрино. Эта реакционная смесь может содержать по меньшей мере один реагент для увеличения тепловыделения в ходе реакции образования водорода Н и воды Н2О, служащей катализатором. Реакционная смесь может
содержать источник кислорода, такой как воздух, который может быть диспергирован между гранулами или небольшими кусочками твердого топлива. Например, кусочки материала AN могут содержать около 20% воздуха. Реакционная смесь может далее содержать сенсибилизатор, такой как наполненные воздухом стеклянные бусины. В одном из примеров вариантов добавляют порошковый металл, такой как алюминий А1, для увеличения тепловыделения и усиления интенсивности (кинетики) реакции. Например, порошок металлического алюминия А1 может быть добавлен к материалу ANFO. Другие реакционные смеси содержат пиротехнические материалы, имеющие также источник водорода Н и источник катализатора, такого как вода Н2О. В одном из вариантов, образование гидрино отличается высокой энергией активации, которая может быть получена в результате "энергетической" реакции, такой как с участием энергетических или пиротехнических материалов, где образование гидрино вносит вклад в саморазогрев реакционной смеси. В качестве альтернативы энергия активации может быть получена в результате электрохимической реакции, так что СШТ-элемент имеет высокую эквивалентную температуру, соответствующую 11,600 К/эВ.
Другой пример реакционной смеси содержит газообразный водород Н2, давление которого может быть в диапазоне примерно от 0.01 атм до 100 атм, нитрат, такой как нитрат щелочного металла, например, KNO3, и диссоциатор водорода , такой как Pt/C, Pd/C, Pt/АЬОз или Pd/АЬОз. Смесь может далее содержать углерод, такой как графит или материал Grade GTA Grafoil (компания Union Carbide). Компоненты реакционной смеси могут находиться в любых заданных пропорций, например, примерно 1 - 10% Pt или Pd на углеродном носителе в количестве 0.1 - 10 масс% в смеси с нитратом в количестве примерно 50 масс%, и остальное - углерод; хотя в различных примерах эти пропорции могут быть изменены с коэффициентом 5-10, например. В случае, когда в качестве носителя используется углерод, температуру поддерживают ниже той, при которой возможна реакция углерода С с образованием такого соединения, как карбонат, например, карбонат щелочного металла. В одном из вариантов, температуру поддерживают в таком диапазоне, например, как примерно 50°С-300°С или примерно 100°С-250°С, так что образование аммиака NH3 превалирует над образованием молекулярного азота N2.
Реагенты и реакции регенерации и системы могут содержать реагенты, реакции и системы, рассматриваемые в настоящем описании или в моих прошлых заявках, таких как заявки на выдачу патента США "Реактор для каталитического преобразования водорода" (Hydrogen Catalyst Reactor), PCT/US08/61455, подана РСТ 4/24/2008; "Гетерогенный реактор для каталитического преобразования водорода" (Heterogeneous Hydrogen Catalyst Reactor), PCT/US09/052072, подана РСТ 7/29/2009; "Гетерогенная энергетическая система
с каталитическим преобразованием водорода" (Heterogeneous Hydrogen Catalyst Power System), PCT/US10/27828, РСТ подана 3/18/2010; "Электрохимическая энергетическая система с каталитическим преобразованием водорода" (Electrochemical Hydrogen Catalyst Power System), PCT/US 11/28889, подана РСТ 3/17/2011; "Электрохимическая энергетическая система с каталитическим преобразованием водорода на основе воды" (H20-Based Electrochemical Hydrogen-Catalyst Power System), PCT/US 12/31369 подана 3/30/2012, и "Энергетическая система с каталитическим преобразованием водорода" (СШТ Power System), PCT/US 13/04193 8 подана 5/21/13 ("Прежние публикации Миллза (Mills Prior Applications)"), которые включены сюда посредством ссылки во всей своей полноте.
В одном из вариантов, реакция может происходить с участием оксида азота, такого как N2O, NO2 или NO, вместо нитрата. В качестве альтернативы в реакционную смесь может быть добавлен указанный газ. Оксиды NO, NO2 и N2O и нитраты щелочных металлов можно генерировать известными промышленными способами, такими как процесс Хабера (Haber process), за которым следует процесс Оствальда (Ostwald process). В одном из вариантов пример последовательности этапов представляет собой:
^ ~^г^Шъ -^b^NO, N20, N02. (81)
process process
В частности, процесс Хабера может быть использован для генерации аммиака NH3 из азота N2 и водорода Нг при повышенных температуре и давлении с применением катализатора, такого как оксид, содержащий а -железо. Процесс Оствальда может быть использован для оксидирования аммиака до NO, NO2 и N2O на катализаторе, таком как горячий платиновый или платинородиевый катализатор. В одном из вариантов, продуктами реакции являются по меньшей мере аммиак и/или щелочное соединение. Оксид NO2 может быть получен из аммиака NH3 посредством оксидирования. Оксид NO2 может быть растворен в воде для образования азотной кислоты, которая вступает в реакции со щелочным соединением, таким как М2О, МОН, М2СО3 или МНСОз для образования нитрата металла М, где М - щелочной металл.
В одном из вариантов, по меньшей мере одна из реакций - реакция источника кислорода, такого как MNO3 (М = щелочной металл), для образования катализатора на основе воды Н2О, (ii) образование атомарного водорода Н из источника, такого как водород Нг, и (ш) реакция для образования гидрино, происходящая с применением или на поверхности обычного катализатора, такого как благородный металл, например, платина Pt, который может быть нагрет. Нагретый катализатор может содержать горячую нить накала. Эта нить может представлять собой горячую нить из платины Pt. Источник
кислорода, такой как MNCb, может быть по меньшей мере частично газообразным. Газообразным состоянием и давлением паров можно управлять, нагревая MNCb, например, KNO3. Источник кислорода, такой как MNO3, может быть помещен в открытую лодочку, нагреваемую для выделения газообразного соединения MNO3. Нагрев может осуществляться посредством нагревателя, такого как горячая нить накала. В одном из примеров материал MNO3 помещен в кварцевую лодочку, вокруг которой намотана платиновая Pt нить в качестве нагревателя. Давление паров MNO3 можно поддерживать в диапазоне примерно от 0.1 мм рт.ст. до 1000 мм рт.ст. или примерно от 1 мм рт.ст. до 100 мм рт.ст. Источник водорода может представлять собой газообразный водород, поддерживаемый под давлением в одном из диапазонов примерно от 1 мм рт.ст. до 100 атм, примерно от 10 мм рт.ст. до 10 атм или примерно от 100 мм рт.ст. до 1 атм. Нить накала служит также для диссоциации газообразного водорода, который может поступать в элемент по линии подачи газа. Элемент может также содержать вакуумную линию. В результате реакции в элементе образуются вода Н2О в качестве катализатора и атомарный водород Н, вступающие в реакцию с образованием гидрино. Реакцию можно проводить в контейнере, где можно поддерживать по меньшей мере вакуум, окружающее давление или давление выше атмосферного. Продукты реакции, такие как NH3 и МОН, могут быть удалены из элемента и регенерированы. В одном из примеров вариантов, MNO3 реагирует с источником водорода для образования воды Н2О, служащей катализатором, и аммиака NH3, который затем регенерируют в отдельном реакционном контейнере или на отдельном этапе посредством оксидирования. В одном из вариантов, источник водорода, такой как газообразный водород Нг, генерируют из воды посредством по меньшей мере электролиза или термическим способом. Примерами таких термических способов являются цикл оксида железа, цикл оксид церия(ГУ)-оксид церия(Ш), цикл цинк-оксид цинка, цикл сера-йод, цикл медь-хлор и гибридный серный цикл, а также другие циклы, известные специалистам в рассматриваемой области. Ниже приведены примеры реакций в элементе для образования катализатора на основе воды НгО, который далее вступает в
реакцию с водородом Н для образования гидрино
Ш3 + 9/2Н2^К + NH3 + ЗН20 . (82)
Ш3 + 5Н2 ^КН + NH3 + ЗН20 . (83)
Ш3 + 4Я2 -> КОН + NH3 + 2Н20. (84)
Ш3 +С + 2Н2 -" КОН + NH3 + С02. (85)
2KN03 +С + ЗН2 -"K2C03 +l/2N2+ ЗН20 . (86)
Пример реакции регенерации для образования оксида азота приведен в Уравнении
(81). Продукты, такие как К, КН, КОН и К2СО3 могут вступать в реакции с азотной кислотой, образованной посредством добавления оксида азота в воду с образованием KNO2 илиг KNO3. Другие подходящие примеры реакций для образования по меньшей мере катализатора на основе воды НгО и водорода Нг, приведены в Табл. 5, 6 и 7.
Таблица 6. Термически обратимые реакционные циклы для воды НЮ, служащей катализатором, и водорода №. ["Производство возобновляемого водорода с использованием солнечной и тепловой энергии" (С. Perkins and A.W. Weimer, Solar-Thermal Production of Renewable Hydrogen, AIChE Journal, 55 (2), (2009), pp. 286-293.)]
Цикл
Этапы реакций
Высокотемпературные циклы Zn/ZnO zno l6"°c > z?7+-a
FeO/Fe304
Zn + Н20 400 °с > ZnO + Н2
Fe 0, 2000-2300 °с > 3Fg0 + l0
3Fe <9 + Я2 <9 400 °с > Fe3 <94 + Я2
Карбонат кадмия
CdO
1450-1500 °С
О/ + Hf> + СОг 350 °с > CdC03 + Н2
CdCO,
500 "С
*C02+CdO
Гибридный кадмий
cdo > а/+-а
Натрий с марганцем
> Cd(OH)2+H2
r"J , пгг л 25 °С, electrochemical
Cd + 2H20 ;
Cd(OH)2 315 °c > O/O + НгО
Mn203 14"°°c > 2M?0+^02
2Ми <9 + INaOH 627 °c > 2NaMn02 + Я2 2NaMn02 + Я2 <9 25 °c > MH,0, + 2NaOH
'2^3
М-феррит (М = Со, Ni, Zn)
Геъ_МР,-5 + ёН20
1000-1200 °C
Низкотемпературные циклы Сера-йод
850 °С
> да2+я2о+^о2
/2 + SOi + 2Я2 <9 100 °с > 2Я/ + H2SO, 2HI 300 °с > /2+Я2
Гибридная сера
Гибридный хлорид меди
> S02+H20 + -02
77 °С, electrochemical
850 °С
S02 + 2Я2 <9 " ^",ем > я2^04 + Я2 Си,0С7, 550 °с > 2Q/C7 +-0,
425 СС
> Н2+2СиС1
2Си + 2НС1 -4CuCJ 25 °с, efeCfr0Cfem,ca/ > 2См + 2CuCL
2СиС12+Н20
325 °С
> Си2ОС12 + 2НС1
Таблица 7. Термически обратимые реакционные циклы для воды НЮ, служащей катализатором, и водорода №. ["Скрининг
термохимических циклов с расщеплением воды, потенциально привлекательных для производства водорода с использованием концентрации
солнечной энергии" (S. Abanades, P. Charvin, G. Flamant, P. Neveu, Screening of Water-Splitting Thermochemical Cycles Potentially Attractive for
Hydrogen Production by Concentrated Solar Energy, Energy, 31, (2006), pp. 2805-2822.)]
№ ID Наименование цикла Список Число Максимальная Реакции
элементов химических температура этапов (°С)
ZnO/Zn
2000
ZnO -" Zn + l/202 Zn + H20 -" ZnO + H2
(2000°C) (1100°C)
Fe304/FeO
2200
Fe304^.3FeO+ l/202 3FeO + H20 ^-Fe304 + H2
(2200°C) (400°C)
194
In203/In20
2200
ln203 -" ln20 + 02
In20 + 2H20 -" ln203 + 2H2
(2200°C) (800°C)
194
Sn02/Sn
2650
Sn02 -" Sn + 02
Sn + 2H20^-Sn02 + 2H2
(2650°C) (600°C)
MnO/MnS04
Mn, S
1100
MnS04 -^-MnO + S02 + I/2O2 MnO + H20 + S02 -^.MnS04 + H2
(1100°C) (250°C)
FeO/FeS04
Fe, S
1100
FeS04 ^-FeO + S02 + l/202 FeO + H20 + S02 -^FeS04 + H2
(1100°C) (250°C)
CoO/CoS04
Co, S
1100
CoS04 -> CoO + S02 + I/2O2 CoO + H20 + S02 -" CoS04 + H2
(1100°C) (200°C)
200
Fe304/FeCl2
Fe, CI
1500
Fe304 + 6HC1 -> 3FeCl2 + 3H20 + l/202 3FeCl2 + 4H20 -^-Fe304 + 6HC1 + H2
(1500°C) (700°C)
FeS04 Julich
Fe, S
1800
3FeO(s) + H20 ^-Fe304(s) + H2
Fe304(s) + FeS04 -" 3Fe203(s) + 3S02(g) + l/202
(200°C) (800°C)
85 FeS04 Fe, S 3 2300
109 C7IGT Fe, S 3 1000
21 Shell Process Cu, S 3 1750
87 CuS04 Cu, S 3 1500
110 LASL BaS04 Ba, Mo, S 3 1300
4 Mark 9 Fe, CI 3 900
16 Euratoml972 Fe, CI 3 1000
20 Cr, CI Julich Cr, CI 3 1600
27 Mark 8 Mn, CI 3 1000
3Fe203(s) + 3 S02 -" 3FeS04 + 3FeO(s) (1800°C
3FeO(s) + H20 -> Fe304(s) + H2 (200°C
Fe304(s) + 3S03(g) -> 3FeS04 + l/202 (300°C
FeS04 ^-FeO + S03 (2300°C
Fe203(s) + 2S02(g) + H20 -^-2FeS04(s) + H2 (125°C
2FeS04(s) ^-Fe203(s) + S02(g) + S03(g) (700°C
so3(g) -> so2(g) + i/202(g) (iooo°c;
6Cu(s) + 3H20 3Cu20(s) + 3H2 (500°C
Cu20(s) + 2S02 + З/2О2 2CuS04 (300°C
2Cu20(s)+2CuS04 ^.6Cu+2S02+302 (1750°C
Cu20(s)+H20(g) Cu(s)+Cu(OH)2 (1500°C
Cu(OH)2+so2(g)^CuS04+H2 (ioo°c;
CuS04 + Cu(s) Cu20(s) + S02 + I/2O2 (1500°C
S02 + H20 + BaMo04 -^BaS03 + Mo03 + H20 (300°C
BaS03 + H20 BaS04 + H2
BaS04(s) + Mo03(s) ^-BaMo04(s) + S02(g) + l/202 (1300°C
3FeCl2 + 4H20 -> Fe304 + 6HC1 + H2 (680°C
Fe304 + 3/2СЬ + 6HC1 3FeCl3 + 3H20 + l/202 (900°C
3FeCl3 3FeCl2 + 3/2Cl2 (420°C
H20 + Cl2 2HC1 + I/2O2 (1000°C
2HC1 + 2FeCl2 2FeCl3 + H2 (600°C
2FeCl3 2FeCl2 + Cl2 (3 50°C
2CrCl2(s, Tf = 815 °C) + 2HC1 ^-2CrCi3(s) + H2 (200°C
2CrCl3 (s, Tf = 1150 °C) -> 2CrCl2(s) + Cl2 (1600°C
H20 + Cl2 -> 2HC1 + I/2O2 (1000°C
6MnCl2(l) + 8H20 2Mn304 + 12HC1 + 2H2 (700°C
37 Та Funk Та, CI 3 2200
78 Mark 3 Euratom JRC V, CI 3 1000
Ispra (Italy)
144 Bi, CI Bi, CI 3 1700
146 Fe, CI Julich Fe, CI 3 1800
147 Fe, CI Cologne Fe, CI 3 1800
25 Mark 2 Mn,Na 3 900
28 Li, Mn LASL Mn, Li 3 1000
199 MnPSI Mn,Na 3 1500
3Mn304(s) + 12HC1^6MnCl2(s) + 3Mn02(s)+6H20
(100°C
3Mn02(s) -^-Mn304(s) + 02
(1000°C
H20 + Cl2 2HC1 + l/202
(1000°C
2TaCl2 + 2HC1 -> 2TaCl3 + H2
(100°C
2TaCl3^.2TaCl2+Cl2
(2200°C
Cl2(g) + H20(g) -> 2HCl(g) + l/202(g)
(1000°C
2VOCl2(s) + 2HCl(g) -> 2VOCl3(g) + H2(g)
(170°C
2VOCl3(g) -> Cl2(g) + 2VOCl2(s)
(200°C
H20 + Cl2 -> 2HC1 + I/2O2
(1000°C
2BiCl2 + 2HC1 -> 2BiCl3 + H2
(300°C
2BiCl3(Tf = 233 °C,Teb = 441 °C) -^-2BiCl2 + Cl2
(1700°C
3Fe(s) + 4H20 -^-Fe304(s) + 4H2
(700°C
Fe304 + 6HC1 -^3FeCl2(g) + 3H20 + l/202
(1800°C
3FeCl2+3H2 3Fe(s)+6HCl
(1300°C
3/2FeO(s) + 3/2Fe(s) + 2.5H20 -^-Fe304(s) + 2.5H2
(1000°C
Fe304 + 6HC1 -> 3FeCl2(g) + 3H20 + l/202
(1800°C
3FeCl2 + H20 + 3/2H2 ^-3/2FeO(s) + 3/2Fe(s) + 6HC1
(700°C
Mn203(s)+4NaOH ^-2Na20 • Mn02 + H20 + H2
(900°C
2Na20 • Mn02 + 2H20 -> 4NaOH + 2Mn02(s)
(100°C
2Mn02(s) -^-Mn203(s) + I/2O2
(600°C
6LiOH + 2Mn304 3Li20 • Mn203 + 2H20 + H2
(700°C
3Li20 • Mn203 + 3H20 -" 6LiOH + 3Mn203
(80°C
3Mn203 -^-2Mn304 + I/2O2
(1000°C
2MnO + 2NaOH -" 2NaMn02 + H2
(800°C
2NaMn02 + H20 -^-Mn203 + 2NaOH
(100°C
Mn203(l) ^-2MnO(s) + I/2O2
(1500°C
178 Fe, M ORNL Fe, 3 1300
(M = Li,K, Na)
33 SnSouriau Sn 3 1700
177 Co ORNL Co,Ba 3 1000
183 Ce, TiORNL Ce, Ti, Na 3 1300
269 Ce, C1GA Ce, CI 3 1000
2Fe304 + 6MOH -" 3MFe02 + 2H20 + H2 (500°C)
3MFe02 + 3H20 ^-6MOH + 3Fe203 (100°C)
3Fe203(s) -^-2Fe304(s) + l/202 (1300°C)
Sn(l) + 2H20 -> Sn02 + 2H2 (400°C)
2Sn02(s)^-2SnO + 02 (1700°C)
2SnO(s) -> Sn02 + Sn(l) (700°C)
CoO(s)+xBa(OH)2(s) ->
BaxCoOJ,(s)+(y-x-l)H2+(l+2x-> -) H20 (850°C)
BaxCoO,(s)+xH20 -^-xBa(OH)2(s)+CoO(y-x)(s) (100°C)
CoO(y-x)(s) -> CoO(s) + (y-x-l)/202 (1000°C)
2Ce02(s) + 3Ti02(s) -> Ce203 • 3Ti02 + l/202 (800-1300°C)
Ce203 • 3Ti02 + 6NaOH -" 2Ce02 + 3Na2Ti03 + 2H20 + H2 (800°C)
Ce02 + 3NaTi03 + 3H20 -> Ce02(s) + 3Ti02(s) + 6NaOH (150°C)
H20 + Cl2 -> 2HC1 + l/202 (1000°C)
2Ce02 + 8HC1 -> 2CeCl3 + 4H20 + Cl2 (250°C)
2CeCl3 + 4H20 -> 2Ce02 + 6HC1 + H2 (800°C)
Совокупность реагентов для образования катализатора на основе воды НЮ может содержать источник кислорода О, такого как химические частицы кислорода О, и источник водорода. Источник химических частиц кислорода О может содержать по меньшей мере одно - кислород О2, воздух и соединение или смесь соединений, содержащих кислород О. Соединение, содержащее кислород, может иметь в составе окислитель. Это соединение, содержащее кислород, может иметь в составе по меньшей мере одно - оксид, оксигидроксид, гидроксид, пероксид и/или супероксид. Подходящими примерами оксидов металлов являются оксиды щелочных металлов, такие как 1лгО, Na20 и КЮ, оксиды щелочноземельных металлов, такие как MgO, CaO, SrO и ВаО, оксиды переходных металлов, такие как NiO, М2О3, FeO, РегОз и СоО, и оксиды внутренних переходных (лантаноиды и актиноиды) и редкоземельных металлов, а также другие металлы и металлоиды, такие как Al, Ga, In, Si, Ge, Sn, Pb, As, Sb, Bi, Se и Те, и смеси этих и других химических элементов, содержащие кислород. Оксиды могут содержать оксидный анион, такой как описаны в настоящем изобретении, например, анион оксида металла, и катион, такой как катион щелочного, щелочноземельного, переходного, внутреннего переходного или редкоземельного металла, или другие металлы и металлоиды, такие как Al, Ga, In, Si, Ge, Sn, Pb, As, Sb, Bi, Se и Те, например, ММ'2хОзх+1 или ММ'2x04 (М = щелочноземельный металл, М' = переходный металл, такой как железо Fe или никель Ni или марганец Mn, х = целое число) и МгМ'2хОзх+1 или МгМ'2х04 (М = щелочной металл, М' = переходный металл, такой как железо Fe или никель Ni или марганец, х = целое число). К подходящим примерам оксигидроксида металла относятся АЮ(ОН), ScO(OH), YO(OH), VO(OH), CrO(OH), MnO(OH) (a-MnO(OH) граутит и y-MnO(OH) манганит), FeO(OH), CoO(OH), NiO(OH), RhO(OH), GaO(OH), InO(OH), Nii/2Coi/20(OH) и М1/зСо1/зМщ/зО(ОН). К подходящим примерам гидроксидов относятся гидроксиды щелочных, щелочноземельных, переходных, внутренних переходных (лантаноиды и актиноиды) и редкоземельных металлов, а также других металлов и металлоидов, таких как Al, Ga, In, Si, Ge, Sn, Pb, As, Sb, Bi, Se и Те и их смесей. Подходящими гидроксидами комплексных ионов являются Li2Zn(OH> 4, Na2Zn(OH> 4, Li2Sn(OH)4, Na2Sn(OH)4, Li2Pb(OH)4, Na2Pb(OH)4, LiSb(OH)4, NaSb(OH)4, LiAl(OH)4, NaAl(OH)4, LiCr(OH)4, NaCr(OH)4, Li2Sn(OH)6 и Na2Sn(OH)6. К другим примерам подходящих гидроксидов относятся по меньшей мере один из группы Со(ОН)г, Zn(OH> 2, №(ОН)г, другие гидроксиды переходных металлов, Cd(OH)2, Sn(OH> 2 и Pb(OH). К подходящим примерам пероксидов относятся Н2О2, пероксиды органических соединений и металлов, таких как М2О2, где М - щелочной металл, такой как L12O2, Na202, К2О2, другие ионные пероксиды, такие как пероксиды щелочноземельных металлов, например,
пероксиды Са, Sr или Ba, пероксиды других электроположительных металлов, такие как пероксиды лантаноидов, и пероксиды ковалентных металлов, такие как пероксиды Zn, Cd и Hg. Подходящими примерами супероксидов являются супероксиды металлов МО2, где М обозначает щелочной металл, такие как NaCh, КО2, RbCh и CsCh, и суперноксиды щелочноземельных металлов. В одном из вариантов, твердое топливо содержит пероксид щелочного металла и источник водорода, такой как гидрид, углеводород или материал для хранения водорода, такой как BH3NH3. Реакционная смесь может содержать гидроксид, такой как гидроксиды щелочных, щелочноземельных, переходных, внутренних переходных (лантаноиды и актиноиды) и редкоземельных металлов, и Al, Ga, In, Sn, Pb и другие элементы, образующие гидроксиды, и источник кислорода, такой как соединение, содержащее по меньшей мере один оксианион, такое как карбонат, например, содержащий щелочной металл, щелочноземельный металл, переходный металл, внутренний переходный металл или редкоземельный металл, и Al, Ga, In, Sn, Pb, и другие согласно настоящему изобретению. Другие подходящие соединения, содержащие кислород, представляют собой по меньшей мере одно оксианионное соединение из группы алюминатов, вольфраматов, цирконатов, титанатов, сульфатов, фосфатов, карбонатов, нитратов, хроматов, дихроматов и манганатов, оксидов, оксигидроксидов, пероксидов, супероксидов, силикатов, титанатов, вольфраматов и других соединений согласно настоящему изобретению. Пример реакции гидроксида и карбоната описан уравнением
Са(ОН)2 + U2CO3 -> СаО + Н2О + Li20 + СО2 (87) В других вариантах, источник кислорода является газообразным или легко образует газ, такой как NO2, NO, N2O, СО2, Р2О3, Р2О5 и SO2. Восстановленный оксидный продукт образования воды НгО, служащей катализатором, такой как С, N, NH3, Р или S, может быть преобразован назад в оксид посредством сжигания этого продукта в смеси с кислородом или с источником кислорода, как это описано в предыдущих заявках Миллза. Элемент может вырабатывать избыток тепла, которое может быть использовано для нагрева или отопления, либо это тепло может быть преобразовано в электроэнергию с использованием, например, системы Ранкина (Rankine) или системы Брайтона (Brayton). В качестве альтернативы, элемент может быть использован для синтеза водородных химических частиц с уменьшенными энергиями, таких как молекулярные гидрино и ионы гидридов гидрино, а также соответствующих соединений.
В одном из вариантов, реакционная смесь для образования гидрино с целью по меньшей мере производства водородных химических частиц с уменьшенными энергиями и соответствующих соединений и выработки энергий содержит источник атомарного
водорода и источник катализатора, имеющего в составе по меньшей мере водород Н и/или кислород О, такого как катализаторы согласно настоящему описанию, например, катализатора на основе воды НЮ. Реакционная смесь может также содержать кислоту, такую как H2SO3, H2SO4, Н2СО3, HNO2, НЖ)з, НС104, НзРОз и НзР04, или источник кислоты, такой как кислотный ангидрид или безводная кислота. Последнее может содержать по меньшей мере одну из групп SO2, SO3, СО2, NO2, N2O3, N2O5, CI2O7, РОг, Р2О3 и Р2О5. Реакционная смесь может содержать по меньшей мере основание и/или ангидрид основания, такой как М2О (М = щелочной металл), М'О (М' = щелочноземельный метал), ZnO или другой оксид переходного металла, CdO, СоО, SnO, AgO, HgO или АЬОз. Другие примеры ангидридов содержат металлы, стабильные в воде НгО, такие как Cu, Ni, Pb, Sb, Bi, Co, Cd, Ge, Au, Ir, Fe, Hg, Mo, Os, Pd, Re, Rh, Ru, Se, Ag, Тс, Те, Tl, Sn, W, Al, V, Zr, Ti, Mn, Zn, Cr и In. Ангидрид может представлять собой оксид щелочного или щелочноземельного металла, а гидратированное соединение может содержать гидроксид. Реакционная смесь может содержать оксигидроксид, такой как FeOOH, NiOOH или СоООН. Реакционная смесь может содержать по меньшей мере источник воды и/или воду НгО. Вода НгО может быть образована обратимо посредством реакции гидратации и дегидратации в присутствии атомарного водорода. Примеры реакций для образования воды НгО в качестве катализатора приведены ниже
Mg(OH)2 -> MgO + Н2О (88)
2LiOH -> Li20 + Н2О (89)
Н2СО3 -> СО2 + Н2О (90)
2FeOOH -> Fe203 + H2O (91)
В одном из вариантов, катализатор на основе воды НгО образуется в результате дегидратации по меньшей мере одного соединения, содержащего фосфат, такой как соли фосфата, кислый фосфат и/или первичный кислый фосфат, и катионы, такие как катионы металлов - щелочных, щелочноземельных, переходных, внутренних переходных (лантаноиды и актиноиды) и редкоземельных металлов, и других металлов и металлоидов, таких как Al, Ga, In, Si, Ge, Sn, Pb, As, Sb, Bi, Se и Те, и их смеси для образования конденсированного фосфата, такого как по меньшей мере один из полифосфатов,
например, [P"03n+lf"+2^ , метафосфаты с длинной молекулярной цепочкой, такие как [(Р03)п]п~, циклические метафосфаты, такие как [(.РО,) ]"~ с п> 3, и ультрафосфаты, такие как РЮю. Примеры этих реакций приведены ниже
(n-2)NaH2P04 + 2Na2HP04 J^U Nan+2Pn03n+i (полифосфат) + (n-l)H20 (92) nNaH2P04 J^L, (NaP03)n (метафосфат) + nH20 (93)
здесь heat - тепло
В состав реагентов для реакции дегидратации может входить R-Ni, который может содержать по меньшей мере одно из соединений А1(ОН)з и/или АЬОз. Совокупность реагентов может далее содержать металл М, такой как металл в настоящем описании, например, щелочной металл, гидрид металла МН, гидроксид металла, такой как применяются в настоящем описании, например, гидроксид щелочного металла, и источник водорода, такой как водород Нг, равно как собственный водород. Примеры этих реакций приведены ниже
2А1(ОН)з + -> АЬОз + ЗН20 (94) АЬОз + 2NaOH -> 2NaA102 + Н2О (95) ЗМН + А1(ОН)з + -> МзА1 + ЗНгО (96) MoCu + 2МОН + 40г -> М2М0О4 + CuO + Н2О (М = Li, Na, К, Rb, Cs) (97) Продукты реакции могут содержать сплав. Компонент R-Ni может быть регенерирован посредством регидратации. Реакционная смесь и реакция дегидратации для образования воды НгО, служащей катализатором, может содержать и использовать оксигидроксид, такой как указано в настоящем описании согласно следующему примеру реакции:
ЗСо(ОН)2 -> 2СоООН + Со + 2Н20 (98) Атомарный водород может быть получен из газообразного водорода Нг посредством диссоциации. Диссоциатор водорода может быть таким, как указано в настоящем описании, таким как R-Ni или благородный металл или переходный металл на носителе, таком как Ni или Pt или Pd на углероде или АЬОз. В качестве альтернативы, атомарный водород Н может быть получен в результате просачивания водорода Н сквозь мембрану, как в настоящем описании. В одном из вариантов, элемент содержит мембрану, такую как керамическая мембрана, допускающая избирательную диффузию водорода Нг сквозь эту мембрану, по предотвращающая диффузию воды. В одном из вариантов, по меньшей мере молекулярный водород Нг и/или атомарный водород Н поступают в элемент в результате электролиза электролита, содержащего источник водорода, такого как водный или расплавленный электролит, содержащий воду НгО. В одном из вариантов, катализатор на основе воды НгО образуется обратимо в результате дегидратации кислоты или основании до ангидридной формы. В одном из вариантов, реакция образования катализатора на основе воды НгО и гидрино распространяется путем изменения по меньшей мере одного из параметров - рН элемента или активности, температуры и давления, где давление можно изменять путем изменения температуры. Активность химических частиц, таких как кислота, основание или ангидрид может быть изменена
путем добавления соли, как это известно специалистам в рассматриваемой области. В одном из вариантов, реакционная смесь может содержать материал, такой как углерод, который может поглощать или быть источником газа, такого как водород Нг или газообразный кислотный ангидрид, для реакции образования гидрино. Реагенты могут присутствовать в любой нужной концентрации и пропорциях. Реакционная смесь может быть расплавлена или содержать водную суспензию.
В другом варианте, источником катализатора на основе воды НгО является реакция между кислотой и основанием, такая как реакция между по меньшей мере одной из кислот - галогенводородной кислотой, серной, азотной и/или азотистой кислотой, и основанием. Другими подходящими кислотными реагентами являются водные растворы H2SO4, НС1, НХ (Х-галоген), Н3РО4, НС104, HNO3, HNO, HNO2, H2S, Н2СО3, Н2М0О4, НМЮз, Н2В4О7 (М тетраборат), НВО2, H2WO4, Н2СЮ4, Н2СГ2О7, Н2ТЮ3, ШгОз, МАЮг, НМп204, НЮз, HIO4, HCIO4, или органические кислоты, такие как муравьиная или уксусная кислота. Примерами подходящих оснований являются гидроксид, оксигидроксид или оксид, содержащие щелочной, щелочноземельный, переходный, внутренний переходный (лантаноиды и актиноиды) или редкоземельный металл, или Al, Ga, In, Sn или Pb.
В одном из вариантов, совокупность реагентов может содержать кислоту или основание, вступающее в реакцию с основным или кислотным ангидридом, соответственно, для образования катализатора на основе воды НгО и соединения катиона основания с анионом кислотного ангидрида или катиона основного ангидрида и аниона кислоты, соответственно. Пример реакции кислотного ангидрида Si02 с основанием NaOH:
4NaOH + Si02 -> Na4Si04 + 2H20 (99) где реакция дегидратации соответствующей кислоты имеет вид H4Si04 -> 2Н20 + Si02 (100) Другие подходящие примеры ангидридов могут содержать химический элемент, металл, сплав или смесь, такие как Мо, Ti, Zr, Si, Al, Ni, Fe, Та, V, В, Nb, Se, Те, W, Cr, Mn, Hf, Co и Mg. Соответствующий оксид может представлять собой по меньшей мере один из оксидов М0О2, ТЮг, Zr02, Si02, АЬОз, МО, МгОз, FeO, Fe203, ТаОг, ТагОз, VO, VO2, V2O3, V2O5, В2О3, NbO, Nb02, Nb205, Se02, Se03, ТеОг, ТеОз, W02, WO3, Сгз04, Сг20з, СгОг, СгОз, MnO, Мпз04, МщОз, Mn02, МщОт, НЮ2, СогОз, CoO, Соз04, C02O3 и/или MgO. В одном из примеров вариантов, основание содержит гидроксид, такой как гидроксид щелочного металла, например, МОН (М = щелочной металл), такой как LiOH, который может образовывать основной оксид, такой как МгО, например, LbO, и воду Н20. Основной оксид может вступать в реакцию с безводным оксидом для получения
оксидного продукта. В одном из примеров реакции LiOH с безводным оксидом с выделением воды Н2О, соединение оксидного продукта может представлять собой Li2Mo03 или Li2Mo04, Li2Ti03, Li2Zr03, Li2Si03, LiA102, LiNi02, LiFe02, LiTa03, LiV03, Li2B407, Li2Nb03, Li2Se03, Li3P04, Li2Se04, Li2Te03, Li2Te04, Li2W04, Li2Cr04, Li2Cr207, Li2Mn04, Li2Hf03, LiCo02 или MgO. Другим примером подходящих оксидов является по меньшей мере один оксид из группы As203, As2Os, Sb203, Sb204, Sb2Os, Bi203, S02, S03, C02, N02, N203, N205, Cl207, P02, P203 и P2Os, или другие подходящие оксиды, известные специалистам в рассматриваемой области. Другие примеры даны Уравнением (91). Подходящие реакции с участием оксидов металлов приведены ниже
2LiOH + МО -> Li2Ni02 + Н20 (101)
3LiOH + МО -> LiM02 + Н20 + Li20 + 1/2Н2 (102)
4LiOH + М203 -> 2Li2M02 + 2Н20 + 1/202 (103)
2LiOH + М203 -> 2LiM02 + Н20 (104)
Заменой никелю М могут служить другие переходные металлы, такие как Fe, Cr и Ti, внутренние переходные (лантаноиды и актиноиды) и редкоземельные металлы и другие металлы или металлоиды, такие как Al, Ga, In, Si, Ge, Sn, Pb, As, Sb, Bi, Se и Те, a вместо калия К могут быть использованы другие щелочные металлы, такие как Li, Na, Rb и Cs. В одном из вариантов, оксид может содержать молибден Мо, причем во время реакции для получения воды Н20, эта образующаяся в ходе реакции вода Н20, служащей катализатором, и выделяющийся водород Н могут далее вступать в реакцию с образованием гидрино. Примеры реакций с твердым топливом и возможных окислительно-восстановительных реакций приведены ниже
ЗМо02 + ШОН -> 2П2МоОА +Мо + 2Н20 (105)
2Мо02 + ЛИОН -> 2Li2MoOA +2Н2 (106)
О2' -> ¦ 1 / 202 + 2е~ (107)
2Н20 + 2е~ ^> 20Н~+Н2 (108)
2Н20 + 2е _-> 2Ш_+Я + Я(1/4) (109)
Мо4+ + 4е ^Мо (ПО)
В реакции могут далее участвовать источник водорода, такой как газообразный водород, и диссоциатор, такой как Pd/Al203. Этот водород может представлять собой протий, дейтерий или тритий, либо их сочетание. Реакция для получения воды Н20, служащей катализатором, может содержать реакцию двух гидроксидов для образования воды. Катионы гидроксидов могут находиться в разных состояниях оксидирования, как в реакции гидроксида щелочного металла с гидроксидом переходного или
щелочноземельного металла. Эти реакционная смесь и реакция могут далее содержать и использовать водород Нг из источника в соответствии с примером реакции:
LiOH + 2Со(ОН)г + 1/2Нг -> LiCoOz + ЗН2О + Со (111)
Реакционная смесь и реакция могут далее содержать и использовать металл М, такой как щелочной или щелочноземельный металл, как это показывает пример реакции: М + LiOH + Со(ОН)2 -> LiCo02 + Н2О + МН (112) В одном из вариантов, реакционная смесь содержит оксид металла и гидроксид, который может служить источником водорода Нив качестве опции другой источник водорода Н, где металл, такой как железо Fe, из состава оксида металла может иметь несколько состояний оксидирования, так что он участвует в окислительно-восстановительной реакции в ходе реакции с образованием воды, служащей катализатором для реакции с водородом Н для создания гидрино. Примером является FeO, где Fe2+ может быть оксидирован до Fe3+ в ходе реакции образования катализатора. Пример реакции
FeO + 3LiOH -> Н2О + LiFe02 + Н(1/р) + Li20 (113)
В одном из вариантов, по меньшей мере один реагент, такой как оксид металла, гидроксид или оксигидроксид служит окислителем, где атом металла, такого как Fe, Ni, Мо или Мп, может быть в более высоком состоянии оксидирования, чем другое возможное состояние оксидирования. В ходе реакции образования катализатора и гидрино может происходить восстановление атома по меньшей мере до одного более низкого состояния оксидирования. Ниже приведены примеры реакций оксидов металла, гидроксидов и оксигидроксидов для образования воды НгО в качестве катализатора
2КОН + МО -> К2МО2 + НгО (114)
ЗКОН + МО -> КМОг + НгО + КгО + 1/2Н2 (115)
2КОН + М2О3 -> 2КМ02 + НгО (116)
4КОН + М2О3 -> 2К2МО2 + 2Н20 + I/2O2 (117)
2КОН + М(ОН)2 -> К2МО2 + 2Н20 (118)
2LiOH + МоОз -> L12M0O4 + НгО (119)
ЗКОН + М(ОН)2 -> КМОг + 2Н20 + КгО + 1/2Н2 (120)
2КОН + 2МООН -> К2МО2 + 2Н20 + МО + 1/202 (121)
КОН + МООН -> КМОг + НгО (122)
2NaOH + Fe203 -> 2NaFe02 + НгО (123)
Вместо никеля М или железа Fe могут быть использованы другие переходные металлы, такие как Ni, Fe, Cr и Ti, внутренние переходные (лантаноиды и актиноиды) металлы и редкоземельные металлы, а также другие металлы или металлоиды, такие как
Al, Ga, In, Si, Ge, Sn, Pb, As, Sb, Bi, Se и Те, а вместо калия К или натрия Na могут быть использованы другие щелочные металлы, такие как Li, Na, К, Rb и Cs. В одном из вариантов, реакционная смесь содержит по меньшей мере оксид или гидроксид металлов, стабильных в воде НгО, таких как Cu, Ni, Pb, Sb, Bi, Co, Cd, Ge, Au, Ir, Fe, Hg, Mo, Os, Pd, Re, Rh, Ru, Se, Ag, Тс, Те, Tl, Sn, W, Al, V, Zr, Ti, Mn, Zn, Cr и In. Кроме того, реакционная смесь содержит источник водорода, такой как газообразный водород Нг, и в качестве опции диссоциатор, такой как благородный металл на носителе. В одном из вариантов, твердое топливо или энергетический материал содержит смесь по меньшей мере одного галогенида металла, такого как галогенид переходного металла, например, бромид, такой как FeBn, и металл, образующий оксигидроксид, гидроксид или оксид, и воду НгО. В одном из вариантов, твердое топливо или энергетический материал содержит смесь по меньшей мере одного оксида металла, гидроксида и оксигидроксида, такого как по меньшей мере один оксид переходного металла, например, МгОз и НгО. Пример реакции основного ангидрида МО с кислотой НС1
2НС1 + МО -> НгО + МС1г (124) где реакция дегидратации соответствующего основания имеет вид М(ОН)г -> НгО + МО (125) Совокупность реагентов может содержать по меньшей мере кислоту или основание Льюиса и кислоту или основание Брэнстеда-Лаури. Реакционная смесь и реакция могут далее содержать и использовать соединение, содержащее кислород, где кислота вступает в реакцию с соединением, содержащим кислород, для образования воды, как это происходит в приведенном ниже примере реакции:
2НХ + РОХз -> НгО + РХ5 (126) (X = галоген). Подходят также соединения, аналогичные РОХз, в которых атом фосфора Р заменен атомом серы S. Совокупность других подходящих примеров ангидридов могут содержать оксид химического элемента, металла, сплава или смесь, растворимую в кислоте, такой как гидроксид, оксигидроксид или оксид, содержащий щелочной, щелочноземельный, переходный, внутренний переходный (лантаноиды и актиноиды) или редкоземельный металл, или Al, Ga, In, Sn или Pb, такой как один химический элемент из группы Мо, Ti, Zr, Si, Al, Ni, Fe, Та, V, В, Nb, Se, Те, W, Cr, Mn, Hf, Co и Mg. Соответствующий оксид может содержать МоОг, ТЮг, Zr02, Si02, АЬОз, МО, FeO or Fe203, ТаОг, ТагОз, VO, V02, V2O3, V2O5, В2О3, NbO, МЮг, Nb205, Se02, Se03, ТеОг, ТеОз, WO2, W03, Сгз04, СггОз, СгОг, СгОз, МпО, Мпз04, МпгОз, МпОг, МпгОт, НЮг, СогОз, СоО, С03О4, СогОз и MgO. Другими подходящими примерами оксидов являются оксиды химических элементов и группы Cu, Ni, Pb, Sb, Bi, Со, Cd, Ge, Au, Ir, Fe, Hg, Mo,
Os, Pd, Re, Rh, Ru, Se, Ag, Тс, Те, TI, Sn, W, Al, V, Zr, Ti, Mn, Zn, Cr и In. В одном из примеров вариантов, кислота представляет собой галогеноводородную кислоту, а продуктами реакции являются вода Н2О и галогенид металла из состава оксида. Реакционная смесь дополнительно содержит источник водорода, такой как газообразный водород Нг, и диссоциатор, такой как Pt/C, где водород Н и вода Н2О в качестве катализатора вступают в реакцию с образованием гидрино.
В одном из вариантов, твердое топливо содержит источник водорода Нг, такой как проницаемая мембрана или газообразный водород Нг, и диссоциатор, такой как Pt/C, и источник служащей катализатором воды НгО, представляющий собой оксид или гидроксид, восстанавливаемый до воды НгО. Металл из состава оксида или гидроксида может образовывать гидрид металла, служащий источником водорода Н. Примеры реакций гидроксида и оксида щелочных металлов, таких как LiOH и Li20, приведены ниже
LiOH + Нг -> НгО + LiH (127) L12O + Нг -> LiOH + LiH (128) Реакционная смесь может содержать оксиды или гидроксиды металлов, способных вступать в реакцию восстановления водорода с водой НгО, таких как Cu, Ni, Pb, Sb, Bi, Co, Cd, Ge, Au, Ir, Fe, Hg, Mo, Os, Pd, Re, Rh, Ru, Se, Ag, Тс, Те, TI, Sn, W, Al, V, Zr, Ti, Mn, Zn, Cr и In, и ИСТОЧНИК водорода, такой как газообразный Нг, и диссоциатор, такой как Pt/C.
В другом варианте, реакционная смесь содержит источник водорода Нг, такой как газообразный Нг, диссоциатор, такой как Pt/C, и пероксидное соединение, такое как пероксид водорода НгОг, который разлагается с образованием воды НгО, служащей катализатором, и других продуктов, содержащих кислород, таких как Ог. Некоторая часть этого водорода Нг и продуктов разложения, таких как Ог, могут вступать в реакцию также с образованием катализатора на основе воды НгО.
В одном из вариантов, реакция образования воды НгО, служащей катализатором, содержит реакцию дегидратации органического вещества, такого как спирт, например, многоатомный спирт, такой как сахар, с образованием альдегида и воды НгО. В одном из вариантов, реакция дегидратации содержит выделение воды НгО из конечного спирта для образования альдегида. Конечный спирт может содержать сахар или производную его, выделяющие воду НгО, которая может служить катализатором. К примерам подходящих спиртов относятся мезо-эритритол, галактитол или дульцитол и поливиниловый спирт (polyvinyl alcohol (PVA)). Пример реакционной смеси содержит сахар + диссоциатор водорода, такой как Pd/АЬОз, + водород Нг. В качестве альтернативы, реакция содержит
дегидратацию такой соли металла, которая имеет по меньшей мере одну молекулу гидратационной воды. В одном из вариантов, реакция дегидратации содержит потери воды Н2О, которая затем служит катализатором, из гидратов, таких как аква ионы и гидраты солей, например, Bah 2Н2О и ЕиВгг пН20.
В одном из вариантов, реакция с образованием служащей катализатором воды Н2О содержит восстановление водородом соединения, содержащего кислород, такого как СО, оксианиона, такого как MNO3 (М = щелочной металл), оксида металла, такого как МО, М2О3, БегОз или SnO, гидроксида, такого как Со(ОН)2, оксигидроксидов, таких как FeOOH, СоООН и МООН, и соединений, оксианионов, оксидов, гидроксидов, оксигидроксидов, пероксидов, супероксидов и других подходящих композиций, содержащих кислород, например, как рассматриваемые в настоящем описании соединения, восстанавливаемые водородом до воды НгО. К примерам соединений, содержащих кислород или оксианион, относятся SOCb, МггБгОз, NaMn04, РОВгз, K2S2O8, СО, СО2, NO, NO2, Р2О5, N2O5, N2O, SO2, I2O5, NaC102, NaCIO, K2SO4 и KHS04. Источником водорода для водородного восстановления может быть по меньшей мере газообразный водород Нг и/или гидрид, например, гидрид металла, такой как упомянуты в настоящем описании. Реакционная смесь может далее иметь в составе восстановитель, который может образовывать соединение или ион, содержащий кислород. Катион из состава оксианиона может образовывать производное соединение, содержащее другой анион, такой как галогенид, другой халькогенид, фосфид, другой оксианион, нитрид, силицид, арсенид или другой анион, упоминаемый в настоящем описании. Примеры
реакций приведены ниже
4NaN03(c ) + 5MgH2(c ) -> 5MgO(c ) + 4NaOH(c ) + 3H20(1) + 2N2(g) (129)
Рг05(с) + 6NaH(c) -> 2Na3P04(c) + 3H20(g) (130)
NaC104(c ) + 2MgH2(c ) -> 2MgO(c) + NaCl(c ) + 2H20(1) (131)
KHSO4 + 4H2 -> KHS + 4H20 (132)
K2S04 + 4H2 -> 2KOH + 2H20 + H2S (133)
LiN03 + 4H2 -> LiNH2 + 3H20 (134)
Ge02 + 2H2 -> Ge + 2H20 (135)
C02 + H2 -> С + 2H20 (136)
Pb02 + 2H2 -> 2H20 + Pb (137)
V2Os + 5H2 -> 2V + 5H20 (138)
Co(OH)2 + H2 -> Co + 2H20 (139)
Fe203 + 3H2 -> 2Fe + 3H20 (140)
3Fe203 + H2 -> 2Fe304 + H20 (141)
Fe2C> 3 + H2 -> 2FeO + H20 (142)
МЮз + ЗН2 -> 2Ni + 3H20 (143)
ЗМгОз + Н2 -> 2Мз04 + Н20 (144)
МЮз + Н2 -> 2МО + НЮ (145)
3Fe00H + 1/2Нг -> Fe304 + 2НЮ (146)
3M00H + 1/2Нг -> МзС> 4 + 2Н20 (147)
ЗСоООН + 1/2Нг -> Соз04 + 2Н20 (148)
FeOOH + 1/2Нг -> FeO + Н20 (149)
МООН + 1/2Нг -> МО + НЮ (150)
СоООН + 1/2Нг -> СоО + Н20 (151)
SnO + Н2 -> Sn + НЮ (152)
Реакционная смесь может содержать источник аниона или анион и источник кислорода или кислород, такие как соединение, содержащее кислород, где реакция для образования служащей катализатором воды НЮ, содержит обменную реакцию анион-кислород с использованием в качестве опции водорода Н2 из источника, вступающего в реакцию с кислородом для образования воды НЮ. Примеры реакций приведены ниже
2NaOH + Н2 + S -> Na2S + 2НЮ (153)
2NaOH + Н2 + Те -> Na2Te + 2НЮ (154)
2NaOH + Н2 + Se -> Na2Se + 2НЮ (155)
LiOH + NH3 -> LiNH2 + НЮ (156)
В другом варианте, реакционная смесь поддерживает обменную реакцию между халькогенидами, например, между реагентами, содержащими кислород О и серу S. Пример такого халькогенидного реагента, например, тетраэдрический тетратиомолибдат аммония, содержит анион ([M0S4]2"). Пример реакции получения катализатора в виде образующейся в ходе реакции воды НЮ и в качестве опции образующегося в ходе реакции водорода Н содержит реакцию молибдата [М0О4]2" с сульфидом водорода в присутствии аммония:
[NH4]2[Mo04] + 4H2S -> [NH4]2[MoS4] + 4НЮ (157) В одном из вариантов, реакционная смесь содержит источник водорода, соединение, содержащее кислород, и по меньшей мере один химический элемент, способный образовать сплав по меньшей мере с одним другим химическим элементом в составе реакционной смеси. Реакция образования служащей катализатором воды НЮ может содержать реакцию обмена кислорода из состава соединения, содержащего кислород, и химического элемента, способного образовать сплав с катионом из состава соединения кислорода, где кислород вступает в реакцию с водородом из указанного
источника для образования воды НгО. Примеры реакций приведены ниже
NaOH + 1/2Нг + Pd -> NaPb + НгО (158)
NaOH + 1/2Нг + Bi -> NaBi + НгО (159)
NaOH + 1/2Нг + 2Cd -> Cd2Na + НгО (160)
NaOH + 1/2Нг + 4Ga -> Ga4Na + НгО (161)
NaOH + 1/2Нг + Sn -> NaSn + НгО (162)
NaAlH4 + А1(ОН)з + 5Ni -> NaA102 + NisAl + НгО + 5/2Нг (163)
В одном из вариантов, реакционная смесь имеет в составе соединение, содержащее кислород, такое как оксигидроксид, и восстановитель, такой как металл, образующий оксид. Реакция с образованием воды НгО, служащей катализатором, может содержать реакцию гидроксида с металлом для образования оксида металла и воды НгО. Примеры
реакций приведены ниже
2MnOOH + Sn -> 2MnO + SnO + НгО (164)
4MnOOH + Sn -> 4MnO + Sn02 + 2НгО (165)
2MnOOH + Zn -> 2MnO + ZnO + НгО (166)
В одном из вариантов, в состав реакционной смеси входит соединение, содержащее водород, такое как гидроксид, источник водорода и по меньшей мере одно другое соединение, содержащее другой анион, такой как галоген или другой химический элемент. Реакция для получения служащей катализатором воды НгО может содержать реакцию гидроксида с другим соединением или химическим элементом, где происходит обмен аниона или химического элемента с гидроксидом для образования другого соединения аниона или химического элемента, а также образуется вода в результате реакции гидроксида с водородом Нг. Анион может представлять собой галоген. Примеры реакций приведены ниже
2NaOH + NiCk + Нг -> 2NaCl + 2НгО + Ni (167) 2NaOH + 1г + Нг -> 2NaI+ 2НгО (168) 2NaOH + XeF2 + Нг -> 2NaF+ 2НгО + Хе (169) BiX3 (X=halide) + 4Bi(OH> -> ЗВЮХ + ВЬОз + 6НгО (170) Гидроксид и галоидные соединения могут быть выбраны таким образом, чтобы реакция с образованием воды НгО и другого галоидного соединения была термически обратимой. В одном из вариантов, общая реакция обмена имеет вид
NaOH + 1/2Нг + 1/уМхС1у = NaCl + 6Н2О + х/уМ (171) где примеры соединений МХС1У представляют собой А1С1з, ВеСЪ, HfCl4, KAgCh, МпСЪ, NaAlCU, ScCb, TiCh, TiCb, UCb, UC14, ZrCl4, EuCb, GdCb, MgCh, NdCh и YCh. При повышенной температуре, например в диапазоне примерно от 100 °С до 2000 °С,
реакция согласно Уравнению (171) имеет по меньшей мере энтальпию и/или свободную энергию примерно 0 кДж и является обратимой. Температуру обратимости вычисляют на основе соответствующих термодинамических параметров каждой реакции. Репрезентативный диапазон температур для NaCl-ScCb примерно 800К-900К, для NaCl-TiCk примерно 300К-400К, для NaCl-UCk примерно 600К-800К, для NaCl-UCU примерно 250К-300К, для NaCl-ZrCU примерно 250К-300К, для NaCl-MgCk примерно 900К-1300К, для NaCl-EuCk примерно 900К-1000К, для NaCl-NdCk примерно > 1000К, и для NaCl-YCk примерно > 1000К.
В одном из вариантов, реакционная смесь содержит оксид, такой как оксид металла, например, оксид щелочного, щелочноземельного, переходного, внутреннего переходного (лантаноиды и актиноиды) или редкоземельного металла, либо других металлов и металлоидов, таких как Al, Ga, In, Si, Ge, Sn, Pb, As, Sb, Bi, Se и Те, пероксид, такой как М2О2, где М - щелочной металл, например, ЬЬОг, №гОг и К2О2, и супероксид, такой как МОг, где М - щелочной металл, например, NaCh, КО2, RbCh и CsCh, и супероксиды щелочноземельного металла, и источник водорода. Совокупность ионных пероксидов может далее содержать пероксиды Са, Sr или Ва. Реакция образования воды НгО, служащей катализатором, может содержать восстановление водородом оксида, пероксида или супероксида для образования воды НгО. Примеры реакций приведены ниже
Na20 + 2Н2 -> 2NaH + Н2О (172)
LkCh + Н2-> LkO + Н2О (173) KO2 + З/2Н2 -> КОН + НгО (174) В одном из вариантов, реакционная смесь содержит источник водорода, такой как по меньшей мере водород Нг, гидрид, такой как гидрид по меньшей мере одного -щелочного, щелочноземельного, переходного, внутреннего переходного (лантаноиды и актиноиды) или редкоземельного металла, и гидриды согласно настоящему описанию, и источник водорода или другое соединение, содержащего горючий водород, такой как амид металла, и источник кислорода, такой как О2. Реакция образования воды Н2О, служащей катализатором, может содержать оксидирование водорода Нг, гидрида или соединения водорода, такого как амид металла для получения воды НгО. Примеры
реакций приведены ниже
2NaH + Ог -> Na20 + НгО (175)
Нг + 1/20г-> НгО (176)
L1NH2 + 20г -> L1NO3 + НгО (177)
2LiNH2 + З/2О2 -> 2LiOH + НгО + N2 (178)
В одном из вариантов, реакционная смесь содержит источник водорода и источник кислорода. Реакция образования воды НгО в качестве катализатора может содержать разложение по меньшей мере одного источника водорода и/или источника кислорода для образования НгО. Примеры реакций приведены ниже
NH4NO3 -> N2O + 2НгО (179)
NH4NO3 -> N2 + 1/202 + 2НгО (180)
Н2О2 -> 1/20г + НгО (181)
НгОг + Нг^гНгО (182)
Реакционная смесь, рассмотренная в этом разделе "Химический реактор", дополнительно содержит источник водорода для образования гидрино. Этот источник может представлять собой источник атомарного водорода, такой как диссоциатор водорода и газообразный водород Нг или гидрид металла, такой как диссоциаторы и гидриды металлов согласно настоящему описанию. Источник водорода для получения атомарного водорода может представлять собой соединение, содержащее водород, такое как гидроксид или оксигидроксид. Водород Н, который вступает в реакцию с образованием гидрино, может быть водородом Н, образующимся на месте в результате реакции одного или нескольких реагентов, где по меньшей мере один из реагентов содержит источник водорода, такой как реакция гидроксида и оксида. В этой реакции может также образовываться вода НгО, служащая катализатором. Указанные оксид и гидроксид могут представлять собой одно и то же соединение. Например, оксигидроксид, такой как FeOOH, может дегидратироваться с образованием воды НгО, служащей катализатором, и с образованием также водорода Н для реакции получения гидрино в процессе этой дегидратации:
4FeOOH -> НгО + РегОз + 2FeO + Ог + 2Н(1/4) (183) где образовавшийся в ходе этой реакции водород Н вступает в реакцию образования гидрино. Другими примерами реакций являются реакции гидроксида и оксигидроксида или оксида, такая как NaOH + FeOOH или РегОз, с образованием оксида щелочного металла, например, NaFe02 + НгО, где образовавшийся на месте водород Н может быть преобразован в гидрино с использованием воды НгО в качестве катализатора. Указанные оксид и гидроксид могут представлять собой одно и то же соединение. Например, оксигидроксид, такой как FeOOH, может дегидратироваться для образования служащей катализатором воды НгО, а также выделять во время дегидратации собственный водород Н для преобразования в гидрино:
4FeOOH -> Н2О + Fe203 + 2FeO + О2 + 2Н(1/4) (184) где образовавшейся в ходе реакции водород Н вступает в реакцию преобразования
в гидрино. Другими примерами реакций являются реакции гидроксида и оксигидроксида или оксида, такая как NaOH + FeOOH или РегОз, с образованием оксида щелочного металла, например, NaFe02 + НгО, где образовавшийся на месте водород Н может быть преобразован в гидрино с использованием воды НгО, служащей катализатором. Ион гидроксида подвергается и восстановлению, и окислению с образованием воды НгО и иона оксида. Ион оксида может вступать в реакцию с водой НгО с образованием ОН". Тот же путь может быть получен с использованием реакции обмена гидроксида-галогенида, такой как следующая реакция
2М(ОН)2 + 2М'Х2 -> Н20 + 2МХ2 +2М'0 + \/202 + 2Н(\ 14) (185)
где примерами металлов М и М' являются щелочноземельные и переходные металлы, соответственно, например, Си(ОН)г + FeBn, Си(ОН)г + СиВгг ИЛИ Со(ОН)г + СиВгг. В одном из вариантов, твердое топливо может содержать гидроксид металла и галогенид металла, где по меньшей мере один из этих металлов представляет собой железо Fe. Для регенерации реагентов могут быть добавлены по меньшей мере вода Н2О и/или водород Н2. В одном из вариантов, М и М' могут быть выбраны из группы щелочных, щелочноземельных, переходных, внутренних переходных (лантаноиды и актиноиды) и редкоземельных металлов, Al, Ga, In, Si, Ge, Sn, Pb, элементы Групп 13, 14, 15 и 16 и другие катионы гидроксидов или галогенидов, таких как указаны в настоящем описании. Пример реакции с образованием по меньшей мере одного из компонентов -НОН в качестве катализатора, собственного водорода Н и гидрино приведен ниже
ШОН + 4М'Х^ Н20 + 2М\ О +М20 + 2МХ+Х2 + 2Н(\ 14) (186)
В одном из вариантов, реакционная смесь содержит по меньшей мере один гидроксид и/или галоидное соединение, такое как указанные в настоящем описании. В одном из вариантов, галоидное соединение может служить для того, чтобы способствовать по меньшей мере образованию или поддержанию по меньшей мере образующегося в ходе реакции катализатора НОН и водорода Н. В одном из вариантов, эта смесь может служить для снижения температуры плавления реакционной смеси.
В одном из вариантов, твердое топливо содержит смесь Mg(OH> 2 + СиВгг. Образующийся продукт CuBr может сублимироваться с образованием продукта конденсации CuBr, отделенного от нелетучего MgO. Холодная ловушка может улавливать Вгг. Соединение CuBr может вступать в реакцию с Вг2 с образованием СиВгг, и оксид MgO может вступать в реакцию с НгО для образования Mg(OH> 2. Гидроксид Mg(OH> 2 может вступать в реакцию с СиВгг для образования регенерированного твердого топлива.
Другой подход к воде НгО в качестве катализатора состоит в реакции кислоты с основанием. Таким образом, эта термохимическая реакция аналогична электрохимической
реакции образования гидрино. Примерами смесей галогенидов и гидроксидов являются соответствующие соединения Bi, Cd, Си, Со, Мо и Cd и смеси гидроксидов и галогенидов металлов, слабо реагирующих с водой, из группы Cu, Ni, Pb, Sb, Bi, Co, Cd, Ge, Au, Ir, Fe, Hg, Mo, Os, Pd, Re, Rh, Ru, Se, Ag, Тс, Те, TI, Sn, W и Zn. В одном из вариантов, реакционная смесь содержит далее воду Н2О, которая может служить источником по меньшей мере водорода Н и/или катализатора, такого как образующаяся в ходе реакции вода Н20. Вода может быть в форме гидрата, который разлагается или реагирует иным образом в процессе реакции.
В одном из вариантов, твердое топливо содержит реакционную смесь воды Н2О и неорганического соединения, которая приводит к образованию собственного водорода Н и воды Н20. Неорганическое соединение может содержать галогенид, такой как галогенид металла, который вступает в реакции с водой НгО. Продуктами реакции могут быть по меньшей мере гидроксид, оксигидроксид, оксид, оксигалогенид, гидроксигалогенид и гидрат. Другие продукты реакции могут представлять собой анионы, содержащие кислород и галоген, такие как ХО~, Х02, ХО~ и Х04 (X = галоген). Эти продукты
реакции могут также представлять собой по меньшей мере восстановленный катион и/или газообразный галоген. Галогенид может представлять собой галогенид металла, такого как щелочной, щелочноземельный, переходный, внутренний переходный (лантаноиды и актиноиды) или редкоземельный металл, или Al, Ga, In, Sn, Pb, S, Те, Se, N, P, As, Sb, Bi, C, Si, Ge и В, либо другие химические элементы, образующие галогениды. Такой металл или химический элемент может также быть способным образовать по меньшей мере одно из соединений - гидроксид, оксигидроксид, оксид, оксигалогенид, гидроксигалогенид и/или гидрат, или способным образовать соединение, имеющее анион, содержащий кислород и галоген, такой как ХО~, Х02, ХО~ и ХО~ (X = галоген). Подходящими
примерами металлов и химических элементов являются по меньшей мере один -щелочной, щелочноземельный, переходный, внутренний переходный (лантаноиды и актиноиды) или редкоземельный металл, а также Al, Ga, In, Sn, Pb, S, Те, Se, N, P, As, Sb, Bi, C, Si, Ge и В. Пример реакции приведен ниже
5МХ2 + 7Н20 -> МХОН + М(ОН)2 + МО + М2О3 + 11Н(1/4) + 9/2Х2 (187)
где М - металл, такой как переходный металл, например медь Си и X - галоген, такой как хлор О.
В одном из вариантов, вода НгО служит катализатором, концентрацию которого поддерживают на низком уровне для образования воды Н20 в ходе реакции. В одном из вариантов, низкая концентрация достигается путем дисперсии молекул воды НгО в другом материале, таком как твердый материал, жидкость или газ. Молекулы воды НгО
могут быть разбавлены до уровня, когда образующиеся в ходе реакции молекулы оказываются изолированы. Материал содержит также источник водорода Н. Этот материал может содержать ионное соединение, такое как галогенид щелочного металла, например, галогенид калия, такой как КС1, или галогенид переходного металла, такой как СиВгг. Низкая концентрация для образования собственного водорода Н также может быть достигнута динамически, когда в процессе реакции образуется вода НгО. Образующуюся воду НгО можно удалять со скоростью, связанной со скоростью образования воды, что приводит к поддержанию некоторой стационарной низкой концентрации для получения по меньшей мере образующегося в ходе реакции водорода Н и/или образующегося в ходе реакции НОН. Реакции образования воды НгО могут содержать дегидратацию, горение, реакции кислот с основаниями и другими реакции, упомянутые в настоящем описании. Воду НгО можно удалять посредством испарения и/или конденсации. Примерами реагентов являются FeOOH для образования оксида железа и вода НгО, при этом образуется также водород Н, который вступает в дальнейшую реакцию для образования гидрино. Другие примеры реакционной смеси содержат РегОз + по меньшей мере NaOH и/или Нг, и FeOOH + по меньшей мере NaOH и/или Нг. Такую реакционную смесь можно поддерживать при повышенной температуре, такой как в диапазоне примерно от 100 °С до 600 °С. Образующуюся воду НгО можно удалять путем конденсации пара в холодном "пятне" реактора, таком как линия подачи газа, поддерживаемая при температуре ниже 100 °С. В другом варианте, материал, содержащий воду НгО в качестве включения или части смеси или соединения, например, воду НгО, диспергированную или абсорбированную в решетке, такой как в ионном соединении, например, галогениде щелочного металла, таком как галогенид калия, например, КС1, можно бомбардировать энергичными частицами. Эти частицы могут представлять собой по меньшей мере фотоны, ионы и/или электроны. Эти частицы могут представлять собой пучок, например, электронный луч. Эта бомбардировка может вызывать по меньшей мере образование воды НгО, служащей катализатором, водорода Н, и/или активизацию с образованием гидрино. В некоторых вариантах SF-CIHT-элемента, содержание воды НгО может быть высоким. Воду НгО можно "воспламенить" посредством сильного тока для образования гидрино с высокой скоростью.
Реакционная смесь может содержать носитель, например, электропроводный носитель с большой площадью поверхности. Примерами подходящих носителей являются носители, указанные в настоящем описании, такие как металлический порошок, например, Ni или R-Ni, металлическая сетка, например, никель Ni, celmet (новый материал) с никелем Ni, ячеистая сетка с никелем Ni, углерод, карбиды, такие как TiC и WC, и
бориды. Носитель может содержать диссоциатор, такой как Pd/C или Pd/C. Реагенты могут находиться в какой-либо нужной молярной пропорции. В одном из вариантов, стехиометрические соотношения выбраны так, чтобы способствовать завершению реакции образования воды НгО, служащей катализатором, и образования водорода Н для получения гидрино. Температура реакции может быть в любом нужном диапазоне, например, от окружающей температуры до 1500 °С. Давление также может быть в любом нужном диапазоне, например, примерно от 0.01 мм рт.ст. до 500 атм. Эти реакции могут быть сделаны по меньшей мере регенеративными и/или реверсивными с помощью способов, описываемых здесь и в предыдущих заявках Миллза, таких как "Реактор для каталитического преобразования водорода" (Hydrogen Catalyst Reactor), PCT/US08/61455, подана РСТ 4/24/2008; "Гетерогенный реактор для каталитического преобразования водорода" (Heterogeneous Hydrogen Catalyst Reactor), PCT/US09/052072, подана РСТ 7/29/2009; "Гетерогенная энергетическая система с каталитическим преобразованием водорода" (Heterogeneous Hydrogen Catalyst Power System), PCT/US 10/27828, РСТ подана 3/18/2010; "Электрохимическая энергетическая система с каталитическим преобразованием водорода" (Electrochemical Hydrogen Catalyst Power System), PCT/US 11/28889, подана РСТ 3/17/2011; "Электрохимическая энергетическая система с каталитическим преобразованием водорода на основе воды" (НгО-Based Electrochemical Hydrogen-Catalyst Power System), PCT/US 12/31369 подана 3/30/2012, и "Энергетическая система с каталитическим преобразованием водорода" (СШТ Power System), PCT/US 13/041938 подана 5/21/13, которые включены сюда посредством ссылки во всей своей полноте.
Реакции для образования воды НгО могут быть обратимы путем изменения условий реакции, таких как температура и давление, чтобы позволить протекание обратной реакции, потребляющей воду НгО, как это известно специалистам в рассматриваемой области. Например, давление воды НгО может быть увеличено в обратной реакции, чтобы восстановить реагенты из продуктов реакции посредством регидратации. В других случаях восстановленный водородом продукт реакции может быть регенерирован посредством оксидирования, например, путем реакции по меньшей мере с кислородом и/или водой НгО. В одном из вариантов, продукт обратной реакции может быть удален из реакции, так что обратная реакция или регенерация продолжается. Обратная реакция может стать успешной даже в ситуации, когда она не может быть успешной на основе термодинамического равновесия. Для того чтобы сделать обратную реакцию успешной нужно удалить по меньшей мере один продукт обратной реакции. В одном из примеров вариантов, регенерированный реагент (продукт обратной реакции или
регенерации) содержит гидроксид, такой как гидроксид щелочного металла. Гидроксид может быть удален такими способами как сольватация или сублимация. В последнем случае гидроксид щелочного металла сублимируется в неизменном виде при температуре примерно от 350 °С до 400 °С. Эти реакции можно проводить в энергетических установках согласно прежним заявкам Миллза. Тепловая энергия от элемента, генерирующего энергию, может служить для нагрева по меньшей мере одного другого элемента, где проходит регенерация, как было описано выше. В качестве альтернативы, равновесие реакции образования воды НгО, служащей катализатором, и обратной реакции регенерации может быть сдвинуто путем изменения температуры водяной стенки проекта системы, где присутствует градиент температуры из-за воздействия хладагента на выбранную область элемента, как описано выше.
В одном из вариантов, возможна реакция обмена между галогенидом и оксидом. Продукты реакции обмена могут быть отделены один от другого. Реакция обмена может быть осуществлена путем нагрева смеси продуктов. Разделение продуктов может быть осуществлено посредством сублимации, проходящей под воздействием по меньшей мере нагрева или вакуума. В одном из примеров вариантов, СаВгг и СиО могут участвовать в реакции обмена при нагревании до высокой температуры, например, в диапазоне примерно от 700 °С до 900 °С для образования СиВгг и СаО. Может быть также использован какой-либо другой подходящий температурный диапазон, например, примерно от 100 °С до 2000 °С. Бромид СиВгг может быть отделен и собран посредством сублимации, что может быть осуществлено с применением нагрева и пониженного давления. Материал СиВгг может образовать отдельную полосу. Оксид СаО может вступать в реакцию с водой НгО для образования Са(ОН)г.
В одном из вариантов, твердое топливо или энергетический материал содержит источник синглетного кислорода. Ниже приведен пример реакции для генерации синглетного кислорода
NaOCl + Н2О2 -> Ог + NaCl + НгО (188)
В другом варианте, твердое топливо или энергетический материал содержит источник реагентов или реагенты для реакции Фентона (Fenton), таких как Н2О2.
В одном из вариантов, водородные химические частицы и соединения с уменьшенной энергией синтезируют с использованием катализатора, содержащего по меньшей мере водород Н и/или кислород О, например, воды НгО. Реакционная смесь для синтеза примера соединения водорода с уменьшенной энергией, имеющего формулу МНХ, где М - щелочной металл, а также может быть другим металлом, например, щелочноземельным металлом, где это соединение имеет соответствующий
стехиометрический состав, Н обозначает гидрино, такое как гидрид гидрино, и X - анион, такой как галогенид, содержит источник М и X, такой как галогенид щелочного металла, например, КС1, и металлический восстановитель, такой как щелочной металл, диссоциатор водорода, такой как никель Ni, например, сетка из Ni или R-Ni, и в качестве опции, носитель, такой как углерод, источник водорода, такой как по меньшей мере гидрид металла, такой как МН, который заменять М и газообразный водород Нг, и источник кислорода, такой как оксид металла или соединение, содержащее кислород. Подходящими примерами оксидов металлов являются РегОз, СггОз и МО. Температуру реакции можно поддерживать в диапазоне примерно от 200 °С до 1500 °С или примерно от 400 °С до 800 °С. Эти реагенты могут присутствовать в любых нужных пропорциях. Реакционная смесь для образования КНС1 может содержать калий К, сетку из никеля М, КС1, газообразный водород и по меньшей мере один РегОз, СггОз и/или МО. Примеры масс и условий - 1.6 г К, 20 г КС1, 40 г сетки из М, такое же молярное количество кислорода, как и калия К из состава оксидов металлов, например, 1.5 г РегОз и 1.5 rMO, 1 атм Нг, и температура реакции примерно 550-600 °С. В ходе реакции образуется вода НгО, служащая катализатором, в результате реакции водорода Н с кислородом О из состава оксида металла, и водород Н вступает в реакцию с катализатором для образования гидрино и ионов гидрида гидрино, образующих продукт КНС1. Реакционная смесь для получения KHI может содержать К, R-Ni, KI, газообразный водород и по меньшей мере один из оксидов РегОз, СггОз и/или МО. Примеры масс и условий - 1 г К, 20 г KI, 15 г R-М 2800, такое же молярное количество кислорода, как калия К из состава оксидов металлов, например, 1 г РегОз и 1 г МО, 1 атм Нг, и температура реакции примерно 450500 °С. В ходе реакции образуется вода НгО, служащая катализатором, в результате реакции водорода Н с кислородом О из состава оксида металла, и водород Н вступает в реакцию с катализатором для образования гидрино и ионов гидрида гидрино, составляющих продукт KHI. В одном из вариантов, продуктом реакции по меньшей мере в СШТ-элементе, SF-СШТ-элементе, твердотопливном элементе или химическом элементе является Нг(1/4), вызывающий сдвиг матрицы при ЯМР (Н NMR) в область более сильных полей. В одном из вариантов, присутствие химических частиц гидрино, таких как атомы или молекулы гидрино, в твердой матрице, такой как матрица из гидроксида, например, NaOH или КОН, вызывает сдвиг протонов матрицы в область более сильного поля. Может происходить обмен протонов матрицы, такой как NaOH или КОН. В одном из вариантов, в результате этого сдвига пик матрицы может быть смещен на величину примерно от -0.1 до -5 ррт относительно пика по данным TMS.
В одном из вариантов, функция регенерации смеси гидроксида с галоидным
соединением, такой как Си(ОН)г + СиВгг, может быть реализована путем добавления по меньшей мере водорода Нг и/или воды НгО. Продукты реакции, такие как галогениды и оксиды, могут быть разделены посредством сублимации галогенидов. В одном из вариантов, вода НгО может быть добавлена к реакционной смеси при нагревании, чтобы вызвать образование гидроксида и галогенида, таких как СиВгг и Си(ОН)г, из продуктов реакции. В одном из вариантов, регенерация может быть осуществлена посредством термоциклирования. В одном из вариантов, галогенид, например, СиВгг, растворим в воде НгО, тогда как гидроксид, такой как Си(ОН)г, является нерастворимым. Регенерированные соединения могут быть разделены посредством фильтрации или осаждения. Химические реагенты могут быть высушены, причем тепловая энергия для этого может быть получена из самой рассматриваемой реакции. Тепло может быть возвращено из удаляемых паров воды. Возвращение (рекуперация) тепла может быть осуществлено посредством теплообменника, либо путем использования пара прямо для отопления (нагрева) или для генерации электроэнергии с применением турбины и генератора, например. В одном из вариантов, регенерация Си(ОН)г из СиО осуществляется с использованием катализатора, расщепляющего молекулы воды НгО. Подходящими катализаторами являются благородные металлы на носителях, таких как Pt/АЬОз, и СиАЮг, полученный путем спекания СиО и АЬОз, фосфат кобальта, борат кобальта, метилборат кобальта, борат никеля, РшОг, ЬаМпОз, БгТЮз, ТЮг и WO3. Примером способа получения катализатора, расщепляющего воду НгО, является управляемый электролиз раствора Со2+ и Ni2+ в электролите из бората-фосфата калия с концентрацией 0.1 М, рН 9.2, при напряжении 0.92 В и 1.15 В (относительно нормального водородного электрода), соответственно. Примеры термически обратимого
твердотопливного цикла приведены ниже
Т 100 2СиВгг + Са(ОН)г -> 2СиО + 2СаВгг + НгО (189)
Т 730 СаВгг + 2НгО -> Са(ОН)г + 2НВг (190)
Т 100 СиО + 2НВг -> СиВгг + НгО (191)
Т 100 2СиВгг + Си(ОН)г -> 2СиО + 2СаВгг + НгО (192)
Т 730 СиВгг + 2НгО -> Си(ОН)г + 2НВг (193)
Т 100 СиО + 2НВг -> СиВгг + НгО (194)
В одном из вариантов, реакционную смесь твердого топлива, имеющую по меньшей мере водород Нг в качестве реагента и воду НгО в качестве продукта и один или несколько из водорода Нг или воды НгО в качестве по меньшей мере одного реагента и продукта, выбирают таким образом, что максимальная теоретическая свободная энергия какой-либо обычной реакции будет примерно равна нулю в диапазоне от -500 до + 500
кДж/моль ограничивающего реагента (ключевого компонента реакции) или предпочтительно в диапазоне от -100 до + 100 кДж/моль ограничивающего реагента. Смесь реагентов и продуктов реакции можно поддерживать при одной или нескольких температурах, а именно при примерно оптимальной температуре, при которой величина свободной энергии приблизительно равна нулю, или при оптимальной температуре, при которой реакция является обратимой для достижения регенерации или стационарного уровня мощности в течение по меньшей мере промежутка времени, более продолжительного, чем время реакции в отсутствие поддержания состава смеси и температуры. Температура может быть в пределах примерно +/- 500°С или примерно +/-100°С от оптимальной. Примерами таких смесей и температур реакции являются стехиометрическая смесь Fe, РегОз, Нг и НгО при 800 К и стехиометрическая смесь Sn, SnO, Нг и НгО при 800 К.
В одном из вариантов, где по меньшей мере один щелочной металл М, такой как К или Li, и пН (п = целое число), ОН, О, 20, Ог и вода НгО, служащая катализатором, источник водорода Н представляет собой по меньшей мере гидрид металла, такой как МН, и/или реакцию по меньшей мере одного - металла М и/или гидрида металла МН с источником водорода Н для образования водорода Н. Один из продуктов реакции может представлять собой оксидированный металл М, такой как оксид или гидроксид. Реакция образования по меньшей мере одного - атомарного водорода и/или катализатора может представлять собой реакцию с переносом электрона или окислительно-восстановительную реакцию. Реакционная смесь может далее содержать по меньшей мере один компонент - водород Нг, диссоциатор водорода Нг, такой как указаны в настоящем описании, например, никелевую сетку или R-Ni, и электропроводный носитель, такие как диссоциаторы и другие компоненты, равно как и носители согласно настоящему описанию, например, углерод, карбид, борид и карбонитрид. Пример реакции оксидирования металла М или гидрида МН металла приведен ниже
4МН + РегОз -> + НгО + Н(1/р) + МгО + МОН + 2Fe + М (195) где по меньшей мере один из компонентов - вода НгО и/или металл М, может служить катализатором для образования Н(1/р). Реакционная смесь может далее содержать геттер для гидрино, такой как соединение, например, соль, такую как галогенидная соль, например, соль галогенида щелочного металла, такую как КС1 или KI. Продукт реакции может иметь формулу МНХ (М = металл, такой как щелочной металл; X - противоион, такой как галогенид; Н - частица гидрино). Вместо металла М может быть другой катализатор образования гидрино, такой как указано в настоящем описании, например, в Табл. 1.
В одном из вариантов, источник кислорода представляет собой соединение, теплота образования которого аналогична теплоте образования воды, так что обмен атомами кислорода между восстановленным продуктом соединения источника кислорода и водородом происходит при минимальном высвобождении энергии. Подходящими примерами соединений-источников кислорода являются CdO, CuO, ZnO, SO2, БеОг и ТеОг. Другие такие оксиды металлов могут также представлять собой ангидриды кислот или оснований, которые могут подвергаться реакции дегидратации в качестве источника воды НгО, служащей катализатором, а именно МпОх, А10х и SiOx. В одном из вариантов, источник кислорода в виде оксидного слоя может покрывать поверхности источника водорода, такого как гидрид металла, например, гидрид палладия. Реакция образования воды НгО, служащей катализатором, и атомарного водорода Н, которые затем вступают в реакцию с образованием гидрино, может быть инициирована путем нагрева покрытого оксидом источника водорода, такого как покрытый оксидом металла гидрид палладия. Гидрид палладия может быть покрыт со стороны, противоположной стороне, где находится источник кислорода, непроницаемым для водорода слоем, таким как пленка золота, чтобы заставить выделяющийся водород избирательно мигрировать к источнику кислорода, такому как оксидный слой, например, оксид металла. В одном из вариантов, реакция образования катализатора для получения гидрино и реакция регенерации содержат обмен атомами кислорода между соединением-источником кислорода и водородом и между водой и восстановленным соединением-источником кислорода, соответственно. Подходящими восстановленными источниками кислорода являются Cd, Cu, Zn, S, Se и Те. В одном из вариантов, реакция обмена атомами кислорода может представлять собой реакцию, используемую для термического получения газообразного водорода. Примерами таких термических способов являются цикл оксида железа, цикл оксид церия(ГУ)-оксид церия(Ш), цикл цинк-оксид цинка, цикл сера-йод, цикл медь-хлор и гибридный серный цикл, а также другие циклы, известные специалистам в рассматриваемой области. В одном из вариантов, реакция для образования катализатора для получения гидрино и реакция регенерации, такая как реакция обмена атомами кислорода, происходят одновременно в одном и том же реакторном контейнере. Для достижения одновременности реакции можно управлять такими условиями, как температура и давление. В качестве альтернативы, продукты реакции можно извлекать и затем регенерировать по меньшей мере в одном другом отдельном контейнере в условиях, которые могут отличаться от условий реакции генерации энергии, как это указано в настоящем описании и в предыдущих заявках Миллза.
В одном из вариантов, группа NH2 в составе амида, такого как LiNH2, служит
катализатором, где потенциальная энергия составляет 81.6 эВ, что соответствует m =3 в Уравнении (5). Аналогично обратимому удалению воды НгО или дополнительной реакции между кислотой или основанием с ангидридом и наоборот, обратимая реакция между амидом и имидом или нитридом приводит к образованию NH2, который служит катализатором, вступающим далее в реакцию с атомарным водородом Н для образования гидрино. Обратимая реакция между амидом и по меньшей мере одним - имидом и/или нитридом, может служить источником водорода, таким как атомарный водород Н.
В одном из вариантов, частицы гидрино, такие как молекулярное гидрино или ион гидрида гидрино, синтезируют посредством реакции водорода Н и по меньшей мере одного из катализаторов ОН и НгО. Частицы гидрино могут быть получены с использованием по меньшей мере двух групп металлов, таких как щелочные, щелочноземельные, переходные, внутренние переходные (лантаноиды и актиноиды) и редкоземельные металлы, Al, Ga, In, Ge, Sn, Pb, As, Sb и Те, гидрида металла, такого как ЬаМгНб и другие, указанные в настоящем описании, водного гидроксида, такого как гидроксид щелочного металла, например, КОН в концентрации от 0.1 М до насыщения, носителя, такого как углерод, Pt/C, пароуглерод, сажа, карбид, борид или нитрид и кислород. Подходящими примерами реакционных смесей для получения частиц гидрино, таких как молекулярные гидрино, являются (1) Со PtC КОН (насыщ.) с или без Ог; (2) Zn или Sn + LaNisHe + КОН (насыщ.), (3) Со, Sn, Sb или Zn + О2 + СВ + КОН (насыщ.), (4) А1 СВ КОН (насыщ.), (5) Sn покрытий Ni графит КОН (насыщ.) с или без Ог, (6) Sn + SC или СВ + КОН (насыщ.) + Ог, (7) Zn Pt/C КОН (насыщ.) Ог, (8) Zn R-Ni КОН (насыщ.) Ог, (9) Sn LaNisHe КОН (насыщ.) Ог, (10) Sb LaNisHe КОН (насыщ.) Ог, (11) Со, Sn, Zn, Pb или Sb + КОН (насыщ. водн.) + К2СО3 + CB-SA, и (12) L1NH2 LiBr и LiH или Li и Н2 или источник водорода, и в качестве опции, диссоциатор водорода, такой как Ni или R-Ni. Дополнительные реакционные смеси содержат расплавленный электролит, источник водорода, источник кислорода и диссоциатор водорода. Подходящими примерами реакционных смесей для получения частиц гидрино, таких как молекулярные гидрино, являются (1) М(Нг) LiOH-LiBr воздух или Ог, (2) М(Нг) NaOH-NaBr воздух или Ог, и (3) №(Нг) KOH-NaBr воздух или Ог.
В одном из вариантов, продукт реакций по меньшей мере в химическом элементе, SF-CIHT-элементе и СШТ-элементе для образования гидрино представляет собой соединение, содержащее гидрино или водородную химическую частицу с уменьшенной энергией, такую как Нг(1/р) в комплексе с неорганическим соединением. Соединение может представлять собой соединение оксианиона, такое как карбонат или гидроксид щелочного или щелочноземельного металла или другие такие соединения согласно
настоящему описанию. В одном из вариантов, продукт содержит по меньшей мере один из комплексов М2С03 -Н2{\1 А) и/или МОН-Н2{\14) (М = катион щелочного металла или
другой катион согласно настоящему описанию). Продукт может быть идентифицирован посредством спектроскопии ToF-SIMS в виде последовательности ионов в положительном
спектре, содержащем М(М2СОъ ¦ Н2 (1 / 4))^ и М(КОН ¦ Н2 (1 / 4))^ , соответственно, где п
- целое число и целое число р > 1 может быть заменено на 4. В одном из вариантов, соединение, содержащее кремний и кислород, такой как SiCk или кварц, может служить геттером для Нг(1/4). Геттер для Нг(1/4) может содержать переходный металл, щелочной металл, щелочноземельный металл, внутренний переходный (лантаноиды и актиноиды) металл, редкоземельный металл, сочетания металлов, сплавы, такие как сплав молибдена Мо, например, MoCu, и материалы для хранения водорода, такой как материалы согласно настоящему описанию.
Соединения водорода с уменьшенными энергиями, синтезированные способами согласно настоящему изобретению, могут иметь формулу МН, МН2 или М2Н2, где М -катион щелочного металла, и Н - ион гидрида с увеличенной энергией связи или атом водорода с увеличенной энергией связи. Соединение может иметь формулу МНп, где п равно 1 или 2, М - катион щелочноземельного металла и Н - ион гидрида с увеличенной энергией связи или атом водорода с увеличенной энергией связи. Соединение может иметь формулу МНХ, где М - катион щелочного металла, X - нейтральный атом, такой как атом галогена, молекула или однозарядный отрицательный анион, такой как анион галогена, и Н - ион гидрида с увеличенной энергией связи или атом водорода с увеличенной энергией связи. Соединение может иметь формулу МНХ, где М - катион щелочноземельного металла, X - однозарядный отрицательный анион, и Н - ион гидрида с увеличенной энергией связи или атом водорода с увеличенной энергией связи. Соединение может иметь формулу МНХ, где М - катион щелочноземельного металла, X -двухзарядный отрицательный анион, и Н - атом водорода с увеличенной энергией связи. Соединение может иметь формулу М2НХ, где М - катион щелочного металла, X -однозарядный отрицательный анион, и Н - ион гидрида с увеличенной энергией связи или атом водорода с увеличенной энергией связи. Соединение может иметь формулу МНП, где п - целое число, М - катион щелочного металла и Нп - содержание водорода в соединении, представляет по меньшей мере одну водородную химическую частицу с увеличенной энергией связи. Соединение может иметь формулу М2Нп, где п - целое число, М - катион щелочноземельного металла и Нп - содержание водорода в соединении, представляет по меньшей мере одну водородную химическую частицу с
увеличенной энергией связи. Соединение может иметь формулу М2ХНп, где п - целое число, М - катион щелочноземельного металла, X - однозарядный отрицательный анион, и Нп - содержание водорода в соединении, представляет по меньшей мере одну водородную химическую частицу с увеличенной энергией связи. Соединение может иметь формулу М2Х2Нп, где п равно 1 или 2, М - катион щелочноземельного металла, X -однозарядный отрицательный анион, и Нп - содержание водорода в соединении, представляет по меньшей мере одну водородную химическую частицу с увеличенной энергией связи. Соединение может иметь формулу М2Х3Н, где М - катион щелочноземельного металла, X - однозарядный отрицательный анион, и Н - ион гидрида с увеличенной энергией связи or an атом водорода с увеличенной энергией связи. Соединение может иметь формулу М2ХНп, где п равно 1 или 2, М - катион щелочноземельного металла, X - двухзарядный отрицательный анион, и Нд - содержание водорода в соединении, представляет по меньшей мере одну водородную химическую частицу с увеличенной энергией связи. Соединение может иметь формулу М^ХХ'Н, где М - катион щелочноземельного металла, X - однозарядный отрицательный анион, X' -двухзарядный отрицательный анион, и Н - ион гидрида с увеличенной энергией связи или атом водорода с увеличенной энергией связи. Соединение может иметь формулу ММ'Нд, где п - целое число from 1 to 3, М - катион щелочноземельного металла, М' - катион щелочного металла и Нп - содержание водорода в соединении, представляет по меньшей мере одну водородную химическую частицу с увеличенной энергией связи. Соединение может иметь формулу ММ'ХНП, где п равно 1 или 2, где М - катион щелочноземельного металла, М' - катион щелочного металла, X - однозарядный отрицательный анион и Нд -содержание водорода в соединении, представляет по меньшей мере одну водородную химическую частицу с увеличенной энергией связи. Соединение может иметь формулу ММ'ХН, где М - катион щелочноземельного металла, М' - катион щелочного металла, X - двухзарядный отрицательный анион и Н - ион гидрида с увеличенной энергией связи or an атом водорода с увеличенной энергией связи. Соединение может иметь формулу ММ'ХХ'Н, где М - катион щелочноземельного металла, М' - катион щелочного металла, X и X' - однозарядный отрицательный анион и Н - ион гидрида с увеличенной энергией связи или атом водорода с увеличенной энергией связи. Соединение может иметь формулу МХХ'НП, где п - целое число от 1 до 5, М - катион щелочного или щелочноземельного металла, X - одно или двухзарядный отрицательный анион, X' -металл или металлоид, переходный элемент, внутренний переходный элемент или редкоземельный элемент, и Нп - содержание водорода в соединении, представляет по
меньшей мере одну водородную химическую частицу с увеличенной энергией связи. Соединение может иметь формулу МНП, где п - целое число, М - катион, такой как переходный элемент, внутренний переходный элемент или редкоземельный элемент, и Нд - содержание водорода в соединении, представляет по меньшей мере одну водородную химическую частицу с увеличенной энергией связи. Соединение может иметь формулу МХНп, где п - целое число, М - катион, такой как щелочной катион, щелочноземельный катион, X - другой катион, такой как катион переходного элемента, катион внутреннего переходного элемента или катион редкоземельного элемента, и Нп - содержание водорода в соединении, представляет по меньшей мере одну водородную химическую частицу с увеличенной энергией связи. Соединение может иметь формулу [КНтКСОз] п, где т и п - каждое является целым числом, и Нт - содержание водорода в соединении, представляет по меньшей мере одну водородную химическую частицу с увеличенной энергией связи. Соединение может иметь формулу [KHmKN03]n+ пХ" где тип- каждое является целым числом, X - однозарядный отрицательный анион, и Нт - содержание водорода в соединении, представляет по меньшей мере одну водородную химическую частицу с увеличенной энергией связи. Соединение может иметь формулу [КШСЖ)з]п, где п - целое число и Н - содержание водорода в соединении, представляет по меньшей мере одну водородную химическую частицу с увеличенной энергией связи. Соединение может иметь формулу [KHKOHJn, где п - целое число и Н - содержание водорода в соединении, представляет по меньшей мере одну водородную химическую частицу с увеличенной энергией связи. Соединение, содержащее анион или катион, может иметь формулу [MHmM'XJn, где тип- каждое является целым числом, М и М' - каждый представляет собой катион щелочного или щелочноземельного металла, X - одно или двухзарядный отрицательный анион, и Нт - содержание водорода в соединении, представляет по меньшей мере одну водородную химическую частицу с увеличенной энергией связи. Соединение, содержащее анион или катион, может иметь формулу [MHmM'X']n+, где m и п - каждое является целым числом, М и М' - каждый представляет собой катион щелочного или щелочноземельного металла, X и X' - одно или двухзарядные отрицательные анионы, и Нт - содержание водорода в соединении, представляет по меньшей мере одну водородную химическую частицу с увеличенной энергией связи. Анион может представлять собой один из анионов, указанных в настоящем описании. Подходящими примерами однозарядных отрицательных анионов являются ион галогенида, ион гидроксида, ион гидрокарбоната или ион нитрата. Подходящими примерами двухзарядных отрицательных анионов являются ион карбоната, ион оксида
или ион сульфата.
В одном из вариантов, соединение водорода с увеличенной энергией связи или смесь, содержит по меньшей мере одну водородную химическую частицу с уменьшенной энергией, такую как атом гидрино, ион гидрида гидрино и молекула дигидрино, встроенную в решетку, такую как кристаллическая решетка, например, металлическая или ионная решетка. В одном из вариантов, эта кристаллическая решетка не вступает в реакции с водородными химическими частицами с уменьшенной энергией. Матрица может быть апротонной, например, как в случае встроенных ионов ион гидрида гидрино. Соединение или смесь может содержать по меньшей мере один вид частиц Н(1/р), Нг(1/р) и Н"(1/р), встроенные в кристаллическую решетку соли, такую как соль щелочного или щелочноземельного металла, например, галогенид. Примерами галогенидов щелочных металлов являются КС1 и KI. Соль может не содержать никакой воды Н2О в случае встроенных частиц Н"(1/р). Другие подходящие кристаллические решетки солей содержит решетки солей, упомянутых в настоящем описании. Водородная химическая частица с уменьшенной энергией может быть образована посредством каталитического преобразования водорода с использованием апротонного катализатора, такого как катализаторы, приведенные в Табл. 1.
Соединения согласно настоящему изобретению имеют предпочтительно степень чистоты более 0.1 атомного процента. Более предпочтительно эти соединения имеют степень чистоты выше 1 атомного процента. Еще более предпочтительно, эти соединения имеют степень чистоты выше 10 атомных процентов. Наиболее предпочтительно, эти соединения имеют степень чистоты выше 50 атомных процентов. В другом варианте, эти соединения имеют степень чистоты выше 90 атомных процентов. В другом варианте, эти соединения имеют степень чистоты выше 95 атомных процентов.
В другом варианте химического реактора для получения гидрино элемент для получения гидрино и высвобождения энергии, такой как тепловая энергия, содержит камеру сгорания двигателя внутреннего сгорания, ракетного двигателя или газовой турбины. Реакционная смесь содержит источник водорода и источник кислорода для генерации катализатора и гидрино. Источник катализатора может представлять собой по меньшей мере одну из химических частиц, содержащих водород, и одну, содержащую кислород. Эти химические частицы или другой продукт реакции может представлять собой частицы по меньшей мере одного вида, содержащие по меньшей мере один вид частицы - О и Н, такие как Н2, Н, Н+, Ог, Оз, 03+, <93 , О, 0+, Н20, НзО+, ОН, ОН+, ОН",
НООН, ООН", О", О2", О' и Ог2 . Катализатор может содержать кислород или водородные химические частицы, такие как вода Н2О. В другом варианте, катализатор содержит
частицы по меньшей мере одного вида пН, пО (п= целое число), О2, ОН и вода Н2О, служащая катализатором. Источник водорода, такой как атомарный источник водорода, может представлять собой водородсодержащее топливо, такое как газообразный водород Нг или углеводород. Атомы водорода могут появляться в результате пиролиза углеводорода в процессе сгорания углеводорода. Реакционная смесь может далее содержать диссоциатор водорода, такой как указан в настоящем описании. Атомы водорода Н могут быть также образованы в результате диссоциации водорода. Источник кислорода О может далее содержать молекулярный кислород Ог из воздуха. Совокупность реагентов может далее содержать воду Н2О, которая может служить источником по меньшей мере водорода Н и/или О. В одном из вариантов, вода служит другим источником по меньшей мере одного - водорода и/или кислорода, которые могут поступать в результате пиролиза воды НгО в элементе. Вода может диссоциировать с выделением атомов водорода термически или в ходе каталитической реакции на поверхности, такой как поверхность цилиндра или головки поршня. Поверхность может содержать материал для диссоциации воды на водород и кислород. Материал для диссоциации воды может представлять собой химический элемент, соединение, сплав или смесь переходных элементов или внутренних переходных элементов, железа, платины, палладия, циркония, ванадия, никеля, титана, Sc, Cr, Mn, Со, Cu, Zn, Y, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Ag, Cd, La, Hf, Та, W, Re, Os, Ir, Au, Hg, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Vb, Lu, Th, Pa, U, активированного угля (углерода) или Cs в вперемежку с углеродом (графитом). Водород Н и кислород О могут вступать в реакцию с образованием катализатора и водорода Н для получения гидрино. Источник водорода и кислород могут всасываться через соответствующие отверстия или впускные устройства, такие как впускные клапаны и трубопроводы. Продукты реакции могут выбрасываться через выпускные или выхлопные отверстия. Потоком материалов можно управлять, регулируя скорости входящих и исходящих потоков через соответствующие отверстия.
В одном из вариантов, гидрино получают путем нагрева источника катализатора и источника водорода, такого как твердое топливо согласно настоящему описанию. Для нагрева можно использовать по меньшей мере тепловой нагрев или ударный нагрев. В ходе экспериментов спектроскопия рамановского рассеяния подтвердила, что гидрино образуются при размалывании твердого топлива, такого как смесь гидроксида и галогенида, например, смесь, содержащая щелочной металл, такой как литий Li, на шаровой мельнице. Например, пик 2308 см"1 обращенного комбинационного рассеяния наблюдается при размалывании на шаровой мельнице смесей LiOH + Lil и LiOH + LiF. Таким образом, примером подходящей смеси является смесь LiOH + Lil или LiF. В одном
из вариантов, по меньшей мере тепловой или ударный нагрев достигается посредством быстрой реакции. В таком случае дополнительная энергетическая реакция обеспечивается путем образования гидрино.
В одном из вариантов, частицы Нг(1/р) могут служить парамагнитным контрастным веществом для магниторезонансной визуализации (MRI), поскольку 1 квантовое число является ненулевым.
Ненулевое 1 квантовое число, позволяющее применять правило отбора вращательных переходов А/ = 0, +1, является допустимым для молекулярного лазера на Н2(1/р).
В одном из вариантов, поскольку частицы Нг(1/р) являются парамагнитными, они имеют более высокую температуру перехода в жидкое состояние, чем водород Нг. Объемный газ гидрино может быть собран методами криогенного разделения.
В одном из вариантов, твердое топливо или энергетический материал содержит ракетное топливо. Инициируемое сильным электрическим током воспламенение порождает быстро расширяющуюся плазму, которая может создавать тягу. Другим аспектом настоящего изобретения является построение движителя, содержащего замкнутую камеру за исключением сопла, направляющего поток расширяющейся плазмы для создания тяги. В другом варианте, движитель содержит "магнитную бутылку" или другую подобную систему ограничения и направления плазмы магнитным полем, известную специалистам в рассматриваемой области, для создания направленного потока плазмы от электродов, между которыми пропускают сильный ток. В другом варианте, сильноионизированная плазма может быть использована в ионных двигателях, известных специалистам в рассматриваемой области, для создания тяги.
В одном из вариантов, энергетическая плазма, полученная в результате воспламенения твердого топлива, может быть использована для обработки материалов по меньшей мере одним из способов, например, для плазменного травления, для стабилизации поверхности кремния путем легирования или покрытия стабильным слоем водорода, таким как слой, содержащий частицы гидрино, и для преобразования графита по меньшей мере в алмазоподобный углерод и/или алмаз. Способы и системы согласно настоящему описанию для легирования и покрытия частицами гидрино поверхностей, таких как поверхность кремния, с целью стабилизации этой поверхности, и для преобразования углерода в алмазные материалы приведены в моих прошлых публикациях "Роль плотности и энергии атомарного водорода в синтезе алмазных пленок способом химического осаждения из паровой фазы при небольших мощностях" (R. L. Mills, J. Sankar, A. Voigt, J. He, P. Ray, B. Dhandapani, "Role of Atomic Hydrogen Density and Energy
in Low Power CVD Synthesis of Diamond Films," Thin Solid Films, 478, (2005) 77-90), "Спектроскопический способ определения энергий и плотностей атомарного водорода и параметров углеродных частиц в процессе синтеза алмазных пленок способом химического осаждения из паровой фазы в гелий-водород-метановой плазме" (R. L. Mills, J. Sankar, A. Voigt, J. He, В. Dhandapani, "Spectroscopic Characterization of the Atomic Hydrogen Energies and Densities and Carbon Species During Helium-Hydrogen-Methane Plasma CVD Synthesis of Diamond Films," Chemistry of Materials, Vol. 15, (2003), pp. 13131321), "Способ получения высокостабильного аморфного гидрида кремния с использованием реакций в гелиевой плазме" (R. L. Mills, В. Dhandapani, J. Не, "Highly Stable Amorphous Silicon Hydride from a Helium Plasma Reaction," Materials Chemistry and Physics, 94/2-3, (2005), 298-307), "Высокостабильный аморфный гидрид кремния" (R. L. Mills, В. Dhandapani, J. He, "Highly Stable Amorphous Silicon Hydride," Solar Energy Materials & Solar Cells, Vol. 80, (2003), pp. 1-20), и "Способ синтеза и определения характеристик высокостабильного аморфного гидрида кремния, как продукта каталитических реакций в гелий-водородной плазме" (R. L. Mills, J. Не, P. Ray, В. Dhandapani, X. Chen, "Synthesis and Characterization of a Highly Stable Amorphous Silicon Hydride as the Product of a Catalytic Helium-Hydrogen Plasma Reaction," Int. J. Hydrogen Energy, Vol. 28, No. 12, (2003), pp. 1401-1424), которые включены сюда посредством ссылки во всей своей полноте.
В одном из вариантов, энергетическую плазму, полученную в результате воспламенения твердого топлива, используют для создания инверсной населенности. В одном из вариантов, компоненты, создающие и использующие плазму из твердого топлива, в системе, показанной на Фиг. 3, 4А и 4В, представляют собой по меньшей мере источник накачки для лазера и/или активную среду лазера. Способы и системы для создания инверсной населенности с целью достижения лазерной генерации приведены в моих прошлых публикациях "Потенциал создания лазера на водородно-водяной плазме" (R. L. Mills, P. Ray, R. М. Mayo, "The Potential for a Hydrogen Water-Plasma Laser," Applied Physics Letters, Vol. 82, No. 11, (2003), pp. 1679-1681) и "Лазер непрерывного излучения и большой яркости на основе стационарной инверсной Симановской населенности, полученной из подогреваемого накалом газообразного водорода в присутствии некоторых катализаторов и Группы I" (R. L. Mills, P. Ray, R. М. Mayo, "CW HI Laser Based on a Stationary Inverted Lyman Population Formed from Incandescently Heated Hydrogen Gas with Certain Group I Catalysts," IEEE Transactions on Plasma Science, Vol. 31, No. 2, (2003), pp. 236-247), которые включены сюда посредством ссылки во всей своей полноте.
В одном из вариантов, реакция в твердом топливе или в энергетическом материале
происходит при нагревании. Реакционная смесь может содержать электрический проводник и вступать в реакцию на обладающей высокой электрической проводимостью поверхности, которая не оксидируется в процессе реакции и не становится менее электропроводной. Подходящими материалами для таких поверхностей в реакторе являются благородные металлы, такие как золото Аи и платина Pt.
VII. Твердотопливный элемент для индуцированного катализатором образования гидрино (SF-СШТ) и ппреобразователь энергии
В одном из вариантов, энергетическая система, генерирующая по меньшей мере электроэнергию постоянного тока и/или тепловую энергию, содержит по меньшей мере один контейнер, реагенты и в том числе: (а) по меньшей мере источник катализатора и/или катализатор, представляющий собой образующуюся в ходе реакции воду НгО; (Ь) по меньшей мере источник атомарного водорода и/или атомарный водород; и (с) по меньшей мере одно - электрический проводник и/или электропроводная матрица, и по меньшей мере одну группу электродов для ограничения реагентов для получения гидрино, источник электроэнергии для подачи коротких импульсов сильного электрического тока, систему повторной загрузки, по меньшей мере одну систему для регенерации первоначальных реагентов, по меньшей мере один плазмоэлектрический преобразователь с прямым преобразованием и по меньшей мере один термоэлектрический преобразователь. В следующем варианте в контейнере может поддерживаться по меньшей мере одно из давлений - атмосферное давление, давление выше атмосферного и/или давление ниже атмосферного. В одном из вариантов, система регенерации может представлять собой по меньшей мере одну из систем - гидратационную, термическую, химическую и/или электрохимическую систему. В другом варианте, по меньшей мере один плазмоэлектрический преобразователь с прямым преобразованием может представлять собой преобразователь по меньшей мере одного из типов -плазмодинамический преобразователь энергии, прямой Е х В -преобразователь, магнитогидродинамический преобразователь энергии, магнитогидродинамический преобразователь энергии с магнитным зеркалом, преобразователь дрейфа заряда, преобразователь Поста (Post) или преобразователь энергии типа "оконные жалюзи" (Venetian Blind), гиротрон, микроволновый преобразователь энергии с группированием фотонов и/или фотоэлектрический преобразователь. В другом варианте, по меньшей мере один термоэлектрический преобразователь может представлять собой преобразователь по меньшей мере одного из типов - тепловой двигатель, паровой двигатель, паровую турбину с генератором, газовую турбину с генератором, двигатель с циклом Ранкина,
двигатель с циклом Брайтона, двигатель Стерлинга, термоионный преобразователь энергии или термоэлектрический преобразователь энергии.
В одном из вариантов, воду НгО "воспламеняют" для образования гидрино с большим количеством высвобождаемой энергии по меньшей мере в одной форме -тепловой, плазменной и/или электромагнитной (свет). ("Воспламенение" в настоящем описании означает очень высокую скорость реакции водорода Н с образованием гидрино, что может проявляться в виде вспышки, импульса или в другой форме высвобождения большой энергии). Вода НгО может содержать топливо, которое может быть воспламенено путем пропускания сильного электрического тока, такого как ток в диапазоне примерно от 2000 А до 100,000 А. Это может быть достигнуто посредством подачи высокого напряжения, например, 5,000 - 100,000 В, чтобы сначала создать обладающую высокой электропроводностью плазму, такую как электрическая дуга. В качестве альтернативы, можно пропускать сильный ток через соединение или смесь, содержащую воду НгО, где электрическая проводимость полученного в результате топлива, такого как твердое топливо, велика. (В настоящем описании термин твердое топливо или энергетический материал используется для обозначения реакционной смеси, образующей катализатор, такой как НОН, и водород, которые затем вступают в реакцию с образованием гидрино. Однако реакционная смесь может иметь и другие физические состояния, отличные от твердого состояния. В некоторых вариантах, реакционная смесь может быть по меньшей мере в одном из состояний - газообразном, жидком, твердом, в виде суспензии, золь-геля, раствора, смеси, аэросуспензии, потока газа или в другом состоянии, известном специалистам в рассматриваемой области.) В одном из вариантов, твердое топливо, имеющее очень низкое электрическое сопротивление, представляет собой реакционную смесь, содержащую воду НгО. Это низкое сопротивление может быть обусловлено наличием электропроводного компонента в реакционной смеси. В некоторых вариантах, сопротивление твердого топлива, находится по меньшей мере в одном из диапазонов - примерно от 10"9 Ом до 100 Ом, от 10"8 Ом до 10 Ом, от 10"3 Ом до 1 Ом, от 10"4 Ом до 10"1 Ом и/или от 10"4 Ом до 10"2 Ом. В другом варианте, топливо, имеющее высокое электрическое соединение, содержит воду со следовыми количествами или небольшими молярными концентрациями добавленного соединения или материала. В последнем случае сквозь топливо может протекать сильной ток для воспламенения посредством инициирования электрического пробоя и образования состояния с высокой электропроводностью, такого как электрическая дуга или плазма электрической дуги.
В одном из вариантов, совокупность реагентов может содержать источник воды НгО и электропроводную матрицу для образования по меньшей мере источника
катализатора, катализатора, источника атомарного водорода и/или атомарного водорода. В следующем варианте совокупность реагентов, содержащая источник воды НгО, может содержать по меньшей мере один из компонентов - объемную воду НгО, состояние, отличное от объемной воды НгО, соединение или соединения, способные по меньшей мере вступать в реакции для образования воды НгО или высвобождать связанную воду НгО. Кроме того, материал, имеющий связанную воду НгО, может представлять собой соединение, взаимодействующее с водой НгО, где вода НгО находится по меньшей мере в одном из состояний - абсорбированная вода НгО, связанная вода НгО, физически адсорбированная вода НгО или гидратационная вода. В некоторых вариантах, совокупность реагентов может содержать электрический проводник и одно или несколько соединений или материалов, способных выделять по меньшей мере объемную воду НгО, абсорбированную воду НгО, связанную воду НгО, физически адсорбированную воду НгО или гидратационную воду, а также иметь воду НгО в качестве продукта реакции. В других вариантах, по меньшей мере источник образующейся в ходе реакции воды НгО, служащей катализатором, и/или источник атомарного водорода может содержать по меньшей мере одно: (а) по меньшей мере один источник воды НгО; (Ь) по меньшей мере один источник кислорода, и (с) по меньшей мере один источник водорода.
В дополнительных вариантах совокупность реагентов для образования по меньшей мере одного - источника катализатора, катализатора, источника атомарного водорода и/или атомарного водорода содержит по меньшей мере воду НгО и/или источник воды НгО; Ог, НгО, НООН, ООН", ион пероксида, ион супероксида, гидрид, Нг, галогенид, оксид, оксигидроксид, гидроксид, соединение, содержащее кислород, гидратированное соединение, выбранное из группы, куда входят по меньшей мере одно - галогенид, оксид, оксигидроксид, гидроксид, соединение, содержащее кислород; и электропроводную матрицу. В некоторых вариантах, оксигидроксид может представлять собой по меньшей мере одно соединение из группы - TiOOH, GdOOH, СоООН, InOOH, FeOOH, GaOOH, NiOOH, AlOOH, CrOOH, MoOOH, CuOOH, MnOOH, ZnOOH и/или SmOOH; оксид может представлять собой по меньшей мере одно соединение из группы - СиО, СигО, СоО, СогОз, С03О4, FeO, РегОз, МО И/ИЛИ МгОз; гидроксид может представлять собой по меньшей мере одно соединение из группы Си(ОН)г, Со(ОН)г, Со(ОН)з, Fe(OH> 2, Fe(OH> 3 и/или М(ОН)г; соединение, содержащее кислород, может представлять собой по меньшей мере одно соединение из группы, куда входят сульфат, фосфат, нитрит, карбонат, хромат, пирофосфат, персульфат, перхлорат, пербромат и перйодат, МХОз, МХО4 (М = металл, такой как щелочной металл, например, Li, Na, К, Rb, Cs; X = F, Br, CI, I), оксид кобальта и магния, оксид никеля и магния, оксид меди и магния, Li20, оксид щелочного металла,
оксид щелочноземельного металла, CuO, Cr04, ZnO, MgO, СаО, МоОг, ТЮг, Zr02, Si02, АЬОз, МО, FeO, Fe203, ТаОг, ТагОз, VO, VO2, V2O3, V2O5, Р2О3, Р2О5, ВгОз, МЮ, МЮг, МзгОз, Se02, Se03, ТеОг, ТеОз, WO2, WO3, Сгз04, Сг20з, СгОг, СгОз, СоО, С02О3, Соз04, FeO, РегОз, МО, М2О3, оксид редкоземельного металла, СеОг, ЬагОз, оксигидроксид, TiOOH, GdOOH, СоООН, InOOH, FeOOH, GaOOH, MOOH, AlOOH, CrOOH, MoOOH, CuOOH, MnOOH, ZnOOH и/или SmOOH, и электропроводная матрица может представлять собой по меньшей мере один из материалов - металлический порошок, углерод, карбид, борид, нитрид, карбонитрил, такой как TiCN, или нитрил.
В некоторых вариантах, совокупность реагентов может содержать смесь металла, оксида этого металла и воды Н2О, где реакция металла с водой Н2О не является термодинамически благоприятной. В других вариантах, совокупность реагентов может содержать смесь металла, галогенида металла и воды НгО, где реакция металла с водой НгО не является термодинамически благоприятной. В дополнительных вариантах, совокупность реагентов может содержать смесь переходного металла, галогенида щелочноземельного металла и воды НгО, где реакция металла с водой НгО не является термодинамически благоприятной. И еще в одной группе вариантов, совокупность реагентов может содержать смесь электрического проводника, гигроскопичного материала и воды НгО. В некоторых вариантах, электрический проводник может представлять собой металлический порошок или углеродный порошок, причем реакция металла или углерода с водой НгО не является термодинамически благоприятной. В некоторых вариантах, гигроскопичный материал может представлять собой по меньшей мере один материал из группы - бромид лития, хлорид кальция, хлорид магния, хлорид цинка, карбонат калия, фосфат калия, карналлит, такой как KMgCb 6(Н20), цитрат железа и аммония, гидроксид калия, гидроксид натрия и концентрированные серная и фосфорная кислоты, целлюлозные волокна, сахар, карамель, мед, глицерол, этанол, метанол, дизельное топливо, метамфетамин, минеральные удобрения, соль, десикант, оксид кремния, активированный уголь, сульфат кальция, хлорид кальция, молекулярные сита, цеолит, материал, растворяющийся от влаги воздуха, хлорид цинка, хлорид кальция, гидроксид калия, гидроксид натрия и гигроскопичная соль. В некоторых вариантах, энергетическая система может содержать смесь электрического проводника, гигроскопичных материалов и воды НгО, где относительные молярные количества (металл/проводник), (гигроскопичный материал), (вода НгО) находятся по меньшей мере в одном из следующих диапазонов - примерно (0.000001 - 100000), (0.000001 - 100000), (0.000001 - 100000); (0.00001 - 10000), (0.00001 - 10000), (0.00001 - 10000); (0.0001 -1000), (0.0001 - 1000), (0.0001 - 1000); (0.001 - 100), (0.001 - 100), (0.001 - 100); (0.01
100), (0.01 - 100), (0.01 - 100); (0.1 - 10), (0.1 - 10), (0.1 - 10); и (0.5 - 1), (0.5 - 1), (0.5 - 1). В некоторых вариантах, металл, имеющий термодинамически неблагоприятную реакцию с водой НЮ, может представлять собой по меньшей мере один металл из группы Cu, Ni, Pb, Sb, Bi, Co, Cd, Ge, Au, Ir, Fe, Hg, Mo, Os, Pd, Re, Rh, Ru, Se, Ag, Тс, Те, TI, Sn, W, Al, V, Zr, Ti, Mn, Zn, Cr И/ИЛИ In. В дополнительных вариантах реагенты могут быть регенерированы посредством добавления воды Н2О.
В других вариантах совокупность реагентов может содержать смесь металла, оксида этого металла и воду Н2О, где оксид металла может быть восстановлен водородом Н2 при температуре ниже 1000 °С. В других вариантах, совокупность реагентов может содержать смесь оксида, который не может быть легко восстановлен водородом Нг при умеренном нагреве, металла, оксид которого может быть восстановлен водородом Нг при температуре ниже 1000 °С, и воду НгО. В некоторых вариантах, металлом, оксид которого может быть восстановлен до металла посредством водорода Нг при температуре ниже 1000 °С, может быть по меньшей мере один из группы металлов Cu, Ni, Pb, Sb, Bi, Co, Cd, Ge, Au, Ir, Fe, Hg, Mo, Os, Pd, Re, Rh, Ru, Se, Ag, Тс, Те, TI, Sn, W, Al, V, Zr, Ti, Mn, Zn, Cr И/ИЛИ In. В некоторых вариантах, оксид металла, который не может быть легко восстановлен водородом Нг при умеренном нагреве, представляет собой по меньшей мере один из оксидов - оксид алюминия, оксид щелочноземельного металла и/или оксид редкоземельного металла.
В некоторых вариантах, твердое топливо может содержать углерод или активированный уголь и воду НгО, где регенерация смеси происходит посредством регидратации, содержащей добавление воды НгО. В других вариантах совокупность реагентов может содержать по меньшей мере суспензию, раствор, эмульсию, композиционный материал и/или соединение. В некоторых вариантах, ток от источника электроэнергии, способного отдавать короткие импульсы сильного электрического тока, достаточно силен, чтобы заставить реагенты для получения гидрино вступать в реакцию с образованием гидрино с очень высокой скоростью. В некоторых вариантах, источник электрической энергии, способный отдавать короткие импульсы сильного электрического тока, содержит по меньшей одно из следующего: источник напряжения, выбранного таким образом, чтобы обеспечить протекание сильного переменного тока, постоянно тока или сочетания переменного и постоянного тока по меньшей мере в одном из диапазонов от 100 А до 1,000,000 А, от 1 кА до 100,000 А, от 10 кА до 50 кА; плотности постоянного тока или пиковой плотности переменного тока по меньшей мере в одном из диапазонов от 100 А/см2 до 1,000,000 А/см2, отЮОО А/см2 до 100,000 А/см2 или 2000 А/см2 до 50,000 А/см2; это напряжение определяют на основе электрической проводимости твердого
топлива или энергетического материала, где напряжение равно произведению нужной величины электрического тока на сопротивление образца твердого топлива или энергетического материала; постоянное или пиковое переменное напряжение может быть по меньшей мере в одном из следующих диапазонов примерно от 0.1 В до 500 кВ, от 0.1 В до 100 кВ или от 1 В до 50 кВ, и частота переменного тока может быть в диапазоне примерно от 0.1 Гц до 10 ГГц, от 1 Гц до 1 МГц, от 10 Гц до 100 кГц или от 100 Гц до 10 кГц. В некоторых вариантах, электрическое сопротивление образца твердого топлива или энергетического материала находится по меньшей мере в одном из диапазонов примерно от 0.001 мОм до 100 МОм, от 0.1 Ом до 1 МОм или от 10 Ом до 1 кОм, и электрическая проводимость подходящей нагрузки на единицу активной площади электрода для образования гидрино находится по меньшей мере в одном диапазоне, выбранном из примерно от 10"10 Ом-1 см-2 до 106 Ом-1 см-2, от 10"5 Ом-1 см-2 до 106 Ом-1 см-2, от Ю-4 Ом-1 см-2 до 105 Ом-1 см-2, от 10"3 Ом-1 см-2 до 104 Ом-1 см-2, от Ю-2 Ом-1 см-2 до 103 Ом-1 см-2, от 10"1 Ом"1 см"2 до 102 Ом"1 см"2 или от 1 Ом"1 см"2 до 10 Ом"1 см"2.
В одном из вариантов, твердое топливо является электропроводным. В некоторых вариантах, сопротивление куска, таблетки или некоторой порции твердого топлива находится по меньшей мере в одном из диапазонов примерно от 10"9 Ом до 100 Ом, от 10"8 Ом до 10 Ом, от 10"3 Ом до 1 Ом, от 10"3 Ом до 10"1 Ом или от 10"3 Ом до 10"2 Ом. В одном из вариантов, скорость реакции образования гидрино зависит от приложения или развития сильного электрического тока. Каталитическая реакция образования гидрино, такая как энергетическая каталитическая реакция образования гидрино может быть инициирована пропусканием сильного электрического тока при низком напряжении через электропроводное топливо. Количество высвободившейся энергии может быть очень велико, так что может возникнуть ударная волна. В одном из вариантов, напряжение выбирают таким образом, чтобы создать сильный переменный ток, постоянный ток или смесь переменного и постоянного тока достаточной величины для воспламенения топлива, такой сильный ток может быть по меньшей мере в одном из диапазонов от 100 А до 1,000,000 А, от 1 кА до 100,000 А, от 10 кА до 50 кА. Плотность тока сквозь топливо, которой может быть в форме таблетки, например, спрессованной таблетки, может при этом быть по меньшей мере в одном из диапазонов от 100 А/см2 до 1,000,000 А/см2, от 1000 А/см2 до 100,000 А/см2 или 2000 А/см2 до 50,000 А/см2. Постоянное напряжение или пиковое переменное напряжение может быть по меньшей мере в одном из диапазонов, выбранном из - примерно от 0.1 В до 100 кВ, от 0.1 В до 1 кВ, от 0.1 В до 100 В или от 0.1 В to 15 В. Частота переменного тока может быть в диапазоне примерно от 0.1 Гц до 10 ГГц, от 1 Гц до 1 МГц, от 10 Гц до 100 кГц или от 100 Гц до 10 кГц. Длительность
импульса может быть по меньшей мере в одном диапазоне, выбранном из - примерно от 10"6 с до 10 с, от 10"5 с до 1 с, от 10"4 с до 0.1 с или от 10"3 с до 0.01 с. В другом варианте, для "зажигания" реакции образования гидрино используют по меньшей мере сильное магнитное поле или поток, ф, или высокую скорость изменения магнитного поля. Магнитный поток может быть в диапазоне примерно от 10 Гс до 10 Тл, от 100 Гс до 5 Гл
или от 1 кГс до 1 Тл. Скорость - изменения магнитного поля может соответствовать
изменению магнитного потока от 10 Гс до 10 Тл, от 100 Гс до 5 Гл или от 1 кГс до 1 Тл с частотой в одном из диапазонов от 1 Гц до 100 кГц, от 10 Гц до 10 кГц, от 10 Гц до 1000 Гц или от 10 Гц до 100 Гц.
В одном из вариантов, твердое топливо или энергетический материал может содержать источник воды НЮ или воду Н2О. Содержание воды Н2О в моль % может быть по меньшей мере в одном из диапазонов - примерно от 0.000001% до 100%, от 0.00001% до 100%, от 0.0001% до 100%, от 0.001% до 100%, от 0.01% до 100%, от 0.1% до 100%, от 1% до 100%, от 10% до 100%, от 0.1% до 50%, от 1% до 25% или от 1% до 10%. В одном из вариантов, интенсивность реакции образования гидрино зависит от подачи или развития сильного тока. В одном из вариантов, напряжение выбирают таким образом, чтобы создать сильный переменный ток, постоянный ток или смесь переменного и постоянного тока достаточной величины для воспламенения топлива, такой сильный ток может быть по меньшей мере в одном из диапазонов от 100 А до 1,000,000 А, от 1 кА до 100,000 А, от 10 кА до 50 кА. Плотность постоянного тока или пиковая плотность переменного тока может при этом быть по меньшей мере в одном из диапазонов от 100 А/см2 до 1,000,000 А/см2, от 1000 А/см2 до 100,000 А/см2 или 2000 А/см2 до 50,000 А/см2. В одном из вариантов, напряжение определяют в соответствии с электрической проводимостью твердого топлива или энергетического материала. Электрическое сопротивление образца твердого топлива или энергетического материала находится по меньшей мере в одном из диапазонов примерно от 0.001 мОм до 100 МОм, от 0.1 Ом до 1 МОм или от 10 Ом до 1 кОм. Электрическая проводимость подходящей нагрузки на единицу активной площади электрода для образования гидрино находится по меньшей мере в одном диапазоне, выбранном из примерно от 10'10 Ом"1 см"2 до 106 Ом"1 см"2, от 10"5 Ом"1 см"2 до 106 Ом"1 см"2, от 10"4 Ом"1 см"2 до 105 Ом"1 см"2, от 10"3 Ом"1 см"2 до 104 Ом"1 см" 2, от 10"2 Ом"1 см"2 до 103 Ом"1 см"2, от 10"1 Ом"1 см"2 до 102 Ом"1 см"2 или от 1 Ом"1 см"2 до 10 Ом"1 см"2. В одном из вариантов, напряжение равно произведению нужной величины электрического тока на сопротивление образца твердого топлива или энергетического материала. В примере, где сопротивление имеет величину порядка 1 мОм, напряжение
является низким, таким как <10 В. В примере с чистой по существу водой НЮ, где сопротивление является по существу бесконечным, приложенное напряжение для достижения сильного тока, необходимого для воспламенения, велико, выше напряжение пробоя воды Н2О, например, 5 кВ или выше. В некоторых вариантах, постоянное или пиковое переменное напряжение может быть по меньшей мере одном из диапазонов, выбранных из группы примерно от 0.1 В до 500 кВ, 0.1 В до 100 кВ или 1 В до 50 кВ. Частота переменного тока может быть в одном из диапазонов от 0.1 Гц до 10 ГГц, до 1 Гц до 1 МГц, от 10 Гц до 100 кГц и от 100 Гц до 10 кГц. В одном из вариантов, разряд постоянного тока создает плазму, содержащую ионизированную воду Н2О, где электрический ток является слабозатухающим и осциллирует в процессе затухания.
В одном из вариантов, импульс сильного тока получают посредством разряда
конденсаторов, таких как конденсаторы большой емкости, которые могут быть соединены
по меньшей мере одним из способов - последовательно и/или параллельно, для получения
нужного напряжения и тока, где ток может быть постоянным или может быть
сформирован компонентами схемы, такими как трансформатор, например, низковольтный
трансформатор, известный специалистам в рассматриваемой области. Конденсатор может
быть заряжен от источника электроэнергии, такого как электрическая сеть, генератор,
топливный элемент или аккумулятор. В одном из вариантов, ток поступает от
аккумулятора. В одном из вариантов, напряжение подходящей частоты и нужную форму
тока можно получить посредством соответствующей обработки выходного напряжения и
тока конденсатора или аккумулятора. В одном из вариантов, пример схемы для получения
импульса тока 500 А при напряжении 900 В приведен в статье "Генератор импульсов
сильного тока с высокой точностью на биполярных транзисторах с изолированным
затвором" (V. V. Nesterov, A. R. Donaldson, "High Current High Accuracy IGBT Pulse
Generator", 1996 IEEE, pp. 1251-1253,
https://accelconf.web.cern.ch/AccelConf/p95/ARTICLESAVAA/WAAll.PDF), а схема для получения тока 25 кА приведена в статье "Твердотельный переключатель на ток 24 кА для экспериментов с плазменным разрядом" (P. Pribyl, W. Gekelman, "24 kA solid state switch for plasma discharge experiments," Review of Scientific Instruments, Vol. 75, No. 3, March, 2004, pp. 669-673), так что обе работы включены сюда посредством ссылки во всей своей полноте, где делитель напряжения может увеличить ток и уменьшить напряжение.
Твердое топливо или энергетический материал может содержать электрический проводник или электропроводную матрицу или носитель, такой как металл, углерод или карбид, и воду НгО или источник воды НгО, такой как соединение или соединения, способные вступать в реакцию с образованием воды НгО или способные высвобождать
связанную воду НЮ, как это указано в настоящем описании. Твердое топливо может содержать воду Н2О, соединение или материал, взаимодействующий с водой, и электрический проводник. Вода Н2О может присутствовать в состоянии, отличном от объемной воды НгО, таком как абсорбированная или связанная вода НгО, например, физически адсорбированная вода НгО или гидратационная вода. В качестве альтернативы вода НгО может присутствовать в виде объемной воды НгО в смеси, которая обладает высокой электропроводностью или может приобрести высокую электропроводность под воздействием подходящего напряжения. Твердое топливо может содержать воду НгО и материал или соединение, такое как металлический порошок или углерод, обеспечивающие высокую электрическую проводимость, а также материал или соединение, такое как оксид, например, оксид металла, способствующий образованию водорода Н и возможно НОН, служащего катализатором. Пример твердого топлива может содержать только R-Ni или с присадками, такими как переходные металлы и алюминий А1, где R-Ni высвобождает водород Н и НОН посредством разложения гидратированных АЬОз и А1(ОН)з. Пример подходящего твердого топлива содержит по меньшей мере один оксигидроксид, такой как TiOOH, GdOOH, СоООН, InOOH, FeOOH, GaOOH, NiOOH, AlOOH, CrOOH, MoOOH, CuOOH, MnOOH, ZnOOH и/или SmOOH, и электропроводную матрицу, такую как по меньшей мере порошок металла или порошок углерода, и в качестве опции, воду НгО. Твердое топливо может содержать по меньшей мере один гидроксид, такой как гидроксид переходного металла, например, по меньшей мере один Си(ОН)г, Со(ОН)2, Fe(OH)2 или М(ОН)г, гидроксид алюминия, такой как А1(ОН)з, электрический проводник, такой как по меньшей мере порошок углерода и/или порошок металла, и в качестве опции воду Н2О. Твердое топливо может содержать по меньшей мере один оксид, такой как по меньшей мере один оксид переходного металла, например, по меньшей мере один из СиО, СшО, МО, М2О3, FeO И/ИЛИ РегОз, электрический проводник, такой как по меньшей мере порошок углерода и/или порошок металла, и в качестве опции воду НгО. Твердое топливо может содержать по меньшей мере один галогенид, такой как галогенид щелочноземельного металла, например, MgCh, электрический проводник, такой как по меньшей мере порошок углерода и/или порошок металла, такого как кобальт Со или железо Fe, и воду Н2О. Твердое топливо может содержать смесь твердых топлив, такую как содержащую по меньшей мере два соединения из группы - гидроксид, оксигидроксид, оксид и галогенид, такой как галогенид металла, и по меньшей мере проводник и/или электропроводную матрицу и воду НгО. Проводник может содержать по меньшей мере одно - металлическую сетку, покрытую одним или несколькими другими компонентами реакционной смеси,
содержащей твердое топливо, R-Ni, металлический порошок, такой как порошок переходного металла, celmet из никеля Ni или кобальта Со, углерод или карбид или другой проводник или электропроводный носитель или электропроводная матрица, известная специалистам в рассматриваемой области.
В одном из вариантов, твердое топливо содержит углерод, такой как активированный уголь, и воду Н2О. Если воспламенение для образования плазмы происходит в вакууме или в инертной атмосфере, то после преобразования энергии плазмы в электроэнергию, углерод, сконденсированный из плазмы, может быть регидратирован для возвращения в твердое состояние в цикле регенерации. Твердое топливо может содержать по меньшей мере одну смесь кислотной, основной или нейтральной воды Н2О и активированного угля, древесного угля, древесного угля мягких пород, углерода, обработанного паром или водородом, и металлический порошок. В одном из вариантов, металл из смеси углерода с металлом является, по меньшей мере частично, не вступающим в реакцию с водой НгО. Подходящими металлами, по меньшей мере частично стабильными с точки зрения реакции с водой НгО, являются по меньшей мере один металл из группы Cu, Ni, Pb, Sb, Bi, Co, Cd, Ge, Au, Ir, Fe, Hg, Mo, Os, Pd, Re, Rh, Ru, Se, Ag, Тс, Те, TI, Sn, W, Al, V, Zr, Ti, Mn, Zn, Cr и In. Смесь может быть регенерирована посредством регидратации, содержащей добавление воды НгО.
В одном из вариантов, основными необходимыми реагентами являются источник водорода Н, источник кислорода О и хорошая электропроводная матрица, позволяющая пропускать через материал сильный электрический ток во время воспламенения. Твердое топливо или энергетический материал могут быть заключены в герметизированном контейнере, таком как герметизированный металлический контейнер, например, герметизированный контейнер из алюминия. Твердое топливо или энергетический материал могут вступать в реакцию под воздействием низковольтного импульса сильного тока, такого как от аппарата для точечной сварки, например это достигается, если поместить топливо между двумя медными электродами аппарата для точечной сварки Taylor-Winfield модель ND-24-75 и пропустить короткий импульс сильного тока при низком напряжении. Напряжение, с частотой 60 Гц может иметь величину 5 - 20 В (эфф.), а ток может быть примерно от 10,000 до 40,000 А/см2.
Примерами энергетических материалов и условий реакции являются по меньшей мере один из TiOOH, GdOOH, СоООН, InOOH, FeOOH, GaOOH, NiOOH, AlOOH, CrOOH, MoOOH, CuOOH, MnOOH, ZnOOH, SmOOH, M2O3H2O, ЬагОзНгО, или Na2S04H20, нанесенный в виде покрытия на ячеистую сетку из никеля Ni путем нанесения суспензии и сушки, после чего материал подвергают воздействию электрического импульса с
частотой 60 Гц, напряжением 8 В (эфф) и с плотностью тока 40,000 А/см2.
Твердое топливо или энергетический материал может содержать катион, способный иметь несколько состояний оксидирования в составе содержащего кислород соединения, такой катион как по меньшей мере один из Мо, Ni, Со или Fe, где такой катион может иметь состояния оксидирования 2+ и 3+ в случае Ni, Со и Fe, и состояния оксидирования 2+, 3+, 4+, 5+ и 6+ в случае молибдена Мо. Эти состояния могут иметь место в гидроксиде, оксигидроксиде, оксиде и в галоидных соединениях. Изменение состояния оксидирования может способствовать распространению реакции образования гидрино за счет устранения самограничивающего накопления заряда посредством ионизации катализатора НОН во время реакции катионом, который подвергается восстановлению.
В одном из вариантов, твердое топливо или энергетический материал содержит воду, диспергатор и диссоциатор для получения образующейся в ходе реакции воды Н20 и водорода Н. Примерами подходящих диспергаторов и диссоциаторов являются галоидные соединения, такие как галогениды металлов, например, галогенид переходного металла, такой как бромид, например, FeBr2, соединение, образующее гидрат, такое как СиВгг, и соединения, такие как оксиды и галогениды, содержащие металл, способный иметь несколько состояний оксидирования. Другие содержат оксиды, оксигидроксиды или гидроксиды, такие как соответствующие соединения переходных элементов, например, СоО, СогОз, Соз04, СоООН, Со(ОН)г, Со(ОН)з, МО, МгОз, МООН, М(ОН)г, FeO, Fe203, FeOOH, Fe(OH)3, CuO, СшО, CuOOH и Cu(OH)2. В других вариантах, переходный металл заменен другим металлом, таким как щелочной, щелочноземельный, внутренний переходный (лантаноиды и актиноиды) или редкоземельный металл и металлы Групп 13 и 14. Подходящими примерами являются Ьа20з, СеОг и ЬаХз (X = галоген). В другом варианте, твердое топливо или энергетический материал содержит воду Н20 в виде гидрата в составе неорганического соединения, такого как оксид, оксигидроксид, гидроксид или галогенид. Другими подходящими гидратами являются соединения металлов, указанные в настоящем описании, такие как по меньшей мере одно соединение из группы, содержащей сульфат, фосфат, нитрат, карбонат, гидрокарбонат, хромат, пирофосфат, персульфат, гипохлорит, хлорит, хлорат, перхлорат, гипоиодит, иодит, иодат, периодат, гидросульфат, гидро- или дигидрофосфат, другие соединения металлов с оксианионом и галогениды металла. Молярные пропорции диспергатора и диссоциатора, таких оксиды металлов и галоидные соединения могут любыми, позволяющими реализовать событие воспламенения. Подходящие отношения молярных количеств указанного по меньшей мере одного соединения и воды Н20, находятся по меньшей мере в одном из диапазонов примерно 0.000001 - 100000, 0.00001 - 10000, 0.0001
- 1000, 0.01 - 100, 0.1 - 10 или 0.5 - 1, где эта пропорция имеет вид (число молей соединения/число молей воды НгО). Твердое топливо или энергетический материал может дополнительно содержать электрический проводник или электропроводную матрицу, такую как по меньшей мере один порошок металла, например, порошок переходного металла, celmet никеля Ni или кобальта Со, углеродный порошок, или карбид. Или другой проводник или электропроводный носитель или электропроводная матрица, известная специалистам в рассматриваемой области. Подходящие пропорции молярного количества гидратированного соединения, содержащего по меньшей мере одно соединение и воду НгО, к молярному количеству электрического проводника находятся по меньшей мере в одном из диапазонов 0.000001 - 100000, 0.00001 - 10000, 0.0001 -1000, 0.01 - 100, 0.1 - 10 или 0.5 - 1, где эта пропорция определена как (число молей гидратированного соединения/число молей проводника).
В одном из вариантов, реагент регенерируют из продуктов реакции путем добавления воды НгО. В одном из вариантов, твердое топливо или энергетический материал содержит воду НгО и электропроводную матрицу, подходящую для пропускания сильного тока при низком напряжении согласно настоящему изобретению через гидратированный материал для воспламенения этого материала. Материал электропроводной матрицы может представлять собой по меньшей мере одно -поверхность металла, металлический порошок, углерод, углеродный порошок, карбид, борид, нитрид, карбонитрил, такой как TiCN, нитрил, другой материал согласно настоящему описанию или известный специалистам в рассматриваемой области. Добавление воды НгО для получения твердого топлива или энергетического материала или для регенерации их из продуктов может происходить непрерывно или время от времени.
Твердое топливо или энергетический материал может содержать смесь электропроводной матрицы, оксид, такой как смесь металла и соответствующего оксида металла, например, переходного металла и по меньшей мере одного из его оксидов, такого как металлы из группы Fe, Cu, Ni ИЛИ СО, И воду НгО. Вода НгО может быть в форме гидратированного оксида. В других вариантах, реагенты типа металл/оксид металла содержат металл, плохо вступающий в реакцию с водой НгО, так что оксид может быть легко восстановлен до металла, либо металл не оксидируется во время реакции образования гидрино. Пример подходящего металла, плохо вступающего в реакцию с водой НгО можно выбрать из группы Cu, Ni, Pb, Sb, Bi, Co, Cd, Ge, Au, Ir, Fe, Hg, Mo, Os, Pd, Re, Rh, Ru, Se, Ag, Тс, Те, TI, Sn, W, Al, V, Zr, Ti, Mn, Zn, Cr. В ходе реакции этот металл может быть преобразован в оксид. Оксидный продукт, соответствующий
металлическому реагенту, может быть регенерирован до первоначального металла путем восстановления водородом с использованием систем и способов, известных специалистам в рассматриваемой области. Восстановление водородом может происходить при повышенной температуре. Водород можно получать в результате электролиза воды НЮ. В другом варианте, металл регенерируют из оксида посредством восстановления углеродом, путем восстановления с использованием металла, более активно вступающего в реакцию с кислородом, или посредством электролиза, например, электролиза расплавленной соли. Преобразование металла из оксида может быть получено с применением систем и способов, известных специалистам в рассматриваемой области. Молярные пропорции металла, оксида металла и воды могут быть любыми подходящими для воспламенения под воздействием низковольтного импульса сильного тока согласно настоящему описанию. Подходящие диапазоны относительных молярных количеств (металл), (оксид металла), (вода Н2О) по меньшей мере (0.000001 - 100000), (0.000001 -100000), (0.000001 - 100000); (0.00001 - 10000), (0.00001 - 10000), (0.00001 - 10000); (0.0001 - 1000), (0.0001 - 1000), (0.0001 - 1000); (0.001 - 100), (0.001 - 100), (0.001 - 100); (0.01 - 100), (0.01 - 100), (0.01 - 100); (0.1 - 10), (0.1 - 10), (0.1 - 10); или (0.5 - 1), (0.5 - 1), (0.5 - 1). Твердое топливо или энергетический материал может представлять собой по меньшей мере суспензию, раствор, эмульсию, композиционный материал или соединение.
Твердое топливо или энергетический материал может содержать смесь электропроводной матрицы, галогенида, такого как смесь первого металла и соответствующего галогенида первого металла или галогенида второго металла, и воды Н2О. Вода Н2О может быть в форме гидратированного галогенида. Галогенид второго металла может быть более стабильным, чем галогенид первого металла. В одном из вариантов, первый металл плохо вступает в реакции с водой НгО, так что соответствующий оксид может быть легко восстановлен до металла, либо металл этот не оксидируется во время реакции образования гидрино. Пример подходящего металла, плохо вступающего в реакцию с водой НгО можно выбрать из группы Cu, Ni, Pb, Sb, Bi, Co, Cd, Ge, Au, Ir, Fe, Hg, Mo, Os, Pd, Re, Rh, Ru, Se, Ag, Тс, Те, TI, Sn, W, Al, V, Zr, Ti, Mn, Zn, Cr. Молярные пропорции металла, оксида металла и воды могут быть любыми подходящими для воспламенения под воздействием низковольтного импульса сильного тока согласно настоящему описанию. Подходящие диапазоны относительных молярных количеств (металл), (оксид металла), (вода НгО) по меньшей мере (0.000001 - 100000), (0.000001 - 100000), (0.000001 - 100000); (0.00001 - 10000), (0.00001 - 10000), (0.00001 -10000); (0.0001 - 1000), (0.0001 - 1000), (0.0001 - 1000); (0.001 - 100), (0.001 - 100), (0.001 - 100); (0.01 - 100), (0.01 - 100), (0.01 - 100); (0.1 - 10), (0.1 - 10), (0.1 - 10); или (0.5 - 1),
(0.5 - 1), (0.5 - 1). Твердое топливо или энергетический материал может представлять собой по меньшей мере суспензию, раствор, эмульсию, композиционный материал или соединение.
В одном из вариантов, твердое топливо или энергетический материал может содержать электрический проводник, такой как проводник, указанный в настоящем описании, например, металл или углерод, гигроскопичный материал и воду НЮ. Примерами подходящих гигроскопичных материалов являются бромид лития, хлорид кальция, хлорид магния, хлорид цинка, карбонат калия, фосфат калия, карналлит, такой как KMgCb 6(НгО), цитрат железа и аммония, гидроксид калия, гидроксид натрия и концентрированные серная и фосфорная кислоты, целлюлозные волокна (такие как хлопок и бумага), сахар, карамель, мед, глицерол, этанол, метанол, дизельное топливо, метамфетамин, многочисленные минеральные удобрения, соль (включая пищевую соль) и широкий спектр других веществ, известных специалистам в рассматриваемой области, а также десикант, такой как оксид кремния, активированный уголь, сульфат кальция, хлорид кальция, молекулярные сита (обычно цеолит) или материал, растворяющийся от влаги воздуха, такой как хлорид цинка, хлорид кальция, гидроксид калия, гидроксид натрия и различные гигроскопичные соли, известные специалистам в рассматриваемой области. Подходящие диапазоны относительных молярных количеств (металл), (гигроскопичный материал), (вода Н2О) находятся по меньшей мере в одном из следующих диапазонов - примерно (0.000001 - 100000), (0.000001 - 100000), (0.000001 -100000); (0.00001 - 10000), (0.00001 - 10000), (0.00001 - 10000); (0.0001 - 1000), (0.0001 -1000), (0.0001 - 1000); (0.001 - 100), (0.001 - 100), (0.001 - 100); (0.01 - 100), (0.01 - 100), (0.01 - 100); (0.1 - 10), (0.1 - 10), (0.1 - 10); и (0.5 - 1), (0.5 - 1), (0.5 - 1). Твердое топливо или энергетический материал может представлять собой по меньшей мере суспензию, раствор, эмульсию, композиционный материал или соединение.
В одном из примеров энергетического материала 0.05 мл (50 мг) воды НгО было добавлено к 20 мг СозСч или СиО, загерметизированным в алюминиевом контейнере для дифференциальной калориметрии (DSC), (Алюминиевый тигель 30 мкл, D:6.7x3 (Setaram, S08/HBB37408) и алюминиевая крышка D: 6,7, штампованная, неплотная (Setaram, S08/HBB37409)), после чего все это воспламенили электрическим током в пределах 15,000 - 25,000 А при напряжении около 8 В (эфф) с использованием аппарата для точечной сварки Taylor-Winfield модель ND-24-75. Наблюдалась вспышка с большой энергией, испарившая образцы и превратившая каждый в энергетическую сильно ионизированную расширяющуюся плазму. Другой пример твердого топлива, воспламененного таким же способом с аналогичными результатами, содержит смесь Си (42.6 мг) + СиО (14.2 мг) +
№0 (16.3 мг), загерметизированную в алюминиевом контейнере для калориметрии DSC (71.1 мг) (Алюминиевый тигель 30 мкл, D:6.7x3 (Setaram, S08/HBB37408) и алюминиевая крышка D: 6,7, штампованная, плотная (Setaram, S08/HBB37409)).
В одном из вариантов, твердое топливо или энергетический материал содержит источник образующейся в ходе реакции воды Н20, служащей катализатором, и источник водорода Н. В одном из вариантов, твердое топливо или энергетический материал является электропроводным или содержит электропроводный матричный материал, чтобы сделать смесь источника образующейся в ходе реакции воды Н20, служащей катализатором, и источника водорода Н электропроводной. Источник по меньшей мере одного из компонентов - источника образующейся в ходе реакции воды Н20, служащей катализатором, и/или источника водорода Н, представляет собой соединение или смесь соединений и материала, содержащего по меньшей мере кислород О и водород Н. Соединение или материал, содержащий кислород О, может представлять собой по меньшей мере одно - оксид, гидроксид и/или оксигидроксид, такой как оксид, гидроксид и/или оксигидроксид щелочного, щелочноземельного, переходного металла, внутреннего переходного (лантаноиды и актиноиды) металла, редкоземельного металла и/или металлов из групп 13 и 14. Соединение или материал, содержащий кислород О, может представлять собой сульфат, фосфат, нитрат, карбонат, гидрокарбонат, хромат, пирофосфат, персульфат, перхлорат, пербромат и перйодат, МХОз, МХСч (М = металл, такой как щелочной металл, например, Li, Na, К, Rb, Cs; X = F, Br, CI, I), оксид кобальта и магния, оксид никеля и магния, оксид меди и магния, Li20, оксид щелочного металла, оксид щелочноземельного металла, CuO, Cr04, ZnO, MgO, СаО, М0О2, ТЮ2, Zr02, Si02, АЬОз, NiO, FeO, Fe203, ТаОг, Ta205, VO, VO2, V2O3, V2O5, Р2О3, Р2О5, В2О3, NbO, Nb02, Nb205, Se02, Se03, ТеОг, ТеОз, WO2, WO3, Сгз04, СггОз, СгОг, СгОз, оксид редкоземельного металла, например, СеОг или ЪгиОз, оксигидроксид, такой как TiOOH, GdOOH, СоООН, InOOH, FeOOH, GaOOH, NiOOH, AlOOH, CrOOH, MoOOH, CuOOH, MnOOH, ZnOOH или SmOOH. К примерам источников атомарного водорода Н относятся вода НгО, соединение, имеющее связанную или абсорбированную воду Н2О, такие как гидраты, гидроксиды, оксигидроксиды или гидросульфаты, гидро или дигидрофосфаты и углеводороды. Материал электропроводной матрицы может представлять собой по меньшей мере одно - металлический порошок, углерод, углеродный порошок, карбид, борид, нитрид, карбонитрил, такой как TiCN, или нитрил. Электрические проводники согласно настоящему изобретению могут в различных вариантах иметь разную физическую форму, например, объемную, гранулированную, порошковую, нанопорошковую или какую-либо другую известную специалистам в рассматриваемой
области форму, при использовании которой твердое топливо или энергетический материал, содержащие смесь с электрическим проводником, становятся электропроводными.
Примеры твердых топлив или энергетических материалов содержат по меньшей мере воду Н2О и/или электропроводную матрицу. В одном из примеров вариантов, твердое топливо содержит воду Н2О и металлический проводник, такой как переходный металл, например, железо Fe, в форме электропроводного порошка металлического железа Fe и соединения железа Fe, такого как гидроксид железа, оксид железа, оксигидроксид, железа или галогенид железа, где последний может замещать воду НгО в виде гидрата, который служит источником воды НгО. Другие металлы могут заменять железо Fe в каких-либо своих (этих металлов) физических формах, таких как чистые металлы и соединения, равно как в различных состояниях, таких как объемный материал, листовой материал, сетка, ячеистая сетка, проволока, гранулы или другие частицы, порошок, нанопорошок, а также твердая, жидкая и газообразная форма. Электрический проводник может содержать углерод в одной или нескольких физических формах, таких как меньшей мере одна из форм - объемный углерод, частицы или гранулы углерода, углеродный порошок, углеродный аэрогель, углеродные нанотрубки, активированный уголь, графен, углерод или нанотрубки, активированные посредством КОН, углерод, полученный из карбида, ткань из углеродных волокон и/или фуллерен. Подходящими примерами твердых топлив или энергетических материалов являются смесь СиВгг + НгО + электропроводная матрица; смесь Си(ОН)г + FeBn + материал электропроводной матрицы, такой как углерод или металлический порошок; смесь FeOOH + материал электропроводной матрицы, такой как углерод или металлический порошок; смесь Cu(OH)Br + материал электропроводной матрицы, такой как углерод или металлический порошок; смесь А100Н или А1(ОН)з + порошок алюминия А1, где дополнительный водород Нг поступает в реакции с образованием гидрино в результате реакции алюминия А1 с водой НгО, образовавшейся при разложении А100Н или А1(ОН)з; вода НгО в составе электропроводных наночастиц, таких как углеродные нанотрубки и фуллерены, которые могут быть активированы паром, и вода НгО в составе металлизированных цеолитов, где может быть использован диспергатор для увлажнения гидрофобного материала, такого как углерод; смесь NH4NO3 + НгО + порошок сплава МА1; смесь L1NH2 + L1NO3 + порошок титана Ti; смесь L1NH2 + L1NO3 + Pt/Ti; L1NH2 + NH4NO3 + порошок титана Ti; смесь BH3NH3 + NH4NO3; смесь BH3NH3 + СО2, SO2, NO2, равно как нитраты, карбонаты, сульфаты; смесь LiH + NH4NO3 + переходный металл, редкоземельный металл, алюминий А1 или другой оксидируемый металл; смесь NH4NO3 + переходный металл,
редкоземельный металл, алюминий А1 или другой оксидируемый металл; смесь NH4NO3 + R-Ni; смесь Р2О5 с каждым из гидроксидов, указанных в настоящем описании, LiNCb, LiC104 и S2O8 + электропроводная матрица; и источник водорода Н, такой как гидроксид, оксигидроксид, материал для хранения водорода, такой как один или несколько подобных материалов, указанных в настоящем описании, дизельное топливо и источник кислорода, который может также быть акцептором электронов, таким как Р2О5 и другими ангидридами кислот, такими как СО2, SO2 или NO2.
Твердое топливо или энергетический материал для получения гидрино может содержать по меньшей мере один обладающий высокой реакционной активностью или энергетический материал, такой как NH4NO3, тритонал, RDX, PETN и другие материалы, указанные в настоящем описании. Твердое топливо или энергетический материал может дополнительно содержать по меньшей мере одно - электрический проводник, электропроводную матрицу или электропроводный материал, такой как металлический порошок, углерод, углеродный порошок, карбид, борид, нитрид, карбонитрил, такой как TiCN или нитрил, углеводород, такой как дизельное топливо, оксигидроксид, гидроксид, оксид и воду НгО. В одном из примеров вариантов, твердое топливо или энергетический материал содержит по меньшей мере один обладающий высокой реакционной активностью или энергетический материал, такой как NH4NO3, тритонал, RDX, PETN и электропроводную матрицу, такую как по меньшей мере одно - металлический порошок, такой как порошок алюминия А1 или порошок переходного металла и углеродный порошок. Твердое топливо или энергетический материал может вступать в реакцию под воздействием сильного электрического тока, как это указано в настоящем описании. В одном из вариантов, твердое топливо или энергетический материал дополнительно содержит сенсибилизатор, такой как стеклянные микросферы.
Энергетический материал может быть источником для сбора газа гидрино.
В одном из вариантов, воспламенение твердого топлива создает по меньшей мере одно - расширяющийся газ, расширяющуюся суспензию, которая может быть по меньшей мере частично ионизирована, и расширяющуюся плазму. Расширение может быть в вакууме. В одном из вариантов, газ, суспензия или плазма, которые могут расширяться, например, в вакууме, образуют наночастицы, когда происходит охлаждение этих по меньшей мере газа, суспензии или плазмы. Наночастицы служат здесь новым материалом, имеющим уникальные приложения в таких областях, как электроника, фармацевтика и технология покрытия поверхности.
A. Плазмодинамический преобразователь (PDC)
Масса положительно заряженного иона плазмы по меньшей мере в 1800 раз больше массы электрона; таким образом, циклотронная орбита в 1800 раз больше. Этот результат позволяет осуществлять магнитный захват электронов на магнитных силовых линиях, тогда как ионы могут дрейфовать. Здесь может происходить разделение зарядов для обеспечения напряжения для плазмодинамического преобразователя (plasmadynamic converter (PDC)).
B. Магнитогидродинамический (МНР) преобразователь
Разделение зарядов на основе формирования потока масс ионов в поперечном магнитном поле хорошо известно в технике под названием магнитогидродинамическое (МГД (magnetohydrodynamic (MHD))) преобразование энергии. Положительные и отрицательные ионы под воздействием сил Лоренца движутся в противоположных направлениях и попадают на соответствующие MHD-электроды, создавая тем самым напряжение между этими электродами. Типовой способ создания потока масс ионов для MHD-систем состоит в расширении газа высокого давлении, в котором в качестве "зародышей" присутствуют ионы, через сопло для создания имеющего высокую скорость потока через поперечное магнитное поле, где группа MHD-электродов пересекает отклоняющее поле для приема отклоненных ионов. Согласно настоящему изобретению давление обычно выше атмосферного, но это необязательно, так что направленный поток масс может быть получен в результате реакции твердого топлива для образования в высокой степени ионизированной радиально расширяющейся плазмы.
C. Прямой электромагнитный преобразователь (с поперечным полем или с
дрейфом частиц), прямой Е х В -преобразователь
Направленный дрейф заряженных частиц в магнитном и скрещенных с ним электрических полях может быть использован для разделения и сбора зарядов на пространственно разнесенных Е х В -электродах. Поскольку устройство извлекает энергию частиц перпендикулярно направляющему полю, расширение плазмы может быть ненужным. Работа идеализированного Е х В -преобразователя опирается на разницу инерций между ионами и электронами, что является источником разделения зарядов и образования напряжения на противоположных Е х В -электродах относительно направлений скрещенных полей. Дрейфовый сбор энергии VB может также быть использован независимо или в сочетании со сбором ЕхВ.
D. Преобразователь дрейфа зарядов
Прямой преобразователь энергии, описанный Тимофеевым и Глаголевым в статьях "Схема прямого преобразования тепловой энергии в электроэнергию" [А. V. Timofeev, "А scheme for direct conversion of plasma thermal energy into electrical energy," Sov. J. Plasma Phys., Vol. 4, No. 4, July-August, (1978), pp. 464-468] и "Прямое преобразование термоядерной энергии в электроэнергию в системе дракона" [V. М. Glagolev, and А. V. Timofeev, "Direct Conversion of thermonuclear into electrical energy a drakon system," Plasma Phys. Rep., Vol. 19, No. 12, December (1993), pp. 745-749], использует инжекцию зарядов в отдельный поток дрейфующих положительных ионов с целью извлечения энергии из плазма. Этот преобразователь дрейфа заряда содержит градиент магнитного поля в направлении, поперечном направлению источника магнитного потока В, где этот источник магнитного потока В создает магнитное поле с искривленными силовыми линиями магнитного поля. В обоих случаях дрейфующие отрицательно и положительно заряженные ионы движутся в противоположных направлениях перпендикулярно плоскости, определяемой магнитным потоком В, и направлению градиента магнитного поля или плоскости, в которой магнитный поток В имеет кривизну. В каждом случае разделенные ионы генерируют напряжение в противоположных конденсаторах параллельно этой плоскости, что сопровождается уменьшением тепловой энергии ионов. Электроны принимают на одном электроде преобразователя дрейфа заряда, а положительные ионы принимают на другом электроде. Поскольку подвижность ионов намного меньше подвижности электронов, инжекция электронов может происходить непосредственно или посредством "выкипания" их с нагретого электрода преобразователя дрейфа заряда. Потери энергии невелики и не создают больших издержек для баланса мощностей.
E. Магнитное ограничение
Будем считать, что событием вспышки или воспламенения является ситуация, когда каталитическая реакция водорода Н для образования гидрино ускоряется до очень высокой скорости. В одном из вариантов, плазма, получаемая от события вспышки или воспламенения, является расширяющейся плазмой. В таком случае магнитогидродинамика (MHD) представляет собой подходящие систему и способ преобразования. В качестве альтернативы, в одном из вариантов плазма ограничена. В этом случае преобразование энергии может быть осуществлено посредством по меньшей мере одного преобразователя - плазмодинамического преобразователя, магнитогидродинамического преобразователя, электромагнитного прямого (со
скрещенными полями или дрейфового) преобразователя, прямого Е х В -преобразователя и преобразователя дрейфа заряда. В таком случае, в дополнение к SF-CIHT-элементу и остальной части энергетической установки, содержащей системы воспламенения, повторной загрузки, регенерации, подготовки топлива и плазмоэлектрического преобразования, система генерации энергии содержит также систему ограничения плазмы. Ограничение может быть осуществлено посредством магнитных полей, таких как поля соленоидов. Магнитная система может содержать по меньшей мере постоянные магниты и/или электромагниты, такие как магниты по меньшей мере одного типа -неохлаждаемые, охлаждаемые водой и/или сверхпроводниковые магниты с соответствующей криогенной системой, содержащей по меньшей мере сосуд Дьюара с жидким гелием, сосуд Дьюара с жидким азотом, отражатели излучения, которые могут содержать медь, высоковакуумную изоляцию, радиационные экраны, и криогенный насос и компрессор, которые могут получать питания с выхода генератора электроэнергии на основе гидрино. Магниты могут представлять собой открытые катушки, такие как катушки Гельмгольца. Плазма может быть также ограничена в магнитной бутылке или с использованием других систем и способов, известных специалистам в рассматриваемой области.
Для ограничения плазмы, образовавшейся в результате каталитической реакции водорода Н для преобразования в гидрино, используют магнитную бутылку, образованную двумя или более магнитными зеркалами. Теория такого ограничения изложена в моих предыдущих заявках, таких как "Микроволновый элемент питания" (Microwave Power Cell), "Химический реактор" (Chemical Reactor) и "Преобразователь энергии" (Power Converter), PCT/US02/06955, подана 3/7/02 (короткая версия), PCT/US02/06945 подана 3/7/02 (длинная версия), US номер дела 10/469,913 подано 9/5/03, которые включены сюда посредством ссылки во всей своей полноте. Ионы, созданные в центральной области бутылки, будут двигаться по спирали вдоль оси, но будут отражены магнитными зеркалами на каждом конце. Более энергичные ионы, имеющие высокие составляющие скорости параллельно нужной оси, будут вылетать через концы бутылки. Таким образом, в одном из вариантов, бутылка может создавать по существу прямолинейный поток ионов из концов магнитной бутылки к магнитогидродинамическому преобразователю. Поскольку электроны вследствие их меньшей массы могут быть ограничены предпочтительно по сравнению с положительными ионами, в плазмодинамическом варианте настоящего изобретения развивается напряжение. Поток энергии течет между анодом, контактирующим с ограниченными электронами, и катодом, таким как ограничивающая контейнер стенка,
собирающая положительно заряженные ионы. Энергия может рассеиваться во внешней нагрузке.
F. Твердотопливный элемент для индуцированного катализатором образования гидрино (SF-СШГ)
Химические реагенты согласно настоящему изобретению могут быть обозначены как твердое топливо или энергетический материал или и то и другое. Твердое топливо может действовать как и тем самым представлять собой энергетический материал, когда созданы и сохраняются условия для прохождения реакции с очень высокой скоростью для образования гидрино. В одном из вариантов, скорость реакции образования гидрино зависит от подачи или выработки сильного тока. В одном из вариантов SF-CIHT-элемента реагенты для образования гидрино подвергают воздействию низковольтного импульса сильного тока с большой мощностью, который создает очень высокую скорость реакции и высвобождения энергии. Скорость может быть достаточна для создания ударной волны. В одном из примеров вариантов, использовались напряжение 60 Гц с пиковой величиной 15 В, пиковый ток в пределах между 10,000 А/см2 и 50,000 А/см2 и плотность мощности между 150,000 Вт/см2 и 750,000 Вт/см2. Возможны также другие частоты, напряжения, токи и мощности в диапазонах от примерно 1/100 до 100 раз выше указанных параметров. В одном из вариантов, скорость реакции образования гидрино зависит от подачи или выработки сильного тока. В одном из вариантов, напряжение выбирают таким образом, чтобы получить сильный переменный ток, сильный постоянный ток или смесь сильного переменного и сильного постоянного тока по меньшей мере в одном из диапазонов - от 100 А до 1,000,000 А, от 1 кА до 100,000 А, от 10 кА до 50 кА. Плотность постоянного тока или пиковая плотность переменного тока может быть по меньшей мере в одном из диапазонов - от 100 А/см2 до 1,000,000 А/см2, от 1000 А/см2 до 100,000 А/см2 или от 2000 А/см2 до 50,000 А/см2. Постоянное напряжение или пиковое переменное напряжение может быть по меньшей мере в одном из диапазонов примерно от 0.1 В до 1000 В, от 0.1 В до 100 В, от 0.1 В до 15 В и от 1 В до 15 В. Частота переменного тока может быть в пределах примерно от 0.1 Гц до 10 ГГц, от 1 Гц до 1 МГц, от 10 Гц до 100 кГц или от 100 Гц до 10 кГц. Продолжительность импульса может быть по меньшей мере в одном из диапазонов, выбранном из группы - примерно от 10"6 с до 10 с, от 10"5 с до 1 с, 10"4 с до 0.1 с, или от 10"3 с до 0.01 с.
Энергия плазмы, образованной гидрино, может быть прямо преобразована в электроэнергию. В ходе каталитического преобразования водорода Н в гидрино происходит ионизация электронов из НОН, служащего катализатором, за счет энергии,
переданной от атома водорода Н, подвергающегося каталитическому преобразованию, к НОН. Эти электроны могут быть переданы в составе подаваемого импульса сильного тока, чтобы предотвратить самоограничение каталитической реакции из-за накопления заряда. Быстрая кинетика реакции порождает вспышку, что в свою очередь создает массовую ионизацию электронов. Высокая скорость в направлении радиально наружу продуктов взрыва твердого топлива, содержащих по существу 100% ионизированной плазмы в круговом сильном магнитном поле, обусловленном поданным сильным током, приводит к магнитогидродинамическому преобразованию энергии. Величина напряжения возрастает в направлении полярности подачи, поскольку имеет лоренцево отклонение, обусловленное направлением тока и соответствующего вектора магнитного поля, а также направлением радиального потока. В одном из вариантов использования магнитогидродинамического преобразования энергии подаваемый сильный ток является постоянным током, так что соответствующее магнитное поле также является полем постоянного тока. Электрическое поле пространственного заряда в расширяющейся плазме и сильное магнитное поле поданного тока могут составить также прямой ER преобразователь, генерирующий напряжение постоянного тока и постоянный ток, когда поданный сильный ток является в одном из вариантов постоянным током. Более того, сильное магнитное поле, создаваемое сильным током, захватывает на магнитных силовых линиях электроны, массы которых на несколько порядков меньше, тогда как тяжелые положительные ионы дрейфуют таким образом, что между электродами может появиться плазмодинамическое напряжение, если есть смещение между электродами. В других вариантах, энергию плазмы, образующейся при воспламенении твердого топлива, преобразуют в электроэнергию с использованием по меньшей мере одного специального плазмоэлектрического преобразователя, такого как по меньшей мере один из группы -магнитогидродинамический преобразователь (MHD), плазмодинамический преобразователь (PDC) и/или прямой ЕхВ преобразователь. Подробности этих и других плазмоэлектрических преобразователей энергии приведены в моих предшествующих публикациях, таких как "Способ прямого плазмодинамического преобразования тепловой энергии плазмы в электроэнергию" (R. М. Mayo, R. L. Mills, М. Nansteel, "Direct Plasmadynamic Conversion of Plasma Thermal Power to Electricity," IEEE Transactions on Plasma Science, October, (2002), Vol. 30, No. 5, pp. 2066-2073); "Относительно потенциальных возможностей прямого и магнитогидродинамического преобразования энергии нового плазменного источника в электроэнергию для приложений с микрораспределенным питанием" (R. М. Mayo, R. L. Mills, М. Nansteel, "On the Potential of Direct and MHD Conversion of Power from a Novel Plasma Source to Electricity for
Microdistributed Power Applications," IEEE Transactions on Plasma Science, August, (2002), Vol. 30, No. 4, pp. 1568-1578); "Прямое плазмодинамическое преобразование тепловой энергии плазмы в электроэнергию для приложений с микрораспределенным питанием" (R. М. Mayo, R. L. Mills, "Direct Plasmadynamic Conversion of Plasma Thermal Power to Electricity for Microdistributed Power Applications," 40th Annual Power Sources Conference, Cherry Hill, NJ, June 10-13, (2002), pp. 1-4 ("Mills Prior Plasma Power Conversion Publications")), которые включены сюда посредством ссылки во всей своей полноте, и моими прошлыми заявками, такими как "Микроволновый элемент питания" (Microwave Power Cell), "Химический реактор" (Chemical Reactor) и "Преобразователь энергии" (Power Converter), PCT/US02/06955, подана 3/7/02 (короткая версия), PCT/US02/06945 подана 3/7/02 (длинная версия), US номер дела 10/469,913 подано 9/5/03; "Плазменный реактор и способ получения водородных химических частиц с уменьшенными энергиями" (Plasma Reactor And Process For Producing Lower-Energy Hydrogen Species), PCT/US04/010608 подана 4/8/04, US/ 10/552,585 подана 10/12/15; и "Водородный источник энергии, плазма и реактор для лазеров и преобразование энергии" (Hydrogen Power, Plasma, and Reactor for Lasing, and Power Conversion), PCT/US02/35872 подана 11/8/02, US/ 10/494,571 подана 5/6/04 ("Mills Prior Plasma Power Conversion Publications"), которые включены сюда посредством ссылки во всей своей полноте.
Энергия плазмы, преобразованная в электроэнергию, рассеивается во внешней схеме. Как показано посредством расчетов и экспериментально в предыдущих публикациях Миллза относительно преобразования энергии плазмы, можно добиться преобразования более 50% энергии плазмы в электроэнергию. Каждый SF-CIHT-элемент наряду с плазмой генерирует тепло. Тепло может быть использовано непосредственно или преобразовано в механическую или электрическую энергию с использованием преобразователей, известных специалистам в рассматриваемой области, таких как тепловой двигатель, например, паровой двигатель, либо паровая или газовая турбина с генератором, двигатель с циклом Ранкина или с циклом Брайтона или двигатель Стерлинга. Для преобразования энергии каждый SF СШТ-элемент может быть сопряжен с каким-либо из преобразователей тепловой энергии или энергии плазмы в механическую или электрическую энергию, описанных в прошлых публикациях Миллза, а также с преобразователями, известными специалистам в рассматриваемой области, такими как тепловой двигатель, система с паровой или газовой турбиной с генератором, двигатель Стерлинга, термоионный или термоэлектрический преобразователь энергии. Далее, совокупность возможных преобразователей энергии плазмы содержит по меньшей мере один из группы - плазмодинамический преобразователь энергии, прямой ER
преобразователь, магнитогидродинамический преобразователь энергии,
магнитогидродинамический преобразователь энергии с магнитным зеркалом, преобразователь дрейфа заряда, преобразователь Поста или преобразователь энергии типа "оконные жалюзи", гиротрон, микроволновый преобразователь энергии с группированием фотонов и/или фотоэлектрический преобразователь, описанные в прежних публикациях Миллза. В одном из вариантов, элемент содержит по меньшей мере один цилиндр двигателя внутреннего сгорания, как это описано в прежних публикациях Миллза по преобразованию тепловой энергии, в прежних публикациях Миллза по преобразованию энергии плазмы и в прежних заявках Миллза на выдачу патентов.
Генератор энергии на основе твердотопливного элемента для индуцированного катализатором образования гидрино (SF-СШТ), показанный на Фиг. 3, содержит по меньшей мере один SF-CIHT-элемент 1, имеющий структурную несущую раму 1а, каждый элемент имеет по меньшей мере два электрода 2, ограничивающих образец, таблетку, порцию или гранулу 3 твердого топлива и источник 4 электроэнергии для пропускания короткого импульса электрической энергии в виде низковольтного импульса сильного электрического тока сквозь топливо 3. Электрический ток воспламеняет топливо для высвобождения энергии из образования гидрино. Энергия выделяется в форме тепловой энергии или энергии сильноионизированной плазмы топлива 3, которая может быть преобразована непосредственно в электроэнергию. (Здесь термин "воспламенение или образование вспышки" относится к установлению высокой скорости реакции образования гидрино путем пропускания сильного тока через топливо.) Примерами источников электроэнергии являются аппарат для точечной сварки Taylor-Winfield модель ND-24-75 и генератор импульсов тока ЕМ Test Model CSS 500N10 CURRENT SURGE GENERATOR, 8/20US UP TO 10KA, способный генерировать ток до 10 кА. В одном из вариантов, источник 4 электроэнергии представляет собой источник постоянного тока, а плазмоэлектрический преобразователь энергии приспособлен для работы в магнитном поле постоянного тока. Подходящими преобразователями, работающими в магнитном поле постоянного тока, являются магнитогидродинамические, плазмодинамические и Е х В -преобразователи энергии. В одном из вариантов, магнитное поле может быть создано током от источника 4 электроэнергии, показанного на Фиг. 3 и 4А и 4В, где этот ток может протекать через дополнительные электромагниты, а также через таблетку 3 твердого топлива (Фиг. 3 и 4А и 4В). В одном из вариантов плазмодинамического (PDC) преобразователя энергии плазмы в электроэнергию радиальное магнитное поле, создаваемое током через электрод 2, может намагнитить по меньшей мере один электрод PDC-преобразователя, профилированный так, чтобы следовать форме магнитных силовых
линий. По меньшей мере один из электродов PDC-преобразователя, расположенный перпендикулярно силовым линиям радиального магнитного поля, представляет собой ненамагничиваемый электрод PDC-преобразователя. Напряжение генерируется между по меньшей мере одним намагничиваемым и одним ненамагничиваемым электродами PDC-преобразователя.
В одном из вариантов, источник 4 электроэнергии способен отдавать или принимать сильные токи, такие как указаны в настоящем описании, где посредством приема тока можно улучшить характеристики самоограничивающего накопления заряда от реакции образования гидрино. Таким источником и потребителем электрического тока может быть трансформаторная схема, LC-схема, RLC-схема, конденсаторы, конденсаторы очень большой емкости (ультраконденсаторы), катушки индуктивности, аккумуляторы и другие, обладающие низким полным или низким активным сопротивлением схемы или схемные компоненты и компоненты или устройства для накопления и сохранения электроэнергии, известные специалистам в рассматриваемой области, с точки зрения того, как генерировать и принимать сильные токи, которые могут быть в форме по меньшей мере вспышки и/или импульса. В другом варианте, показанном на Фиг. 4В, источник 4 питания для воспламенения может также служить запускающим источником питания, содержащим по меньшей мере один конденсатор, такой как банк низковольтных конденсаторов большой емкости, способный отдавать при низком напряжении сильный ток, необходимый для достижения воспламенения. Конденсаторная схема может быть построена таким образом, чтобы избежать пульсаций или "звона" во время разряда и тем самым увеличить срок службы конденсаторов. Этот срок службы может быть большим, например, в пределах примерно от 1 года до 20 лет.
В одном из вариантов, геометрическая площадь электродов является такой же или больше площади твердого топлива с целью создания высокой плотности тока по всему образцу, который нужно воспламенить. В одном из вариантов, электроды выполнены из углерода, чтобы избежать потерь электрической проводимости из-за оксидирования поверхности. В другом варианте, воспламенение твердого топлива происходит в вакууме, так что электроды не оксидируются. Электроды могут быть по меньшей мере одним из способов - непрерывно или время от времени, регенерированы металлом из состава компонентов твердого топлива 3. Твердое топливо 3 может содержать металл в форме расплава, образовавшегося в результате воспламенения, так что некоторое количество этого металла прилипает, прижигается, приваривается или сплавляется с поверхностью, чтобы заместить материал электрода 2, такой как металл, потерянный этой поверхностью в результате эрозии или иного износа во время работы. Генератор энергии на основе SF-
СШТ-элемента может далее содержать средства для восстановления формы электродов, таких как зубцы шестерен 2а. Эти средства могут представлять собой по меньшей мере одно - литейную форму, шлифовальный элемент и/или фрезерный станок.
Система генерации энергии содержит конвейерную механическую систему 5 повторной загрузки для удаления продуктов отработанного топлива и повторной загрузки электродов 2, чтобы ограничить между ними другую таблетку твердого топлива для воспламенения. В одном из вариантов, топливо 3 представляет собой непрерывную ленту, воспламеняемую только при протекании электрического тока через ленту. Кроме того, термин таблетка твердого топлива 3 относится в общем смысле к части ленты твердого топлива. Электроды 2 могут открываться и закрываться в процессе повторной загрузки. Механическое действие может быть произведено посредством систем, известных специалистам в рассматриваемой области, таких как системы с пневматическим или электромагнитным приводом, либо системы с приводом от электродвигателей. Конвейерная система повторной загрузки может содержать прямолинейный ленточный транспортер, который перемещает продукты сгорания наружу, а топливо внутрь, в позицию, где оно будет ограничено между электродами 2. В качестве альтернативы, конвейерная система повторной загрузки может содержать карусель 5, которая поворачивается между каждыми двумя последовательными воспламенениями для удаления продуктов сгорания и позиционирования топлива 3 в зону, где оно будет заключено между электродами 2 для следующего воспламенения. Карусель 5 может содержать металл, устойчивый против плавления или коррозии, такого как тугоплавкий сплав, сплавы, устойчивые против оксидирования при высокой температуре, такие как TiAIN, или жаропрочная нержавеющая сталь, известные в технике. В одном из вариантов, генератор энергии на основе SF-CIHT-элемента, показанный на Фиг. 3, формирует прерывистые импульсы энергии, генерируемой за счет гидрино, от одного SF-CIHT-элемента 1. В качестве альтернативы, генератор энергии содержит несколько SF-CIHT-элементов 1, которые передают на выход наложенные один на другой импульсы энергии, генерируемой индивидуальными элементами с использованием гидрино, во время синхронизированных должным образом во времени вспышек от воспламенения таблеток 3 твердого топлива. В одном из вариантов, адекватная синхронизация событий вспышек между несколькими элементами может позволить получить более непрерывный поток энергии на выходе. В других вариантах, топливо непрерывно подают в область сильного тока между электродами 2 для получения непрерывной мощности. В одном из вариантов, эти два электрода 2, ограничивающие твердое топливо, имеют такую протяженность, что можно осуществить контакт в противоположных точках по длине группы электродов 2,
чтобы вызвать последовательность импульсов сильного тока и высокой скорости реакции с участием гидрино вдоль группы электродов 2. Противоположные точки контакта на противоположных электродах 2 могут быть созданы путем механического перемещения соответствующих соединений в нужные пункты или посредством электронного переключения этих соединений. Эти соединения могут быть сделаны синхронно для достижения более стационарной выходной мощности от элемента или от нескольких элементов. Используемые виды топлива и параметры воспламенения приведены в настоящем описании.
Для демпфирования прерывистости некоторая доля энергии может быть запасена в конденсаторе и, в качестве опции, в трансформаторе сильного тока, в аккумуляторе или в другом устройстве для хранения энергии. В другом варианте, электрический выход одного элемента может генерировать короткий низковольтный импульс сильного электрического тока, воспламеняющий топливо в другом элементе. Выходной поток электрической энергии может быть дополнительно обработан выходным формирователем 7, присоединенным посредством силового разъема 8. Выходной формирователь 7 может содержать такие компоненты, как компоненты для накопления энергии, например, аккумулятор или конденсатор большой емкости, преобразователь постоянного тока в переменный ток (DC/AC) или инвертор, и трансформатор. Энергия постоянного тока может быть преобразована в другую форму энергии постоянного тока, такую как более высокое напряжение; энергия может быть преобразована в переменный ток или в смесь постоянного или переменного тока. Выходная энергия может быть преобразована в нужную форму, например, переменный ток с частотой 60 Гц, и передана в нагрузку через выходные клеммы 9. В одном из вариантов, выходной формирователь 7 преобразует энергию от плазмоэлектрического преобразователя или от термоэлектрического преобразователя к нужной частоте и форме, например, к частоте переменного тока, отличной от 60 или 50 Гц, которые являются стандартными в США и в Европе, соответственно. Напряжение с этой другой частотой может быть подано в согласованную нагрузку, такую как электродвигатели, для транспорта, авиации, морских судов, бытовой аппаратуры, инструмента и механизмов, а также для систем электрического отопления и кондиционирования воздуха, систем телекоммуникаций и электроники. Часть выходной мощности, появляющейся на выходных клеммах 9, может быть использована для питания источника 4 электроэнергии, например, постоянным током с напряжением 5 - 10 В и током 10,000 - 40,000 А. Магнитогидродинамические и плазмодинамические преобразователи энергии могут передавать на выход сильный постоянный ток при низком напряжении, что хорошо подходит для возобновления питания электродов 2, чтобы
воспламенять последующие порции поступающего топлива. Выходной сильный ток при низком напряжении может быть подан в нагрузки постоянного тока. Параметры этого постоянного тока могут быть должным образом определены посредством преобразователя постоянного тока (DC/DC-конвертора). Примерами таких нагрузок постоянного тока являются электродвигатели постоянного тока, такие как электрически коммутируемые двигатели, например, двигатели для транспорта, авиации, морских судов, бытовой аппаратуры, инструмента и механизмов, а также системы электрического отопления и кондиционирования воздуха на постоянном токе, и приложения постоянного тока для систем телекоммуникаций и электроники.
Поскольку генерация энергии может быть распределенной, какие-то механизмы передачи энергии могут не потребоваться, а передача высокого напряжения постоянного тока с минимальными потерями может быть одним из вариантов там, где такая передача нужна, например, в локальной энергосистеме. Тогда некоторые силовые приложения можно питать сильным постоянным током, причем питание постоянным током может иметь ряд преимуществ над питанием переменным током. На деле многие, если не большинство, силовые нагрузки, такие как электродвигатели, бытовая аппаратура и электронные устройства, работают на постоянном токе, полученном в результате преобразования переменного тока от сети переменного тока. Другое приложение, которое может получить выгоду от прямого питания сильным постоянным током с выхода SF-СШТ-элемента, это электрический транспорт, способный использовать коллекторные или бесколлекторные силовые электродвигатели постоянного тока или электрически коммутируемые двигатели постоянного тока. Преобразователь постоянного тока в переменный (DC/AC-конвертор), в большинстве случаев, преобразователь переменного тока в постоянный (AC/DC-конвертор) и соответствующие преобразования будут исключены в случае прямого питания сильным постоянным током с выхода SF-СШТ-элемента. Это приводит к уменьшению стоимости капитального оборудования и энергии за счет исключения преобразования между постоянным током и переменным током.
В одном из вариантов, для запуска SF-CIHT-элемента может быть использован конденсатор большой емкости (суперконденсатор) или аккумулятор 16 (Фиг. 3 и 4А) путем подачи энергии для первоначального воспламенения, так что энергия для последующих воспламенений поступает от выходного формирователя 7, который в свою очередь получает энергию от плазмоэлектрического преобразователя 6 энергии. В одном из вариантов, энергия с выхода формирователя 7 поступает в устройство для хранения энергии, такое как устройство 16 для перезапуска генератора энергии. Это устройство для хранения или аккумулирования энергии (накопитель) может также сохранять энергию и
отдавать энергию для сглаживания быстрых изменений нагрузки и тем самым выравнивания нагрузки. Генератор энергии может вырабатывать мощность переменной величины путем управления скоростью потребления топлива посредством регулирования скорости подачи топлива к электродам 2 путем управления скоростью переменного или прерывистого вращения карусели 5а. В качестве альтернативы, частота воспламенения на электродах 2 является переменной и управляемой.
Воспламенение генерирует выходную плазму и тепловую энергию. Энергия плазмы может быть преобразована прямо в электроэнергию посредством плазмоэлектрического преобразователя 6 энергии. Элемент может работать, будучи открыт в атмосферу. В одном из вариантов, элемент 1 способен поддерживать вакуум или давление меньше атмосферного. Вакуум или давление меньше атмосферного можно поддерживать с помощью вакуумного насоса 13 а, чтобы ионы из расширяющейся плазмы, образовавшейся в результате воспламенения твердого топлива 3, не сталкивались с атмосферными газами. В одном из вариантов, вакуум или давление меньше атмосферного поддерживают в системе, содержащей элемент 1, генерирующий плазму, и соединяющей плазму с электрическим преобразователем 6. Вакуум или давление меньше атмосферного способствуют устранению газов, столкновения с которыми помешали бы процессу плазмоэлектрического преобразования. В одном из вариантов, элемент 1 может быть заполнен инертным газом, так что твердое топливо или продукты воспламенения не вступают в реакцию с кислородом. Элемент 1, не содержащий кислорода вследствие того, что в элементе создан вакуум или элемент был заполнен инертным газом, является предпочтительным для регенерации топлива, особенно когда топливо содержит электрический проводник, такой как углерод или металл, который вступает в нежелательную реакцию с водой НЮ в направлении оксидирования. Таким металлом может быть по меньшей мере один металл из группы - Cu, Ni, Pb, Sb, Bi, Co, Cd, Ge, Au, Ir, Fe, Hg, Mo, Os, Pd, Re, Rh, Ru, Se, Ag, Тс, Те, TI, Sn, W, Al, V, Zr, Ti, Mn, Zn, Cr и In. Вакуумированный элемент благоприятен для плазмоэлектрического преобразования, поскольку можно избежать столкновений ионов плазмы с газом и соответственно термализации кинетической энергии ионов плазмы.
Тепловая энергия может быть извлечена посредством по меньшей мере одного электродного теплообменника 10, через который от входной линии 11 для хладагента и к выходной линии 12 для хладагента протекает хладагент, и теплообменника 18 МГД-преобразователя, через который хладагент течет от входной линии 19 для хладагента МГД-преобразователя, к выходной линии 20 для хладагента МГД-преобразователя. Для приема тепловой энергии от реакции образования гидрино могут быть использованы и
другие теплообменники, такие как теплообменники с водяной стенкой, которые могут быть прикреплены по меньшей мере к одной стенке контейнера 1, по меньшей мере к одной другой стенке МГД-преобразователя и к обратной стороне электродов 17 МГД-преобразователя. Эти и другие конструкции теплообменника, позволяющие эффективно и экономично отводить тепло реакции, известны специалистам в рассматриваемой области. Тепло может быть передано в тепловую нагрузку. Таким образом, система генерации энергии может содержать нагреватель, куда тепло поступает по меньшей мере от одной из выходных линий 12 и 20 для хладагента, ведущих к тепловой нагрузке, или теплообменник, передающий тепло в тепловую нагрузку. Охлажденный хладагент может вернуться по меньшей мере по одной из входных линий 11 и 19 для хладагента. Тепло, поступающее по меньшей мере по одной из выходных линий 12 и 20 для хладагента, может далее направляться в тепловой двигатель, паровой двигатель, паровую турбину, газовую турбину, двигатель с циклом Ранкина, двигатель с циклом Брайтона и двигатель Стерлинга для преобразования в механическую энергию, такую как вращение по меньшей мере одного вала, колес, генератора, авиационного турбовентилятора или турбопропеллера, гребного винта, рабочего колеса и механизма с вращающимся валом. В качестве альтернативы, поток тепловой энергии может поступать по меньшей мере от одной из выходных линий 12 и 20 для хладагента к термоэлектрическому преобразователю, такому как преобразователь согласно настоящему описанию. К подходящим примерам термоэлектрических преобразователей относится по меньшей мере один из группы, куда входят тепловой двигатель, паровой двигатель, паровая турбина с генератором, газовая турбина с генератором, двигатель с циклом Ранкина, двигатель с циклом Брайтона, двигатель Стерлинга, термоионный преобразователь энергии или термоэлектрический преобразователь энергии. Энергия с выхода термоэлектрического преобразователя может быть использована для питания нагрузки, частью которой могут быть силовые компоненты генератора энергии на основе SF-CIHT-элемента, такого как источник 4 электроэнергии.
Воспламенение реагентов в составе рассматриваемой таблетки дает энергию и продукты реакции, где энергия может быть в форме энергии плазмы из состава продуктов реакции. Плазмоэлектрический преобразователь 6 генерирует электроэнергию на основе энергии плазмы. После прохождения сквозь плазмоэлектрический преобразователь 6 поток поступает в конденсатор для плазменных продуктов и к транспортеру к системе 5 повторной загрузки. Затем система повторной загрузки, такая как карусель 5, транспортирует продукты к модулю 13 удаления продуктов-загрузки топлива, который транспортирует продукты из системы повторной загрузки 5 в систему регенерации 14. В
одном из вариантов, генератор энергии на основе SF-СШТ-элемента дополнительно содержит вакуумный насос 13 а, который может удалить образующийся кислород и газ молекулярного гидрино. В одном из вариантов, по меньшей мере кислород и/или молекулярные гидрино собирают в резервуаре в качестве коммерческого продукта. Насос может далее содержать селективные мембраны, клапаны, сита, криогенные фильтры или иные средства, известные специалистам в рассматриваемой области для разделения кислорода и газа гидрино и может также дополнительно собирать пары воды Н2О и может подавать воду Н2О в систему 14 регенерации для возвращения в состав регенерированного твердого топлива. Здесь происходит регенерация отработанного топлива до первоначальных реагентов или топлива, где какие-либо атомарный водород Н или вода НгО израсходованы, как при образовании гидрино, получаемых с использованием воды НгО из источника 14а воды НгО. Источник воды может содержать резервуар, ячейку или контейнер 14а, где может находиться по меньшей мере одно - объемная или газообразная вода НгО, либо материал или соединение, содержащее воду НгО или один или несколько реагентов, образующих воду НгО, например, Нг + Ог. В качестве альтернативы, источник может содержать пары воды при атмосферном давлении или средства для извлечения воды НгО из атмосферы, такие как гигроскопичный материал, например, бромид лития, хлорид кальция, хлорид магния, хлорид цинка, карбонат калия, фосфат калия, карналлит, такой как KMgCb 6(НгО), цитрат железа и аммония, гидроксид калия и гидроксид натрия, также концентрированные серную и фосфорную кислоты, целлюлозные волокна (такие как хлопок и бумага), сахар, карамель, мед, глицерол, этанол, метанол, дизельное топливо, метамфетамин, различные минеральные удобрения, соли (включая столовую соль) и самые разнообразные другие вещества, известные специалистам в рассматриваемой области, а также десикант, такой как оксид кремния, активированный древесный уголь, сульфат кальция, хлорид кальция и молекулярные сита (обычно цеолиты) или материал, растворяющийся от влаги воздуха, такой как хлорид цинка, хлорид кальция, гидроксид калия, гидроксид натрия и многочисленные гигроскопичные соли, известные специалистам в рассматриваемой области.
В другом варианте, система повторной загрузки, такая как карусель 5, содержит бункер, заполненный регенерированным твердым топливом из системы регенерации 14 посредством модуля 13 удаления продуктов-загрузки топлива. Топливо течет снизу из промежутка между электродами 2. Электроды 2 можно открывать и закрывать для воспламенения каждой порции топлива, текущей в позицию для воспламенения между электродами 2 или помещаемой туда посредством распределителя. В одном из вариантов, топливо 3 содержит мелкий порошок, который может быть получен посредством размола
регенерированного или переработанного твердого топлива на шаровой мельнице, где система регенерации 14 может также содержать шаровую мельницу, шлифовальный элемент или другие средства для помола, известные в технике. Пример смеси твердого топлива содержит электрический проводник, такой как электропроводный металлический порошок, например, порошок переходного металла, серебра или алюминия, его оксида и воды Н2О. В другом варианте, топливо 3 может содержать таблетки твердого топлива, которые могут быть спрессованы в системе регенерации 14. Таблетка твердого топлива может далее содержать тонкую фольгу порошкового металла или другого металла, окружающую оксид металла, и воду Н2О, и в качестве опции - металлический порошок. В таком случае система 14 регенерации осуществляет регенерацию металлической фольги посредством по меньшей мере одного из воздействий - нагрева в вакууме, нагрева в восстановительной водородной атмосфере и электролиза из электролита, такого как электролит на основе расплавленной соли. Система 14 регенерации содержит далее системы обработки металла, такие как механизмы для прокатки или размалывания для изготовления фольги из регенерированного металла этой фольги. Штамп или пресс может сформировать рубашку, внутри которой можно штамповать или спрессовать помещенное внутрь твердое топливо.
В одном из вариантов, пример смеси твердого топлива содержит порошок переходного металла, его оксид и воду НгО. Мелкий порошок может быть распылен пневматическим способом в зазоре между электродами 2, когда они раскрыты. В другом варианте, топливо содержит по меньшей мере порошок и/или суспензию. Топливо может быть инжектировано в нужную область, ограниченную между электродами 2, для воспламенения сильным током. Для лучшего ограничения порошка электроды 2 могут иметь конфигурацию пары выступ-впадина, образующей камеру, куда помещают топливо. В одном из вариантов, топливо и электроды 2 могут иметь противоположный электростатический заряд, так что топливо течет в межэлектродную область и электростатически прилипает к нужной области каждого электрода 2, где топливо воспламеняется.
В одном из вариантов генератора энергии, показанного на Фиг. 4А и 4В, поверхности электродов 2 могут быть параллельны гравитационной оси, а порошок 3 твердого топлива может под воздействием силы тяжести "течь" из расположенного сверху бункера 5 в виде прерывистого потока, так что синхронизация этого прерывистого потока согласована с размерами электродов 2, когда они раскрываются для приема стекающего порошкового топлива 3 и закрываются для воспламенения потока топлива. В другом варианте, электроды 2 дополнительно содержат валики 2а на каждом конце,
разделенные небольшим зазором, заполняемым потоком топлива. Электропроводное топливо 3 замыкает цепь между электродами 2, так что сильный ток, текущий сквозь топливо, воспламеняет его. Поток топлива 3 может быть прерывистым, чтобы расширяющаяся плазма не прерывала этот поток топлива.
В другом варианте, электроды 2 содержат группу зубчатых колес 2а, поддерживаемых структурным элементом 2Ь. Эту группу зубчатых колес вращает приводная шестерня 2с, приводимая в движение приводным двигателем 2d. Приводная шестерня 2с может далее служить теплоотводом для каждого зубчатого колеса 2а, где тепло может быть отведено посредством электродного теплообменника, такого как теплообменник 10, получающий тепло от приводной шестерни 2с. Каждое из зубчатых колес 2а, таких как шевронные зубчатые колеса, содержит целое число п зубьев, так что топливо течет в n-ый зазор между зубьями или на дно впадины между зубьями, когда происходит прессование топлива в (п-1)-ом зазоре между зубьями посредством (n-l)-ro зубца сопряженного зубчатого колеса. В объем настоящего изобретения попадают также другие геометрии или функции зубчатых колес, такие как сопряженные колеса с многоугольными или треугольными зубьями, косозубые зубчатые колеса и шнеки, как это известно специалистам в рассматриваемой области. В одном из вариантов, топливо и нужная область зубьев зубчатый колес электродов 2а, таких как дно впадины между зубьями, могут быть противоположно электростатически заряжены , так что топливо течет к нужным областям одного или обоих электродов 2а и электростатически прилипает к ним, так что топливо воспламеняется, когда зубья входят в зацепление. В одном из вариантов, топливо 3, такое как мелкий порошок пневматически распыляют в нужной области зубчатых колес 2а. В другом варианте, топливо 3 инжектируют в нужную область для ограничения между электродами 2а, такую как область зацепления зубьев зубчатых колес 2а для воспламенения сильным током. В одном из вариантов, валики или зубчатые колеса 2а поддерживают сжатие в направлении навстречу одно другому путем подпружинивания или посредством пневматического или гидравлического приводов. Сцепление зубьев и сжатие создает электрический контакт между сопряженными зубцами через электропроводное топливо. В одном из вариантов, зубчатые колеса являются электропроводными в области зацепления, где они контактируют с топливом при таком зацеплении, и изоляционными в других областях, так что ток избирательно течет сквозь топливо. В одном из вариантов, зубчатые колеса 2а представляют собой керамические зубчатые колеса, покрытые металлом, чтобы сделать их электропроводными в области зацепления или электрически изолированными без цепи заземления. Приводная шестерня 2с также может быть неэлектропроводной или электрически изолированной без цепи
заземления. Электрический контакт и подача тока от электродов 2 в область зацепления зубьев может осуществляться посредством щеток 2е, как это показано на Фиг. 4А. Пример такой щетки содержит углеродный брусок или стержень, прижимаемый в контакт с зубчатым колесом посредством пружины, например.
В другом варианте, показанном на Фиг. 4В, электрический ток и подача тока от электродов 2 к секциям зацепления зубьев может осуществляться прямо через ступицу соответствующего зубчатого колеса и подшипники. Структурный элемент 2Ь, показанный на Фиг. 4А может содержать электроды 2. Как показано на Фиг. 4В, каждый электрод 2 из пары электродов может быть центрирован на своем зубчатом колесе и соединен с центром своего зубчатого колеса, чтобы служить как структурным элементом 2Ь, показанным на Фиг. 4А, так и электродом 2, где подшипники зубчатых колес, соединяющие каждое зубчатое колесо 2а с его валом или ступицей, служат электрическим контактом, так что только цепь заземления проходит между контактирующими зубцами противоположных зубчатых колес. В одном из вариантов, внешняя часть каждого зубчатого колеса поворачивается вокруг его центральной ступицы, чтобы иметь более обширный электрический контакт через дополнительный подшипник по большему радиусу. Ступица может также служить теплоотводом большого размера. К ступице может быть также прикреплен электродный теплообменник 10 для удаления тепла от зубчатых колес. Этот электродный теплообменник 10 может быть электрически изолирован от ступицы тонким слоем изолятора, такого как электрический изолятор с высокой теплопроводностью, например, алмаз или пленка алмазоподобного углерода. Электрификация зубчатых колес может быть синхронизирована с использованием компьютера и переключающих транзисторов, таких как транзисторы, используемые в бесколлекторных электродвигателях постоянного тока. В одном из вариантов, на зубчатые колеса подают напряжение время от времени, так что, когда колеса находятся в зацеплении, через топливо течет сильный ток. Поток топлива может быть синхронизирован для согласования подачи топлива к этим колесам, когда они входят в зацепление и сквозь топливо течет электрический ток. Последующее протекание сильного электрического тока вызывает воспламенение топлива. Топливо может непрерывно течь сквозь зубчатые колеса или валики 2а, вращающиеся, чтобы проталкивать топливо через зазор. Топливо может непрерывно воспламеняться, когда они вращаются для заполнения пространства между электродами 2, содержащего области зацепления группы зубчатых колес или противоположные стороны группы валиков. В таком случае поток выходной энергии может быть стационарным. Получаемая плазма расширяется в стороны от зубчатых колес и течет в плазмоэлектрический преобразователь 6, в одном из вариантов. Поток
расширения плазмы может быть направлен вдоль оси, параллельной валу каждого зубчатого колеса и поперек направления потока топлива 3. Осевой поток может проходить сквозь магнитогидродинамический (МГД) преобразователь. Еще один направленный поток может быть получен с использованием ограничивающих магнитов, таких как катушки Гельмгольца или магнитная бутылка
Генератор энергии дополнительно содержит средства и способы изменения уровня выходной мощности. В одном из вариантов, выходной мощностью генератора энергии управляют путем регулирования скорости переменного или прерывистого потока топлива 3 к электродам 2 или к валикам или к зубчатым колесам 2а, а также регулирования переменной или прерывистой скорости воспламенения посредством источника 4 электроэнергии. Скорость вращения валиков или зубчатых колес можно регулировать для управления воспламенением топлива. В одном из вариантов, выходной формирователь 7 содержит контроллер 7 мощности для управления выходной энергией, которая может быть в форме постоянного тока. Контроллер мощности может управлять скоростью потока топлива, скоростью вращения зубчатых колес путем управления приводным двигателем 2d, вращающим приводную шестерню 2с и поворачивающим зубчатые колеса 2а. Время отклика основано на механическом или электрическом управлении по меньшей мере одним из параметров - скоростью расходования топлива или скоростью воспламенения, которое может происходить очень быстро, например, период может быть в диапазоне от 10 мс до 1 мкс. Потоком энергии можно управлять путем регулирования соединений преобразовательных электродов плазмоэлектрического преобразователя. Например, соединение электродов 17 МГД-преобразователя и электродов плазмодинамического преобразователя последовательно увеличивает напряжение, а соединение электродов преобразователя параллельно увеличивает ток. Изменение угла МГД-электродов 17 или избирательное соединение с группой МГД-электродов 17 под различными углами относительно по меньшей мере одного из направлений - направления распространения плазмы или направления магнитного поля, изменяет собираемую мощность, путем изменения по меньшей мере одного из параметров - напряжения или тока.
Контроллер 7 мощности дополнительно содержит датчик входных и выходных параметров, таких как напряжения, токи и мощности. Сигналы от датчиков могут поступать в процессор, управляющий генератором энергии. Система может управлять по меньшей мере одним из параметров - временем нарастания, временем снижения, напряжением, током, мощностью, формой напряжения или тока и частотой. Генератор энергии может содержать резистор, такой как шунтирующий резистор, в котором
рассеивается избыточная мощность сверх уровня, требуемого или желательного для нагрузки. Шунтирующий резистор может быть присоединен к выходному формирователю или к контроллеру 7 мощности. Генератор энергии может содержать встроенный процессор и систему дистанционного контроля, которая может быть способна выключать генератор энергии.
Бункер 5 может быть пополнен регенерированным топливом из системы 14 посредством модуля 13 удаления продуктов-загрузки топлива. Количество водорода Н или воды Н2О, израсходованное при образовании гидрино, может быть восполнено водой Н2О из источника 14а воды НгО. В одном из вариантов, топливо или таблетка топлива 3 частично или в значительной степени испаряется и переходит в газообразное состояние, как плазма, во время вспышки реакции образования гидрино. Эта плазма проходит через плазмоэлектрический преобразователь 6 энергии, после чего рекомбинированная плазма образует газообразные атомы и соединения. Эти атомы и соединения конденсируются посредством конденсатора 15, после чего их собирают и транспортируют в систему 14 регенерации посредством модуля 13 удаления продуктов-загрузки топлива, содержащего конвейерное соединение с системой 14 регенерации и кроме того содержащего конвейерное соединение с бункером 5. Конденсатор 15 и модуль 13 удаления продуктов-загрузки топлива могут содержать системы, такие как по меньшей мере одна из электростатических систем сбора материал и по меньшей мере одна шнековая, конвейерная или пневматическая система, например, вакуумная или всасывающая система для сбора и перемещения материала. Подходящие системы известны специалистам в рассматриваемой области. В одном из вариантов, плазмоэлектрический преобразователь 6, такой как магнитогидродинамический преобразователь, содержит желоб или канал 6а для продуктов реакций, которые нужно доставить в модуль 13 удаления продуктов-загрузки топлива. По меньшей мере один из компонентов - дно (пол) МГД-преобразователя 6, желоб 6а, и/или электрод 17 МГД-преобразователя, может быть наклонным, так что поток продуктов реакции может происходить по меньшей мере частично за счет действия силы тяжести. По меньшей мере один из компонентов - дно (пол) МГД-преобразователя 6, желоб 6а, и/или электрод 17 МГД-преобразователя, может быть подвержен механическому встряхиванию или вибрациям, чтобы помогать потоку продуктов реакций. Потоку может помогать ударная волна, возникающая при воспламенении твердого топлива. В одном из вариантов, по меньшей мере один из компонентов - дно (пол) МГД-преобразователя 6, желоб 6а, и/или электрод 17 МГД-преобразователя, содержит механический скребок или транспортер для перемещения продуктов реакции с соответствующей поверхности в модуль 13 удаления продуктов
загрузки топлива.
В одном из вариантов, генератор энергии на основе SF-CIHT-элемента дополнительно содержит вакуумный насос 13а, который может удалять образовавшиеся в ходе реакций кислород и молекулярный газ гидрино. Насос может далее содержать селективные мембраны, клапаны, сита, криогенные фильтры или иные средства, известные специалистам в рассматриваемой области для разделения кислорода и газа гидрино и может также дополнительно собирать пары воды Н2О и может подавать воду Н2О в систему 14 регенерации для возвращения в состав регенерированного твердого топлива. В одном из вариантов, топливо 3 содержит мелкий порошок, который может быть получен посредством размола регенерированного или переработанного твердого топлива на шаровой мельнице, где система регенерации 14 может также содержать шаровую мельницу, шлифовальный элемент или другие средства для помола, известные в технике. В одном из вариантов, часть выходной электроэнергии от клемм 9 поступает по меньшей мере к одному из компонентов - источнику 4 электроэнергии, приводному двигателю 2d для зубчатых колес (валиков), карусели 5а, имеющей приводной двигатель (Фиг. 3), модулю 13 удаления продуктов-загрузки топлива 13, насосу 13а и/или системе 14 регенерации, для предоставления электрической мощности и энергии с целью обеспечения распространения химических реакций для регенерации первоначального твердого топлива из продуктов реакций. В одном из вариантов, часть тепла по меньшей мере от одного из теплообменников - электродного теплообменника 10 или теплообменника 18 МГД-преобразователя, поступает в систему регенерации твердого топлива в потоке хладагента по меньшей мере по одной из выходных линий 12 и 20 для хладагента, где обратная циркуляция хладагента осуществляется по меньшей мере по одной из входных линий 11 и 19 для хладагента, для предоставления тепловой мощности и энергии с целью обеспечения распространения химических реакций для регенерации первоначального твердого топлива из продуктов реакций. Часть выходной мощности термоэлектрического преобразователя 6 также может быть использована для питания системы регенерации, а также других систем в составе генератора на основе SF-CIHT-элемента.
В одном из примеров вариантов, твердое топливо регенерируется одним из способов, указанных в настоящем описании, таким как по меньшей мере один из способов - добавление водорода Нг, добавление воды НгО, термическая регенерация и/или электролитическая регенерация. Благодаря очень большому усилению энергии, вырабатываемой реакцией с участием гидрино, по сравнению с входной энергией, затрачиваемой на инициирование реакции, например, в 100 раз в случае NiOOH (3.22 кДж
на выходе по сравнению с 46 Дж на входе, как это указано в разделе "Результаты испытаний примеров SF-CIHT-элементов) продукты реакций, такие как М2О3 и NiO, могут быть преобразованы в гидроксид и далее в оксигидроксид посредством электрохимических реакций, равно как и химических реакций, приведенных в настоящем описании, а также других реакций, известных специалистам в рассматриваемой области. В других вариантах, вместо никеля Ni могут быть использованы другие металлы, такие как Ti, Gd, Со, In, Fe, Ga, Al, Cr, Mo, Cu, Mn, Zn и Sm, и соответствующие оксиды, гидроксиды и оксигидроксиды, такие как указаны в настоящем описании. В другом варианте, твердое топливо содержит оксид металла и воду Н2О, а также соответствующий металл в качестве электропроводной матрицы. Продукт реакции может представлять собой оксид металла. Твердое топливо может быть регенерировано посредством восстановления части оксида металла водородом до металла, который затем смешивается с оксидом, который был регидратирован. Подходящими металлами, имеющими оксиды, которые могут быть легко восстановлены до соответствующего металла с использованием умеренного нагрева, например, меньше 1000 °С, в присутствии водорода, являются Cu, Ni, Pb, Sb, Bi, Co, Cd, Ge, Au, Ir, Fe, Hg, Mo, Os, Pd, Re, Rh, Ru, Se, Ag, Тс, Те, TI, Sn, W, Al, V, Zr, Ti, Mn, Zn, Cr и In. В другом варианте, твердое топливо содержит (1) оксид, который не может быть легко восстановлен водородом Нг при умеренном нагреве, такой как по меньшей мере один - оксид алюминия, оксид щелочноземельного металла и/или оксид редкоземельного металла, (2) металл, оксид которого может быть восстановлен до металла водородом Нг при умеренных температурах, таких как температуры ниже 1000 °С, и (3) воду НгО. Примером такого топлива является смесь MgO + Си + НгО. Тогда смесь продуктов реакции, содержащая восстановимые и невосстановимые водородом Нг оксиды, может быть обработана водородом Нг и нагрета в умеренных условиях, так что только восстановимый оксид металла превращается в металл. Эта смесь может быть регидратирована для образования регенерированного твердого топлива. Примером топлива может быть смесь MgO + Си + НгО; где продукт реакции MgO + СиО восстанавливают водородом Нг для получения смеси MgO + Си, которую гидратируют до состояния твердого топлива.
В другом варианте, оксидный продукт, такой как СиО ИЛИ AgO, регенерируют посредством нагревания по меньшей мере в вакууме или в потоке инертного газа. Температура может быть по меньшей мере в одном из диапазонов - примерно от 100 °С до 3000 °С, от 300 °С до 2000 °С, от 500 °С до 1200 °С и от 500°С до 1000 °С. В одном из вариантов, система 14 регенерации может содержать мельницу, такую как по меньшей мере шаровая мельница и/или механизм для резания/шлифовки, чтобы размалывать или
дробить по меньшей мере объемный оксид или металл до порошкового состояния, такого как мелкий порошок, например, мелкие порошки с размером частиц по меньшей мере в одном из диапазонов - примерно от 10 нм до 1 см, от 100 нм до 10 мм, от 0.1 мкм до 1 мм и/или от 1 мкм до 100 мкм.
В другом варианте, система регенерации может содержать электролизер, такой как электролизер для электролиза расплавленной соли, содержащий ионы металла, где металл из состава оксида металла, являющегося продуктом реакции, может быть гальванически осажден на катод электролизера с использованием систем и способов, хорошо известных в технике. Система может далее содержать мельницу или шлифовальное устройство для измельчения гальванически осажденного металла до металлических частиц нужного размера. Этот металл может быть добавлен к другим компонентам реакционной смеси, таким как вода НЮ, для получения регенерированного твердого топлива.
В одном из вариантов в элементе 1, показанном на Фиг. 3 и 4А и 4В, можно поддерживать вакуум или давление ниже атмосферного. Вакуум или давление ниже атмосферного в элементе 1 поддерживают с помощью насоса 13 а, а также такое давление можно поддерживать в присоединенном плазмоэлектрическом преобразователе 6, который принимает энергетические ионы плазмы из источника плазмы, каковым является элемент 1. В одном из вариантов, твердое топливо содержит металл, являющийся по существу термодинамически стабильным относительно реакции с водой Н2О и превращения в оксидированный металл. В таком случае металл из состава твердого топлива не оксидируется в ходе реакции и не образует продуктов реакции. Пример твердого топлива содержит смесь металла, оксидированного металла и воды Н2О. Затем продукт реакции, такой как смесь первоначального металла и оксида металла, может быть удален посредством модуля 13 удаления продуктов-загрузки топлива и регенерирован путем добавления воды НгО. Подходящие металлы, имеющие по существу неблагоприятную термодинамически реакцию с водой НгО, могут быть из группы, содержащей Cu, Ni, Pb, Sb, Bi, Co, Cd, Ge, Au, Ir, Fe, Hg, Mo, Os, Pd, Re, Rh, Ru, Se, Ag, Tc, Те, TI, Sn, W, Al, V, Zr, Ti, Mn, Zn, Cr и In. В других вариантах, твердое топливо содержит металл, не вступающий в реакции с водой НгО, и по меньшей мере один из компонентов -воду НгО, оксид металла, гидроксид и/или оксигидроксид, который может содержать тот же самый или по меньшей мере один другой металл.
В одном из вариантов, операции восстановления водородом Нг, восстановления в вакууме и регидратации выполняют для регенерации твердого топлива оперативно, эффективно и экономично насколько это возможно.
В одном из вариантов, твердое топливо содержит смесь гигроскопичного
материала, содержащего воду НЮ, и электрического проводника. Примером такого топлива является гидратированный галогенид щелочноземельного металла, такой как MgX2 (X = F, CI, Br, I), и электрический проводник, такой как переходный металл, например, Со, Ni, Fe или Си.
В одном из вариантов, твердое топливо содержит источник воды Н2О, инкапсулированный в электропроводную оболочку. Источник воды НгО может содержать материалы и реакционные смеси согласно настоящему описанию. Электропроводная оболочка может содержать по меньшей мере один из материалов - металл, углерод, карбид или другие материалы электропроводной матрицы согласно настоящему изобретению. В другом варианте, твердое топливо содержит оксид металла и воду Н2О, а также материал, такой как соответствующий металл, в виде тонкой фольги, инкапсулирующей указанный оксид металл и воду НгО. Вместо оксида металла могут быть использованы другие материалы, такие как гигроскопичные материалы, которые в этом случае служат матрицей для связывания или абсорбции воды НгО. Источник воды НгО, инкапсулированный в электропроводном материале, может быть выполнен в форме таблетки. Пример таблетки твердого топлива содержит металлическую оболочку из тонкой фольги, такую как оболочка из переходного металла, серебра или алюминия, которая инкапсулирует материал, являющийся источником воды НгО или удерживающий воду НгО, такой как материалы и реакционные смеси, указанные в настоящем описании. После высвобождения энергии электрический проводник, такой как металл фольги, может быть извлечен способом циклонной сепарации, осаждения, отсеивания или каким-либо другим способом, известным в технике. Из извлеченного металла может быть изготовлена фольга с применением систем металлообработки, таких как прокатка или фрезерование. Оболочка может быть изготовлена с применением штампа или пресса, так что инкапсулируемый материал во время штамповки или прессования уже находится внутри оболочки. В случае оксидирования электрического проводника, такого как металл, этот металл может быть регенерирован путем восстановления оксида. Металл фольги может быть регенерирован по меньшей мере одним из способов - нагревом в вакууме, нагревом в восстановительной водородной атмосфере или электролизом из электролита, такого как электролит на основе расплавленной соли.
В одном из вариантов, твердое топливо может быть использовано один раз и не подвергаться регенерации. Подходящими примерами таких реагентов или твердых топлив, которые могут быть израсходованы без регенерации, являются углерод, содержащий водород Н и кислород О, такой как углерод или активированный уголь в потоке водяного пара или смоченный водой НгО углерод.
Энергия плазмы может быть преобразована в электроэнергию с использованием плазмодинамического преобразователя 6 энергии на основе магнитного разделения пространственного заряда. Вследствие своей меньшей массы по сравнению с положительными ионами электроны преимущественно ограничены магнитными силовыми линиями намагниченного электрода плазмодинамического (PDC) преобразователя, такого как цилиндрический PDC-электрод или PDC-электрод в магнитном поле. Таким образом, подвижность электронов ограничена, тогда как положительные ионы могут относительно свободно сталкиваться с намагниченным собственным или внешним магнитным полем PDC-электродом. И электроны, и положительные ионы могут совершенно свободно сталкиваться с ненамагниченным PDC-электродом. Плазмодинамическое преобразование извлекает энергию непосредственно из тепловой и потенциальной энергии плазмы и не использует потока плазмы. Вместо этого, процедура извлечения энергии посредством плазмодинамического преобразования использует разность потенциалов между намагниченным и ненамагниченным PDC-электродами, погруженными в плазму, для создания электрического тока через внешнюю нагрузку и тем самым извлекает электроэнергию непосредственно из запасенной тепловой энергии плазмы. Плазмодинамическое преобразование (PDC) тепловой энергии плазмы в электроэнергию осуществляется путем помещения двух плавающих электрических проводников непосредственно в объем (облако) высокотемпературной плазмы. Один из этих проводников намагничен внешним магнитным полем, или постоянным магнитом или своим собственным внутренним магнитным полем. Другой проводник не намагничен. Разность потенциалов возникает из-за большой разности подвижности носителей заряда между тяжелыми положительными ионами и легкими электронами. Результирующее напряжение прикладывают к электрической нагрузке.
В некоторых вариантах, система генерации энергии содержит дополнительные внутренние или внешние электромагниты или постоянные магниты, либо содержит намагниченные собственным магнитным полем и ненамагниченные PDC-электроды, такие как цилиндрические PDC-электроды, например, игольчатые PDC-электроды. Источник однородного магнитного поля В, параллельного каждому PDC-электроду, может быть реализован посредством электромагнита, такого как катушки Гельмгольца. Такими электромагнитами могут представлять собой электромагниты по меньшей мере одного типа - постоянные магниты, такие как магнитная сборка Халбаха, или неохлаждаемые, охлаждаемые водой или сверхпроводниковые электромагниты. Примеры сверхпроводниковых магнитов могут содержать NbTi, NbSn или высокотемпературные сверхпроводниковые материалы. Магнитный ток также может быть подан в таблетку
твердого топлива для инициирования воспламенения. В одном из вариантов, магнитное поле, создаваемое сильным током от источника 4 электроэнергии, усиливается при прохождении сквозь несколько витков электромагнита прежде, чем пройти сквозь таблетку твердого топлива. Напряженность магнитного поля В регулируют для получения оптимального радиуса вращения положительных ионов относительно электронов с целью максимального увеличения мощности на PDC-электродах. В одном из вариантов, по меньшей мере один намагниченный PDC-электрод параллелен приложенному магнитному полю В; в то время как по меньшей мере один соответствующий PDC-противоэлектрод перпендикулярен магнитному полю В, так что этот электрод остается ненамагниченным вследствие своей ориентации относительно направления поля В . Энергия может быть передана в нагрузку по выводам, соединенным по меньшей мере с одним PDC-противоэлектродом. В одном из вариантов, PDC-электродом может служить стенка элемента. В одном из вариантов, PDC-электроды содержат тугоплавкий металл, стабильный в атмосфере при высокой температуре, такой как жаропрочные нержавеющие стали или другие материалы, известные специалистам в рассматриваемой области. В одном из вариантов, плазмодинамический преобразователь содержит также структуру для ограничения плазмы, такую как магнитная бутылка или источник солеинодального поля, с целью ограничения распространения плазмы и извлечения большей доли энергии энергетических ионов в виде электроэнергии. Выходная мощность плазмодинамического преобразователя рассеивается в нагрузке.
Плазмоэлектрический преобразователь 6 энергии, показанный на Фиг. 3 и 4А и 4В, может также иметь в составе магнитогидродинамический преобразователь энергии, содержащий источник магнитного потока 101, поперечного относительно z-оси, направления потока 102 ионов, как показано на Фиг. 5. Таким образом, ионы имеют преобладающую составляющую скорости вдоль z-оси в результате действия ограничивающего поля 103, создаваемого катушками 104 Гельмгольца. Таким образом, ионы распространяются в область поперечного магнитного потока. Сила Лоренца, действующая на распространяющиеся электроны и ионы, равна
F = e\xB (196) Сила действует поперечно потоку ионов и магнитному полю и направлена противоположно для положительных и отрицательных ионов. В результате образуется поперечный ток. Источник поперечного магнитного поля может содержать компоненты, создающие поперечные магнитные поля различной напряженности в функции от позиции вдоль z-оси для оптимизации перекрестного отклонения (Уравнение (196)) текущих ионов с параллельной дисперсией скорости.
Магнитогидродинамический преобразователь энергии, показанный на Фиг. 5, дополнительно содержит по меньшей мере два МГД-электрода 105, которые могут быть поперечны магнитному полю (В) для приема ионов, отклоненных в поперечном направлении силой Лоренца, что создает напряжение между этими МГД-электродами 105. Мощность, полученная в результате такого МГД-преобразования, рассеивается в электрической нагрузке 106. Схематичный чертеж магнитогидродинамического преобразователя энергии показан на Фиг. 6, где группа катушек Гельмгольца для МГД-преобразования или группа магнитов 110 создает отклоняющее поле Лоренца, действующее на поток плазмы в секции 120 магнитного расширения для генерации на МГД-электродах 105 напряжения, подаваемого в нагрузку 106. На Фиг. 4А и 4В МГД-электроды обозначены поз. 17. Электроды 2, показанные на Фиг. 3 и 4А и 4В, также могут служить МГД-электродами в случае подходящим образом поданного магнитного поля в направлении, поперечном оси, соединяющей эти электроды 2, и направлению расширения плазмы. Радиальное магнитное поле, обусловленное током, текущим вдоль электродов 2 от источника 4 электроэнергии, может создавать отклонение Лоренца. Вопросы магнитогидродинамической генерации изложены в статье Уолша [Е. М. Walsh, "Преобразование энергии - электромеханическое, прямое, ядерное" (Energy Conversion Electromechanical, Direct, Nuclear, Ronald Press Company, NY, NY, (1967), pp. 221-248)], полное описание этих вопросов из указанной статьи включено сюда посредством ссылки.
Электромагнит(ы) 110 (Фиг. 6) и 6f (Фиг. 4А и 4В) могут представлять собой электромагниты по меньшей мере одного типа - постоянные магниты, такие как магнитная сборка Халбаха, или неохлаждаемые, охлаждаемые водой или сверхпроводниковые электромагниты с соответствующими криогенными системами. Сверхпроводниковая магнитная система 6f, показанная на Фиг. 4А и 4В, содержит (i) сверхпроводниковые катушки 6Ь, которые могут иметь в составе витки сверхпроводникового провода из NbTi или NbSn, либо из высокотемпературного сверхпроводника (high temperature superconductor (HTS)), такого как УВагСшСЪ, обычно обозначаемого YBCO-123 или просто YBCO, (ii) сосуд Дьюара с жидким гелием, откуда жидкий гелий 6с поступает на обе стороны катушек 6Ь, (ш) сосуды Дьюара с жидким азотом 6d на внутреннем и наружном радиусах соленоидного магнита, где и сосуд Дьюара с жидким гелием, и сосуды Дьюара с жидким азотом, могут содержать отражатели излучения и экраны для защиты от излучения, которые могут иметь в составе медь и высоковакуумную изоляцию бе на стенках, и (iv) вход 6g для каждого магнита 6f, который может быть соединен с криогенным насосом и с компрессором, каковые могут получать питание с выхода генератора энергии на основе SF-СШТ-элемента через выходные
клеммы 9.
МГД-электроды 105, показанные на Фиг. 6, или защитный барьер для этих МГД-электродов 105 может содержать наружный слой из тугоплавкого материала, материал, являющийся компонентом твердого топлива, и углерод, так что продукты коррозии МГД-электрода или барьера могут не стать существенно вредными загрязнениями для твердого топлива или энергетического материала. Плазмоэлектрический преобразователь, такой как МГД-преобразователь, может далее содержать теплообменник 135 МГД-преобразователя, принимающий хладагент через вход 130 хладагента для МГД-преобразователя и отводящий энергию в форме тепла через выход 140 хладагента для МГД-преобразователя, такую как энергию, присутствующую в расширяющейся плазме и не превратившуюся на 100% в электроэнергию. Теплообменник 135 может быть теплообменником спирального типа, как показано на Фиг. 6, теплообменником с водяной стенкой или теплообменником какого-либо другого типа, известного специалистам в рассматриваемой области. Как показано на Фиг. 4А и 4В, теплообменник 18 для МГД-преобразователь принимает хладагент по входной линии 19 для хладагента МГД-преобразователя и отводит энергию в форме тепла по выходной линии 20 для хладагента МГД-преобразователя. Эта тепловая энергия может быть объединена с тепловой энергией от электродного теплообменника 10, поступающей по выходной линии 12 для хладагента. Это тепло может быть использовано по меньшей мере для передачи в тепловую нагрузку, для регенерации твердого топлива в системе 14 регенерации, показанной на Фиг. 3 и 4А и 4В, и для преобразования в механическую или в тепловую энергию посредством систем и способом, указанных в настоящем описании.
В одном из вариантов, магнитогидродинамический преобразователь энергии представляет собой сегментированный генератор Фарадея. В другом варианте, поперечный ток, полученный в результате лоренцева отклонения потока ионов испытывает дальнейшее лоренцево отклонение в направлении, параллельном входному потоку ионов (z-ось) для генерации напряжения эффекта Холла по меньшей мере между первым МГД-электродом и вторым МГД-электродом, смещенными один относительно другого вдоль z-оси. Такое устройство известно в технике как генератор Холла в качестве варианта магнитогидродинамического преобразователя энергии. Аналогичное устройство с МГД-электродами, наклоненными относительно z-оси в плоскости ху, представляет собой другой вариант настоящего изобретения, называемый диагональным генератором с конструкцией типа "оконная рама" ("window frame"). В обоих случаях напряжение может вызывать ток через электрическую нагрузку. Варианты сегментированного генератора Фарадея, генератора Холла и диагонального генератора описаны Петриком ["Способ
магнитогидродинамической генерации электроэнергии с открытым циклом" (J. F. Louis, V. I. Kovbasyuk, Open-cycle Magnetohydrodynamic Electrical Power Generation), M Petrick, and B. Ya Shumyatsky, Editors, Argonne National Laboratory, Argonne, Illinois, (1978), pp. 157-163], все содержание этого описания включено сюда посредством ссылки.
В следующем варианте магнитогидродинамического преобразователя энергии, поток ионов вдоль z-оси при V|| " vL может затем входить в область сжатия, имеющую
возрастающий градиент магнитного поля, где составляющая Уц движения электронов
параллельно направлению z-оси по меньшей мере частично преобразуется в перпендикулярное движение vL в соответствии с адиабатическим инвариантом
= constant. При этом появляется направленный вокруг z-оси азимутальный ток,
обусловленный составляющей vL движения. Ток отклоняется радиально в плоскости
движения под воздействием осевого магнитного поля для генерации холловского напряжения между внутренним кольцом и наружным кольцом МГД-электродов в магнитогидродинамическом преобразователе энергии с дисковым генератором. Это напряжение может вызывать протекание тока через электрическую нагрузку. Энергия плазмы также может быть преобразована в электроэнергию с использованием прямого Ех В -преобразователя 10 или других плазмоэлектрических устройств, указанных в настоящем описании.
В одном из вариантов источник 4 энергии подает к электродам 2 изменяющийся во времени ток, например, переменный (АС) ток, а система генерации энергии дополнительно содержит плазмоэлектрический преобразователь энергии, имеющий магнитное поле постоянного тока, такой как магнитогидродинамический или плазмодинамический преобразователь, изменяющееся во времени магнитное поле, обусловленное изменяющимся во времени током от источника 4, может быть экранировано от магнитного поля постоянного тока в плазмоэлектрическом преобразователе энергии магнитным экраном, таким как экран из мю-металла. Плазма может расширяться из области изменяющегося во времени магнитного поля путем проникновения в область магнитного поля постоянного тока, где может происходить преобразование энергии. Подходящие магнитные экраны известны специалистам в рассматриваемой области. В одном из вариантов, где от источника 4 поступает по существу постоянный ток, магнитное поле по существу постоянного тока может быть использовано по меньшей мере для одной цели - для ограничения плазмы для преобразователя, такого как PDC-преобразователь, для плазмоэлектрического
преобразования посредством этого плазмодинамического преобразователя с использованием ориентированных должным образом PDC-электродов, и/или для управления направленностью потока плазмы. Например, это поле может создавать по существу линейный поток плазмы. Этот линейный поток плазмы может проходить через плазмоэлектрический преобразователь МГД-типа. В качестве альтернативы магнитное поле постоянного тока может быть экранировано от области, где имеет место другое, нужное магнитное поле, посредством магнитного экрана. Плазма может проникать сквозь магнитный экран в область с другим магнитным полем.
Каждый элемент генерирует также тепловую энергию, которая может быть извлечена из электродного теплообменника 10 посредством входной и выходной линий 11 и 12 для хладагента, соответственно, и из теплообменника 18 для МГД-преобразователя посредством входной и выходной линий 19 и 20 для хладагента, соответственно. Эта тепловая энергия может быть использована прямо для нагрева или преобразована в электроэнергию. В некоторых вариантах, система генерации энергии может также содержать термоэлектрический преобразователь. Преобразование может быть реализовано с использованием обычной энергоустановки с циклом Ранкина или с циклом Брайтона, такой как паросиловая установка, содержащая котел, паровую турбину и генератор, либо установка, содержащая газовую турбину, такую как газовая турбина с внешним подогревом, и генератор. Подходящие реагенты, реакции регенерации и системы перечислены в настоящем описании, в моих предшествующих заявках на выдачу патентов США, таких как заявки на выдачу патента США "Реактор для каталитического преобразования водорода" (Hydrogen Catalyst Reactor), PCT/US08/61455, подана РСТ 4/24/2008; "Гетерогенный реактор для каталитического преобразования водорода" (Heterogeneous Hydrogen Catalyst Reactor), PCT/US09/052072, подана РСТ 7/29/2009; "Гетерогенная энергетическая система с каталитическим преобразованием водорода" (Heterogeneous Hydrogen Catalyst Power System), PCT/US 10/27828, РСТ подана 3/18/2010; "Электрохимическая энергетическая система с каталитическим преобразованием водорода" (Electrochemical Hydrogen Catalyst Power System), PCT/US 11/28889, подана РСТ 3/17/2011; "Электрохимическая энергетическая система с каталитическим преобразованием водорода на основе воды" (H20-Based Electrochemical Hydrogen-Catalyst Power System), PCT/US 12/31369 подана 3/30/2012, и "Энергетическая система с каталитическим преобразованием водорода" (СШТ Power System), PCT/US 13/04193 8 подана 5/21/13 ("Прежние публикации Миллза (Mills Prior Applications)"), которые включены сюда посредством ссылки во всей своей полноте, и в моих предшествующих публикациях, таких как "Построенный для компании BlackLight Power многоэлементный
реактор на основе систем с каталитическим преобразованием водорода и с термической связью" (R. L. Mills, М. Nansteel, W. Good, G. Zhao, "Design for a BlackLight Power Multi-Cell Thermally Coupled Reactor Based on Hydrogen Catalyst Systems," Int. J. Energy Research, Vol. 36, (2012), 778-788; doi: 10.1002/er.l834); "Системы генерации тепловой энергии непрерывного действия" (R. L. Mills, G. Zhao, W. Good, "Continuous Thermal Power System," Applied Energy, Vol. 88, (2011) 789-798, doi: 10.1016/j.apenergy.2010.08.024), и " Системы с термически обратимым каталитическим преобразованием водорода в качестве нового источника энергии" (R. L. Mills, G. Zhao, К. Akhtar, Z. Chang, J. He, X. Hu, G. Wu, J. Lotoski, G. Chu, "Thermally Reversible Hydrogen Catalyst Systems as a New Power Source," Int. J. Green Energy, Vol. 8, (2011), 429-473) (Прошлые публикации Миллза по вопросам преобразования тепловой энергии "Mills Prior Thermal Power Conversion Publications"), включенных сюда посредством ссылки во всей своей полноте. В других вариантах, система генерации энергии содержит термоэлектрические преобразователи каких-либо других типов, известных специалистам в рассматриваемой области, таких как прямые преобразователи энергии, например, термоионные и термоэлектрические преобразователи энергии и другие тепловые двигатели, такие как двигатели Стирлинга.
В одном из примеров вариантов, генератор энергии на основе SF-CIHT-элемента вырабатывает и передает на выход 10 МВТ непрерывной мощности в виде сигнала заданной формы, такого как постоянный ток (DC) или переменный ток (АС) с напряжением 120 В и частотой 60 Гц, а также тепловую энергию. Твердое топливо может содержать металл, такой как один из металлов из группы Cu, Ni, Pb, Sb, Bi, Co, Cd, Ge, Au, Ir, Fe, Hg, Mo, Os, Pd, Re, Rh, Ru, Se, Ag, Тс, Те, TI, Sn, W, Al, V, Zr, Ti, Mn, Zn, Cr и In, который может быть не оксидируем водой Н2О в процессе воспламенения и расширения плазмы в вакууме. В другом варианте, твердое топливо может содержать металл, такой как серебро Ag, оксид AgO которого может быть восстановлен посредством нагревания в вакууме. В качестве альтернативы, твердое топливо может содержать металл, такой как медь Си, оксид СиО которого может быть восстановлен путем нагревания в атмосфере водорода. Рассмотрим случай, когда твердое топливо содержит смесь Си + СиО + Н2О. В одном из вариантов, плазма образуется в вакууме, так что металлическая медь Си не оксидируется. Тогда для регенерации топлива после воспламенения требуется только добавить воды НгО для восполнения потерь на образование гидрино, где энергия преобразования воды НгО в Нг(1/4) и I/2O2 составляет 50 МДж/моль воды НгО. Таким образом, продукт реакции регидратируется путем добавления 0.2 моль/с воды НгО. В ситуации, когда медь Си оксидируется, пример скорости массопереноса СиО представляет примерно 50 г/с СиО, что соответствует 200 кДж/г для выработки 10 МДж/с или 10
кДж/мс. Оксид СиО может быть восстановлен с использованием 0.625 моль/с водорода №, получаемых посредством электролиза воды НЮ с использованием электролизера. Это требует примерно 178 кВт электрической мощности, возвращаемых в виде тепла в цикле. В другом варианте, СшО заменяет СиО, так что медь Си не вступает в реакцию с СиО для получения СшО. Если серебро Ag используется в качестве металла в составе твердого топлива, тогда для восстановления AgO до металлического серебра Ag не нужен водород Н2, а требуется только тепло, возвращаемое в каждом цикле.
Воспламенение твердого топлива для образования гидрино с очень высокой скоростью инициируется с помощью источника питания 20 кА с частотой следования импульсов 0.2 кГц. Этот источник питания может представлять собой обычный, имеющийся в продаже сварочный аппарат, такой как Miyachi ISA-500CR/IT-1320-3 или ISA-1000CR/IT-1400-3. Объем трансформатора в аппарате Miyachi ISA-500CR/IT-1320-3 составляет 34 л и может быть еще более уменьшен, если применить трансформатор для работы на более высокой частоте. Объем контроллера мощности также необходимо учитывать, но можно ожидать, что управляющие электронные схемы могут быть миниатюризированы, так что ограничением являются размеры трансформатора. Этот источник питания может также по меньшей мере частично служить преобразователем. Более того, после инициализации системы небольшой части, например, 1% электрической энергии с выхода генератора энергии на основе SF-СШТ-элемента, такого как МГД-преобразователь или PDC-преобразователь, может быть достаточно для поддержания воспламенения топлива. Таким образом, источник питания, развивающий сильный ток, для воспламенения топлива может представлять собой по существу SF-CIHT-элемент и преобразователь энергии, которые вносят свой вклад в размеры генератора энергии на основе SF-CIHT-элемента. Для запуска блока может быть использован заряженный конденсатор большой емкости, имеющий объем пример 1 л. В другом варианте, источник питания для воспламенения, равно как и источник питания для запуска содержит по меньшей мере один конденсатор, такой как банк низковольтных конденсаторов большой емкости, способный отдавать при низком напряжении сильный ток, необходимый для достижения воспламенения. Соответствующий объем конденсаторов может быть небольшим, например, около 1.5 л. На выходе генератора может присутствовать низкое напряжение постоянного тока, так что требуется лишь незначительная обработка или стабилизация выходного сигнала или вообще не требуется. Последнее может быть реализовано посредством DC/DC-конвертора.
Рассмотрим пример с входящими в зацепления зубчатыми колесами с 60 зубьями, такими как керамические зубчатые колеса, металлизированные на тех поверхностях,
которые входят в контакт с топливом во время воспламенения. При работе со скоростью 200 об./мин соответствующая частота воспламенений составляет 0.2кГц или 5 мс на одно воспламенение. Тогда SF-CIHT-элемент, имеющий такую систему воспламенения, будет иметь объем около 2 л. Считая, что объемная плотность МГД-преобразования для RLN2 составляет 700 МВт/м3 ["Исследования МГД-генераторов в токийском технологическом институте" (Yoshihiro Okuno, "Research activities on MHD power generation at Tokyo Institute of Technology", Tokyo Institute of Technology, 19 December 2013, http://vips.es.titech.ac.jp/pdf/090325-meeting/Okuno.pdf)], и при известных порядках величины более высокой плотности ионов и сверхзвуковых скоростях частиц в плазме, возбуждаемой гидрино, плотность преобразования должна быть по меньшей мере 10 ГВт/м3 или 107 Вт/л объема МГД-преобразователя. Мощность примера генератора энергии на основе SF-CIHT-элемента равна 107 Вт; так что оцениваемый объем МГД-преобразователя составляет 1 л. Сверхпроводниковые магниты и криогенная система управления с использованием сосудов Дьюара может занимать еще 6 л объема. Наконец, системы удаления и регенерации продуктов реакции будут, как ожидается, занимать по меньшей мере 2 л, но объем может быть больше, более вероятно 20 л, если для регенерации требуется восстановление водородом Ш.
Рассмотрим систему, содержащую (1) конденсаторный источник энергии, развивающий на электродах электрический ток 20 кА с частотой повторения 0.2 кГц, служащий также источником питания для запуска системы и занимающий объем примерно 1.5 л, (2) небольшой доли электрической выходной энергии генератора энергии на основе SF-CIHT-элемента, такого как МГД-преобразователь или PDC-преобразователь, достаточно для поддержания воспламенения топлива, (3) SF-CIHT-элемент, имеющий объем около 2 л, с системой воспламенения, содержащий находящиеся в зацеплении зубчатые колеса по 60 зубьев, работающие со скоростью 200 об./мин, (4) МГД-преобразователь, содержащий две секции с объемом около 2 л по консервативной оценке, тогда как сверхпроводниковые магниты и криогенная система управления занимает примерно втрое больший объем, т.е. еще 6 л, (5) систему удаления и регенерации продуктов реакции, которая имеет объем около 2 л и в которой продукты реакции регидратируют для восстановления реагентов, и (6) прямой вывод постоянного тока от МГД-преобразователя. Полный объем системы мощностью 10 МВт в этом примере составляет 1.5+ 2 + 2 + 6 + 2= 13.5 л (примерно 24 см X 24 см X 24 см или примерно 9.4 дюйм X 9.4 дюйм X 9.4 дюйм).
В одном из вариантов, генератор энергии на основе SF-CIHT-элемента может служить модульной единицей для сборки многоэлементных генераторов энергии на
основе SF-СШТ-элементов. Такие модули могут быть соединены параллельно, последовательно или параллельно и последовательно для увеличения напряжения, тока и мощности до заданных уровней. В одном из вариантов, несколько модулей могут генерировать энергию для замены централизованной электросети. Например, несколько модулей с электрической мощностью от 1 МВт до 10 МВт могут заменить генерацию энергии на подстанции или центральной электростанции. Генераторы энергии на основе SF-CIHT-элементов могут быть соединены один с другим и с другими системами обработки, стабилизации и хранения энергии и с инфраструктурой передачи и распределения энергии, такой как электрическая сеть общего назначения, с использованием систем и способов, известных специалистам в рассматриваемой области.
G. Приложения
Рассматриваемый SF-CIHT-элемент может быть использован для замены обычных источников электроэнергии и обладает тем преимуществом, что он является автономным от электросети и инфраструктуры доставки ископаемого топлива. Типовыми примерами обычных приложений являются нагрев (как пространственный, так и технологический), энергоснабжение в бытовых, коммерческих или промышленных целях, транспорт, такой как электромобили, грузовики и поезда, морские суда - корабли с электроприводом и подводные лодки, авиация - самолеты с электроприводом и вертолеты, и аэрокосмические области, такие как электроснабжение на спутниках. Конкретными примерами таких приложений является электроснабжение в быту и в бизнесе, освещение, электротранспорт, производство водорода № посредством электролиза воды Н2О, холодильники в авторефрижераторах, телекоммуникационные ретрансляторы, опреснение соленой воды, дистанционная добыча и плавление руды или других полезных ископаемых, электрическое отопление, такое как отопление жилья или офисов, питание бытовой аппаратуры, такой как системы сигнализации, холодильник/морозильник, посудомоечная машина, печь, стиральная машина/сушилка, газонокосилка, механический секатор, снегоочиститель и бытовые электронные устройства, такие как персональный компьютер, телевизор, стереосистема и видео плеер. Подобные SF-СШТ-элементы соответствующего переменного размера могут быть специализированными источниками питания для некоторых приложений, таких как нагреватель, стиральная машина с сушилкой или кондиционер.
Рассматриваемый SF-CIHT-элемент позволяет реализовать великое множество приложений для энергоснабжения, отдающих энергию по меньшей мере на переменном токе и/или на постоянном токе в соответствующую нагрузку. Упрощенный чертеж
системы для электрических приложений 200 SF-CIHT-элемента приведен на Фиг. 7. В одном из вариантов, SF-СШТ-элементом 202 управляет контроллер 201 SF-СШТ -элемента. Этот SF-CIHT-элемент 202 принимает воду Н2О из источника 204, добавляет воду Н2О для регенерации топлива и преобразует водород Н в гидрино с высвобождением очень большого количества энергии, преобразуемой в электроэнергию. Любое выделяющееся при этом в качестве побочного продукта тепло может быть передано в тепловую нагрузку или удалено в качестве сбросного тепла системой 203 охлаждения. Вырабатываемая электроэнергия может быть сохранена в устройстве 205 для аккумулирования энергии (накопителе), таком как аккумулятор или конденсатор большой емкости и может быть затем передана в центр 206 распределения энергии. В качестве альтернативы, вырабатываемая электроэнергия может сразу поступать в центр 206 распределения энергии. В одном из вариантов, получив энергию постоянного тока от плазмоэлектрического преобразователя, такого как МГД-преобразователь или PDC-преобразователь, эту энергию преобразуют из постоянного тока в переменный ток посредством DC/AC-конвертора 207 или преобразуют ее в другую форму энергии постоянного тока посредством DC/DC-конвертора 221. После этого, преобразованный переменный ток или постоянный ток течет в контроллер 208 переменного тока или в контроллер 222 постоянного тока, либо в нагрузку 209 переменного тока или в нагрузку 223 постоянного тока, соответственно. Примерами механических нагрузок, приводимых в действие электродвигателем 215 переменного или постоянного тока, является аппаратура 216, колеса 217, такие в различных транспортных средствах, например, мотоциклах, скутерах, мототележках для полей для гольфа, легковых автомобилях, грузовиках, поездах, тракторах и бульдозерах и другой техники для земляных работ, авиационные электропропеллеры или электровентиляторы 218, такие как в самолете, гребные винты 219, такие как на корабля и подводных лодках, и разного рода механизмы 220 с вращающимся валом. Альтернативные варианты нагрузок переменного тока содержат телекоммуникационное оборудование 210 переменного тока, бытовую аппаратуру 211 переменного тока, электронные устройства 212 переменного тока, осветительное оборудование 213 переменного тока и системы 214 кондиционирования производственных помещений, такие как отопление и кондиционирования воздуха.
Такой SF-CIHT-элемент, использующий по меньшей мере электрическую и/или тепловую энергию, получаемую в результате преобразования водорода Н от источника, такого как вода НгО, в гидрино, и вырабатывающий механическую энергию в форме вращения вала, позволяет реализовать широкое множество разнообразных приложений, требующих использования энергии. Упрощенный чертеж системы для термических и
гибридных электротермических приложений 300 SF-CIHT-элемента представлен на Фиг. 8. В одном из вариантов, SF-СШТ-элементом 302 управляет контроллером 301 SF-CIHT-элемента. Этот SF-СШТ-элемент 302 принимает воду Н2О от источника 303, добавляет воду Н2О для регенерации топлива и преобразует водород Н в гидрино с высвобождением очень большого количества энергии плазмы, энергия которой может быть прямо преобразована в электроэнергию с использованием плазмоэлектрического преобразователя, непрямо преобразована в электроэнергию с использованием термоэлектрического преобразователя, либо тепловая энергия может быть передана на выход непосредственно. Электроэнергия может поступать в электрический нагреватель 304, который может нагревать внешний теплообменник 305. В качестве альтернативы, тепло может поступать прямо от SF-CIHT-элемента 302 к внешнему теплообменнику 305. Рабочий газ, такой как воздух, течет в необогреваемую турбину 306 и нагревается горячим внешним теплообменником 305; и таким образом, он получает тепловую энергию от SF-СШТ-элемента 302. Нагретый рабочий газ воздействует на лопатки необогреваемой турбины 306 и заставляет ее вал вращаться. Вращающийся вал может приводить в действие несколько видов механических нагрузок. Подходящие примеры механических нагрузок содержат колеса 307, как, например, в транспортных приложениях, электрический генератор 308, такой как для выработки электроэнергии, авиационные электропропеллеры или электрические вентиляторы 309, такие как в самолете, гребные винты 310, как на кораблях и подводных лодках, и механизмы 311с вращающимся валом. Электроэнергия от электрического генератора 308 может быть использована для других приложений, таких как электрический подвижной состав или электропитание стационарных систем. Эти и другие приложения могут быть реализованы с использованием интегрированных систем или части интегрированных систем, показанных на Фиг. 7.
В одном из вариантов, электроэнергия от SF-CIHT-элемента используется для возбуждения антенн в заданном частотном диапазоне, так что излучаемая энергия может быть принята антеннами, способными принимать переданную анергию. Энергия эта может быть использована для обеспечения работы электронного устройства, такого как сотовый телефон, персональный компьютер или развлекательная система, например, МРЗ-плеер или видео плеер. В другом варианте, принимающие антенны могут собирать переданную энергию и заряжать аккумулятор для работы электронного устройства.
Настоящее изобретение направлено также на создание системы с аккумулятором или топливным элементом, которая генерирует электродвижущую силу (эдс (EMF)) на основе каталитической реакции преобразования водорода в состояния с меньшими
энергиями (гидрино), осуществляя прямое преобразование энергии, высвобождаемой в реакциях образования гидрино, в электроэнергию, система содержит:
реагенты, представляющие собой реагенты для получения гидрино во время работы элемента с раздельными потоком электронов и потоком массопереноса ионов,
катодное отделение, содержащее катод,
анодное отделение, содержащее анод, и
источник водорода.
Другие варианты настоящего изобретения направлены на создание системы с аккумулятором или с топливным элементом, которая генерирует электродвижущую силу (эдс (EMF)) на основе каталитической реакции преобразования водорода в состояния с меньшими энергиями (гидрино), осуществляя прямое преобразование энергии, высвобождаемой в реакциях образования гидрино, в электроэнергию, система содержит по меньшей мере два компонента, выбранных из группы, куда входят: катализатор или источник катализатора; атомарный водород или источник атомарного водорода; реагенты для образования катализатора или источника катализатора и атомарного водорода или источника атомарного водорода; один или несколько реагентов для инициирования каталитического преобразования атомарного водорода; и носитель, позволяющий осуществлять такое каталитическое преобразование, где система с аккумулятором или с топливным элементом для образования гидрино может далее иметь катодное отделение, содержащее катод, анодное отделение, содержащее анод, в качестве опции соляной мостик, реагенты, представляющие собой реагенты для получения гидрино во время работы элемента с раздельными потоком электронов и потоком массопереноса ионов, и источник водорода.
В одном из вариантов настоящего изобретения реакционные смеси и реакции для инициирования реакций образования гидрино, таких как обменные реакции согласно настоящему изобретению, составляют основу работы топливного элемента, где электроэнергия вырабатывается в результате реакций с участием водорода для образования гидрино. Вследствие окислительно-восстановительной природы реакций в половинах топливного элемента (полуэлементах) реакционная смесь, вырабатывающая гидрино, образована с использованием миграции электронов через внешнюю цепь и массопереноса ионов по отдельному пути, чтобы замкнуть электрическую цепь. Полные реакции и соответствующие реакционные смеси для получения гидрино, образующиеся в результате суммирования реакций в половинах элемента, могут содержать типы реакций, используемые для выработки тепловой энергии и химического получения гидрино согласно настоящему изобретению.
В одном из вариантов настоящего изобретения, различные реагенты или одинаковые реагенты, но в разных состояниях или условиях, например, по меньшей мере при разных температурах, давлениях и/или в разных концентрациях, находятся в разных отделениях элементах, соединенных раздельными каналами для электронов и ионов с целью замыкания электрической цепи между отделениями. Выигрыш по потенциальной и электрической энергии между электродами из разных отделений или выигрыш с точки зрения получения тепловой энергии в системе достигается вследствие зависимости реакций образования гидрино от массопереноса из одного отделения в другое. Массоперенос обеспечивает по меньшей мере формирование реакционной смеси, вступающей в реакцию образования гидрино, и/или условия, позволяющие реакции с образованием гидрино протекать с существенными скоростями. В идеале реакция образования гидрино не происходит вообще или не происходит с приемлемой скоростью в отсутствие потока электронов и потока массопереноса ионов.
В другом варианте, элемент создает выигрыш по выработке по меньшей мере электрической и/или тепловой энергии по сравнению с затратами подведенной к электродам энергии для проведения электролиза.
В одном из вариантов, реагенты для образования гидрино могут быть по меньшей мере термически регенерируемыми и/или электролитически регенерируемыми.
Один из вариантов настоящего изобретения направлен на создание электрохимической системы генерации энергии, которая генерирует электродвижущую силу (эдс (EMF)) и тепловую энергию и содержит катод, анод и реагенты, представляющие собой реагенты для получения гидрино во время работы элемента с раздельными потоком электронов и потоком массопереноса ионов, так что совокупность реагентов содержит по меньшей мере два компонента, выбранных из группы, куда входят: (а) источник катализатора или катализатор, содержащий по меньшей мере один компонент из группы пН, ОН, ОН-, Н2О, H2S или MNH2, где п - целое число и М -щелочной металл; (Ь) источник атомарного водорода или атомарный водород; (с) реагенты для образования по меньшей мере одного - источника катализатора, катализатора, источника атомарного водорода и/или атомарного водорода; один или несколько реагентов для инициирования каталитического преобразования атомарного водорода; и носитель. В электрохимической системе генерации энергии могут иметь место по меньшей мере одно из следующих условий: (а) атомарный водород и катализатор для преобразования водорода образованы в результате реакции в реакционной смеси; (Ь) присутствует один реагент, участие которого в реакции активизирует процесс каталитического преобразования; и (с) реакция, инициирующая прохождение реакции
каталитического преобразования представляет собой реакцию, выбранную из совокупности: (i) экзотермические реакции; (ii) сопряженные реакции; (ш) свободнорадикальные реакции; (iv) окислительно-восстановительные реакции; (v) реакции обмена, и (vi) реакции образования гидрино с использованием геттера, носителя или матрицы. В одном из вариантов, по меньшей мере (а) различные реагенты и/или (Ь) те же самые реагенты, но в разных состояниях или условиях располагаются в разных отделениях элемента, которые соединены раздельными каналами для электронов и ионов с целью замыкания электрической цепи между отделениями. По меньшей мере одно -внутренний массоперенос и/или внешний поток электронов, может создать по меньшей мере одно из следующих условий: (а) образование реакционной смеси, вступающей в реакцию для получения гидрино; и (Ь) создание условий, позволяющих реакции образования гидрино протекать со значительными скоростями. В одном из вариантов, реагенты для получения гидрино являются по меньшей мере термически и/или электрически регенерируемыми. Выход по меньшей мере электрической и/или тепловой энергии может превосходить затраты энергии, необходимые для регенерации реагентов из продуктов реакции.
Другие варианты настоящего изобретения направлены на создание электрохимической системы генерации энергии, которая генерирует электродвижущую силу (эдс (EMF)) и тепловую энергию и содержит катод, анод и реагенты, представляющие собой реагенты для получения гидрино во время работы элемента с раздельными потоком электронов и потоком массопереноса ионов, так что совокупность реагентов содержит по меньшей мере два компонента, выбранных из группы, куда входят: (а) источник катализатора или катализатор, содержащий кислородные химические частицы по меньшей мере одного вида из группы О2, Оз, О, 0+, Н20, НзО+, ОН, ОН+, ОН" , НООН, ООН", О", О2", и вступающие в окислительную реакцию с водородными химическими частицами Н для образования по меньшей мере ОН и/или воды НгО, где водородные химические частицы Н представляют собой частицы по меньшей мере одного вида из группы Н2, Н, Н+, НгО, НзО+, ОН, ОН+, ОН", НООН и ООН"; (Ь) источник атомарного водорода или атомарный водород; (с) реагенты для образования по меньшей мере одного - источника катализатора, катализатора, источника атомарного водорода и/или атомарного водорода; и один или несколько реагентов для инициирования каталитического преобразования атомарного водорода; и носитель. Источник кислородных химических частиц О может представлять собой по меньшей мере одно соединение или смесь соединений из группы, содержащей О, Ог, воздух, оксид, МО, СоО, оксиды щелочных металлов, 1лгО, Na20, К2О, оксиды щелочноземельных металлов, MgO,
СаО, SrO и ВаО, оксиды химических элементов из группы Cu, Ni, Pb, Sb, Bi, Co, Cd, Ge, Au, Ir, Fe, Hg, Mo, Os, Pd, Re, Rh, Ru, Se, Ag, Тс, Те, TI, Sn и W, пероксиды, пероксиды щелочных металлов, супероксид, супероксиды щелочных или щелочноземельных металлов, гидроксиды, гидроксиды щелочных, щелочноземельных, переходных металлов, внутренних переходных (лантаноиды и актиноиды) металлов, и/или металлов из групп III, IV или V, оксигидроксиды, АЮ(ОН), ScO(OH), YO(OH), VO(OH), CrO(OH), MnO(OH) ( -MnO(OH) гроутит и -MnO(OH) манганит), FeO(OH), CoO(OH), NiO(OH), RhO(OH), GaO(OH), InO(OH), МшСошО(ОН) и МшСо1/зМп1/зо(ОН). Источник водородных химических частиц Н может содержать по меньшей мере одно соединение или смесь соединений из группы, содержащей Н, гидрид металла, ЬаМгНб, гидроксид, оксигидроксид, водород Н2, источник водорода Н2, Н2 и проницаемую для водорода мембрану, NiPt(H2), Ni(H2), V(H2), Ti(H2), Nb(H2), Pd(H2), PdAg(H2), Fe(H2) и нержавеющая сталь (SS), например, 430 SS (H2).
В другом варианте, электрохимическая система генерации энергии содержит водородный анод; электролит на основе расплавленной соли, содержащий гидроксид, и по меньшей мере кислородный (02) или водяной (Н20) катод. Водородный анод может содержать по меньшей мере одно - проницаемый для водорода электрод, такой как по меньшей мере один из группы NiPt(H2), Ni(H2), V(H2), Ti(H2), Nb(H2), Pd(H2), PdAg(H2), Fe(H2) и 430 SS(H2), пористый электрод, способный пропускать и распылять водород Н2 и гидрид, такой как гидрид, выбранный из группы R-Ni, ЬаМгНб, Ьа2Со1МэНб, ZrCr2H3.8, LaNi3.55Mno.4Alo.3Coo.75, ZrMno.5Cro.2Vo.iNii.2, или другого сплава, способного сохранять водород, типа ABs (LaCePrNdNiCoMnAl) или АВ2 (VTiZrNiCrCoMnAlSn), где обозначение "АВх" указывает соотношение количества химических компонентов типа А (LaCePrNd или TiZr) и количества химических компонентов типа В (VNiCrCoMnAlSn), тип ABs: МтМз.2Со1.оМщ.бА1о.пМоо.о9 (Mm = смесь металлов: 25 масс% La, 50 масс% Се, 7 масс% Рг, 18 масс% Nd), тип АВ2: сплавы Tio.5iZro.49Vo.7oNii.i8Cro.i2, сплавы на основе магния, сплав Mg1.9Alo.1Nio.8Coo.1Mmu, Mgo.72Sco.28(Pdo.oi2 + Rho.oi2), и MgsoTbo, MgsoV2o, Lao.8Ndo.2Ni2.4Co2.5Sio.i, LaNis-xMx (M= Mn, Al), (M= Al, Si, Cu), (M= Sn), (M= Al, Mn, Cu) и LaNi4Co, MmNi3.55Mno.44Alo.3Coo.75, LaNi3.55Mno.44Alo.3Coo.75, MgCm, MgZm, MgNi2, соединения типа AB, TiFe, TiCo и TiNi, соединения типа ABn (n = 5, 2 или 1), соединения типа АВз-4, АВх (А = La, Се, Mn, Mg; В = Ni, Mn, Со, Al), ZrFe2, Zro.5Cso.5Fe2, Zro.8Sco.2Fe2, YNis, LaNis, LaNi4.sCoo.5, (Ce, La, Nd, Pr)Nis, сплав смешанного металла с никелем, Tio.98Zro.o2Vo.43Feo.o9Cro.o5Mm.5, La2CoiNi9, FeNi и TiMm. Расплавленная соль может содержать гидроксид с добавкой по меньшей мере одной другой соли, например, выбранной из группы, куда входят один или несколько других гидроксидов, галогенидов,
нитратов, сульфатов, карбонатов и фосфатов. Расплавленная соль может содержать по меньшей мере одну смесь солей, выбранную из группы CsNCb-CsOH, CsOH-KOH, CsOH-LiOH, CsOH-NaOH, CsOH-RbOH, K2CO3-KOH, KBr-KOH, KC1-KOH, KF-KOH, KI-KOH, KNO3-KOH, KOH-K2SO4, KOH-LiOH, KOH-NaOH, KOH-RbOH, Li2C03-LiOH, LiBr-LiOH, Li CI-Li OH, LiF-Li OH, Lil-LiOH, LiNCb-LiOH, LiOH-NaOH, LiOH-RbOH, Na2C03-NaOH, NaBr-NaOH, NaCl-NaOH, NaF-NaOH, Nal-NaOH, NaN03-NaOH, NaOH-Na2S04, NaOH-RbOH, RbCl-RbOH, RbN03-RbOH, LiOH-LiX, NaOH-NaX, KOH-KX, RbOH-RbX, CsOH-CsX, Mg(OH)2-MgX2, Ca(OH)2-CaX2, Sr(OH)2-SrX2, или Ba(OH)2-BaX2, где X =F, CI, Br или I, и LiOH, NaOH, KOH, RbOH, CsOH, Mg(OH)2, Ca(OH)2, Sr(OH)2 или Ba(OH)2 и одна или несколько из группы А1Хз, VX2, ZrX2, Т1Х3, MnX2, ZnX2, CrX2, SnX2,1пХз, CuX2, NiX2, PbX2, SbX3, BiX3, CoX2, CdX2, GeX3, АиХз, 1гХз, FeX3, HgX2, MoX4, OsX4, PdX2, ReX3, RI1X3, R11X3, SeX2, AgX2, TcX4, TeX4, T1X и WX4, где X =F, CI, Br или I. Эта расплавленная соль может содержать катион, общий для анионов электролита на основе смеси солей, или анион, общий для катионов электролита на основе смеси солей; или анион является общим для катионов, а гидроксид стабилен относительно других солей в смеси.
В другом варианте настоящего изобретения электрохимическая система генерации энергии содержит по меньшей мере одно из соединений [М"(Н2)/МОН-М'галогенид/М"'] и/или [М"(Н2)/М(ОН)2-М'галогенид/М"'], где М - щелочной или щелочноземельный металл, М' - металл, имеющий гидроксиды и оксиды, которые обладают по меньшей мере одним свойством - менее стабильны, чем эти щелочные или щелочноземельные металлы, и/или облают меньшей реакционной способностью во взаимодействии с водой, М" -металл, проницаемый для водорода, и М'" - электрический проводник. В одном из вариантов, М' - металл, такой как один из группы Cu, Ni, Pb, Sb, Bi, Co, Cd, Ge, Au, Ir, Fe, Hg, Mo, Os, Pd, Re, Rh, Ru, Se, Ag, Тс, Те, TI, Sn, W, Al, V, Zr, Ti, Mn, Zn, Cr и In. В качестве альтернативы, M и М' могут представлять собой металлы, выбранные независимо один от другого из группы Li, Na, К, Rb, Cs, Mg, Ca, Sr, Ba, Al, V, Zr, Ti, Mn, Zn, Cr, Sn, In, Cu, Ni, Pb, Sb, Bi, Co, Cd, Ge, Au, Ir, Fe, Hg, Mo, Os, Pd, Re, Rh, Ru, Se, Ag, Тс, Те, TI и W. Другие примеры систем содержат [М'(Н2)/МОН М"Х/М"'], где М, М', М" и М'" - катионы металлов или металлы, X - анион, такой как один из анионов, выбранный из группы гидроксидов, галогенидов, нитратов, сульфатов, карбонатов и фосфатов, и М' проницаем для водорода Н2. В одном из вариантов, водородный анод содержит металл, такой как по меньшей мере один из металлов, который выбран из группы V, Zr, Ti, Mn, Zn, Cr, Sn, In, Cu, Ni, Pb, Sb, Bi, Co, Cd, Ge, Au, Ir, Fe, Hg, Mo, Os, Pd, Re, Rh, Ru, Se, Ag, Тс, Те, TI и W, и который вступает в реакцию с электролитов во время разряда. В другом варианте, электрохимическая система генерации энергии
содержит источник водорода; водородный анод, способный образовывать по меньшей мере одно из ОН, ОН" и/или воду НгО, служащую катализатором, и поставлять водород Н; источник по меньшей мере одного - кислорода Ог и/или воды Н2О; катод, способный восстанавливать по меньшей мере воду НгО и/или кислород Ог; щелочной электролит; в качестве опции - систему, способную собирать и осуществлять рециркуляцию по меньшей мере одного - паров воды НгО, азота N2 и/или кислорода Ог, и систему для сбора и рециркуляции водорода Нг.
Настоящее изобретение далее направлено на создание электрохимической системы генерации энергии, имеющей в составе анод, содержащий по меньшей мере одно из: металл, такой как выбран из группы V, Zr, Ti, Mn, Zn, Cr, Sn, In, Cu, Ni, Pb, Sb, Bi, Co, Cd, Ge, Au, Ir, Fe, Hg, Mo, Os, Pd, Re, Rh, Ru, Se, Ag, Тс, Те, TI и W, и/или гидрид металла, такой как выбран из группы R-Ni, LaNisHs, ЬагСохМэНб, ZrCnft.s, LaNi3.55Mno.4Alo.3Coo.75, ZrMno.5Cro.2Vo.iNii.2, и других сплавов, способных сохранять водород, таких как сплавы, выбранные из группы типа АВ5 (LaCePrNdNiCoMnAl) или типа АВг (VTiZrNiCrCoMnAlSn), где обозначение "АВх" указывает соотношение количества химических компонентов типа A (LaCePrNd или TiZr) и количества химических компонентов типа В (VNiCrCoMnAlSn), тип ABs, MmNi3.2C01.oMno.6Alo.11Moo.09 (Mm = смесь металлов: 25 масс% La, 50 масс% Се, 7 масс% Рг, 18 масс% Nd), типа АВг: сплавы Tio.51Zro.49Vo.70Ni1.i8Cro.12, сплавы на основе магния, сплав Mg1.9Alo.1Nio.8Coo.1Mmu, Mgo.72Sco.28(Pdo.oi2 + Rho.oo), и Mg8oTi2o, Mg8oV2o, Lao.8Ndo.2Ni2.4C02.5Sio.!, LaNis-xMx (M= Mn, Al), (M= Al, Si, Cu), (M= Sn), (M= Al, Mn, Cu) и LaNi4Co, MmNi3.55Mno.44Alo.3Coo.75, LaNi3.55Mno.44Alo.3Coo.75, MgCu2, MgZm, MgNi2, соединения типа AB, TiFe, TiCo и TiNi, соединения типа ABn (n = 5, 2 или 1), соединения типа АВз-4, АВХ (А = La, Се, Mn, Mg; В = Ni, Mn, Со, Al), ZrFe2, Zro.5Cso.5Fe2, Zro.8Sco.2Fe2, YNis, LaNis, LaNi4.5Coo.5, (Ce, La, Nd, Pr)Ni5, сплав смешанного металла с никелем, Tio.98Zro.o2Vo.43Feo.o9Cro.o5Mm.5, La2CoiNi9, FeNi и TiMm; сепаратор; водный щелочной электролит; катод для восстановления по меньшей мере кислорода Ог и/или воды НгО, и по меньшей мере воздух и/или кислород Ог. Эта электрохимическая система может далее содержать систему электролиза, которая время от времени заряжает и разряжает элемент, так что имеет место выигрыш в общем балансе энергии. В альтернативном варианте, электрохимическая система генерации энергии может содержать или дополнительно содержать систему гидрогенизации, которая регенерирует систему генерации энергии посредством регидридирования гидридного анода.
Другой вариант содержит электрохимическую систему генерации энергии, которая генерирует электродвижущую силу (эдс (EMF)) и тепловую энергию и которая содержит
анод из расплавленного щелочного металла; твердый электролит на основе бета-оксида алюминия (beta-alumina solid electrolyte (BASE)) и катод из расплавленной соли, содержащей гидроксид. Катод из расплавленной соли может содержать эвтектическую смесь, такую как одна из солей, приведенных в Табл. 4, и источник водорода, такой как проницаемая для водорода мембрана и газообразный водород Н2. Катализатор или источник катализатора может быть выбран из группы ОН, ОН-, Н2О, NaH, Li, К, Rb+ и Cs. Электролит из расплавленной соли может содержать гидроксид щелочного металла. Система может содержать водородный реактор и сепаратор металл-гидроксид, где регенерация катода из щелочного металла и катода из гидроксида щелочного металла осуществляется посредством гидрогенизации оксида, являющегося продуктом реакции, и разделения образующихся в результате щелочного металла и гидроксида металла.
Другой вариант электрохимической системы генерации энергии содержит анод, имеющий в составе источник водорода, такого как один из вариантов - проницаемая для водорода мембрана и газообразный водород Н2, и/или гидрид, дополнительно содержит расплавленный гидроксид; твердый электролит на основе бета-оксида алюминия (BASE), и катод, содержащий по меньшей мере одно - расплавленный химический элемент и/или расплавленную галогенидную соль или смесь солей. Подходящие катоды представляют собой катоды из расплавленных химических элементов, например, одного из In, Ga, Те, Pb, Sn, Cd, Hg, P, S, I, Se, Bi и As. В качестве альтернативы, катод может представлять собой катод из расплавленной соли, содержащий NaX (X - галогенид) и одну или несколько солей из группы NaX, AgX, А1Хз, AsX3, AuX, АиХз, ВаХг, ВеХ2, В1Хз, СаХ2, CdX3, СеХз, С0Х2, CrX2, CsX, СиХ, СиХ2, ЕиХз, FeX2, FeX3, GaX3, GdX3, GeX4, HfX4, HgX, HgX2, InX, InX2, InX3, IrX, IrX2, KX, KAgX2, KA1X4, КзА1Х6, LaX3, LiX, MgX2, MnX2, M0X4, M0X5, MoXe, NaAlX4, Na3AlX6, NbXs, NdX3, NiX2, OsX3, OsX4, PbX2, PdX2, РгХз, PtX2, PtX4, РиХз, RbX, ReX3, RhX, RhX3, RuX3, SbX3, SbXs, ScX3, SiX4, SnX2, SnX4, SrX2, ThX4, TiX2, TiX3, T1X, UX3, UX4, VX4, WX6, YX3, ZnX2 и ZrX4.
Другой вариант электрохимической системы генерации энергии, который генерирует электродвижущую силу (эдс (ЕМР)) и тепловую энергию, содержит анод, имеющий в составе Li; электролит, содержащий органический растворитель и по меньшей мере одно - неорганический литиевый (Li) электролит и/или LiPF6; олефиновый сепаратор и катод, содержащий по меньшей мере одно оксигидроксид, AIO(OH), ScO(OH), YO(OH), VO(OH), CrO(OH), MnO(OH) (a-MnO(OH) гроутит и /-МпО(ОН) манганит), FeO(OH), СоО(ОН), NiO(OH), RhO(OH), GaO(OH), InO(OH), МшСотО(ОН) иМшСо1/зМт/зО(ОН).
В другом варианте, электрохимическая система генерации энергии содержит анод, имеющий в составе по меньшей мере одно - литий Li, сплав лития, Li3Mg и/или
химические частицы системы Li-N-H; электролит на основе расплавленной соли и водородный катод, содержащий по меньшей мере одно из сочетаний - газообразный водород Нг и пористый катод, водород Нг и проницаемая для водорода мембрана, и/или один из гидридов металлов - гидридов щелочных, щелочноземельных, переходных металлов, внутренних переходных (лантаноиды и актиноиды) металлов, и редкоземельных металлов.
Настоящее изобретение дополнительно направлено на создание электрохимической системы генерации энергии, содержащей элемент по меньшей мере одного из типов с (а) по (h), в состав которого входят:
(a) (i) анод, содержащий проницаемый для водорода металл и газообразный
водород, такой как один из группы NiPt(H2), М(Нг), У(Нг), Т1(Нг), БеШг), М> (Нг) или
гидрид металла, такой как выбран из группы ЬаМгНб, TiMmHx и ЬагМэСоНб (х - целое
число); (ii) расплавленный электролит, такой как электролит, выбранный из группы МОН
или М(ОН)г, либо МОН или М(ОН)г с М'Х или М'Хг, где М и М' - металлы, такие как
независимо выбранные из группы Li, Na, К, Rb, Cs, Mg, Ca, Sr и Ba, и X - анион, такой как
анион, выбранный из гидроксидов, галогенидов, сульфатов и карбонатов, и (ш) катод,
содержащий металл, который может быть таким же, как металл анода, и также содержит
воздух или кислород Ог;
(b) (i) анод, содержащий по меньшей мере один металл, выбранный из группы R-Ni,
Cu, Ni, Pb, Sb, Bi, Co, Cd, Ge, Au, Ir, Fe, Hg, Mo, Os, Pd, Re, Rh, Ru, Se, Ag, Тс, Те, TI, Sn,
W, Al, V, Zr, Ti, Mn, Zn, Cr и In; (ii) электролит, содержащий водный раствор гидроксида
щелочного металла с концентрацией от примерно 10 М до насыщения; (ш) олефиновый
сепаратор, и (iv) углеродный катод, и также содержит воздух или кислород Ог;
(c) (i) анод, содержащий расплавленный NaOH и проницаемую для водорода
мембрану, такую как никелевая Ni мембрана, и газообразный водород; (ii) электролит,
представляющий собой твердый электролит на основе бета-оксида алюминия (BASE), и
(ш) катод, содержащий расплавленную эвтектическую соль, такую как NaCl-MgCh, NaCl-
СаСЬ или МХ-М'Хг' (М - щелочной металл, М' - щелочноземельный металл и X и X' -
галогениды);
(d) (i) анод, содержащий расплавленный натрий Na; (ii) электролит,
представляющий собой твердый электролит на основе бета-оксида алюминия (BASE), и
(ш) катод, содержащий расплавленный NaOH;
(e) (i) анод, содержащий гидрид, такой как LaNisHe; (ii) электролит, содержащий
водный раствор гидроксида щелочного металла с концентрацией от примерно 10 М до
насыщения; (ш) олефиновый сепаратор и (iv) углеродный катод, и также содержит воздух
или кислород О2;
(f) (i) анод, содержащий литий Li; (ii) олефиновый сепаратор; (ii) органический электролит, такой как электролит, содержащий LP30 и LiPF6, и (iv) катод, содержащий оксигидроксид, такой как СоО(ОН);
(g) (i) анод, содержащий сплав лития, такой как Li3Mg; (ii) электролит на основе расплавленной соли, такой как LiCl-KCl или МХ-М'Х' (М и М' - щелочные металлы, X и X' - галогениды), и (ш) катод, содержащий гидрид металла, такой как выбранный из группы СеШ, LaFh, ZrFh и TiFh, и дополнительно содержащий сажу, и
(h) (i) анод, содержащий Li; (ii) электролит на основе расплавленной соли, такой как LiCl-KCl или МХ-М'Х' (М и М' - щелочные металлы, X и X' - галогениды), и (ш) катод, содержащий гидрид металла, такой как выбранный из группы CeFh, LaFh, ZrFh и TiFh, и дополнительно содержащий сажу.
Настоящее изобретение дополнительно направлено на создание электрохимической системы генерации энергии, содержащей по меньшей мере один из элементов: [Ni(H2)/LiOH-LiBr/Ni], где водородный электрод, обозначенный М(Нг), содержит источник водорода по меньшей мере одного из типов - проницаемый для водорода, распыляющий водород или использующий прерывистый электролиз; с прерывистым электролизом [PtTi/H2S04 (около 5 М в воде) или Н3РО4 (около 14.5 М в BOfle)/PtTi], и [NaOH Ni(H2)/BASE/NaCl MgCh], где водородный электрод, обозначенный М(Ш), содержит проницаемый источник водорода. В подходящих вариантах водородный электрод содержит металл, такой как никель, подготовленный путем нанесения защитного оксидного покрытия, такого МО. Это оксидное покрытие может быть создано посредством анодирования или оксидирования в оксидирующей атмосфере, такой как атмосфера, содержащая кислород.
Настоящее изобретение дополнительно направлено на создание электрохимической системы генерации энергии, содержащей элемент по меньшей мере одного из типов с (а) по (d), в состав которого входят:
(a) (i) анод, содержащий водородный электрод, обозначенный М(Ш), который имеет источник водорода по меньшей мере одного из типов - проницаемый для водорода, распыляющий водород или использующий прерывистый электролиз; (ii) расплавленный электролит, такой как электролит, выбранный из группы МОН или М(ОН> 2, либо МОН или М(ОН)г с М'Х или М'Х2, где М и М' - металлы, такие как независимо выбранные из группы Li, Na, К, Rb, Cs, Mg, Ca, Sr и Ba, и X - анион, такой как анион, выбранный из гидроксидов, галогенидов, сульфатов и карбонатов, и (ш) катод, содержащий металл, который может быть таким же, как металл анода, и далее содержащий воздух или
кислород О2;
(b) (i) анод, содержащий водородный электрод, обозначенный Ni(H2), который имеет источник водорода по меньшей мере одного из типов - проницаемый для водорода, распыляющий водород или использующий прерывистый электролиз; (ii) расплавленный электролит, такой как LiOH-LiBr, NaOH-NaBr или NaOH-Nal, и (iii) катод, содержащий металл, который может быть таким же, как металл анода, и далее содержащий воздух или кислород Ог;
(c) (i) анод, содержащий благородный металл, такой как Pt/Ti; (ii) водный кислотный электролит, такой как H2SO4 или Н3РО4, который может иметь концентрацию в пределах от 1 М до 10 М, и от 5 М до 15 М, соответственно, и (iii) катод, содержащий металл, который может быть таким же, как металл анода, и далее содержащий воздух или кислород Ог, и
(d) (i) анод, содержащий расплавленный NaOH и водородный электрод, обозначенный №(Нг), имеющий источник водорода, поступающего за счет проницаемости материала; (ii) электролит, представляющий собой твердый электролит на основе бета-оксида алюминия (BASE), и (iii) катод, содержащий расплавленную эвтектическую соль, такую как NaCl-MgCh, NaCl-CaCh или МХ-М'Хг' (М - щелочной металл, М' -щелочноземельный металл и X и X' - галогениды).
Другие варианты настоящего изобретения направлены на создание катализаторной системы, такой как электрохимические элементы, содержащие катализатор для преобразования водорода, переводящий атомарный водород Н, находящийся в состоянии п=1, в состояние с меньшей энергией, источник атомарного водорода и другие химические частицы, способные инициировать и распространять реакцию образования водорода в состоянии с уменьшенной энергией. В некоторых вариантах, настоящее изобретение направлено на создание реакционной смеси, содержащей по меньшей мере один источник атомарного водорода и по меньшей мере один катализатор или источник катализатора для поддержки каталитического преобразования водорода и образования гидрино. Реагенты и реакции, описываемые здесь для работы с твердыми и жидкими топливами, также являются реагентами и реакциями для работы с гетерогенными топливами, представляющими собой смесь фаз. Реакционная смесь содержит по меньшей мере два компонента, выбранных из группы - катализатор для преобразования водорода или источник катализатора для преобразования водорода и атомарный водород или источник атомарного водорода, где по меньшей мере одно - атомарный водород и/или катализатор для преобразования водорода, может быть образовано в результате реакции в реакционной смеси. В дополнительных вариантах реакционная смесь далее содержит
носитель, который в некоторых вариантах может быть электропроводным, восстановитель и окислитель, где по меньшей мере один из реагентов может в результате реакции сделать каталитическую реакцию активной. Реагенты могут быть регенерированы из любого продукта, не содержащего гидрино, посредством нагревания.
Настоящее изобретение также направлено на создание источника питания, содержащего:
реакционный элемент для каталитического преобразования атомарного водорода; реакционный контейнер; вакуумный насос;
источник атомарного водорода, сообщающийся с реакционным контейнером;
источник катализатора для преобразования водорода, содержащий объемный материал, сообщающийся с реакционным контейнером,
источник по меньшей мере одного - источника атомарного водорода и источника катализатора для преобразования водорода, содержащий реакционную смесь, имеющую по меньшей мере один реагент, в состав которого входит химический элемент или элементы, образующие по меньшей мере одно - атомарный водород и/или катализатор для преобразования водорода, и по меньшей мере один другой элемент, так что из этого источника образуется по меньшей мере одно - атомарный водород и катализатор для преобразования водорода,
по меньшей мере один другой реагент для инициирования каталитической реакции;
нагреватель для контейнера,
в такой системе в результате каталитического преобразования атомарного водорода высвобождается энергия в количестве, превышающем примерно 300 кДж/моль водорода.
Реакция образования гидрино может быть активизирована или инициирована и распространена посредством одной или нескольких химических реакций. Эти реакции могут быть выбраны, например, из (i) обменных реакций гидрида, (ii) реакций обмена галогенид-гидрид, (iii) экзотермических реакций, которые в некоторых вариантах предоставляют энергию активизации для реакций с образованием гидрино, (iv) сопряженных реакций, которые в некоторых вариантах создают по меньшей мере одно -источник катализатора или атомарный водород для поддержки реакции с образованием гидрино, (v) свободнорадикальных реакций, которые в некоторых вариантах служат акцептором электронов из катализатора в ходе реакции образования гидрино, (vi) окислительно-восстановительных реакции, которые в некоторых вариантах служат акцептором электронов из катализатора в ходе реакции образования гидрино, (vii) других
обменных реакций, таких как реакции обмена анионами, включая обмен галогенидами, сульфидами, гидридами, арсенидами, оксидами, фосфидами и нитридами, которые в одном из вариантов способствуют ионизации катализатора, поскольку они принимают энергию от атомарного водорода для образования гидрино, и (viii) реакции образования гидрино с использованием геттера, носителя или матрицы, так что эти реакции могут осуществлять по меньшей мере одно (а) создавать химическую среду для реакций образования гидрино, (Ь) действия по переносу электронов, чтобы способствовать функции каталитического преобразования водорода Н, (с) реализацию обратимой фазы или других физических изменений или изменений электронного состояния, и (d) связывание водородного продукта с меньшей энергией с целью увеличения по меньшей мере протяженности или скорости реакции образования гидрино. В некоторых вариантах, наличие электропроводного носителя позволяет протекать реакциям активизации.
В другом варианте, реакция образования гидрино содержит по меньшей мере одно - гидридный обмен или галогенидный обмен, между по меньшей мере двумя химическими частицами, такими как два металла. По меньшей мере один металл может быть катализатором или источником катализатора для образования гидрино, такого как щелочной металл или гидрид щелочного металла. Реакция гидридного обмена может происходить между по меньшей мере двумя гидридами, по меньшей мере одним металлом и по меньшей мере одним гидридом, по меньшей мере двумя гидридами металлов, по меньшей мере одним металлом и по меньшей мере одним гидридом металла и другие подобные сочетания с обменом между или с участием двух или более химических частиц. В одном из вариантов, в результате реакции гидридного обмена образуется смешанный гидрид металла, такой как (Mi)x(M2)yHz, где х, у и z - целые числа и Mi и М2 - металлы.
Другие варианты настоящего изобретения направлены на создание реагентов, где участие катализатора в реакции активизации и/или в реакции распространения представляет реакцию катализатора или источника катализатора и источника водорода с материалом или соединением для образования интеркалированного соединения, где реагенты регенерируют путем удаления интеркалированных химических частиц. В одном из вариантов, углерод может служить окислителем, и этот углерод может быть регенерирован из интеркалированного продукта углерода со щелочным металлом, например, посредством нагревания, использования вытесняющего агента, электролитическим способом или с использованием растворителя.
В дополнительных вариантах, настоящее изобретение направлено на создание системы генерации энергии, содержащей:
(i) химическую топливную смесь, содержащую по меньшей мере два компонента,
выбранных из: катализатора или источника катализатора; атомарного водорода или источника атомарного водорода; реагентов для образования катализатора или источника катализатора и атомарного водорода или источника атомарного водорода; одного или нескольких реагентов для инициирования каталитического преобразования атомарного водорода; и носитель для обеспечения возможности каталитического преобразования,
(ii) по меньшей мере одну термическую систему для обращения обменной реакции с целью термической регенерации топлива из продуктов реакции, содержащую несколько реакционных контейнеров,
где реакции регенерации, содержащие реакции, образующие первоначальную химическую топливную смесь из продуктов реакции смеси, осуществляются по меньшей мере в одном реакционном контейнере из указанных нескольких контейнеров во взаимодействии по меньшей мере с одним другим реакционным контейнером, где проходят реакции с выработкой энергии,
тепло по меньшей мере из одного контейнера, вырабатывающего энергию, течет по меньшей мере к одному контейнеру, где происходит регенерация, с целью предоставления энергии для осуществления термической регенерации,
контейнеры погружены в теплопроводную среду для осуществления перетока
тепла,
по меньшей мере один из контейнеров дополнительно содержит вакуумный насос и источник водорода, и может также иметь две камеры, где поддерживается разность температур между более горячей камерой и более холодной камерой, так что химические частицы предпочтительно накапливаются в более холодной камере,
где в более холодной камере осуществляется гидридная реакция для образования по меньшей мере одного первоначального реагента, возвращаемого в более горячую камеру,
(iii) теплоотвод, получающий тепло от контейнеров, в которых происходят реакции с выработкой энергии, через тепловой барьер,
(iv) систему преобразования энергии, которая может содержать тепловой
двигатель, такой как двигатель с циклом Ранкина или с циклом Брайтона, паровой
двигатель, двигатель Стерлинга, где система преобразования энергии может содержать
термоэлектрические или термоионные преобразователи. В некоторых вариантах,
теплоотвод может передавать энергию в систему преобразования энергии для генерации
электроэнергии.
В некоторых вариантах, система преобразования энергии принимает поток тепла от
теплоотвода, а в некоторых вариантах теплоотвод содержит парогенератор, откуда пар течет к тепловому двигателю, такому как турбина, для генерации электроэнергии.
В дополнительных вариантах настоящее изобретение направлено на создание системы генерации энергии, содержащей:
(i) химическую топливную смесь, содержащую по меньшей мере два компонента,
выбранных из: катализатора или источника катализатора; атомарного водорода или
источника атомарного водорода; реагентов для образования катализатора или источника
катализатора и атомарного водорода или источника атомарного водорода; одного или
нескольких реагентов для инициирования каталитического преобразования атомарного
водорода; и носитель для обеспечения возможности каталитического преобразования,
(ii) термическую систему для обращения обменной реакции с целью термической регенерации топлива из продуктов реакции, содержащую несколько реакционных контейнеров, где реакции регенерации, содержащие реакции, образующие первоначальную химическую топливную смесь из продуктов реакции смеси, осуществляются по меньшей мере в одном реакционном контейнере в сочетании с реакциями с выработкой энергии, тепло от реакций с выработкой энергии течет к реакциям регенерации, с целью предоставления энергии для осуществления термической регенерации, по меньшей мере один из контейнеров изолирован в одной секции и контактирует с теплопроводной средой в другой секции для создания градиента температуры между более горячей и более холодной секциями, соответственно, контейнера, так что химические частицы предпочтительно накапливаются в более холодной секции, по меньшей мере один из контейнеров дополнительно содержит вакуумный насос и источник водорода, где в более холодной секции осуществляется гидридная реакция для образования по меньшей мере одного первоначального реагента, возвращаемого в более горячую секцию,
(iii) теплоотвод, получающий тепло от реакций с выработкой энергии через теплопроводную среду и, в качестве опции, через по меньшей мере один тепловой барьер, и
(iv) систему преобразования энергии, которая может содержать тепловой
двигатель, такой как двигатель с циклом Ранкина или с циклом Брайтона, паровой
двигатель, двигатель Стерлинга, где система преобразования энергии может содержать
термоэлектрические или термоионные преобразователи и где эта система преобразования
энергии принимает поток тепла от теплоотвода.
В одном из вариантов, теплоотвод содержит парогенератор, откуда пар течет к тепловому двигателю, такому как турбина, для генерации электроэнергии.
Н. Электрохимический SF-СШТ-элемент
В электрохимическом варианте SF-СШТ-элемента выигрыш по меньшей мере по одному из параметров - напряжению, току или электрической мощности, по сравнению с характеристиками энергии, поступившей извне или генерируемой внутри, достигается посредством образования по меньшей мере одного - НОН, служащего катализатором, и водорода Н, в результате протекания сильного тока, где НОН является катализатором реакции водорода Н с образованием гидрино, где интенсивность образования гидрино значительно усилена за счет каталитической реакции, протекающей в присутствии сильного электрического тока. В другом электрохимическом варианте SF-CIHT-элемента генерация напряжения и электрической мощности происходит в результате образования по меньшей мере одного - НОН, служащего катализатором, водорода Н и электрического проводника, способного проводить сильный электрический ток, посредством по меньшей мере одной электрохимической реакции, где НОН служит катализатором реакции водорода Н с образованием гидрино, так что интенсивность реакции образования гидрино значительно возрастает вследствие каталитической реакции, протекающей в присутствии сильного электрического тока. Электрохимические реакции могут содержать перенос электронов с участием по меньшей мере одного электрода в элементе. В одном из вариантов, таком как показано на Фиг. 1, элемент содержит контейнер 400, где могут располагаться компоненты такого элемента, реагенты, содержащие источник НОН, служащего катализатором, и источник водорода Н, и электролит, содержащий источник среды, обладающей высокой электрической проводимостью и способной пропускать по меньшей мере ток ионов и/или электронов. Катод может содержать оксид никеля, литерованный оксид лития, никель или другие вещества, указанные в настоящем изобретении. Анод может содержать никель Ni, молибден Мо или сплав молибдена, такой как MoCu, MoNi или МоСо. Источник НОН может быть также источником водорода Н. Источник по меньшей мере одного - НОН, служащего катализатором, и/или водорода Н, может представлять собой источник по меньшей мере одного - кислорода и/или водорода, такой как гидратированное соединение или материал, например, гидратированный гигроскопичный материал, указанный в настоящем описании, такой как гидратированный оксид или галогенид, например, гидратированный СиО, СоО и МХ2 (М = Mg, Са, Sr, Ba; X=F, CI, Br, I), оксид, гидроксид, оксигидроксид, O2, НгО, НООН, ООН", ион пероксида, ион супероксида, гидрид и водород Нг. Содержание воды НгО в моль % в составе гидратированного соединения может быть по меньшей мере в одном из диапазонов -примерно от 0.000001% до 100%, от 0.00001% до 100%, от 0.0001% до 100%, от 0.001% до
100%, от 0.01% до 100%, от 0.1% до 100%, от 1% до 100%, от 10% до 100%, от 0.1% до 50%, от 1% до 25% и от 1% до 10%. В одном из вариантов, электрохимическая реакция образует НОН, который вступает в реакцию с водородом Н, присутствующим в элементе. Элемент может далее содержать биполярную пластину 500, как это показано на Фиг. 2. Эти биполярные пластины могут быть собраны в пакет одна над другой и соединены электрически последовательно или параллельно или посредством сочетания последовательных и параллельных соединений для получения по меньшей мере одного -большего напряжения, более сильного тока или большей мощности.
В некоторых вариантах настоящего изобретения электрохимическая система генерации энергии может содержать контейнер, имеющий по меньшей мере один катод; по меньшей мере один анод; по меньшей мере один электролит; по меньшей мере два реагента, выбранных из группы, содержащей: (а) по меньшей мере одно - источник катализатора или катализатор, представляющий собой образующуюся в ходе реакции воду Н2О; (Ь) по меньшей мере один источник атомарного водорода или атомарный водород; и (с) по меньшей мере одно - источник электрического проводника, источник электропроводной матрицы, электрический проводник и электропроводную матрицу; и по меньшей мере один источник тока для генерации тока, содержащего по меньшей мере одну составляющую - сильный ток ионов и/или электронов, от выбранного - внутреннего источника тока или внешнего источника тока; где электрохимическая система генерации энергии вырабатывает по меньшей мере одну - электрическую и/или тепловую энергию. В некоторых вариантах, сочетание катода, анода, реагентов и внешнего источника тока допускает распространение реакции каталитического преобразования атомарного водорода для образования гидрино, что поддерживает вклад в ток между каждым катодом и соответствующим анодом. В дополнительных вариантах реакция катализатора с атомарным водородом Н может вызвать уменьшение напряжения элемента, когда ток элемента увеличивается.
В одном из вариантов, электролит может содержать по меньшей мере одно -источник кислорода, источник водорода, воду Н2О, источник НОН, служащего катализатором, и источник атомарного водорода Н. Электролит может представлять собой расплавленный электролит, такой как указано в настоящем описании, например, смесь расплавленного гидроксида и расплавленного галогенида, такую как смесь гидроксида щелочного металла и галогенида щелочного металла, например, LiOH-LiBr. Электролит может далее содержать матричный материал, такой как один из материалов согласно настоящему описанию, например, оксид, такой как оксид щелочноземельного металла, например, MgO. Электролит может далее содержать присадку, такую как указано в
настоящем описании. В качестве альтернативы, электролит может представлять собой водный электролит, такой как электролит, содержащий основание, например, гидроксид, такой как гидроксид щелочного металла, например, КОН, или кислоту, такую как НС1, Н3РО4 или H2SO4. В дополнение к этому, электролит может представлять собой по меньшей мере один электролит, выбранный из группы: по меньшей мере один водный раствор гидроксида щелочного металла; насыщенный водный раствор КОН; по меньшей мере один расплавленный гидроксид; по меньшей мере одна эвтектическая смесь солей; по меньшей мере одна смесь расплавленного гидроксида и по меньшей мере одного другого соединения; по меньшей мере одна смесь расплавленного гидроксида и соли; по меньшей мере одна смесь расплавленного гидроксида и галогенидной соли; по меньшей мере одна смесь гидроксида щелочного металла и галогенида щелочного металла; по меньшей мере одно из группы расплавленных LiOH-LiBr, LiOH-NaOH, LiOH-LiBr-NaOH, LiOH-LiX-NaOH, LiOH-LiX, NaOH-NaBr, NaOH-Nal, NaOH-NaX и KOH-KX, где X обозначает галогенид; по меньшей мере одна кислота и по меньшей мере одна из кислот НС1, НзР04 и/или H2SO4.
В одном из вариантов, по меньшей мере источник образующейся в ходе реакции воды НгО, служащей катализатором, и/или источник атомарного водорода может содержать: (а) по меньшей мере один источник воды Н2О; (Ь) по меньшей мере один источник кислорода, и (с) по меньшей мере один источник водорода. В следующих вариантах, электрохимическая система генерации энергии может далее содержать один или несколько реагентов твердого топлива для образования по меньшей мере одного -электрического проводника, источника катализатора, катализатора, источника атомарного водорода и/или атомарного водорода. В дополнительных вариантах реагенты во время работы элемента могут участвовать в реакции с раздельными потоком электронов во внешней схеме и потоком электронов и массопереносом ионов в этих реагентах. В некоторых вариантах, выигрыш по меньшей мере по одному из параметров -напряжению, току или электрической мощности, по сравнению с характеристиками энергии, поступившей извне или генерируемой внутри, может быть достигнут посредством образования по меньшей мере одного - НОН, служащего катализатором, и водорода Н, в результате протекания сильного тока. В дополнительных вариантах, напряжение и электроэнергия могут быть получены в результате образования по меньшей мере одного - НОН, служащего катализатором, водорода Н и электрического проводника, способного проводить сильный электрический ток, посредством по меньшей мере одной электрохимической реакции, и в других вариантах сильный ток увеличивает скорость реакции катализатора с атомарным водородом Н. В некоторых вариантах,
электрохимическая реакция может содержать перенос электрона с участием по меньшей мере одного электрода в этом элементе.
В одном из вариантов, подают по меньшей мере сильный ток и/или высокую плотность тока, чтобы реакция образования гидрино протекала с высокой интенсивностью. Источником такого по меньшей мере сильного тока или высокой плотности тока может быть по меньшей мере внешний и/или внутренний источник. Такой по меньшей мере внутренний или внешний источник тока имеет напряжение, выбираемое для создания постоянного тока, переменного тока или смеси постоянного и переменного тока по меньшей мере в одном из диапазонов от 1 А до 50 кА, от 10 А до 10 кА или от 10 А до 1 кА и плотности постоянного тока или пиковой плотности переменного тока по меньшей мере в одном из диапазонов от 1 А/см2 до 50 кА/см2, от 10 А/см2 до 10 кА/см2 или от 10 А/см2 до 1 кА/см2. Напряжение может быть определено в соответствии с электрической проводимостью электролита, так что напряжение должно быть равно произведению нужной силы тока на электрическое сопротивление электролита, который может содержать электрический проводник. Напряжение постоянного тока или пиковое напряжение переменного тока может быть по меньшей мере в одном из диапазонов, выбранных из группы примерно от 0.1 В до 100 В, от 0.1 В до 10 В или 1 В до 5 В, а частота переменного тока может быть в диапазоне примерно от 0.1 Гц до 10 ГГц, от 1 Гц до 1 МГц, от 10 Гц до 100 кГц или от 100 Hz до 10 кГц. В одном из вариантов, электроды могут быть расположены очень близко один к другому, так что между ними может возникнуть дуга электрического разряда. В одном из вариантов, сопротивление электролита находится по меньшей мере в одном из диапазонов примерно от 0.001 мОм до 10 Ом и/или от 0.01 Ом до 1 Ом, а удельное сопротивление электролита на единицу площади электрода, активной для образования гидрино, находится по меньшей мере в одном из диапазонов примерно от 0.001 мОм/см2 до 10 Ом/см2 и/или от 0.01 Ом/см2 до 1 Ом/см2.
В одном из вариантов, электрический ток содержит по меньшей мере одну составляющую - ток ионов и/или ток электронов, текущую через электролит. Ток может быть передан в результате электрохимических реакций между по меньшей мере одним -электролитом, реагентами и/или электродами. В некоторых вариантах, по меньшей мере один вид химических частиц в составе электролита может в качестве опции содержать по меньшей мере один реагент. Ток может течь через электрический проводник в составе электролита. Этот электрический проводник может быть образован в результате реакции восстановления на одном из электродов, таком как катод. Электролит может содержать ионы металла, восстанавливаемые до металла, являющегося электропроводным. В
некоторых вариантах, ионы металла могут быть восстановлены во время протекания тока для образования электропроводного металла. В других вариантах, передающая ток электрохимическая реакция восстановления представляет собой по меньшей мере одну из следующих реакций - реакцию восстановления ионов металла до металла; реакцию НЮ + О2 -> ОН"; реакцию оксид металла + Н2О до по меньшей мере одно - оксигидроксид металла и/или гидроксид металла и ОН", или реакцию оксигидроксид металла + НгО -> ОН", где носителями ионного тока являются ионы ОН". В некоторых вариантах, анод может содержать водород Н, вода НгО может быть образована в результате оксидирования ионов ОН", а реакция с водородом Н на аноде и/или с источником водорода Н на аноде использует по меньшей мере одно - гидрид металла, LaNisHx, водород Нг, полученный посредством электролиза на аноде, водород Нг, поступающий в виде газа, и/или водород Нг, поступающий сквозь проницаемую для водорода мембрану.
В одном из вариантов, по меньшей мере одно - электролит и/или реагенты, представляют собой реагенты для получения гидрино согласно настоящему изобретению, содержащие по меньшей мере источник катализатора и/или катализатор, являющийся водой НгО, образующейся в ходе реакции, по меньшей мере источник атомарного водорода и/или атомарный водород, и далее содержащие по меньшей мере электрический проводник и/или электропроводную матрицу. В одном из вариантов, по меньшей мере электрод и/или реагенты содержат по меньшей мере источник твердого топлива или энергетического материала согласно настоящему изобретению и/или твердое топливо или энергетический материал согласно настоящему изобретению. В одном из вариантов, пример твердого топлива содержит источник воды НгО и электропроводную матрицу для образования по меньшей мере одного - источника катализатора, катализатора, источника атомарного водорода и/или атомарного водорода. Источник воды НгО может содержать по меньшей мере одно - объемную воду НгО, воду НгО в состоянии, отличном от объемного, соединение или несколько соединений, участвующих по меньшей мере в реакции образования воды НгО и/или в реакции высвобождения связанной воды НгО. Связанная вода НгО может входить в соединение, взаимодействующее с водой НгО, где эта вода НгО находится по меньшей мере в одном из состояний - абсорбированная вода НгО, связанная вода НгО, физически адсорбированная вода НгО и/или гидратационная вода. Совокупность реагентов может содержать электрический проводник и одно или несколько соединений или материалов, способных высвобождать воду по меньшей мере из одного из состояний - объемную воду НгО, абсорбированную воду НгО, связанную воду НгО, физически адсорбированную воду НгО и/или гидратационную воду, и имеющих воду НгО в качестве продукта реакции. Другими примерами твердых топлив являются
гидратированный гигроскопичный материал и электрический проводник; гидратированный углерод; гидратированный углерод и металл; смесь оксида металла, металла или углерода и воды НЮ; смесь галогенида металла, металла или углерода и воды Н2О. Металл и оксид металла могут содержать переходный металл, такой как Со, Fe, Ni или Си. Металл из состава галогенида может представлять собой щелочноземельный металл, такой как магний Mg или кальций Са, а галогеном может быть F, О, Вг или I. Металл может иметь термодинамически неблагоприятную реакцию с водой Н2О, например, по меньшей мере один из металлов из группы Cu, Ni, Pb, Sb, Bi, Co, Cd, Ge, Au, Ir, Fe, Hg, Mo, Os, Pd, Re, Rh, Ru, Se, Ag, Тс, Те, TI, Sn, W, Al, V, Zr, Ti, Mn, Zn, Cr и In, так что реагенты могут быть регенерированы посредством добавления воды НгО. Реагенты, составляющие реагенты для образования гидрино, могут представлять собой по меньшей мере одно - суспензию, раствор, эмульсию, композиционный материал и/или соединение.
В дополнительных вариантах настоящего изобретения реагенты для образования по меньшей мере источника катализатора, катализатора, источника атомарного водорода и/или атомарного водорода могут содержать по меньшей мере одно из: воду НгО и источник воды НгО; кислород Ог, воду НгО, НООН, ООН", ион пероксида, ион супероксида, гидрид, водород Нг, галогенид, оксид, оксигидроксид, гидроксид, содержащее кислород соединение, гидратированное соединение, гидратированное соединение, выбранное из группы, куда входят меньшей мере галогенид, оксид, оксигидроксид, гидроксид, содержащее кислород соединение и/или электропроводная матрица. В качестве примеров вариантов, оксигидроксид может представлять собой по меньшей мере одно соединение из группы TiOOH, GdOOH, СоООН, InOOH, FeOOH, GaOOH, NiOOH, AlOOH, CrOOH, MoOOH, CuOOH, MnOOH, ZnOOH и SmOOH; оксид может представлять собой по меньшей мере одно соединение из группы СиО, СшО, СоО, С02О3, С03О4, FeO, РегОз, МО и М2О3; гидроксид может представлять собой по меньшей мере одно соединение из группы Си(ОН)г, Со(ОН)г, Со(ОН)з, Fe(OH> 2, Fe(OH> 3 и М(ОН)г; содержащее кислород соединение может представлять собой по меньшей мере одно соединение из группы сульфат, фосфат, нитрат, карбонат, гидрокарбонат, хромат, пирофосфат, персульфат, перхлорат, пербромат и перйодат, МХОз, МХО4 (М = металл, такой как щелочной металл, например, Li, Na, К, Rb, Cs; X = F, Br, CI, I), оксид кобальта и магния, оксид никеля и магния, оксид меди и магния, Li20, оксид щелочного металла, оксид щелочноземельного металла, СиО, СЮ4, ZnO, MgO, СаО, М0О2, ТЮ2, Zr02, Si02, АЬОз, МО, FeO, РегОз, ТаОг, ТагОз, VO, VO2, V2O3, V2O5, Р2О3, Р2О5, В2О3, NbO, МЮ2, Nb205, Se02, Se03, ТеОг, ТеОз, WO2, W03, Сгз04, СггОз, СгОг, СгОз, СоО, СогОз, Соз04, FeO, РегОз, МО, МгОз, оксид редкоземельного металла, СеОг, ЬагОз, оксигидроксид,
TiOOH, GdOOH, СоООН, InOOH, FeOOH, GaOOH, NiOOH, AlOOH, CrOOH, MoOOH, CuOOH, MnOOH, ZnOOH и SmOOH, и электропроводная матрица может содержать по меньшей мере одно из группы - металлический порошок, углерод, углеродный порошок, карбид, борид, нитрид, карбонитрил, такой как TiCN или нитрил.
В некоторых вариантах, реагенты, составляющие реагенты для образования гидрино, представляют собой смесь металла, гидрида металла и воды Н2О. В других вариантах, реагенты, составляющие реагенты для образования гидрино, представляют собой смесь переходного металла, галогенида щелочноземельного металла и воды Н2О. В следующих вариантах, реагенты, составляющие реагенты для образования гидрино, представляют собой смесь электрического проводника, гигроскопичных материалов и воды НгО. Неограничивающими примерами электрических проводников являются порошок металла или порошок углерода, а к неограничивающим примерам гигроскопичного материала относится по меньшей мере один материал из группы -бромид лития, хлорид кальция, хлорид магния, хлорид цинка, карбонат калия, фосфат калия, карналлит, такой как KMgCb 6(ШО), цитрат железа и аммония, гидроксид калия, гидроксид натрия и концентрированные серная и фосфорная кислоты, целлюлозные волокна, сахар, карамель, мед, глицерол, этанол, метанол, дизельное топливо, метамфетамин, минеральные удобрения, соль, десикант, оксид кремния, активированный древесный уголь, сульфат кальция, хлорид кальция, молекулярные сита, цеолит, материал, растворяющийся от влаги воздуха, хлорид цинка, хлорид кальция, гидроксид калия, гидроксид натрия и гигроскопичная соль. В некоторых вариантах настоящего изобретения, электрохимическая система генерации энергии может содержать смесь электрического проводника, гигроскопичного материала и воды НгО, где относительные молярные количества (металл), (гигроскопичный материал), (вода НгО) находятся по меньшей мере в одном из следующих диапазонов - примерно (0.000001 - 100000 металл), (0.000001 - 100000 гигроскопичный материал), (0.000001 - 100000 вода НгО); примерно (0.00001 - 10000 металл), (0.00001 - 10000 гигроскопичный материал), (0.00001 - 10000 вода НгО); примерно (0.0001 - 1000 металл), (0.0001 - 1000 гигроскопичный материал), (0.0001 - 1000 вода НгО); примерно (0.001 - 100 металл), (0.001 - 100 гигроскопичный материал), (0.001 - 100 вода НгО); (0.01 - 100 металл), (0.01 - 100 гигроскопичный материал), (0.01 - 100 вода НгО); примерно (0.1 - 10 металл), (0.1 - 10 гигроскопичный материал), (0.1 - 10 вода НгО); и примерно (0.5 - 1 металл), (0.5 - 1 гигроскопичный материал), (0.5 - 1 водаНгО).
Примерами материалов катода, которые могут вступать в реакцию восстановления для получения ионного тока, являются оксигидроксиды металлов, оксиды металлов, ионы
металлов, кислород и смесь кислорода и воды Н2О. По меньшей мере один из оксидов металлов, оксигидроксидов металлов и гидроксидов металлов может содержать переходный металл. В качестве оксидов металлов, оксигидроксидов металлов и гидроксидов металлов могут быть использованы какие-либо соединения из указанных в настоящем описании. Примерами восстановительных электрохимических реакций, связанных с передачей тока, являются реакция восстановления ионов металла до металла; реакция Н2О + Ог -> ОН"; реакция оксид металла + НгО до по меньшей мере одного -оксигидроксида металла и/или гидроксида металла и ОН", или реакция оксигидроксид металла + НгО -> ОН". Здесь носителями ионного тока являются ионы ОН", а анод может содержать водород Н для образования воды НгО посредством оксидирования ОН". Источник водорода Н на аноде может содержать по меньшей мере одно - гидрид металла, такой как LaNisHx, водород Нг, полученный посредством электролиза на аноде, водород Нг, поступающий в виде газа, и/или водород Нг, поступающий сквозь проницаемую для водорода мембрану. В других вариантах, носителями тока ионов являются ионы по меньшей мере одного из видов - ионы, содержащие кислород, ионы, содержащие кислород и водород, ОН", ООН", О2" и 0\где реакции с переносом ионов могут
представлять собой реакции согласно Уравнениям (61-72).
В одном из вариантов, электрохимическая система генерации энергии согласно настоящему изобретению может содержать по меньшей мере одно (а) пористый электрод, (Ь) газодиффузионный электрод, (с) проницаемый для водорода анод, где по меньшей мере кислород и/или вода НгО поступают к катоду, а водород Нг поступает к аноду, (d) катод, содержащий по меньшей мере одно - оксигидроксид, оксид, оксид никеля, литерованный оксид никеля, никель, и (е) анод, содержащий никель Ni, молибден Мо или сплав молибдена, такой как MoCu, MoNi или МоСо, и гидрид. В других вариантах в качестве гидрида может быть использован LaNisHx, а катод может быть выполнен по меньшей мере из одного материала - TiOOH, GdOOH, СоООН, InOOH, FeOOH, GaOOH, NiOOH, AlOOH, CrOOH, MoOOH, CuOOH, MnOOH, ZnOOH, SmOOH и/или МпОг. В других вариантах, электрохимическая система генерации энергии согласно настоящему изобретению может содержать по меньшей мере одну систему подачи газа, имеющую трубопровод, газовую линию и по меньшей мере один газовый канал, соединенный с электродом.
В одном из вариантов, элемент генерирует электрический ток, превышающий ток, поданный извне, вследствие высвобождения энергии при образовании гидрино. В одном из вариантов, при образовании гидрино из водорода Н высвобождается энергия, вызывающая ионизацию химических частиц по меньшей мере одного вида, таких как по
меньшей мере один из реагентов, электролит и/или электроды. Ионизация может вызвать протекание электрического тока, превышающего ток, поданный извне. Вследствие более высокой подвижности электронов по сравнению с ионами ионизированные химические частицы вносят вклад в электрический ток, текущий в направлении приложенного извне тока. В одном из вариантов, приложенный извне ток может происходить от внешнего источника напряжения и тока или он может представлять собой ток, генерируемый электрохимическим способом внутри системы. В одном из примеров вариантов, содержащем элемент с внешним диаметром 2 см со структурой [Ni, Ni порошок + LaNisHx/KOH (насыщ. водный раствор)/М порошок + NiOOH, Ni], (50 масс% Ni порошок был смешан с катодным и анодным материалом, а коллекторы тока электродов были изготовлены из никеля Ni) элемент работал с источником питания, представлявшим собой источник сильного постоянного тока с ограниченным напряжением (Керсо АТЕ6-100М, 06 В, 0-100 А). Предел напряжения был задан на уровне 4 В. Ток через элемент был равен первоначально 20 А при напряжении 3.8 В, но был увеличен до 100 А, когда напряжение упало до 2.25 В. Этот элемент продемонстрировал аномальное отрицательное сопротивление и уменьшающееся напряжение при более сильном токе, что является характерным и идентифицирует вклад реакции образования гидрино в выход электрической энергии. Температура элемента также увеличивается сверх ожидаемого за счет тепловой энергии, высвобождаемой в реакции образования гидрино.
В одном из вариантов, на элемент воздействует по меньшей мере один магнит для лоренцева отклонения электронов, полученных в результате высвобождения энергии при каталитическом преобразовании водорода Н в гидрино. В одном из вариантов, электроны преимущественно отклоняются или смещаются к отрицательному электроду, а положительные ионы преимущественно отклоняются или смещаются к положительному электроду. В одном из вариантов, предпочтительное отклонение обусловлено более высоким высвобождением энергии при отклонении в направлении потока электрического тока.
В одном из вариантов, электрохимический SF-CIHT-элемент дополнительно содержит систему электролиза. Электролиз может быть осуществлен время от времени для регенерации по меньшей мере одного из компонентов - электролита, реагентов и/или электродов. В систему могут поставляться реагенты, расходуемые при образовании гидрино и высвобождении энергии. Поступающие реагенты могут замещать собой по меньшей мере один источник НОН или водорода Н. Подходящими примерами поступающих реагентов являются один или несколько компонентов из группы, содержащей воду ШО, водород Нг и кислород О2. В одном из вариантов, по меньшей мере
один компонент - электролит и/или твердое топливо, может быть регенерирован на месте или может быть подан в элемент время от времени или непрерывно, где продукты реакций, протекающих в элементе, могут быть регенерирован и преобразованы в первоначальные реагенты. Такая регенерация может представлять собой термическую регенерацию, восстановление водородом Ш, регидратацию или какой-либо из способов, указанных в настоящем описании или рассмотренных в моих прошлых публикациях, которые включены сюда посредством ссылки. Электроды могут быть регенерированы посредством электролиза анодных материалов, таких как металл, например, никель Ni, молибден Мо или сплав молибдена, что может использовать такую схему регенерации, как схема, рассмотренная в настоящем описании, например, схему, представленную Уравнениями (53-60).
В одном из вариантов, ионы-носители тока могут представлять собой ионы Н", а электролит может быть способен проводить ионы гидрида, например, это может быть расплавленная смесь галогенидных солей, такая как смесь расплавленных галогенидов щелочных металлов, например, LiCl-KCl. Катализатор может содержать по меньшей мере один атом водорода Н согласно реакциям, описываемым Уравнениями (6-9) и (24-31). Элемент может содержать катод с проницаемой для водорода мембраной, куда поступает газообразный водород, и анод, содержащий реагент, способный образовать гидрид, такой как металл, например, щелочной металл, такой как Li. Этот металл может находиться внутри проницаемого для водорода анода. Примерами проницаемых для водорода металлов являются Ni, V, Ti, Nb и Та. Элементы, проводящие ионы гидрида, и используемые ими способы выработки энергии посредством образования гидрино изложены здесь и в прежних публикациях Миллза, таких как "Реактор для каталитического преобразования водорода" (Hydrogen Catalyst Reactor), PCT/US08/61455, подана РСТ 4/24/2008; "Гетерогенный реактор для каталитического преобразования водорода" (Heterogeneous Hydrogen Catalyst Reactor), PCT/US09/052072, подана РСТ 7/29/2009; "Гетерогенная энергетическая система с каталитическим преобразованием водорода" (Heterogeneous Hydrogen Catalyst Power System), PCT/US 10/27828, РСТ подана 3/18/2010; "Электрохимическая энергетическая система с каталитическим преобразованием водорода" (Electrochemical Hydrogen Catalyst Power System), PCT/US 11/28889, подана РСТ 3/17/2011; "Электрохимическая энергетическая система с каталитическим преобразованием водорода на основе воды" (H20-Based Electrochemical Hydrogen-Catalyst Power System), PCT/US 12/31369 подана 3/30/2012, и "Энергетическая система с каталитическим преобразованием водорода" (СШТ Power System), PCT/US 13/041938 подана 5/21/13, включенных сюда посредством ссылки во всей своей
полноте. В одном из вариантов, энергию от внешнего или внутреннего источника подают в элемент для зажигания разряда в элементе и получают избыточную энергию в результате образования гидрино. Ток может быть сильным, например, как это указано в настоящем описании. В одном из вариантов, элемент время от времени запускают в обратном направлении для перезаряда. В одном из вариантов, регенерация металла происходит в аноде, а регенерация газообразного водорода происходит в катоде.
Электрохимический вариант SF-СШТ-элемент генерирует тепло наравне с электроэнергией. Электрохимический вариант SF СШТ-элемента дополнительно содержит теплообменник, который может располагаться на наружной поверхности элемента для отведения тепла, вырабатываемого элементом, и передачи этого тепла в нагрузку. В другом варианте, SF СШТ-элемент содержит бойлер. Теплообменник или бойлер имеет вход для приема холодного хладагента от нагрузки и выход для передачи или возврата горячего хладагента в нагрузку. Тепло может быть использовано непосредственно или преобразовано в механическую или электрическую энергию с использованием преобразователей, известных специалистам в рассматриваемой области, таких как тепловой двигатель, например, паровой двигатель, паровая или газовая турбина с генератором, двигатель с циклом Ранкина или с циклом Брайтона, или двигатель Стерлинга. Для преобразования энергии поток тепла от каждого SF СШТ-элемента в электрохимическом варианте может быть направлен от выхода для хладагента к какому-либо из преобразователей тепловой энергии в механическую или электрическую энергию, описанных в прежних публикациях Миллза, равно как к какому-либо из преобразователей, известных специалистам в рассматриваемой области, такому как тепловой двигатель, система с паровой или газовой турбиной, двигатель Стерлинга, либо термоионный или термоэлектрический преобразователь. В одном из вариантов, электрохимический SF-CIHT-элемент работает в качестве электролизера. Водород может вырабатываться на отрицательном электроде, а кислород может вырабатываться на положительном электроде. Элемент может потреблять воду Н2О. Эта вода Н2О может быть посредством электролиза разложена на водород Нг и кислород Ог. Вода НгО может быть подана в элемент из источника, такого как резервуар или источник паров воды НгО или из атмосферы. При образовании гидрино может вырабатываться тепло, которое может быть использовано непосредственно или преобразовано в механическую или электрическую энергию.
I. Двигатель с внутренним SF-CIHT-элементом
В механическом варианте SF-CIHT-элемента, представляющем собой двигатель на
основе SF-CIHT-элемента, вырабатывается по меньшей мере тепло или давление газа в результате воспламенения твердого топлива или энергетического материала согласно настоящему изобретению. Воспламенение осуществляется путем образования по меньшей мере одного - катализатора НОН и/или водорода Н, под воздействием сильного тока, где НОН служит катализатором реакции водорода Н с образованием гидрино, причем скорость реакции (интенсивность образования гидрино) значительно увеличивается посредством каталитической реакции в присутствии сильного электрического тока. Некоторые варианты настоящего изобретения направлены на создание системы генерации механической энергии, содержащей: по меньшей мере один поршневой цилиндр двигателя внутреннего сгорания; топливо содержащее: (а) по меньшей мере источник катализатора и/или катализатор, представляющий собой образующуюся в ходе реакции воду Н20; (Ь) по меньшей мере источник атомарного водорода и/или атомарный водород; (с) по меньшей мере электрический проводник и/или электропроводную матрицу; по меньшей мере один входной канал для поступления топлива по меньшей мере с одним клапаном; по меньшей мере один выходной канал по меньшей мере с одним клапаном; по меньшей мере один поршень; по меньшей мере один коленвал; источник сильного тока, и по меньшей мере два электрода, ограничивающих и проводящих сильный электрический ток сквозь топливо.
Система генерации энергии может содержать по меньшей мере один поршневой цилиндр, в котором может иметь место атмосферное давление, давление выше атмосферного и давление ниже атмосферного в различных фазах цикла возвратно-поступательного движения, источник питания большой мощности, способный отдавать сильный ток и в качестве опции развивать высокое напряжение, источник твердого топлива или энергетического материала согласно настоящему изобретению, по меньшей мере один входной канал для топлива по меньшей мере с одним клапаном и по меньшей мере один выходной канал по меньшей мере с одним клапаном, по меньшей мере один поршень, по меньшей мере один вал, такой как коленвал, для передачи механического движения по меньшей мере от одного поршня в механическую нагрузку и по меньшей мере два электрода, ограничивающих сильный электрический ток и пропускающих его сквозь топливо для его воспламенения, где по меньшей мере поршень или цилиндр может служить противоэлектродом для другого электрода. Кроме того, система генерации энергии может дополнительно содержать по меньшей мере одну щетку для создания электрического контакта между по меньшей мере одним поршнем и источником сильного тока. В одном из вариантов, двигатель с внутренним SF-CIHT-элементом содержит далее генератор, получающий механическую энергию от двигателя для генерации
электроэнергии с целью питания источника сильного тока, который в свою очередь пропускает сильный ток сквозь твердое топливо для воспламенения этого топлива. Вал, такой как коленвал двигателя, вращает генератор непосредственно или через зубчатый редуктор или какой-либо другой механизм механической связи. Двигатель может далее содержать регенератор топлива для преобразования или регенерации продуктов реакции назад к первоначальному твердому топливу.
Поршень(и) двигателя может совершать возвратно-поступательное перемещение. Двигатель может работать с двухтактным циклом, содержащим этап впуска и сжатия и этап воспламенения (зажигания) и выхлопа, или с четырехтактным циклом, содержащим индивидуальные этапы рабочего (силового) хода, выхлопа, впуска и сжатия. Другие двигатели, известные специалистам в рассматриваемой области, например вращающиеся двигатели, также попадают в пределы объема настоящего изобретения. Твердое топливо поступает в поршневую камеру, когда поршень смещен. Во время рабочего хода возвратно-поступательного цикла сжатое топливо воспламеняется сильным электрическим током, соответствующим высокой интенсивности образования гидрино, что вызывает нагрев продуктов реакции и какого-либо дополнительно добавленного газа или источника газа, который расширяется и развивает давление на поршень, совершая работу расширения (pressure-volume (PV) work), так что поршень в ответ на это перемещается в цилиндре и поворачивает вал, такой как коленвал. Топливо поступает в цилиндр, когда поршень смещается, и затем топливо сжимается возвращающимся поршнем перед воспламенением, а также после рабочего хода продукты реакции выбрасываются возвращающимся поршнем. В качестве альтернативы, отходящие газы выбрасывают наружу, когда топливо поступает в цилиндр, и поршень сжимает это топливо перед следующим воспламенением. Выбрасываемый продукт реакции может поступать в систему регенерации с целью регенерации первоначального топлива. Любой дополнительный газ или источник газа, помогающий преобразованию тепла от воспламенения твердого топлива в PV-работу, может быть извлечен, регенерирован и рециклирован.
В одном из вариантов, топливо содержит реагенты, представляющие собой реагенты для образования гидрино согласно настоящему изобретению и имеющие в составе по меньшей мере источник катализатора и/или катализатор, представляющий собой образующуюся в ходе реакции Н20, по меньшей мере источник атомарного водорода и/или атомарный водород, и дополнительно содержащий по меньшей мере электрический проводник и/или электропроводную матрицу. В одном из вариантов, топливо содержит по меньшей мере источник твердого топлива или энергетического
материала согласно настоящему изобретению и/или твердое топливо или энергетический материал согласно настоящему изобретению. В одном из вариантов, к примерам твердых топлив относится топливо, имеющее источник воды НЮ и электропроводную матрицу для образования по меньшей мере одного - источника катализатора, катализатора, источника атомарного водорода и/или атомарного водорода. Источник воды Н2О может представлять собой по меньшей мере одно - объемную воду Н2О, воду в состоянии, отличном от состояния объемной воды НгО, соединение или соединения, по меньшей мере вступающие в реакцию с образованием воды НгО и/или высвобождающие связанную воду НгО. Связанная вода НгО может представлять собой соединение, взаимодействующее с водой НгО, где вода НгО находится в состоянии по меньшей мере абсорбированной воды НгО, связанной воды НгО, физически адсорбированной воды НгО и/или гидратационной воды. Реагенты могут содержать электрический проводник и одно или несколько соединений или материалов, которые могут высвобождать по меньшей мере объемную воду НгО, абсорбированную воду НгО, связанную воду НгО, физически адсорбированную воду НгО и/или гидратационную воду и получать воду НгО в качестве продуктов реакции. Другим примером жидких топлив являются гидратированные гигроскопичные материалы и электрические проводники; гидратированный углерод; гидратированный углерод и металл; смесь оксида металла, металла или углерода и воды НгО; и смесь галогенида металла, металла или углерода и воды НгО. Металл и оксид металла могут содержать переходный металл, такой как Со, Fe, Ni и Си. Металл из состава галогенида металла может представлять собой щелочноземельный металл, такой как магний Mg или кальций Са, а галоген может быть, например, F, О, Вг или Р Металл может иметь термодинамически неблагоприятную реакцию с водой НгО, например, такой металл как по меньшей мере один из группы Cu, Ni, Pb, Sb, Bi, Co, Cd, Ge, Au, Ir, Fe, Hg, Mo, Os, Pd, Re, Rh, Ru, Se, Ag, Тс, Те, TI, Sn, W, Al, V, Zr, Ti, Mn, Zn, Cr и In, где реагенты могут быть регенерированы путем добавления воды НгО. Реагенты, составляющие реагенты для образования гидрино, могут представлять собой по меньшей мере одно -суспензию, раствор, эмульсию, композиционный материал и/или соединение.
В некоторых вариантах, источник по меньшей мере образующейся в ходе реакции воды Н20, служащей катализатором и/или источник атомарного водорода может содержать по меньшей мере одно из: (а) по меньшей мере один источник воды Н2О; (Ь) по меньшей мере один источник кислорода, и (с) по меньшей мере один источник водорода. В дополнительных вариантах, топливо может образовывать по меньшей мере одно - источник катализатора, катализатор, источник атомарного водорода и/или атомарный водород, где этот источник содержит по меньшей мере одно (а) воду НгО и
источник воды НЮ; (b) О2, Н2О, НООН, ООН", ион пероксида, ион супероксида, гидрид, водород Нг, галогенид, оксид, оксигидроксид, гидроксид, содержащее кислород соединение, гидратированное соединение, гидратированное соединение, выбранное из группы, куда входят меньшей мере галогенид, оксид, оксигидроксид, гидроксид, содержащее кислород соединение, и/или (с) электропроводная матрица. В качестве неограничивающих примеров оксигидроксида можно указать по меньшей мере одно соединение из группы TiOOH, GdOOH, СоООН, InOOH, FeOOH, GaOOH, NiOOH, AlOOH, CrOOH, MoOOH, CuOOH, MnOOH, ZnOOH и SmOOH; к неограничивающим примерам оксидов относятся по меньшей мере одно соединение из группы СиО, СшО, СоО, С02О3, С03О4, FeO, РегОз, NiO и М2О3; к неограничивающим примерам гидроксидов относятся по меньшей мере одно соединение из группы Си(ОН)г, Со(ОН)г, Со(ОН)з, Fe(OH)2, Fe(OH)3 и М(ОН)г; к неограничивающим примерам содержащих кислород соединений относятся по меньшей мере одно соединение из группы сульфат, фосфат, нитрат, карбонат, гидрокарбонат, хромат, пирофосфат, персульфат, перхлорат, пербромат, and перйодат, МХОз, МХО4 (М = металл, такой как щелочной металл, например,1л, Na, К, Rb, Cs; X = F, Br, CI, I), оксид кобальта и магния, оксид никеля и магния, оксид меди и магния, ЬЬО, оксид щелочного металла, оксид щелочноземельного металла, СиО, СЮ4, ZnO, MgO, СаО, М0О2, ТЮг, Zr02, Si02, АЬОз, МО, FeO, Fe203, ТаОг, ТагОз, VO, VO2, V2O3, V2O5, Р2О3, Р2О5, В2О3, NbO, МЮ2, Nb205, Se02, Se03, ТеОг, ТеОз, WO2, W03, Сгз04, СггОз, СгОг, СгОз, СоО, СогОз, С03О4, FeO, РегОз, МО, МгОз, оксид редкоземельного металла, СеОг, ЬагОз, оксигидроксид, TiOOH, GdOOH, СоООН, InOOH, FeOOH, GaOOH, NiOOH, AlOOH, CrOOH, MoOOH, CuOOH, MnOOH, ZnOOH и SmOOH, и электропроводная матрица может содержать по меньшей мере одно из группы -металлический порошок, углерод, углеродный порошок, карбид, борид, нитрид, карбонитрил, такой как TiCN или нитрил.
В некоторых вариантах, топливо может содержать (а) смесь металла, оксида этого металла и воды НгО, где реакция металла с водой НгО не является термодинамически благоприятной; (Ь) смесь металла, галогенида металла и воды НгО, где реакция металла с водой НгО не является термодинамически благоприятной; и (с) смесь переходного металла, галогенида щелочноземельного металла и воды НгО, где реакция металла с водой НгО не является термодинамически благоприятной. В дополнительных вариантах в качестве металла, имеющего термодинамически неблагоприятную реакцию с водой НгО, выбирают по меньшей мере один металл из группы Cu, Ni, Pb, Sb, Bi, Со, Cd, Ge, Au, Ir, Fe, Hg, Mo, Os, Pd, Re, Rh, Ru, Se, Ag, Тс, Те, TI, Sn, W, Al, V, Zr, Ti, Mn, Zn, Cr и In. В следующих вариантах, топливо может содержать смесь электрического проводника,
гигроскопичных материалов и воды НЮ. В таких вариантах электрический проводник может содержать порошок металла или порошок углерода, где реакция металла или углерода с водой Н2О не является термодинамически благоприятной, а гигроскопичный материал представляет собой по меньшей мере один материал из группы - бромид лития, хлорид кальция, хлорид магния, хлорид цинка, карбонат калия, фосфат калия, карналлит, такой как KMgCb 6(НгО), цитрат железа и аммония, гидроксид калия, гидроксид натрия и концентрированные серная и фосфорная кислоты, целлюлозные волокна, сахар, карамель, мед, глицерол, этанол, метанол, дизельное топливо, метамфетамин, минеральные удобрения, соль, десикант, оксид кремния, активированный древесный уголь, сульфат кальция, хлорид кальция, молекулярные сита, цеолит, материал, растворяющийся от влаги воздуха, хлорид цинка, хлорид кальция, гидроксид калия, гидроксид натрия и гигроскопичная соль. В некоторых вариантах топливо может содержать смесь электрического проводника, гигроскопичного материала и воды НгО, где относительные молярные количества (металл), (гигроскопичный материал), (вода НгО) находятся по меньшей мере в одном из следующих диапазонов - (0.000001 - 100000 металл), (0.000001
- 100000 гигроскопичный материал), (0.000001 - 100000 вода НгО); (0.00001 - 10000 металл), (0.00001 - 10000 гигроскопичный материал), (0.00001 - 10000 вода НгО); (0.0001
- 1000 металл), (0.0001 - 1000 гигроскопичный материал), (0.0001 - 1000 водаНгО); (0.001
- 100 металл), (0.001 - 100 гигроскопичный материал), (0.001 - 100 вода Н20); (0.01 - 100 металл), (0.01 - 100 гигроскопичный материал), (0.01 - 100 вода НгО); (0.1 - 10 металл), (0.1 - 10 гигроскопичный материал), (0.1 - 10 вода НгО); и (0.5 - 1 металл), (0.5 - 1 гигроскопичный материал), (0.5-1 вода НгО).
В дополнительных вариантах топливо может содержать смесь металла, оксида этого металла и воды НгО, где оксид металла может быть восстановлен водородом Нг при температуре ниже 1000 °С. В некоторых вариантах, металл, имеющий оксид, который может быть восстановлен водородом Нг до металла при температуре ниже 1000 °С, может быть выбран из группы, содержащей по меньшей мере один из металлов Cu, Ni, Pb, Sb, Bi, Co, Cd, Ge, Au, Ir, Fe, Hg, Mo, Os, Pd, Re, Rh, Ru, Se, Ag, Тс, Те, TI, Sn, W, Al, V, Zr, Ti, Mn, Zn, Cr и In.
В других вариантах, топливо может содержать смесь оксида, который не может быть легко восстановлен водородом Нг при умеренном нагреве, металла, оксид которого может быть восстановлен водородом Нг при температуре ниже 1000 °С, и воды НгО. В некоторых вариантах, оксид металла, который не может быть легко восстановлен посредством водорода Нг при умеренном нагреве, может представлять собой по меньшей мере один из оксидов - оксид алюминия, оксид щелочноземельного металла и/или оксид
редкоземельного металла. В следующих вариантах топливо может содержать углерод или активированный уголь и воду НЮ, где смесь регенерируют посредством регидратации, содержащей добавление воды Н2О.
В некоторых вариантах, содержание воды Н2О в моль% в системе генерации энергии может быть по меньшей мере в одном или диапазонов - примерно 0.000001% -100%, 0.00001% - 100%, 0.0001% - 100%, 0.001% - 100%, 0.01% - 100%, 0.1% - 100%, 1% -100%, 10% - 100%, 0.1% - 50%, 1% - 25% и 1% - 10%.
В одном из вариантов, элемент, такой как показан на Фиг. 3 и 4А и 4В, содержит по меньшей мере один цилиндр двигателя типа двигателя внутреннего сгорания, как это указано в прежних публикациях Миллза относительно преобразования тепловой энергии, прежних публикациях Миллза относительно преобразования энергии плазмы и прежних заявках Миллза на выдачу патентов. Двигатель с внутренним SF-CIHT-элементом, показанный на Фиг. 9, содержит по меньшей мере один цилиндр 52, принимающий топливо из источника 63 топлива через входной канал 56 для топлива и блок 60 входного клапана, открывающего вход в камеру цилиндра в фазе впуска топлива в возвратно-поступательном цикле. Газы, такие как воздух или инертный газ, например, благородный газ, такой как аргон, который может быть рециклирован, также могут поступать в цилиндр 52, например, через входной канал 56 для топлива и блок 60 входного клапана. В другом варианте, в камеры инжектируется источник газа, такой как жидкость, которая может испаряться в процессе генерации энергии, например, вода НгО. Эта жидкость, такая как вода НгО, по меньшей мере частично содержать топливо, например, источник катализатора и водород Н.
Каждый цилиндр 52 содержит по меньшей мере два электрода 54 и по меньшей мере один из компонентов 62 и 52 соединен посредство электрических соединений 65 с источником 58 сильного электрического тока, например, таким, какой способен отдавать ток от 1 кА до 100 кА, для подачи сильного электрического тока, способного воспламенить твердое топливо для образования гидрино с очень высокой интенсивностью реакции, как это изложено в настоящем описании. В одном из вариантов, топливо втекает между по меньшей мере двумя электродами и воспламеняется для образования гидрино с высвобождением тепловой энергии, что приводит по меньшей мере к выделению горячих газов и/или нагреву и расширению газов и любой жидкости, которая может испаряться внутри цилиндра. В другом варианте, электроды зажигают плазму дугового разряда в воде НгО или в газе, содержащем воду НгО, для воспламенения воды НгО с цель образования гидрино согласно настоящему изобретению. В одном из вариантов, один электрод содержит изолированный ввод, а другой электрод содержит по меньшей мере поршень
и/или цилиндр. Электрические соединения 65 могут быть выполнены непосредственно между источником 58 сильного тока и вводом 54 и электродом цилиндра 52. В одном из вариантов, где поршень 62 является противоэлектродом, цилиндр 52 является неэлектропроводным. Пример неэлектропроводного цилиндра выполнен из керамики. Электрический контакт от источника 58 сильного тока к электроду поршня 62 может быть осуществлен через щетку 64, например контактирующую с валом 51, который электрически соединен с электрод поршня 62. Контакт между электропроводным топливом 61 и вводным электродом 54 и по меньшей мере электродом поршня 62 и/или цилиндра 52 может быть создан, когда топливо сжимается в фазе сжатия возвратно-поступательного цикла. После воспламенения топлива в сжатой воде Н2О или твердого топлива 53 для образования гидрино с очень высокой интенсивностью реакции горячие газы в цилиндре расширяются и выполняют при этом работу расширения. Нагретые газы в цилиндре давят на головку поршня 62 для перемещения этого поршня соответственно положительному смещению в фазе рабочего хода. Действие поршня 62 передается коленвалу 51, который вращается и это действие передается в механическую нагрузку, как это известно в технике. В одном из вариантов, двигатель далее содержит внутренний генератор 66, соединенный с валом 51 и имеющий электрический выход, соединенный с источником 58 питания большой мощности посредством выходного (силового) соединителя 67 генератора. Таким образом, часть механической энергии используется для получения большой мощности с целью поддержания воспламенения, тогда как остальная выходная мощность передается другим механическим нагрузкам, например, для вращения по меньшей мере одного вала, колес, внешнего генератора, авиационного турбовентиляторного двигателя или турбопропеллера, гребного винта, рабочего колеса и механизмов с вращающимся валом.
Источник сильного тока с большой мощностью подает короткий импульс сильного электрического тока, достаточный для того, чтобы реагенты для получения гидрино вступили в реакцию образования гидрино, которая будет при этом проходить с очень высокой интенсивностью. В одном из вариантов, источник сильного тока с большой мощностью способен отдавать высокое напряжение для получения плазмы дугового разряда в воде Н2О. Плазма дугового разряда может иметь характеристики, приведенные в разделах настоящего описания, посвященных плазменным элементам для получения гидрино в дуговом разряде и при сильном токе, работающим при постоянном, переменном и смешанном токе. В одном из вариантов, источник сильного тока с большой мощностью для подачи коротких импульсов сильного электрического тока содержит генератор напряжения, выбранного для получения сильного переменного тока, постоянного тока или
смешанного тока по меньшей мере в одном из диапазонов от 100 А до 1,000,000 А, от 1 кА до 100,000 А, от 10 к А до 50 кА; при плотности постоянного тока или пиковой плотности переменного тока по меньшей мере в одном из диапазонов от 100 А/см2 до 1,000,000 А/см2, от 1000 А/см2 до 100,000 А/см2 или от 2000 А/см2 до 50,000 А/см2, где это напряжение может быть определено на основе электрической проводимости твердого топлива, где напряжение равно произведению нужной величины электрического тока на сопротивление образца твердого топлива; постоянное или пиковое переменное напряжение может быть по меньшей мере в одном из следующих диапазонов примерно от 0.1 В до 500 кВ, от 0.1 В до 100 кВ или от 1 В до 50 кВ, и частота переменного тока может быть в диапазоне примерно от 0.1 Гц до 10 ГГц, от 1 Гц до 1 МГц, от 10 Гц до 100 кГц или от 100 Гц до 10 кГц. В некоторых вариантах, электрическое сопротивление образца твердого топлива может быть по меньшей мере в одном из диапазонов примерно от 0.001 мОм до 100 МОм, от 0.1 Ом до 1 МОм или от 10 Ом до 1 кОм, и электрическая проводимость подходящей нагрузки на единицу активной площади электрода для образования гидрино находится по меньшей мере в одном диапазоне, выбранном из примерно от 10"10 Ом-1 см-2 до 106 Ом-1 см-2, от 10"5 Ом-1 см-2 до 106 Ом-1 см-2, от Ю-4 Ом-1 см-2 до 105 Ом-1 см-2, от 10"3 Ом-1 см-2 до 104 Ом-1 см-2, от Ю-2 Ом-1 см-2 до 103 Ом-1 см-2, от 10"1 Ом"1 см"2 до 102 Ом"1 см"2 или от 1 Ом"1 см"2 до 10 Ом"1 см"2.
В одном из вариантов, за рабочим ходом, соответствующим расширению газов в цилиндре, следует фаза сжатия и выхлопа, когда поршень движется в противоположном направлении, и отрицательное смещение сжимает газы в цилиндре, которые могут быть вытолкнуты из цилиндра 52 через выпускной канал или блок 59 выхлопного клапана. Нагретые газы в цилиндре могут транспортировать продукты реакции из цилиндра 52 наружу через по меньшей мере один выхлопной клапан 59. По меньшей мере продукты и газы реакции топлива могут быть вытолкнуты через блок 59 выхлопного клапана и выхлопной канал 57 в регенератор 55 топлива, где происходит регенерация продуктов реакции и в качестве опции газов или испаренной жидкости до первоначального топлива, которое затем возвращается в источник топлива. В одном из вариантов, система является закрытой за исключением моментов добавления воды Н2О, которая расходуется на образование гидрино, и кислорода, который может улетучиваться через выхлопной канал и регенератор. В одном из вариантов двигатель дополнительно содержит транспортер для перемещения регенерированного топлива из регенератора 55 в источник 63 топлива. Подходящими транспортерами могут быть по меньшей мере один - лента транспортера, шнековый или винтовой транспортер, пневматический транспортер или конвейер, проточный канал для перемещения под действием силы тяжести и другие транспортеры и
конвейеры, известные специалистам в рассматриваемой области.
В одном из вариантов, двигатель является двигателем возвратно-поступательного типа с положительным и отрицательным смещением. По меньшей мере два цилиндра могут работать в противофазе один относительно другого, что помогает осуществлению возвратно-поступательного цикла. Топливо может быть по меньшей мере в значительной степени сгораемым, таким как углерод, содержащий воду Н2О. Это топливо может представлять собой мелкий порошок, инжектируемый пневматическим способом в одном из вариантов. Топливо может содержать электрический проводник и воду Н2О, где этот электрический проводник может образовывать газообразный продукт, который может произвести работу расширения и затем может быть легко выброшен из цилиндра. В одном из вариантов, двигатель с SF-CIHT-элементом представляет собой модифицированный двигатель внутреннего сгорания, в котором ископаемое топливо заменено твердым топливом или энергетическим материалом согласно настоящему изобретению, а свечи зажигания и соответствующий источник питания заменены электродами 54 и по меньшей мере одним из компонентов 62 и 52 и источником 58 сильного тока, который может иметь низкое напряжение или представлять собой источник питания для дугового плазменного разряда согласно настоящему описанию.
Остальная часть двигателя внутреннего сгорания и системы силовой нагрузки хорошо известна специалистам в рассматриваемой области. В других вариантах, может быть применен двигатель другого типа, например, роторный двигатель, в котором работа расширения (PV) выполняется по меньшей мере одним из газов, образовавшимся и нагретым под воздействием энергии, высвобождаемой реакцией образования гидрино, каковая может иметь взрывную кинетику. Соответствующие система и способы параллельны аналогичным системе и способам для обычного поршневого двигателя. Топливо поступает в камеру сжатия, воспламеняется, расширяется, выполняя работу расширения, после чего газы сжимают и выбрасывают для начала нового цикла. Выхлопные газы можно регенерировать и рециклировать.
Механический вариант SF-CIHT-элемента вырабатывает тепло и механическую энергию. Двигатель с SF-CIHT-элементом содержит далее теплообменник, который может быть расположен на наружной поверхности цилиндра для удаления тепла, генерируемого элементом, и передачи этого тепла в нагрузку. В другом варианте, SF СШТ-элемент содержит бойлер. Теплообменник или бойлер имеет вход для приема холодного хладагента от нагрузки и выход для подачи или возврата горячего хладагента в нагрузку. Тепло может быть использовано непосредственно или преобразовано в механическую или электрическую энергию с применением преобразователей, известных специалистам в
рассматриваемой области, таких как тепловой двигатель, например, паровой двигатель или паровая или газовая турбина с генератором, двигатель с циклом Ранкина или с циклом Брайтона или двигатель Стерлинга. Для преобразования энергии тепло, вырабатываемое механическим вариантом SF СШТ-элемента, может поступать из выходной линии для хладагента в какой-либо из преобразователей тепловой энергии в механическую или электрическую энергию, описанных в прежних публикациях Миллза, а также преобразователей, известных специалистам в рассматриваемой области, таких как тепловой двигатель, система с паровой или газовой турбиной с генератором, двигатель Стерлинга или термоионный или термоэлектрический преобразователь.
VIII. Плазменный элемент для получения гидрино
В одном из вариантов, СШТ-элемент представляет собой плазменный элемент (ячейку), в которой плазма образуется в прерывистом режиме в результате подачи импульсов входной мощности, а электроэнергию из элемента отбирают или передают на выход в фазе, когда входная мощность извне выключена. Газы плазмы содержат по меньшей мере два компонента - источник водорода, водород, источник катализатора и/или катализатор, так что в элементе образуются гидрино в результате реакции водорода Н с катализатором для передачи энергии во внешнюю нагрузку. Энергия, поступившая в плазму, вызывает создание реагентов, которые образуют гидрино по меньшей мере в течение фазы, когда входная мощность извне выключена. Плазменный элемент может содержать плазменный электролизный реактор, реактор с барьерным электродом, высокочастотный плазменный реактор, rt-плазменный реактор, энергетический реактор со сжатым газом, газоразрядный энергетический реактор, микроволновый энергетический реактор или сочетание ячейки тлеющего разряда и микроволнового или высокочастотного плазменного реактора. Катализаторы и системы могут быть такими, какие приведены в настоящем описании или рассмотрены в прежних моих Заявках на выдачу патентов США "Реактор для каталитического преобразования водорода" (Hydrogen Catalyst Reactor), PCT/US08/61455, подана РСТ 4/24/2008; "Гетерогенный реактор для каталитического преобразования водорода" (Heterogeneous Hydrogen Catalyst Reactor), PCT/US09/052072, подана РСТ 7/29/2009; "Гетерогенная энергетическая система с каталитическим преобразованием водорода" (Heterogeneous Hydrogen Catalyst Power System), PCT/US 10/27828, РСТ подана 3/18/2010; "Электрохимическая энергетическая система с каталитическим преобразованием водорода" (Electrochemical Hydrogen Catalyst Power System), PCT/US11/28889, подана РСТ 3/17/2011; "Электрохимическая энергетическая система с каталитическим преобразованием водорода на основе воды" (H20-Based
Electrochemical Hydrogen-Catalyst Power System), PCT/US 12/31369 подана 3/30/2012, и "Энергетическая система с каталитическим преобразованием водорода" (СШТ Power System), PCT/US 13/041938 подана 5/21/13 ("Прежние публикации Миллза (Mills Prior Applications)"), которые включены сюда посредством ссылки во всей своей полноте.
Реакция образования гидрино чрезвычайно интенсифицируется в результате пропускания сильного электрического тока через реагенты, содержащие водород Н и катализатор, такой как НОН. Воспламенение воды Н2О достигается путем пропускания сильного тока через твердое топливо, содержащее воду Н2О или источник воды НгО, либо путем создания и поддержания плазмы дугового разряда, содержащей воду НгО. Плазма дугового разряда может быть получена в микроволновых элементах, в элементах, возбуждаемых постоянным током, элементах, возбуждаемых переменным током, и в элементах, возбуждаемых смесью постоянного тока и переменного тока. В другом варианте, сильный ток достигается с использованием потока плазмы, где эта плазма может быть ограничена по меньшей мере электростатическим и/или магнитным полями. Примеры вариантов ограничения содержат соленоидальное поле, такое как поле катушек Гельмгольца, магнитной бутылки или магнитного зеркала, как это описано в прежних заявках Миллза, и конфигурации, используемые в исследованиях горячего синтеза, известные специалистам в рассматриваемой области. Поток плазмы может быть усилен посредством высокочастотной связи, инжекции частиц и с применением других способов и средств, известных специалистам в области плазмы.
В некоторых вариантах настоящего изобретения система генерации энергии с использованием плазмы дугового разряда в воде может содержать: по меньшей мере закрытый реакторный контейнер; реагенты, содержащие по меньшей мере источник воды НгО или воду НгО; по меньшей мере одну группу электродов; источник электроэнергии для подачи высокого напряжения для первоначального электрического пробоя воды НгО и пропускания затем сильного тока и систему теплообменника, где система генерации энергии осуществляет генерацию плазмы, света и тепловой энергии. В некоторых вариантах, может быть зажжена плазма дугового разряда, под воздействием которой реагенты вступают в реакцию с образованием гидрино с очень высокой интенсивностью. В некоторых вариантах, вода НгО служит реагентом, содержащим: (а) источник катализатора или катализатор, содержащий образующуюся в ходе реакции воду Н2О; (Ь) источник атомарного водорода или атомарный водород, и (с) плазменную среду. Система генерации энергии с использованием плазмы дугового разряда в воде может дополнительно содержать плазменную среду, имеющую в составе по меньшей мере воду НгО и/или следы ионов. В некоторых вариантах, вода НгО может источником НОН,
служащего катализатором, и водорода Н, образованного плазмой дугового разряда. Вода Н2О также может присутствовать по меньшей мере в жидком или газообразном состоянии в стандартных условиях смеси жидкой и газообразной фаз согласно фазовой диаграмме для воды Н2О при рабочих температурах и давлениях в диапазонах примерно от 1 °С до 2000 °С и от 0.01 атм до 200 атм, соответственно. В других плазменная среда может содержать источник ионов, имеющий в составе по меньшей мере растворенное ионное и/или соляное соединение, делающее эту среду более электропроводной для достижения дугового пробоя при более низком напряжении.
В некоторых вариантах, высокое напряжение пробоя может находиться в пределах по меньшей мере одного из диапазонов примерно от 50 В до 100 кВ, от 1 кВ до 50 кВ или от 1 кВ до 30 кВ, а сильный ток может быть пределах по меньшей мере одного из диапазонов - примерно от 1 кА до 100 к А, от 2 кА до 50 к А или от 10 кА до 30 к А. Эти высокое напряжение и ток могут представлять собой напряжение и ток по меньшей мере постоянного тока, переменного тока или смеси постоянного и переменного тока. Кроме того, источник электроэнергии может создавать высокую плотность тока разряда по меньшей мере в одном из диапазонов - примерно от 0.1 А/см2 до 1,000,000 А/см2, от 1 А/см2 до 1,000,000 А/см2, от 10 А/см2 до 1,000,000 А/см2, от 100 А/см2 до 1,000,000 А/см2 или от 1 кА/см2 до 1,000,000 А/см2. В некоторых вариантах, источник электроэнергии для образования плазмы дугового разряда содержит несколько конденсаторов, составляющих банк конденсаторов способных отдавать высокое напряжение в диапазоне примерно от 1 кВ до 50 кВ и сильный ток, возрастающий при уменьшении сопротивления и напряжения. В следующих вариантах, система генерации энергии с использованием плазмы дугового разряда в воде может содержать вторичный источник питания. Кроме того, система генерации энергии с использованием плазмы дугового разряда в воде может содержать по меньшей мере дополнительные компоненты силовых схем и/или вторичный источник тока. В таких вариантах, источник электроэнергии может содержать несколько банков конденсаторов, которые последовательно подают энергию в дуговой разряд, где каждый разряженный банк конденсаторов перезаряжается от вторичного источника энергии, пока разряжается другой банк конденсаторов.
В следующих вариантах закрытый контейнер дополнительно содержит бойлер, имеющий выход для пара, возвратную линию и рециркуляционный насос, где по меньшей мере одна фаза воды НгО - горячая вода, перегретая вода, пар и/или перегретый пар, вытекает через выход для пара и поступает в тепловую или механическую нагрузку, так что по меньшей мере один из процессов - охлаждение выходного пара и/или его конденсация, сопровождается передачей тепловой энергии в нагрузку. Охлажденный пар
или воду откачивает рециркуляционный насос, так что эти охлажденный пар или вода возвращаются в элемент по возвратной линии. В дополнительных вариантах, система генерации энергии с использованием плазмы дугового разряда в воде дополнительно содержит по меньшей мере один термоэлектрический преобразователь для приема тепловой энергии по меньшей мере от бойлера и/или теплообменника. Указанный по меньшей мере один термоэлектрический преобразователь может представлять собой по меньшей мере одно из группы устройств, выбранное из совокупности, содержащей тепловой двигатель, паровой двигатель, паровую турбину с генератором, газовую турбину с генератором, двигатель с циклом Ранкина, двигатель с циклом Брайтона, двигатель Стерлинга, термоионный преобразователь энергии или термоэлектрический преобразователь энергии.
А. Микроволновый плазменный элемент для образования гидрино В одном из вариантов, плазменный элемент представляет собой микроволновый плазменный элемент, как это описано в прежних заявках Миллза на выдачу патентов. Микроволновый элемент содержит контейнер, в котором можно поддерживать по меньшей мере вакуум, атмосферное давление или давление выше атмосферного, источник плазмообразующего газа, вход для газа, выход для газа, насос для поддержания потока газа и манометр, а также по меньшей мере один из компонентов - антенну, микроволновый резонатор, микроволновый генератор и коаксиальный кабель, соединяющий микроволновый генератор по меньшей мере с антенной и/или микроволновым резонатором. Плазмообразующий газ может содержать по меньшей мере водород РР и/или воду РРО. Плазменный элемент может также содержать погруженный в плазму заземленный электрический проводник, такой как центральный осевой металлический стержень для короткого замыкания напряжения, генерируемого в антенне или в резонаторе, на землю. Это короткое замыкание создает сильный электрический ток для воспламенения реакции образования гидрино. Это короткое замыкание может порождать электрическую дугу между антенной и заземленным проводником. Сильный ток электрической дуги может значительно интенсифицировать реакцию образования гидрино.
В варианте микроволнового плазменного элемента плазмообразующий газ содержит по меньшей мере азот и водород. Катализатором может быть ион амида. Давление может быть в пределах по меньшей мере одного диапазона - примерно от 0.001 мм рт.ст. до 100 атм, от 0.01 мм рт.ст. до 760 мм рт.ст. или от 0.1 мм рт.ст. до 100 мм рт.ст. В смеси можно поддерживать любую нужную пропорцию между азотом и водородом. В
одном из вариантов, доля азота в азот-водородном плазмообразующем газе составляет примерно от 1% до 99%.
В. Плазменные элементы для получения гидрино в дуговом разряде и при сильном токе, работающие при постоянном, переменном и смешанном токе
В одном из вариантов, СШТ-элемент представляет собой элемент для образования гидрино в плазме, называемый плазменным элементом для получения гидрино. Сильный ток может представлять собой постоянный ток, переменный ток или сочетание постоянного и переменного токов. В одном из вариантов, элемент представляет собой высоковольтный газоразрядный элемент с диэлектрическим барьером, содержащий электропроводный электрод и электропроводный противоэлектрод, находящийся в рубашке, служащей диэлектрическим барьером, например, барьером, содержащим изолятор из гаролита. Электропроводный электрод может иметь цилиндрическую форму, окружающую электрод с барьером, проходящий по оси цилиндра. Плазмообразующий газ может содержать по меньшей мере источник водорода Н и/или источник НОН, служащего катализатором, такой как вода Н2О. Дополнительные подходящие плазмообразующие газы представляют собой смесь по меньшей мере воды Н2О, источника атомарного водорода Н, водорода Нг, источника кислорода, кислорода Ог и инертного газа, такого как благородного газа. Давление газа может быть по меньшей мере в одном из диапазонов -примерно от 0.001 мм рт.ст. до 100 атм, от 1 мм рт.ст. до 50 атм и от 100 мм рт.ст. до 10 атм. Напряжение может быть высоким, например, по меньшей мере в одном из диапазонов - примерно от 50 В до 100 кВ, от 1 кВ до 50 кВ и от 1 кВ до 30 кВ. Сила тока может быть по меньшей мере в одном из диапазонов - примерно от 0.1 мА до 100 А, от 1 мА до 50 А или от 1 мА до 10А. Плазма может содержать области дуговых разрядов со значительно более сильным током, например, по меньшей мере в одном из диапазонов от примерно 1 А до 100 к А, до 100 А до 50 кА и от 1 кА до 20 к А. В одном из вариантов, сильный ток ускоряет реакцию образования гидрино. В одном из вариантов, напряжение и ток являются переменными. Частота возбуждения может быть в звуковом диапазоне от 3 кГц до 15 кГц. В одном из вариантов, частота находится по меньшей мере в одном из диапазонов - примерно от 0.1 Гц до 100 ГГц, от 100 Гц до 10 ГГц, от 1 кГц до 10 ГГц, от 1 МГц до 1 ГГц и от 10 МГц до 1 ГГц. Пример плазменного элемента с барьерным электродом описан в работе "Исследование реакции образования гидрино с использованием стронция в качестве катализатора в цилиндрическом плазменном разряде в диапазоне звуковых частот с емкостной связью" (J. М. Nowak, "Examination of the Strontium Catalysis of the Hydrino Reaction in an Audio-Frequency, Capacitively Coupled,
Cylindrical Plasma Discharge", Master of Science Thesis, North Carolina State University,
Nuclear Engineering Department, (2009),
http://repository.lib.ncsu.edU/ir/bitstream/1840.16/31/l/etd.pdf), которая включена сюда посредством ссылки во всей своей полноте. В другом варианте, диэлектрический барьер удален для лучшей поддержки плазмы дугового разряда. Электрический проводник, открытый таким способом для плазмообразующего газа может испускать электроны за счет термоэлектронной или автоэлектронной эмиссии для поддержки плазмы дугового разряда.
В одном из вариантов, элемент содержит источник высокого напряжения большой мощности, используемый для достижения пробоя в плазмообразующем газе, содержащем источник водорода Н и источник НОН, служащего катализатором. Плазмообразующий газ может содержать по меньшей мере пары воды, водород, источник кислорода и/или инертный газ, такой как благородный газ, например, аргон. Источник высокого напряжения большой мощности может представлять собой источник постоянного тока (DC), переменного тока (АС) или смеси постоянного и переменного тока. Пробой плазмообразующего газа вызывает значительное увеличение электрической проводимости. Этот источник питания может отдавать сильный ток. Сильный ток при напряжении ниже напряжения пробоя используют для каталитического преобразования водорода Н в гидрино с высокой интенсивностью с применением НОН в качестве катализатора. Этот сильный ток может представлять собой постоянный ток (DC), переменный ток (АС) или смесь постоянного и переменного тока.
В одном из вариантов плазменный элемент с сильным током содержит плазмообразующий газ, способный образовывать НОН, служащий катализатор, и водород Н. Плазмообразующий газ содержит источник НОН и источник водорода Н, такой как вода Н2О в газообразном состоянии и газообразный водород Н2. Плазмообразующий газ может далее содержать дополнительные газы, позволяющие, усиливающие и поддерживающие образование НОН, служащего катализатором, и водорода Н. Другими подходящими газами являются благородные газы. Элемент содержит по меньшей мере одно из следующих компонентов - по меньшей мере одну группу электродов, по меньшей мере одну антенну, по меньшей мере одну высокочастотную катушку и по меньшей мере один микроволновый резонатор, который может иметь антенну, и далее содержит по меньшей мере один источник напряжения пробоя, способный генерировать достаточное напряжение, либо энергию ионов или электронов для электрического пробоя плазмообразующего газа. Это напряжение может быть по меньшей мере в одном из диапазонов - примерно от 10 В до 100 кВ, от 100 В до 50 кВ или от 1 кВ до 20 кВ.
Плазмообразующий газ может быть первоначально в жидком состоянии, либо он может сразу быть в газообразном состоянии. Плазма может быть образована в такой среде, как жидкая вода Н2О или среда, содержащая жидкую воду Н2О. Давление газа может быть по меньшей мере в одном из диапазонов - примерно от 0.001 мм рт.ст. до 100 атм, от 0.01 мм рт.ст. до 760 мм рт.ст. или от 0.1 мм рт.ст. до 100 мм рт.ст. Элемент может содержать по меньшей мере один вторичный источник питания, отдающий сильный ток, когда произошел пробой. Сильный ток может быть также получен от источника питания пробоя. Каждый из источников питания может представлять собой источник постоянного тока или источник переменного тока. Диапазон частот может быть по меньшей мере в одном из диапазонов - примерно от 0.1 Гц до 100 ГГц, от 100 Гц до 10 ГГц, от 1 кГц до 10 ГГц, до 1 МГц до 1 ГГц или 10 МГц до 1 ГГц. Сильный ток может быть по меньшей мере в одном из диапазонов - примерно от 1 А до 100 кА, от 10 А до 100 кА, от 1000 А до 100 кА, от 10 кА до 50 кА. Большая плотность тока может быть по меньшей мере в одном из диапазонов - примерно от 0.1 А/см2 до 1,000,000 А/см2, от 1 А/см2 до 1,000,000 А/см2, от 10 А/см2 до 1,000,000 А/см2, от 100 А/см2 до 1,000,000 А/см2 или от 1 кА/см2 до 1,000,000 А/см2. В одном из вариантов, по меньшей мере один - источник напряжения пробоя и/или вторичный источник сильного тока большой мощности, может быть использован время от времени. Частота включений этого источника может быть по меньшей мере в одном из диапазонов - примерно от 0.001 Гц до 1 ГГц, от 0.01 Гц до 100 МГц, от 0.1 Гц до 10 МГц, от 1 Гц до 1 МГц или от 10 Гц до 100 кГц. Коэффициент заполнения (скважность) может быть примерно в одном из диапазонов - примерно от 0.001% до 99.9%, от 1 % до 99% или от 10% до 90%. В одном из вариантов, содержащем источник переменного тока, например, высокочастотный источник, и источник постоянного тока, этот источник постоянного тока развязан от источника переменного тока по меньшей мере одним конденсатором. В одном из вариантов, источник атомарного водорода Н для образования гидрино, такой как по меньшей мере водород Нг и/или вода НгО, подают в элемент с такой скоростью, чтобы поддерживать содержание гидрино для обеспечения выходной мощности, соответствующей нужному коэффициенту усиления элемента, так что составляющая выходной мощности, обусловленная гидрино, превышает входную электрическую мощность.
В одном из вариантов, плазмообразующий газ заменен жидкой водой НгО, которая может быть чистой или содержать водный раствор соли, такой как рассол. Раствор может быть возбужден переменным током, например высокочастотным или микроволновым излучением. Возбужденная среда, содержащая воду НгО, такая как рассол, может быть помещена между ВЧ-передатчиком и приемником. ВЧ-передатчик или антенна получает
мощный ВЧ-сигнал от ВЧ-генератора, способный генерировать ВЧ-сигнал с такими частотой и мощностью, которые позволяют поглощать этот сигнал среде, содержащей воду Н2О. Конструкция элемента и параметры возбуждения могут быть такими, как указано в настоящем описании. В одном из вариантов, частота ВЧ-сигнала может быть в пределах примерно от 1 МГц до 20 МГц. Источник ВЧ-возбуждения может содержать схему настройки или согласующую схему с целью согласования сопротивления нагрузки с передатчиком. Металлические частицы могут быть взвешены в виде суспензии в воде Н2О или в растворе соли. Падающая мощность может быть большой, например, по меньшей мере в одном из диапазонов - примерно от 0.1 Вт/см2 до 100 кВт/см2, от 0.5 Вт/см2 до 10 кВт/см2 или от 0.5 Вт/см2 до 1 кВт/см2, чтобы зажечь дугу в плазме в результате взаимодействия падающего излучения с металлическими частицами. Размер металлических частиц может быть подобран для оптимизации образования дуги разряда. Подходящий размер частиц может быть в диапазоне примерно от 0.1 мкм до 10 мм. Дуга пропускает сильный электрический ток, обеспечивающий высокую интенсивность реакции образования гидрино. В другом варианте, плазмообразующий газ содержит воду НгО, например, пары НгО, а элемент содержит металлические объекты, на которые падает высокочастотное или микроволновое излучение. Концентрация поля на остриях металлических объектов вызывает дуговые разряды в плазмообразующем газе, содержащем воду НгО, значительно усиливая интенсивность реакции образования гидрино.
В одном из вариантов, плазма, пропускающая сильный ток, содержит электрическую дугу. Характеристики плазмы дугового разряда могут отличаться от характеристик плазмы тлеющего разряда. В первом случае температуры электронов и ионов могут быть одинаковыми или близкими, а в последнем случае тепловая энергия электронов может быть намного выше тепловой энергии ионов. Давление плазмообразующего газа, например, содержащего воду НгО, поддерживают на достаточном уровне для образования плазмы дугового разряда. Давление может быть достаточно высоким, например, в диапазоне примерно от 100 мм рт.ст. до 100 атм. В одном из вариантов, напряжение пробоя и пропускаемый сильный ток могут быть одинаковыми. Дуга может быть создана в воде НгО при высоком давлении и в том числе в жидкой воде НгО посредством источника питания, содержащего несколько конденсаторов, образующих банк конденсаторов, способный отдавать высокое напряжение в диапазоне примерно от 1 кВ до 50 кВ и сильный ток, который может увеличиваться, когда сопротивление и напряжение уменьшаются при образовании и поддержании дуги, где ток может быть в диапазоне примерно от 0.1 мА до 100,000 А.
Напряжение может быть увеличено путем соединения конденсаторов последовательно, а емкость может быть увеличена путем соединения конденсаторов параллельно для достижения нужных высокого напряжения и сильного тока. Емкость может быть достаточной для поддержания в течение продолжительного времени, например, от 0.1 си до уровня свыше 24 часов. Схема питания может иметь дополнительные компоненты для поддержания уже созданной электрической дуги, такие как вторичный источник сильного тока с большой мощностью. В одном из вариантов, источник питания содержит несколько банков конденсаторов, которые могут последовательно отдавать энергию в электрическую дугу, где каждый разряженный банк конденсаторов может быть перезаряжен от источника питания заряда, пока разряжается другой заряженный банк конденсаторов. Несколько банков конденсаторов может быть достаточно для поддержания стационарного состояния плазмы дугового разряда. В другом варианте, источник питания для обеспечения по меньшей мере плазменного разряда и/или сильного электрического тока для плазмы дугового разряда содержит по меньшей мере один трансформатор. В одном из вариантов, дугу устанавливают при высокой скорости повторения импульсов постоянного тока, например, в диапазоне примерно от 0.01 Гц до 1 МГц. В одном из вариантов, катод и анод могут циклически меняться ролями. Частота этой инверсии может быть низкой для поддержания плазмы дугового разряда. Частота переменного тока может быть по меньшей мере в одном из диапазонов - примерно от 0 Гц до 1000 Гц, от 0 Гц до 500 Гц или от 0 Гц до 100 Гц. Источник энергии может иметь лимит максимального тока, позволяющий поддерживать заданную интенсивность реакции с образованием гидрино. В одном из вариантов, сильный ток можно регулировать для управления энергией, генерируемой гидрино, для получения регулируемой выходной мощности. Лимит сильного тока, управляемый источником питания, может быть по меньшей мере в одном диапазоне -примерно от 1 кА до 100 к А, от 2 кА до 50 кА или от 10 к А до 30 кА. Плазма дугового разряда может иметь отрицательное сопротивление, что соответствует уменьшению напряжения при увеличении тока. Схема питания элемента с плазмой дугового разряда может иметь некоторое положительное сопротивление, такое как электрический балласт для установления стабильного тока на нужном уровне. Электроды могут иметь заданную геометрию для создания электрического тока между двумя электродами. Среди подходящих геометрий можно указать, например, геометрию, имеющую центральный цилиндрический электрод и наружный концентрический электрод, геометрию с параллельными электродами пластинами или геометрию с противоположными штырями или цилиндрами. Электроды могут создавать по меньшей мере термоэлектронную эмиссию и/или автоэлектронную эмиссию на катоде для поддержания плазмы дугового
разряда. Здесь могут быть достигнуты высокие плотности тока, такие как, например, приблизительно 106 А/см2. Электрод может быть выполнен по меньшей мере из материала с высокой точкой плавления, например, одного из тугоплавких металлов, такого как вольфрам W или молибден Мо и углерод и материала с низкой реакционной способностью с водой, такого как один из группы Cu, Ni, Pb, Sb, Bi, Co, Cd, Ge, Au, Ir, Fe, Hg, Mo, Os, Pd, Re, Rh, Ru, Se, Ag, Тс, Те, TI, Sn, W, Al, V, Zr, Ti, Mn, Zn, Cr и In. В одном из вариантов, электроды могут быть подвижными. Электроды могут быть помещены близко или в прямом контакте один с другим и затем механически разделены, чтобы инициировать и поддерживать плазму дугового разряда. В таком случае напряжение пробоя может быть намного ниже, чем в случае, когда электроды постоянно разделены промежутком фиксированной ширины. Напряжение, подаваемое для зажигания дуги разряда при использовании подвижных электродов или электродов с регулируемым зазором, может быть по меньшей мере в одном диапазоне - примерно от 0.1 В до 20 кВ, от 1 В до 10 кВ или от 10 В до 1 кВ. Расстояние между электродами можно регулировать для поддержания стационарной дуги разряда при заданном токе или плотности тока.
В одном из вариантов, катализатор содержит по меньшей мере одно вещество -ОН, НОН, О2, пО или пН (п - целое число), генерируемое в плазме дугового разряда в воде. Схематичное изображение элемента 700 генератора энергии с плазмой дугового разряда в воде, показано на Фиг. 10. Элемент 709 с плазмой дугового разряда содержит два электрода, таких как внешний цилиндрический электрод 706 и центральный осевой электрод 703, такой как центральный стержень, который вместе с колпаком 711 элемента и изоляционным основанием 702 может ограничивать камеру плазменного дугового разряда элемента 709, где может поддерживаться по меньшей мере вакуум, атмосферное давление или давление выше атмосферного. Элемент 709 получает газ или жидкость для зажигания дугового плазменного разряда, такую как вода НгО. В качестве альтернативы, электроды 703 и 706 погружены в газ или жидкость, такую как вода НгО, для зажигания и поддержания дугового плазменного разряда в контейнере 709. Вода НгО может быть сделана более электропроводной для достижения пробоя при более низком напряжении путем добавления источника ионов, такого как ионное соединение, которое может быть растворено, например, соль. Соль может представлять собой гидроксид или галогенид, такой как гидроксид или галогенид щелочного металла, или другое соединение согласно настоящему описанию. Источником материала может быть резервуар 707 с клапаном 708 и линией 710, по которой газ или жидкость течет в элемент 709, а отходящие газы вытекают из элемента по выходной линии 726, имеющей по меньшей мере одно -манометр 715 и/или клапан 716, где насос 717 удаляет газы из элемента 709 для
поддержания по меньшей мере одного - заданного расхода и/или давления. В одном из вариантов, плазмообразующий газ поддерживают в условиях большого расхода, например в виде сверхзвукового потока при высоком давлении, например, при атмосферном или более высоком давлении, для обеспечения адекватного массопереноса реагентов в реакции образования гидрино с целью получения заданного уровня выхода энергии от гидрино. Подходящий пример расхода газа обеспечивает выход энергии от реакции образования гидрино, превосходящий входную энергию. В качестве альтернативы, жидкая вода может быть внутри элемента 709, например, как в резервуаре, имеющем электроды на границах. Электроды 703 и 706 соединены с источником 723 питания высокого напряжения и сильного тока через соединители 724 питания элемента. Соединение с центральным электродом 703 может быть выполнено сквозь базовую пластину 701. В одном из вариантов, источник 723 питания может получать энергию от другого источника питания, такого как источник 721 питания заряда через соединители 722. Источник 723 питания высокого напряжения и сильного тока может содержать банк конденсаторов, которые могут быть соединены последовательно для получения высокого напряжения и параллельно для получения большой емкости и сильного тока, а источник 723 питания высокого напряжения и сильного тока может содержать несколько таких банков конденсаторов, каждый из которых может быть временно разряжен и заряжен для реализации выходной мощности, которая может аппроксимировать непрерывный выходной сигнал. Банк или банки конденсаторов могут быть заряжены посредством источника 721 питания заряда.
В одном из вариантов, электрод, такой как 703, может получать питание от источника 723 питания переменного тока, который может иметь высокую частоту и большую мощность, как это обеспечивает ВЧ-генератор, такой как трансформатор Тесла. В другом варианте, электроды 703 содержат антенну и микроволновый плазменный факел. Мощность и частота могут быть выбраны согласно настоящему описанию, например, в диапазоне примерно от 100 кГц до 100 МГц или от 100 МГц до 10 ГГц и от 100 Вт/л до 500 кВт/л соответственно. В одном из вариантов, цилиндрический электрод может содержать только стенку элемента и может быть выполнен из изоляционного материала, такого как кварц, керамика или оксид алюминия. Колпачок 711 элемент может дополнительно содержать электрод, такой как заземленный или незаземленный электрод. Элемент может работать для образования дуг электрических разрядов в плазме или струй воды Н2О, которые по меньшей мере частично покрывают электрод 703 внутри элемента 709 с плазмой дугового разряда. Дуговые разряды или струи могут значительно усилить интенсивность реакции образования гидрино.
В одном из вариантов, элемент 709 с плазмой дугового разряда закрыт для ограничения высвобождения тепловой энергии. Вода внутри затем загерметизированного элемента находится в стандартных условиях смеси жидкости и газа в соответствии с фазовой диаграммой воды НЮ для нужной рабочей температуры и давления, как это известно специалистам в рассматриваемой области. Рабочая температура может быть в диапазоне примерно от 25 °С до 1000 °С. Рабочее давление может быть по меньшей мере в одном из диапазонов примерно от 0.001 атм до 200 атм, от 0.01 атм до 200 атм или 0.1 атм до 100 атм. Элемент 709 может содержать бойлер, где по меньшей мере одна фаза, содержащая нагретую воду, перегретую воду, пар и перегретый пар, вытекает из выхода 714 для пара и поступает в тепловую или механическую нагрузку, такую как паровая турбина для генерации электроэнергии. При передаче тепловой энергии в нагрузку происходит по меньшей мере один из процессов охлаждения вытекающего потока и/или конденсации пара, а охлажденные пар или вода возвращаются в элемент по возвратной линии 712. В качестве альтернативы возвращаются подпиточные пар или вода. Система может быть закрытой и может далее содержать насос 713, такой как насос для рециркуляции или возврата воды Н2О, осуществляющий циркуляцию воды Н2О в ее физической фазе, служащей хладагентом. Элемент может далее содержать теплообменник 719, который может быть внутри или на наружной стенке элемента, для передачи тепловой энергии хладагенту, поступающему в холодном состоянии через вход 718 хладагента, и вытекающему в нагретом состоянии через выход 720 для хладагента. Затем горячий хладагент течет в тепловую нагрузку, такую как чисто тепловая нагрузка или термомеханический преобразователь энергии или термоэлектрический преобразователь энергии, например, паровая или газовая турбина или тепловой двигатель, такой как паровой двигатель и, в качестве опции, генератор. Другими примерами преобразователей тепловой энергии в механическую или электрическую энергию являются двигатели с циклом Ранкина или с циклом Брайтона, двигатели Стирлинга, термоионные и термоэлектрические преобразователи энергии, а также другие системы, известные в технике. Системы и способы преобразования тепловой энергии по меньшей мере в механическую и/или электрическую энергию описаны также в прежних заявках Миллза на выдачу патентов, которые включены сюда посредством ссылки во всей своей полноте.
В одном из вариантов, электроды 703 и 706, такие как углеродные и металлические электроды, например, вольфрамовые или медные электроды, могут быть поданы в элемент 709, по мере эрозии этих электродов в плазме. Эти электроды могут быть заменены, когда они будут эродированы в достаточной степени, либо они могут заменяться непрерывно. Продукты коррозии могут быть удалены из элемента и собраны в
форме осадка и рециклированы для создания новых электродов. Таким образом, генератор энергии на основе элемента с плазмой дугового разряда содержит далее систему 705 извлечения продуктов коррозии, систему 704 регенерации электродов и механизм 725 непрерывной подачи регенерированных электродов. В одном из вариантов, по меньшей мере один электрод, более склонный к преимущественной коррозии в элементе, такой как катод, например, центральный электрод 703, может быть регенерирован с применением систем и способов согласно настоящему изобретению. Например, электрод может содержать один из металлов, выбранный из группы Cu, Ni, Pb, Sb, Bi, Co, Cd, Ge, Au, Ir, Fe, Hg, Mo, Os, Pd, Re, Rh, Ru, Se, Ag, Тс, Те, TI, Sn, W, Al, V, Zr, Ti, Mn, Zn, Cr и In, и имеющий соответствующий оксид, который может быть восстановлен по меньшей мере одним из способов - путем обработки водородом Нг, нагрева или нагрева в вакууме. Система регенерации 704 может содержать печь для расплавления по меньшей мере одного - оксида и/или металла, и литья или экструзии электрода из регенерированного металла. Системы и способы плавления и формования или фрезерования металла хорошо известны специалистам в рассматриваемой области. В другом варианте, система регенерации 704 может содержать электролизер, такой как электролизер расплавленной соли, содержащий ионы металла, так что металл электрода может быть гальванически осажден на электрод с использованием систем и способов, хорошо известных в технике.
Пример плазменной системы, описываемый в экспериментальной части, содержит конденсатор для накопления энергии, присоединенный между электрод в виде сборки базовой платы со стержнем и концентрическим электродом, ограничивающим воду, где стержень из состава сборки с базовой платой находится ниже водяной колонны. Стержень погружен в изолятор, такой как нейлоновая или керамическая втулка в цилиндрической секции и нейлонового или керамического блока между базовой платы и цилиндром. Схема далее содержит резистор и катушку индуктивности, чтобы вызвать осциллирующий разряд в воде между стержнем и цилиндрическим электродом. Конденсатор может быть заряжен от высоковольтного источника питания и разряжен посредством выключателя, который может иметь искровой промежуток в атмосферном воздухе. Электроды могут быть изготовлены из меди. Это высокое напряжение может быть в диапазоне примерно от 5 до 25 кВ. Ток разряда может быть в диапазоне от 5 до 100 кА. Воспламенение воды НгО для образования гидрино с высокой интенсивностью достигается путем зажигания дугового разряда в воде, где этот дуговой разряд вызывает образование атомарного водорода и НОН, служащего катализатором, вступающего в реакцию с образованием гидрино, сопровождающимся высвобождением большой мощности. Энергия, высвобождаемая при образовании гидрино, может иметь форму
тепловой, плазменной или световой энергии. В одном из вариантов, вся высвобождаемая энергия может быть преобразована в тепловую энергию, которую собирают в герметизированном элементе и которая может быть использована непосредственно в тепловых приложениях, таких как отопление пространства и технологический нагрев, либо может быть преобразована в механическую энергию с использованием теплового двигателя или в электроэнергию с применением термоэлектрического преобразователя, такого как паровая турбина с генератором, равно как других систем, известных специалистам в рассматриваемой области. Система также может быть использована для образования водородных химических частиц с увеличенной энергией связи и соединений, таких как молекулярные гидрино FTiQ/p). Эти продукты реакции могут быть удалены через выходные каналы 705 и 726.
В одном из вариантов, элемент для генерации гидрино содержит источник сжатого плазменного шнура для получения непрерывной эмиссии гидрино. Элемент содержит катод, анод, источник питания и по меньшей мере источник водорода и/или источник НОН, служащего катализатора, для образования сжатой плазмы. Плазменная система может содержать источник плотной сфокусированной плазмы, такой, какие известны в технике. Ток через плазму может быть очень сильным, например, больше 1 кА. Плазма может представлять собой плазму дугового разряда. Отличительные признаки состоят в том, что плазмообразующий газ содержит по меньшей мере водород Н и НОН или катализатор для преобразования водорода Н и условия плазмы могут быть оптимизированы для получения непрерывного излучения водорода. Это излучение может быть использовано в качестве источника для литографии в дальней ультрафиолетовой области спектра (EUV).
IX. Дополнительные варианты генерации электроэнергии
Примеры систем генерации энергии согласно предлагаемой технологии могут содержать два или более электродов, сконфигурированных для передачи энергии источнику топлива, источник электроэнергии, сконфигурированный для передачи энергии электродам, и преобразователь энергии плазмы. Топливо может быть загружено в область, ограниченную указанными двумя или более электродами, так что когда источник электроэнергии подает энергию к электродам, электроды могут вызвать воспламенение топлива, что ведет к высвобождению энергии. Побочными продуктами воспламенения топлива могут быть тепло и плазма. Соответственно, энергия, генерируемая при воспламенении топлива, может быть в форме тепловой энергии и может быть в форме энергии сильно ионизированной плазмы источника топлива, которая может быть
преобразована прямо или непрямо в электроэнергию. После образования плазма может быть направлена в преобразователь энергии плазмы для улавливания энергии плазмы.
Как используется здесь, термин "воспламеняет" обозначает установление высокой кинетики реакции, обусловленное сильным током, пропускаемым через топливо. Воспламенение может происходить при приблизительно атмосферном давлении или в вакууме, например, при давлениях до примерно 10"10 мм рт.ст. или более. Соответственно, топливо, электроды и/или преобразователь энергии плазмы могут находиться в вакууме. Далее, один или несколько из этих компонентов могут находиться в подходящем вакуумном контейнере, чтобы способствовать созданию и поддержанию вакуумной среды.
Химические реагенты настоящего изобретения могут быть обозначены как реагенты на основе воды, которые могут содержать преобладающее количество воды Н2О, или твердое топливо, или энергетические материалы (например, материалы, содержащие воду Н2О или источник воды НгО и дополнительно содержащие электропроводные материалы, чтобы стимулировать воспламенение топлива путем проведения сильного электрического тока) или сочетания таких реагентов. Твердые топлива 1003 содержат какие-либо материалы, способные образовать плазму, и могут представлять собой, например, таблетку, кусок, порцию, порошок, каплю, поток, туман, газ, суспензию или какую-либо подходящее сочетание этих форм. Варианты твердых топлив могут иметь любую подходящую форму; например, твердое топливо 1003 может иметь такую форму, чтобы увеличить площадь поверхности этого твердого топлива с целью способствовать воспламенению. Термин "твердое топливо" может охватывать также жидкие или парообразные виды топлива. Примеры подходящих твердых топлив приведены в разделе "Химический реактор" или в разделе "Твердотопливный элемент для индуцированного катализатором образования гидрино (SF-СШТ) и преобразователь энергии" настоящего описания, но базовые необходимые реагенты могут содержать, помимо всего прочего, по меньшей мере одно - источник водорода Н и источник кислорода О, и воду НгО или источник воды НгО; и электрический проводник. Твердое топливо или энергетический материал может содержать источник образующейся в ходе реакции воды НгО, служащей катализатором, источник водорода Н и электрический проводник. Пример твердого топлива может содержать, например, оксид переходного металла, переходный металл и воды в молярной пропорции приблизительно 1:1:1, хотя любой из этих материалов может входить в смесь в пропорции приблизительно от 2:1 до 10:1 по отношению к какому-либо другому материалу. Топлива на основе воды, содержащие главным образом воду НгО, могут содержать воду, либо смесь или раствор на основе воды, например, воду с одной
или несколькими примесями. Вода может быть абсорбирована в другом материале и может содержать электропроводный компонент, растворенный в этой воде или смешанный с ней. Хотя в описании многих примеров вариантов указано, что они работают на "твердом топливе", сюда входят также устройства для работы со всеми химическими реагентами, включая топлива на основе воды.
Топливо или энергетический материал может быть электропроводным, например, это может быть металл, оксид металла или электропроводный элемент. В некоторых вариантах может быть использована электропроводная матрица, чтобы сильный ток мог протекать сквозь твердое топливо 1003 во время воспламенения и/или чтобы сделать смесь электропроводной. Например, химические реагенты могут быть преобразованы в форму тумана или нанесены в виде суспензии на сетку и высушены перед тем, как на них будет воздействовать электрический импульс. Химические реагенты могут быть в свободном виде, либо они могут быть заключены в герметизированный контейнер, например, герметизированный металлический контейнер, такой как герметизированный алюминиевый контейнер. Некоторые топлива могут не использоваться в сочетании с электропроводным контейнером, включая, например, некоторые топливные таблетки, изготовленные, например, из галогенидов щелочноземельных металлов, хлорида магния, некоторых переходных металлов или оксидов металлов, активированного угля или каких-либо других подходящих материалов или их сочетаний.
В одном из вариантов, топливо 1003 содержит реагенты, составляющие реагенты для получения гидрино согласно настоящему изобретению, а именно по меньшей мере источник катализатора и/или катализатор, содержащий образующуюся в ходе реакции воду Н2О, по меньшей мере один источник атомарного водорода или атомарный водород, и далее по меньшей мере электрический проводник и/или электропроводную матрицу. В одном из вариантов, топливо 1003 содержит по меньшей мере источник твердого топлива или энергетического материала согласно настоящему изобретению и/или твердое топливо или энергетический материал согласно настоящему изобретению. В одном из вариантов, примеры твердых топлив 1003 содержат источник воды Н2О и электропроводную матрицу для образования по меньшей мере одного - источника катализатора, катализатора, источника атомарного водорода и/или атомарного водорода. Источник воды НгО может содержать по меньшей мере одно - объемную воду НгО, воду в состоянии, отличном от объемной воды НгО, соединение или соединения, способные по меньшей мере вступать в реакцию с образованием воды НгО и/или высвобождать связанную воду НгО. Связанную воду НгО может содержать соединение, взаимодействующее с водой НгО, где эта вода НгО находится по меньшей мере в одном из состояний - абсорбированная вода НгО,
связанная вода НЮ, физически адсорбированная вода Н2О и/или гидратационная вода. Топливо 1003 может содержать электрический проводник и одно или несколько соединений или материалов, способных высвобождать по меньшей мере объемную воду Н2О, абсорбированную воду НгО, связанную НгО, физически адсорбированную воду НгО и/или гидратационную воду, и имеют воду НгО в качестве продукта реакции. Другими примерами такого твердого топлива или энергетического материала 1003 являются гидратированный гигроскопичный материал и электрический проводник; гидратированный углерод; гидратированный углерод и металл; смесь оксида металла, металла или углерода и воды НгО; и смесь галогенида металла, металла или углерода и воды НгО. Указанные металл и оксид металла могут содержать переходный металл, такой как Со, Fe, Ni или Си. Металл в составе галогенида может представлять собой щелочноземельный металл, такой как Mg или Са, а галогеном может быть F, О, Вг или I. Этот металл может иметь термодинамически неблагоприятную реакцию с водой НгО, как, например, по меньшей мере один из металлов из группы Cu, Ni, Pb, Sb, Bi, Co, Cd, Ge, Au, Ir, Fe, Hg, Mo, Os, Pd, Re, Rh, Ru, Se, Ag, Тс, Те, TI, Sn, W, Al, V, Zr, Ti, Mn, Zn, Cr и In, где топливо 1003 может быть регенерировано посредством добавления воды НгО. Топливо 1003, составляющее реагенты для образования гидрино, может представлять собой по меньшей мере одно - суспензию, раствор, эмульсию, композиционный материал и/или соединение.
Как показано на Фиг. 12, несколько электродов 1002 ограничивают межэлектродное пространство 1007 для приема и/или для содержания твердого топлива 1003. Электроды 1002 могут быть сконфигурированы для подведения электроэнергии к твердому топливу 1003, например, в виде короткого импульса сильного электрического тока при низком напряжении. Например, в некоторых вариантах, где используется твердое топливо, к этому топливу могут быть подведены более низкое напряжение и более сильный ток, чтобы инициировать воспламенение. Например, к этому твердому топливу могут быть подведены напряжение меньше 10 В (например, 8 В) и ток с плотностью приблизительно 14,000 А/см2. В некоторых вариантах, где к твердому топливу подводят более высокое напряжение, для инициирования воспламенения электрический проводник может быть не нужен. Когда на топливо действует более низкое напряжение, для воспламенения может быть использован электрический проводник. В некоторых вариантах скорость реакции преобразования химических реагентов в плазму может зависеть, по меньшей мере частично, от подачи или протекания сильного электрического тока через эти реагенты. Например, в некоторых вариантах, где используется топливо на основе воды, на это топливо может быть подано напряжение приблизительно 4.5 кВ при
плотности тока приблизительно 20,000 А/см2. Электроды 1002 могут подводить к твердому топливу 1003 низковольтный импульс сильного тока с большой мощностью, чтобы получить очень высокую скорость реакции и высвобождения энергии. Высвобожденная энергия может очень большой и может генерировать потоки плазмы, вытекающие в противоположных направлениях с очень высокими скоростями, такими как сверхзвуковые скорости.
В одном из примеров вариантов, электроды могут подавать напряжение с частотой 60 Гц и пиковым уровнем ниже 15 В при пиковой плотности тока примерно от 10,000 А/см2 до 50,000 А/см2, а удельная мощность при этом может быть в пределах примерно от 50,000 Вт/см2 до 750,000 Вт/см2. Здесь можно использовать самый широкий диапазон частот, напряжений, токов и мощностей, например, в пределах от примерно 1/100 до 100 раз больше указанных выше параметров. Например, твердое топливо или энергетический материал можно воспламенить импульсом сильного тока при низком напряжении, таким как генерирует аппарат для точечной сварки Taylor-Winfield модель ND-24-75 между двумя своими медными электродами. В некоторых вариантах напряжение с частотой 60 Гц может иметь величину примерно 5 - 20 В (эфф), а ток может быть примерно от 10,000 А до 40,000 А.
Напряжение может быть выбрано так, чтобы получить переменный ток, постоянный ток или смесь переменного и постоянного токов в диапазоне, например, приблизительно от 100 А до 1,000,000 А, от 1 кА до 100,000 А или от 10 кА до 50 кА. Плотность постоянного тока или пиковая плотность переменного тока может быть в пределах, например, приблизительно от 100 А/см2 до 1,000,000 А/см2, от 1,000 А/см2 до 100,000 А/см2, от 2,000 А/см2 до 50,000 А/см2, от 10,000 А/см2 до 50,000 А/см2 или от 5,000 А/см2 до 100,000 А/см2, например, 5,000 А/см2, 10,000 А/см2, 12,000 А/см2, 14,000 А/см2, 18,000 А/см или 25,000 А/см2. Для топлив, обладающих высокой электропроводностью, напряжение постоянного тока или пиковое напряжение переменного тока может быть в диапазоне, например, приблизительно от 0.1 В до 1 кВ, от 1 В до 100 В, от 1 В до 20 В или от 1 В до 15 В. Для твердых топлив с высоким электрическим сопротивлением, например, для твердых топлив на основе воды, содержащих преимущественно воду Н2О, напряжение постоянного тока или пиковое напряжение переменного тока может быть, например, в диапазоне приблизительно от 100 В до 50 кВ, от 1 кВ до 30 кВ, от 2 кВ до 15 кВ или от 4 кВ до 10 кВ. Частота переменного тока может быть в пределах, например, приблизительно от 0.1 Гц до 10 ГГц, от 1 Гц до 1 МГц, от 10 Гц до 100 кГц или от 100 Гц до 10 кГц. Длительность импульса может быть, например, в пределах приблизительно от 10"6 с до 10 с, 10"5 с до 1 с, от Ю-4 с до 0.1 с или от 10"3 с до 0.01 с.
В некоторых вариантах конкретные величины тока, напряжения, частоты или длительности импульсов могут быть определены, по меньшей мере частично, типом используемого твердого топлива 1003 или энергетического материала, либо электрической проводимостью используемого твердого топлива или энергетического материала. Напряжение может быть определено как произведение нужной величины тока на электрическое сопротивление образца твердого топлива или энергетического материала. Например, если сопротивление образца твердого топлива или энергетического материала имеет величину порядка 1 мОм, подаваемое напряжение может быть ниже, например, <10 В. В примере, где топливо содержит 100% воды Н2О или по существу 100% воды Н2О, имеющей очень высокой сопротивление, такое как выше 1 Мом, напряжение может быть высоким, и, в некоторых вариантах, оно может быть выше напряжения пробоя (например, > 5 kV) воды НгО. В некоторых вариантах, охватывающих эти два крайних случая, постоянное или пиковое переменное напряжение может быть по меньшей мере в одном из диапазонов, выбранных из группы - примерно от 0.1 В до 500 кВ, от 0.1 В до 100 кВ или от 1 В до 50 кВ. Частота переменного тока может быть пределах примерно от 0.1 Гц до 10 ГГц, от 1 Гц до 1 МГц, от 10 Гц до 100 кГц или от 100 Гц до 10 кГц. В одном из вариантов возможно использование разряда напряжения постоянного тока для создания плазмы, такой как плазма дугового разряда, содержащая ионизированную воду НгО, где ток может быть слабозатухающим и осциллировать во время затухания.
В некоторых вариантах, импульс сильного тока с нужными напряжением и током может быть получен путем разряда конденсаторов, таких как конденсаторы большой емкости, которые могут быть соединены последовательно или параллельно. Ток может быть постоянным или может быть сформирован схемными компонентами, включая, например, трансформатор (такой как низковольтный трансформатор). Конденсатор может быть заряжен от или может входить в состав источника электроэнергии 1004, который может представлять собой, например, электрическую сеть, генератор, топливный элемент, аккумулятор или часть электрической выходной мощности системы 1020 генерации энергии, либо другой подобной системы генерации энергии, например. В одном из примеров вариантов, подходящие частота, напряжение и ток могут быть получены путем обработки выходного сигнала конденсаторов или аккумулятора. В одном из вариантов, пример схемы способен создать импульс тока 15,000 А при напряжении 8 В.
В некоторых примерах вариантов топлива на основе воды, содержащих главным образом воду НгО, генерируемая плазма с сильным током может представлять собой плазму дугового разряда. Плазмообразующий газ, такой как газ, содержащий воду НгО, может находиться под давлением, достаточным для образования плазмы дугового разряда.
Дуга может быть зажжена в воде НЮ, включая жидкую воду Н2О, при высоком давлении (например, в диапазоне примерно от 100 мм рт.ст. до 100 атм) с использованием источника питания, способного отдавать высокое напряжение (например, в диапазоне примерно от 1 кВ до 50 кВ) и сильный ток (например, в диапазоне примерно от 0.1 мА до 100,000 А), который может увеличиваться, когда сопротивление и напряжение уменьшаются при образовании и поддержании дуги. Примерами таких источников питания могут быть ряд конденсаторов, которые могут быть соединены последовательно для увеличения напряжения и параллельно для увеличения емкости и тока. Емкость, при возможности, в качестве опции, динамического перезаряда конденсаторов, может быть достаточной для поддержания плазмы в течение более продолжительного времени, например, приблизительно от 0.1 с до более чем 24 часов. В некоторых вариантах источники для достижения пробоя и источники сильного тока могут быть одними и теми же источниками. Система может содержать второй источник питания для динамического перезаряда конденсаторов.
Пример системы генерации энергии может содержать дополнительные компоненты, помогающие поддерживать уже зажженную дугу, такие как вторичный источник сильного тока. В некоторых вариантах источник питания может содержать несколько конденсаторов последовательно или параллельно, которые могут последовательно отдавать энергию в электрическую дугу. Этих нескольких конденсаторов может быть достаточно для поддержания стационарной плазмы дугового разряда. В некоторых вариантах дуговой разряд может быть установлен при более высокой частоте повторения импульсов постоянного тока, например, в диапазоне приблизительно от 0.01 Гц до 1 МГц, а катод и анод могут циклически меняться ролями. Частота этой инверсии полярности может быть низкой для поддержания плазмы дугового разряда. Частота переменного тока может быть по меньшей мере в одном из диапазонов - примерно от 0 Гц до 1000 Гц, от 0 Гц до 500 Гц или от 0 Гц до 100 Гц. Источник питания может иметь такой предел максимального тока, который позволяет по существу поддерживать скорость реакций в плазме на нужном уровне. В некоторых вариантах, величину сильного тока можно изменять для управления мощностью генерации плазмы, чтобы получать регулируемую величину выходной мощности. Этот предел величины тока, управляемый источником питания, может быть по меньшей мере в одном из диапазонов - примерно от 1 кА до 100 кА, от 2 кА до 50 кА или от 10 кА до 30 кА.
Вариантом катализатора для топлива на основе воды может быть по меньшей мере одно из веществ ОН, Н20, 02, пО и/или пН (п - целое число), способствующее генерации плазмы дугового разряда в воде. Пример системы генерации энергии может содержать
конденсатор для накопления и хранения энергии. Конденсатор может быть заряжен от источника высокого напряжения и может быть разряжен посредством выключателя, который может содержать искровой промежуток в атмосферном воздухе. Высокое напряжение может быть в пределах приблизительно от 4 до 25 кВ, например. Ток разряда может быть в пределах от 5 до 100 кА, например. Воспламенение воды НЮ для образования плазмы с высокой интенсивностью может быть достигнуто путем зажигания дугового разряда в воде, так что дуговой разряд вызывает образования атомарного водорода и НОН, служащего катализатором, которые вступают в реакцию с образованием плазмы и высвобождением большого количества энергии. Энергия, высвобождаемая в результате реакции, может быть в форме тепловой энергии, энергии плазмы и световой энергии. Вся высвобождаемая энергия может быть преобразована в тепловую энергию, которая может быть использована непосредственно в тепловых приложениях (таких как отопление пространства или технологический нагрев) или преобразована в электрическую энергию с использованием теплового двигателя (например, паровой турбины).
Электроды 1002 могут быть выполнены из любого подходящего материала, способного по существу выдерживать условия воспламенения топлива и вызванное этим выделение тепла. Например, электроды 1002 могут быть изготовлены из углерода, что может уменьшить или в значительной степени предотвратить снижение электрической проводимости, возможное из-за оксидирования поверхности. Электроды могут быть изготовлены из тугоплавкого металла, стабильного в атмосфере при высокой температуре, например, из жаропрочной нержавеющей стали, меди или какого-либо другого подходящего материала или сочетания материалов. Электроды 1002 могут иметь покрытие для защиты этих электродов 1002 от воздействия факторов процесса воспламенения. Электроды 1002 могут быть покрыты или выполнены из подходящего электропроводного материала, устойчивого к плавлению или коррозии, (например, из тугоплавкого сплава, жаропрочного устойчивого к оксидированию сплава [такого как TiAIN], или жаропрочной нержавеющей стали), или каких-либо подходящих сочетаний этих материалов. Кроме того, электроды 1002 могут быть выполнены из материала, по существу не вступающего в реакции в водной среде. Один или несколько электродов могут содержать, например, один или несколько металлов Cu, Ni, Pb, Sb, Bi, Co, Cd, Ge, Au, Ir, Fe, Hg, Mo, Os, Pd, Re, Rh, Ru, Se, Ag, Тс, Те, TI, Sn, W, Al, V, Zr, Ti, Mn, Zn, Cr И/ИЛИ In.
Геометрическая площадь электродов может способствовать достижению большой плотности тока через образец топлива, который нужно воспламенить, и в некоторых случаях через все топливо. Хотя на приведенных в качестве примеров чертежах показаны
только два электрода 1002, здесь может быть использовано любое число электродов, например, три или более электродов могут совместно ограничивать область для приема твердого топлива 1003, либо несколько групп электродов 1002 могут входить в состав системы 1020 генерации энергии и могут ограничивать несколько областей для приема топлива.
Пространство между электродами для приема твердого топлива 1003, показанное на Фиг. 12 как область 1017 загрузки топлива, может быть меньше по размеру любого из ограничивающих эту область электродов, соответственно, либо может быть такого же размера или больше размера этих электродов. Как показано на Фиг. 13А и 13В, размер области 1017 загрузки топлива может изменяться. Например, электроды 1002 могут быть сконфигурированы для перемещения дальше один от другого (Фиг. 13 А) или ближе один к другому (Фиг. 13В). Как показано на Фиг. 13С и 13D, система 1020 генерации энергии может содержать несколько электродов, ограничивающих несколько областей 1017 загрузки топлива, которые также могут перемещаться одна относительно другой, или, в качестве альтернативы, быть стационарными. Например, одна группа электродов может быть подвижной, а другая группа электродов может быть стационарной, либо обе группы электродов могут быть подвижными или обе группы электродов могут быть стационарными. В подвижных вариантах изменения размеров области 1017 загрузки топлива могут быть фиксированы, например, электроды 1002 могут перемещаться на фиксированном расстоянии один относительно другого. В других вариантах, размер области 1017 загрузки топлива может изменяться, например, для приема образцов топлива разного размера или для увеличения или уменьшения генерации энергии, либо величины напряжения или тока, отдаваемого электродами 1002 твердому топливу 1003.
Как показано на Фиг. 13 А и 13 С, электроды 1002 могут отодвигаться один от другого во время приема твердого топлива, и могут сдвигаться один к другому, когда твердое топливо 1003 уже находится в области 1017 загрузки топлива, как это показано на Фиг. 13В и 13D. Как обсуждается выше, электроды 1002 могут взаимодействовать для ограничения области 1017 загрузки топлива. Электроды 1002 могут отдвигаться один от другого или приближаться один к другому, например, для увеличения или уменьшения размеров области 1017 загрузки топлива с целью способствовать подаче и удержанию топлива в области 1017 загрузки топлива и/или позиционированию твердого топлива 1003 в области 1017 загрузки топлива. В некоторых вариантах один электрод может приближаться или отдаляться от другого электрода, тогда как этот другой электрод остается на месте, а в других вариантах, оба электрода 1002 могут быть подвижными. Перемещение электродов 1002 одного относительно другого может способствовать
воспламенению твердого топлива 1003 в области 1017 загрузки топлива. Например, воспламенение может быть инициировано столкновением поверхностей электродов, либо вращением или трением одного или обоих электродов. В других вариантах, каждый из электродов 1002 может быть неподвижным.
Как показано на Фиг. 14А и 14В, для лучшего ограничения твердого топлива 1003 один из электродов 1002 может иметь выступающую часть, обозначенную как область А, и один из электродов может иметь вогнутую часть, обозначенную как область В. Эти выступающая и вогнутая части могут быть сконфигурированы таким образом, что совместно они образуют камеру, куда можно поместить твердое топливо 1003, как показано на Фиг. 14В. Эта камера, и таким образом, область 1017 загрузки топлива может быть открыта или может быть закрыта полностью или частично от окружающей среды. Кроме того, камера может быть сконфигурирована так, чтобы ее можно было открывать и/или закрывать, перемещая или не перемещая электроды 1002 ближе один к другому или дальше один от другого. Например, выступающий и вогнутый участки могут иметь отверстие или подвижную панель или дверцу для загрузки твердого топлива 1002 в камеру, ограниченную электродами 1002.
Далее, давления, развиваемые в области 1017 загрузки, также могут способствовать воспламенению топлива и/или генерации плазмы и манипуляциям с ней. Плазма, генерируемая в результате воспламенении твердого топлива 1003, может обладать высокой реакционной активностью, а нахождение плазмы в вакуумной среде может улучшить управление процессами генерации преобразования плазмы. Например, вакуумная среда может уменьшить столкновения ионов с окружающим воздухом и/или контролировать реакцию плазмы с окружающим кислородом. В различных вариантах область 1017 загрузки может быть закрыта внутри подходящего вакуумного контейнера, либо электроды 1002, плазмоэлектрический преобразователь 1006 и/или какие-либо другие подходящие компоненты системы 1020 могут находиться в вакуумном контейнере. Подходящие давления могут быть в диапазоне от приблизительно атмосферного давления до примерно 10"10 мм рт.ст. или более. Для создания и поддержания давлений, соответствующих вакууму, система 1020 генерации энергии может содержать какие-либо подходящие вакуумные насосы, клапаны, вводы, выводы, например. Далее, вакуумный контейнер может быть по существу жестким или по существу гибким (например, мешок или другой деформируемый материал) и может быть изготовлен из какого-нибудь подходящего материала, например, металла или пластмассы. Подходящие контейнеры могут создавать или поддерживать среду с уменьшенным содержанием кислорода или бескислородную среду или могут содержать некоторое количество инертного газа,
например, аргона, азота или других благородных газов, чтобы помочь управлять реакциями в плазме.
На Фиг. 15А область 1017 загрузки топлива ограничена электродами 1002, а сами электроды 1002 и твердое топливо 1003 открыты в окружающую среду. На Фиг. 15В, каждый из электродов 1002 имеет полукруглые участки, сконфигурированные для взаимодействия с целью образования более закрытой области 1017 загрузки топлива. Электроды 1002 могут закрывать область 1017 загрузки топлива полностью или могут иметь открытые участки, через которые, например, может выходить расширяющаяся плазма. Электроды 1002 могут приближаться один к другому или отдаляться один от другого, чтобы открыть или закрыть область 1017 загрузки, либо могут оставаться неподвижными. На Фиг. 15С электроды 1002 и область 1017 загрузки топлива могут быть полностью или частично расположены внутри элемента 1001. Этот элемент 1001 может быть сконфигурирован так, чтобы открываться и закрываться для доставки твердого топлива 1002 в область 1017 загрузки топлива. Как обсуждается выше, элемент 1001 может содержать вакуумный контейнер, а электроды 1002 и область 1017 загрузки топлива могут находиться при отрицательных давлениях. Как показано на Фиг. 15D, элемент 1001 может закрывать внутри область 1017 загрузки топлива, электрод 1002 и плазмоэлектрические преобразователи 1006. Давление внутри элемента 1001 может быть приблизительно равным атмосферному давлению или может быть отрицательным, чтобы область 1017 загрузки топлива, электроды 1002 и плазмоэлектрические преобразователи 1006 находились при вакуумных давлениях. Как показано на Фиг. 15С, элемент 100 может частично или полностью закрывать внутренние компоненты и может быть сконфигурирован, чтобы открываться и закрываться для помещения твердого топлива в область 1017 загрузки топлива.
Электроды 1002 могут быть автономными или могут составлять часть большего компонента в системе 1020 генерации энергии. Например, в варианте, показанном на Фиг. 12, электроды 1002 могут входить составной частью в элемент для каталитического образования гидрино. Система генерации энергии может содержать один или несколько элементов. Каждый элемент может в свою очередь содержать по меньшей мере два электрода 1002. Как показано на Фиг. 12, в элементе 1001 два или более электродов 1002 могут взаимодействовать один с другим для ограничения области 1017 загрузки топлива. В некоторых вариантах, содержащих элемент 1001, электроды 1002 могут подвести к твердому топливу 1003 низковольтный импульс сильного тока большой мощности, чтобы инициировать очень высокую интенсивность реакции и высвобождение энергии. Кроме того, давления в элементе 1001 могут быть отрицательными, чтобы способствовать
генерации плазмы и манипуляциям с ней, а также управлению реакционной способностью образовавшейся плазмы. Например, область 1017 загрузки топлива и/или электроды 1002 могут находиться в вакууме от давления чуть ниже атмосферного до уровня приблизительно 10"10 мм рт.ст или более. Соответственно, система 1020 может содержать какие-либо вакуумные насосы, клапаны, вводы, выводы и т.п. для создания и поддержания вакуумных давлений.
В некоторых вариантах топливо 1003 и электроды 1002 могут быть противоположно электростатически заряжены, чтобы способствовать загрузке твердого топлива 1003 в область 1017 загрузки топлива, так что твердое топливо 1003 может электростатически притягиваться к заданной области каждого электрода 1002, где происходит воспламенение топлива. В варианте, показанном на Фиг. 16, поверхности электродов 1002 могут быть параллельны направлению силы тяжести. Это может позволить твердому топливу 1003 поступать в область 1017 загрузки топлива из области, находящейся над электродами 1002. Далее, области электродов 1002, ограничивающие область 1017 загрузки топлива, могут быть гладкими или могут быть текстурированы, например, чтобы способствовать воспламенению твердого топлива 1003.
В некоторых вариантах электроды 1002 могут содержать подвижные участки, например, чтобы инициировать воспламенение твердого топлива 1003. Один из электродов может иметь подвижную часть, сконфигурированную для взаимодействия с поверхностью одного или нескольких других электродов, или один из электродов может иметь подвижную часть, сконфигурированную для взаимодействия с подвижной частью одного или нескольких других электродов.
В варианте, показанном на Фиг. 16, электроды 1002 могут иметь подвижные механизмы 1002а сжатия, сконфигурированные для взаимодействия одного с другим, чтобы приложить сжимающее усилие к твердому топливу 1003. Например, один или несколько электродов 1002 могут содержать зубчатые колеса, расположенные рядом с областью загрузки топлива 1017. Подходящие зубчатые колеса могут представлять собой, например, конические зубчатые колеса, прямозубые зубчатые колеса, косозубые зубчатые колеса, шевронные зубчатые колеса и винтовые зубчатые колеса, причем эти зубчатые колеса могут иметь любое подходящее число или ориентацию зубьев. Как показано на Фиг. 17А, твердое топливо 1003 может быть принято в области 1017 загрузки топлива между зубчатыми колесами. Твердое топливо 1003 может попадать в зазоры между зубьями зубчатого колеса и может быть сжато посредством сопряженного зуба сопряженного зубчатого колеса. Например, как показано на Фиг. 17В, зубчатые колеса могут взаимодействовать, а зубчатое колесо с п зубьями (где п - целое число) может
принимать твердое топливо 1003 в n-ом зазоре между зубьями, а топливо в (п-1) зазоре между зубьями может быть сжато (п-1)-зубом сопряженного зубчатого колеса. В некоторых вариантах, твердое топливо 1003 и области приема топлива зубчатых колес электродов 1002 могут иметь противоположные электростатические заряды, так что при поступлении к электродам твердое топливо 1003 электростатически прилипает к области одного или обоих электродов, где топливо воспламеняется, когда зубья входят в зацепление.
На Фиг. 17А и 17В, механизмы 1002а сжатия показаны в виде области электродов 1002. В другом варианте механизмы 1002а сжатия могут представлять собой электроды 1002 целиком. Такой вариант показан на Фиг. 18А и 18В. Далее, когда механизмы 1002а сжатия могут двигаться (в этом случае - вращаться), электроды 1002 могут также сближаться и расходиться от каждого акта сжатия, как это показано на Фиг. 17А и 17В и на Фиг. 18А и 18В. В качестве альтернативы, механизмы 1002а сжатия могут двигаться (в этом случае - вращаться), а электроды 1002 могут оставаться неподвижными.
В некоторых вариантах, один или несколько электродов 1002 могут содержать валики вместо или в дополнение к зубчатым колесам в качестве механизмов 1002а сжатия. Например, вариант, показанный на Фиг. 24, содержит валики вместо зубчатых колес. Валики могут быть расположены в оконечных областях электродов 1002 и могут быть отделены зазором, чтобы способствовать подаче твердого топлива 1003 между электродами, и могут приближаться один к другому, когда твердое топливо 1003 попало в область 1017 загрузки топлива, для приложения усилия сжатия к топливу. В других вариантах, электроды 1002 и валики могут быть сконфигурированы так, чтобы оставаться на месте, а твердое топливо 1003 может быть подано к валикам с одной стороны, например загружено к валикам без перемещения электродов 1002 ближе один к другому или дальше один от другого. Твердое топливо 1003 и область приема топлива на валиках электродов 1002 могут быть противоположно заряжены, так что при поступлении к электродам твердое топливо 1003 электростатически прилипает к области одного или обоих электродов, где валики встречаются и топливо воспламеняется.
В подвижных вариантах на электроды 1002 может действовать механическое смещение, толкающее их один к другому или отталкивающее их одного от другого. Например, в некоторых подвижных вариантах валики или зубчатые колеса электродов 1002 могут испытывать смещение в направлении один к другому. Такое механическое смещение электродов 1002 или подвижных участков этих электродов 1002 может быть достигнуто с использованием, например, пружин, либо пневматических или гидравлических механизмов.
Сжатие твердого топлива 1003 между валиками или зубчатыми колесами может помогать воспламенению и в некоторых вариантах, содержащих зубчатые колеса, зацепление зубьев смежных зубчатых колес и давление на твердое топливо 1003 (сжатие) может создавать электрический контакт между сопряженными зубьями через электропроводное топливо. В некоторых вариантах зубчатые колеса могут содержать электропроводный материал в области зацепления, контактирующей с топливом при зацеплении двух колес, и изоляционный материал в других областях, так что электрический ток избирательно течет сквозь топливо. Например, зубчатые колеса могут быть выполнены из или покрыты неэлектропроводным или изоляционным материалом, например, керамикой, кварцем, тонкой пленкой алмаза или другим подходящим материалом или сочетанием материалом, и могут быть покрыты электропроводным материалом, например, электропроводным металлом в области зацепления с другим колесом. В других вариантах, зубчатые колеса могут быть изготовлены из электропроводного материала и могут быть покрыты неэлектропроводным или изоляционным материалом вне области зацепления. Сильный электрический ток через область электрического контакта между сопряженными зубьями и топливом, может инициировать воспламенение твердого топлива 1003. Зубчатые колеса или валики могут быть текстурированными, например, для увеличения трения и стимулирования воспламенения. В некоторых вариантах подача твердого топлива 1003 может быть синхронизирована с перемещением зубчатых колес или валиков.
Плазма, образовавшаяся при воспламенении твердого топлива 1003, может расширяться в стороны от зубчатых колес, валиков или оконечных областей электродов 1002, а плазмоэлектрические преобразователи могут быть помещены на пути потока для приема плазмы. В некоторых вариантах, где из области электродов 1002 выбрасываются два или более потоков плазмы в противоположных осевых направлениях, свой преобразователь может быть помещен на пути каждого потока. Осевой поток может проходить через магнитогидродинамический (МГД (MHD)) преобразователь, либо плазма может быть в стационарном или в потоковом контакте с плазмодинамическим (PDC) преобразователем энергии. Другие направления потоков могут быть реализованы с использованием ограничивающих магнитов, таких как катушки Гельмгольца или магнитная бутылка, например.
Например, в подвижном варианте поток расширяющейся плазмы может быть направлен вдоль оси, параллельной валу зубчатых колес (если таковые есть), которые могут также быть поперечны направлению подачи топлива в область 1017 загрузки топлива. Твердое топливо 1003 может непрерывно подаваться к зубчатым колесам или
валикам, которые вращаются для проталкивания топлива через зазор. Твердое топливо 1003 может непрерывно воспламеняться, когда оно вращается для заполнения промежутка между электродами в областях зацепления групп зубчатых колес или на противоположных сторонах группах валиков. Электропроводное твердое топливо 1003 может замкнуть электрическую цепь между электродами 1002, так что сильный электрический ток через твердое топливо 1003 может воспламенить топливо. В некоторых вариантах выходная мощность может быть в основном в стационарном состоянии. В некоторых вариантах твердое топливо 1003 может поступать прерывисто, чтобы расширяющаяся плазма не прерывала поток топлива. Например, поступление твердого топлива 1003 может происходить через синхронизированные интервалы или может быть инициировано на основе выходной мощности, либо автоматически, например, с использованием механизма обратной связи или вручную. Примеры механизмов подачи будут ниже описаны подробно.
В одном из примеров вариантов, электроды 1002 (действующие как часть генератора энергии) могут генерировать время от времени вспышки энергии из элемента 1001. В качестве альтернативы, система 1020 генерации энергии может содержать несколько элементов 1001, передавая на выход суперпозицию энергий индивидуальных элементов во время синхронизированных событий вспышек твердого топлива 1003. Синхронизация событий между несколькими элементами может обеспечить более непрерывную выходную мощность.
Электроды 1002 могут быть расположены таким образом, что они образуют контакт один с другим в противоположных точках по длине электродов, чтобы вызвать последовательность импульсов сильного тока и вспышек реакций с большой скоростью и интенсивностью вдоль группы электродов в заданной позиции. Противоположные точки контактов на противоположных электродах могут быть созданы путем механического перемещения соответствующих соединений в точки контактов или путем электронного переключения соединений. Эти соединения могут быть сделаны синхронно для достижения более стационарной выходной мощности от элемента или нескольких элементов.
После воспламенения энергия образовавшейся плазмы может быть преобразована в электроэнергию посредством подходящего преобразователя энергии плазмы. Преобразователь энергии плазмы может преобразовать энергию плазмы в какую-либо подходящую форму неплазменной энергии, включая, например, механическую, ядерную, химическую, тепловую, электрическую и электромагнитную энергию и какие-либо подходящие сочетания этих видов энергии. Описания примеров подходящих
преобразователей энергии плазмы приведены в разделе "Плазмодинамический преобразователь (PDC)", в разделе "Магнитогидродинамический преобразователь (MHD)", разделе "Прямой электромагнитный преобразователь (со скрещенными полями
или дрейфовый)", разделе "Прямой Е х 5-преобразователь", раздел "Преобразователь дрейфа зарядов", разделе "Магнитное ограничение" и в разделе "Твердотопливный элемент для индуцированного катализатором образования гидрино (SF-СШТ)". Подробности относительно этих и других плазмоэлектрических преобразователей энергии приведены в моих предшествующих публикациях, таких как "Способ прямого плазмодинамического преобразования тепловой энергии плазмы в электроэнергию" (R. М. Mayo, R. L. Mills, М. Nansteel, "Direct Plasmadynamic Conversion of Plasma Thermal Power to Electricity," IEEE Transactions on Plasma Science, October, (2002), Vol. 30, No. 5, pp. 2066-2073); "Относительно потенциальных возможностей прямого и магнитогидродинамического преобразования энергии нового плазменного источника в электроэнергию для приложений с микрораспределенным питанием" (R. М. Mayo, R. L. Mills, М. Nansteel, "On the Potential of Direct and MHD Conversion of Power from a Novel Plasma Source to Electricity for Microdistributed Power Applications," IEEE Transactions on Plasma Science, August, (2002), Vol. 30, No. 4, pp. 1568-1578); "Прямое плазмодинамическое преобразование тепловой энергии плазмы в электроэнергию для приложений с микрораспределенным питанием" (R. М. May о, R. L. Mills, "Direct Plasmadynamic Conversion of Plasma Thermal Power to Electricity for Microdistributed Power Applications," 40th Annual Power Sources Conference, Cherry Hill, NJ, June 10-13, (2002), pp. 1-4 ("Mills Prior Plasma Power Conversion Publications")), которые включены сюда посредством ссылки во всей своей полноте, и моими прошлыми заявками, такими как "Микроволновый элемент питания" (Microwave Power Cell), "Химический реактор" (Chemical Reactor) и "Преобразователь энергии" (Power Converter), PCT/US02/06955, подана 3/7/02 (короткая версия), PCT/US02/06945 подана 3/7/02 (длинная версия), US номер дела 10/469,913 подано 9/5/03; "Плазменный реактор и способ получения водородных химических частиц с уменьшенными энергиями" (Plasma Reactor And Process For Producing Lower-Energy Hydrogen Species), PCT/US04/010608 подана 4/8/04, US/ 10/552,585 подана 10/12/15; и "Водородный источник энергии, плазма и реактор для лазеров и преобразование энергии" (Hydrogen Power, Plasma, and Reactor for Lasing, and Power Conversion), PCT/US02/35872 подана 11/8/02, US/ 10/494,571 подана 5/6/04 ("Mills Prior Plasma Power Conversion Publications"), которые включены сюда посредством ссылки во всей своей полноте. Каждый элемент может вырабатывать тепло, равно как и плазму, в качестве побочных продуктов воспламенения топлива. Тепло может быть использовано
непосредственно или может быть преобразовано в механическую или в электрическую энергию с использованием какого-либо подходящего преобразователя или сочетания преобразователей, включая, например, тепловой двигатель, такой как паровой двигатель, или паровая или газовая турбина с генератором, двигатель с циклом Ранкина или с циклом Брайтона, или двигатель Стерлинга. Для преобразования энергии каждый элемент может быть сопряжен с каким-либо преобразователем тепловой энергии или преобразователем энергии плазмы в механическую или электрическую энергию, например, таким как плазмоэлектрический преобразователь, тепловой двигатель, система с паровой или газовой турбиной, двигатель Стерлинга или термоионный или термоэлектрический преобразователь. Среди примеров преобразователей энергии плазмы можно указать плазмодинамический преобразователь энергии, прямой ЕЖ -преобразователь, магнитогидродинамический преобразователь энергии, магнитогидродинамический преобразователь энергии с магнитным зеркалом, преобразователь дрейфа заряда, преобразователь Поста или преобразователь энергии типа "оконные жалюзи", гиротрон, микроволновый преобразователь энергии с группированием фотонов и фотоэлектрический преобразователь, прямой электромагнитный преобразователь (со скрещенными полями или дрейфовый) или какой-либо другой подходящий преобразователь или сочетание преобразователей. В некоторых вариантах элемент может содержать по меньшей мере один цилиндр двигателя внутреннего сгорания. Примеры элементов описаны здесь подробно.
Энергия плазмы, преобразованная в электроэнергию, может быть в некоторых вариантах, рассеяна во внешней схеме. Как показывают расчеты и эксперименты, в некоторых случаях можно добиться коэффициента преобразования энергии плазмы в электроэнергию более 50%.
В некоторых вариантах энергия образовавшейся плазмы может быть прямо преобразована в электроэнергию. В процессе каталитического преобразования водорода Н происходит ионизация электронов из НОН, служащего катализатором, за счет энергии, передаваемой от водорода Н, подвергающегося каталитическому преобразованию, катализатору НОН. Эти электроны могут быть переданы в схему сильного тока, чтобы не допустить самоограничения каталитической реакции из-за накопления заряда. Быстрая реакция порождает вспышку, которая в свою очередь вызывает массовую ионизацию электронов. Высокая скорость радиального расширения плазмы взорвавшегося топлива может, в некоторых вариантах, привести к сосредоточению по существу 100% ионизированной плазмы в сильном круговом магнитном поле, создаваемом протекающим током, и к магнитогидродинамическому преобразованию энергии на скрещенных
электродах. Величина этого напряжения может быть увеличена в направлении полярности внешнего воздействия, поскольку это направление лоренцева отклонения, обусловленного направлением тока и соответствующими направлениями вектора магнитного поля и радиального потока. В одном из вариантов, использующем магнитогидродинамическое преобразование энергии и постоянный ток, поданный извне сильный постоянный ток может быть таким, что соответствующее магнитное поле является полем постоянного тока.
В одном из вариантов, использующем принципы магнитного разделения пространственного заряда, может быть применен плазмодинамический преобразователь 1006 энергии. Вследствие меньшей массы электронов по сравнению с положительными ионами электроны могут быть ограничены магнитными силовыми линиями намагниченного электрода, например, цилиндрического намагниченного электрода или электрода в приложенном извне магнитном поле. Таким образом, подвижность электронов ограничена, тогда как положительные ионы могут относительно свободно сталкиваться с намагниченным электродом, обладающим собственным магнитным полем или намагниченным внешним магнитным полем. И электроны, и положительные ионы полностью сталкиваются с ненамагниченным противоэлектродом, который может содержать электрический проводник, ориентированный в направлении, перпендикулярном магнитному полю, поданному на намагниченный внешним магнитным полем электрод. Плазмодинамическое преобразование ("PDC") извлекает энергию непосредственно из тепловой и потенциальной энергии плазмы и не опирается на поток плазмы. Вместо этого, извлечение энергии посредством PDC-преобразования использует разность потенциалов между намагниченным и ненамагниченным электродами, погруженными в плазму, для передачи тока во внешнюю нагрузку и тем самым извлекает электрическую энергию непосредственно из запасенной тепловой энергии плазмы. Плазмодинамическое преобразование тепловой энергии плазмы в электроэнергию может быть реализовано путем погружения по меньшей мере двух плавающих электрических проводников непосредственно в объем высокотемпературной плазмы. Один из этих проводников может быть намагничен внешним электромагнитным полем или постоянным магнитом, либо он может быть намагничен собственным магнитным полем. Другой может быть ненамагниченным. Разность потенциалов возникает вследствие разницы между подвижностью зарядов тяжелых положительных ионов и подвижностью легких электронов. Это напряжение подают на электрическую нагрузку.
Система 1020 генерации энергии может также содержать дополнительные внутренние или внешние электромагниты или постоянные магниты или может иметь
несколько намагниченных собственным магнитным полем или ненамагниченных электродов, например, цилиндрических электродов, таких как игольчатые электроды. Источник однородного магнитного поля В, параллельного каждому электроду, может быть создан электромагнитом, например, одной или несколькими катушками Гельмгольца, которые могут быть сверхпроводниковыми или постоянными магнитами.
Магнитный ток может быть подан в твердое топливо 1003, чтобы инициировать воспламенение. Источник 1004 электроэнергии, как показано на Фиг. 12, может подавать энергию к электродам 1002 для воспламенения твердого топлива 1003. В таких вариантах магнитное поле, создаваемое сильным полем источника 1004 электроэнергии, может быть увеличено путем пропускания этого тока через несколько витков катушки электромагнита перед тем, как пропустить ток через твердое топливо 1003. Напряженность магнитного поля В можно регулировать для получения заданного радиуса вращения положительных ионов относительно электронов с целью максимального увеличения мощности на электродах. В некоторых вариантах по меньшей мере один намагниченный электрод может быть ориентирован параллельно приложенному магнитному полю В, и по меньшей мере один соответствующий противоэлектрод может быть ориентирован перпендикулярно магнитному полю В, так что он не намагничен из-за ориентации относительно направления поля В. Энергия может быть передана в нагрузку по проводам, соединенным по меньшей мере с одним противоэлектродом. В некоторых вариантах электродом может служить стенка элемента.
В некоторых вариантах, плазма, образующаяся в результате события воспламенения, может представлять собой расширяющуюся плазму. При образовании расширяющейся плазмы подходящим способом преобразования энергии может быть магнитогидродинамическое (МГД (MHD)) преобразование. В качестве альтернативы, в некоторых вариантах плазма может быть ограничена. В дополнение к системе преобразования энергии плазмы система генерации энергии может также содержать систему ограничения плазмы, например, соленоидальные поля или магнитную бутылку, с целью ограничения плазмы и извлечения большей энергии от энергетических ионов в виде электроэнергии. Магниты могут представлять собой один или несколько электромагнитов и постоянных магнитов. Магниты могут представлять собой открытые катушки, например, катушки Гельмгольца. Плазма может быть также ограничена в магнитной бутылке или с применением каких-либо других систем и способов, известных специалистам в рассматриваемой области.
Плазмоэлектрический преобразователь 1006 энергии, показанный на Фиг. 12, 15А-15С и 16, может представлять собой магнитогидродинамический преобразователь
энергии. Положительные и отрицательные ионы испытывают лоренцево отклонение в противоположных направлениях и попадают на соответствующие электроды для оказания воздействия на напряжение между этими электродами. Соответственно, можно использовать два магнитогидродинамических преобразователя энергии - по одному на пути каждого потока ионов. Типовой МГД-способ создания массопереноса ионов состоит в расширение находящегося под высоким давлением газа, "засеянного" ионами, через сопло для создания высокоскоростного потока ионов через поперечное магнитное поле мимо группы электродов, ориентированных поперечно относительно отклоняющего поля, для приема отклоненных ионов. Согласно настоящему изобретению давление обычно выше атмосферного, но это не обязательно, а направленный массоперенос может быть достигнут посредством воспламенения твердого топлива для образования сильно ионизированной радиально расширяющейся плазмы.
В одном из вариантов, магнитогидродинамический преобразователь энергии представляет собой сегментированный генератор Фарадея. В другом варианте, поперечный ток, образованный в результате лоренцева отклонения потока ионов, испытывает дальнейшее лоренцево отклонение в направлении, параллельном входному потоку ионов (z-оси) для генерации напряжения эффекта Холла между по меньшей мере первым электродом и вторым электродом, смещенными один относительно другого вдоль z-оси. axis. Такое устройство известно в технике как генератор Холла в качестве варианта магнитогидродинамического преобразователя энергии. В некоторых вариантах, система 1020 генерации энергии может содержать диагональный генератор с конструкцией типа "оконная рама", имеющей электроды, наклоненные относительно z-оси в плоскости ху.
В каждом случае напряжение может создавать ток через электрическую нагрузку. Как показано на Фиг. 19, магнитогидродинамический преобразователь 1006 может содержать источник магнитного потока 1101, поперечного относительно z-оси, а ионы могут течь в направлении 1102. Таким образом, ионы могут иметь преобладающую составляющую скорости вдоль z-оси вследствие ограничивающего поля 1103, создаваемого катушками 1104 Гельмгольца, что заставляет ионы распространяться в область поперечного магнитного потока. Сила Лоренца, действующая на распространяющиеся электроны и ионы, определена формулой F = ev х В Эта сила действует поперек вектора скорости ионов и магнитного поля и ориентирована в противоположных направлениях для положительных и отрицательных ионов. Это может создавать поперечный ток. Источник поперечного магнитного поля может содержать компоненты, создающие поперечные магнитные поля разной напряженности в функции позиции на z-оси, с целью оптимизировать поперечное отклонение текущих ионов,
имеющих дисперсию параллельной скорости.
Магнитогидродинамический преобразователь 1006 энергии, показанный на Фиг. 19, может также иметь по меньшей мере два электрода 1105, которые могут быть ориентированы поперечно магнитному полю для приема отклоненных в поперечном направлении силой Лоренца ионов, которые создают напряжение между этими электродами 1105. Энергия с выхода МГД-преобразователя может рассеиваться в электрической нагрузке 1106. Электроды 1002, показанные на Фиг. 12 - 16, также могут служить электродами МГД-преобразователя. Магнитогидродинамический преобразователь 1006 энергии, показанный на Фиг. 19, может также содержать дополнительную группу катушек Гельмгольца (не показана) для создания лоренцева отклоняющего поля, действующего на поток плазмы в области магнитного расширения, с целью генерации на электродах 1105 напряжения, приложенного у нагрузке 1106.
В некоторых вариантах магнитогидродинамического преобразователя 1006 энергии 1006, поток ионов вдоль z-оси, в котором продольная составляющая скорости много больше поперечной составляющей (vD "v±), может затем входить в секцию сжатия. В
этой секции сжатия может быть создан возрастающий осевой градиент магнитного поля, где составляющая vD движения электронов параллельно направлению z-оси по меньшей
мере частично преобразуется в перпендикулярное движение vL в соответствии с
У 2
адиабатическим инвариантом = constant. При этом появляется направленный вокруг
z-оси азимутальный ток, обусловленный составляющей vL движения. Ток может
отклоняться радиально в плоскости движения под воздействием осевого магнитного поля для генерации холловского напряжения, например, между внутренним кольцевым электродом и наружным кольцевым электродом в магнитогидродинамическом преобразователе энергии с дисковым генератором. В некоторых вариантах энергия плазмы также может быть преобразована в электроэнергию с использованием прямого ЕхВ-преобразователя или каких-либо других подходящих преобразователей энергии плазмы.
Как обсуждается выше, для того, чтобы способствовать манипуляциям и преобразованию плазмы и ионов, отдельные части или целиком магнитогидродинамический преобразователь 1006 энергии может находиться в вакууме. Например, давления в магнитогидродинамическом преобразователе 1006 энергии могут находиться в пределах от приблизительно атмосферного давления до отрицательных давлений приблизительно 10"10 мм рт.ст. или более. В некоторых вариантах, например,
ограничивающее поле 1103 и/или катушки 1104 Гельмгольца могут находиться в вакуумной среде,
Магнитное поле магнитогидродинамического преобразователя 1006 энергии может быть создано током от источника 1004 электроэнергии, который может протекать через дополнительные электромагниты, в дополнение к протеканию через твердое топливо 1003. В некоторых вариантах, магнитное поле магнитогидродинамического преобразователя 1006 энергии может быть создано током от отдельного источника питания.
Как кратко описано выше, система 1020 генерации энергии может содержать источник 1004 электроэнергии, сконфигурированный для подачи короткого импульса электрической энергии с сильным током при низком напряжении к твердому топливу
1003 через электроды 1002. Здесь может быть использован любой подходящий источник
1004 электроэнергии или сочетание таких источников 1004 электроэнергии, например, электрическая сеть, генератор, топливный элемент, солнечный, ветровой, химический, ядерный, приливной, тепловой, гидроэнергетический или механический источник, аккумулятор, источник 1020 питания или какой-либо другой источник. Источник 1004 энергии может содержать аппарат для точечной сварки Taylor-Winfield модель ND-24-75 и генератор импульсов тока до 10 к А ЕМ Test Model CSS 500N10 CURRENT SURGE GENERATOR, 8/20US UP TO 10KA. В некоторых вариантах, источник 1004 электроэнергии является источником постоянного тока, а преобразователь энергии плазмы находится в магнитном поле постоянного тока, например, с магнитогидродиначеским или Е х В -преобразователем энергии.
Источник 1004 электроэнергии может подводить сильный электрический ток к электродам 1002 (и элементу 1001, если имеется) и может подавать энергию другим компонентам системы 1020 генерации энергии, например, каким-либо преобразователям энергии плазмы или системам регенерации, для преобразования продуктов воспламенения твердого топлива назад, в первоначальное твердое топливо, которое может быть рециклировано.
В некоторых вариантах, источник 1004 электроэнергии может также принимать электрические токи, такие как сильные токи согласно настоящему описанию. За счет приема тока можно устранить самоограничивающее накопление заряда от реакции. Система может иметь один или несколько источников и потребителей тока. Например, система 1020 генерации энергии может содержать одну или несколько трансформаторных схем, LC-схем, RLC-схем, конденсаторов, ультраконденсаторов, катушек индуктивности, аккумуляторов и других низкоомных схем или схемных компонентов и компонентов для
накопления электроэнергии или каких-либо других устройств или сочетаний устройств, способных принимать токи.
Как показано в примерах, представленных на Фиг. 20 и 21, система 1020 генерации энергии может содержать и другие компоненты в дополнение к электродам, источнику электроэнергии и плазмоэлектрическим преобразователем 1006, обсуждавшимся со ссылками на Фиг. 12 - 19. Например, система 1020 генерации энергии может содержать механизм 1005 подачи для доставки твердого топлива 1003 в область 1017 загрузки топлива между электродами 1002. Выбор типа механизма подачи для системы 1020 генерации энергии может зависеть, по меньшей мере частично, от состояния, типа, размера или формы, например, топлива, доставляемого в область 1017 загрузки топлива. Например, в варианте, показанном на Фиг. 20, твердое топливо 1003 изображено в форме таблетки. Подходящий механизм 1005 подачи для таблеток топлива может содержать карусель, сконфигурированную для вращения, чтобы доставить таблетку в область 1017 загрузки топлива. В примере варианта, показанном на Фиг. 20, механизм 1005 подачи может нести несколько таблеток топлива, расположенных через определенные промежутки по периферии карусели. Когда карусель вращается, последовательные таблетки могут быть доставлены область 1017 загрузки топлива между электродами 1002.
В некоторых вариантах, на карусель могут быть предварительно загружены несколько (заданное число) таблеток топлива. Хотя на Фиг. 20 показано, что на карусель предварительно загружены восемь таблеток, число таблеток, предварительно загружаемых на механизм 1005 подачи, может быть любым. Карусель может иметь форму одноразового картриджа, сконфигурированного для удаления и замены. В таких вариантах механизм 1005 подачи может далее содержать индикатор для сообщения о числе оставшихся таблеток, числе использованных таблеток или о том, что картридж необходимо заменить. В некоторых вариантах, картридж может быть загружен таблетками, когда он уже на месте, либо он может быть загружен предварительно и затем загружен снова, когда таблетки будут израсходованы. Например, с механизмом 1005 подачи может взаимодействовать отдельный механизм для хранения и/или загрузки, чтобы заменять таблетки, когда они будут израсходованы. В таких повторно загружаемых или загружаемых вариантах картридж может быть заменяемым, одноразовым или постоянным.
Кроме того, процесс доставки таблеток твердого топлива 1003 в область 1017 загрузки топлива может содержать перемещение таблетки с карусели или просто позиционирование таблетки между электродами 1002, когда таблетка остается на карусели. Далее, хотя на Фиг. 20 показано, что таблетки на карусели не закрыты, эти
таблетки могут быть также заключены внутри карусели или частично окружены, например, наружной стенкой, индивидуальными перегородками между таблетками или могут свисать с карусели. Доставка таблетки в область 1017 загрузки топлива может содержать раскрытие доставленной таблетки или выдачу таблетки с карусели, например. В другом варианте, показанная на Фиг. 20 карусель, содержащая загруженные таблетки, может находиться в вакуумной камере, где также могут располагаться электроды 1002, область 1017 загрузки топлива и плазмоэлектрический преобразователь 1006.
В некоторых вариантах, в область 1017 загрузки топлива можно доставлять по одной таблетке за один раз. В других вариантах, в область 1017 загрузки топлива могут быть доставлены больше одной таблетки прежде воспламенения твердого топлива 1003. Твердое топливо 1003 может доставляться с постоянной скоростью или с переменной скоростью. Скорость доставки может быть изменена вручную или автоматически (например, на основе обратной связи или в соответствии с расписанием) с целью изменения выхода энергии или для поддержания по существу постоянной выходной мощности, например. Доставка топлива может быть синхронизирована с перемещением электродов 1002, когда они открываются и закрываются для приема топлива или когда они перемещаются для воспламенения топлива (в подвижных вариантах или в вариантах с подвижными механизмами 1002а сжатия).
В варианте, представленном на Фиг. 21, механизм 1005 подачи показан в виде бункера или накопительного резервуара для доставки твердого топлива 1003. Бункер может доставлять порции топлива, например, таблетки, показанные на Фиг. 20, или может доставлять гранулы твердого топлива 1003, например, в некоторых вариантах твердое топливо 1003 находится в этих гранулах в порошковой форме. Порошковое топливо может быть доставлено в индивидуальных капсулах аналогично тому, как доставляются таблетки, либо оно может быть доставлено в виде порций свободного порошка. Жидкое топливо может быть доставлено в капсулах, либо в виде потоков, паров, спреев или капель, например. Бункер может доставлять в область 1017 загрузки топлива одну или несколько таблеток или доставлять в эту область 1017 загрузки топлива дозированное количество потока порошка или жидкости. Как обсуждается выше со ссылками на Фиг. 20, количество или скорость подачи топлива в область 1017 загрузки топлива может быть постоянной или может изменяться в результате управления каким-либо подходящим способом.
Бункер может содержать желоб, клапан, капельницу или какую-либо подходящую структуру для направления и/или регулирования потока твердого топлива 1003 в область 1017 загрузки топлива. В некоторых вариантах, бункер может иметь форму раздатчика
жидкости, который может выдавать жидкую или газообразную форму твердого топлива 1003. Кроме того, бункер или какой-либо механизм 1005 подачи может содержать один или несколько датчиков для определения параметра твердого топлива или механизма подачи. Например, механизм 1005 подачи может быть связан с одним или несколькими датчиками для измерения, например, давления, температуры, уровня заполнения, перемещения, скорости потока или каких-либо других подходящих параметров. Датчики могут быть связаны с дисплеем, дозатором, системой управления или какими-либо подходящими средствами для передачи результатов измерения внешнему считывателю или средствами управления системой 1020 генерации энергии на основе измеренных параметров. Один или несколько датчиков могут помогать измерению или управлению подачей топлива в 1017, определению общего количества твердого топлива 1003, оставшегося или использованного, или определению состояния, в котором находится твердое топливо 1003, например.
В некоторых вариантах, бункер может быть расположен над областью 1017 загрузки топлива, так что во время доставки порции твердого топлива 1003 сила тяжести вызывает падение твердого топлива в область 1017 загрузки топлива. В других вариантах, бункер может быть расположен рядом или ниже области 1017 загрузки топлива или может быть сконфигурирован для выбрасывания или выталкивания твердого топлива в сторону или вверх, против силы тяжести с целью доставки твердого топлива 1003 в область 1017 загрузки топлива. Например, бункер может содержать рычаг, поршень, пружину, пневматику, шнек, транспортер, гидравлику, либо электрическое устройство или пусковое устройство или какой-либо другой подходящий механизм или сочетание механизмов для активного выталкивания (в противоположность пассивного падения под действием силы тяжести) твердого топлива 1003 в области 1017 загрузки топлива.
В некоторых порошковых вариантах твердое топливо 1003 может стекать из расположенного сверху бункера в виде прерывистого потока, а моменты выдачи потоков топлива могут быть синхронизированы применительно к размерам электродов 1002, когда они расходятся один от другого, чтобы принять потоки порошкового или сжиженного твердого топлива 1003, и сближаются один с другим, чтобы воспламенить поток топлива. В качестве альтернативы подача топлива может быть непрерывной.
В некоторых порошковых вариантах твердое топливо 1003 может иметь форму мелкого порошка, например, порошка, полученного в результате размалывания на шаровых мельницах (или каким-либо другим подходящим способом) регенерированного или переработанного топлива. Пример топливной смеси может содержать, например, переходный металл, его оксид и воду Н2О. В таких вариантах механизм 1005 подачи
может содержать распылитель (например, пневматический, аэрозольный, механический или электрический распылитель), так что мелкий порошок твердого топлива 1003 (например, в виде суспензии или тумана) может быть распылен в область 1017 загрузки топлива.
В варианте, показанном на Фиг. 22, лента транспортера может быть использована для подачи твердого топлива 1003. Например, лента транспортера может перемещать топливо в область 1017 загрузки вместо карусели. Лента транспортера может быть загружена предварительно, либо может быть загружена посредством загрузчика 1013 твердого топлива из источника 1014 топлива и транспортировать твердое топливо 1003 от источника в область 1017 загрузки топлива. Например, загрузчик 1013 может помещать порции твердого топлива 1003 из источника 1014 на ленту транспортера 1005, либо лента транспортера 1005 может взаимодействовать с источником топлива для вытягивания порции твердого топлива 1003 из источника, когда лента транспортера проходит мимо или через источник. Лента транспортера может проходить горизонтально к области 1017 загрузки топлива (либо на одно уровне, либо выше или ниже области 1017 загрузки топлива) или может проходить вертикально относительно области 1017 загрузки топлива. В вертикальных вариантах лента транспортера может иметь последовательность камер, ковшей или выступов, сконфигурированных для перемещения порций твердого топлива 1003 на ленте в область 1017 загрузки топлива. Кроме того, доставка твердого топлива 1003 в область 1017 загрузки топлива может содержать возможность для твердого топлива 1003 оставаться на ленте или сбрасывать это твердое топливо 1003 с ленты в область загрузки.
Еще в одной группе вариантов, механизм 1005 подачи может содержать шнековый транспортер с нитями, сконфигурированными для перемещения твердого топлива 1003, либо может иметь одно или несколько зубчатых колес, клапанов, рычагов, шкивов, распылителей, раздатчиков текучих материалов, капельниц или какого-либо другого механизма подачи.
Далее, какой-либо подходящий механизм 1005 подачи или сочетание механизмов 1005 подачи может быть использовано для подачи твердого топлива 1003 в область 1017 загрузки топлива. Например, бункер может быть использован в сочетании с каруселью или лентой транспортера для загрузки или повторной загрузки карусели или ленты транспортера с целью восполнения уже доставленного топлива, либо лента транспортера может доставить твердое топливо 1003 в бункер или на карусель.
Кроме того, как показано на Фиг. 23, механизм 1005 подачи может доставлять твердое топливо 1003 в несколько областей 1017 загрузки топлива, например, в некоторых
вариантах, в которых система 1020 содержит несколько групп электродов 1002 и/или несколько элементов 1001. В других вариантах, несколько механизмов 1015 подачи могут обслуживать несколько областей 1017 загрузки топлива, либо несколько механизмов 1005 подачи могут обслуживать одну область 1017 загрузки топлива. Такие варианты могут позволить увеличить генерацию энергии в системе 1020.
Система 1020 генерации энергии может также иметь систему отведения для удаления побочных продуктов отработанного топлива из области 1017 загрузки топлива. Эти побочные продукты могут содержать отработанное топливо, непрореагировавшее топливо или какие-либо продукты реакции твердого топлива 1003. Система отведения может быть отдельной от механизма 1005 подачи, либо механизм 1005 подачи может также осуществлять функцию удаления отработанного топлива в дополнение к загрузке электродов топливом для воспламенения.
В некоторых вариантах, в которых механизм 1005 подачи может также осуществлять функцию отведения, этот механизм 1005 подачи может, например, иметь форму ленты транспортера, перемещающей отработанное топливо из области 1017 загрузки топлива, причем эта лента транспортера может перемещать топливо в область 1017 загрузки топлива. В некоторых вариантах, твердое топливо 1003 и лента транспортера могут иметь форму непрерывной полосы, где воспламенение происходит только при протекании тока. В таких вариантах название твердое топливо 1003 может обозначать в общем случае участок ленты твердого топлива, и новые, еще не воспламененные участки ленты топлива могут входить в область 1017 загрузки топлива и затем после воспламенения выходить из этой области 1017 загрузки топлива. В других вариантах с лентой такая лента может содержать пакеты порошкового топлива или может содержать таблетки топлива, прикрепленные к ленте, так что когда лента топлива движется по транспортеру, пакеты или таблетки могут входить в область 1017 загрузки для воспламенения и затем выходить из области 1017 загрузки после израсходования.
В некоторых вариантах, механизм 1005 подачи может содержать карусель, которая вращается для доставки твердого топлива 1003 в область 1017 загрузки топлива, останавливается на время для воспламенения топлива и затем вращается дальше для удаления отработанного топлива из области и позиционирования новой порции твердого топлива 1003 в области 1017 загрузки топлива между электродами 1002 для следующей операции воспламенения. Карусель или лента транспортера или какой-либо другой механизм подачи, осуществляющий функции отведения и подачи топлива, может быть покрыт или изготовлен из подходящего материала, устойчивого против плавления или коррозии, например, керамики, кварца, тонкой пленки алмаза или металла (такого как
тугоплавкий сплав, жаропрочный устойчивый к оксидированию сплав [такой как TiAIN], или жаропрочной нержавеющей стали), или какого-либо подходящего сочетания этих материалов. Такие материалы могут позволить твердому топливу 1003 оставаться на механизме 1005 подачи во время воспламенения без существенного нарушения целостности механизма 1005 подачи. Механизмы подачи и/или удаления материалов, осуществляющие только одну из функций - подачи или удаления (отведения), также могут быть выполнены из аналогичных материалов или с аналогичными покрытиями для обеспечения дополнительной защиты или для уменьшения износа, например.
В некоторых вариантах, в которых система отведения выполнена отдельно от механизма 1005 подачи, система отведения может содержать карусель, ленту транспортера или какие-либо механизмы, описываемые со ссылками на механизм 1005 подачи, и может взаимодействовать с механизмом 1005 подачи или работать отдельно от механизма 1005 подачи. В некоторых вариантах, систем отведения может создавать импульс текучего материала (например, воды или воздуха), направленный так, чтобы вытолкнуть отработанное топливо из области 1017 загрузки топлива. В других вариантах, вакуум может всасывать отработанное топливо из области 1017 загрузки топлива, магниты могут отталкивать или притягивать отработанное топливо из области 1017 загрузки топлива, или электростатическая система сбора может перемещать отработанное топливо из области 1017 загрузки топлива под воздействием силы тяжести, например. Рычаг, движок, рейка, крюк, скребок или другое механическое устройство может выталкивать, вытягивать или поднимать отработанное топливо из области 1017 загрузки топлива. Отработанное топливо можно также удалять из плазмоэлектрического преобразователя 1006, такого как МГД-преобразователь, посредством аналогичного механизма.
Еще в одной группе вариантов система отведения может быть не нужна, поскольку отработанное твердое топливо 1003 может быть в значительной степени разрушено, испарено или "израсходовано" другим способом, так что после воспламенения твердого топлива 1003 останется лишь небольшое или пренебрежимо малое количество отработанного топлива.
В примере варианта, показанном на Фиг. 20, карусель может действовать в качестве частичной системы отведения для перемещения отработанного топлива из области 1017 загрузки топлива, но может также работать с дополнительной системой отведения 1013 для удаления твердого топлива из карусели, когда отработанное топливо уже удалено из области 1017 загрузки. Система 1013 отведения может быть аналогичным образом использована в сочетании с лентой транспортера или другим механизмом 1005
подачи, описанным выше. Система 1013 отведения может также осуществлять повторную загрузку неиспользованного твердого топлива 1003 на карусель или на другой механизм 1005 подачи для подачи в область 1017 загрузки.
Система 1013 отведения может также работать в сочетании с системой 1014 регенерации, которая может рециклировать отработанное топливо (например, путем преобразования в полезные компоненты, такие как топливо и энергетические материалы). Кроме того, механизм 1005 подачи может работать в сочетании с системой 1013 отведения и системой 1014 регенерации, как показано в примере варианта на Фиг. 20. Отработанное твердое топливо может быть удалено из области 1017 загрузки топлива посредством системы 1005 подачи, удалено из системы 1005 подачи посредством системы 1013 отведения, обработано посредством системы 1014 регенерации, после чего система 1005 подачи может быть пополнена регенерированным топливом из системы 1014 регенерации, например, посредством системы 1013 отведения, которая может также действовать в качестве системы повторной загрузки. В качестве альтернативы, система повторной загрузки может быть отделена от системы 1013 отведения.
В варианте, показанном на Фиг. 21, твердое топливо 1003 может быть выдано из имеющего бункер механизма 1005 подачи в область 1017 загрузки топливо. После воспламенения посредством электродов 1002 твердое топливо 1003 может быть частично или полностью испарено до газообразного физического состояния с целью образования плазмы в ходе полученной в результате вспышки. Образовавшаяся плазма может проходить сквозь плазмоэлектрический преобразователь 1006 энергии, а рекомбинированная плазма может превращаться в газообразные атомы и соединения. Эти газообразные атомы и соединения могут быть сконденсированы в конденсаторе 1015 и собраны и переданы в систему 1014 регенерации посредством системы 1013 отведения. Например, система 1013 отведения может содержать транспортерное соединение с системой 1014 регенерации, которая может быть далее соединена с бункерным механизмом 1005 подачи. Отработанное топливо может перемещаться из области 1017 загрузки топлива в конденсатор 1015 и/или в систему 1013 отведения, в систему 1014 регенерации, к компоненту хранения и/или к механизму 1005 подачи, и назад в область 1017. Конденсатор 1015 и система 1013 отведения могут представлять собой какую-либо подходящую систему или сочетание систем для сбора и перемещения материалов, включая, например, электростатическую систему сбора материалов, шнек, транспортер, карусель или пневматическую систему (например, вакуумную систему или систему с положительным давлением).
В некоторых вариантах, источник 1004 электроэнергии может обеспечивать
питание системы 1013 отведения и/или системы 1014 регенерации. Система 1020 генерации энергии может далее иметь выходные клеммы 1009, сконфигурированные для вывода энергии, генерируемой плазмоэлектрическим преобразователем 1006 энергии. Часть электрической выходной мощности от клемм 1009 может быть передана в систему
1013 отведения и/или в систему 1014 регенерации и/или конденсатору 1015 для
обеспечения энергии, позволяющей распространяться химическим реакциям,
необходимым для регенерации первоначального твердого топлива 1003 из продуктов
реакции. Энергия от выходных клемм 1009 может быть также использована для питания
каких-либо подходящих компонентов системы 1020 генерации энергии. В одном из
примеров вариантов твердого топлива, содержащего оксид металла, металл, устойчивый к
реакции с водой НЮ, и воду Н2О, регенерация состоит в регидратации продукта.
Система 1020 генерации энергии может также содержать систему терморегулирования. Например, система охлаждения может отводить от системы 1020 тепло, образующееся в результате воспламенения твердого топлива 1003. Как показано на Фиг. 20-25, система 1020 в качестве опции содержит теплообменник 1010. В примере варианта, показанном на Фиг. 24, часть тепла от теплообменника 1010 может быть передана в систему 1014 регенерации по линиям 1011 и 1012 хладагента. Тепло в системе
1014 регенерации может предоставлять тепловую мощность и энергию для
распространения химических реакций с целью регенерации первоначального твердого
топлива 1013 из продуктов реакции. В некоторых вариантах, часть выходной мощности от
плазмоэлектрического преобразователя 1006 может быть использована для питания
системы 1014 регенерации.
Систем 1014 регенерации может регенерировать твердое топливо 1003 с использованием каких-либо подходящих реакций или сочетания реакций, включая какие-либо реакции, описанные в разделе "Химический реактор" и в разделе "Твердотопливный элемент для индуцированного катализатором образования гидрино (SF-СШТ)", например, посредством добавления водорода Н2, воды НгО, тепловой регенерации или электролитической регенерации. Вследствие очень большого выигрыша в энергии, получаемой в результате реакции, по сравнению с входной энергией, нужной для инициирования реакции, который (выигрыш) в некоторых вариантах может составлять примерно 100 раз в случае NiOOH (например, 5.5 кДж на выходе по сравнению с 46 Дж на входе), продукты реакции (такие как М2О3 и МО) могут быть преобразованы в гидроксид и затем в оксигидроксид, посредством электрохимических реакций и/или химических реакций. В других вариантах, вместо никеля Ni могут быть использованы металлы, такие как, например, Ti, Gd, Со, In, Fe, Ga, Al, Cr, Mo, Cu, Mn, Zn и Sm, и соответствующие
оксиды, гидроксиды и оксигидроксиды. Твердое топливо 1003 может также содержать оксид металла и воду НЮ, а также соответствующий металл в качестве электропроводной матрицы. Продукт реакции может представлять собой оксид металла. Твердое топливо может быть регенерировано посредством восстановления водородом части оксида металла до металла, смешиваемого затем с оксидом, который был регидратирован. К подходящим металлам, имеющим оксиды, которые могут быть легко восстановлены до металла с использованием умеренного нагрева, например, меньше чем приблизительно 1000 °С, и водорода, относятся, например, Cu, Ni, Pb, Sb, Bi, Co, Cd, Ge, Au, Ir, Fe, Hg, Mo, Os, Pd, Re, Rh, Ru, Se, Ag, Тс, Те, TI, Sn, W, Al, V, Zr, Ti, Mn, Zn, Cr и In, или сочетания этих металлов.
В другом варианте, твердое топливо 1003 может содержать (1) оксид, который не может быть легко восстановлен посредством водорода № и умеренного нагрева, например, оксид алюминия, оксид щелочноземельного металла и оксид редкоземельного металла, (2) металл, имеющий оксид, который может быть восстановлен до металла посредством водорода Нг при умеренной температуре, например, меньше приблизительно 1000 °С, и (3) воду Н2О. Примером такого топлива является смесь MgO + Си + Н2О. Смесь восстанавливаемого водородом Нг оксида и невосстанавливаемого оксида может быть обработана водородом Нг и нагрета в умеренных условиях, так что только восстанавливаемый оксид металла преобразуется в металл. Эта смесь может быть гидратирована, чтобы содержать регенерированное топливо. Примером такого топлива является смесь MgO + Си + НгО; где продукт MgO + СиО подвергается восстановительной обработке водородом Нг для получения смеси MgO + Си, которую гидратируют до топлива.
В другом варианте, реагент может быть регенерирован из продукта путем добавления воды НгО. Например, топливо или энергетический материал мог содержать воду НгО и электропроводную матрицу, а регенерация может содержать добавление воды НгО к отработанному топливу. Процесс добавления воды НгО для регенерации отработанного топлива и образования твердого топлива 1003 может быть непрерывным или прерывистым. В других вариантах, реагент металл/оксид металла может содержать металл, обладающий низкой реакционной активностью с водой НгО, соответствующий оксиду, который может быть восстановлен до металла. Примером подходящего металла, обладающего низкой реакционной активностью с водой НгО, является один из металлов, выбранный из группы, например, Cu, Ni, Pb, Sb, Bi, Co, Cd, Ge, Au, Ir, Fe, Hg, Mo, Os, Pd, Re, Rh, Ru, Se, Ag, Тс, Те, TI, Sn, W, Al, V, Zr, Ti, Mn, Zn, Cr ИЛИ каких-либо сочетаний этих металлов. Металл этот может быть преобразован в оксидную форму в ходе реакции
воспламенения. Оксидный продукт, соответствующий металлическому реагенту, может быть регенерирован назад до первоначального металла посредством системы 1014 регенерации, где может происходить, в том числе, восстановление водородом, например, или другой подходящей системы. Водород может быть получен посредством электролиза Н2О. В другом варианте, металл регенерируют из оксида посредством восстановления углерода, восстановления с использованием восстановителя (например, металла, более активного в кислороде) или путем электролиза (такого как, например, электролиз в расплавленной соли). Образование металла из оксида может быть реализовано посредством каких-либо подходящих систем и способов, известных специалистам в рассматриваемой области.
В других вариантах, твердое топливо в виде гидратированной смеси металл/оксид металла может содержать металл, обладающий низкой реактивностью с водой Н2О и соответствующий оксиду, который не образуется в ходе воспламенения. Примером подходящего металла, обладающего низкой реакционной активностью с водой НгО, является один из металлов, выбранный из группы, например, Cu, Ni, Pb, Sb, Bi, Co, Cd, Ge, Au, Ir, Fe, Hg, Mo, Os, Pd, Re, Rh, Ru, Se, Ag, Тс, Те, TI, Sn, W, Al, V, Zr, Ti, Mn, Zn, Cr и In или каких-либо сочетаний этих металлов. Продукт реакции, содержащий непрореагировавший металл и оксид металла регидратируют для образования регенерированного твердого топлива. В другом варианте, твердое топливо содержит углерод, который содержит также воду НгО. Углеродный продукт, сконденсированный из плазмы, может быть регидратирован для восстановления твердой фазы в цикле регенерации.
Возможен вариант, когда твердое топливо 1003 используется только один раз, а этап регенерации не применяется. Например, углерод, содержащий водород Н и кислород О, (например, пароуглерод или активированный углерод) может быть примером подходящего реагента или твердого топлива 1003, которое может расходоваться без регенерации. В таких вариантах, система 1020 генерации энергии может не иметь в составе систему 1014 регенерации или конденсатор 1015.
Механические операции, описанные выше со ссылками на механизм 1005 подачи, систему 1013 отведения или систему 1014 регенерации, могут быть выполнены посредством какой-либо подходящей системы, известной специалистам в рассматриваемой области, например, пневматической системы, электромагнитной системы или системы с электродвигателем. Кроме того, механизм 1005 подачи, система 1013 отведения или система 1014 регенерации может получать питание отдельно от или в сочетании с источником 1004 электроэнергии, выходными клеммами 1009 и какими-либо
дополнительными источниками питания для каких-либо других компонентов в системе 1020 генерации энергии.
Пример процесса генерации энергии может протекать следующим образом. Воспламенение реагентов твердого топлива 1003 дает плазму. Плазмоэлектрический преобразователь 1006 может генерировать электроэнергию из этой плазмы. Плазмоэлектрический преобразователь 1006 может далее содержать конденсатор продуктов плазмы и транспортер, ведущий к механизму 1005 подачи. Механизм 1005 подачи, например карусель, может затем транспортировать продукты в систему 1013 отведения, которая транспортирует эти продукты от механизма 1005 подачи в систему 1014 регенерации. В системе 1014 регенерации, отработанное твердое топливо может быть регенерировано до первоначальных реагентов или твердого топлива 1003 и затем передано назад к механизму 1005 подачи через систему 1013 отведения или через отдельный компонент повторной загрузки.
Воспламенение твердого топлива 1003 ведет к генерации выходной плазмы и тепловой энергии. Энергия плазмы может быть непосредственно преобразована в электроэнергию посредством плазмоэлектрического преобразователя 1006 энергии, как обсуждается выше. Как показано в варианте, представленном на Фиг. 25, по меньшей мере некоторая доля энергии может быть ответвлена и сохранена в устройстве 1018 для аккумулирования энергии (накопителе) в составе системы 1020. Накопительное устройство 1018 может сохранять энергию в какой-либо подходящей форме, включая, например, электрическую, химическую или механическую энергию. Это накопительное устройство 1018 может содержать, например, конденсатор, трансформатор сильного тока, аккумулятор, маховик или какое-либо другое подходящее устройство для аккумулирования энергии, либо сочетание таких устройств. Накопительное устройство 1018 может входить в состав системы 1020, например, для сохранения энергии, генерируемой посредством плазмоэлектрического преобразователя 1006 энергии для использования системой 1020 позже, для использования позже другим устройством (например, внешней нагрузкой), или для демпфирования каких-то неравномерностей. Система 1020 может быть сконфигурирована для перезаряда или заполнения накопительного устройства 1018, которое может быть затем отсоединено после заполнения и присоединено к другому отдельному устройству для передачи энергии. Система 1020 может в качестве опции содержать накопительное устройство для аккумулирования энергии, сконфигурированное для приема и сохранения некоторой части или всей энергии, генерируемой системой 1020, для использования позже системой 1020, например, в качестве резервного источника питания. Как показано на Фиг. 25,
накопительное устройство 1018 может быть электрически соединено с формирователем 1007 выходной мощности и источником 1004 электроэнергии. Это может позволить часть энергии, генерируемой системой 1020, вернуть назад в систему 1020 через источник 1004 электроэнергии, где эта энергия может быть использована, например, для питания электродов 1002 или какого-либо другого компонента системы 1020. В других вариантах, накопительное устройство 1018 может не получать энергию, генерируемую системой 1020, а только отдавать энергию в систему 1020. Далее, вместо или в дополнение к накопительному устройству 1018 система 1020 может быть электрически соединена с внешним устройством или с электрической сетью, так что энергия, генерируемая системой 1020, может непосредственно питать отдельное устройство или прямо отдавать энергию в отдельную электрическую сеть. В некоторых вариантах, электрическая энергия с выхода элемента 1001 в системе 1020 может формировать короткий импульс сильного тока, воспламеняющий топливо в другом элементе, для повторного использования тем самым энергии системы 1020 без применения накопительного устройства 1018 для аккумулирования энергии. Далее, источник 1004 электроэнергии может содержать собственное накопительное устройство 1018 для приема энергии от системы 1020 с целью использования при подачи энергии в систему, как в варианте, показанном на Фиг. 25.
Каждый электрод 1002 и/или элемент 1001 отдает также тепловую энергию, которая может быть отведена от теплообменника 1010 посредством входной и выходной линий 1011 и 1012 для хладагента, соответственно. Эта тепловая энергия может быть использована непосредственно для нагрева или отопления, либо может быть преобразована в электроэнергию. Систем 1020 генерации энергии может далее содержать термоэлектрический преобразователь. Это преобразование может быть реализовано посредством какого-либо подходящего преобразователя энергии, например, силовой установки (такой, например, как обычные двигатели Ранкина или Брайтона), паровой силовой установки с бойлером, паровой турбины, генератора или газовой турбины с генератором. Примеры реагентов, реакций и систем регенерации и преобразователей энергии описаны, например, в международных Заявках на изобретения с номерами PCT/US08/61455, PCT/US09/052072, PCT/US 10/27828, PCT/US 11/28889, PCT/US 12/31369 и PCT/US 13/04193 8, каждая из которых включена сюда посредством ссылки во всей своей полноте. Другими подходящими преобразователями энергии могут быть, например, термоионные и термоэлектрические преобразователи энергии и тепловые двигатели (например, двигатели Стерлинга). Теплообменник 1010 может быть использован для охлаждения электродов 1002, плазмоэлектрического преобразователя 1006, области 1017 загрузки топлива или каких-либо подходящих компонентов системы 1020.
Электроэнергия, вырабатываемая системой 1020 генерации энергии, может быть далее отрегулирована посредством выходного формирователя 1007 энергии, соединенного с плазмоэлектрическим преобразователем 1006 через разъем 1008. Выходной формирователь 1007 может изменять характеристики качества генерируемой энергии, чтобы сделать ее совместимой с характеристиками внутренней или внешней электрической нагрузки, куда должна быть передана энергии. Такими характеристиками качества генерируемой энергии могут быть ток, напряжение, частота, шум/когерентность или какие-либо другие подходящие характеристики. Выходной формирователь 1007 и поток энергии от плазмоэлектрического преобразователя 1006, присоединенного посредством разъема 1008 могут быть регулируемыми для изменения характеристик потока энергии, например, с целью отражения изменений параметров электрической нагрузки или энергии, генерируемой системой 1020. Формирователи могут осуществлять одну или нескольких функций, включая, например, регулирование уровня мощности, регулирование напряжения, коррекцию коэффициента мощности, подавление шумов или защиту от импульсов переходных процессов. В одном из примеров вариантов, выходной формирователь 1007 энергии может обрабатывать поток энергии, генерируемый системой, чтобы сообщить ему нужную форму, например, переменный ток 60 Гц, для поддержания более постоянного напряжения на изменяющейся нагрузке.
После формирования поток выработанной энергии может быть передан от формирователя 1007 в нагрузку через выходные клеммы 1009. Хотя на примерах чертежей показаны два разъема 1008 к двум плазмоэлектрическим преобразователям 1006 и только один выходной формирователь 1007, система 1020 может содержать какое-либо подходящее число и конфигурацию таких устройств. Кроме того, система 1020 генерации энергии может иметь любое подходящее число и конфигурацию выходных клемм.
В некоторых вариантах, как описано выше, часть выходной мощности от выходных клемм 1009 может быть использована для питания источника 1004 электроэнергии, например, генерации напряжения 5 - 10 В, 10,000 - 40,000 А постоянного тока. МГД и PDC преобразователи энергии могут передавать на выход сильный постоянный ток при низком напряжении, позволяющий многократно возбуждать электроды 1002 для воспламенения последовательно поступающих порций топлива. В некоторых вариантах, можно использовать конденсатор большой мощности или аккумулятор для запуска элемента 1001 путем подачи энергии для первоначального воспламенения, так что энергию для последующих воспламенений предоставляет выходной формирователь 1007 энергии, который может в свою очередь получать энергию от плазмоэлектрического преобразователя 1006 энергии.
Кроме того, тепловая энергия может быть извлечена посредством теплообменника 1010, через который по входной 1011 и выходной 1012 линиям протекает хладагент. Можно также разместить дополнительные теплообменники на одной или нескольких стенках контейнера 1001 или плазмоэлектрического преобразователя, такого как МГД-преобразователь 1006. Каждый теплообменник может представлять собой теплообменник типа водяной стенки или такой теплообменник, в котором хладагент циркулирует в линиях, трубках или каналах. Тепло может быть передано в тепловую нагрузку или к термоэлектрическому преобразователю энергии. Энергия с выхода термоэлектрического преобразователя может быть использована для питания нагрузки, а часть этой энергии может быть использована для питания источника 1004 электроэнергии.
Система 1020 генерации энергии может далее содержать систему 1030 управления, которая может быть частью системы 1020 или может быть отдельной и/или изъятой из системы 1020. Система 1030 управления может служить монитором, контролирующим работу системы 1020, и/или может осуществить автоматизацию отдельных частей или всей системы 1020. Например, система 1030 управления может управлять синхронизацией моментов воспламенения, величиной тока или напряжения, используемого для воспламенения, скоростью механизма 1005 подачи и/или синхронизацией моментов времени подачи и/или количеством топлива, доставляемым в область 1017 загрузки топлива или удаляемым из нее, позиционированием и/или перемещением электродов 1002, регенерацией топлива, потоками вырабатываемой энергии в системе 1020 (например, для питания одного или нескольких компонентов или для сохранения в накопительном устройстве), потоком вырабатываемой энергии из системы 1020, инициированием охлаждения или нагрева системы 1020, а также система управления контролирует один или несколько параметров системы 1020 (например, температуру, давление, уровень заполнения, параметры генерации энергии, такие как ток и напряжение, магнитные поля, движение, индикаторы обслуживания или какие-либо другие подходящие параметры), включает и выключает систему 1020, инициирует механизмы безопасности или режим паузы или управляет какими-либо другими подходящими функциями системы 1020. В некоторых вариантах, система 1030 управления может только контролировать работу и состояние системы 1020 в качестве монитора.
Система 1020 генерации энергии может также содержать одно или несколько измерительных устройств 1025, связанных с одним или несколькими компонентами системы 1020 и сконфигурированных для измерения подходящих параметров. Хотя на Фиг. 20 показано только одно измерительное устройство 1025, расположенное на выходных клеммах 1009, одно или несколько измерительных устройств могут быть
связаны с любыми подходящими компонентами системы 1020 и могут располагаться внутри, на или рядом с какими-либо подходящими компонентами системы 1020 генерации энергии, в любом подходящем месте. Измерительные устройства 1025 могут быть связаны с дисплеем, счетчиком, системой 1030 управления или какими-либо подходящими средствами для передачи результатов измерений внешнему считывателю. Измерительные устройства 1025 может содержать датчики, такие как датчики для измерения температуры, давления, уровня заполнения, параметров генерации энергии (например, тока, напряжения), магнитных полей, движения, индикаторов обслуживания или каких-либо других подходящих параметров. Эти датчики могут быть сконфигурированы для извещения оператора системы 1020 или системы 1030 управления об определенных условиях, которые имеют место или возможны применительно к системе 1020, например, посредством аудио или визуальных сигналов. В некоторых вариантах, датчики, работающие в сочетании с системой 1020, могут образовать систему обратной связи, способствующую автоматизации системы 1020 на основе одного или нескольких измеренных параметров. В некоторых вариантах, один или нескольких параметров, измеряемых посредством измерительных устройств 1025, могут инициировать аварийное отключение или переход в режим паузы, например, если будет определено, что один или несколько параметров оказались выше или ниже заданного порога отсечки для предотвращения повреждения системы 1020 или окружающей области, или для способствования техническому обслуживанию или ремонту.
Система 1030 управления и/или измерительные устройства 1025 могут осуществлять связь с каким-либо подходящим компонентом системы 1020, с механизмами управлениями в системе 1020, чтобы способствовать автоматизации, либо с процессором или дисплеем. Система 1030 управления может содержать процессор, связанный с системой 1020 генерации энергии. Процессор может представлять собой, например, программируемый логический контроллер (Programmable Logic Controller (PLC)), программируемое логическое реле (Programmable Logic Relay (PLR)), пульт дистанционного управления (Remote Terminal Unit (RTU)), распределенную систему управления (Distributed Control System (DCS)), печатную плату (PCB) или процессор какого-либо другого типа, способный управлять системой 1020 генерации энергии. С системой 1030 управления может быть соединен дисплей, который может представлять собой устройство любого типа (например, электронно-лучевой (CRT) монитор, жидкокристаллический (LCD) экран и т.п.), способное представлять информацию графически. Измерительные устройства 1025 и/или система 1030 управления могут быть непосредственно соединены одни с другими и/или с компонентами системы 1020
(например, кабелями) или могут быть связаны беспроводным способом (например, WiFi, Bluetooth). Далее, система 1020 генерации энергии, измерительные устройства 1025 и/или система 1030 управления могут быть сконфигурированы для связи с удаленными устройствами, например, смартфоном или оборудованием для дистанционного управления выработкой энергии, чтобы создать возможность дистанционного контроля и/или управления системой 1020. Далее, если система 1020 генерации энергии полностью или частично автоматизирована, эта система 1020 может иметь функцию перехода на ручное управление, которая может быть активизирована дистанционно и/или на месте.
В некоторых вариантах, система 1020 генерации энергии может работать автономно или полуавтономно. Например, система 1020 может вырабатывать достаточно энергии для питания самой себя при продолжительной работе. Система 1020 может генерировать достаточно энергии для передачи энергии в устройство для аккумулирования энергии (накопитель), которое входит в состав этой системы 1020 и которое может быть использовано в качестве резервного источника питания в случае отключения главного источника питания или в случае, когда поступающей энергии недостаточно. Система 1020 может также генерировать достаточно энергии для питания внешней нагрузки, обеспечивая в то же время достаточно энергии для питания собственных нужд для продолжения работы в течение некоторого периода времени, не получая энергии от внешнего источника питания. Такие варианты системы 1020, особенно в сочетании с системой 1030 управления, могут позволить системе 1020 генерации энергии быть частично или полностью самодостаточной и автономной, например, быть, в качестве опции, независимой от электрической сети или от инфраструктуры, использующей ископаемое топливо.
Такие самодостаточные варианты могут быть полезны для энергоснабжения в труднодоступных местах, либо в местах, где источники питания не соответствуют потребностям или непредсказуемы, либо для автономного или бытового использования. Например, систему 1020 генерации энергии можно установить в удаленном пункте и затем оставить и контролировать ее работу дистанционно, если контролировать вообще, а система 1020 будет продолжать работать, генерировать достаточно энергии для работы (например, время от времени, по мере необходимости или непрерывно), генерируя при этом избыточную энергию для передачи в нагрузку. Система 1030 управления может управлять одним или несколькими компонентами системы 1020 с целью буферизации генерации энергии, чтобы, например, работать независимо от внешнего источника питания. В таких автономных и/или полу автономных вариантах система 1020 генерации энергии может содержать систему регенерации, как обсуждается выше, чтобы позволить
повторно использовать все или большую часть топливных реагентов, так что восполнять убыль реагентов потребуется менее часто, если потребуется вовсе. Кроме того, в некоторых вариантах, где требуется вода в качестве топлива или реагента для регенерации твердого топлива или энергетического материала, система 1020 генерации энергии может содержать, например, компонент для сбора воды, сконфигурированный для того, чтобы собирать воду из окружающей среды и отдавать в качестве компонента топлива в систему 1020. Этот компонент для сбора воды может содержать гигроскопичный материал, такой как один из материалов, указанных в настоящем описании, для извлечения воды НЮ из окружающей атмосферы.
Автономные, полуавтономные и неавтономные варианты настоящего изобретения могут быть использованы для питания внешней нагрузки. Варианты настоящего изобретения могут быть использованы для питания объектов домашнего хозяйства (например, систем отопления или охлаждения, бытовой аппаратуры, электронной техники и т.п.), транспортных средств (например, легковых автомобилей, грузовиков, самолетов, автопогрузчиков, поездов, лодок и других судов, мотоциклов и т.п.), для промышленного использования, в качестве местных электростанций или генераторов, для питания телекоммуникационного оборудования, например, центров обработки и передачи данных, или для каких-либо других подходящих приложений. Разнообразные примеры могут использовать разные типы топлива (например, твердые топлива на водной основе, содержащие главным образом воду Н2О, и топлива, обладающие высокой электропроводностью за счет электропроводного компонента твердого топлива), различные параметры воспламенения и/или различные конфигурации компонентов системы с целью генерации необходимого количества энергии для различных приложений, питающих разнообразные внешние нагрузки. Ниже приведены некоторые примеры устройств и обобщенные уровни потребления энергии этими устройствами для демонстрации примеров диапазонов мощностей, для получения которых может быть сконфигурирована система 1020 генерации энергии. Кроме того, автономные или полу автономные системы 1020 генерации энергии могут генерировать большую мощность, чем это нужно для конкретного использования, чтобы можно было избыточную мощность возвращать в систему 1020 для питания работы этой системы. Системы большей мощности могут быть получены путем сконфигурирования или соединения нескольких модульных систем 1020 генерации энергии. Соединение это может быть последовательным, параллельным или сочетать эти две схемы соединения для получения единой системы с нужными напряжением, током и мощностью.
Оборудование
Оборудование
Оборудование
Центральный кондиционер воздуха
5,000
Электрическая сушилка для одежды
3,400
Насос для колодца (1/3-1 л.с.)
4801,200
Увлажнитель
3001,000
Водонагреватель (40 галлонов (180 л))
5,000
Спутниковая антенна
Вентилятор
100
Стерео система
70-400
Зарядка для сотового телефона
2-4
Портативный нагреватель
1,500
Лампа накаливания 100 Вт
100
Коммерческий генератор
20-50 кВт
Поезд
10 МВт
Корабль
10 МВт
Самолет
100 МВт
X. Дополнительные варианты с генерацией механической энергии
В одном из вариантов настоящего изобретения предложена система для генерации механической энергии. Система может содержать источник электроэнергии, способный отдавать по меньшей мере около 5,000 А, камеру зажигания, сконфигурированную для генерации по меньшей мере плазмы и/или тепловой энергии, и устройство подачи топлива, сконфигурированное для подачи твердого топлива согласно настоящему изобретению в камеру зажигания. Примеры твердых топлив, подходящих для воспламенения воды или источника топлива на основе воды (обозначаемого в настоящем описании как твердое топливо или энергетический материал) для генерации механической энергии приведены в разделе "Двигатель с внутренним SF-СШТ-элементом" настоящего описания. Каждый из вариантов, рассматриваемых в этом разделе, может использовать твердые топлива согласно настоящему изобретению. Система может иметь также пару электродов, соединенных с источником питания и сконфигурированных для подачи энергии к твердому топливу для образования плазмы, и поршень, расположенный в камере зажигания и сконфигурированный для перемещения относительно камеры зажигания с целью вывода механической энергии.
В другом аспекте, система может содержать источник электроэнергии, способный отдавать по меньшей мере около 5,000 А, камеру зажигания, сконфигурированную для получения по меньшей мере плазмы и/или тепловой энергии, и устройство подачи топлива, сконфигурированное для подачи твердого топлива согласно настоящему изобретению в камеру зажигания Система может иметь также пару электродов, соединенных с источником питания и сконфигурированных для подачи энергии к твердому топливу для образования плазмы, и турбину, сообщающуюся по потоку жидкости или газа с выходом камеры и сконфигурированную для вращения с целью вывода механической энергии.
В другом аспекте система может содержать источник электроэнергии, способный отдавать по меньшей мере около 5,000 А, и рабочее колесо, сконфигурированное для
вращения с целью вывода механической энергии, где рабочее колесо может иметь полую область, сконфигурированную для генерации по меньшей мере плазмы и/или тепловой энергии, так что полая область имеет впускной канал, сконфигурированный для приема рабочей текучей среды. Система может далее содержать устройство подачи топлива, сконфигурированное для подачи твердого топлива согласно настоящему изобретению в полую область; и пару электродов, соединенных с источником электроэнергии и сконфигурированных для подачи электроэнергии в полую область с целью воспламенения твердого топлива и генерации плазмы.
В другом варианте, система может содержать источник электроэнергии, способный отдавать по меньшей мере около 5,000 А, и подвижный элемент, сконфигурированный для вращения с целью передачи механической энергии на выход, где этот подвижный элемент по меньшей мере частично образует камеру зажигания, сконфигурированную для генерации по меньшей мере плазмы и/или тепловой энергии. Кроме того, система может содержать устройство подачи топлива, сконфигурированное для передачи твердого топлива в камеру зажигания; и пару электродов, соединенных с источником электроэнергии и сконфигурированных для подачи энергии к твердому топливу с целью генерации плазмы.
В другом варианте, система может содержать источник электроэнергии, способный отдавать по меньшей мере около 5,000 А, и несколько камер зажигания, где каждая из нескольких камер зажигания сконфигурирована для генерации по меньшей мере плазмы и/или тепловой энергии. Система содержит также устройство подачи топлива, сконфигурированное для подачи твердого топлива в эти несколько камер зажигания; и несколько электродов, соединенных с источником электроэнергии, где по меньшей мере один из этих нескольких электродов ассоциирован по меньшей мере с одной из нескольких камер зажигания и сконфигурирован для подачи электроэнергии к твердому топливу с целью генерации плазмы.
В другом варианте, система может содержать источник электроэнергии, способный отдавать по меньшей мере около 5,000 А, камеру зажигания, сконфигурированную для генерации по меньшей мере плазмы дугового разряда и/или тепловой энергии; и устройство подачи топлива, сконфигурированное для подачи топлива на основе воды в камеру зажигания. Система может далее содержать пару электродов, соединенных с источником электроэнергии и сконфигурированных для подачи энергии к топливу с целью генерации плазмы дугового разряда; и поршень, имеющий связь по потоку текучей среды с камерой зажигания и сконфигурированный для перемещения относительно камеры зажигания с целью передачи механической энергии на выход.
В другом варианте, система может содержать источник электроэнергии, способный отдавать по меньшей мере около 5,000 А, камеру зажигания, сконфигурированную для генерации по меньшей мере плазмы дугового разряда и/или тепловой энергии, где камера зажигания имеет выпускной канал; и устройство подачи топлива, сконфигурированное для подачи топлива на основе воды в камеру зажигания. Система может также содержать пару электродов, соединенных с источником электроэнергии и сконфигурированных для подачи энергии топливу для генерации плазмы дугового разряда, и турбину, имеющую связь по потоку текучей среды с выпускным каналом и сконфигурированную для вращения с целью передачи механической энергии на выход.
В другом варианте, система может содержать источник электроэнергии, способный отдавать по меньшей мере около 5,000 А, рабочее колесо, сконфигурированное для вращения с целью передачи механической энергии на выход, где рабочее колесо имеет полую область, сконфигурированную для генерации по меньшей мере плазмы и/или тепловой энергии, так что полая область имеет впускной канал, сконфигурированный для приема рабочей текучей среды; устройство подачи топлива, сконфигурированное для подачи топлива на основе воды в полую область; и пару электродов, соединенных с источником электроэнергии и сконфигурированных для подачи электроэнергии в полую область с целью воспламенения топлива на основе воды и генерации плазмы дугового разряда.
В другом варианте, система может содержать источник электроэнергии, способный отдавать по меньшей мере около 5,000 А, несколько камер зажигания, где каждая из этих нескольких камер зажигания сконфигурирована для генерации по меньшей мере плазмы дугового разряда и/или тепловой энергии, устройство подачи топлива, сконфигурированное для подачи топлива на основе воды в указанные несколько камер зажигания; и несколько электродов, соединенных с источником электроэнергии, где по меньшей мере один из этих нескольких электродов ассоциирован по меньшей мере с одной из указанных нескольких камер зажигания и сконфигурирован для подачи электроэнергии в топливо на основе воды для генерации плазмы дугового разряда.
В другом варианте, камера зажигания может содержать оболочку, ограничивающую полую камеру, сконфигурированную для генерации по меньшей мере одного из плазмы, плазмы дугового разряда и/или тепловой энергии; входное гнездо для приема топлива, сообщающееся по потоку текучей среды с полой камерой, где это входное гнездо для приема топлива электрически связано с парой электродов; и подвижный элемент, сообщающийся по потоку текучей среды с полой камерой.
В другом варианте, камера зажигания может содержать оболочку,
ограничивающую полую камеру, и инжекционное устройство, сообщающееся по потоку текучей среды с полой камерой, где это инжекционное устройство сконфигурировано для инжекции топлива в полую камеру. Камера может далее содержать пару электродов, электрически соединенную с полой камерой и сконфигурированную для подачи электроэнергии к топливу в достаточном количестве для генерации по меньшей мере одного из плазмы, плазмы дугового разряда и/или тепловой энергии в полой камере; и подвижный элемент, сообщающийся по потоку текучей среды с полой камерой.
В другом варианте, способ генерации механической энергии может содержать подачу твердого топлива в камеру зажигания, и пропускание электрического тока по меньшей мере около 5,000 А через это твердое топливо и подачу напряжения меньше, чем примерно 10В, на твердое топливо для воспламенения твердого топлива и генерации по меньшей мере плазмы и/или тепловой энергии. Способ может также содержать смешивание тепловой энергии с рабочей текучей средой; и направление рабочей текучей среды к подвижному элементу для перемещения этого подвижного элемента и передачи механической энергии на выход, где в настоящем изобретении подразумевается, что энергия плазмы и плазмы дугового разряда спонтанно затухает или преобразуется в тепловую энергию. Тепловая энергия может быть преобразована в механическую энергию посредством работы расширения. Энергия плазмы может быть преобразована прямо в электроэнергию посредством плазмоэлектрического преобразователя, такого как преобразователи согласно настоящему изобретению, например, МГД-преобразователи или PDC-преобразователи. Электрическая энергия может быть преобразована в механическую энергию посредством, например, электродвигателя, либо плазма или плазма дугового разряда может быть термализована, а тепловая энергия может быть преобразована в механическую энергию, посредством, например, теплового двигателя, где тепло может быть передано работе расширения.
Другой способ может содержать подачу топлива на основе воды в камеру зажигания и пропускание электрического тока по меньшей мере около 10,000 А через топливо на основе воды и подачу напряжения по меньшей мере около 4 кВ на топливо на основе воды для воспламенения топлива на основе воды с целью генерации по меньшей мере плазмы дугового разряда и/или тепловой энергии. Кроме того, способ может содержать смешивание тепловой энергии с рабочей текучей средой; и направление рабочей текучей среды к подвижному элементу для перемещения подвижного элемента и передачи механической энергии на выход.
Другой способ может содержать подачу твердого топлива в камеру зажигания; подачу электрического тока по меньшей мере около 5,000 А к электроду, электрически
соединенному с твердым топливом; воспламенение твердого топлива для генерации по меньшей мере плазмы и/или тепловой энергии в камере зажигания; и преобразование по меньшей мере части по меньшей мере энергии плазмы и/или тепловой энергии в механическую энергию.
Другой способ может содержать подачу топлива на основе воды в камеру зажигания; подачу электрического тока по меньшей мере около 5,000 А к электроду, электрически соединенному с топливом на основе воды; воспламенение топлива на основе воды для образования по меньшей мере плазмы дугового разряда и/или тепловой энергии в камере зажигания; и преобразование по меньшей мере части по меньшей мере энергии плазмы дугового разряда и/или тепловой энергии в механическую энергию.
Следующий вариант настоящего изобретения предлагает машину для наземных перевозок. Машина может содержать источник электроэнергии способный отдавать электрический ток по меньшей мере около 5,000 А; камеру зажигания, сконфигурированную для генерации по меньшей мере одного из плазмы, плазмы дугового разряда и/или тепловой энергии, и устройство подачи топлива, сконфигурированное для подачи топлива в камеру зажигания. Машина может также содержать пару электродов, соединенных с источником электроэнергии и сконфигурированных для подачи электроэнергии к топливу с целью генерации по меньшей мере одного из плазмы, плазмы дугового разряда и/или тепловой энергии; подвижный элемент, подвижный элемент, сообщающийся по потоку жидкости с камерой зажигания и сконфигурированный для перемещения относительно камеры зажигания; и приводной вал, механически соединенный с подвижным элементом и сконфигурированный для передачи механической энергии к транспортному элементу.
Еще один вариант настоящего изобретения предлагает машину для авиационного транспорта. Машина может содержать источник электроэнергии, способный отдавать электрический ток по меньшей мере около 5,000 А; камеру зажигания, сконфигурированную для генерации по меньшей мере одного из плазмы, плазмы дугового разряда и/или тепловой энергии; и устройство подачи топлива, сконфигурированное для подачи топлива в камеру зажигания. Машина может также содержать пару электродов, соединенных с источником электроэнергии и сконфигурированных для подачи электроэнергии к топливу с целью генерации по меньшей мере одного из плазмы, плазмы дугового разряда и/или тепловой энергии; подвижный элемент, сообщающийся по потоку жидкости с камерой зажигания и сконфигурированный для перемещения относительно камеры зажигания; и авиационный элемент, механически связанный с подвижным элементом и сконфигурированный для осуществления поступательного движения
(создания тяги) в авиационной среде.
Другой вариант настоящего изобретения предлагает машину для морского транспорта. Машина может содержать источник электроэнергии, способный отдавать электрический ток по меньшей мере около 5,000 А; камеру зажигания, сконфигурированную для генерации по меньшей мере одного из плазмы, плазмы дугового разряда и/или тепловой энергии; и устройство подачи топлива, сконфигурированное для подачи топлива в камеру зажигания. Машина может также содержать пару электродов, соединенных с источником электроэнергии и сконфигурированных для подачи электроэнергии к топливу для генерации по меньшей мере одного из плазмы, плазмы дугового разряда и/или тепловой энергии; подвижный элемент, сообщающийся по потоку жидкости с камерой зажигания и сконфигурированный для перемещения относительно камеры зажигания; и морской элемент, механически соединенный с подвижным элементом и сконфигурированный для осуществления поступательного движения (создания тяги) в морской среде.
Другой вариант настоящего изобретения направлены на создание рабочей машины (станка), которая может содержать источник электроэнергии, способный отдавать электрический ток по меньшей мере около 5,000 А; камеру зажигания, сконфигурированную для генерации по меньшей мере одного из плазмы, плазмы дугового разряда и/или тепловой энергии; и устройство подачи топлива, сконфигурированное для подачи топлива в камеру зажигания. Рабочая машина может также содержать пару электродов, соединенных с источником электроэнергии и сконфигурированных для подачи электроэнергии к топливу для генерации по меньшей мере одного из плазмы, плазмы дугового разряда и/или тепловой энергии; подвижный элемент, сообщающийся по потоку жидкости с камерой зажигания и сконфигурированный для перемещения относительно камеры зажигания; и рабочий элемент, механически соединенный с подвижным элементом и сконфигурированный для передачи механической энергии.
В вариантах согласно настоящему изобретению источник электроэнергии может быть способен отдавать электрический ток по меньшей мере около 10,000 А, например по меньшей мере около 14,000 А. В других вариантах согласно настоящему изобретению источник электроэнергии может иметь напряжение ниже, чем примерно 100 В, например, ниже, чем примерно 10 В или ниже чем примерно 8 В. В дополнительных вариантах согласно настоящему изобретению источник электроэнергии может иметь мощность по меньшей мере около 5,000 кВ. В других вариантах твердое топливо может содержать некоторую долю воды, некоторую долю поглощающего воду материала и некоторую долю электропроводного компонента, так что в неограничивающих примерах доля воды
может составлять по меньшей мере около 30 моль% от всего количества твердого топлива, доля поглощающего воду материала может составлять по меньшей мере около 30 моль% от всего количества твердого топлива, и доля электропроводного компонента может составлять по меньшей мере около 30 моль% от всего количества твердого топлива.
В других вариантах система может иметь впускной канал, сконфигурированный для подачи рабочей текучей среды в камеру зажигания. В некоторых вариантах, рабочая текучая среда может содержать по меньшей мере одно - воздух, воду НЮ и/или инертный газ, при этом рабочая текучая среда может поступать в камеру зажигания по меньшей мере под одним из давлений - под давлением ниже атмосферного, под атмосферным давлением или под давлением выше атмосферного. Кроме того, система может содержать по меньшей мере одну пару электродов, электрически соединенных по меньшей мере с поршнем и/или камерой зажигания. В некоторых вариантах, устройство подачи топлива содержит инжекционное устройство, сконфигурированное для инжекции по меньшей мере порции твердого топлива в камеру зажигания, такое как инжекционное устройство, сконфигурированное для инжекции по меньшей мере газа, жидкости и/или твердых частиц в камеру зажигания. Кроме того, устройство подачи топлива может содержать карусель. В некоторых вариантах, по меньшей мере устройство подачи топлива и/или пара электродов может иметь входное гнездо, сконфигурированное для приема твердого топлива.
Некоторые варианты настоящего изобретения дополнительно содержат по меньшей мере одно - систему охлаждения, систему нагрева, вакуумную систему и/или преобразователь энергии плазмы. Кроме того, некоторые системы могут также иметь систему регенерации, сконфигурированную по меньшей мере для приема, регенерации и рециклирования одного или нескольких компонентов, образующихся в результате воспламенения твердого топлива.
В некоторых вариантах настоящего изобретения по меньшей мере один из пары электродов может быть электрически соединен по меньшей мере с турбиной и/или с камерой зажигания. Кроме того, устройство подачи топлива может содержать инжекционное устройство, сконфигурированное для инжекции по меньшей мере порции твердого топлива в камеру зажигания, такое как инжекционное устройство, сконфигурированное для инжекции по меньшей мере газа, жидкости и/или твердых частиц в камеру зажигания. В некоторых вариантах, рабочее колесо может содержать по меньшей мере одну лопатку, сконфигурированную ответвления потока рабочей текучей среды, а эта рабочая текучая среда содержит по меньшей мере одно - воздух, воду ШО
и/или инертный газ. В других вариантах, рабочая текучая среда может поступать в полую область по меньшей мере под одним из давлений - под давлением ниже атмосферного, под атмосферным давлением или под давлением выше атмосферного .
В некоторых вариантах настоящего изобретения, по меньшей мере один из пары электродов электрически соединен по меньшей мере с рабочим колесом и/или с полой областью. Кроме того, устройство подачи топлива может содержать инжекционное устройство, сконфигурированное для инжекции по меньшей мере порции твердого топлива в полую область, такое как инжекционное устройство, сконфигурированное для инжекции по меньшей мере газа, жидкости и/или твердых частиц в полую область.
В некоторых вариантах, подвижный элемент может составлять по меньшей мере часть первого электрода из пары электродов, а второй подвижный элемент может составлять по меньшей мере часть второго электрода из пары электродов. В некоторых вариантах, подвижный элемент имеет входное гнездо, сконфигурированное для приема топлива, этот подвижный элемент может иметь сопло, связанное по потоку текучей среды с камерой зажигания и сконфигурированное для направления потока по меньшей мере плазмы и/или тепловой энергии, этот подвижный элемент сконфигурирован для перемещения по меньшей мере по прямолинейной, дугообразной или вращательной траектории и этот подвижный элемент содержит по меньшей мере шестерню и/или валик.
На Фиг. 26 представлена система 2010 генерации механической энергии согласно одному из примеров вариантов. Система 2010 может быть сконфигурирована для генерации по меньшей мере одного вида механического действия. Такой вид механического действия может содержать перемещение в одном или нескольких прямолинейных или вращательных направлениях. Например, генерация механической энергии может содержать перемещение подвижных элементов, ассоциированных с системой 2010, таких как поршень (см. Фиг. 28), турбина (см. Фиг. 28), зубчатое колесо (см. Фиг. 30) или рабочее колесо (см. Фиг. ЗЗА, 33В). Подвижный элемент может быть сконфигурирован для совершения прямолинейного, дугообразного или вращательного перемещения, либо сочетания таких перемещений в одном или нескольких других направлениях. Другие виды подвижных элементов могут вырабатывать механическую энергию с использованием процессов воспламенения и описываемых здесь элементов.
Система 2010 может быть сконфигурирована для воспламенения водорода, кислорода, воды или топлива 2020 на основе воды (обозначает твердые топлива согласно настоящему изобретению, такие как указаны в разделе "Двигатель с внутренним SF-СШТ-элементом", разделе "Химический реактор" и в разделе "Твердотопливный элемент для индуцированного катализатором образования гидрино (SF-СШТ) и преобразователь
энергии" настоящего описания). Топливо 2020 может представлять собой твердое топливо, как это указано в настоящем изобретении, причем в настоящем описании подразумевается, что топливо может также находиться в других физических состояниях. В некоторых вариантах, топливо или твердое топливо может быть по меньшей мере в одном из состояний - газ, жидкость, суспензия, золь-гель, раствор, смесь, газообразная суспензия или воздушный поток. Топливо 2020 может быть сконфигурировано для воспламенения и образования плазмы. Твердое топливо может содержать долю воды, долю материала, поглощающего воду, и долю электропроводного компонента, как описано выше. Молярная доля каждого из этих компонентов может находиться в пределах от примерно 1% до примерно 99%. В некоторых вариантах, каждая доля может составлять около 30% от общего количества твердого топлива. В других вариантах, топливо 2020 может содержать топливо на основе воды, которое может быть воспламенено для образования по меньшей мере дуги плазменного разряда и/или тепловой энергии. Топливо на основе воды может содержать по меньшей мере 50% воды, по меньшей мере 90% воды или материал, содержащий воду, в пределах от примерно 1% до 100% моль/моль, об./об. или масс/масс. Топливо 2020 может содержать материал в различных формах -газообразной, жидкой и твердой. Жидкость может охватывать некий диапазон вязкостей -от очень низкой до очень высокой вязкости, и может представлять собой жидкость с консистенцией суспензии или геля. Хотя на Фиг. 27 топливо 2020 показано в твердой продолговатой форме, можно также рассматривать возможность применения других формы топлива 2020 в системе 2010. Как объясняется ниже, в системе 2010 могут также использоваться газ, жидкость или различные сочетания газообразной, жидкой или твердой форм топлива 2020. Например, топливо 2020 может содержать таблетку, кусок, порцию, порошок, капли, поток, туман, газ, суспензию или какое-либо сочетание этих форм. Основными реагентами могут, помимо всего прочего, быть источник водорода Н и источник кислорода О, которые могут образовать воду Н2О или атомарный водород Н в качестве продуктов или промежуточных продуктов реакции.
Топливо 2020 может также содержать один или несколько энергетических материалов согласно настоящему изобретению, которые также сконфигурированы для воспламенения (в настоящем описании твердое топливо тоже называется энергетическим материалом вследствие большого выхода энергии и также возможности высокой скорости реакции и соответствующей мощности). Более того, топливо в виде энергетического материала 2020 может быть электропроводным. Например, энергетический материал может содержать воду Н2О и по меньшей мере металл и/или оксид металла и электропроводный компонент. Топливо 2020 в виде энергетического материала может
содержать несколько физических форм и состояний вещества, таких как по меньшей мере одно - суспензию, раствор, эмульсию, композиционный материал и/или соединение.
В одном из вариантов, топливо 2020 содержит реагенты, представляющие собой реагенты для реакций образования гидрино согласно настоящему изобретению и содержащие по меньшей мере источник катализатора или катализатор, имеющий в составе образующуюся в ходе реакции воду Н2О, по меньшей мере один источник атомарного водорода или атомарный водород, и далее содержащий по меньшей мере электрический проводник или электропроводную матрицу. В одном из вариантов, топливо 2020 содержит по меньшей мере источник твердого топлива или энергетического материала согласно настоящему изобретению и/или само твердое топливо или энергетический материал согласно настоящему изобретению. В одном из вариантов, примеры твердых топлив 2020 содержат источник воды Н2О и электропроводную матрицу для образования по меньшей мере одного - источника катализатора, катализатора, источника атомарного водорода и/или атомарного водорода. Источник воды НгО может содержать по меньшей мере одно - объемную воду НгО, воду в состоянии, отличном от объемной воды НгО, соединение или соединения, по меньшей мере вступающие в реакцию образования воды НгО и/или высвобождающие связанную воду НгО. Связанная вода НгО может содержать соединение, взаимодействующее с водой НгО, где вода НгО находится по меньшей мере в одном из состояний - абсорбированной воды НгО, связанной воды НгО, физически адсорбированной воды НгО и/или гидратационной воды. Топливо 2020 может содержать электрический проводник и одно или несколько соединений или материалов, участвующих в реакции высвобождения по меньшей мере объемной воды НгО, абсорбированной воды НгО, связанной воды НгО, физически адсорбированной воды НгО и/или гидратационной воды, и имеющих воду НгО в качестве продукта реакции. Другие примеры топлив 2020 на основе твердого топлива или энергетических материалов содержат гидратированный гигроскопичный материал и электрический проводник; гидратированный углерод; гидратированный углерод и металл; смесь оксида металла, металла или углерода, и воды НгО; и смесь галогенида металла, металла или углерода, и воды НгО. Металл и оксид металла может содержать переходный металл, такой как Со, Fe, Ni или Си. Металл в составе галогенида может представлять собой щелочноземельный металл, такой как Mg или Са, а галоген может быть, например, F, О, Вг или I. Этот металл может иметь термодинамически неблагоприятную реакцию с водой НгО, например, такой металл, как по меньшей мере один из металлов группы Си, Ni, Pb, Sb, Bi, Co, Cd, Ge, Au, Ir, Fe, Hg, Mo, Os, Pd, Re, Rh, Ru, Se, Ag, Тс, Те, TI, Sn, W, Al, V, Zr, Ti, Mn, Zn, Cr и In, где топливо 2020 может быть регенерировано путем
добавления воды НЮ. Топливо 2020, составляющее реагенты для образования гидрино, может представлять собой по меньшей мере одно - суспензию, раствор, эмульсию, композиционный материал и/или соединение.
Система 2010 может также содержать один или два электрода. Например, система 2010 может содержать пару электродов 2030. Электроды 2030 могут содержать подвижные компоненты, такие как, например, зубчатые колеса, зубья таких колес, валики или другие компоненты, сконфигурированные для перемещения в одном или нескольких направления, включая вращательное, дугообразное или прямолинейное перемещение. Среди электродов 2030 могут быть также один или несколько стационарных электродов и один или несколько подвижных электродов. Все электроды могут быть стационарными или подвижными. Например, электроды 2030 могут быть сконфигурированы так, чтобы топливо 2020 могло перемещаться прямолинейно или поворачиваться относительно электродов 2030, пока эти электроды 2030 остаются неподвижными. Электроды 2030 также могут быть сконфигурированы для износа.
В общем случае, электроды 2030 могут быть сконфигурированы для взаимодействия с топливом 2020, так что через топливо 2020 может быть пропущен электрический ток. Топливо может обладать высокой электропроводностью. Топливо 2020 может быть воспламенено путем пропускания сильного электрического тока, например, в диапазоне примерно от 2,000 А до 100,000 А. Напряжение может быть низким, например, в диапазоне примерно от 1 В до 100 В. В качестве альтернативы, топливо, такое как вода Н2О с небольшими добавками присадок или без них, содержащая неводное вещество, может иметь высокое электрическое сопротивление. Воспламенение может быть также осуществлено путем подведения достаточно высокого напряжения и тока к электродам 2030. Например, путем подачи напряжения от 1 кВ до 50 кВ на электроды 2030. В результате такого воспламенения может образовываться по меньшей мере одно - плазма, плазма дугового разряда, аналогичная форма вещества и нагретое вещество. Могут также образовываться свет, тепло и другие продукты реакции.
Электроды 2030 сконфигурированы для пропускания электрического импульса через топливо 2020. В частности, электроды 2030 могут быть рассчитаны для подачи сильного электрического тока при низком или высоком напряжении в соответствии с сопротивлением топлива для получения сильного тока или другого потока большой мощности через топливо 2020. Как описано ниже, один или несколько электродов 2030 могут быть соединены с подвижным или неподвижным компонентом. Например, один или несколько электродов могут быть соединены с поршнем, турбиной, зубчатым колесом, рабочим колесом или другим подвижным элементом. Один или несколько
других электродов могут быть соединены с камерой зажигания, или полой областью, каналом, ассоциированным с камерой зажигания или полой областью, или другой стационарной частью системы 2010.
Электроды 2030 могут быть выполнены из подходящего материала, имеющего конкретные размеры для аккомодации к одному или нескольким электрическим импульсам. Электродам 2030 могут также требоваться изоляция, охлаждение и механизмы управления для нормальной работы. Предполагается, что через электроды 2030 может быть пропущен сильный переменный ток, постоянный ток или смесь переменного и постоянного тока. Ток может быть в пределах приблизительно от 100 А до 1,000,000 А, от 1 кА до 100,000 А или от 10 кА до 50 кА, а плотность постоянного тока или пиковая плотность переменного тока может быть в диапазоне приблизительно от 100 А/см2 до 1,000,000 А/см2, от 1,000 А/см2 до 100,000 А/см2 или от 2,000 А/см2 до 50,000 А/см2. Напряжение постоянного тока или пиковое напряжение переменного тока может быть в одном из диапазонов примерно от 0.1 В до 50 кВ, от 1 кВ до 20 кВ, от 0.1 В до 15 В или от 1 В до 15 В. Частота переменного тока может быть в диапазоне примерно от 0.1 Гц до 10 ГГц, до 1 Гц до 1 МГц, от 10 Гц до 100 кГц или от 100 Гц до 10 кГц. Продолжительность импульса может быть в одном из диапазонов примерно от 10"6 с до 10 с, от 10"5 с до 1 с, от 10"4 с до 0.1 с или от 10"3 с до 0.01 с.
Предполагается также, что электроды 2030 могут подавать напряжение с частотой 60 Гц и пиковым значение меньше 15 В, ток с пиковой плотностью приблизительно от 10,000 А/см2 до 50,000 А/см2 и удельную мощность приблизительно от 10,000 Вт/см2 до 750,000 Вт/см2. Здесь может быть использован широкий диапазон частот, напряжений, токов и мощностей. Например, могут также подходить диапазоны от примерно 1/100 до 100 раз выше указанных параметров. В частности, топливо может быть воспламенено низковольтным импульсом сильного тока, таким как генерирует аппарат для точечной сварки, для чего топливо помещают между двумя медными электродами аппарата для точечной сварки Taylor-Winfield модуль ND-24-75. Напряжение с частотой 60 Гц может иметь величину примерно от 5 до 20 В (эфф), а токи и плотности тока через топливо 2020 могут быть в диапазонах примерно от 10,000 А до 40,000 А и от 10,000 А/см2 до 40,000 А/см2, соответственно.
В состав системы 2010 могут также входить другие системы, устройства или компоненты. Например, система 2010 может содержать систему 2040 охлаждения, устройство 2050 подачи топлива, систему 2060 регенерации и источник 2070 электроэнергии. Система 2040 может быть сконфигурирована для охлаждения одного или нескольких компонентов системы 2010, таких как, например, электроды 2030. Устройство
2050 подачи топлива может быть сконфигурировано для подачи топлива 2020 к электродам 2030. Система 2060 регенерации может быть сконфигурирована для регенерации одного или нескольких материалов, ассоциированных с топливом 2020. Например, формы металла, заключенные в топливе 2020, могут быть собраны, рециклированы и возвращены в устройстве подачи топлива 2050.
Источник 2070 электроэнергии может быть сконфигурирован для подачи энергии, например, электрической энергии, на электроды 2030. В некоторых аспектах этот источник питания 2070 может быть сконфигурирован для подачи достаточного количества энергии для образования плазмы. Например, источник питания 2070 может быть способен отдавать ток по меньшей мере около 10,000 А или по меньшей мере около 14,000 А при напряжении меньше чем около 100 В, меньше чем около 10 В или меньше чем около 8 В или мощность по меньшей мере около 5,000 кВт. В других аспектах источник питания 2070 может быть сконфигурирован для подачи достаточного количества энергии для получения плазмы дугового разряда. Например, источник питания 2070 может быть способен отдавать ток по меньшей мере около 10,000 А или по меньшей мере около 12,000 А при напряжении по меньшей мере около 1 кВ, по меньшей мере около 2 кВ или по меньшей мере около 4 кВ или мощность по меньшей мере около 5,000 кВт.
Как показано на Фиг. 27, система 2010 может содержать камеру 2080 зажигания, где происходит реакция топлива 2020 с образованием по меньшей мере плазмы, плазмы дугового разряда и/или тепловой энергии. Как поясняется ниже, система 2010 может содержать одну и/или несколько камер 2080 зажигания. Камера 2080 может быть изготовлена из металла или другого подходящего материала, способного выдерживать усилия и температуры, ассоциированные с воспламенением воды или по меньшей мере образованием плазмы и/или выделением тепловой энергии. Камера 2080 может иметь в основном цилиндрический канал, сконфигурированный для создания среды, подходящей для воспламенения воды. Эта камера 2080 может иметь различную форму, размеры или может быть сконфигурирована для разных приложений.
Как поясняется ниже, камера 2080 может быть сконфигурирована для работы с одним или несколькими подвижными элементами, сконфигурированными для передачи на выход механической энергии. Камера 2080 может также иметь один или несколько каналов отверстий, кулачков, инжекционных устройств или других компонентов, сконфигурированных для того, чтобы текучая среда могла входить в камеру 2080 или выходить из нее. В частности камера 2080 может иметь впускной канал, сконфигурированный для прохождения текучей среды внутрь этой камеры 2080. Камера
2080 может также иметь выпускной канал, сконфигурированный для выхода текучей среды из этой камеры 2080. Такие каналы могут быть сконфигурированы для операций с рабочей текучей средой, сконфигурированной для работы в сочетании по меньшей мере с плазмой , плазмой дугового разряда и/или тепловой энергией для генерации механической энергии. Рабочая текучая среда может представлять собой воздух, инертный газ или другую текучую среду, способную работать по меньшей мере с плазмой, плазмой дугового разряда и/или тепловой энергией. Рабочая текучая среда или текучая среда какого-либо другого типа может поступать в камеру 2080 под давлением. В частности, текучая среда может поступать в камеру 2080 под давлением ниже атмосферного давления, при атмосферном давлении или под давлением выше атмосферного давления. Для сжатия текучей среды перед подачей ее в камеру 2080 могут быть использованы разнообразные компоненты, такие как турбокомпрессор или компрессор наддува.
Камера 2080 зажигания может также иметь оболочку, ограничивающую полую камеру, сконфигурированную для создания по меньшей мере плазмы, плазмы дугового разряда и/или выработки тепловой энергии. Камера 2080 может также иметь входное гнездо для приема топлива, сообщающееся по потоку текучей среды с полой камерой. Это входное гнездо для приема топлива может быть электрически соединено с парой электродов. Камера 2080 может также содержать подвижный элемент, сообщающийся по потоку текучей среды с полой камерой.
На Фиг. 28 показана камера 2080 зажигания согласно одному из примеров вариантов. Как показано, камера 2080 содержит поршень 2090, сконфигурированный для преобразования части энергии, выделяющейся при воспламенении топлива 2020, в механическую энергию. Поршень 2090 может быть сконфигурирован для возвратно-поступательного перемещения внутри камеры сгорания, такой как камера 2080. В других вариантах, поршень 2090 может совершать возвратно-поступательное перемещение в камере сгорания, сообщающейся по потоку текучей среды с камерой 2080. Размеры и конструкция поршня 2090 могут быть выбраны так, чтобы он мог работать в различных средах, где происходит сгорание топлива, и с различными видами горючего топлива. Более того, поршень 2090 может быть изготовлен из различных материалов, выбираемых в зависимости от типа и требований процесса горения топлива. Как более подробно поясняется ниже, здесь могут быть также использованы подвижные элементы других типов для получения механической энергии. Кроме того, система 2010 может быть модифицирована для работы в качестве двигателя Стирлинга.
Как показано на Фиг. 29, турбина 2100 может быть связана по потоку текучей
среды с выходом одной или нескольких камер 2080 для получения вращательного движения. Система 2010, показанная на Фиг. 29 может также содержать другие компоненты, такие как, например, одна или несколько дополнительных турбин, или компрессор, смесительная камера, нагнетатель с расширителем, система впуска воздуха, компрессор наддува, устройство для риформинга, охладитель, двигатель, генератор, рекуператор, рециркулятор, теплообменник, демпфер или систему выхлопа. При таком подходе система 2010 может быть сконфигурирована в виде двигателя типа Брайтона или его модификации. В систему 2010 могут быть также интегрированы или использованы вместе с этой системой 2010 другие компоненты, устройства и системы для генерации механической энергии.
На Фиг. 30 изображены электроды 2030, включая анод 2110 и катод 2120, согласно одному из примеров вариантов. Как показано на чертеже, анод 2110 и катод 2120 сконфигурированы для вращения. Соответственно электроды 2030 могут содержать зубчатое колесо 2115. Катод 2120 показан также вместе с таблеткой 2130 топлива 2020, ассоциированной с зубом 2140 зубчатого колеса. Устройство 2050 подачи топлива может позиционировать таблетку 2130 относительно зуба 2140 зубчатого колеса, например, поместить таблетку на вершину зуба 2140 зубчатого колеса. В других вариантах (не показано) таблетка 2130 может быть помещена между соседними зубьями 2140 зубчатого колеса или расположена на аноде 2110.
Катод 2120 или топливо 2020 могут быть соединены одно с другим посредством каких-либо подходящих механизмов. Например, для соединения таблетки 2130 с зубом 2140 зубчатого колеса могут быть использованы механические зажимы (не показаны). Топливо 2020 в жидкой форме может быть связано с катодом 2120 силами поверхностного натяжения. Можно также использовать магнитные или другие силы.
Топливо 2020 или таблетка 2130 могут перемещаться в системе 2010 с использованием разнообразных транспортных механизмов. Например, можно использовать механические средства (например, шнек, валики, спираль, зубчатые колеса, ленту транспортера и т.п.). Предполагается также, что могут быть использованы пневматические, гидравлические, электростатические, электрохимические или другие механизмы. Топливо 2020 и заданная область зубьев 2140 зубчатых колес в составе электродов 2030 могут иметь противоположные электростатические заряды, так что топливо 2020 течет и электростатически прилипает к заданной области одного или обоих электродов 2030. После этого топливо 2020 может быть воспламенено, когда противоположные зубья 2140 входят в зацепление. В другом варианте, валики или зубчатые колеса 2125 прижимаются одни к другим посредством механизмов
механического смещения, таких как, например, нагружающие пружины, либо с использованием пневматики или других приводов. Зацепление зубьев 2140 и сжатие топлива 2020 между ними может создать электрический контакт между сопряженными зубьями 2140 через электропроводное топливо 2020.
Когда таблетка 2130 соединена с катодом 2120, она может поворачиваться для приведения в точку поблизости от анода 2110 или в контакте с ним. Когда таблетка пришла в такое положение, между электродами 2030 может быть пропущен сильный ток, вызывающий воспламенение воды в составе топлива 2020. Расширяющиеся газы 2135, образовавшиеся в результате воспламенения таблетки 2130, могут вызвать поворот электродов 2030. Такой поворот может быть передан валу (не показан) для получения вращательного движения.
Совокупность одного или нескольких зубчатых колес 2125 может содержать группу шевронных колес, каждое из которых имеет целое число п зубьев, так что топливо 2020 течет в n-ый зазор между зубьями или на нижнюю площадку между зубьями, в то время, когда топливо в (п-1)-ом зазоре между зубьями сжимается (п-1)-ым зубом сопряженного зубчатого колеса. Настоящее изобретение подразумевает возможность использования других геометрий зубчатых колес 2125 или функций зубчатых колес, таких как, например, гребенчатые встречные зубчатые колеса с многоугольными или треугольными зубьями, косозубые зубчатые колеса и шнеки, как это известно специалистам в рассматриваемой области.
Электроды 2030 могут иметь электропроводные и неэлектропроводные области. Например, зубья 2140 зубчатого колеса в составе катода 2120 могут содержать электропроводные материалы, тогда как зубья 2140 зубчатого колеса в составе анода 2110 могут быть неэлектропроводными. Вместо этого, материал между зубьями 2140 зубчатого колеса в аноде 2110 может быть электропроводным, создавая электропроводный путь между анодом 2110 и катодом 2120, проходящий через таблетку 2130. Если зубчатые колеса 2125 имеют электропроводную гребенчатую область, контактирующую с топливом 2020 во время зацепления между колесами и изолированную от других областей, ток может избирательно протекать через топливо 2020. По меньшей мере часть зубчатого колеса 2125 может содержать неэлектропроводный керамический материал, тогда как гребенчатая область может быть покрыта металлом, чтобы стать электропроводной.
Во время работы зубчатые колеса 2125 могут получать энергию время от времени, так что сильный ток течет через топливо 2020, когда зубчатые колеса 2125 находятся в зацеплении. Поток топлива 2020 может быть синхронизирован для согласования с подачей таблетки 2130 к зубчатым колесам 2125, когда эти колеса 2125 входят в
зацепление, так что при этом ток течет через таблетку 2030. Протекание этого сильного тока вызывает воспламенение топлива 2020. Образовавшая в результате плазма расширяется в стороны от зубчатых колес 2125. Поток расширяющейся плазмы может быть направлен вдоль оси, параллельной валу зубчатого колеса 2125, и поперечно направлению потока топлива 2020. Более того, один или несколько потоков плазмы могут быть направлены в электрический преобразователь, такой как, например, МГД-преобразователь, как это более подробно объясняется ниже. Кроме того, направленный поток плазмы может быть получен с использованием ограничивающих магнитов, таких как катушки Гельмгольца или магнитная бутылка.
Электроды 2030 могут содержать систему или процесс регенерации для удаления материала, осажденного на зубья 2140 зубчатых колес при воспламенении топлива. Может также иметь место система нагрева или охлаждения (не показана).
Хотя на прилагаемых чертежах каждый зуб 2140 зубчатого колеса в составе катода 2120 может быть соединен с таблеткой 2130, в некоторых вариантах, один или несколько зубьев 2140 могут не быть связаны с таблеткой 2130. Кроме того, анод 2110, катод 2120 или оба электрода 2030 могут иметь различные распределения таблеток 2130 или других форм топлива 2020, например, на каждом из разных зубьев 2140 зубчатых колес может находиться разное число таблеток 2130.
Во время работы топливо 2020 может протекать непрерывно сквозь зубчатые колеса 2125 (или валики), которые могут вращаться для проталкивания топлива 2020 через зазор. Топливо 2020 может непрерывно воспламеняться, когда оно поворачивается для заполнения пространства между электродами 2030, содержащего области зацепления группы зубчатых колес 2125. Такие операции могут передавать на выход в основном постоянную механическую или электрическую мощность.
Фиг. 31 показывает электроды 2030 согласно другому примеру варианта, где анод 2110 движется (например, вращается), пока катод 2120 остается неподвижным. В других вариантах, катод 2120 может двигаться, а катод 2110 может оставаться неподвижным.
Как показано, устройство 2050 подачи топлива доставляет таблетку 2030 между зубьями 2140 зубчатых колес. Вращение анода 2110 может затем привести таблетку 2130 в контакт с катодом 2120 или в непосредственную близость к этому катоду. Воспламенение воды в таблетке 2130 может затем вызвать вращение анода 2110 аналогично тому, как описано выше.
Фиг. 32 иллюстрирует другую конфигурацию, где электрод 2150, который может представлять собой анод 2110 или катод 2120, содержит один или несколько потоковых порталов 2160 для воспламенения, расположенных рядом с электродом 2150 для создания
вращательной тяги. Например, потоковый портал 2160 может быть наклонен относительно окружности электрода 2150, так что газообразные продукты воспламенения покидают потоковые порталы 2160 под углом, как показано на Фиг. 32. Такая наклонная тяга может вызвать вращение электрода 2150. Другие объекты (не показаны), такие как перегородки, каналы или другие механизмы могут быть использованы для создания усилий, вращающих электрод 2150, который может затем приводить в действие вал (не показан) или другой компонент для вывода вращательной энергии.
Фиг. ЗЗА, 33В иллюстрирует вариант системы 2010, в которой процесс воспламенения используется для вращения рабочего колеса 2170. Такое рабочее колесо с радиальным потоком может приводиться в действие посредством процесса воспламенения с использованием топлива 2020, описанного выше. Как показано на Фиг. ЗЗА, устройство 2050 подачи топлива может проходить к центральной полой области 2180 рабочего колеса 2170. Таблетка 2130 может быть в общем случае позиционирована в полой области 2180, как показано на Фиг. 33В. В полой области 2180 могут быть также расположены электроды (не показано), которые могут быть сконфигурированы для электрического соединения с таблеткой 2130, когда эта таблетка 2130, расположена внутри полой области 2180. Будучи правильно позиционирована таблетка 2130 может быть воспламенена, создавая радиально расширяющиеся газообразные продукты воспламенения и/или плазму. Эти газы могут быть направлены посредством одной или нескольких лопаток 2190 рабочего колеса 2170. Лопатки 2190 могут направлять поток газообразных продуктов воспламенения под углом на рабочее колесо 2170, вызывая вращательное движения рабочего колеса 2170.
На Фиг. 34 показан другой пример варианта системы 2010, где устройство 2050 подачи топлива содержит карусель 2200. Карусель 2200 может быть сконфигурирована для продвижения топлива 2020 в основном между электродами 2030 посредством вращательного перемещения. Например, когда таблетка 2130 правильно установлена в камере 2080 зажигания, через эту таблетку 2130 можно пропустить электрический импульс большой интенсивности. Другие компоненты системы 2010 были описаны выше.
Другой вариант настоящего изобретения показан на Фиг. 35А, 35В, где устройство 2050 подачи топлива подвижно соединено с камерой 2080 зажигания. В частности, карусель 2200 может быть сконфигурирована для приема таблетки 2130 в гнезде 2210. Когда таблетка 2130 связана с гнездом 2210, карусель 220 может повернуться для позиционирования таблетки 2130 над отверстием 2220 камеры 2080 зажигания. Например, таблетка 2130 может быть позиционирована в отверстии 2200 или так, что она окажется в связи с этим отверстием 2200 по потоку текучей среды. Когда таблетка установлена
правильным образом, через электроды 2030 и далее через эту таблетку 2130 может быть пропущен электрический импульс большой интенсивности. Газообразные продукты воспламенения могут расширяться и при этом создавать давление на поршень 2090 для приведения поршня 2090 в действие.
На Фиг. 36 показан другой пример варианта системы 2010, где карусель 2200 взаимодействует с группой 2230 камер. Группа 2230 камер может представлять собой группу из двух или более камер 2080 зажигания. Во время работы группа 2230 может перемещаться относительно карусели 2200 или другой формы устройства 2050 подачи топлива. Например, группа 2230 может поворачиваться относительно неподвижного устройства 2050 подачи топлива. В качестве альтернативы, группа 2230 камер может оставаться неподвижной, когда карусель 2200 движется, или и группа 2230, и карусель 2200 могут двигаться.
Топливо из устройства 2050 подачи топлива можно последовательно или одновременно загружать в одну или несколько камер 2080 зажигания. После загрузки, одна или несколько таблеток 2130 в одной или нескольких камерах 2080 могут быть воспламенены для передачи энергии одному или нескольким поршням, турбинам, зубчатым колесам или другим подвижным элементам (не показаны). Хотя система 2010 показана с одной каруселью 2200, предполагается также, что могут быть использованы несколько каруселей 2200 для подачи топлива в групп}' 2230 камер. Такая система может содержать одну карусель 2200, ассоциированную с одной камерой 2080 зажигания, так что четыре карусели (не показаны) должны подавать топливо в четыре камеры 2080 зажигания в группе 2230. Такой вариант может позволить реализовать более высокую частоту воспламенения, чем при использовании одной карусели 2200.
Как описано выше, топливо 2020 на основе воды может поступать в одной или нескольких различных формах, включая газообразное, жидкое или твердое состояние. Твердые таблетки 2130 могут иметь различные формы, а показанная на указанных выше чертежах форма хоккейной шайбы является только примером. В других вариантах, таблетка 2130 может иметь кубическую, сферическую, таблеткообразную, неправильную или какую-либо другую подходящую форму. Более того, таблетка 2130 может быть сформирована в каком-либо подходящем размере, включая частицы миллиметровых, микрометрических или нанометрических размеров.
Форма и размеры таблетки 2130 могут влиять на конфигурацию электродов 2030. Например, как показано на Фиг. 37А, 37В, таблетка типа шайбы может быть принята в гнезде 2240 подходящей формы. Часть гнезда 2240 может быть образована элементом 2250 стенки, который может быть стационарным или подвижным и который может
охватывать или частично охватывать принятую в гнезде таблетку 2130. Часть гнезда 2240 может также быть образована одним или несколькими электродами 2030. Как далее показано на Фиг. 37А, 37В, различные конфигурации электродов 2030 и/или элементов 2250 стенок могут создавать усилия, ориентированные в разных направлениях (показаны стрелками "F"). Более того, электроды 2030 и/или элементы 2250 стенок различной формы могут быть сконфигурированы для образования гнезд различной формы, таких как, например, сферическое гнездо 2240, как показано на Фиг. 37С.
Как поясняется выше, можно использовать топливо 2020 в твердой, жидкой или газообразной форме. Такое топливо может быть инжектировано в камеру 2080 зажигания с использованием одного или нескольких инжекционных устройств 2260, как показано на Фиг. 38А и 38В. Первое инжекционное устройство 2260 может быть сконфигурировано для подачи воды или материала на основе воды в тонкий поток корпускулярного материала, в жидкость, суспензию, гель или газ. Второе инжекционное устройство 2260 может быть сконфигурировано для подачи твердого топлива или энергетического материала, как описано выше (последнее в некоторых вариантах настоящего изобретения содержит какое-то количество воды Н2О или образует воду Н2О). В камеру 2080 могут быть направлены потоки одного или нескольких материалов для обеспечения соответствующего смешивания и/или позиционирования этих материалов относительно электродов 2030.
В других вариантах, одно или несколько инжекционных устройств 2260 могут быть сконфигурированы для подачи рабочей текучей среды в камеру 2080. Эта рабочая текучая среда может содержать воздух, инертный газ, другой газ или сочетание газов, либо жидкость. Рабочая текучая среда может быть инжектирована под давлением ниже атмосферного, при атмосферном давлении или под давлением выше атмосферного.
Хотя на Фиг. 38А показаны два инжекционных устройства 2260, ассоциированных с одной камерой 2080 зажигания, одно или несколько инжекционных устройств могут быть ассоциированы с одной или несколькими камерами 2080. Предполагается также, что инжекционное устройство 2260 может иметь один или несколько электродов 2030. Один или несколько электродов могут быть стационарными или подвижными относительно камеры 2080 зажигания. Например, как показано на Фиг. 38В, поршень 2090 может содержать катод, а камера 2080 может содержать анод. Относительное перемещение между электродами 2030 и камерой 2080 может позволить регенерировать топливо 2020, уменьшить объем технического обслуживания или увеличить срок службы системы 2010. Более того, одно или несколько инжекционных устройств 2260 могут быть подвижными относительно камеры 2080 зажигания, аналогично устройству 2050 подачи топлива,
описанному выше. Перемещение инжекционного устройства 2260 относительно камеры 2080 зажигания прежде воспламенения топлива 2020 может уменьшить объем технического обслуживания и увеличить срок службы инжекционного устройства 2260.
В других аспектах одно или несколько инжекционных устройств 2260 могут быть использованы с системой 2010, описанной выше. Например, топливо 2020 в форме мелкого порошка может быть распылено в области зуба 2140 зубчатого колеса. Топливо, ограниченное между соседними электродами 2030, может быть воспламенено, передавая усилие на подвижный элемент, для передачи механической энергии на выход. В другом аспекте, топливо 2020 может быть инжектировано в полую область 2180, как показано на Фиг. 38Аи38В.
На Фиг. 39 показан пример другого варианта системы 2010, где камера 2080 зажигания содержит по меньшей мере частичный вакуум. В частности, в полой области камеры 2080, содержащей поршень, может быть по меньшей мере частичный вакуум. Вакуум может быть в диапазоне примерно от 10"1 мм рт.ст. до примерно 10"10 мм рт.ст. В некоторых вариантах, можно использовать атмосферное давление. В других вариантах может быть использовано давление выше атмосферного.
Во время работы поршень 2090 может перемещаться влево и вправо, как показано на Фиг. 39. Например, воспламенение топлива 2020 на левой стороне камеры 2080 может толкать поршень 2090 вправо. Затем воспламенение топлива 2020 на правой стороне камеры 2080 может толкать поршень 2090 влево. Между циклами воспламенения устройства 2050 подачи топлива могут восполнять расход топлива 2020. Поршень 2090 может быть связан с механическим элементом (не показан), сконфигурированным для передачи механической энергии на выход. Такие варианты с замкнутым контуром могут быть адаптированы для работы в качестве машины Стирлинга, включая машины альфа-типа, бета-типа, гамма-типа, машины со свободным поршнем, плоские машины или машины Стирлинга других типов.
Система с замкнутым контуром может также работать с одним или несколькими подвижными элементами. И в общем случае, один или несколько компонентов системы 2010 могут составлять часть системы с замкнутым контуром. Например, камера 2080 может составлять часть системы с замкнутым контуром, сконфигурированной для рециркуляции рабочей текучей среды. Такая система может работать в качестве теплообменника. Например, система 2010 может выполнять рефрижераторный цикл, вследствие чего рабочая текучая среда будет циркулировать между нагревательным и охлаждающим компонентами. Такая система может осуществлять периодические инжекции топлива 2020, как это требуется на поддержание образования по меньшей мере
плазмы, плазмы дугового разряда и/или тепловой энергии.
В некоторых вариантах, система 2010, показанная на Фиг 39, может содержать один или несколько магнитогидродинамических (МГД) преобразователей, имеющих по меньшей мере одну пару электропроводных элементов 2270, служащих МГД-электродами, или содержащих магниты 2270 для создания поперечного магнитного поля относительно оси потока, показанной как продольная ось камеры 2080 сгорания, где пара электродов 2270 и магнитов 2270 расположены поперечно одни другим, а также и те, и другие расположены поперек направления потока плазмы. В других вариантах, аналогичные устройства сконфигурированы для генерации электроэнергии. Например, в плазмодинамическом преобразователе (PDC) один или несколько намагниченных электропроводных элементов (не показаны), помещенных в камере 2080, могут быть использованы вместе с соответственно спаренными ненамагниченными электропроводными компонентами (не показаны), помещенными в камеру 2080 для генерации электроэнергии. В других вариантах, для генерации электроэнергии могут быть также использованы прямой электромагнитный преобразователь, преобразователь с дрейфом заряда или магнитное ограничение.
МГД-преобразование энергии использует прохождение потока ионов или плазмы через магнитное поле. Положительные и отрицательные ионы могут быть направлены по разнообразным траекториям в зависимости от размещения электродов и поданного между этими электродами напряжения. Типовой МГД-способ формирования потока массы ионов содержит расширение газа под высоким давлением, "засеянного" ионами, через сопло. Это может создать высокоскоростной поток через поперечное магнитное поле, где группа электродов расположена относительно отклоняющего электрода таким образом, чтобы принимать отклоненные ионы. В системе 2010 давление реакции воспламенения обычно выше атмосферного давления, хотя это и не обязательно. Направленный массоперенос может быть достигнут путем воспламенения топлива 2020 для образования ионизированной расширяющейся плазмы.
Такая конфигурация может позволить генерацию обеих - механической и электрической, энергии на основе воспламенения воды. Кроме того, по меньшей мере некоторая доля электроэнергии, получаемой в результате воспламенения, может быть использована для питания электродов 2030 или других электрических компонентов системы 2010.
На Фиг. 40 показан пример другого варианта системы 2010, где в потоковой камере 2290 расположены одна или несколько турбин 2280. В эту потоковую камеру 2290 могут быть также направлены одно или несколько инжекционных устройств 2260.
Как описано выше для камеры 2080, потоковая камера 2290 может быть сконфигурирована для воспламенения топлива 2020. Потоковая камера 2290 также может быть сконфигурирована для приема рабочей текучей среды, проходящей через эту потоковую камеру 2290. Как показано, турбина 2280, находящаяся перед (по потоку) инжекционным устройством 2260, может принимать поток рабочей текучей среды и по меньшей мере частично сжимать рабочую текучую среду. Инжекционные устройства 2260 могут затем инжектировать один или несколько материалов, как описано выше, в сжатую рабочую текучую среду. Воспламенение может привести к расширению рабочей текучей среды через вторую, расположенную дальше по потоку среды турбину 2280, создавая тягу. В качестве альтернативы, на выход может передаваться механическая энергия через вал (не показан) или другое устройство, механически связанное с турбиной 2280.
На Фиг. 41 представлен другой пример варианта системы 2010, где ракетный двигатель 2230 малой тяги сконфигурирован для создания тяги, как показано стрелками. Например, топливо 2020 может быть подано в канал 2300. В некоторых вариантах, топливо 2020 и/или текучая среда в канале 2300 может быть по меньшей мере частично направлена к соплу 2330 посредством компонента 2310. Кроме того, канал 2300 может быть сконфигурирован для сжатия или направления топлива 2020 или текучей среды в канале 2300. Как поясняется выше, текучая среда в канале 2300 может содержать рабочую текучую среду. С каналом 2300 или компонентом 2310 могут быть ассоциированы один или несколько электродов 2030. Такая конструкция может быть использована для создания ракетного двигателя 2320 малой тяги.
Во время работы топливо 2020 может быть воспламенено, как описано выше. Например, воспламенение, инициированное сильным электрическим током, может породить расширяющуюся плазму, которая может создать тягу. Ракетный двигатель 2320 малой тяги может содержать элемент, закрытый за исключением сопла 2330, сконфигурированного для направления потока расширяющейся плазмы с целью создания тяги. В другом варианте, ракетный двигатель 2330 малой тяги может содержать область магнитного или иного ограничения плазмы. Дополнительные компоненты могут направлять магнитное поле в системе с целью создания направленного потока плазмы от электродов 2030 после воспламенения сильным электрическим током. В другом варианте, сильно ионизированная плазма может быть использована в ионных двигателях и в ионных ракетных двигателях малой тяги, известных специалистам в рассматриваемой области, для создания тяги.
Системы, двигатели и процессы воспламенения, описанные здесь, могут найти применение в широком диапазоне приложений, нуждающихся в механической энергии.
Например, предлагаемые системы, устройства и способы могут быть использованы или сравнительно легко адаптированы для работы в наземной, авиационной, морской, подводной или космической средах. Генерация механической энергии с использованием описываемых принципов может найти применение в транспортном, горнодобывающем, сельскохозяйственном или промышленном оборудовании. Например, двигатель с большой выходной мощностью может быть использован в промышленных процессах, для генерации энергии, в системах отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха и в промышленном оборудовании. Приложения средней мощности могут содержать использование в легковых автомобилях, грузовиках, поездах, лодках и судах, мотоциклах, скутерах, водных мотоциклах, снегоходах, подвесных двигателях для морских судов, подъемниках и т.п. Свойства, описываемые здесь, могут быть также использованы в бытовых приборах (например, холодильниках, стиральных машинах, посудомоечных машинах и т.п.), садовом оборудовании (например, газонокосилках, снегоочистителях, кусторезах и т.п.) или в других приложениях, требующих небольшого двигателя.
Например, варианты настоящего изобретения могут быть использованы с машиной, сконфигурированной для наземных транспортных перевозок. Один или несколько аспектов системы 2010, описываемых здесь, могут быть механически соединены с приводным валом или другим компонентом, сконфигурированным для передачи механической энергии транспортному элементу. Этот транспортный элемент может представлять собой по меньшей мере - колесо, гусеницу, зубчатую передачу, гидравлический элемент или другое устройство для перемещения по поверхности земли. Для наземных перевозок предполагается использование разнообразных машин, включая автомобили, мотоциклы, снегоходы, грузовики или поезда. Возможно также применения на других, личных, развлекательных и коммерческих транспортных средствах.
В другом варианте, один или несколько аспектов системы 2010 могут быть использованы в машине, сконфигурированной для авиационного транспорта. Такая машина может содержать один или несколько авиационных элементов, сконфигурированных для создания тяги. Предполагается, что авиационный элемент может представлять собой авиационный пропеллер, компрессор или другой элемент, сконфигурированный для создания тяги в авиационной среде. Такая машина может представлять собой турбореактивный двигатель, турбовентиляторный двигатель, турбовинтовой двигатель, турбовальный двигатель, тяговый вентилятор, прямоточный реактивный двигатель, гиперзвуковой прямоточный реактивный двигатель или авиационный двигатель другого типа.
Аспекты настоящего изобретения также могут быть сконфигурированы для работы
в морской среде. Например, морской элемент может создавать тягу в морской среде и может содержать гребной винт. Даже рядовой специалист может представить себе морские элементы других типов, которые могут составлять часть насосного водометного двигателя, водометного двигателя, водоструйного двигателя или водяного двигателя другого типа.
Следующие аспекты настоящего изобретения содержат рабочую машину с рабочим элементом, сконфигурированным для генерации механической энергии. Рабочий элемент может представлять собой вращающийся вал, шатун, кулачок, шнек, лопатку или другой компонент, известный в технике. Рабочий элемент может составлять часть холодильника, стиральной машины, посудомоечной машины, газонокосилки, снегоуборщика, кустореза или рабочей машины другого типа.
ХР Экспериментальная часть
А. Результаты испытаний примера SF-СШТ-элемента по выработке энергии и регенерации твердого топлива
Образец для экспериментальных испытаний содержит сетчатый никелевый проводник площадью 1 см2, покрытый тонкой (толщина <1 мм) литой лентой из NiOOH с добавкой 11 масс % углерода и 27 масс% порошка никеля Ni. Этот материал был ограничен между двумя медными электродами аппарата для точечной сварки типа Taylor-Winfield модель ND-24-75 и был подвергнут воздействию короткого импульса сильного электрического тока при низком напряжении. Приложенное напряжение с частотой 60 Гц имело пиковую величину около 8 В, а пиковый ток был около 20,000 А. После воздействия в течение примерно 0.14 мс с общей энергией примерно 46 Дж материал испарился в течение примерно 1 мс. Были испытаны провода нескольких различных сечений, чтобы определить, достаточно ли напряжения 8 В, чтобы вызвать взрывное разрушение проволоки, наблюдаемое при коротком замыкании конденсаторов большой емкости, заряженных до напряжения несколько киловольт с большим запасом энергии. При этом в случае золотой (Аи) проволочки диаметром 0.25 мм наблюдался только известный резистивный нагрев до красного свечения и нагрев до расплавления.
Вычисленное из термодинамических соображений количество энергии, необходимое для испарения всего лишь 350 мг NiOOH и 50 мг металлического никеля Ni составило 3.22 кДж или 9.20 кДж/г NiOOH. Поскольку энергия разложения NiOOH является по существу нулевой, этот эксперимент показал большое количество высвобождаемой энергии. Вспышка была инициирована уже после получения пренебрежимо малой величины общей энергии всего 40 Дж. Вспышка вызвала
высвобождение 3.22 кДж тепловой энергии в течение 3 мс, что соответствует тепловой мощности 1,100,000 Вт (1.1 МВт). При размерах образца 1 см2 по площади и <1 мм по толщине объемная плотность мощности составила более 11 X 109 Вт/л (тепло). Сравнение видимого спектра, зарегистрированного спектрометром видимой области спектра Ocean Optics, с характеристикой излучения абсолютно черного тела показало, что температура газа составила 25,000К.
Учтем, что расчетное количество тепловой энергии, необходимое для достижения наблюдавшегося испарения всего лишь 350 мг NiOOH и 50 мг сетки из металлического никеля Ni в составе реакционной смеси составило 3.22 кДж. Количество водорода РЬ в 350 мг твердого топлива из NiOOH составляет 2 ммоль. На основе расчетной энтальпии 50 МДж/моль Ш(1/4) для реакции преобразования водорода РЬ в гидрино Ш(1/4) при таком стехиометрическом соотношении, что 2/3 водорода Н переходит в катализатор НОН и 1/3 превращается в гидрино Ш(1/4), соответствующее максимальное количество энергии, высвобождаемое при образовании Ш(1/4) составляет 33 кДж; таким образом, примерно 10% доступного водорода было преобразовано в гидрино Ш(1/4). Соответствующий выход реакции образования гидрино составил 64.4 мкмоль Ш(1/4).
Другой вариант твердого топлива содержал 100 мг порошка кобальта Со и 20 мг гидратированного MgCh. Реагенты были спрессованы в таблетку и воспламенены в аппарате для точечной сварки типа Taylor-Winfield модель ND-24-75 путем воздействия на эту таблетку коротко импульса сильного электрического тока при низком напряжении. Приложенное напряжение с частотой 60 Гц имело пиковую величину около 8 В, а пиковый ток был около 20,000 А. Вспышка происходила в заполненном аргоном контейнере с изоляционными перчатками для доступа рук и привела к высвобождению, по оценке, 3 кДж энергии плазмы. Частицы плазмы сконденсировались в виде нанопорошка. Продукт был гидратирован добавлением 10 мг воды Н2О, после чего воспламенение повторили. Повторная вспышка регенерированного твердого топлива была мощнее первой вспышки и высвободила около 5 кДж энергии.
В. Калориметрия твердого топлива в SF-СШТ-элементе
Калориметрия была произведена с использованием калориметра Parr 1341 plain-jacketed calorimeter с термометрической опцией Parr 6774 calorimeter thermometer для таблетки твердого топлива. Камера Parr 1108 сгорания в кислороде была модифицирована, чтобы можно было инициировать химическую реакцию посредством сильного электрического тока. Медные стержневые воспламеняющие электроды, содержащие медные цилиндры с наружным диаметром 1/2" (12,7 мм) (OD) и длиной 12" (305 мм),
были введены в герметизированную камеру, содержащую таблетку из графита (-1000 мг, Д х Ш х В (L х W х Н) = 4,6 мм (0.18") х 15,2 мм (0.6") х 7,6 мм (0.3")) в качестве контрольной резистивной нагрузки для калибровки теплоемкости калориметра или таблетку твердого топлива, при этом на концах электродов имеется медный зажим для плотного ограничения каждого образца. В резервуар для воды в калориметре было залито 2,000 г деионизованной (DI) воды (согласно инструкции компании Parr). Источником питания для калибровки и для воспламенения таблетки твердого топлива служил аппарат для точечной сварки типа Taylor-Winfield модель ND-24-75, который подавал короткий импульс электроэнергии в форме низкого напряжения около 8 В (эфф) с частотой 60 Гц и силой тока примерно 15,000 - 20,000 А. Величину входной энергии для калибровки и для воспламенения твердого топлива определяли как интеграл по времени входного воздействия от произведения напряжения на ток. Напряжение измеряли посредством системы сбора данных (data acquisition system (DAS)), содержащей персональный компьютер с модулем сбора данных National Instruments USB-6210 и модулем Labview VI. Ток измеряли посредством той же системы DAS с использованием катушки Роговски (Rogowski coil) (Модель CWT600LF с кабелем 700 мм), которая имела погрешность 0.3% в качестве источника сигнала. Входные данные о напряжении и токе получали с частотой отсчетов 10 KS/s (10,000/с), и использовали аттенюатор напряжения, чтобы ввести аналоговое входное напряжение в диапазон +/-10 В для модуля USB-6210.
Калиброванная теплоемкость калориметра была определена как 12,000 Дж/°С с использованием графитовой таблетки при входной энергии 995 Дж от аппарата для точечной сварки. Образец твердого топлива, содержащий смесь Си (45 мг) + СиО (15 мг) + Н2О (15 мг) и загерметизированный в алюминиевом контейнере для калориметрии DSC (70 мг) (алюминиевый тигель 30 мкл, D:6.7x3 (Setaram, S08/HBB37408) и алюминиевая крышка D: 6,7, штампованная, плотная (Setaram, S08/HBB37409)), воспламеняли путем подачи пикового напряжения 3 В с частотой 60 Гц и пикового тока примерно 11,220 А. Входная энергия, измеренная посредством интегрирования по времени произведения напряжения на ток, составляла 46 Дж для воспламенения образца, как это обозначено всплеском на графике, при полной энергии 899 Дж на входе, поступившей в импульсе от аппарата для точечной сварки, а полная выходная энергии, вычисленная по тепловому отклику калориметра в ответ на энергию, высвобожденную воспламенившимся твердым топливом, с использованием калиброванной теплоемкости, составила 3,035.7 Дж. После вычитания входной энергии итоговая результирующая величина полученной энергии составила 2,136.7 Дж для образца 0.075 г. В контрольных экспериментах с водой Н2О, контейнер из оксида алюминия не участвовал ни в каких реакциях за исключением
испарения во время вспышки. Дифракционный рентгеновский анализа (XRD) также не показал образования оксида алюминия. Таким образом, теоретическая величина энергии от химических реакций была равна нулю, а твердое топливо произвело 28,500 Дж/г избыточной энергии при образовании гидрино.
С. Дифференциальная сканирующая калориметрия (DSC) твердых топлив Твердые топлива были испытаны для определения получения избыточной энергии сверх максимального теоретического уровня посредством дифференциального сканирующего калориметра Setaram DSC 131 с использованием покрытых золотом Аи тиглей, а репрезентативные результаты испытаний приведены в Табл. 8.
D. Спектроскопическая идентификация молекулярных гидрино 0.05 мл (50 мг) воды РЬО было добавлено к 20 мг СозСч или СиО, все это было загерметизировано в алюминиевом контейнере для спектроскопии DSC (алюминиевый тигель 30 мкл, D:6.7x3 (Setaram, S08/HBB37408) и алюминиевая крышка D: 6,7, штампованная, неплотная (Setaram, S08/HBB37409)) и воспламенено электрическим током в пределах 15,000 - 25,000 А при напряжении около 8 В (эфф) с использованием аппарата для точечной сварки типа Taylor-Winfield модель ND-24-75. Наблюдалась вспышка большой мощности, испарившая образцы, каждый из которых был выполнен из энергетического материала, с образованием сильно ионизированной расширяющейся плазмы. Образец-свидетель в виде пластинки фольги из сплава MoCu (50-50 ат.%, АМЕТЕК, толщина 0.5 мм (0.020")) был помещен на расстоянии 89 мм (3.5 дюйма) от центра воспламененного образца, так что расширяющаяся плазма падала на поверхность этого свидетеля, чтобы внедрить молекулы РЬ(1/4) в поверхность.
С использованием спектрометра Thermo Scientific DXR SmartRaman с диодным лазером с длиной волны 780 нм в макро режиме наблюдался широкий пик 40 см"1 поглощения на фольге MoCu после воздействия плазмой, содержащей РЬ(1/4). Этот пик не
наблюдался в исходном "чистом" сплаве, а интенсивность пика увеличивалась при увеличении интенсивности плазмы и интенсивности лазера. Поскольку не известны никакие другие химические элементы или соединения, которые могли бы поглощать излучение одной линии 40 см"1 (0.005 эВ) ближней инфракрасной области спектра с энергией 1.33 эВ (энергия лазера с длиной волны 780 нм минус энергия, соответствующая спектральной линии 1950 см"1), было признано, что это линия Н2(1/4). Пик поглощения, начиная от линии 1950 см"1, соответствует энергии вращения в свободном пространстве для гидрино Ш(1/4) (0.2414 эВ) с точностью до четырех значащих цифр, и ширина линии 40 см"1 соответствует расщеплению энергии орбитально-ядерного взаимодействия [Mills GUTCP].
Пик поглощения, совпадающий с вращательной энергией гидрино Ш(1/4), представляет собой реальный пик и не может быть объяснен какими-либо известными частицами. Возбуждение вращения гидрино может вызвать появление пика поглощения в обращенном комбинационном рассеянии (inverse Raman effect (IRE)). Здесь инициированное лазером излучение непрерывного спектра поглощается и сдвигается к частоте лазера, где излучение непрерывной области спектра является достаточно сильным для поддержания населенности возбужденного вращательного состояния с целью разрешения вклада энергии антистоксова рассеяния. Обычно мощность лазера очень велика для рассеяния IRE, но оказалось, что поверхность MoCu способна вызывать усиленное поверхностью комбинационное рассеяние (SERS). Этот пик поглощения был атрибутирован обращенному комбинационному рассеянию (IRE) для вращательной энергии Ш(1/4) при переходе от J' = 1 к J" = 0. Этот результат показывает, что РЬ(1/4) является свободным ротором, что имеет место в случае водорода РЬ в кремниевой матрице. Результаты, полученные на обработанной плазмой фольге из MoCu, согласуются с тем, что наблюдалось ранее для СШТ-элемента, как это сообщается в прежней публикации Миллза: "Электрохимический элемент с большой удельной мощностью для индуцированного катализатором образования гидрино (СШТ)" (R. Mills, J. Lotoski, J. Kong, G Chu, J. He, J. Trevey, High-Power-Density Catalyst Induced Hydrino Transition (СШТ) Electrochemical Cell, (2014)), содержание которой включено сюда посредством ссылки во всей своей полноте.
Образцы продуктов реакции, содержащие СШТ-электролит, СШТ-электроды и геттерную смесь неорганических соединений КС1-КОН, помещенные в герметизированные контейнеры закрытых СШТ-элементов, были исследованы способом спектроскопии ядерного магнитного резонанса (MAS lH NMR), способом эмиссионной спектроскопии с возбуждением электронным лучом, способом рамановской
спектроскопии и способом фотолюминесцентной эмиссионной спектроскопии.
ЯМР-исследование (MAS NMR) молекулярных гидрино, захваченных в протонной матрице, представляет собой средство использования уникальных характеристик молекулярного гидрино для его идентификации через взаимодействие с матрицей. Уникальным признаком спектра ЯМР являются возможные квантовые состояния молекулярного гидрино. Аналогично возбужденным состояниям РЬ молекулярные гидрино Н2{\1 р} имеют состояния с ? = 0,1,2,...,р - \. Даже квантовое состояние ? = 0
имеет относительно большой квадрупольный момент, и кроме того, соответствующий орбитальный угловой момент для состояний с ? Ф 0 порождает магнитный момент [Mills GUT], который может вызвать сдвиг матрицы в сторону сильного поля. Этот эффект особенно благоприятен, когда матрица содержит обмениваемый водород Н, так, как матрица имеет гидратационную воду или твердая матрица из гидроксида щелочного металла, где локальное взаимодействие с гидрино Н2(\1 р} влияет на увеличение
населенности вследствие быстрого обмена. Геттер КОН-КС1 в составе СШТ-элемента показывает сдвиг спектра MAS NMR для активной составляющей матрицы (КОН) от +4.4 ррт к примерно от -4 до -5 ррт после атмосферного воздействия внутри герметизированного СШТ-элемента. Например, спектр MAS NMR первоначального геттера КОН-КС1 (1:1) и спектр того же геттера КОН-КС1 (1:1) из СШТ-элемента, содержащего [MoNi/LiOH-LiBr/NiO] и [CoCu (Н perm)/LiOH-LiBr/NiO] и передающего на выход 2.5 Вт.ч, 80 мА, с усилением 125%, и 6.49 Вт.ч, 150 мА, с усилением 186%, соответственно, показывают, что известный пик для матрицы ОН при слабых полях, сдвинут от примерно +4 ррт в область более сильного поля к примерно -4 ррт. Молекулярное гидрино, генерируемое СШТ-элементом, сдвигает матрицу от положительных величин в сторону существенно более сильного поля. Различные квантовые числа ?, возможные для состояния с р = 4, могут создать различные сдвиги матрицы в сторону сильных полей, согласованные с наблюдениями нескольких таких пиков в области -4 ррт. Пик ЯМР (MAS NMR) для матрицы КОН, который сдвинут в область сильных полей в результате образования комплекса с молекулярным гидрино и который может быть острым, когда сдвинутый в сторону сильных полей ион гидроксида (ОН") работает в качестве свободного ротора, согласуется с прежними наблюдениями. Результаты ЯМР (MAS-NMR) согласуются с прежними спектрами PoF-SIMS для положительных ионов, которые показывают мультимерные кластеры матричных соединений с ди-водородом, как часть структуры, М:Ш (М = КОН или К2СО3). В частности, спектры положительных ионов прежних геттеров для СШТ-элемента,
содержащих КОН и К2СО3, таких как K2CO3-KCI (30:70 масс.%) показали К+ (//2 : КОН^п
и К+(Н2 : К2С03)п, согласованные с Нг(1/р) в качестве комплекса в структуре
"Электрохимический элемент для индуцированного катализатором образования гидрино (СШТ)" [R. Mills, X Yu, Y. Lu, G Chu, J. He, J. Lotoski, "Catalyst induced hydrino transition (СШТ) electrochemical cell," (2014), International Journal of Energy Research].
Прямая идентификация молекулярного гидрино по его характерным необычно высоким вращательным и колебательным энергиям была получена с использованием рамановской спектроскопии. Другая отличительная характеристика состоит в том, что правила отбора для молекулярного гидрино отличаются от таких правил для обычного молекулярного водорода. Аналогично возбужденным состояниям водорода Н2, молекулярные гидрино имеют состояния с ? = 0,1,2,..., р-l, где растянутые
сфероидальные фотонные поля для Н2(\/р);р= 1,2, 3,..., 137, имеют сферические
гармонические угловые составляющие для квантового числа ? относительно большой полуоси [Mills GUT]. Переходы между этими растянутыми сфероидальными гармоническими состояниями являются допустимыми для вращательных переходов с AJ = 0, ±1 во время чисто колебательного перехода без электронных переходов, как это наблюдалось для возбужденных состояний водорода Нг. Время жизни угловых состояний достаточно велико, так что гидрино Нг(1/р) может уникально совершать вращательно-колебательный переход, имеющий правило выбора AJ = 0,±1.
Излучающее вращательно-колебательное состояние молекулярного гидрино может быть возбуждено посредством столкновения электронов высоких энергий или лазером, где вследствие вращательной энергии р2 [J + 1)0.01509 eV [Mills GUT], возбужденные
вращательные состояния не могут иметь такую населенность, как статистическая термодинамическая населенность при окружающих температурах, поскольку соответствующая тепловая энергия меньше 0.02 эВ. Таким образом, распределение населенности вращательно-колебательных состояний отражает вероятность возбуждения внешнего источника. Более того, поскольку колебательная энергия, равная /?20.515 eV , в тридцать пять раз выше вращательной энергии, ожидается, что только первый уровень, v = 1, будет возбужден внешним источником. Состояния молекулярного гидрино могут быть подвержены изменениям квантового числа ? при окружающей температуре, а квантовое состояние J может изменяться при облучении электронным лучом или лазером, поскольку мощность термализуется. Таким образом, начальное состояние может быть каким-либо из состояний ? = 0,1,2,3 независимо от квантового числа J. Таким
образом, вращательные или вращательно-колебательные переходы являются рамановскими и активными в инфракрасном диапазоне с разрешенными ветвями R, Q, Р, где угловой момент сохраняется при изменениях между вращательными и электронными состояниями. Изменениями квантового числа ? допускается деактивирующий колебательный переход и = 1 -" и = 0 с преобразованием вращательной энергии вверх (J' - J" = -1), преобразованием вниз (J' - J" = +1), и отсутствием изменений (J' - J" = 0) приводит к появлению Р, R и Q ветвей, соответственно. Прогнозируется, что пик ветви Q, соответствующий чисто колебательным переходам и = 1 -" о = 0; А/ = 0, будет более интенсивным при быстром уменьшении интенсивности для Р и R серий пиков переходов более высокого порядка, где вследствие доступной энергии внутреннего преобразования, ожидается больше пиков более высокой интенсивности для ветви Р, чем для ветви R. Ожидается, что влияние матрицы вызовет сдвиг колебательной энергии относительно энергии свободного вибратора, а барьер вращательной энергии матрицы создаст, как ожидается, такой же сдвиг энергии для пиков каждой из Р и R ветвей, что проявляется в виде ненулевого пересечения линейного разделения энергий серий вращательных пиков.
Как сообщалось ранее ["Электрохимический элемент для индуцированного катализатором образования гидрино (CIHP)" (R. Mills, X Yu, Y. Lu, G Chu, J. He, J. Lotoski, "Catalyst induced hydrino transition (CIHP) electrochemical cell," (2014), International Journal or Energy Research)] вращательно-колебательное излучение гидрино H2{\/4), захваченных в кристаллической решетке геттеров в CIHP-элементе, возбуждалось лучом от электронного прожектора с энергией 6 кэВ при токе луча 8 мкА и давлении 5 X 10 6 мм рт.ст., и регистрировалось посредством безоконной спектроскопии в ультрафиолетовом диапазоне. Раким же образом, гидрино Н2{\14), захваченные в
кристаллической решетке металла MoCu, наблюдались с помощью эмиссионной спектроскопии с возбуждением электронным лучом. Пример разрешенного вращательно-колебательного спектра гидрино Ш(1/4) (так называемый диапазон 260 нм), зафиксированный от анода из сплава MoCu в CIHP-элементе [MoCu(50/50) (Н проницаемый)ДлОН+Р1Вг/МО], который отдает энергию 5.97 Вт.ч, при токе 80 мА и усилении 190%, показал максимальный пик с длиной волны 258 нм при репрезентативных позициях пиков с длинами волн 227, 238, 250, 263, 277 и 293 нм, имеющих равные промежутки 0.2491 эВ. Результаты очень хорошо согласуются с предсказываемыми величинами для гидрино Ш(1/4) для переходов сдвинутых матрицей колебательных состояний и вращательных переходов свободного ротора и = 1 -" и = 0 и Q(0), R(0), R(l), Р(1), Р(2) и Р(3), соответственно, где Q(0) может быть идентифицирован
как наиболее интенсивный пик серии. Ширина пика на половине максимума (FWHM) составила 4 нм. Расширение вращательно-колебательных переходов Ш(1/4) относительно обычного водорода РЬ в кристаллической решетке ожидается, поскольку участвующие энергии чрезвычайно велики, в шестьдесят раз выше, и имеет место значительная связь с фононными диапазонами в решетках, что приводит к резонансному расширению. Диапазон 260 нм не наблюдался на исходном материале MoCu. Диапазон 260 нм наблюдался в спектре рамановской люминесценции второго порядка от кристаллов КОН-КС1, служащих геттером для газа гидрино №(1/4), когда этот геттер загерметизирован в СШР-элементе, как это объяснялось ранее ["Электрохимический элемент для индуцированного катализатором образования гидрино (СШР)" (R. Mills, X Yu, Y. Lu, G Chu, J. He, J. Lotoski, "Catalyst induced hydrino transition (CIHP) electrochemical cell," (2014), International Journal or Energy Research)]. Диапазон 260 нм также наблюдался на аноде из сплава СоСи.
Наличие гидрино Ш(1/4) было далее подтверждено посредством рамановской спектроскопии, где вследствие большой разницы энергий между орто-состоянием и пара-состоянием ожидалось, что последние преобладают в населенности. В предположении, что пара-состояние является четным, типовое правило выбора для чисто вращательных переходов представляет собой А/ = ±2 для четных целых чисел. Однако связь орбитально-вращательного углового момента приводит к изменениям квантового числа ? с сохранением углового момента фотона, что возбуждает вращательный уровень, где резонансная энергия фотонов смещена по частоте на величину энергии орбитально-ядерного сверхтонкого взаимодействия относительно перехода в отсутствие изменения квантового числа ? . Более того, для ? Ф 0, ядра выравнены вдоль междуядерной оси, как это написано в главе 12 (Chp 12) работы [Mills GUP]. Вращательное правило выбора для спектров Стокса определено как разность - начальное состояние минус конечное состояние и имеет вид А/ =J' - J" = -l, правило выбора орбитального углового момента имеет вид А^ = ±1, и переход становится разрешен посредством сохранения углового момента во время связи вращательного и орбитального угловых моментов [Mills GUP]. При этом не ожидается какой-либо зависимости интенсивности от спина ядра.
При использовании спектрометра Fhermo Scientific DXR SmartRaman с диодным лазером с длиной волны 780 нм в макро режиме наблюдался широкий пик 40 см"1 поглощения на проницаемых для водорода анодах из MoCu после выработки избыточной электроэнергии. Этот пик не наблюдался в исходном "чистом" сплаве, а интенсивность пика увеличивалась при увеличении интенсивности плазмы и интенсивности лазера. Более того, есть результаты ультразвукового исследования до и после воспламенения,
показывающие, что единственными возможными элементами, которые можно рассматривать в качестве источников пика, были Мо, Си, Н и О, как это подтверждается растровой электронной микроскопией и рентгеновским спектром рассеяния энергии SEM-EDX. Перестановки контрольных соединений не воспроизводят пик. Пик наблюдался также в элементах, имеющих аноды из Мо, СоСи и MoNiAl, таких как элемент структуры [CoCu (Н проницаем)/ЬЮН-Ь1Вг/МО], вырабатывающий энергию 6.49 Вт.ч, при токе 150 мА с усилением 186%, и элемент структуры [MoNiAl (45.5/45.5/9 Macc%> )/LiOH-LiBr/NiO], вырабатывающий энергию 2.40 Вт.ч, при токе 80 мА с усилением 176%. В отдельных экспериментах геттерированный посредством КОН-КС1 газ из этих элементов дает очень интенсивные серии пиков флуоресценции или фотолюминесценции, которые были ассоциированы с вращательно-колебательными состояниями гидрино. Поскольку не известны никакие другие химические элементы или соединения, которые могли бы поглощать излучение одной линии 40 см"1 (0.005 эВ) ближней инфракрасной области спектра с энергией 1.33 эВ (энергия лазера с длиной волны 780 нм минус энергия, соответствующая спектральной линии 2000 см"1), было признано, что это линия Ш(1/4). Пик поглощения, начиная от линии 1950 см"1, соответствует энергии вращения в свободном пространстве для гидрино Ш(1/4) (0.2414 эВ) с точностью до четырех значащих цифр, и ширина линии 40 см"1 соответствует расщеплению энергии орбитально-ядерного взаимодействия [Mills GUTCP].
Пик поглощения, соответствующий вращательной энергии гидрино Ш(1/4) представляет собой реальный пик и не может быть объяснен какими-либо известными химическими частицами. Возбуждение вращения гидрино может вызвать появление пика поглощения посредством двух механизмов. Согласно первому механизму излучение Стокса поглощается кристаллической решеткой в результате сильного взаимодействия вращающегося гидрино в качестве включений в кристаллическую решетку. Это совпадает с резонансным расширением, наблюдавшимся в электронно-лучевом диапазоне 260 нм. Второй механизм содержит известное обратное комбинационное рассеяние. Здесь инициированное лазером излучение непрерывного спектра поглощается и сдвигается к частоте лазера, где излучение непрерывной области спектра является достаточно сильным для поддержания населенности возбужденного вращательного состояния с целью разрешения вклада энергии антистоксова рассеяния. Обычно мощность лазера очень велика для рассеяния PRE, но молекулярное гидрино может быть специальным случаем вследствие ненулевого квантового числа ? и соответствующих правил выбора.. Более того, ожидается, что MoCu способен вызывать усиленное поверхностью комбинационное рассеяние (SERS) вследствие небольших размеров границ зерен молибдена Мо и меди Си
в смеси металлов. Поэтому, результаты обсуждаются в контексте последнего механизма.
Это поглощение было ассоциировано с обратным рамановским рассеянием (IRE) для вращательной энергии гидрино №(1/4) для перехода от J' = \ к J" = 0 [Mills GUT]. Этот результат показывает, что гидрино Нг(1/4) является свободным ротором в случае водорода № в кремниевой матрице. Более того, поскольку гидрино РЬ(1/4) может образовывать комплексы с гидроксидом, как показывают результаты ЯМР (MAS NMR) и спектрометрии ToF-SIM, а сдвиг матрицы наблюдается в спектре излучения при возбуждении электронным лучом и в спектре фотолюминесценции из-за влияния среды в месте, где находится гидрино РЬ(1/4), в кристаллической решетке, предполагается, что происходит сдвиг рассеяния IRE также в различных матрицах и в функции давления [["Электрохимический элемент для индуцированного катализатором образования гидрино (СШТ)" (R. Mills, X Yu, Y. Lu, G Chu, J. He, J. Lotoski, "Catalyst induced hydrino transition (СШТ) electrochemical cell," (2014), International Journal or Energy Research)]. Аналогично, пики рамановского рассеяния для водорода РЬ в качестве включений в матрицу сдвигаются при изменении давления. При рамановском спектральном скрининге металлов и неорганических соединений были обнаружены несколько событий. Титан Ti и ниобий Nb показали небольшой пик поглощения около 20 отсчетов, начиная от 1950 см"1. Алюминий А1 показал намного более сильный пик. Случаи неорганических соединений содержат LiOH и LiOH-LiBr, которые показали пики при 2308 см"1 и 2608 см"1, соответственно. Размалывание на шаровой мельнице материала LiOH-LiBr вызывает реакцию, значительно интенсифицирует пик рассеяния IRE и сдвигает его так, что он становится центрирован на 2308 см"1, как LiOH, равно как образует пик, центрированный на 1990 см"1. Особенно сильный пик поглощения наблюдался при 2447 см"1 от Са(ОН> 2, образующего воду Н2О. Последняя может служить катализатором для образования гидрино Нг(1/4) после дегидратации Са(ОН)2 при 512 °С или в результате реакции с СОг. Это реакции типа реакций в твердом топливе для образования гидрино, как сообщалось ранее ["Электрохимический элемент для индуцированного катализатором образования гидрино (СШТ)" (R. Mills, X Yu, Y. Lu, G Chu, J. He, J. Lotoski, "Catalyst induced hydrino transition (CIHT) electrochemical cell," (2014), International Journal or Energy Research)]. Оба соединения - LiOH и Са(ОН)г, показали пик рассеяния IRE для гидрино РЬ(1/4), а соединение LiOH коммерчески образуется из Са(ОН)2 посредством реакции с Li2C03. Таким образом, реакция в смеси Са(ОН)г + Li2C03 была вызвана посредством размалывания на шаровой мельнице, а также наблюдался очень интенсивный пик рассеяния IRE для гидрино Нг(1/4), центрированный на 1997 см"1.
О гидрино №(1/4), как о продукте реакций твердого топлива, уже сообщалось
ранее ["Электрохимический элемент для индуцированного катализатором образования гидрино (СШТ)" (R. Mills, X Yu, Y. Lu, G Chu, J. He, J. Lotoski, "Catalyst induced hydrino transition (CIHT) electrochemical cell," (2014), International Journal of Energy Research; R. Mills, J. Lotoski, W. Good, J. He, "Solid Fuels that Form HOH Catalyst," (2014))]. Было показано, что энергия, высвобождаемая при образовании гидрино согласно Уравнениям (6-9), приводит к большой кинетической энергии ионов Н". При использовании твердого топлива Li + L1NH2 + диссоциатор Ru-АЬОз, которое может образовывать водород Н и НОН, служащий катализатором, в результате разложения А1(ОН)з и реакции лития Li с водой Н2О и L1NH2, ионы, приходящие прежде ионов m/e = 1, наблюдались на спектрометре ToF-SIMS, который подтвердил, что высвобождение энергии согласно Уравнению (9) проявляется в виде большой кинетической энергии ионов Н". Другие ионы, такие как кислород (m/e = 16) не показали ранних пиков. Время пролета Т, масса m и ускоряющее напряжение V связаны соотношением
(197)
где А - константа, зависящая от расстояния пролета ионов. На основе наблюдавшегося раннего пика m/e = 0.968 при ускоряющем напряжении 3 кВ кинетическая энергия, поступающая к химическим частицам водорода Н от реакции образования гидрино, составляет примерно 204 эВ, что согласуется с реакцией с участием катализатора, описываемой Уравнениями (6-9). Такой же ранний спектр наблюдался в положительном режиме, соответствующем ионам Н+, но интенсивность была ниже.
Твердое топливо было исследовано посредством рентгеновской фотоэмиссионной спектроскопии (XPS). Спектроскопия XPS, выполненная для LiHBr, образовавшегося в результате реакции Li, LiBr, L1NH2, диссоциатора R-Ni (содержащего примерно 2масс.% А1(ОН)з) и водорода Нг под давлением 1 атм, показала пики при 494.5 эВ и 495.6 эВ в спектрах XPS продуктов реакции в двух разных экспериментах, которые (пики) не могут быть ассоциированы с какими-либо известными химическими элементами. Единственными возможными вариантами были натрий Na, олово Sn и цинк Zn, которые однако можно было легко исключить, исходя из отсутствия каких-либо других пиков, соответствующих этим элементам, поскольку наблюдались только пики для Li, Br, СиО. Эти пики совпадали по энергии с теоретически допустимой двойной ионизацией ["Электрохимический элемент для индуцированного катализатором образования гидрино (СШТ)" (R. Mills, X Yu, Y. Lu, G Chu, J. He, J. Lotoski, "Catalyst induced hydrino transition (СШТ) electrochemical cell," (2014), International Journal or Energy Research)] молекулярного гидрино Нг(1/4). Присутствие молекулярного гидрино в качестве продукта
реакции было также подтверждено посредством спектроскопии комбинационного рассеяния (рамановской) и спектроскопии FTIR. Рамановский спектр продукта LiFffir твердого топлива показал соответствующий гидрино №(1/4) пик обращенного комбинационного рассеяния, центрированный на 1994 см"1. Спектр FPIR продукта LiHBr твердого топлива показал новый острый пик на 1988 см"1, что близко согласуется с энергией свободного ротора для гидрино №(1/4). Более того, ЯМР (MAS NMR) показал пик, значительно сдвинутый в сторону сильных полей , что согласуется с результатами, полученных для других образцов геттера КОН-КС1 (1:1) из других СШР-элементов, таких как образец из СШТ-элемента, содержащего [Mo/LiOH-LiBr/NiO] и вырабатывающего 2.5 Вт.ч при токе 80 мА и усилении 125%, который показал сдвинутые в сторону сильного поля пики матрицы при -4.04 и -4.38 ррт, и образец из СШР-элемента, содержащего [CoCu (Н npoHH4aeM)/LiOH-LiBr/NiO] и вырабатывающего 6.49 Вт.ч, при токе 150 мА и усилении 186%, который показал сдвинутые в сторону сильного поля пики матрицы при -4.09 и -4.34 ррт.
Спектроскопия XPS была также применена к анодам СШТ-элементов, таких как [MoCu (Н проницаем)/РЮН-ЫВг/МО] (1.56 Вт.ч, 50 мА и усиление 189%), и [MoNi (Н проницаем)/РЮН-Ь1Вг/МО] (1.53 Вт.ч, 50 мА и усиление 190%). Здесь также наблюдался пик 496 эВ. Пик был ассоциирован с Ш(1/4), поскольку другие возможности были исключены. В частности, в каждом случае пик 496 эВ не мог быть ассоциирован с уровнем молибдена Мо Is, поскольку его интенсивность должна была бы быть намного меньше интенсивности пиков Мо Зр, а энергия должна была бы быть выше наблюдавшейся энергии, и этот пик не мог быть ассоциирован с Na KLL, поскольку в спектре отсутствует линия, соответствующая натрию Na Is.
Для другой успешной методики перекрестного подтверждения результатов исследований спектров гидрино был использован рамановский спектрометр, на котором согласование вращательно-колебательных уровней гидрино Ш(1/4) с электроннолучевым диапазоном 260 нм наблюдали в качестве люминесценции второго порядка. Газ из элементов [Мо, 10 биполярных пластин/LiOH-LiBr-MgO/NiO] (2550.5 Вт.ч, 1.7 А, 9.5 В и усиление 234%), [MoCu/LiOH-LiBr/NiO] (3.5 Вт.ч, 80 мА и усиление 120%), [MoNi/LiOH-LiBr/NiO] (1.8 Вт.ч, 80 мА и усиление 140%) был геттерирован посредством КОН-КС1 (50-50 ат.%), и [CoCu (Н проницаем)/РЮН-ЫВг/МО] (6.49 Вт.ч, 150 мА и усиление 186%), и были зарегистрированы рамановские спектры для геттеров с использованием рамановского спектрометра Horiba Jobin Yvon LabRAM Aramis с гелий-кадмиевым (HeCd) лазером с длиной волны 325 нм в микроскопическом режиме с увеличением 40Х. В каждом случае интенсивные серии рамановских пиков 1000 см"1 (0.1234 эВ),
равноотстоящих один от другого по энергиям, наблюдались в области от 8000 см"1 до 18,000 см"1. Преобразование рамановского спектра в спектр флуоресценции или фотолюминесценции выявило согласование с вращательно-колебательным спектром второго порядка для гидрино Н2(1/4), соответствующим диапазону 260 нм и сначала наблюдавшимся при электроннолучевом возбуждении ["Электрохимический элемент для индуцированного катализатором образования гидрино (СШТ)" (R. Mills, X Yu, Y. Lu, G Chu, J. He, J. Lotoski, "Catalyst induced hydrino transition (CIHT) electrochemical cell," (2014), International Journal or Energy Research)]. Спектральные пики для Q, R и P ветвей были ассоциированы следующим образом - пики Q(0), R(0), R(l), R(2), R(3), R(4), P(l), P(2), P(3), P(4), P(5) и P(6) наблюдались на 12,199, 11,207, 10,191, 9141, 8100, 13,183, 14,168, 15,121, 16,064, 16,993 и 17,892 см"1, соответственно. Считалось, что возбуждение осуществлялось лазерным излучением гелия и кадмия с большой энергией в ультрафиолетовой и дальней ультрафиолетовой областях спектра, где лазерная оптика была прозрачной по меньшей мере в диапазоне 170 нм, а дифракционная решетка (система Labram Aramis 2400 г/мм с фокусным расстоянием 460 мм и ПЗС-матрицей 1024 X 26 мкм2 пикселей) являлась дисперсионной и имела максимум эффективности на коротковолновой стороне спектрального диапазона, такого же диапазона, как диапазон 260 нм. Например, кадмий имеет очень интенсивную линию с длиной волны 214.4 нм (5.8 эВ), которая совпадает с энергией вращательно-колебательного возбуждения для гидрино №(1/4) в матрице КС1 на основе данных, полученных при электроннолучевом возбуждении. ПЗС-матрица также наиболее чувствительна для длины волны 500 нм, а область второго порядка для диапазона 260 нм центрирована на длине волны 520 нм.
Диапазоны фотолюминесценции также были коррелированны со сдвинутыми в сторону сильного поля пиками ЯМР. Например, геттер КОН-КС1 (1:1) из СШТ-элементов, имеющих анод из сплава MoNi и содержащих [MoNi/LiOH-LiBr/NiO], показал сдвинутые в сторону сильного поля пики матрицы при -4.04 и -4.38 ррт, а геттер КОН-КС1 (1:1) из СШТ-элементов, имеющих проницаемые для водорода аноды из сплава CoCu и содержащих [CoCu (Н проницаем)/ЕЮН-Е1Вг/МО], показал сдвинутые в сторону сильного поля пики матрицы при -4.09 и -4.34 ррт, в сериях пиков фотолюминесценции в диапазоне 260 нм при электроннолучевом возбуждении.
В целом, результаты рамановской спектроскопии, такие как наблюдение пика 0.241 эВ (1940 см"1) обращенного комбинационного рассеяния и рамановского диапазона фотолюминесценции с разнесенными через одинаковые промежутки 0.2414 эВ пиками, согласованного со спектром в диапазоне 260 нм при электроннолучевом возбуждении, являются сильным подтверждением присутствия молекулярного гидрино с междуядерным
расстоянием, равным 1/4 междуядерного расстоянии в молекуле водорода №. Свидетельство в последнем случае является тем более обоснованным, что оно попадает в область, где нет известных пиков первого порядка или возможного ассоциирования пиков, которые были бы согласованы до четырех значащих цифр с теоретическими предсказаниями.
Рамановский спектр определяли для образца 1 г геттера КОН-КС1 (1:1), который держали на расстоянии 2" (51 мм) от центра в течение 15 последовательных воспламенений 15 разных таблеток твердого топлива, каждая из которых содержит смесь СиО (30 мг) + Си (10 мг) + №0 (14.5 мг), загерметизированную в алюминиевом контейнере для калориметрии DSC (алюминиевый тигель 30 мкл, D:6.7x3 (Setaram, S08/HBB37408) и алюминиевая крышка D: 6,7, штампованная, плотная (Setaram, S08/HBB37409)). Каждый образец твердого топлива воспламеняли посредством аппарата для точечной сварки типа Paylor-Winfield модель ND-24-75, который подавал короткий импульс сильного электрического тока при низком напряжении. Приложенное напряжение 60 Гц имело пиковую величину примерно 8 В, а пиковый ток составлял примерно 20,000 А. Образец геттера находился в тигле из оксида алюминия, которые покрыт полимерной проволочной сеткой, обвязанной вокруг тигля. Сетка предотвращает попадание твердых продуктов реакции в образец геттера, но пропускает газ. Пятнадцать отдельных образцов твердого топлива были быстро и последовательно воспламенены, после чего образец геттера с накопленным воздействием воспламенений этих 15 образцов был передан в заполненный аргоном Аг контейнер с изоляционными перчатками для доступа рук, где этот образец был равномерно смешан с использованием ступки и пестика. При использовании рамановского спектрометра Horiba Jobin Yvon LabRAM Aramis с гелий-кадмиевым (HeCd) лазером с длиной волны 325 нм в микроскопическом режиме с увеличением 40Х наблюдались серии рамановских пиков 1000 см"1 (0.1234 эВ), равноотстоящих один от другого по энергиям, что согласуется с излучением вращательных состояний второго порядка гидрино №(1/4) при переходе и = 1 -" и = 0. В частности, наблюдались спектральные пики для Q, R и Р ветвей, а именно пики Q(0), R(0), R(l), R(2), P(l), P(2), P(3), P(4) и P(5), наблюдались на 12,194, 11,239, 10,147, 13,268, 14,189, 15,127, 16,065, 17,020 и 17,907 см"1, соответственно, что подтверждает, что именно молекулярное гидрино №(1/4) является источником энергетической вспышки при воспламенении твердого топлива.
Был выполнен спектроскопический анализ в дальней ультрафиолетовой области спектра для образца твердого топлива, содержащего сетчатый никелевый проводник площадью 0.08 см2, покрытый тонкой (толщина <1 мм) литой лентой из NiOOH с
добавкой 11 масс % углерода и 27 масс% порошка никеля Ni и помещенный в вакуумную камеру, откачанную до давления 5 XIО"4 мм рт.ст. Материал был ограничен между двумя медными электродами аппарата для точечной сварки типа Acme Electric Welder Company модель 3-42-75, 75 кВА, так что горизонтальная плоскость образца была совмещена с оптикой спектрометра дальней ультрафиолетовой области спектра, что было подтверждено с помощью юстировочного лазера. Образец был подвергнут воздействию короткого импульса сильного электрического тока при низком напряжении. Пиковая величина приложенного напряжения с частотой 60 Гц составила примерно 8 В, а пиковая сила тока составила примерно 20,000 А. Спектр регистрировали с использованием спектрометра дальней ультрафиолетовой области спектра со скользящим падением луча фирмы McPherson (Модель 248/310G), оснащенного покрытой платиной дифракционной решеткой 600 г/мм и алюминиевым (А1) (толщина 800 нм, Luxel Corporation) фильтром для блокирования видимого света. Угол падения составил 87°. Разрешение по длине волны при использовании входной щели шириной 100 мкм было около 0.15 нм в центре и 0.5 нм на краях окна диапазона длин волн ПЗС-матрицы, равного 50 нм. Расстояние от источника плазмы, каковым являлось воспламенение твердого топлива, до входа спектрометра равнялось 70 см. Свет дальней ультрафиолетовой области спектра воспринимал ПЗС-детектор (Andor iDus), охлажденный до -60 °С. Полоса ПЗС-детектора была центрирована на длине волны 35 нм. Наблюдалось излучение в непрерывном спектре от 10 нм до 40 нм. После регистрации спектра вспышки было подтверждено, что алюминиевое окно осталось незатронутым. Вспышка с внешней стороны от кварцевого окна, которое отсекает любое излучение дальней ультрафиолетовой области спектра, пропуская видимый свет, показала равномерный спектр, подтверждая тем самым, что коротковолновый спектр континуума не был обусловлен рассеянным видимым светом, прошедшим сквозь алюминиевый (А1) фильтр. Спектр самостягивающегося разряда в гелии при высоком напряжении показал только линии атомарного гелия Не и ионов, которые были использованы для калибровки спектрометра по длине волны. Раким образом, было подтверждено, что световое излучение с большой энергии является реальным сигналом. Излучение с энергиями свыше 125 эВ не может быть вызвано ускорением в электрическом поле, поскольку максимальное приложенное напряжение было меньше 8 В; более того, ни одна известная химическая реакция не способна высвобождать энергию больше, чем всего лишь несколько электрон-вольт (эВ). Образующаяся в ходе реакции молекула воды Н20 может служить катализатором, приняв энергию 81.6 эВ (ш = 3) для образования промежуточного состояния, которое затухает с излучением в диапазоне континуума, имеющем отсечку по энергии 92 -13.6 eV = 122.4 eV
91 2
и коротковолновую отсечку X, г п i\=~-пт = 10.1 пт (Уравнения. (32-33)).
я-> я
Диапазон излучения континуума находится в области спектра с длинами волн порядка 10 нм и простирается в область более длинных волн, согласованную с теоретически предсказанным переходом водорода Н в состояние гидрино Н(1/4) согласно Уравнениям (43-47).
Е. Плазмодинамическое преобразование энергии
Было добавлено 0.05 мл (50 мг) воды Н2О к 20 мг СозСч или СиО, герметизированным в алюминиевом контейнере для калориметрии DSC (алюминиевый тигель 30 мкл, D:6.7x3 (Setaram, S08/HBB37408) м алюминиевая крышка D: 6,7, штампованная, плотная (Setaram, S08/HBB37409)). С использованием аппарата для точечной сварки типа Taylor-Winfield модель ND-24-75 каждый образец был воспламенен путем пропускания электрического тока 15,000 - 25,000 А при напряжении примерно 8 В (эфф), поданном на воспламеняющие электроды, представляющие собой медные цилиндры с наружным диаметром (OD) 15,9 мм (5/8") и длиной 76,2 мм (3"), так что плоские торцы цилиндров ограничивают исследуемый образец. Наблюдалась вспышка большой мощности, испарившая каждый образец и превратившая его в энергетическую сильноионизированную плазму. Электроды плазмодинамического (PDC) преобразователя представляют собой две медные проволоки с наружным диаметром 1,6 мм (1/16"). Намагниченный PDC-электрод имел форму разомкнутой петли диаметром 25,4 мм (1"), которая может располагаться вокруг воспламеняющих электродов в плоскости образца топлива. Поскольку электрический ток был направлен вдоль оси, магнитное поле этого сильного тока было радиальным, параллельно контуру петлевого PDC-электрода. Ненамагниченный PDC-противоэлектрод был параллелен воспламеняющим электродам и направлению сильного тока; таким образом, радиальные магнитные силовые линии были перпендикулярны этому PDC-электроду. Указанный PDC-противоэлектрод выступает на 63,5 мм (2.5") выше и ниже плоскости образца. Напряжение PDC-электрода было измерено на стандартном резисторе с сопротивлением 0.1 Ом. На одной группе PDC-электродов была зарегистрирована мощность 6250 Вт после воспламенения, соответствующего напряжению 25 В и току 250 А. Мощность PDC-преобразователя возрастает пропорционально числу пар PDC-электродов.
F. Элемент с плазмой дугового разряда в воде Ш2О)
Было экспериментально проверено получение большой энергии от образования
гидрино путем возбуждения плазмы дугового разряда в стоячей колонне с водой НЮ. Схематичный чертеж экспериментального генератора 800 энергии на основе элемента с плазмой дугового разряда в воде Н2О, показан на Фиг. 11. Система с плазмой дугового разряда в воде Н2О содержит конденсатор 806 для накопления энергии, присоединенный между медным электродом 803 и 802 в виде базовой пластины и стержня и концентрическим наружным круговым медным цилиндрическим электродом 801, содержащим воду 805, где стержень 802 из состава электрода 803 и 802 в виде базовой пластины и стержня находился под колонной с водой. Стержень 802 был погружен в нейлоновую изоляционную втулку 804 в секции цилиндрического электрода и в нейлоновый блок 804 между базовой пластиной 803 и цилиндром 801. Колонна обычной водопроводной воды или водопроводной воды, добавленной к деионизованной воде 805, стояла между центральным стержневым электродом 802 и наружным цилиндрическим и круговым электродом 801. Когда напряжение прикладывали к деионизованной воде, разряда получить не удалось. Банк 806 конденсаторов, содержащий четыре конденсатора (Sprague, 16uF 4500V DC, модель A-109440, 30P12), присоединен параллельно болтами клемм к двум медным шинам шириной 25,4 мм (1 дюйм) и толщиной 3,2 мм (1/8 дюйма), присоединенным к электродам, так что один из выводов присоединен к шине заземления 410 через резистор 808 сопротивлением 0.6 МОм. Банк конденсаторов был заряжен от источника 809 напряжения питания (Universal Voltronics, 20kV DC, модель 1650R2) через соединение, имеющее резистор 807 сопротивлением 1 МОм, и разряжен через выключатель 411 в виде искрового промежутка с атмосферным воздухом в зазоре, имеющий электроды из нержавеющей стали. Высокое напряжение было в пределах 3 - 4.5 кВ. При напряжениях ниже 3 кВ разряд получить не удалось. Ток разряда был в пределах 10 - 13 кА (измерено посредством катушки Роговски, модель CWT600LF с кабелем длиной 700 мм). Параметры для испытанного открытого элемента с 4 мл воды НгО имеют, например, следующие значения - емкость около 64 мкФ, собственная индуктивность около 6 мкГн, собственное сопротивление около 0.3 Ом, цилиндрический электрод 801 имеет внутренний диаметр (ID) и глубину, 12,7 мм (1/2 дюйма) и 63,5 мм (2.5 дюйма), соответственно, наружный диаметр (OD) стержня 802 равен 6,35 мм (1/4 дюйма), расстояние между цилиндрическим электродом 801 и центральным стержнем 802 равно 3,2 мм (1/8"), напряжение заряда примерно 4.5 кВ и постоянная времени схемы около 20 мкс. Воспламенение воды НгО для образования гидрино с высокой интенсивностью было реализовано путем зажигания дугового разряда в воде, где дуга вызывает образование атомарного водорода и служащего катализатором НОН, которые вступают в реакцию с образованием гидрино и высвобождением большой энергии. Эта
большая энергия проявилась в выбросе всей присутствующей воды НЮ в виде сверхзвуковой струи на высоту 3 м (10 футов) в лаборатории, где "выстреливший" факел ударил в потолок.
Калориметрия была произведена с использованием калориметра Parr 1341 plain-jacketed calorimeter с термометрической опцией Parr 6774 calorimeter thermometer. В резервуар для воды в калориметре было залито 2,000 г деионизованной (DI) воды (согласно инструкции компании Parr), и генератор энергии на основе плазмы дугового разряда в воде Н2О был помещен внутри и погружен под воду. Единственная модификация элемента с плазмой дугового разряда состоит в том, что к верхнему концу цилиндрического электрода был прикреплен колпачок с каналами для сброса давления. В качестве источника питания для калибровки и воспламенения был использован банк конденсатор с суммарной емкостью С, равной 64 мкФ. Положительный вывод банка конденсаторов был соединен с элементом посредством провода 8AWG 40kVDC, а отрицательный вывод соединен посредством провода 10AWG Туре 90. Вводимая энергия Еinput Ддя определения теплоемкости резервуара с водой во время калибровки и вводимая
энергия для воспламенения плазмы дугового разряда в воде Н2О были определены по
формуле Einput = 112C(V2 - vf}, где Vi и Vf обозначают начальное и конечное
напряжения до и после разряда конденсаторов, соответственно. Напряжение было измерено с использованием цифрового вольтметра NISP traceable calibrated Fluke 45 после того, как делитель напряжения ослабил сигнал и привел его в диапазон прибора.
Реплоемкость была определена путем нагрева резервуара посредством разряда элемента такой же теплоемкости и смещения, которые не создает плазму дугового разряда. Было определено, что калиброванная теплоемкость калориметра и устройства с плазмой дугового разряда равна 10,678 Дж/°К. Начальное и конечное напряжения конденсаторов в ходе разряда для зажигания плазмы дугового разряда в воде НгО были равны 3.051 кВ и 0.600 кВ, соответственно, согласно входной энергии 286.4 Дж. Сумма выходной энергии, вычисленная на основе теплового отклика калориметра на входную энергию и энергии, высвобожденной из воспламененной плазмы дугового разряда в воде НгО, с использованием калиброванной теплоемкости, составила 533.9 Дж. После вычитания входной энергии результирующая энергия, высвобожденная при образовании гидрино, составила 247.5 Дж.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Электрохимическая система генерации энергии, которая генерирует по меньшей мере электрическую энергию и тепловую энергию и которая содержит контейнер, этот контейнер содержит
по меньшей мере один катод;
по меньшей мере один анод;
по меньшей мере одну биполярную пластину, и
реагенты, содержащие по меньшей мере два компонента, выбранные из группы:
a) по меньшей мере один источник воды Н2О;
b) источник кислорода;
c) по меньшей мере один источник катализатора или катализатор, содержащий по меньшей мере одно из группы, выбранной из пН, О, О2, ОН, ОН" и образующаяся в ходе реакции вода НгО, где п - целое число, и
d) по меньшей мере один источник атомарного водорода или атомарный
водород;
один или несколько реагентов для образования по меньшей мере одного -источника катализатора, катализатора, источника атомарного водорода и/или атомарного водорода, и
один или несколько реагентов для инициирования каталитического преобразования атомарного водорода,
электрохимическую систему генерации энергии, дополнительно содержащую систему электролиза и систему регенерации анода.
2. Электрохимическая система генерации энергии по п. 1, отличающаяся тем, что по меньшей мере один реагент образуется во время работы элемента с раздельными потоком электронов и массопереносом ионов.
3. Электрохимическая система генерации энергии по п. 1, содержащая по меньшей мере одно - пористый электрод, газодиффузионный электрод и проницаемый для водорода анод, где по меньшей мере кислород и/или вода НгО поступают к катоду, а водород Нг поступает к аноду.
4. Электрохимическая система генерации энергии по п. 3, содержащая по меньшей мере одно - гидрированный анод и/или закрытый резервуар с водородом, имеющий по меньшей мере одну поверхность, содержащую проницаемый для водорода анод.
5. Электрохимическая система генерации энергии по п. 3, содержащая соединенные "спина-к-спине" проницаемые для водорода аноды с соответствующими им
2.
и расположенными напротив них катодами и имеющая блок в виде пакета элементов, электрически соединенных по меньшей мере одним способом - последовательно и/или параллельно.
6. Электрохимическая система генерации энергии по п. 3, дополнительно содержащая по меньшей мере одну систему подачи газа, так что каждая система подачи газа имеет трубопровод, газовую линию и каналы для газа, соединенные с электродом.
7. Электрохимическая система генерации энергии по п. 1, отличающаяся тем, что анод, содержит молибден Мо, регенерируемый в фазе заряда из реагентов электролита, осуществляющих этапы реакции генерации:
МоОз + 3MgBr2 -> 2МоВгз + 3MgO (-54 кДж/моль (298 К) -46 (600К))
МоВгз -> Мо + 3/2ВГ2 (284 кДж/моль 0.95В/3 электрона)
МоВгз + Ni -> MoNi + 3/2Br2 (283 кДж/моль 0.95В/3 электрона)
MgO + Br2 + Н2 -> MgBri + НгО (-208 кДж/моль (298 К) -194 кДж/моль (600 К)).
8. Электрохимическая система генерации энергии по п. 1, отличающаяся тем, что анод, содержит молибден Мо, регенерируемый в фазе заряда из реагентов электролита, содержащих по меньшей мере одно - М0О2, МоОз, L12O и/или Ы2М0О4.
9. Система генерации энергии, которая генерирует по меньшей мере одно -прямо электроэнергию и/или тепловую энергию, система содержит:
по меньшей мере один контейнер; реагенты содержащие:
a) по меньшей мере источник катализатора и/или катализатор, содержащий образующуюся в ходе реакции воду НгО;
b) по меньшей мере источник атомарного водорода и/или атомарный
водород;
c) по меньшей мере электрический проводник и/или электропроводную
матрицу; и
по меньшей мере одну группу электродов для ограничения реагентов для образования гидрино,
источник электроэнергии для подачи короткого импульса сильного электрического
тока;
систему повторной загрузки;
по меньшей мере одну систему для регенерации первоначальных реагентов из продуктов реакции, и
по меньшей мере один прямой плазмоэлектрический преобразователь и по меньшей мере один термоэлектрический преобразователь.
10. Система генерации энергии по п. 9, отличающаяся тем, что контейнер может находиться по меньшей мере под атмосферным давлением, под давлением выше атмосферного или под давлением ниже атмосферного.
11. Система генерации энергии по п. 9, отличающаяся тем, что совокупность реагентов содержит источник воды НгО и электропроводную матрицу для образования по меньшей мере одного - источника катализатора, катализатора, источника атомарного водорода и/или атомарного водорода.
12. Система генерации энергии по п. 11, отличающаяся тем, что совокупность реагентов, содержащая источник воды НгО, содержит по меньшей мере одно - объемную воду НгО, воду в состоянии, отличном от объемной воды НгО, соединение или несколько соединений, которые по меньшей мере вступают в реакцию с образованием воды НгО и/или высвобождают связанную воду НгО.
13. Система генерации энергии по п. 12, отличающаяся тем, что связанная вода НгО содержит соединение, взаимодействующее с водой НгО, где вода НгО находится по меньшей мере в одном из состояний - абсорбированная вода НгО, связанная вода НгО, физически адсорбированная вода НгО и/или гидратационная вода.
14. Система генерации энергии по п. 9, отличающаяся тем, что совокупность реагентов содержит электрический проводник и одно или несколько соединений или материалов, которые способны высвобождать по меньшей мере объемную воду НгО, абсорбированную воду НгО, связанную воду НгО, физически адсорбированную воду НгО и/или гидратационную воду и имеют воду НгО в качестве продукта реакции.
15. Система генерации энергии по п. 9, отличающаяся тем, что по меньшей мере одно - источник образующейся в ходе реакции воды НгО, служащей катализатором, и/или источник атомарного водорода содержит по меньшей мере одно из:
a) по меньшей мере один источник воды НгО;
b) по меньшей мере один источник кислорода, и
c) по меньшей мере один источник водорода.
16. Система генерации энергии по п. 9, отличающаяся тем, что совокупность реагентов для образования по меньшей мере одного - источника катализатора, катализатора, источника атомарного водорода и/или атомарного водорода, содержит по меньшей мере одно из
воду НгО или источник воды НгО;
Ог, НгО, НООН, ООН", ион пероксида, ион супероксида, гидрид, водород Нг, галогенид, оксид, оксигидроксид, гидроксид, соединение, содержащее кислород, гидратированное соединение, гидратированное соединение, выбранное из группы, куда
входят по меньшей мере одно - галогенид, оксид, оксигидроксид, гидроксид, соединение, содержащее кислород; и
электропроводную матрицу.
17. Система генерации энергии по п. 16, отличающаяся тем, что оксигидроксид содержит по меньшей мере одно соединение из группы TiOOH, GdOOH, СоООН, InOOH, FeOOH, GaOOH, NiOOH, AlOOH, CrOOH, MoOOH, CuOOH, MnOOH, ZnOOH и SmOOH;
оксид содержит по меньшей мере одно соединение из группы СиО, СшО, СоО, СогОз, Соз04, FeO, Fe203, NiO и МгОз;
гидроксид содержит по меньшей мере одно соединение из группы Си(ОН)г, Со(ОН)2, Со(ОН)з, Fe(OH)2, Fe(OH)3 и Ni(OH)2;
содержащее кислород соединение содержит по меньшей мере одно соединение из группы сульфат, фосфат, нитрат, карбонат, гидрокарбонат, хромат, пирофосфат, персульфат, перхлорат, пербромат, and перйодат, МХОз, МХО4 (М = металл, такой как щелочной металл, например, Li, Na, К, Rb, Cs; X = F, Br, CI, I), оксид кобальта и магния, оксид никеля и магния, оксид меди и магния, Li20, оксид щелочного металла, оксид щелочноземельного металла, СиО, СЮ4, ZnO, MgO, СаО, МоОг, Ti02, Zr02, Si02, АЬОз, NiO, FeO, Fe203, ТаОг, ТагОз, VO, VO2, V2O3, V2O5, Р2О3, Р2О5, В2О3, NbO, Nb02, Nb205, Se02, Se03, ТеОг, ТеОз, WO2, W03, Сгз04, СггОз, СгОг, СгОз, СоО, СогОз, Соз04, FeO, РегОз, МО, МгОз, оксид редкоземельного металла, СеОг, РагОз, оксигидроксид, TiOOH, GdOOH, СоООН, InOOH, FeOOH, GaOOH, NiOOH, AlOOH, CrOOH, MoOOH, CuOOH, MnOOH, ZnOOH и SmOOH, и
электропроводная матрица содержит по меньшей мере одно из группы -металлический порошок, углерод, углеродный порошок, карбид, борид, нитрид, карбонитрил, такой как TiCN, или нитрил.
18. Система генерации энергии по п. 9, отличающаяся тем, что совокупность реагентов содержит смесь металла, оксида этого металла и воды НгО, где реакция этого металла с водой НгО не является термодинамически благоприятной.
19. Система генерации энергии по п. 9, отличающаяся тем, что совокупность реагентов содержит смесь металла, галогенида металла и воды НгО, где реакция этого металла с водой НгО не является термодинамически благоприятной.
20. Система генерации энергии по п. 9, отличающаяся тем, что совокупность реагентов содержит смесь переходного металла, галогенида щелочноземельного металла и воды НгО, где реакция этого металла с водой НгО не является термодинамически благоприятной.
21. Система генерации энергии по п. 9, отличающаяся тем, что совокупность
реагентов содержит смесь электрического проводника, гигроскопичного материала и воды №0.
22. Система генерации энергии по п. 9 или 21, отличающаяся тем, что электрический проводник содержит порошок металла или порошок углерода, где реакция этого металла или углерода с водой НЮ не является термодинамически благоприятной.
23. Система генерации энергии по п. 21, отличающаяся тем, что гигроскопичный материал содержит по меньшей мере один материал из группы - бромид лития, хлорид кальция, хлорид магния, хлорид цинка, карбонат калия, фосфат калия, карналлит, такой как KMgCb 6(НгО), цитрат железа и аммония, гидроксид калия, гидроксид натрия и концентрированные серная и фосфорная кислоты, целлюлозные волокна, сахар, карамель, мед, глицерол, этанол, метанол, дизельное топливо, метамфетамин, минеральные удобрения, соль, десикант, оксид кремния, активированный древесный уголь, сульфат кальция, хлорид кальция, молекулярные сита, цеолит, материал, растворяющийся от влаги воздуха, хлорид цинка, хлорид кальция, гидроксид калия, гидроксид натрия и гигроскопичная соль..
24. Система генерации энергии по п. 23, содержащая смесь электрического проводника, гигроскопичного материала и воды Н2О, где относительные молярные количества (металл), (гигроскопичный материал), (вода НгО) находятся по меньшей мере в одном из следующих диапазонов - примерно (0.000001 - 100000), (0.000001 - 100000), (0.000001 - 100000); (0.00001 - 10000), (0.00001 - 10000), (0.00001 - 10000); (0.0001 -1000), (0.0001 - 1000), (0.0001 - 1000); (0.001 - 100), (0.001 - 100), (0.001 - 100); (0.01 -100), (0.01 - 100), (0.01 - 100); (0.1 - 10), (0.1 - 10), (0.1 - 10); и (0.5 - 1), (0.5 - 1), (0.5 - 1).
25. Система генерации энергии по п. 18, 19, 20 или 22, отличающаяся тем, что металл, имеющий термодинамически неблагоприятную реакцию с водой НгО, представляет собой по меньшей мере один из металлов из группы Cu, Ni, Pb, Sb, Bi, Co, Cd, Ge, Au, Ir, Fe, Hg, Mo, Os, Pd, Re, Rh, Ru, Se, Ag, Тс, Те, TI, Sn, W, Al, V, Zr, Ti, Mn, Zn, Cr и In.
26. Система генерации энергии по п. 25, отличающаяся тем, что регенерация реагентов осуществляется путем добавления воды НгО.
27. Система генерации энергии по п. 9, отличающаяся тем, что совокупность реагентов содержит смесь металла, галогенида металла и воды НгО, где оксид металла может быть восстановлен водородом Нг при температуре ниже 1000 °С.
28. Система генерации энергии по п. 9, отличающаяся тем, что совокупность реагентов содержит смесь
оксида, который не может быть легко восстановлен водородом Нг при умеренном
нагреве;
металла, имеющего оксид, который может быть восстановлен до металла водородом Ш при температуре ниже 1000 °С, и воды НЮ.
29. Система генерации энергии по п. 27 или 28, отличающаяся тем, что указанный металл, имеющий оксид, который может быть восстановлен до металла водородом Ш при температуре ниже 1000 °С, представляет собой по меньшей мере один из металлов из группы Cu, Ni, Pb, Sb, Bi, Co, Cd, Ge, Au, Ir, Fe, Hg, Mo, Os, Pd, Re, Rh, Ru, Se, Ag, Тс, Те, TI, Sn, W, Al, V, Zr, Ti, Mn, Zn, Cr и In.
30. Система генерации энергии по п. 28, отличающаяся тем, что оксид металла, который не может быть легко восстановлен водородом Ш при умеренном нагреве, представляет собой по меньшей мере одно - оксид алюминия, оксид щелочноземельного металла и/или оксид редкоземельного металла.
31. Система генерации энергии по п. 9, отличающаяся тем, что твердое топливо содержит углерод или активированный углерод и воду ШО, где эту смесь регенерируют посредством регидратации, содержащей добавление воды ШО.
32. Система генерации энергии по п. 9, отличающаяся тем, что реагенты представляют собой по меньшей мере одно - суспензию, раствор, эмульсию, композиционный материал и/или соединение.
33. Система генерации энергии по п. 9, отличающаяся тем, что содержание воды ШО в моль % может быть по меньшей мере в одном из диапазонов примерно от 0.000001% до 100%, от 0.00001% до 100%, от 0.0001% до 100%, от 0.001% до 100%, от 0.01% до 100%, от 0.1% до 100%, от 1% до 100%, от 10% до 100%, от 0.1% до 50%, от 1% до 25% или от 1% до 10%.
34. Система генерации энергии по п. 9, отличающаяся тем, что электрический ток от источника электроэнергии для подачи короткого импульса сильного электрического тока достаточно велик, чтобы реагенты для получения гидрино вступили в реакцию образования гидрино с очень высокой интенсивностью.
35. Система генерации энергии по п. 9, отличающаяся тем, что источник электроэнергии для подачи короткого импульса сильного электрического тока обеспечивает по меньшей мере одно из следующего:
напряжение, выбранное для обеспечения протекания сильного переменного тока, постоянного тока или смеси переменного тока и постоянного тока по меньшей мере в одном из диапазонов от 100 А до 1,000,000 А, от 1 кА до 100,000 А, от 10 кА до 50 кА;
плотность постоянного тока или пиковую плотность переменного тока по меньшей
мере в одном из диапазонов от 100 А/см2 до 1,000,000 А/см2, от 1000 А/см2 до 100,000 А/см2 или от 2000 А/см2 до 50,000 А/см2;
это напряжение определяют на основе электрической проводимости твердого топлива или энергетического материала, где это напряжение должно быть равно произведению нужной силы тока на сопротивление образца твердого топлива или энергетического материала;
напряжение постоянного тока или пиковое напряжение переменного тока может быть по меньшей мере в одном из диапазонов, выбранном из группы примерно от 0.1 В до 500 кВ, от 0.1 В до 100 кВ или от 1 В до 50 кВ, и
частота переменного тока может быть в диапазоне примерно от 0.1 Гц до 10 ГГЦ, от 1 Гц до 1 МГц, от 10 Гц до 100 кГц или от 100 Гц до 10 кГц.
36. Система генерации энергии по п. 9, отличающаяся тем, что электрическое сопротивление образца твердого топлива или энергетического материала находится по меньшей мере в одном из диапазонов примерно от 0.001 мОм до 100 МОм, от 0.1 Ом до 1 МОм или от 10 Ом до 1 кОм, и
электрическая проводимость подходящей нагрузки на единицу активной площади электрода для образования гидрино находится по меньшей мере в одном диапазоне, выбранном из примерно от 10"10 Ом"1 см"2 до 106 Ом"1 см"2, от 10"5 Ом"1 см"2 до 106 Ом"1 см" 2, от 10"4 Ом"1 см"2 до 105 Ом"1 см"2, от 10"3 Ом"1 см"2 до 104 Ом"1 см"2, от 10"2 Ом"1 см"2 до 103 Ом"1 см"2, от 10"1 Ом"1 см"2 до 102 Ом"1 см"2 или от 1 Ом"1 см"2 до 10 Ом"1 см"2.
37. Система генерации энергии по п. 9, отличающаяся тем, что система регенерации содержит по меньшей мере одну систему - систему гидратации, тепловую систему, химическую систему и/или электрохимическую систему.
38. Система генерации энергии по п. 9, отличающаяся тем, что по меньшей мере один прямой плазмоэлектрический преобразователь представляет собой по меньшей мере преобразователь из группы, куда входят плазмодинамический преобразователь энергии, прямой Е х В -преобразователь, магнитогидродинамический преобразователь энергии, магнитогидродинамический преобразователь энергии с магнитным зеркалом, преобразователь дрейфа заряда, преобразователь Поста или преобразователь энергии типа "оконные жалюзи", гиротрон, микроволновый преобразователь энергии с группированием фотонов и фотоэлектрический преобразователь, и
по меньшей мере один термоэлектрический преобразователь представляет собой по меньшей мере один преобразователь из группы, куда входят тепловой двигатель, паровой двигатель, паровая турбина с генератором, газовая турбина с генератором, двигатель с циклом Ранкина, двигатель с циклом Брайтона, двигатель Стирлинга, термоионный
преобразователь энергии и термоэлектрический преобразователь энергии.
39. Электрохимическая система генерации энергии, содержащая контейнер, где контейнер содержит
по меньшей мере один катод;
по меньшей мере один анод;
по меньшей мере один электролит;
по меньшей мере два реагента, выбранных из:
a) по меньшей мере один источник катализатора или катализатор, содержащий образующуюся в ходе реакции воду НЮ;
b) по меньшей мере одно - источник атомарного водорода и/или атомарный водород;
c) по меньшей мере одно - источник электрического проводника, источник электропроводной матрицы, электрический проводник и/или электропроводную матрицу; и
по меньшей мере один источник тока для генерации электрического тока, представляющего собой сильный ток по меньшей мере ионов и/или электронов, в качестве которого выбран внутренний источник тока или внешний источник тока;
где эта электрохимическая система генерации энергии вырабатывает по меньшей мере одно - электроэнергию и/или тепловую энергию.
40. Электрохимическая система генерации энергии по п. 39, отличающаяся тем, что по меньшей мере одно - источник образующейся в ходе реакции воды Н2О, служащей катализатором, и/или источник атомарного водорода, содержит:
a) по меньшей мере один источник воды Н2О;
b) по меньшей мере один источник кислорода, и
c) по меньшей мере one источник водорода.
41. Электрохимическая система генерации энергии по п. 40, дополнительно содержащая один или несколько реагентов твердого топлива для образования по меньшей мере одного - электрического проводника, источника катализатора, катализатора, источника атомарного водорода и/или атомарного водорода.
42. Электрохимическая система генерации энергии по п. 41, отличающаяся тем, что реагенты вступают в реакцию во время работы элемента, так что в результате течет отдельный поток электронов во внешней цепи, а также текут поток электронов и массоперенос ионов в объеме реагентов.
43. Электрохимическая система генерации энергии по п. 39, отличающаяся тем, что реакция катализатора с атомарным водородом Н вызывает уменьшение напряжения
41.
элемента и увеличение тока через элемент.
44. Электрохимическая система генерации энергии по п. 41, отличающаяся тем, что в результате образования по меньшей мере НОН, служащего катализатором, и/или атомарного водорода Н в потоке сильного электрического тока образуется по меньшей мере одно - напряжение, ток и электроэнергия сверх напряжения, тока и энергии, подаваемых извне или генерируемых внутри.
45. Электрохимическая система генерации энергии по п. 41, отличающаяся тем, что генерация напряжения и электроэнергии происходит при образовании по меньшей мере одного - НОН, служащего катализатором, водорода Н и электрического проводника, способного пропускать сильный электрический ток, в результате по меньшей мере одной электрохимической реакции.
46. Электрохимическая система генерации энергии по п. 42, 44 или 45, отличающаяся тем, что сильный электрический ток увеличивает интенсивность реакции каталитического преобразования с атомарным водородом Н.
47. Электрохимическая система генерации энергии по п. 41, отличающаяся тем, что в ходе этой электрохимической реакции происходит перенос электронов с использованием по меньшей мере электрода в элементе.
48. Электрохимическая система генерации энергии по п. 39, дополнительно содержащая по меньшей мере одну биполярную пластину.
49. Электрохимическая система генерации энергии по п. 39, дополнительно содержащая по меньшей мере одно - систему электролиза и/или систему регенерации анода.
50. Электрохимическая система генерации энергии по п. 39, содержащая по меньшей мере одно
a) пористый электрод,
b) газодиффузионный электрод,
c) проницаемый для водорода анод, где по меньшей мере одно - кислород и/или вода Н2О, поступает к катоду, и водород Н2 поступает к аноду,
d) катод, содержащий по меньшей мере одно - оксигидроксид, оксид, оксид никеля, литерованный оксид никеля, и
e) анод, содержащий никель Ni, молибден Мо или сплав Мо, такой как MoCu, MoNi или МоСо, и гидрид.
51. Электрохимическая система генерации энергии по п. 50, дополнительно содержащая по меньшей мере одну систему подачи газа, содержащую трубопровод, газовую линию и по меньшей мере один газовый канал, соединенный с электродом.
51.
52. Электрохимическая система генерации энергии по п. 50, отличающаяся тем, что гидрид представляет собой LaNisHx, а катод выполнен по меньшей мере из одного соединения TiOOH, GdOOH, СоООН, InOOH, FeOOH, GaOOH, NiOOH, AlOOH, CrOOH, MoOOH, CuOOH, MnOOH, ZnOOH, SmOOH и Mn02.
53. Электрохимическая система генерации энергии по п. 41, отличающаяся тем, что электрический ток представляет собой по меньшей мере ток ионов и/или электронов, протекающий через электролит.
54. Электрохимическая система генерации энергии по п. 41, отличающаяся тем, что электрический ток течет в результате электрохимических реакций между по меньшей мере электролитом, реагентами и/или электродами.
55. Электрохимическая система генерации энергии по п. 54, отличающаяся тем, что химические частицы по меньшей мере одного вида в составе электролита могут в качестве опции содержать по меньшей мере один реагент.
56. Электрохимическая система генерации энергии по п. 41, отличающаяся тем, что ток электронов течет через электрический проводник в электролите.
57. Электрохимическая система генерации энергии по п. 41, отличающаяся тем, что электрический проводник образован посредством реакции восстановления, когда ток электронов течет через электрод.
58. Электрохимическая система генерации энергии по п. 41, отличающаяся тем, что электролит содержит ионы металла.
59. Электрохимическая система генерации энергии по п. 58, отличающаяся тем, что восстановление ионов металла с образованием электропроводного металла происходит во время протекания тока.
60. Электрохимическая система генерации энергии по п. 41, отличающаяся тем, что передающая ток электрохимическая реакция восстановления представляет собой восстановление ионов по меньшей мере одного из металлов до металла;
НгО + Ог ^ ОН";
оксид металла + Н2О -> по меньшей мере одно - оксигидроксид металла, гидроксид металла и/или ОН", и
оксигидроксид металла + НгО -> ОН", где носителем тока ионов является ОН".
61. Электрохимическая система генерации энергии по п. 60, отличающаяся тем, что анод содержит водород Н.
62. Электрохимическая система генерации энергии по п. 61, отличающаяся тем, что вода НгО образуется в результате оксидирования ионов ОН" и реакции с водородом Н
61.
на аноде.
63. Электрохимическая система генерации энергии по п. 61, отличающаяся тем, что источник водорода Н на аноде содержит по меньшей мере одно - гидрид металла, LaNisHx, водород Нг, образующийся в результате электролиза на аноде, водород Нг, поступающий в форме газа, и/или водород Нг, поступающий сквозь проницаемую для водорода мембрану.
64. Электрохимическая система генерации энергии по п. 39, отличающаяся тем, что ток ионов переносят ионы по меньшей мере одного вида - ионы, содержащие кислород, ионы, содержащие кислород и водород, ОН", ООН", О2" и/или 0\~ .
65. Электрохимическая система генерации энергии по п. 39, отличающаяся тем, что электролит содержит по меньшей мере одно - источник кислорода, источник водорода, воду Н2О, источник НОН, служащего катализатором, и/или источник водорода Н.
66. Электрохимическая система генерации энергии по п. 39, отличающаяся тем, что электролит представляет собой по меньшей мере один электролит, выбранный из группы, куда входят:
водный раствор по меньшей мере одного гидроксида щелочного металла;
насыщенный водный раствор КОН;
по меньшей мере один расплавленный гидроксид;
по меньшей мере одна эвтектическая смесь солей;
по меньшей мере одна смесь расплавленного гидроксида и по меньшей мере одного другого соединения;
по меньшей мере одна смесь расплавленного гидроксида и соли;
по меньшей мере одна смесь расплавленного гидроксида и галогенидной соли;
по меньшей мере одна смесь гидроксида щелочного металла и галогенида щелочного металла;
по меньшей мере одно соединение из группы расплавленных LiOH-LiBr, LiOH-NaOH, LiOH-LiBr-NaOH, LiOH-LiX-NaOH, LiOH-LiX, NaOH-NaBr, NaOH-Nal, NaOH-NaX, и KOH-KX, где X обозначает галоген;
по меньшей мере одна кислота, и
по меньшей мере одно соединение НС1, Н3РО4 и/илиНгБО^
67. Электрохимическая система генерации энергии по п. 41, отличающаяся тем, что совокупность реагентов твердого топлива содержит источник воды Н2О и электропроводную матрицу для образования по меньшей мере одного - источника катализатора, катализатора, источника атомарного водорода и/или атомарного водорода.
67.
68. Электрохимическая система генерации энергии по п. 41, отличающаяся тем, что совокупность реагентов твердого топлива содержит источник воды НЮ, представляющий собой по меньшей мере одно - объемную воду Н2О, воду, в состоянии, отличном от объемной воды Н2О, соединение или несколько соединений, вступающих по меньшей мере в реакцию с образованием воды НгО и/или высвобождающих связанную воду НгО.
69. Электрохимическая система генерации энергии по п. 68, отличающаяся тем, что связанная вода НгО содержит соединение, взаимодействующее с водой НгО, где вода НгО находится по меньшей мере в одном из состояний - абсорбированная вода НгО, связанная вода НгО, физически адсорбированная вода НгО и/или гидратационная вода.
70. Электрохимическая система генерации энергии по п. 41, отличающаяся тем, что совокупность реагентов твердого топлива содержит электрический проводник и одно или несколько соединений или материалов, осуществляющих высвобождение по меньшей мере одного - объемной воды НгО, абсорбированной воды НгО, связанной воды НгО, физически адсорбированной воды НгО и/или гидратационной воды, и имеющих воду НгО в качестве продукта реакции.
71. Электрохимическая система генерации энергии по п. 41, отличающаяся тем, что совокупность реагентов для образования по меньшей мере одного - источника катализатора, катализатора, источника атомарного водорода и/или атомарного водорода, содержит по меньшей мере одно из
воду НгО или источник воды НгО;
Ог, НгО, НООН, ООН", ион пероксида, ион супероксида, гидрид, водород Нг, галогенид, оксид, оксигидроксид, гидроксид, соединение, содержащее кислород, гидратированное соединение, гидратированное соединение, выбранное из группы, куда входят по меньшей мере одно - галогенид, оксид, оксигидроксид, гидроксид, соединение, содержащее кислород; и
электропроводную матрицу.
72. Электрохимическая система генерации энергии по п. 71, отличающаяся тем, что оксигидроксид содержит по меньшей мере одно соединение из группы TiOOH, GdOOH, СоООН, InOOH, FeOOH, GaOOH, NiOOH, AlOOH, CrOOH, MoOOH, CuOOH, MnOOH, ZnOOH и SmOOH;
оксид содержит по меньшей мере одно соединение из группы СиО, СшО, СоО, С02О3, Соз04, FeO, Fe203, NiO и М2О3;
гидроксид содержит по меньшей мере одно соединение из группы Си(ОН)2, Со(ОН)2, Со(ОН)з, Fe(OH)2, Fe(OH)3 и Ni(OH)2;
содержащее кислород соединение содержит по меньшей мере одно соединение из группы сульфат, фосфат, нитрат, карбонат, гидрокарбонат, хромат, пирофосфат, персульфат, перхлорат, пербромат и перйодат, МХОз, МХСч (М = металл, такой как щелочной металл, например, Li, Na, К, Rb, Cs; X = F, Br, CI, I), оксид кобальта и магния, оксид никеля и магния, оксид меди и магния, Li20, оксид щелочного металла, оксид щелочноземельного металла, CuO, Cr04, ZnO, MgO, СаО, М0О2, ТЮ2, Zr02, Si02, АЬОз, NiO, FeO, Fe203, ТаОг, Ta205, VO, VO2, V2O3, V2O5, Р2О3, Р2О5, В2О3, NbO, Nb02, Nb205, Se02, Se03, ТеОг, ТеОз, WO2, W03, Сгз04, СггОз, СгОг, СгОз, СоО, СогОз, Соз04, FeO, РегОз, МО, МгОз, оксид редкоземельного металла, СеОг, РагОз, оксигидроксид, FiOOH, GdOOH, СоООН, InOOH, FeOOH, GaOOH, NiOOH, AlOOH, CrOOH, MoOOH, CuOOH, MnOOH, ZnOOH и SmOOH, и
электропроводная матрица содержит по меньшей мере одно из группы -металлический порошок, углерод, углеродный порошок, карбид, борид, нитрид, карбонитрил, такой как FiCN, или нитрил.
73. Электрохимическая система генерации энергии по п. 41, отличающаяся тем, что реагенты, составляющие реагенты для образования гидрино, содержат смесь металла, галогенида металла и воды НгО.
74. Электрохимическая система генерации энергии по п. 41, отличающаяся тем, что реагенты, составляющие реагенты для образования гидрино, содержат смесь переходного металла, галогенида щелочноземельного металла и воды НгО.
75. Электрохимическая система генерации энергии по п. 41, отличающаяся тем, что реагенты, составляющие реагенты для образования гидрино, содержат смесь электрического проводника, гигроскопичных материалов и воды НгО.
76. Электрохимическая система генерации энергии по п. 75, отличающаяся тем, что электрический проводник содержит порошок металла или порошок углерода.
77. Электрохимическая система генерации энергии по п. 75, где гигроскопичный материал содержит по меньшей мере один материал из группы - бромид лития, хлорид кальция, хлорид магния, хлорид цинка, карбонат калия, фосфат калия, карналлит, такой как KMgCb 6(НгО), цитрат железа и аммония, гидроксид калия, гидроксид натрия и концентрированные серная и фосфорная кислоты, целлюлозные волокна, сахар, карамель, мед, глицерол, этанол, метанол, дизельное топливо, метамфетамин, минеральные удобрения, соль, десикант, оксид кремния, активированный древесный уголь, сульфат кальция, хлорид кальция, молекулярные сита, цеолит, материал, растворяющийся от влаги воздуха, хлорид цинка, хлорид кальция, гидроксид калия, гидроксид натрия и гигроскопичная соль.
73.
78. Электрохимическая система генерации энергии по п. 75, содержащая смесь электрического проводника, гигроскопичного материала и воды НгО, где относительные молярные количества (металл), (гигроскопичный материал), (вода НгО) находятся по меньшей мере в одном из следующих диапазонов - примерно (0.000001 - 100000 металл), (0.000001 - 100000 гигроскопичный материал), (0.000001 - 100000 вода НгО); примерно (0.00001 - 10000 металл), (0.00001 - 10000 гигроскопичный материал), (0.00001 - 10000 вода НгО); примерно (0.0001 - 1000 металл), (0.0001 - 1000 гигроскопичный материал), (0.0001 - 1000 вода НгО); примерно (0.001 - 100 металл), (0.001 - 100 гигроскопичный материал), (0.001 - 100 вода НгО); примерно (0.01 - 100 металл), (0.01 - 100 гигроскопичный материал), (0.01 - 100 вода НгО); примерно (0.1 - 10 металл), (0.1 - 10 гигроскопичный материал), (0.1 - 10 вода НгО); и примерно (0.5 - 1 металл), (0.5 - 1 гигроскопичный материал), (0.5-1 вода НгО).
79. Электрохимическая система генерации энергии по п. 39, отличающаяся тем, что реагенты, составляющие реагенты для образования гидрино, могут представлять собой по меньшей мере одно - суспензию, раствор, эмульсию, композиционный материал и/или соединение.
80. Система генерации энергии по п. 41, отличающаяся тем, что содержание воды НгО в моль % может быть по меньшей мере в одном из диапазонов примерно от 0.000001% до 100%, от 0.00001% до 100%, от 0.0001% до 100%, от 0.001% до 100%, от 0.01% до 100%, от 0.1% до 100%, от 1% до 100%, от 10% до 100%, от 0.1% до 50%, от 1% до 25% или от 1% до 10%.
81. Система генерации энергии по п. 39, отличающаяся тем, что электрический ток от внутреннего или внешнего источника тока достаточно силен, чтобы реагенты для получения гидрино вступили в реакцию образования гидрино с очень высокой интенсивностью.
82. Электрохимическая система генерации энергии по п. 39, отличающаяся тем, что в качестве источника тока выбирают внутренний источник тока или внешний источник тока, который обеспечивает:
напряжение, выбранное для обеспечения протекания сильного переменного тока, постоянного тока или смеси переменного тока и постоянного тока по меньшей мере в одном из диапазонов от 1 А до 50 кА, от 10 А до 10 кА, от 10 А до 1 кА;
плотность постоянного тока или пиковую плотность переменного тока по меньшей мере в одном из диапазонов от 1 А/см2 до 50 кА/см2, от 10 А/см2 до 10 кА/см2 или от 10 А/см2 до 1 кА/см2;
это напряжение определяют на основе электрической проводимости электролита,
где это напряжение должно быть равно произведению нужной силы тока на сопротивление электролита, содержащего электрический проводник;
напряжение постоянного тока или пиковое напряжение переменного тока может быть по меньшей мере в одном из диапазонов, выбранном из группы примерно от 0.1 В до 100 В, от 0.1 В до 10 В или от 1 В до 5 В, и
частота переменного тока может быть в диапазоне примерно от 0.1 Гц до 1 ГТЦ, от 1 Гц до 1 МГц, от 10 Гц до 100 кГц или от 100 Гц до 10 кГц.
83. Электрохимическая система генерации энергии по п. 39, отличающаяся тем, что между электродами образуется по меньшей мере одна дуга электрического разряда.
84. Электрохимическая система генерации энергии по п. 39, отличающаяся тем, что электрическое сопротивление электролита находится по меньшей мере в одном из диапазонов, выбранном из группы примерно от 0.001 мОм до 10 Ом или от 0.01 Ом до 1 Ом, и электрическое сопротивление электролита на единицу активной площади электрода для образования гидрино находится по меньшей мере в одном диапазоне, выбранном из примерно от 0.001 мОм/см2 до 10 Ом/см2 или от 0.01 Ом/см2 до 1 Ом/см2.
85. Электрохимическая система генерации энергии по п. 39, дополнительно содержащая теплообменник на наружной поверхности элемента; теплообменник содержит далее вход для хладагента и выход для хладагента.
86. Электрохимическая система генерации энергии по п. 39, дополнительно содержащая по меньшей мере один термоэлектрический преобразователь, представляющий собой по меньшей мере один преобразователь, выбранный из группы, куда входят тепловой двигатель, паровой двигатель, паровая турбина с генератором, газовая турбина с генератором, двигатель с циклом Ранкина, двигатель с циклом Брайтона, двигатель Стирлинга, термоионный преобразователь энергии и термоэлектрический преобразователь энергии.
87. Электрохимическая система генерации энергии по п. 39, отличающаяся тем, что сочетание катода, анода, реагентов и внешнего источника тока позволяет реакции каталитического преобразования атомарного водорода с образованием гидрино распространяться, что поддерживает вклад в электрический ток между каждым катодом и соответствующим анодом.
88. Система генерации энергии с использованием плазмы дугового разряда в воде, содержащая:
по меньшей мере один закрытый реакционный контейнер;
реагенты, содержащие по меньшей мере источник воды НгО и/или воду НгО;
по меньшей мере одну группу электродов;
источник электроэнергии для подачи первоначального высокого напряжения пробоя воды НгО и затем пропускания сильного тока, и систему теплообменника,
где система генерации энергии создает плазму дугового разряда, свет и тепловую энергию.
89. Система генерации энергии с использованием плазмы дугового разряда в воде по п. 88, отличающаяся тем, что вода НгО служит реагентом, содержащим:
a) источник катализатора или катализатор, представляющий собой
образующуюся в ходе реакции воду НгО;
b) источник атомарного водорода или атомарный водород, и
c) плазменную среду.
90. Система генерации энергии с использованием плазмы дугового разряда в воде по п. 88, дополнительно содержащая плазменную среду, имеющую в составе по меньшей мере воду НгО и/или следы ионов.
91. Система генерации энергии с использованием плазмы дугового разряда в воде по п. 88, отличающаяся тем, что в системе происходит генерация плазмы и реагенты вступают в реакцию образования гидрино с очень высокой интенсивностью.
92. Система генерации энергии с использованием плазмы дугового разряда в воде по п. 88, отличающаяся тем, что вода НгО является источником НОН, служащего катализатором, и атомарного водорода Н, которые образуются в плазме дугового разряда.
93. Система генерации энергии с использованием плазмы дугового разряда в воде по п. 88, отличающаяся тем, что вода НгО присутствует по меньшей мере в жидком и/или газообразном состоянии в стандартных условиях для смеси жидкости и газа согласно фазовой диаграмме для воды НгО при рабочих температурах и давлениях в диапазоне примерно от 1 °С до 2000 °С и от 0.01 атм до 200 атм, соответственно.
94. Система генерации энергии с использованием плазмы дугового разряда в воде по п. 88, отличающаяся тем, что плазменная среда содержит источник ионов, имеющий в составе по меньшей мере одно растворенное ионное и/или соляное соединение, что заставляет среду быть более электропроводной для достижения дугового пробоя при более низком напряжении.
95. Система генерации энергии с использованием плазмы дугового разряда в воде по п. 88, отличающаяся тем, что высокое напряжение пробоя находится по меньшей мере в одном из диапазонов - примерно от 50 В до 100 кВ, от 1 кВ до 50 кВ или от 1 кВ до 30 кВ.
96. Система генерации энергии с использованием плазмы дугового разряда в
воде по п. 88, отличающаяся тем, что величина сильного тока имеет предел, находящийся по меньшей мере в одном из диапазонов - примерно от 1 к А до 100 к А, 2 кА до 50 к А или от 10 кА до 30 кА.
97. Система генерации энергии с использованием плазмы дугового разряда в воде по п. 88, отличающаяся тем, что источник электроэнергии обеспечивает высокую плотность тока разряда по меньшей мере в одном из диапазонов от 0.1 А/см2 до 1,000,000 А/см2, от 1 А/см2 до 1,000,000 А/см2, от 10 А/см2 до 1,000,000 А/см2, от 100 А/см2 до 1,000,000 А/см2 или от 1 кА/см2 до 1,000,000 А/см2.
98. Система генерации энергии с использованием плазмы дугового разряда в воде по п. 88, отличающаяся тем, что высокое напряжение и сильный ток могут представлять собой напряжение и ток по меньшей мере одного типа - постоянный ток, переменный ток и/или смесь постоянного и переменного тока.
99. Система генерации энергии с использованием плазмы дугового разряда в воде по п. 88, отличающаяся тем, что источник электроэнергии для образования плазмы дугового разряда содержит несколько конденсаторов, составляющих банк конденсаторов, способный отдавать напряжение в диапазоне примерно от 1 кВ до 50 кВ и сильный ток, увеличивающийся при уменьшении сопротивления и напряжения.
100. Система генерации энергии с использованием плазмы дугового разряда в воде по п. 88, дополнительно содержащая вторичный источник питания.
101. Система генерации энергии с использованием плазмы дугового разряда в воде по п. 88, содержащая по меньшей мере одно - дополнительные мощные схемные компоненты и вторичный источник сильного тока.
102. Система генерации энергии с использованием плазмы дугового разряда в воде по п. 101, отличающаяся тем, что источник электроэнергии содержит несколько банков конденсаторов, которые последовательно отдают энергию дуговому разряду, причем каждый разряженный банк конденсаторов перезаряжается от вторичного источника питания, когда разряжается другой, заряженный банк конденсаторов.
103. Система генерации энергии с использованием плазмы дугового разряда в воде по п. 88, отличающаяся тем, что закрытый резервуар содержит далее бойлер, имеющий выход для пара, возвратную линию и рециркуляционный насос, где по меньшей мере одна фаза воды НгО содержит по меньшей мере одно - нагретую воду, перегретую воду, пар и перегретый пар, вытекающий из выхода для пара и поступающий в тепловую или механическую нагрузку,
по меньшей мере один из процессов охлаждения выходного потока и конденсации пара сопровождается передачей тепловой энергии в нагрузку,
рециркуляционный насос перекачивает охлажденный пар или воду, и охлажденный пар или вода возвращается в элемент по возвратной линии.
104. Система генерации энергии с использованием плазмы дугового разряда в воде по п. 103, дополнительно содержащая по меньшей мере один термоэлектрический преобразователь для приема тепловой энергии по меньшей мере от бойлера и/или теплообменника.
105. Система генерации энергии с использованием плазмы дугового разряда в воде по п. 104, отличающаяся тем, что по меньшей мере один термоэлектрический преобразователь представляет собой по меньшей мере один преобразователь, выбранный из группы, куда входит тепловой двигатель, паровой двигатель, паровая турбина с генератором, газовая турбина с генератором, двигатель с циклом Ранкина, двигатель с циклом Брайтона, двигатель Стирлинга, термоионный преобразователь энергии и термоэлектрический преобразователь энергии.
106. Система генерации механической энергии, содержащая:
по меньшей мере один поршневой цилиндр двигателя внутреннего сгорания; топливо, содержащее:
a) по меньшей мере одно - источник катализатора или катализатор, представляющий собой образующуюся в ходе реакции воду НгО;
b) по меньшей мере одно - источник атомарного водорода и/или атомарный
водород;
c) по меньшей мере электрический проводник и/или электропроводную
матрицу;
по меньшей мере один вход для топлива по меньшей мере с одним клапаном; по меньшей мере один выход для топлива по меньшей мере с одним клапаном; по меньшей мере один поршень; по меньшей мере один коленвал; источник сильного тока, и
по меньшей мере два электрода, ограничивающих топливо и пропускающих сильный электрический ток через топливо.
107. Система генерации механической энергии по п. 106, дополнительно содержащая по меньшей мере газ и/или источник газа.
108. Система генерации механической энергии по п. 107, отличающаяся тем, что указанный газ или источник газа является нагретыми.
109. Система генерации механической энергии по п. 106, отличающаяся тем, что поршневой цилиндр может иметь по меньшей мере одно из давлений - атмосферное
107.
давление, давление выше атмосферного или давление ниже атмосферного в разных фазах цикла возвратно-поступательного перемещения.
110. Система генерации механической энергии по п. 106, отличающаяся тем, что по меньшей мере одно - поршень и/или поршневой цилиндр может служить проотивоэлектродом для другого электрода.
111. Система генерации механической энергии по п. 110, дополнительно содержащая по меньшей мере одну щетку для создания электрического контакта между по меньшей мере одним поршнем и источником сильного тока.
112. Система генерации механической энергии по п. 106, дополнительно содержащая генератор, получающий механическую энергию от двигателя.
113. Система генерации механической энергии по п. 112, отличающаяся тем, что генератор передает энергию источнику сильного тока.
114. Система генерации механической энергии по п. 106, дополнительно содержащая регенератор топлива.
115. Система генерации механической энергии по п. 106, отличающаяся тем, что поршень системы совершает возвратно-поступательное перемещение.
116. Система генерации механической энергии по п. 106, отличающаяся тем, что система совершает двухтактный цикл, содержащий этап всасывания и сжатия и этап воспламенения и выхлопа.
117. Система генерации механической энергии по п. 106, отличающаяся тем, что система совершает четырехтактный цикл, содержащий рабочий этап, этап выхлопа, этап всасывания и этап сжатия.
118. Система генерации механической энергии по п. 106, отличающаяся тем, что система содержит вращательный двигатель.
119. Система генерации механической энергии по п. 106, отличающаяся тем, что топливо течет в поршневую камеру при смещении поршня.
120. Система генерации механической энергии по п. 106, отличающаяся тем, что во время рабочего хода в цикле возвратно-поступательного перемещения:
сжатое топливо воспламеняется;
продукты и добавленные газ или источник газа нагреваются, и нагретые газы в цилиндре заставляют поршень в цилиндре перемещаться и вращать коленвал.
121. Система генерации механической энергии по п. 106, отличающаяся тем, что топливо течет в цилиндр, когда поршень отведен назад, сжимается возвращающимся поршнем перед воспламенением, а продукты воспламенения выталкиваются после
121.
рабочего хода возвращающимся из отведенного положения поршнем.
122. Система генерации механической энергии по п. 106, отличающаяся тем, что выхлопные газы выталкиваются, пока топливо течет в цилиндр, и поршень сжимает топливо перед другим воспламенением.
123. Система генерации механической энергии по п. 114, отличающаяся тем, что выброшенные из цилиндра продукты воспламенения могут поступать в систему регенерации.
124. Система генерации механической энергии по п. 107, отличающаяся тем, что любой дополнительный газ или источник газа, используемого в помощь преобразованию тепла от воспламенения топлива, извлекается, регенерируется и рециклируется.
125. Система генерации механической энергии по п. 106, отличающаяся тем, что топливо содержит источник воды НгО и электропроводную матрицу для образования по меньшей мере одного - источника катализатора, катализатора, источника атомарного водорода и/или атомарного водорода.
126. Система генерации механической энергии по п. 106, отличающаяся тем, что топливо содержит источник воды НгО, содержащий по меньшей мере одно - объемную воду НгО, воду, в состоянии, отличном от объемной воды НгО, соединение или несколько соединений, вступающих по меньшей мере в реакцию с образованием воды НгО и/или высвобождающих связанную воду НгО.
127. Система генерации механической энергии по п. 126, отличающаяся тем, что связанная вода НгО содержит соединение, взаимодействующее с водой НгО, где вода НгО находится по меньшей мере в одном из состояний - абсорбированная вода НгО, связанная вода НгО, физически адсорбированная вода НгО и/или гидратационная вода.
128. Система генерации механической энергии по п. 106, отличающаяся тем, что топливо содержит электрический проводник и одно или несколько соединений или материалов, которые высвобождают по меньшей мере одно - объемную воду НгО, абсорбированную воду НгО, связанную воду НгО, физически адсорбированную воду НгО и/или гидратационную воду, и имеют воду НгО в качестве продукта реакции.
129. Система генерации механической энергии по п. 106, отличающаяся тем, что по меньшей мере источник образующейся в ходе реакции воды НгО, служащей катализатором, и/или источник атомарного водорода содержит меньшей мере одно из:
a) по меньшей мере один источник воды НгО;
b) по меньшей мере один источник кислорода, и
c) по меньшей мере один источник водорода.
130. Система генерации механической энергии по п. 106, отличающаяся тем, что
топливо, образующее по меньшей мере одно - источник катализатора, катализатор, источник атомарного водорода и/или атомарный водород, содержит меньшей мере одно из
a) воду НгО или источник воды НгО;
b) Ог, НгО, НООН, ООН", ион пероксида, ион супероксида, гидрид, водород Нг, галогенид, оксид, оксигидроксид, гидроксид, соединение, содержащее кислород, гидратированное соединение, гидратированное соединение, выбранное из группы, куда входят по меньшей мере одно - галогенид, оксид, оксигидроксид, гидроксид, соединение, содержащее кислород, и
c) электропроводную матрицу.
131. Система генерации механической энергии по п. 130, отличающаяся тем, что имеет место по меньшей мере одно из следующего:
оксигидроксид содержит по меньшей мере одно соединение, выбранное из группы TiOOH, GdOOH, СоООН, InOOH, FeOOH, GaOOH, NiOOH, AlOOH, CrOOH, MoOOH, CuOOH, MnOOH, ZnOOH и SmOOH;
оксид содержит по меньшей мере одно соединение, выбранное из группы СиО, СшО, СоО, СогОз, Соз04, FeO, Fe203, МО и МгОз;
гидроксид содержит по меньшей мере одно соединение, выбранное из группы Си(ОН)г, Со(ОН)г, Со(ОН)з, Fe(OH)2, Fe(OH)3, and М(ОН)г;
содержащее кислород соединение содержит по меньшей мере одно соединение, выбранное из группы сульфат, фосфат, нитрат, карбонат, гидрокарбонат, хромат, пирофосфат, персульфат, перхлорат, пербромат и перйодат, МХОз, МХ04 (М = металл, такой как щелочной металл, например, Li, Na, К, Rb, Cs; X = F, Br, CI, I), оксид кобальта и магния, оксид никеля и магния, оксид меди и магния, Li20, оксид щелочного металла, оксид щелочноземельного металла, CuO, Cr04, ZnO, MgO, СаО, МоОг, ТЮг, Zr02, Si02, АЬОз, МО, FeO, Fe203, ТаОг, ТагОз, VO, V02, V2O3, V2O5, Р2О3, Р2О5, В2О3, NbO, МЮг, NbzOs, Se02, Se03, ТеОг, ТеОз, W02, WO3, Сгз04, СггОз, СгОг, СгОз, СоО, СогОз, Соз04, FeO, РегОз, МО, МгОз, оксид редкоземельного металла, СеОг, РагОз, оксигидроксид, FiOOH, GdOOH, СоООН, InOOH, FeOOH, GaOOH, NiOOH, AlOOH, CrOOH, MoOOH, CuOOH, MnOOH, ZnOOH и SmOOH, и
электропроводная матрица содержит по меньшей мере одно из группы -металлический порошок, углерод, углеродный порошок, карбид, борид, нитрид, карбонитрил, такой как FiCN, или нитрил.
132. Система генерации механической энергии по п. 106, отличающаяся тем, что топливо содержит смесь металла, оксида этого металла и воды НгО, причем реакция
132.
указанного металла с водой НгО является термодинамически неблагоприятной.
133. Система генерации механической энергии по п. 106, отличающаяся тем, что топливо содержит смесь металла, галогенида металла и воды НгО, причем реакция указанного металла с водой НгО является термодинамически неблагоприятной.
134. Система генерации механической энергии по п. 106, отличающаяся тем, что топливо содержит смесь переходного металла, галогенида щелочноземельного металла и воды НгО, причем реакция указанного металла с водой НгО является термодинамически неблагоприятной.
135. Система генерации механической энергии по п. 106, отличающаяся тем, что топливо содержит смесь электрического проводника, гигроскопичного материала и воды НгО.
136. Система генерации механической энергии по п. 135, отличающаяся тем, что электрический проводник содержит смесь порошка металла или порошка углерода, причем реакция металла или углерода с водой НгО является термодинамически неблагоприятной.
137. Система генерации механической энергии по п. 135, отличающаяся тем, что гигроскопичный материал содержит по меньшей мере один материал из группы - бромид лития, хлорид кальция, хлорид магния, хлорид цинка, карбонат калия, фосфат калия, карналлит, такой как KMgCb 6(НгО), цитрат железа и аммония, гидроксид калия, гидроксид натрия и концентрированные серная и фосфорная кислоты, целлюлозные волокна, сахар, карамель, мед, глицерол, этанол, метанол, дизельное топливо, метамфетамин, минеральные удобрения, соль, десикант, оксид кремния, активированный древесный уголь, сульфат кальция, хлорид кальция, молекулярные сита, цеолит, материал, растворяющийся от влаги воздуха, хлорид цинка, хлорид кальция, гидроксид калия, гидроксид натрия и гигроскопичная соль.
138. Система генерации механической энергии по п. 135, содержащая смесь электрического проводника, гигроскопичного материала и воды НгО, где относительные молярные количества (металл), (гигроскопичный материал), (вода НгО) находятся по меньшей мере в одном из следующих диапазонов - примерно (0.000001 - 100000 металл), (0.000001 - 100000 гигроскопичный материал), (0.000001 - 100000 вода НгО); (0.00001 -10000 металл), (0.00001 - 10000 гигроскопичный материал), (0.00001 - 10000 вода НгО); (0.0001 - 1000 металл), (0.0001 - 1000 гигроскопичный материал), (0.0001 - 1000 вода НгО); (0.001 - 100 металл), (0.001 - 100 гигроскопичный материал), (0.001 - 100 вода НгО); (0.01 - 100 металл), (0.01 - 100 гигроскопичный материал), (0.01 - 100 вода НгО); (0.1 - 10 металл), (0.1 - 10 гигроскопичный материал), (0.1 - 10 вода НгО); и (0.5 - 1
133.
металл), (0.5 - 1 гигроскопичный материал), (0.5 - 1 вода НгО).
139. Система генерации механической энергии по п. 132, 133, 134 или 136, отличающаяся тем, что в качестве металла, имеющего термодинамически неблагоприятную реакцию с водой НгО, выбирают по меньшей мере один металл из группы Cu, Ni, Pb, Sb, Bi, Co, Cd, Ge, Au, Ir, Fe, Hg, Mo, Os, Pd, Re, Rh, Ru, Se, Ag, Pc, Pe, PI, Sn, W, Al, V, Zr, Pi, Mn, Zn, Cr и In.
140. Система генерации механической энергии по п. 139, отличающаяся тем, что топливо регенерируют путем добавления воды НгО.
141. Система генерации механической энергии по п. 106, отличающаяся тем, что топливо содержит смесь металла, оксида этого металла и воды НгО, где оксид металла может быть восстановлен водородом Нг при температуре ниже 1000 °С.
142. Система генерации механической энергии по п. 106, отличающаяся тем, что топливо содержит смесь
a) оксида, который не может быть восстановлен водородом Нг при умеренном нагреве;
b) металла, имеющего оксид, который может быть восстановлен водородом Нг при температуре ниже 1000 °С, и
c) воды НгО.
143. Система генерации механической энергии по п. 141 или 142, отличающаяся тем, что в качестве металле, имеющего оксид, который может быть восстановлен водородом Нг при температуре ниже 1000 °С, может быть выбран по меньшей мере один металл из группы Cu, Ni, Pb, Sb, Bi, Co, Cd, Ge, Au, Ir, Fe, Hg, Mo, Os, Pd, Re, Rh, Ru, Se, Ag, Pc, Pe, PI, Sn, W, Al, V, Zr, Pi, Mn, Zn, Cr и In.
144. Система генерации механической энергии по п. 141 или 142, отличающаяся тем, что оксид металла, который не может быть легко восстановлен водородом Нг при умеренном нагреве представляет по меньшей мере одно - оксид алюминия, оксид щелочноземельного металла или оксид редкоземельного металла.
145. Система генерации механической энергии по п. 114, отличающаяся тем, что топливо содержит углерод или активированный углерод и воду НгО, где смесь регенерируют посредством регидратации, содержащей добавление воды НгО.
146. Система генерации механической энергии по п. 106, отличающаяся тем, что топливо представляет собой по меньшей мере одно - суспензию, раствор, эмульсию, композиционный материал и/или соединение.
147. Система генерации механической энергии по п. 106, отличающаяся тем, что содержание воды НгО в моль % может быть по меньшей мере в одном из диапазонов
143.
примерно от 0.000001% до 100%, от 0.00001% до 100%, от 0.0001% до 100%, от 0.001% до 100%, от 0.01% до 100%, от 0.1% до 100%, от 1% до 100%, от 10% до 100%, от 0.1% до 50%, от 1% до 25% или от 1% до 10%.
148. Система генерации механической энергии по п. 106, отличающаяся тем, что сила тока источника электроэнергии, подающего короткий импульс сильного тока достаточно велика, чтобы вызвать вступление топлива в реакцию образования гидрино с очень высокой интенсивностью.
149. Система генерации механической энергии по п. 106, отличающаяся тем, что источник электроэнергии для подачи короткого импульса сильного электрического тока способен отдавать высокое напряжения для зажигания плазмы дугового разряда в воде НгО.
150. Система генерации механической энергии по п. 106, отличающаяся тем, что источник электроэнергии для подачи короткого импульса сильного электрического тока обеспечивает:
напряжение, выбранное для обеспечения протекания сильного переменного тока, постоянного тока или смеси переменного тока и постоянного тока по меньшей мере в одном из диапазонов от 100 А до 1,000,000 А, от 1 кА до 100,000 А, от 10 кА до 50 кА;
плотность постоянного тока или пиковую плотность переменного тока по меньшей мере в одном из диапазонов от 100 А/см2 до 1,000,000 А/см2, от 1000 А/см2 до 100,000 А/см2 или от 2000 А/см2 до 50,000 А/см2; где
это напряжение определяют на основе электрической проводимости топлива,
напряжение должно быть равно произведению нужной силы тока на сопротивление топлива;
напряжение постоянного тока или пиковое напряжение переменного тока может быть по меньшей мере в одном из диапазонов, выбранном из группы примерно от 0.1 В до 500 кВ, от 0.1 В до 100 кВ или от 1 В до 50 кВ, и
частота переменного тока может быть в диапазоне примерно от 0.1 Гц до 10 ГГЦ, от 1 Гц до 1 МГц, от 10 Гц до 100 кГц или от 100 Гц до 10 кГц.
151. Система генерации механической энергии по п. 106, отличающаяся тем, что
электрическое сопротивление топлива находится по меньшей мере в одном из
диапазонов примерно от 0.001 мОм до 100 МОм, от 0.1 Ом до 1 МОм или от 10 Ом до 1 кОм, и
электрическая проводимость подходящей нагрузки на единицу активной площади электрода для образования гидрино находится по меньшей мере в одном диапазоне, выбранном из примерно от 10"10 Ом"1 см"2 до 106 Ом"1 см"2, от 10"5 Ом"1 см"2 до 106 Ом"1 см"
2, от 10"4 Ом"1 см"2 до 105 Ом"1 см"2, от 10"3 Ом"1 см"2 до 104 Ом"1 см"2, от 10"2 Ом"1 см"2 до 103 Ом"1 см"2, от 10"1 Ом"1 см"2 до 102 Ом"1 см"2 или от 1 Ом"1 см"2 до 10 Ом"1 см"2.
152. Система генерации механической энергии по п. 114, отличающаяся тем, что система регенерации представляет собой по меньшей мере одну систему - систему гидратации, тепловую систему, химическую систему и/или электрохимическую систему.
153. Система генерации механической энергии по п. 106, дополнительно содержащая теплообменник на наружной поверхности цилиндра для отведения тепла, генерируемого элементом и передачи его в нагрузку;
теплообменник содержит вход хладагента для приема холодного хладагента от нагрузки и выход хладагента для подачи или возвращения горячего хладагента в нагрузку, где
тепло используется непосредственно или преобразуется в механическую или электрическую энергию с использованием соответствующего преобразователя, и
по меньшей мере один термоэлектрический преобразователь, представляющий собой по меньшей мере одно устройство из группы, содержащей тепловой двигатель, паровой двигатель, паровую турбину с генератором, газовую турбину с генератором, двигатель с циклом Ранкина, двигатель с циклом Брайтона, двигатель Стирлинга, термоионный преобразователь энергии и термоэлектрический преобразователь энергии.
154. Система генерации энергии, содержащая:
источник электроэнергии, способный генерировать электрический ток с плотностью тока по меньшей мере около 2,000 А/см2;
несколько электродов, электрически соединенных с источником электроэнергии;
область загрузки топлива, сконфигурированную для приема твердого топлива, где несколько электродов сконфигурированы для передачи электроэнергии твердому топливу для генерации плазмы; и
преобразователь энергии плазмы, расположенный для приема по меньшей мере части плазмы.
155. Система генерации энергии по п. 154, дополнительно содержащая элемент для индуцированного катализатором образования гидрино и отличающаяся тем, что два из нескольких электродов входят в состав элемента для индуцированного катализатором образования гидрино.
156. Система генерации энергии по п. 155, отличающаяся тем, что эта система генерации энергии содержит несколько элементов для индуцированного катализатором образования гидрино.
157. Система генерации энергии по п. 154, отличающаяся тем, что первый
электрод из совокупности нескольких электродов, является подвижным.
158. Система генерации энергии по п. 157, отличающаяся тем, что второй из совокупности нескольких электродов является подвижным, и при этом первый и второй электроды, когда они движутся, изменяют размер области загрузки топлива.
159. Система генерации энергии по п. 154, отличающаяся тем, что по меньшей мере первый из этих нескольких электродов содержит механизм сжатия.
160. Система генерации энергии по п. 159, отличающаяся тем, что механизм сжатия является подвижным.
161. Система генерации энергии по п. 160, отличающаяся тем, что по меньшей мере второй из совокупности нескольких электродов содержит механизм сжатия, причем механизм сжатия в составе первого электрода и механизм сжатия в составе второго электрода взаимодействуют один с другим, когда электроды движутся.
162. Система генерации энергии по п. 158, отличающаяся тем, что механизмы сжатия содержат вращающиеся зубчатые колеса.
163. Система генерации энергии по п. 158, отличающаяся тем, что механизмы сжатия содержат вращающиеся валики.
164. Система генерации энергии по п. 154, дополнительно содержащая механизм подачи для перемещения топлива в область загрузки топлива.
165. Система генерации энергии по п. 164, отличающаяся тем, что механизм подачи содержит карусель.
166. Система генерации энергии по п. 164, отличающаяся тем, что механизм подачи содержит ленту транспортера.
167. Система генерации энергии по п. 164, отличающаяся тем, что механизм подачи содержит бункер.
168. Система генерации энергии по п. 164, отличающаяся тем, что механизм подачи также перемещает топливо из области загрузки топлива.
169. Система генерации энергии по п. 154, отличающаяся тем, что преобразователь энергии плазмы представляет собой по меньшей мере одно -плазмодинамический преобразователь энергии, магнитогидродинамический преобразователь энергии, магнитогидродинамический преобразователь энергии с магнитным зеркалом, преобразователь дрейфа заряда, преобразователь Поста или преобразователь энергии типа "оконные жалюзи", гиротрон, микроволновый преобразователь энергии с группированием фотонов и/или фотоэлектрический преобразователь.
170. Система генерации энергии по п. 154, дополнительно содержащая систему
отведения для удаления побочных продуктов воспламенения топлива из области загрузки топлива, где эти побочные продукты образуются, когда несколько электродов подают энергию в область загрузки топлива.
171. Система генерации энергии по п. 170, дополнительно содержащая механизм подачи, сконфигурированный для перемещения топлива из области загрузки топлива.
172. Система генерации энергии по п. 171, дополнительно содержащая систему регенерации для обработки побочных продуктов топлива.
173. Система генерации энергии по п. 171, дополнительно содержащая конденсатор для осуществления конденсации побочных продуктов топлива.
174. Система генерации энергии по п. 154, дополнительно содержащая выходной формирователь для изменения показателей качества энергии, преобразованной посредством преобразователя энергии плазмы.
175. Система генерации энергии по п. 154, дополнительно содержащая систему управления температурой, имеющую теплообменник и линию охлаждения.
176. Система генерации энергии по п. 154, дополнительно содержащая датчик, сконфигурированный для измерения по меньшей мере одного параметра, ассоциированного с системой генерации энергии.
177. Система генерации энергии по п. 154, дополнительно содержащая контроллер, сконфигурированный для контроля параметра, ассоциированного с системой генерации энергии.
178. Система генерации энергии по п. 177, отличающаяся тем, что контроллер сконфигурирован для управления по меньшей мере каким-либо процессом, ассоциированным с системой генерации энергии.
179. Система генерации энергии по п. 178, дополнительно содержащая один или несколько датчиков, сконфигурированных для измерения по меньшей мере одного параметра, ассоциированного с системой генерации энергии, где контроллер сконфигурирован для управления по меньшей мере каким-либо процессом, ассоциированным с системой генерации энергии, на основе по меньшей мере одного измеренного параметра.
180. Система генерации энергии по п. 154, отличающаяся тем, что источник питания представляет собой источник электроэнергии, способный генерировать электрический ток с плотностью тока по меньшей мере около 5,000 А/см2, по меньшей мере около 12,000 А/см2, по меньшей мере около 14,000 А/см2, по меньшей мере около 18,000 А/см2 или по меньшей мере около 25,000 А/см2.
181. Система генерации энергии по п. 154, отличающаяся тем, что источник
питания представляет собой источник электроэнергии в диапазоне от примерно 5,000 А/см2 до примерно 100,000 А/см2 или от примерно 10,000 А/см2 до примерно 50,000 А/см2.
182. Система генерации энергии, содержащая:
несколько электродов;
область загрузки топлива, расположенную между несколькими электродами и сконфигурированную для приема электропроводного топлива, где несколько электродов сконфигурированы для пропускания через электропроводное топливо электрического тока достаточной силы для воспламенения электропроводного топлива и генерации по меньшей мере плазмы и/или тепловой энергии;
механизм подачи для перемещения электропроводного топлива в область загрузки топлива; и
плазмоэлектрический преобразователь энергии, сконфигурированный для преобразования энергии плазмы в неплазменную форму энергии, либо преобразователь тепловой энергии в электрическую или механическую энергию для преобразования тепловой энергии в нетепловую форму энергии, а именно в электроэнергию или механическую энергию.
183. Система генерации энергии по п. 182, дополнительно содержащая формирователь выходной энергии для изменения показателей качества энергии, преобразованной плазмоэлектрическим преобразователем энергии.
184. Система генерации энергии по п. 183, дополнительно содержащая одну или несколько выходных клемм для передачи на выход энергии, обработанной формирователем выходной энергии.
185. Система генерации энергии по п. 182 отличающаяся тем, что неплазменная форма энергии представляет собой по меньшей мере один вид энергии - механическую, ядерную, химическую, тепловую, электрическую или электромагнитную энергию.
186. Система генерации энергии по п. 182, дополнительно содержащая систему отведения для удаления побочных продуктов воспламенения топлива и систему регенерации для рециклирования побочных продуктов воспламенения топлива.
187. Система генерации энергии по п. 182, дополнительно содержащая контроллер и датчик, сконфигурированный для измерения по меньшей мере одного параметра с системой генерации энергии, где контроллер сконфигурирован для управления по меньшей мере частью системы генерации энергии на основе по меньшей мере одного измеренного параметра.
188. Способ генерации энергии, содержащий:
подачу некоторого количества топлива в область загрузки топлива, где эта область
загрузки топлива расположена между несколькими электродами;
воспламенение топлива путем пропускания электрического тока с плотностью тока по меньшей мере около 2,000 А/см2 через топливо посредством подведения тока к указанным нескольким электродам для генерации по меньшей мере плазмы, света и/или тепловой энергии;
прием по меньшей мере части плазмы в плазмоэлектрическом преобразователе; преобразование энергии плазмы в другую форму энергии с использованием плазмоэлектрического преобразователя; и
передачу этой другой формы энергии на выход.
189. Способ по п. 188, дополнительно содержащий удаление некоторого количества побочных продуктов воспламенения топлива из области загрузки топлива и регенерацию по меньшей мере части побочных продуктов воспламенения топлива.
190. Способ по п. 188, дополнительно содержащий отведение по меньшей мере части тепла, генерируемого в процессе воспламенения.
191. Способ по п. 188, отличающийся тем, что передача энергии в другой форме представляет собой передачу энергии во внешнюю нагрузку.
192. Способ по п. 188, отличающийся тем, что передача энергии в другой форме представляет собой передачу энергии в накопительное устройство для аккумулирования энергии.
193. Способ по п. 188, отличающийся тем, что передача энергии в другой форме содержит также передачу части энергии к указанным нескольким электродам.
194. Система генерации энергии, содержащая:
источник электроэнергии с мощностью по меньшей мере около 5,000 кВт;
несколько разнесенных в пространстве электродов, где эти несколько электродов по меньшей мере частично окружают топливо, электрически соединены с источником электроэнергии, сконфигурированы для приема тока с целью воспламенения топлива и по меньшей мере один из этих нескольких электродов является подвижным;
механизм подачи для перемещения топлива; и
плазмоэлектрический преобразователь энергии, сконфигурированный для преобразования энергии плазмы, генерируемой в результате воспламенения топлива, в неплазменную форму энергии.
195. Система генерации энергии, содержащая:
источник электроэнергии, способный генерировать электрический ток с плотностью тока по меньшей мере около 2,000 А/см2;
несколько разнесенных в пространстве электродов, где эти несколько электродов
по меньшей мере частично окружают топливо, электрически соединены с источником электроэнергии, сконфигурированы для приема тока с целью воспламенения топлива и по меньшей мере один из этих нескольких электродов является подвижным; механизм подачи для перемещения топлива; и
плазмоэлектрический преобразователь энергии, сконфигурированный для преобразования энергии плазмы, генерируемой в результате воспламенения топлива, в неплазменную форму энергии.
196. Система генерации энергии по п. 194 или 195, дополнительно содержащая:
формирователь выходной энергии для изменения показателей качества энергии,
преобразованной плазмоэлектрическим преобразователем энергии; и
одну или несколько выходных клемм для передачи на выход энергии, обработанной формирователем выходной энергии.
197. Система генерации энергии по п. 194 или 195, отличающаяся тем, что эта система генерации энергии содержит два электрода, и оба электрода являются подвижными один относительно другого, чтобы позволить механизму подачи перемещать топливо.
198. Система генерации энергии по п. 194 или 195, отличающаяся тем, что указанные несколько электродов составляют часть элемента для индуцированного катализатором образования гидрино.
199. Система генерации энергии по п. 198, отличающаяся тем, что эта система генерации энергии содержит несколько элементов для индуцированного катализатором образования гидрино, и каждый элемент для индуцированного катализатором образования гидрино содержит пару электродов, окружающих область загрузки топлива, где электроды в этой по меньшей мере одной паре электродов являются подвижными один относительно другого, чтобы позволить механизму подачи осуществлять подачу топлива в область загрузки топлива.
200. Система генерации энергии, содержащая:
источник электроэнергии с мощностью по меньшей мере около 5,000 кВт;
несколько разнесенных в пространстве электродов, где по меньшей мере один из этих нескольких электродов содержит механизм сжатия;
область загрузки топлива, сконфигурированную для приема топлива, где эта область загрузки топлива окружена несколькими электродами, так что механизм сжатия в составе по меньшей мере одного электрода ориентирован в направлении области загрузки топлива, и эти несколько электродов электрически соединены с источником электроэнергии и сконфигурированы для передачи энергии топливу, принятому в области
загрузки топлива, для воспламенения этого топлива;
механизм подачи для перемещения топлива в область загрузки топлива; и преобразователь энергии плазмы, сконфигурированный для преобразования
энергии плазмы, образовавшейся в результате воспламенения топлива, в неплазменную
форму энергии.
201. Система генерации энергии, содержащая:
источник электроэнергии, способный генерировать электрический ток с плотностью тока по меньшей мере около 2,000 А/см2;
несколько разнесенных в пространстве электродов, где по меньшей мере один из этих нескольких электродов содержит механизм сжатия;
область загрузки топлива, сконфигурированную для приема топлива, где эта область загрузки топлива окружена несколькими электродами, так что механизм сжатия в составе по меньшей мере одного электрода ориентирован в направлении области загрузки топлива, и эти несколько электродов электрически соединены с источником электроэнергии и сконфигурированы для передачи энергии топливу, принятому в области загрузки топлива, для воспламенения этого топлива;
механизм подачи для перемещения топлива в область загрузки топлива; и
преобразователь энергии плазмы, сконфигурированный для преобразования энергии плазмы, образовавшейся в результате воспламенения топлива, в неплазменную форму энергии.
202. Система генерации энергии по п. 200 или 201, дополнительно содержащая: формирователь выходной энергии для изменения показателей качества энергии,
преобразованной плазмоэлектрическим преобразователем энергии; и
одну или несколько выходных клемм для передачи на выход энергии, обработанной формирователем выходной энергии.
203. Система генерации энергии по п. 200 или 201, отличающаяся тем, что механизм сжатия является подвижным.
204. Система генерации энергии по п. 200 или 201, отличающаяся тем, что каждый из электродов содержит механизм сжатия, и эти механизмы сжатия взаимодействуют для создания электрического контакта и воспламенения топлива.
205. Система генерации энергии по п. 200 или 201, отличающаяся тем, что механизм сжатия является поворачиваемым.
206. Система генерации энергии по п. 205, отличающаяся тем, что механизм сжатия содержит по меньшей мере одно - зубчатое колесо и/или валик.
207. Система генерации энергии, содержащая:
203.
несколько электродов;
область загрузки топлива, окруженную несколькими электродами и сконфигурированную для приема топлива, где эти несколько электродов сконфигурированы для воспламенения топлива, расположенного в области загрузки топлива;
механизм подачи для перемещения электропроводного топлива в область загрузки топлива; и
преобразователь энергии, сконфигурированный для преобразования энергии плазмы, генерируемой в результате воспламенения топлива, в неплазменную форму энергии;
систему отведения для удаления побочных продуктов воспламенения топлива; и систему регенерации, соединенную с системой отведения для рециклирования
удаленных побочных продуктов воспламенения топлива и превращения их в
рециклированное топливо.
208. Система генерации энергии по п. 207, дополнительно содержащая систему повторной загрузки, связанную с системой регенерации для повторного введения рециклированного топлива в механизм подачи с целью перемещения рециклированного топлива в область загрузки топлива.
209. Система генерации энергии по п. 207, дополнительно содержащая конденсатор для осуществления конденсации побочных продуктов воспламенения топлива.
210. Система генерации энергии по п. 207, дополнительно содержащая систему управления температурой, имеющую в составе теплообменник и линию охлаждения, где эта линия охлаждения ответвляет часть тепла, генерируемого в результате воспламенения топлива в области загрузки топлива, в систему регенерации.
211. Система генерации энергии, содержащая:
источник электроэнергии, сконфигурированный для генерации электрического тока с плотностью тока по меньшей мере около 2,000 А/см2;
несколько разнесенных в пространстве электродов, электрически соединенных с источником электроэнергии;
область загрузки топлива, сконфигурированную для приема топлива, где эта область загрузки топлива окружена несколькими электродами и где эти несколько электродов сконфигурированы для подачи энергии к топливу с целью воспламенения топлива, принятого в области загрузки топлива;
механизм подачи для перемещения топлива в область загрузки топлива;
плазмоэлектрический преобразователь энергии, сконфигурированный для преобразования энергии плазмы, генерируемой в результате воспламенения топлива, в электрическую энергию;
одну или несколько выходных клемм, соединенных с плазмоэлектрическим преобразователем энергии; и
устройство для аккумулирования энергии.
212. Система генерации энергии по п. 211, дополнительно содержащая один или несколько выходных формирователей энергии, соединенных с плазмоэлектрическим преобразователем энергии с целью изменения показателей качества энергии, преобразованной посредством плазмоэлектрического преобразователя энергии.
213. Система генерации энергии по п. 211, отличающаяся тем, что устройство для аккумулирования энергии соединено с одной или несколькими выходными клеммами для приема по меньшей мере части энергии от этих одной или нескольких выходных клемм.
214. Система генерации энергии по п. 211, отличающаяся тем, что устройство для аккумулирования энергии соединено с источником электроэнергии и передает энергию этому источнику электроэнергии.
215. Система генерации энергии по п. 214, отличающаяся тем, что устройство для аккумулирования энергии передает энергию источнику электроэнергии время от времени.
216. Система генерации энергии по п. 211, отличающаяся тем, что указанные одна или несколько выходных клемм сконфигурированы для передачи энергии во внешнюю нагрузку.
217. Система генерации энергии по п. 216, отличающаяся тем, что указанные одна или несколько выходных клемм дополнительно сконфигурированы для передачи энергии в устройство для аккумулирования энергии.
218. Система генерации энергии по п. 211, отличающаяся тем, что устройство для аккумулирования энергии содержит аккумулятор.
219. Система генерации энергии, содержащая:
источник электроэнергии с мощностью по меньшей мере 5,000 кВт;
несколько разнесенных в пространстве электродов, электрически соединенных с источником электроэнергии;
область загрузки топлива, сконфигурированную для приема топлива, где эта область загрузки топлива окружена несколькими электродами и где эти несколько электродов сконфигурированы для передачи энергии топливу с целью воспламенения
топлива, когда оно принято в области загрузки топлива;
механизм подачи для перемещения топлива в область загрузки топлива;
преобразователь энергии плазмы, сконфигурированный для преобразования энергии плазмы, генерируемой в результате воспламенения топлива, в неплазменную форму энергии;
датчик, сконфигурированный для измерения по меньшей мере одного параметра, ассоциированного с системой генерации энергии; и
контроллер, сконфигурированный для управления по меньшей мере каким-либо процессом, ассоциированных с системой генерации энергии.
220. Система генерации энергии, содержащая:
источник электроэнергии, способный генерировать электрический ток с плотностью тока по меньшей мере 2,000 А/см2;
несколько разнесенных в пространстве электродов, электрически соединенных с источником электроэнергии;
область загрузки топлива, сконфигурированную для приема топлива, где эта область загрузки топлива окружена несколькими электродами и где эти несколько электродов сконфигурированы для передачи энергии топливу с целью воспламенения топлива, когда оно принято в области загрузки топлива;
механизм подачи для перемещения топлива в область загрузки топлива;
преобразователь энергии плазмы, сконфигурированный для преобразования энергии плазмы, генерируемой в результате воспламенения топлива, в неплазменную форму энергии;
датчик, сконфигурированный для измерения по меньшей мере одного параметра, ассоциированного с системой генерации энергии; и
контроллер, сконфигурированный для управления по меньшей мере каким-либо процессом, ассоциированных с системой генерации энергии.
221. Система генерации энергии по п. 219 или 220, дополнительно содержащая формирователь выходной энергии, соединенный с преобразователем энергии плазмы для изменения показателей качества энергии, преобразованной посредством преобразователя энергии плазмы.
222. Система генерации энергии по п. 219 или 220, отличающаяся тем, что контроллер сконфигурирован для управления процессом, ассоциированным с системой генерации энергии, на основе по меньшей мере одного измеренного параметра.
223. Система генерации энергии по п. 219 или 220, отличающаяся тем, что контроллер сконфигурирован для регулирования скорости подачи топлива или механизма
221.
воспламенения с целью управления выходной мощностью.
224. Система генерации энергии по п. 219 или 220, отличающаяся тем, что контроллер сконфигурирован для управления перемещением по меньшей мере одного из разнесенных электродов с целью управления выходной мощностью.
225. Система генерации энергии по п. 219 или 220, отличающаяся тем, что эта система генерации энергии является автономной.
226. Система генерации энергии по п. 225, дополнительно содержащая: систему отведения для удаления побочных продуктов воспламенения топлива; систему регенерации, соединенную с системой отведения для рециклирования
удаленных побочных продуктов воспламенения топлива и преобразования их в рециклированное топливо; и
систему повторной загрузки, соединенную с системой регенерации для повторного введения рециклированного топлива в механизм подачи с целью перемещения рециклированного топлива в область загрузки топлива.
227. Система генерации энергии, содержащая:
источник электроэнергии с мощностью по меньшей мере около 5,000 кВт;
несколько разнесенных в пространстве электродов, электрически соединенных с источником электроэнергии;
область загрузки топлива, сконфигурированную для приема топлива, где эта область загрузки топлива окружена несколькими электродами и где эти несколько электродов сконфигурированы для передачи энергии топливу с целью воспламенения топлива, когда оно принято в области загрузки топлива и где давление в области загрузки топлива представляет собой частичный вакуум;
механизм подачи для перемещения топлива в область загрузки топлива; и
плазмоэлектрический преобразователь энергии, сконфигурированный для преобразования энергии плазмы, генерируемой в результате воспламенения топлива, в неплазменную форму энергии.
228. Система генерации энергии, содержащая:
источник электроэнергии, способный генерировать электрический ток с плотностью тока по меньшей мере около 2,000 А/см2;
несколько разнесенных в пространстве электродов, электрически соединенных с источником электроэнергии;
область загрузки топлива, сконфигурированную для приема топлива, где эта область загрузки топлива окружена несколькими электродами и где эти несколько электродов сконфигурированы для передачи энергии топливу с целью воспламенения
топлива, когда оно принято в области загрузки топлива и где давление в области загрузки
топлива представляет собой частичный вакуум;
механизм подачи для перемещения топлива в область загрузки топлива; и плазмоэлектрический преобразователь энергии, сконфигурированный для
преобразования энергии плазмы, генерируемой в результате воспламенения топлива, в
неплазменную форму энергии.
229. Система генерации энергии по п. 227 или 228, отличающаяся тем, что давление в плазмоэлектрическом преобразователе энергии представляет собой частичный вакуум.
230. Система генерации энергии по п. 227 или 228, отличающаяся тем, что область загрузки топлива находится внутри вакуумного контейнера.
231. Система генерации энергии по п. 230, отличающаяся тем, что по меньшей мере два из указанных нескольких электродов расположены внутри вакуумного контейнера.
232. Система генерации энергии по п. 227 или 228, дополнительно содержащая вакуумный насос.
233. Система генерации энергии по п. 227 или 228, дополнительно содержащая элемент для индуцированного катализатором образования гидрино, где контейнер элемента для индуцированного катализатором образования гидрино окружает пару из указанных нескольких электродов и где давление внутри элемента для индуцированного катализатором образования гидрино представляет собой частичный вакуум с давлением выше примерно 10"10 мм рт.ст.
234. Элемент для генерации энергии, содержащий:
выходное отверстие, соединенное с вакуумным насосом;
несколько электродов, электрически соединенным с источником электроэнергии с мощностью по меньшей мере 5,000 кВт;
область загрузки топлива, сконфигурированную для приема топлива на основе воды, содержащего главным образом НгО, где указанные несколько электродов, сконфигурированы для передачи энергии топливу на основе воды для генерации по меньшей мере плазмы дугового разряда и/или тепловой энергии; и
преобразователь энергии, сконфигурированный для преобразования по меньшей мере энергии плазмы дугового разряда и/или тепловой энергии в электроэнергию.
235. Элемент по п. 234, дополнительно содержащий по меньшей мере
плазмоэлектрический преобразователь энергии и/или термоэлектрический
преобразователь, расположенный так, чтобы принимать по меньшей мере часть по
меньшей мере одного - плазмы дугового разряда и/или тепловой энергии плазмы дугового разряда.
236. Элемент по п. 234, дополнительно содержащий вакуумный насос.
237. Элемент по п. 234, дополнительно содержащий источник электроэнергии.
238. Элемент по п. 234, отличающийся тем, что топливо содержит по меньшей мере оксид металла, галогенид металла и/или гигроскопичный материал; по меньшей мере один металл, который по существу не реагирует в водной среде; и воду НгО.
239. Система генерации энергии, содержащая:
источник электроэнергии, способный генерировать электрический ток с плотностью тока по меньшей мере 5,000 А/см2;
несколько электродов, электрически соединенных с источником электроэнергии;
область загрузки топлива, сконфигурированную для приема топлива на основе воды, содержащего главным образом воду НгО, где несколько электродов сконфигурированы для передачи энергии топливу на основе воды с целью генерации по меньшей мере плазмы дугового разряда и/или тепловой энергии; и
преобразователь энергии, сконфигурированный для преобразования по меньшей мере энергии плазмы дугового разряда и/или тепловой энергии в электроэнергию.
240. Система генерации энергии по п. 239, отличающаяся тем, что источник электроэнергии способен отдавать электрический ток с плотностью тока по меньшей мере 10,000 А/см2, по меньшей мере около 12,000 А/см2, по меньшей мере около 14,000 А/см2, по меньшей мере около 18,000 А/см2 или по меньшей мере 20,000 А/см2.
241. Система генерации энергии по п. 239, отличающаяся тем, что указанные несколько электродов сконфигурированы для подачи напряжения по меньшей мере 4 кВ на топливо на основе воды.
242. Система генерации энергии по п. 239, отличающаяся тем, что источник электроэнергии содержит несколько конденсаторов.
243. Система генерации энергии по п. 239, отличающаяся тем, что топливо содержит по меньшей мере одно - оксид металла, галогенид металла и/или гигроскопичный материал; по меньшей мере один металл, выбранный из группы Cu, Ni, Pb, Sb, Bi, Co, Cd, Ge, Au, Ir, Fe, Hg, Mo, Os, Pd, Re, Rh, Ru, Se, Ag, Pc, Pe, PI, Sn, W, Al, V, Zr, Pi, Mn, Zn, Cr и In; и воду НгО.
244. Система генерации энергии по п. 243, дополнительно содержащая систему регенерации топлива, сконфигурированную для по меньшей мере частичного извлечения продуктов реакции и регенерации их.
245. Система генерации энергии по п. 239, отличающаяся тем, что
преобразователь энергии представляет собой термоэлектрический преобразователь энергии.
246. Система генерации энергии по п. 239, отличающаяся тем, что преобразователь энергии содержит теплообменник.
247. Способ генерации энергии, содержащий:
загрузку топлива в область загрузки топлива, где область загрузки топлива содержит несколько электродов;
подачу электрического тока с плотностью тока по меньшей мере около 2,000 А/см2 к указанным нескольким электродам для воспламенения топлива с целью генерации по меньшей мере плазмы дугового разряда и/или тепловой энергии;
выполнение по меньшей мере одной операции - пропускания плазмы дугового разряда через плазмоэлектрический преобразователь для генерации электроэнергии и/или пропускания тепловой энергии через термоэлектрический преобразователь для генерации электроэнергии; и
передачу по меньшей мере части полученной электроэнергии на выход.
248. Способ по п. 247, дополнительно содержащий создание вакуума в области загрузки топлива.
249. Способ по п. 247, дополнительно содержащий подачу инертного газа в область загрузки топлива.
250. Способ по п. 247, дополнительно содержащий удаление кислорода из области загрузки топлива.
251. Система генерации энергии, содержащая:
источник электроэнергии с мощностью по меньшей мере 5,000 кВт;
несколько электродов, электрически соединенных с источником электроэнергии, где эти несколько электродов сконфигурированы для передачи электроэнергии топливу на основе воды, содержащему главным образом воду НгО, для генерации тепловой энергии; и
теплообменник, сконфигурированный для преобразования по меньшей мере части тепловой энергии в электроэнергию.
252. Система генерации энергии по п. 251, отличающаяся тем, что теплообменник содержит одно или несколько из группы, куда входят силовая установка, паровая силовая установка с бойлером, турбиной и генератором.
253. Система генерации энергии, содержащая:
источник электроэнергии с мощностью по меньшей мере 5,000 кВт;
несколько разнесенных в пространстве электродов, где по меньшей мере один из
этих нескольких электродов содержит механизм сжатия;
область загрузки топлива, сконфигурированную для приема топлива на основе воды, содержащего главным образом воду НгО, где область загрузки топлива окружена несколькими электродами, так что механизм сжатия в составе по меньшей мере одного электрода ориентирован в направлении области загрузки топлива, и где несколько электродов электрически соединены с источником электроэнергии и сконфигурированы для передачи энергии топливу на основе воды, принятому в области загрузки топлива, с целью воспламенения топлива;
механизм подачи для перемещения топлива на основе воды в область загрузки топлива; и
преобразователь энергии плазмы, сконфигурированный для преобразования энергии плазмы, образованной в результате воспламенения топлива, в неплазменную форму энергии.
254. Система генерации энергии по п. 253, дополнительно содержащая:
формирователь выходной энергии для изменения показателей качества энергии,
преобразованной плазмоэлектрическим преобразователем энергии; и
одну или несколько выходных клемм для передачи на выход энергии, обработанной формирователем выходной энергии.
255. Система генерации энергии по п. 253, отличающаяся тем, что механизм сжатия является подвижным.
256. Система генерации энергии по п. 253, отличающаяся тем, что каждый из электродов содержит механизм сжатия, и эти механизмы сжатия взаимодействуют, чтобы способствовать воспламенению топлива.
257. Система генерации энергии по п. 253, отличающаяся тем, что механизм сжатия является поворачиваемым.
258. Система генерации энергии по п. 253, отличающаяся тем, что механизм сжатия содержит по меньшей мере одно - зубчатое колесо и/или валик.
259. Система генерации механической энергии, содержащая:
источник электроэнергии, способный отдавать ток по меньшей мере около 5,000 А;
камеру зажигания, сконфигурированную для генерации по меньшей мере плазмы и/или тепловой энергии;
устройство подачи топлива, сконфигурированное для подачи твердого топлива в камеру зажигания;
пару электродов, соединенных с источником электроэнергии и
сконфигурированных для подачи энергии в твердое топливо с целью генерации по меньшей мере плазмы и/или тепловой энергии; и
поршень, расположенный в камере зажигания и сконфигурированный для перемещения относительно камеры зажигания для передачи механической энергии на выход.
260. Система генерации механической энергии, содержащая:
источник электроэнергии, способный отдавать ток по меньшей мере около 5,000 А;
камеру зажигания, сконфигурированную для генерации по меньшей мере плазмы и/или тепловой энергии, где камера зажигания имеет выпускной канал;
устройство подачи топлива, сконфигурированное для подачи твердого топлива в камеру зажигания с целью генерации по меньшей мере плазмы и/или тепловой энергии;
пару электродов, соединенных с источником электроэнергии и сконфигурированных для подачи энергии в камеру зажигания; и
турбину, сообщающуюся по потоку текучей среды с выпускным каналом и сконфигурированную для вращения с целью передачи механической энергии на выход.
261. Система генерации механической энергии, содержащая:
источник электроэнергии, способный отдавать ток по меньшей мере около 5,000 А;
рабочее колесо, сконфигурированное для вращения с целью передачи механической энергии на выход, где это рабочее колесо имеет полую область, сконфигурированную для генерации по меньшей мере плазмы и/или тепловой энергии, и эта полая область имеет впускной канал, сконфигурированный для приема рабочей текучей среды;
устройство подачи топлива, сконфигурированное для подачи твердого топлива в полую область; и
пару электродов, соединенных с источником электроэнергии и сконфигурированных для подачи энергии в полую область с целью воспламенения твердого топлива и генерации по меньшей мере плазмы и/или тепловой энергии.
262. Система генерации механической энергии, содержащая:
источник электроэнергии, способный отдавать ток по меньшей мере около 5,000 А;
подвижный элемент, сконфигурированный для вращения с целью передачи механической энергии на выход, где подвижный элемент по меньшей мере частично ограничивает камеру зажигания, сконфигурированную для генерации по меньшей мере плазмы и/или тепловой энергии;
устройство подачи топлива, сконфигурированное для подачи твердого топлива в камеру зажигания; и
пару электродов, соединенных с источником электроэнергии и сконфигурированных для подачи энергии в твердое топливо с целью генерации по меньшей мере плазмы и/или тепловой энергии.
263. Система по п. 259, 260, 261 или 262, отличающаяся тем, что источник электроэнергии способен отдавать электрический ток по меньшей мере около 10,000 А или по меньшей мере около 14,000 А.
264. Система по п. 259, 260, 261 или 262, отличающаяся тем, что источник электроэнергии имеет напряжение меньше примерно 100 В, меньше примерно 10 В или меньше примерно 8 В.
265. Система по п. 259, 260, 261 или 262, отличающаяся тем, что источник электроэнергии имеет мощность по меньшей мере около 5,000 кВт.
266. Система по 259, 260, 261 или 262, отличающаяся тем, что твердое топливо содержит некоторую долю воды, некоторую долю поглощающего воду материала и некоторую долю электропроводного компонента.
267. Система по п. 266, отличающаяся тем, что указанная доля воды составляет по меньшей мере около 30 моль% твердого топлива.
268. Система по п. 266, отличающаяся тем, что указанная доля поглощающего воду материала составляет по меньшей мере около 30 моль% твердого топлива.
269. Система по п. 266, отличающаяся тем, что указанная доля электропроводного компонента составляет по меньшей мере около 30 моль% твердого топлива.
270. Система по п. 259, 260 или 262, дополнительно содержащая впускной канал, сконфигурированный для подачи рабочей текучей среды в камеру зажигания.
271. Система по п. 270, отличающаяся тем, что рабочая текучая среда содержит по меньшей мере одно - воздух, воду НгО и/или инертный газ.
272. Система по п. 271, отличающаяся тем, что рабочая текучая среда поступает в камеру зажигания по меньшей мере под одним давлением - ниже атмосферного давления, при атмосферном давлении и/или выше атмосферного давления.
273. Система по п. 259, 260, 261 или 262, отличающаяся тем, что по меньшей мере одна пара электродов электрически соединена по меньшей мере с поршнем и/или с камерой зажигания.
274. Система по п. 259, 260, 261 или 262, отличающаяся тем, что устройство подачи топлива содержит инжекционное устройство, сконфигурированное для инжекции по меньшей мере части твердого топлива в камеру зажигания.
275. Система по п. 274, отличающаяся тем, что инжекционное устройство
сконфигурировано для инжекции по меньшей мере газа, жидкости и/или твердых частиц в камеру зажигания.
276. Система по п. 259, 260, 261 или 262, отличающаяся тем, что устройство подачи топлива содержит карусель.
277. Система по п. 259, 260, 261 или 262, отличающаяся тем, что по меньшей мере одно - устройство подачи топлива и/или пара электродов, содержит гнездо, сконфигурированное для приема твердого топлива.
278. Система по п. 259, 260, 261 или 262, дополнительно содержащая по меньшей мере систему охлаждения, нагревательную систему, вакуумную систему и/или преобразователь энергии плазмы.
279. Система по п. 259, 260, 261 или 262, дополнительно содержащая систему регенерации, сконфигурированную по меньшей мере для улавливания, регенерации и/или рециклирования одного или нескольких компонентов, образующихся в результате воспламенения твердого топлива.
280. Система по п. 260, отличающаяся тем, что по меньшей мере один из пары электродов электрически соединен по меньшей мере с турбиной и/или с камерой зажигания.
281. Система по п. 260, отличающаяся тем, что устройство подачи топлива содержит инжекционное устройство, сконфигурированное для инжекции по меньшей мере части твердого топлива в камеру зажигания.
282. Система по п. 260, отличающаяся тем, что инжекционное устройство сконфигурировано для инжекции по меньшей мере газа, жидкости и/или твердых частиц в камеру зажигания.
283. Система по п. 261, отличающаяся тем, что рабочее колесо содержит по меньшей мере одну лопатку, сконфигурированную для ответвления потока рабочей текучей среды.
284. Система по п. 283, отличающаяся тем, что рабочая текучая среда содержит по меньшей мере одно - воздух, воду НгО и/или инертный газ.
285. Система по п. 261, отличающаяся тем, что рабочая текучая среда поступает в полую область по меньшей мере под одним давлением - ниже атмосферного давления, при атмосферном давлении и/или выше атмосферного давления.
286. Система по п. 261, отличающаяся тем, что по меньшей мере один из пары электродов электрически соединен по меньшей мере с рабочим колесом и/или с полой областью.
287. Система по п. 261, отличающаяся тем, что устройство подачи топлива
содержит инжекционное устройство, сконфигурированное для инжекции по меньшей мере части твердого топлива в полую область.
288. Система по п. 262, отличающаяся тем, что инжекционное устройство сконфигурировано для инжекции по меньшей мере газа, жидкости и/или твердых частиц в полую область.
289. Система по п. 288, отличающаяся тем, что подвижный элемент образуют по меньшей мере часть первого электрода из состава пары электродов.
290. Система по п. 289, отличающаяся тем, что второй подвижный элемент образуют по меньшей мере часть второго электрода из состава пары электродов.
291. Система по п. 262, отличающаяся тем, что подвижный элемент содержит гнездо, сконфигурированное для приема топлива.
292. Система по п. 262, отличающаяся тем, что подвижный элемент содержит сопло, связанное по потоку текучей среды с камерой зажигания и сконфигурированное для направления потока по меньшей мере плазмы и/или тепловой энергии.
293. Система по п. 262, отличающаяся тем, что подвижный элемент сконфигурирован для перемещения по меньшей мере по прямолинейной, дугообразной или вращательной траектории.
294. Система по п. 262, отличающаяся тем, что подвижный элемент содержит по меньшей мере одно - зубчатое колесо и/или валик.
295. Система генерации механической энергии, содержащая:
источник электроэнергии, способный отдавать ток по меньшей мере около 5,000 А;
несколько камер зажигания, где каждая из нескольких камер зажигания сконфигурирована для генерации по меньшей мере плазмы и/или тепловой энергии;
устройство подачи топлива, сконфигурированное для подачи твердого топлива в несколько камер зажигания; и
несколько электродов, соединенных с источником электроэнергии, где по меньшей мере один из указанных нескольких электродов ассоциирован по меньшей мере с одной из нескольких камер зажигания и сконфигурирован для подачи электроэнергии твердому топливу для генерации по меньшей мере плазмы и/или тепловой энергии.
296. Система по п. 295, отличающаяся тем, что устройство подачи топлива содержит карусель, сконфигурированную для вращения относительно по меньшей мере одной из нескольких камер зажигания.
297. Система по п. 295, отличающаяся тем, что по меньшей мере одна из нескольких камер зажигания связана по потоку текучей среды по меньшей мере с поршнем, турбиной, рабочим колесом, зубчатым колесом и/или валиком.
296.
298. Система по п. 295, отличающаяся тем, что указанные несколько камер зажигания сконфигурированы для вращения относительно устройства подачи топлива.
299. Система по п. 295, дополнительно содержащая несколько устройств подачи топлива.
300. Система по п. 295, дополнительно содержащая несколько источников электроэнергии, где по меньшей мере один из этих нескольких источников электроэнергии электрически соединен по меньшей мере с одним из указанных нескольких электродов.
301. Система по п. 295, дополнительно содержащая контроллер, сконфигурированный для управления подачей электрической энергии к указанным нескольким электродам.
302. Система по п. 301, отличающаяся тем, что контроллер сконфигурирован для управления перемещением устройства подачи топлива.
303. Система генерации энергии по п. 301, отличающаяся тем, что контроллер сконфигурирован для управления перемещением указанных нескольких камер зажигания.
304. Система генерации механической энергии, содержащая:
источник электроэнергии, способный отдавать ток по меньшей мере около 5,000 А;
камеру зажигания, сконфигурированную для генерации по меньшей мере плазмы дугового разряда и/или тепловой энергии;
устройство подачи топлива, сконфигурированное для подачи топлива на основе воды в камеру зажигания;
пару электродов, соединенных с источником электроэнергии и сконфигурированных для подачи энергию топливу с целью генерации по меньшей мере плазмы дугового разряда и/или тепловой энергии; и
поршень, связанный по потоку текучей среды с камерой зажигания и сконфигурированный для перемещения относительно камеры зажигания с целью передачи механической энергии на выход.
305. Система генерации механической энергии, содержащая:
источник электроэнергии, способный отдавать ток по меньшей мере около 5,000 А;
камеру зажигания, сконфигурированную для генерации по меньшей мере плазмы дугового разряда и/или тепловой энергии, где камера зажигания имеет выпускной канал;
устройство подачи топлива, сконфигурированное для подачи топлива на основе воды в камеру зажигания;
пару электродов, соединенных с источником электроэнергии и сконфигурированных для подачи энергии топливу для генерации по меньшей мере
плазмы дугового разряда и/или тепловой энергии; и
турбину, связанную по потоку текучей среды с выпускным каналом и сконфигурированную для вращения с целью передачи механической энергии на выход.
306. Система по п. 304 или 305, отличающаяся тем, что источник электроэнергии способен отдавать электрический ток по меньшей мере около 10,000 А или по меньшей мере около 12,000 А.
307. Система по п. 304 или 305, отличающаяся тем, что источник электроэнергии имеет напряжение по меньшей мере около 1 кВ, по меньшей мере около 2 кВ или по меньшей мере около 4 кВ.
308. Система по п. 304 или 305, отличающаяся тем, что the источник электроэнергии имеет мощность по меньшей мере около 5,000 кВт.
309. Система по п. 304 или 305, отличающаяся тем, что топливо на основе воды содержит по меньшей мере 50 моль% воды или по меньшей мере 90 моль% воды.
310. Система по п. 304 или 305, дополнительно содержащая впускной канал, сконфигурированный для подачи рабочей текучей среды в камеру зажигания.
311. Система по п. 310, отличающаяся тем, что рабочая текучая среда содержит по меньшей мере текучую среду на основе воды и/или инертный газ.
312. Система по п. 310, отличающаяся тем, что рабочая текучая среда поступает в камеру зажигания по меньшей мере под одним давлением - ниже атмосферного давления, при атмосферном давлении и/или выше атмосферного давления.
313. Система по п. 310, отличающаяся тем, что камера зажигания образует часть системы с замкнутым контуром, сконфигурированной для рециркуляции рабочей текучей среды.
314. Система по п. 304 или 305, отличающаяся тем, что устройство подачи топлива содержит инжекционное устройство, сконфигурированное для инжекции по меньшей мере части топлива на основе воды в камеру зажигания.
315. Система по п. 314, отличающаяся тем, что инжекционное устройство сконфигурировано для инжекции по меньшей мере газа, жидкости и/или твердых частиц в камеру зажигания.
316. Система по п. 304 или 305, дополнительно содержащая по меньшей мере систему охлаждения и/или нагревательную систему.
317. Система по п. 304 или 305, дополнительно содержащая по меньшей мере вакуумную систему и/или преобразователь энергии плазмы.
318. Система по п. 304 или 305, дополнительно содержащая теплообменник, сконфигурированный для преобразования тепловой энергии, ассоциированной с плазмой
306.
дугового разряда, в другую форму энергии.
319. Система генерации механической энергии, содержащая:
источник электроэнергии, способный отдавать ток по меньшей мере около 5,000 А;
рабочее колесо, сконфигурированное для вращения с целью передачи механической энергии на выход, где это рабочее колесо содержит полую область, сконфигурированную для генерации по меньшей мере плазмы дугового разряда и/или тепловой энергии, и где эта полая область содержит впускной канал, сконфигурированный для приема рабочей текучей среды;
устройство подачи топлива, сконфигурированное для подачи топлива на основе воды в полую область; и
пару электродов, соединенных с источником электроэнергии и сконфигурированных для подачи электрической энергии в полую область для воспламенения топлива на основе воды и генерации по меньшей мере плазмы дугового разряда и/или тепловой энергии.
320. Система по п. 319, отличающаяся тем, что источник электроэнергии способен отдавать электрический ток по меньшей мере около 10,000 А или по меньшей мере около 12,000 А.
321. Система по п. 319, отличающаяся тем, что the источник электроэнергии имеет напряжение по меньшей мере около 1 кВ, по меньшей мере около 2 кВ или по меньшей мере около 4 кВ.
322. Система по п. 319, отличающаяся тем, что источник электроэнергии имеет мощность по меньшей мере около 5,000 кВт.
323. Система по п. 319, отличающаяся тем, что топливо на основе воды содержит по меньшей мере 50 моль% воды или по меньшей мере 90 моль% воды.
324. Система по п. 319, отличающаяся тем, что рабочее колесо содержит по меньшей мере одну лопатку, сконфигурированную для ответвления потока рабочей текучей среды.
325. Система по п. 319, отличающаяся тем, что рабочая текучая среда содержит по меньшей мере текучую среду на основе воды и/или инертный газ.
326. Система по п. 319, отличающаяся тем, что рабочая текучая среда поступает в полую область по меньшей мере под одним давлением - ниже атмосферного давления, при атмосферном давлении и/или выше атмосферного давления.
327. Система по п. 319, отличающаяся тем, что полая область составляет часть системы с замкнутым контуром, сконфигурированную для рециркуляции рабочей текучей среды.
320.
328. Система по п. 319, отличающаяся тем, что устройство подачи топлива содержит инжекционное устройство, сконфигурированное для инжекции по меньшей мере части топлива на основе воды в полую область.
329. Система по п. 328, отличающаяся тем, что инжекционное устройство сконфигурировано для инжекции по меньшей мере газа, жидкости и/или твердых частиц в полую область.
330. Система по п. 319, дополнительно содержащая по меньшей мере систему охлаждения и/или нагревательную систему.
331. Система по п. 319, дополнительно содержащая по меньшей мере вакуумную систему и/или преобразователь энергии плазмы.
332. Система по п. 319, дополнительно содержащая теплообменник, сконфигурированный для преобразования тепловой энергии, ассоциированной с плазмой дугового разряда, в другую форму энергии.
333. Система генерации механической энергии, содержащая:
источник электроэнергии, способный отдавать ток по меньшей мере около 5,000 А;
несколько камер зажигания, где каждая из этих нескольких камер зажигания сконфигурирована для генерации по меньшей мере плазмы дугового разряда и/или тепловой энергии;
устройство подачи топлива, сконфигурированное для подачи топлива на основе воды в несколько камер зажигания; и
несколько электродов, соединенных с источником электроэнергии, где по меньшей мере один из этих нескольких электродов ассоциирован по меньшей мере с одной из указанных нескольких камер зажигания и сконфигурирован для подачи электрической энергии топливу на основе воды с целью генерации по меньшей мере плазмы дугового разряда и/или тепловой энергии.
334. Система по п. 333, отличающаяся тем, что топливо на основе воды содержит по меньшей мере 50 моль% воды или по меньшей мере 90 моль% воды.
335. Система по п. 333, дополнительно содержащая по меньшей мере один впускной канал, сконфигурированный для подачи рабочей текучей среды по меньшей мере в одну из нескольких камер зажигания.
336. Система по п. 335, отличающаяся тем, что рабочая текучая среда содержит по меньшей мере текучую среду на основе воды и/или инертный газ.
337. Система генерации энергии по п. 335, отличающаяся тем, что рабочая текучая среда поступает по меньшей мере в одну из нескольких камер зажигания по меньшей мере под одним давлением - ниже атмосферного давления, при атмосферном
334.
давлении и/или выше атмосферного давления.
338. Система по п. 335, отличающаяся тем, что по меньшей мере одна из нескольких камер зажигания составляет часть системы с замкнутым контуром, сконфигурированной для рециркуляции рабочей текучей среды.
339. Система по п. 335, отличающаяся тем, что устройство подачи топлива содержит по меньшей мере одно инжекционное устройство, сконфигурированное для инжекции по меньшей мере части топлива на основе воды по меньшей мере в одну из указанных нескольких камер зажигания.
340. Система по п. 339, отличающаяся тем, что по меньшей мере one инжекционное устройство сконфигурировано для инжекции по меньшей мере газа, жидкости и/или твердых частиц по меньшей мере в одну из указанных нескольких камер зажигания.
341. Система по п. 333, отличающаяся тем, что по меньшей мере одна из указанных нескольких камер зажигания связана по потоку текучей среды по меньшей мере с одним - поршнем, турбиной, рабочим колесом, зубчатым колесом и/или валиком.
342. Система по п. 333, отличающаяся тем, что указанные несколько камер зажигания сконфигурированы для вращения относительно устройства подачи топлива.
343. Система по п. 333, дополнительно содержащая несколько устройств подачи топлива.
344. Система по п. 333, дополнительно содержащая несколько источников электроэнергии, где по меньшей мере один из этих нескольких источник электроэнергии электрически соединен по меньшей мере с одним из указанных нескольких электродов.
345. Система по п. 333, дополнительно содержащая контроллер, сконфигурированный для управления подачей электроэнергии к указанным нескольким электродам.
346. Система по п. 333, отличающаяся тем, что контроллер сконфигурирован для управления перемещением устройства подачи топлива.
347. Система по п. 333, отличающаяся тем, что контроллер сконфигурирован для управления перемещением указанных нескольких камер зажигания.
348. Камера зажигания, содержащая:
оболочку, ограничивающую полую камеру, сконфигурированную для генерации по меньшей мере плазмы, плазмы дугового разряда и/или тепловой энергии;
входной канал для приема топлива, связанный по потоку текучей среды с полой камерой, где этот входной канал для приема топлива электрически соединенный с парой электродов; и
подвижный элемент, связанный по потоку текучей среды с полой камерой.
349. Камера зажигания, содержащая:
оболочку, ограничивающую полую камеру;
инжекционное устройство, связанное по потоку текучей среды с полой камерой, где инжекционное устройство сконфигурировано для инжекции топлива в полую камеру;
пару электродов, электрически соединенную с полой камерой и сконфигурированную для подачи электроэнергии к топливу в достаточном количестве для генерации по меньшей мере плазмы, плазмы дугового разряда и/или тепловой энергии; и
подвижный элемент, связанный по потоку текучей среды с полой камерой.
350. Камера зажигания по п. 348 или 349, отличающаяся тем, что подвижный элемент представляет собой поршень, расположенный внутри полой камеры.
351. Камера зажигания по п. 348 или 349, отличающаяся тем, что подвижный элемент представляет собой турбину, расположенную вне полой камеры.
352. Камера зажигания по п. 348 или 349, отличающаяся тем, что подвижный элемент представляет собой рабочее колесо, по меньшей мере частично окружающую полую камеру.
353. Камера зажигания по п. 348 или 349, отличающаяся тем, что полая камера сконфигурирована для приема рабочей текучей среды.
354. Камера зажигания по п. 348 или 349, отличающаяся тем, что пара электродов сконфигурирована для электрического тока по меньшей мере 5,000 А к входному каналу для приема топлива.
355. Камера зажигания по п. 348 или 349, отличающаяся тем, что входной канал для приема топлива сконфигурирован для приема топлива на основе воды, содержащего по меньшей мере 50 моль% воды.
356. Камера зажигания по п. 348 или 349, отличающаяся тем, что входной канал для приема топлива сконфигурирован для приема твердого топлива, содержащего некоторую долю воды, некоторую долю поглощающего воду материала и некоторую долю электропроводного компонента.
357. Камера зажигания по п. 349, отличающаяся тем, что топливо представляет собой твердое топливо, содержащее некоторую долю воды, некоторую долю поглощающего воду материала и некоторую долю электропроводного компонента.
358. Камера зажигания по п. 349, отличающаяся тем, что инжекционное устройство сконфигурировано для инжекции по меньшей мере газа, жидкости и/или твердых частиц в полую камеру.
359. Способ генерации механической энергии, содержащий:
350.
подачу твердого топлива в камеру зажигания;
пропускание электрического тока по меньшей мере около 5,000 А через твердое топливо и подачу напряжения меньше примерно 10 В на твердое топливо для воспламенения твердого топлива и генерации по меньшей мере плазмы и/или тепловой энергии;
смешивание по меньшей мере плазмы и/или тепловой энергии с рабочей текучей средой; и
направление рабочей текучей среды к подвижному элементу для перемещения подвижного элемента и передачи механической энергии на выход.
360. Способ по п. 359, отличающийся тем, что сила тока составляет по меньшей мере примерно 14,000 А.
361. Способ по п. 359, отличающийся тем, что указанное напряжение меньше чем примерно 8 В.
362. Способ по п. 359, отличающийся тем, что твердое топливо содержит некоторую долю воды, некоторую долю поглощающего воду материала и некоторую долю электропроводного компонента.
363. Способ по п. 359, дополнительно содержащий по меньшей мере одно -улавливание, регенерацию и/или рециклирование одного или нескольких компонентов, образующихся в результате воспламенения твердого топлива.
364. Способ по п. 359, отличающийся тем, что подвижный элемент перемещается по меньшей мере по прямолинейной, дугообразной или вращательной траектории.
365. Способ по п. 359, отличающийся тем, что электрический ток поступает к твердому топливу через по меньшей мере один электрод, соединенный с подвижным элементом.
366. Способ генерации механической энергии, содержащий:
подачу топлива на основе воды в камеру зажигания;
пропускание электрического тока по меньшей мере около 5,000 А через топливо на основе воды и подачу напряжения по меньшей мере примерно 2 кВ на топливо на основе воды для воспламенения этого топлива на основе воды и генерации по меньшей мере плазмы дугового разряда и/или тепловой энергии;
смешивание по меньшей мере плазмы дугового разряда и/или тепловой энергии с рабочей текучей средой; и
направление рабочей текучей среды к подвижному элементу для перемещения подвижного элемента и передачи механической энергии на выход.
367. Способ по п. 366, отличающийся тем, что сила тока составляет по меньшей мере примерно 12,000 А.
368. Способ по п. 366, отличающийся тем, что напряжение равно по меньшей мере 4 кВ.
369. Способ по п. 366, отличающийся тем, что топливо на основе воды содержит по меньшей мере 90 моль% воды.
370. Способ по п. 366, отличающийся тем, что подвижный элемент перемещается по меньшей мере по прямолинейной, дугообразной или вращательной траектории.
371. Способ по п. 366, отличающийся тем, что электрический ток поступает к топливу на основе воды по меньшей мере через один электрод, соединенный с камерой зажигания.
372. Способ генерации механической энергии, содержащий:
подачу твердого топлива в камеру зажигания;
подачу электрического тока по меньшей мере около 5,000 А к электроду, электрически соединенному с твердым топливом;
воспламенение твердого топлива для генерации по меньшей мере плазмы и/или тепловой энергии в камере зажигания; и
преобразование по меньшей мере некоторой части по меньшей мере энергии плазмы и/или тепловой энергии в механическую энергию.
373. Способ по п. 372, дополнительно содержащий подачу рабочей текучей среды в камеру зажигания.
374. Способ по п. 373, отличающийся тем, что рабочая текучая среда содержит по меньшей мере одно - воздух, воду НгО и/или инертный газ.
375. Способ по п. 373, дополнительно содержащий сжатие рабочей текучей среды перед инжекцией этой среды в камеру зажигания.
376. Способ по п. 373, отличающийся тем, что преобразование по меньшей мере части по меньшей мере энергии плазмы и/или тепловой энергии в механическую энергию содержит направление потока рабочей текучей среды к подвижному элементу.
377. Способ по п. 376, дополнительно содержащий перемещение подвижного элемента по меньшей мере по прямолинейной, дугообразной или вращательной траектории.
378. Способ по п. 372, дополнительно содержащий пропускание электрического тока по меньшей мере около 10,000 А или по меньшей мере около 14,000 А через твердое топливо.
379. Способ по п. 372, дополнительно содержащий подачу на твердое топливо
напряжения меньше чем примерно 100 В, меньше чем примерно 10 В или меньше чем примерно 8 В.
380. Способ по п. 372, дополнительно содержащий подачу мощности по меньшей мере около 5,000 кВт к твердому топливу.
381. Способ по п. 372, дополнительно содержащий создание частичного вакуума в камере зажигания.
382. Способ по п. 372, дополнительно содержащий по меньшей мере улавливание, регенерацию и/или рециклирование по меньшей мере одного или нескольких компонентов, образующихся при воспламенении твердого топлива.
383. Способ генерации механической энергии, содержащий:
подачу топлива на основе воды в камеру зажигания;
подачу электрического тока по меньшей мере около 5,000 А к электроду, электрически соединенному с топливом на основе воды;
воспламенение топлива на основе воды для генерации по меньшей мере плазмы дугового разряда и/или тепловой энергии в камере зажигания; и
преобразование по меньшей мере некоторой части по меньшей мере энергии плазмы дугового разряда и/или тепловой энергии в механическую энергию.
384. Способ по п. 383, дополнительно содержащий подачу рабочей текучей среды в камеру зажигания.
385. Способ по п. 384, отличающийся тем, что рабочая текучая среда содержит по меньшей мере текучую среду на основе воды и/или инертный газ.
386. Способ по п. 384, дополнительно содержащий сжатие рабочей текучей среды перед инжекцией этой среды в камеру зажигания.
387. Способ по п. 384, отличающийся тем, что преобразование по меньшей мере части по меньшей мере энергии плазмы дугового разряда и/или тепловой энергии в механическую энергию содержит направление потока рабочей текучей среды к подвижному элементу.
388. Способ по п. 387, дополнительно содержащий перемещение подвижного элемента по меньшей мере по прямолинейной, дугообразной или вращательной траектории.
389. Способ по п. 383, дополнительно содержащий пропускание электрического тока по меньшей мере около 10,000 А или по меньшей мере около 12,000 А через топливо на основе воды.
390. Способ по п. 383, дополнительно содержащий подачу на топливо на основе воды напряжения по меньшей мере около 2 кВ или по меньшей мере около 4 кВ.
384.
391. Способ по п. 383, дополнительно содержащий подачу мощности по меньшей мере около 5,000 кВт к топливу на основе воды.
392. Способ по п. 383, дополнительно содержащий создание частичного вакуума в камере зажигания.
393. Машина, сконфигурированная для наземных перевозок и содержащая:
источник электроэнергии способный отдавать электрический ток по меньшей мере
около 5,000 А;
камеру зажигания, сконфигурированную для генерации по меньшей мере плазмы, плазмы дугового разряда и/или тепловой энергии;
устройство подачи топлива, сконфигурированное для подачи топлива в камеру зажигания;
пару электродов, соединенных с источником электроэнергии и сконфигурированных для подачи энергии к топливу с целью генерации по меньшей мере плазмы, плазмы дугового разряда и/или тепловой энергии;
подвижный элемент, соединенный по потоку текучей среды с камерой зажигания и сконфигурированный для перемещения относительно этой камеры зажигания; и
приводной вал, механически соединенный с подвижным элементом и сконфигурированный для передачи механической энергии транспортному элементу.
394. Машина по п. 393, отличающаяся тем, что транспортный элемент представляет собой по меньшей мере - колесо, гусеницу, зубчатую передачу и/или гидравлический элемент.
395. Машина по п. 393, отличающаяся тем, что транспортный элемент является частью по меньшей мере автомобиля, мотоцикла, снегохода, тележки и/или поезда.
396. Машина, сконфигурированная для авиационного транспорта и содержащая:
источник электроэнергии способный отдавать электрический ток по меньшей мере
около 5,000 А;
камеру зажигания, сконфигурированную для генерации по меньшей мере плазмы, плазмы дугового разряда и/или тепловой энергии;
устройство подачи топлива, сконфигурированное для подачи топлива в камеру зажигания;
пару электродов, соединенных с источником электроэнергии и сконфигурированных для подачи энергии к топливу с целью генерации по меньшей мере плазмы, плазмы дугового разряда и/или тепловой энергии;
подвижный элемент, соединенный по потоку текучей среды с камерой зажигания и сконфигурированный для перемещения относительно этой камеры зажигания; и
авиационный элемент, механически соединенный с подвижным элементом и сконфигурированный для создания тяги в авиационной среде.
397. Машина по п. 396, отличающаяся тем, что авиационный элемент представляет собой по меньшей мере авиационный пропеллер и/или компрессор.
398. Машина по п. 396, отличающаяся тем, что авиационный элемент является частью по меньшей мере турбореактивного двигателя, турбовентиляторного двигателя, турбовинтового двигателя, турбовального двигателя, тягового вентилятора, прямоточного воздушно-реактивного двигателя или гиперзвукового прямоточного воздушно-реактивного двигателя.
399. Машина, сконфигурированная для морского транспорта и содержащая:
источник электроэнергии способный отдавать электрический ток по меньшей мере
около 5,000 А;
камеру зажигания, сконфигурированную для генерации по меньшей мере плазмы, плазмы дугового разряда и/или тепловой энергии;
устройство подачи топлива, сконфигурированное для подачи топлива в камеру зажигания;
пару электродов, соединенных с источником электроэнергии и сконфигурированных для подачи энергии к топливу с целью генерации по меньшей мере плазмы, плазмы дугового разряда и/или тепловой энергии;
подвижный элемент, соединенный по потоку текучей среды с камерой зажигания и сконфигурированный для перемещения относительно этой камеры зажигания; и
морской элемент, механически соединенный с подвижным элементом и сконфигурированный для создания тяги в морской среде.
400. Машина по п. 399, отличающаяся тем, что морской элемент представляет собой гребной винт.
401. Машина по п. 399 отличающаяся тем, что морской элемент является частью по меньшей мере насосного водометного двигателя, водометного двигателя или водоструйного двигателя.
402. Рабочая машина, содержащая:
источник электроэнергии способный отдавать электрический ток по меньшей мере около 5,000 А;
камеру зажигания, сконфигурированную для генерации по меньшей мере плазмы, плазмы дугового разряда и/или тепловой энергии;
устройство подачи топлива, сконфигурированное для подачи топлива в камеру зажигания;
пару электродов, соединенных с источником электроэнергии и сконфигурированных для подачи энергии к топливу с целью генерации по меньшей мере плазмы, плазмы дугового разряда и/или тепловой энергии;
подвижный элемент, соединенный по потоку текучей среды с камерой зажигания и сконфигурированный для перемещения относительно этой камеры зажигания; и
рабочий элемент, механически соединенный с подвижным элементом и сконфигурированный для передачи механической энергии.
403. Машина по п. 402 отличающаяся тем, что рабочий элемент содержит по меньшей мере вращающийся вал, шатун, кулачок, шнек или лопатку.
404. Машина по п. 402 отличающаяся тем, что рабочий элемент составляет часть по меньшей мере холодильника, стиральной машины, посудомоечной машины, газонокосилки, снегоуборщика или кустореза.
403.
403.
403.
Фиг. 3
Фиг. 8
1006 ,
,-1017
Фиг. 12
> 1001
14/39
r 7.1J (
/ >
Чч-Ю02
1002
) s#2
x1002
\1017 A
1017 A
Фиг. 14A
¦
Фиг. 14B
Фиг. 15А
Фиг. 15С
1017...
1 I--,
1004
1002
1002a
Фиг. 16
.1006
1020
Фиг. 17В
19/39
1004
Фиг. 20
1011 ^
1020
-1012
юзо/
/ У/
1004
1014
1006
1025-
1009
1007
1010
1001
ч_ J
1008 х Ю11 -
-У/ 1012
Фиг. 22
1020
1030
1014 1002.
1011 1013 v
//У/ \
7/У/
012
1004
...
i 01 7 jmt~~ij
1005
1025
1007
?I ~- v.V - - V
1¦ ±j"
017 1008
100 <
У м
'7 <Оу 10Ю \
"001
1001
//.//
1008' Ю11-^/^Л
1012
1010
Фиг. 23
101
- 1020
^-•1012
1030
1009
1018
1004 1025
1002 \
\ ¦ -
1006,
1017-
t-J
У У У
1005
...О...
1013
"17:-т
"У^'У
1009.
1007
¦¦¦//¦ ¦¦¦¦ i'-i \
-jr.
010
у У У У//
1008 1011-(tm)/^4
У/Уу" s -У/ 1012
1001
Фиг. 25
2060
2010
2010
2030 \
У г
<лл 2020
Фиг
2030
2020 j
5V~4
¦i }
! S D
; 2080
-" t
2080
2010
Фиг. 29
2100
) У/У
К 2130 -"////
г- //// >
Я \ /\ t \ / / Уу
211 <К /V \ VJ I/ / /vs \ \ / / /Ч
ч х /
i \ v \ X Ч \
X, \ ,,л / , V"' Я
I + J I U /
\ 1 Г! \ / / \ ^ *-~ч oiof
* ч У У \
/ / 1^ \ Х.,""^ / |
\ ,,-\ V \ / / i
/ С: Ч Ч V'
2140
~ U v / "У \ \ \ у ' у,
2135 1-i
Фиг.
\."УХ
2050
5110 I
2130 У
z *
и /
L I Г = > .
X , У У У г-1
2140
' * 2160
Фиг. 32
Фиг. 31
V.
2120
2170
и ^2050
h-.- i //*T^f lJ>
2190-^' \ , 4. /
^'^0 v v/L/ у ... ^
Фиг. ЗЗА
2030,
С с"
2080
Фиг. 34
Фиг.
35В
--2250
I О
2130
2240
Фиг. 37A
2240
2130
2030-
2240
> h
2130
Фиг. 37C
> 60
2080^
Л V
(7)
Фиг. 38А
Фиг. 38В
(1)
(19)
(19)
(15)
(15)
(15)
(15)
(15)
(15)
(46)
(48)
(46)
(48)
(46)
(48)
(46)
(48)
(46)
(48)
(46)
(48)
(46)
(48)
(46)
(48)
102
102
109
112
112
306
306
306
306
2010
2010
2010
2010
2010
2010
2010
2030
2030
2030
2030
2030
2030
2030
2030
|
