|
|
больше ...
Термины запроса в документе
Реферат
[RU] Твердотопливный источник энергии, который обеспечивает по меньшей мере одно из электрической и тепловой энергии, содержащий (i) по меньшей мере одну ячейку реакции для катализа атомарного водорода с образованием гидрино, (ii) химическую топливную смесь, содержащую по меньшей мере два компонента, выбираемых из H 2 O катализатора или источника H 2 O катализатора; источника атомарного водорода или атомарного водорода; реагентов для образования H 2 O катализатора или источника H 2 O катализатора и атомарного водорода или источника атомарного водорода; одного или нескольких реагентов для зажигания катализа атомарного водорода; и материала, обуславливающего высокую электропроводность топлива, (iii) по меньшей мере один комплект электродов, которые ограничивают топливо, и источник электрический энергии, обеспечивающий кратковременные импульсы низковольтной, сильноточной электрической энергии для обеспечения быстрой кинетики реакции гидрино и энергетического выигрыша вследствие образования гидрино, (iv) систему регенерации продукта, такую как конденсатор пара, (v) систему перезагрузки, (vi) по меньшей мере одну из систем гидратации, термической, химической и электрохимической системы для регенерации топлива из продуктов реакции, (vii) теплопоглотитель, который принимает тепло вырабатывающих энергию реакций, (viii) фотоэлектрический преобразователь энергии, содержащий по меньшей мере одно устройство для концентрирования солнечной энергии и по меньшей мере одну фотоэлектрическую ячейку с тремя переходами, монокристаллическую ячейку, поликристаллическую ячейку, аморфную ячейку, ячейку из ленточного/нитевидного кремния, многопереходную ячейку, ячейку с гомопереходом, ячейку с гетеропереходом, ячейку с p-i-n-структурой, тонкопленочную ячейку, сенсибилизированную красителем ячейку и органическую фотоэлектрическую ячейку, и антиотражающее покрытие, согласующее оптический импеданс покрытие и защитное покрытие. 
Полный текст патента
(57) Реферат / Формула:
Твердотопливный источник энергии, который обеспечивает по меньшей мере одно из электрической и тепловой энергии, содержащий (i) по меньшей мере одну ячейку реакции для катализа атомарного водорода с образованием гидрино, (ii) химическую топливную смесь, содержащую по меньшей мере два компонента, выбираемых из H 2 O катализатора или источника H 2 O катализатора; источника атомарного водорода или атомарного водорода; реагентов для образования H 2 O катализатора или источника H 2 O катализатора и атомарного водорода или источника атомарного водорода; одного или нескольких реагентов для зажигания катализа атомарного водорода; и материала, обуславливающего высокую электропроводность топлива, (iii) по меньшей мере один комплект электродов, которые ограничивают топливо, и источник электрический энергии, обеспечивающий кратковременные импульсы низковольтной, сильноточной электрической энергии для обеспечения быстрой кинетики реакции гидрино и энергетического выигрыша вследствие образования гидрино, (iv) систему регенерации продукта, такую как конденсатор пара, (v) систему перезагрузки, (vi) по меньшей мере одну из систем гидратации, термической, химической и электрохимической системы для регенерации топлива из продуктов реакции, (vii) теплопоглотитель, который принимает тепло вырабатывающих энергию реакций, (viii) фотоэлектрический преобразователь энергии, содержащий по меньшей мере одно устройство для концентрирования солнечной энергии и по меньшей мере одну фотоэлектрическую ячейку с тремя переходами, монокристаллическую ячейку, поликристаллическую ячейку, аморфную ячейку, ячейку из ленточного/нитевидного кремния, многопереходную ячейку, ячейку с гомопереходом, ячейку с гетеропереходом, ячейку с p-i-n-структурой, тонкопленочную ячейку, сенсибилизированную красителем ячейку и органическую фотоэлектрическую ячейку, и антиотражающее покрытие, согласующее оптический импеданс покрытие и защитное покрытие.
Евразийское (21) 201691768 (13) A1
патентное
ведомство
(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ЕВРАЗИЙСКОЙ ЗАЯВКЕ
(43) Дата публикации заявки (51) Int. Cl. G21H1/12 (2006.01)
2017.05.31 H05H1/48 (2006.01)
(22) Дата подачи заявки 2014.04.01
(54) ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ ВЫРАБОТКИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ И ОТНОСЯЩИЕСЯ К НИМ СПОСОБЫ
(31) 61/947,019; 61/949,271; 61/968,839; 61/972,807
(32) 2014.03.03; 2014.03.07; 2014.03.21;
2014.03.31
(33) US
(86) PCT/US2014/032584
(87) WO 2015/134047 2015.09.11
(71) Заявитель:
БРИЛЛИАНТ ЛАЙТ ПАУЭР, ИНК. (US)
(72) Изобретатель: Миллс Рэнделл (US)
(74) Представитель:
Воробьев В.А., Фелицына С.Б. (RU)
(57) Твердотопливный источник энергии, который обеспечивает по меньшей мере одно из электрической и тепловой энергии, содержащий (i) по меньшей мере одну ячейку реакции для катализа атомарного водорода с образованием гидрино, (ii) химическую топливную смесь, содержащую по меньшей мере два компонента, выбираемых из H2O катализатора или источника H2O катализатора; источника атомарного водорода или атомарного водорода; реагентов для образования H2O катализатора или источника H2O катализатора и атомарного водорода или источника атомарного водорода; одного или нескольких реагентов для зажигания катализа атомарного водорода; и материала, обуславливающего высокую электропроводность топлива, (iii) по меньшей мере один комплект электродов, которые ограничивают топливо, и источник электрический энергии, обеспечивающий кратковременные импульсы низковольтной, сильноточной электрической энергии для обеспечения быстрой кинетики реакции гидрино и энергетического выигрыша вследствие образования гидрино, (iv) систему регенерации продукта, такую как конденсатор пара, (v) систему перезагрузки, (vi) по меньшей мере одну из систем гидратации, термической, химической и электрохимической системы для регенерации топлива из продуктов реакции, (vii) теп-лопоглотитель, который принимает тепло вырабатывающих энергию реакций, (viii) фотоэлектрический преобразователь энергии, содержащий по меньшей мере одно устройство для концентрирования солнечной энергии и по меньшей мере одну фотоэлектрическую ячейку с тремя переходами, монокристаллическую ячейку, поликристаллическую ячейку, аморфную ячейку, ячейку из ленточного/нитевидного кремния, многопереходную ячейку, ячейку с гомопереходом, ячейку с гетеропереходом, ячейку с p-i-n-структурой, тонкопле- I ночную ячейку, сенсибилизированную красителем I ячейку и органическую фотоэлектрическую ячейку, и антиотражающее покрытие, согласующее оптический импеданс покрытие и защитное покры-
тие.
1611380
ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ ВЫРАБОТКИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ И
ОТНОСЯЩИЕСЯ К НИМ СПОСОБЫ
Перекрестные ссылки на родственные заявки
Для данной заявки испрашивается приоритет по предварительным патентным заявкам США №№ 61/947 019, поданной 3 марта 2014 г.; 61/949 271, поданной 7 марта 2014 г.; 61/968 839, поданной 21 марта 2014 г. и 61/972 807, поданной 31 марта 2014 г., во всей их полноте включенным в настоящий документ посредством ссылки.
Настоящее раскрытие относится к области производства энергии и, в частности, к системам, устройствам и способам выработки энергии. Более конкретно, воплощения настоящего изобретения направлены на устройства и системы для выработки энергии, а также на относящиеся к ним способы, которые позволяют производить оптическую энергию, энергию плазмы и тепловую энергию и вырабатывать электроэнергию посредством преобразователя оптической энергии в электроэнергию, преобразователя энергии плазмы в электроэнергию, преобразователя энергии фотонов в электроэнергию или преобразователя тепловой энергии в электрическую энергию. Кроме того, воплощения настоящего изобретения описывают системы, устройства и способы, в которых применяется зажигание воды или источника топлива на водной основе для того, чтобы генерировать оптическую энергию, механическую энергию, электроэнергию и/или тепловую энергию с помощью преобразователей фотоэлектрической энергии. Эти и другие соответствующие воплощения подробно описываются в настоящем описании.
При получении мощности из плазмы выработка энергии может принимать множество различных форм. Успешная коммерциализация плазмы может зависеть от систем выработки энергии, пригодных к эффективному образованию плазмы и последующему улавливанию генерируемой плазмой мощности.
Плазма может образовываться при сжигании некоторых видов топлива. Эти топлива могут включать воду или топливный источник на основе воды. При зажигании происходит образование плазменного облака из лишенных электронов атомов и при этом может высвобождаться большое количество оптической энергии. Высокая оптическая энергия плазмы может использоваться электрическим преобразователем по настоящему изобретению. Ионы и атомы в возбужденном состоянии могут рекомбинировать и подвергаться электронной релаксации с испусканием оптической энергии. Оптическая энергия может быть преобразована в электричество с помощью устройств для преобразования световой энергии в электроэнергию.
Некоторые воплощения настоящего изобретения касаются энергетической установки, содержащей: множество электродов, выполненный с возможностью снабжения топлива энергией для зажигания и получения плазмы; источник электроэнергии, выполненный с возможностью снабжения множества электродов электрической энергией; и по меньшей мере один преобразователь фотоэлектрической энергии, размещенный таким образом, чтобы получать по меньшей мере множество фотонов плазмы.
В одном воплощении настоящее раскрытие касается энергетической установки, которая производит по меньшей мере одно из непосредственно электрической энергии и тепловой энергии и которая содержит:
по меньшей мере одну емкость;
реагенты, включающие:
а) по меньшей мере один источник катализатора или катализатор, содержащий образующуюся ШО;
d) по меньшей мере один источник атомарного водорода или атомарный
водород;
с) по меньшей мере одно из проводящего материала и проводящей матрицы;
по меньшей мере один комплект электродов для удержания реагентов гидрино, источник электроэнергии для обеспечения кратковременных импульсов сильноточной электрической энергии; систему перезагрузки;
по меньшей мере одну систему для регенерации исходных реагентов из продуктов реакции и
по меньшей мере один плазмодинамический преобразователь или по меньшей мере один фотоэлектрический преобразователь.
В одном примере осуществления способ выработки электроэнергии может содержать подачу топлива к области между множеством электродов; активирование множества электродов для зажигания топлива с целью образования плазмы; преобразование множества фотонов плазмы в электроэнергию с помощью преобразователя фотоэлектрической энергии; и отвод по меньшей мере одной порции электроэнергии.
В другом примере осуществления способ выработки электроэнергии может включать подачу топлива к области между множеством электродов; активацию множества электродов для зажигания топлива с целью образования плазмы; преобразование множества фотонов плазмы в тепловую энергию с помощью преобразователя
фотоэлектрической энергии; и отвод по меньшей мере одной порции электроэнергии.
В одном воплощении настоящего изобретения способ генерирования энергии может содержать подачу некоторого количества топлива к участку загрузки топлива при том, что данный участок загрузки топлива располагается среди множества электродов; зажигание топлива пропусканием через него тока, равного по меньшей мере около 2 ООО А/см2, посредством приложения тока к множеству электродов с целью получения по меньшей мере одного из плазмы, света и теплоты; прием по меньшей мере одной порции света преобразователем фотоэлектрической энергии; преобразование света в какую-либо другую форму энергии с помощью преобразователя фотоэлектрической энергии; и отвод данной формы энергии.
В одном дополнительном воплощении настоящее раскрытие касается водоплазменной энергетической установки, содержащей по меньшей мере одну закрытую реакционная емкость; реагенты, включающие по меньшей мере одно из источника ШО и Н2О; по меньшей мере один комплект электродов; источник электроэнергии для подачи начального высокого напряжения пробоя ШО и обеспечения последующего сильного тока, теплообменную систему при том, что данная энергетическая установка генерирует плазму дугового разряда, свет и тепловую энергию; а также по меньшей мере один преобразователь фотоэлектрической энергии.
Некоторые воплощения настоящего изобретения касаются энергетической установки, содержащей: источник электрической энергии, обеспечивающий по меньшей мере около 2 ООО А/см2 или по меньшей мере около 5 ООО кВт; множество электродов, электрически соединенных с источником электроэнергии; участок загрузки топлива, выполненный с возможностью приема твердого топлива, в котором множество электродов выполнены с возможностью передачи электрической энергии твердому топливу для получения плазмы; и по меньшей мере одно из плазменного преобразователя энергии, преобразователя фотоэлектрической энергии и теплового преобразователя электроэнергии, размещенного так, чтобы принимать по меньшей мере одну порцию плазмы, фотонов и/или выделяемой в результате реакции теплоты. Другие воплощения касаются системы выработки энергии, содержащей множество электродов; участок загрузки топлива, расположенный между множеством электродов и выполненный с возможностью получения проводящего топлива при том, что множество электродов выполнено с возможностью приложения к проводящему топливу тока, достаточного для зажигания проводящего топлива и генерирования по меньшей мере одного из плазмы и тепловой энергии; подающий механизм для перемещения проводящего топлива к участку загрузки топлива; и по меньшей мере одно из фотоэлектрического преобразователя,
предназначенного для преобразования плазменных фотонов в форму энергии, или термоэлектрического преобразователя, предназначенного для преобразования тепловой энергии в нетепловую форму, включая электрическую или механическую энергию. Следующие воплощения касаются способа производства энергии, содержащего подачу некоторого количества топлива к участку загрузки топлива при том, что данный участок загрузки топлива располагается среди множества электродов; зажигание топлива пропусканием через него тока, равного по меньшей мере около 2 ООО А/см2, посредством приложения тока к множеству электродов с целью получения по меньшей мере одного из плазмы, света и теплоты; прием по меньшей мере одной порции света преобразователем фотоэлектрической энергии; преобразование света в какую-либо другую форму энергии с помощью преобразователя фотоэлектрической энергии; и отвод данной формы энергии.
Дополнительные воплощения касаются системы выработки энергии, содержащей источник электроэнергии мощностью по меньшей мере около 5 ООО кВт; множество расположенных обособленно электродов при том, что данное множество электродов по меньшей мере частично окружает топливо, электрически соединено с источником электроэнергии, выполнено с возможностью получения тока для зажигания топлива и по меньшей мере один из данного множества электродов является подвижным; подающий механизм для перемещения топлива; и преобразователь фотоэлектрической энергии, выполненный с возможностью преобразования генерируемой при зажигании топлива плазмы в неплазменную форму энергии. Помимо этого, в настоящем раскрытии обеспечивается система выработки энергии, содержащая источник электроэнергии, обеспечивающий по меньшей мере около 2 ООО А/см2; множество расположенных обособленно электродов при том, что данное множество электродов по меньшей мере частично окружает топливо, электрически соединено с источником электроэнергии, выполнено с возможностью получения тока для зажигания топлива и по меньшей мере один из данного множества электродов является подвижным; подающий механизм для перемещения топлива; и преобразователь фотоэлектрической энергии, выполненный с возможностью преобразования генерируемой при зажигании топлива плазмы в неплазменную форму энергии.
Другие воплощения касаются системы выработки энергии, содержащей источник электроэнергии, обеспечивающий по меньшей мере около 5 ООО кВт или по меньшей мере около 2 ООО А/см2; множество обособленно расположенных электродов при том, что по меньшей мере один из данного множества электродов включает механизм сжатия; участок загрузки топлива, выполненный с возможностью получения топлива при том, что данный участок загрузки топлива окружен множеством электродов таким образом, чтобы
механизм сжатия по меньшей мере одного электрода был ориентирован по направлению к участку загрузки топлива и при том, что множество электродов электрически соединено с источником электрической энергии и выполнено с возможностью подачи энергии к топливу, получаемому участком загрузки топлива, для зажигания топлива; подающий механизм, предназначенный для перемещения топлива к участку загрузки топлива; и преобразователь фотоэлектрической энергии, выполненный с возможностью преобразования генерируемых при зажигании топлива фотонов в нефотонную форму энергии. Другие воплощения настоящего изобретения касаются энергетической установки, содержащей источник электроэнергии, обеспечивающий по меньшей мере около 2 ООО А/см2; множество обособленно расположенных электродов при том, что по меньшей мере один из данного множества электродов включает механизм сжатия; участок загрузки топлива, выполненный с возможностью получения топлива при том, что данный участок загрузки топлива окружен множеством электродов таким образом, чтобы механизм сжатия по меньшей мере одного электрода был ориентирован по направлению к участку загрузки топлива, и при том, что множество электродов электрически соединено с источником электрической энергии и выполнено с возможностью подачи энергии к топливу, получаемому участком загрузки топлива, для зажигания топлива; подающий механизм, предназначенный для перемещения топлива к участку загрузки топлива; и плазменный преобразователь энергии, выполненный с возможностью преобразования генерируемой при зажигании топлива плазмы в неплазменную форму энергии.
Воплощения настоящего изобретения также касаются энергетической установки, содержащей множество электродов; участок загрузки топлива, окруженный множеством электродов и выполненный с возможностью получения топлива при том, что данное множество электродов выполнено с возможностью зажигания топлива, размещаемого на участке загрузки топлива; подающий механизм, предназначенный для перемещения топлива к участку загрузки топлива; преобразователь фотоэлектрической энергии, выполненный с возможностью преобразования генерируемых при зажигании топлива фотонов в нефотонную форму энергии; систему извлечения, предназначенную для удаления побочных продуктов зажигания топлива; и систему регенерации, функционально соединенную с системой извлечения для переработки удаленных побочных продуктов зажигания топлива в рециклированное топливо. Некоторые воплощения настоящего изобретения также касаются энергетической установки, содержащей источник электроэнергии, выполненный с возможностью обеспечения выходного тока по меньшей мере около 2 ООО А/см2 или по меньшей мере около 5 ООО кВт; множество обособленно расположенных электродов, электрически соединенных с
источником электрической энергии; участок загрузки топлива, выполненный с возможностью получения топлива при том, что данный участок загрузки топлива окружен множеством электродов и при том, что данное множество электродов выполнено с возможностью подвода энергии к топливу для зажигания топлива при получении топлива участком загрузки топлива; подающий механизм, предназначенный для перемещения топлива к участку загрузки топлива; и преобразователь фотоэлектрической энергии, выполненный с возможностью преобразования множества фотонов, генерируемых при зажигании топлива, в нефотонную форму энергии. Некоторые воплощения могут, кроме того, включать один или несколько выходных силовых выводов, функционально соединенных с преобразователем фотоэлектрической энергии; устройство накопления энергии; датчик, выполненный с возможностью измерения по меньшей мере одного ассоциируемого с системой выработки энергии параметра; и контроллер, выполненный с возможностью управления по меньшей мере одним процессом, ассоциируемым с системой выработки энергии. Некоторые воплощения настоящего изобретения также касаются энергетической установки, содержащей источник электроэнергии, выполненный с возможностью обеспечения выходного тока по меньшей мере около 2 ООО А/см2 или по меньшей мере около 5 ООО кВт; множество обособленно расположенных электродов при том, что данное множество электродов по меньшей мере частично окружает топливо, является электрически соединенным с источником электрической энергии, выполнено с возможностью получения тока для зажигания топлива и по меньшей мере один из данного множества электродов является подвижным; подающий механизм для перемещения топлива; и преобразователь фотоэлектрической энергии, выполненный с возможностью преобразования генерируемых при зажигании топлива фотонов в другую форму энергии.
Дополнительные воплощения настоящего изобретения касаются энергетической установки, содержащей источник электроэнергии, обеспечивающий по меньшей мере около 5 ООО кВт или по меньшей мере около 2 ООО А/см2; множество обособленно расположенных электродов, электрически соединенных с источником электрической энергии; участок загрузки топлива, выполненный с возможностью получения топлива при том, что данный участок загрузки топлива окружен множеством электродов и при том, что данное множество электродов выполнено с возможностью подвода энергии к топливу для зажигания топлива при получении топлива участком загрузки топлива; подающий механизм, предназначенный для перемещения топлива к участку загрузки топлива; и преобразователь фотоэлектрической энергии, выполненный с возможностью преобразования множества фотонов, генерируемых при зажигании топлива, в нефотонную форму энергии; чувствительный элемент, выполненный с возможностью измерения по
меньшей мере одного ассоциируемого с системой выработки энергии параметра; и контроллер, выполненный с возможностью управления по меньшей мере одним процессом, ассоциируемым с данной системой выработки энергии. Дальнейшие воплощения касаются системы выработки энергии, содержащей источник электроэнергии, обеспечивающий по меньшей мере 2 ООО А/см2; множество обособленно расположенных электродов, электрически соединенных с источником электрической энергии; участок загрузки топлива, выполненный с возможностью получения топлива при том, что данный участок загрузки топлива окружен множеством электродов и при том, что данное множество электродов выполнено с возможностью подвода энергии к топливу для зажигания топлива при получении топлива участком загрузки топлива; подающий механизм, предназначенный для перемещения топлива к участку загрузки топлива; плазменный преобразователь энергии, выполненный с возможностью преобразования генерируемой при зажигании топлива плазмы в неплазменную форму энергии; чувствительный элемент, выполненный с возможностью измерения по меньшей мере одного ассоциируемого с системой выработки энергии параметра; и контроллер, выполненный с возможностью управления по меньшей мере одним процессом, ассоциируемым с данной системой выработки энергии.
Некоторые воплощения настоящего изобретения касаются энергетической установки, содержащей источник электроэнергии, обеспечивающий по меньшей мере около 5 ООО кВт или по меньшей мере около 2 ООО А/см2; множество обособленно расположенных электродов, электрически соединенных с источником электрической энергии; участок загрузки топлива, выполненный с возможностью получения топлива при том, что данный участок загрузки топлива окружен множеством электродов и при том, что данное множество электродов выполнено с возможностью подвода энергии к топливу для зажигания топлива при получении топлива участком загрузки топлива; и при том, что давление в участке загрузки топлива представляет собой низкий вакуум; подающий механизм для перемещения топлива к участку загрузки топлива; и преобразователь фотоэлектрической энергии, выполненный с возможностью преобразования генерируемой при зажигании топлива плазмы в неплазменную форму энергии. Некоторые воплощения могут включать один или несколько следующих дополнительных признаков: преобразователь фотоэлектрической энергии может располагаться внутри вакуумной ячейки; данный преобразователь фотоэлектрической энергии может включать по меньшей мере одно из противоотражающего покрытия, покрытия, согласующего оптический импеданс, или защитного покрытия; преобразователь фотоэлектрической энергии может быть функционально соединен с системой очистки, выполненной с возможностью
очистки по меньшей мере одного участка преобразователя фотоэлектрической энергии; система выработки энергии может включать оптический фильтр; преобразователь фотоэлектрической энергии может содержать по меньшей мере одно из монокристаллической ячейки, поликристаллической ячейки, аморфной ячейки, ячейки из ленточного/нитевидного кремния, многопереходной ячейки, ячейки с гомопереходом, ячейки с гетеропереходом, ячейки с p-i-n-структурой, тонкопленочной ячейки, сенсибилизированной красителем ячейки и органического фотоэлектрического элемента; и преобразователь фотоэлектрической энергии может содержать многопереходную ячейку, где такая многопереходная ячейка включает по меньшей мере одно из инвертированной ячейки, ячейки с вертикальными переходами, ячейки с рассогласованием по параметрам решетки, ячейки из согласованного по параметрам решетки материала и ячейки, содержащей полупроводниковые материалы групп III-V.
Дополнительные примеры осуществления касаются системы, выполненной с возможностью генерирования энергии, содержащей топливоподачу, выполненную с возможностью поставки топлива; энергоснабжение, выполненное с возможностью поставки электроэнергии; и по меньшей мере одна зубчатая передача, выполненная с возможностью получения топлива и электроэнергии при том, что по меньшей мере одна такая зубчатая передача избирательно направляет электроэнергию к локальному участку вблизи данной зубчатой передачи для зажигания топлива внутри данного локального участка. В некоторых воплощениях система может, кроме того, иметь один или несколько следующих признаков: топливо может включать порошок; по меньшей мере одна зубчатая передача включать два зубчатых колеса; по меньшей мере одна зубчатая передача может включать первый материал и второй материал, имеющий более низкую удельную электропроводность, чем первый материал, при этом первый материал электрически соединяется с локальным участком; и данный локальный участок может примыкать к по меньшей мере одному из зуба и паза по меньшей мере одной зубчатой передачи. В других воплощениях вместо зубчатой передачи может использоваться опорный элемент, в то время как в других воплощения могут использоваться зубчатая передача и опорный элемент. Некоторые воплощения касаются способа производства электрической энергии, содержащего подачу топлива к зубчатой передаче; вращение зубчатой передачи для локализации по меньшей мере части топлива в одном участке зубчатой передачи; подачу тока к зубчатой передаче для зажигания локализованного топливо с целью выработки энергии; и преобразование по меньшей мере части энергии, полученной в результате зажигания, в электроэнергию. В некоторых воплощениях вращение зубчатой передачи может включать вращение первого зубчатого колеса и второго зубчатого колеса, а подача
тока может включать подачу тока к первому зубчатому колесу и ко второму зубчатому колесу.
Другие воплощения касаются системы выработки энергии, содержащей источник электроэнергии, обеспечивающий по меньшей мере около 2 ООО А/см2; множество обособленно расположенных электродов, электрически соединенных с источником электрической энергии; участок загрузки топлива, выполненный с возможностью получения топлива при том, что данный участок загрузки топлива окружен множеством электродов и при том, что данное множество электродов выполнено с возможностью подвода энергии к топливу для зажигания топлива при получении топлива участком загрузки топлива; и при том, что давление в участке загрузки топлива представляет собой низкий вакуум; подающий механизм для перемещения топлива к участку загрузки топлива; и преобразователь фотоэлектрической энергии, выполненный с возможностью преобразования генерируемой при зажигании топлива плазмы в неплазменную форму энергии.
Дальнейшие воплощения касаются генерирующего энергию элемента, содержащего выпускное отверстие, соединяющееся с вакуумным насосом; множество электродов, электрически соединенных с источником электроэнергии по меньшей мере в 5 ООО кВт; участок загрузки топлива, выполненный с возможностью получения топлива на основе воды, содержащего большей частью Н2О при том, что данное множество электродов выполнено с возможностью снабжения топлива на основе воды энергией для создания по меньшей мере одного из плазмы дугового разряда и тепловой энергии; и преобразователь энергии, выполненный с возможностью преобразования по меньшей мере одной порции по меньшей мере одного из плазмы дугового разряда и тепловой энергии в электроэнергию. Также раскрывается система выработки энергии, содержащая источник электроэнергии по меньшей мере в 5 ООО кВт; множество электродов, электрически соединенных с источником электроэнергии; участок загрузки топлива, выполненный с возможностью получения топлива на основе воды, содержащего большей частью ШО при том, что данное множество электродов выполнено с возможностью снабжения топлива на основе воды энергией для создания по меньшей мере одного из плазмы дугового разряда и тепловой энергии; и преобразователь энергии, выполненный с возможностью преобразования по меньшей мере одной порции по меньшей мере одного из плазмы дугового разряда и тепловой энергии в электроэнергию. В одном воплощении преобразователь энергии содержит фотоэлектрический преобразователь оптической энергии в электричество.
Дополнительные воплощения касаются способа производства энергии,
содержащего загрузку топлива в участок загрузки топлива при том, что данный участок загрузки топлива включает множество электродов; приложение тока по меньшей мере около 2 ООО А/см2 к множеству электродов для зажигания топлива с целью генерирования по меньшей мере одного из плазмы дугового разряда и тепловой энергии; осуществление по меньшей мере одного прохождения плазмы дугового разряда через фотоэлектрический преобразователь для производства электроэнергии; прохождение тепловой энергии через теплоэлектрический преобразователь для производства электроэнергии; и вывод по меньшей мере одной порции произведенной электроэнергии. Также раскрывается система выработки энергии, содержащая источник электроэнергии, обеспечивающий по меньшей мере 5 ООО кВт; множество электродов, электрически соединенных с данным источником электроэнергии при том, что множество электродов выполнено с возможностью подачи электроэнергии к топливу на основе воды, содержащему большей частью Н2О, для генерирования тепловой энергии; теплообменное устройство, выполненное с возможностью преобразования по меньшей мере одной порции тепловой энергии в электроэнергию; и фотоэлектрический преобразователь энергии, выполненный с возможностью преобразования по меньшей мере одной порции света в электроэнергию. Помимо этого, еще одно воплощение касается системы выработки энергии, содержащей источник электроэнергии, обеспечивающий по меньшей мере около 5 ООО кВт; множество обособленно расположенных электродов при том, что по меньшей мере один из данного множества электродов включает механизм сжатия; участок загрузки топлива, выполненный с возможностью получения топлива на основе воды, содержащего большей частью Н2О при том, что данный участок загрузки топлива окружен множеством электродов таким образом, чтобы механизм сжатия по меньшей мере одного электрода был ориентирован по направлению к участку загрузки топлива, и при том, что множество электродов электрически соединено с источником электрической энергии и выполнено с возможностью подачи энергии к топливу на основе воды, получаемому участком загрузки топлива, для зажигания топлива; подающий механизм, предназначенный для перемещения топлива на основе воды к участку загрузки топлива; и фотоэлектрический преобразователь энергии, выполненный с возможностью преобразования генерируемой при зажигании топлива плазмы в неплазменную форму энергии. Краткое описание чертежей
Сопутствующие чертежи, включенные в качестве составной части данного описания, иллюстрируют некоторые воплощения данного раскрытия и вместе с описанием служат для пояснения принципов данного изобретения. На чертежах:
Фигура 1 представляет схематическое изображение генератора энергии на основе
SF-CIHT ячейки, демонстрирующее плазмодинамический преобразователь в соответствии с одним воплощением настоящего изобретения.
Фигура 2А является схематическим изображением генератора энергии на основе SF-CIHT ячейки, демонстрирующим фотоэлектрический преобразователь энергии в соответствии с одним воплощением настоящего изобретения.
Фигура 2В является схематическим изображением ячейки Н2О плазменно-дугового генератора, показывающим фотоэлектрический преобразователь в соответствии с одним воплощением настоящего изобретения.
Фигура 3 является схематическим представлением соединенной с электросетью системы фотоэлектрического получения энергии согласно одному примеру осуществления.
Фигура 4 является схематическим представлением гибридной системы фотоэлектрического получения энергии согласно одному примеру осуществления.
Фигура 5 является схематическим представлением системы фотоэлектрического получения энергии с непосредственно присоединенным генератором согласно одному примеру осуществления.
Фигура 6А является схематическим изображением системы фотоэлектрического получения постоянного электрического тока согласно одному примеру осуществления.
Фигура 6В является схематическим изображением системы фотоэлектрического получения переменного электрического тока согласно одному примеру осуществления.
Фигура 7 является схематическим изображением системы фотоэлектрического получения постоянно го/переменно го электрического тока согласно одному примеру осуществления.
Фигура 8 является схематическим изображением системы фотоэлектрического получения переменного электрического тока согласно одному примеру осуществления.
Фигура 9 является схематическим изображением системы фотоэлектрического получения энергии согласно одному примеру осуществления.
Фигура 10 является схематическим изображением системы фотоэлектрического получения энергии согласно одному примеру осуществления.
Фигура 11 является схематическим изображением системы фотоэлектрического получения энергии согласно одному примеру осуществления.
Фигура 12 является схематическим изображением системы фотоэлектрического получения энергии согласно одному примеру осуществления.
Фигура 13 А является схематическим изображением фотоэлектрической системы выработки электроэнергии согласно одному примеру осуществления, в которой
преобразователи фотоэлектрической энергии располагаются на другом по отношению к реакционной зоне участке.
Фигура 13В является схематическим изображением фотоэлектрической системы выработки электроэнергии согласно одному примеру осуществления, в которой преобразователи фотоэлектрической энергии располагаются на том же участке, что и реакционная зона.
Фигура 14 является схематическим изображением системы согласно одному примеру осуществления.
Фигура 15 является схематическим изображением зубчатого колеса согласно одному примеру осуществления.
Фигура 16 представляет увеличенное изображение зубчатого колеса согласно одному примеру осуществления.
Фигура 17 представляет увеличенное изображение двух зубчатых колес согласно одному примеру осуществления.
Фигуры 18А и 18В представляют вид сбоку и профильную проекцию зуба зубчатого колеса согласно одному примеру осуществления.
Фигуры 19А и 19В являются видом сбоку и профильной проекции зуба зубчатого колеса согласно одному примеру осуществления.
Фигуры 20А и 20В являются видом сбоку и профильной проекции зуба зубчатого колеса согласно одному примеру осуществления.
Фигуры 21А и 21В являются видом сбоку и профильной проекции зуба зубчатого колеса согласно одному примеру осуществления.
Фигура 22А является увеличенным изображением зуба зубчатого колеса и паза согласно одному примеру осуществления.
Фигура 22В является увеличенным изображением зуба зубчатого колеса и паза согласно одному примеру осуществления.
Фигура 22С является увеличенным изображением зуба зубчатого колеса и паза согласно одному примеру осуществления.
Фигуры 23 А и 23В представляют вид в сечении зубчатых колес согласно примерам осуществления.
Фигура 24 является схематическим изображением системы передачи движения согласно одному примеру осуществления.
Фигура 25 является схематическим изображением опорных элементов согласно одному примеру осуществления.
Фигура 26 является видом в сечении опорных элементов согласно одному примеру
осуществления.
Фигура 27 является видом в сечении опорных элементов согласно одному примеру осуществления.
Фигура 28 является схематическим изображением опорных элементов согласно одному примеру осуществления.
Фигура 29 является схематическим изображением опорных элементов согласно одному примеру осуществления.
Фигура 30 является схематическим изображением опорных элементов согласно одному примеру осуществления.
Фигуры 31А и 31В представляют вид снизу опорных элементов согласно одному примеру осуществления.
Фигуры 32A-D представляют изображения контактных элементов согласно одному примеру осуществления в процессе работы.
Фигура 33 является схематическим изображением опорных элементов согласно одному примеру осуществления в процессе работы.
Фигура 34 представляет увеличенный вид в сечении контактного элемента согласно одному примеру осуществления.
Фигуры 35A-D представляют изображения контактных элементов согласно одному примеру осуществления в процессе работы.
Фигуры 36А-С представляют изображения контактных элементов согласно одному примеру осуществления в процессе работы.
Фигуры 37А-С представляют изображения контактных элементов согласно одному примеру осуществления в процессе работы.
Фигуры 38А-С представляют изображения контактных элементов согласно одному примеру осуществления в процессе работы.
Фигура 39 является схематическим изображением контактных элементов с фотоэлектрическим элементом согласно одному примеру осуществления.
Фигура 40 показывает нормализованную суперпозицию видимых частей спектров плазменного источника согласно одному примеру осуществления и Солнца, демонстрирующую, что они оба испускают излучение черного тела с температурой около 5800-6000К.
Здесь раскрываются каталитические системы высвобождения энергии из атомарного водорода с образованием более низкоэнергетических состояний, при которых электронная оболочка находится в более близком по отношению к ядру положении. Высвобождаемая энергия используется для выработки энергии и, помимо этого, новых
типов и соединений водорода, являющихся желательными продуктами. Эти энергетические состояния предсказываются законами классической физики и требуют, чтобы катализатор принимал энергию от водорода, чтобы подвергнуться соответствующему высвобождающему энергию переходу.
Классическая физика представляет аналитические решения для водородного атома, иона гидрида, молекулярного иона водорода и молекулы водорода и предсказывает соответствующие соединения, имеющие дробные главные квантовые числа. С помощью уравнения Максвелла в виде краевой задачи была получена структура электрона, при которой электрон содержит ток источника изменяющихся во времени электромагнитных полей во время переходов с ограничением, определяющим, что в связанном п=1 состоянии электрон не может излучать энергию. Предсказанная в соответствии с таким решением реакция атома Н включает резонансный, безызлучательный перенос энергии от в ином случае устойчивого атомарного водорода к катализатору, способному к принятию энергии с образованием водорода в более низкоэнергетических состояниях, чем ранее можно было предполагать. Более конкретно, классическая физика предсказывает, что атомарный водород может подвергнуться каталитической реакции с некоторыми атомами, эксимерами, ионами и двухатомными гидридами, которые обеспечивают реакции с суммарной энтальпией, представляемой целым кратным потенциальной энергии
Е = 27 2 eV Е
атомарного водорода h где h - один хартри. Для катализа такого процесса
необходимо присутствие наряду с атомарным водородом определенных соединений (например, Не+, Ar+, Sr+, К, Li, НС1 и NaH, ОН, SH, SeH, возникающей Н20, пН (п = целое)), идентифицируемых на основе их известных энергетических уровней электронов. Такая реакция подразумевает безызлучательный перенос энергии с последующей
q-ХЪ.в eV непрерывной эмиссией или <7"13.6 eV переносом к Н с образованием
необычайно горячего, находящегося в возбужденном состоянии Н и водородного атома, в
более низком энергетическом состоянии, чем нереагировавший атомарный водород, что
соответствует дробному главному квантовому числу. Таким образом, в формуле для
основных энергетических уровней водородного атома:
е2 13.598 eV
п1%ке0ан п2 ^
и = 1,2,3,... (2)
где н - боровский радиус водородного атома (52,947 пм.), е - величина заряда электрона и ?° - диэлектрическая постоянная в вакууме, дробные квантовые числа:
,111 1
п = 1, -.,-
2 3 4 р . где р < 137 является целыМз (3)
заменяют известный параметр п = целое в уравнении Ридберга для возбужденных состояний водорода и представляют находящиеся в более низком энергетическом состоянии водородные атомы, названные "гидрино". Далее, подобно возбужденному состоянию, находящему аналитическое решение в уравнениях Максвелла, атом гидрино также содержит электрон, протон и фотон. Однако электрическое поле последних увеличивает связывание, соответствующее десорбции энергии, вместо того, чтобы ослаблять с поглощением энергии центральное поле, как в возбужденном состоянии, и являющееся следствием фотон-электронное взаимодействие гидрино является устойчивым, а не излучательным.
п =
Состояние водорода п = \ и состояния водорода integer являются
неизлучающим, но возможен переход между двумя неизлучающими состояниями,
например из w = 1 в п = 1/ 2 ^ через безызлучательный перенос энергии. Водород
представляет особый случай стабильных состояний, отображаемых уравнениями (1) и (3),
при этом соответствующий радиус атома водорода или гидрино имеет вид
ан г = -У-
Р , (4) где Р ~ 1> 2> 3> "- для сохранения энергии она должна переноситься от водородного атома к катализатора в единицах
m-27.2eV т = 1,2,3,4,.... ^
и радиус переходит к wi + P Реакции катализатора включают две стадии энерговыделения: безызлучательный перенос энергии к катализатору, сопровождаемый дополнительным энерговыделением при уменьшении радиуса до соответствующего устойчивого конечного состояния. Предполагается, что скорость катализа возрастает при более близком соответствии общей энтальпии реакции т-27,2 эВ. Было обнаружено, что подходящими для большинства применений являются катализаторы, имеющие общую энтальпию реакции в пределах ±Ю%? предпочтительно ±5% от т- 27.2 eV g случае катализа атомов гидрино для снижения энергетических состояний энтальпия реакции т -27.2 eV (уравнение (5)) релятивистски корректируется с тем же коэффициентом, что и потенциальная энергия атома гидрино.
Таким образом, общая реакция задается
Cat(q+r)++re-+H*
m-212eV + Catq+ +Н
(m + p)
(m + p)
+ [(m + pf -p2]-\3.6 eV-m-21.2 eV
(m + p)
Cat{q+r)+ + re -> Catq+ + m ¦ 27.2 eV
(6)
(7) (8)
+ [(m + pf -p2]-\3.6 eV
итоговая реакция a
(m + p)
{m + p)
q r my. P
являются целыми числами.
(9)
имеет радиус водородного атома
[т + р}
(соответствующий 1 в знаменателе) и центрального поля, эквивалентные
умноженному на радиус протона, и
является соответствующим стабильным
(т + р) м ТУ
v ' от радиуса . Когда электрон подвергается действию
(т + р)
радиального ускорения от радиуса водородного атома к радиусу, составляющему v г' этого расстояния, происходит высвобождение энергии в виде светового излучения с определенной длиной волны или в форме кинетической энергии третьего тела. Испускание может быть в форме экстремально-ультрафиолетового непрерывного
излучения с граничными значениями при 91.2
[(р + т)2 -р2 -2т]Л3.6 eV
или
[(т + р) р 2т] и продолжающегося в более длинноволновые области. В дополнение к излучению может происходить резонансный перенос кинетической энергии
с образованием быстрого Н. Последующее возбуждение этих быстрых атомов ^ (п 0? вызываемое столкновениями с фоновым Ш и сопровождаемое эмиссией соответствующих
быстрых атомов ^ (п ^) ? является источником расширенной бальмеровской эмиссии а . В качестве варианта, быстрый Н является непосредственным продуктом Н или гидрино, служащим в качестве катализатора, при этом акцептирование переносимой посредством резонанса энергии относится к потенциальной энергии, а не к энергии ионизации. Сохранение энергии обеспечивает протон с кинетической энергией, соответствующей
половине потенциальной энергии в первом случае, и ион катализатора по существу в состоянии покоя в последнем случае. Рекомбинационное излучение быстрых протонов Н обуславливает расширенную бальмеровскую эмиссию а, что является диспропорциональным по отношению к запасам горячего водорода, соответствующим избыточному энергетическому балансу.
В настоящем раскрытии такие термины, как реакция гидрино, Н катализ, реакция Н катализа, относящийся к водороду катализ, реакция водорода с образованием гидрино и реакция образования гидрино, относятся к описываемой уравнениями (6-9)) реакции описываемого уравнением (5) катализатора, протекающей с атомарным Н, для достижения состояний водорода, имеющих энергетические уровни, задаваемые уравнениями (1) и (3). Такие соответствующие термины, как реагенты гидрино, реакционная смесь гидрино, каталитическая смесь, реагенты для образования гидрино, реагенты, которые приводят или образуют низкоэнергетическое состояние водорода или гидрино, также используются на равных основаниях в отношении реакционной смеси, в которой выполняется Н катализ, приводящий к состояниям Н или гидрино, обладающих энергетическими уровнями, задаваемыми уравнениями (1) и (3).
Каталитические низкоэнергетические переходы водорода в соответствии с настоящим раскрытием требуют катализатора, что может происходить в форме эндотермической химической реакции, кратной целому т потенциальной энергии некатализированного атомарного водорода, ^7.2 eV ^ который принимает энергию от атомарного Н, чтобы вызвать переход. Эндотермическая каталитическая реакция может быть ионизацией одного или нескольких электронов от таких компонентов, как атом или
ион (например, т = 3 для Li -"Li у и МОЖет, кроме того, содержать совмещенную реакцию расщепления связи с ионизацией одного или нескольких электронов от одного
или нескольких партнеров по исходной связи (например, да = 2 для NaH -"Na +Ну Не отвечает критерию катализатора - химическому или физическому процессу с изменением энтальпии, кратным 27.2 eV ^ так как он ионизируется при 54.417 eV ^ чт0 соответствует 2-27.2 eV Целое число водородных атомов может также служить в качестве катализатора целого кратного 27.2 eV энтальпии. Водородные атомы
Н(\1р) р = 1,2,3,...137
v ' могут подвергнуться дальнейшим переходам в
низкоэнергетические состояния, задаваемые уравнениями (1) и (3), при этом переход
одного атома катализируется одним или несколькими дополнительными атомами Н,
которые резонансно и безызлучательно принимают m-21.2eV с сопутствующим
реверсированием их потенциальной энергии. Полное общее уравнение для перехода
Hillp) H(ll(m + p)) m-212eV
v /b vv , индуцированного резонансным переходом т ^i-^vv в
Hillp')
v ' представлено как
H(llp,) + H(llp)^H+H(ll(m + p)) + [2pm + m2-p,2 + l]-l3.6eV
Н(1/4) является предпочтительным состоянием гидрино, основанным на его мультипольности и правилах отбора для его образования. Так, в случае образования Н(1/3) может происходить быстро катализируемый Н согласно уравнению (10) переход к Н(1/4). Аналогичным образом, Н(1/4) является предпочтительным состоянием для энергии катализатора, превышающей или равной 81,6 эВ, что соответствует ш=3 в уравнении (5). В этом случае энергетический перенос к катализатору составляет 81,6 эВ, что приводит к образованию интермедиата Н*(1/4) по уравнению (7), а также целого кратного 27,2 эВ от распада интермедиата. Например, катализатор, имеющий энтальпию 108,8 эВ, может образовывать Н*(1/4), принимая 81,6 эВ, а также 27,2 эВ из энергии распада Н*(1/4) в 122,4 эВ. Остальная энергия распада в 95,2 эВ высвобождается в окружающую среду с образованием предпочтительного состояния Н(1/4), который затем вступает в реакцию с образованием Ш(1/4).
Поэтому подходящий катализатор может обеспечивать общую положительную энтальпию реакции, отвечающую ш-122,4 эВ. Таким образом, катализатор резонансно принимает безызлучательно передаваемую энергию от водородных атомов и высвобождает энергию в окружающую среду, обеспечивая воздействие на электронные переходы согласно дробным квантовым энергетическим уровням. Вследствие безызлучательного переноса энергии водородный атом становится нестабильным и испускает дополнительную энергию до достижения низкоэнергетического безызлучательного состояния, имеющего основной энергетический уровень, определяемый уравнениями (1) и (3). Таким образом, катализ высвобождает энергию из водородного атома с пропорциональным уменьшением размера водородного атома
гп-пан^ где п задается уравнением (3). Например, катализ Н{п-Х) в Н(п-\1А)
-ан
высвобождает 204 eV а радиус водорода уменьшается с н до 4
Продукт катализа ^(^^) также может реагировать с электроном, образуя ион
Hillp) " Hillp)
v ' гидрида гидрино, или могут взаимодействовать два v ' с образованием
Нг{11Р) г
соответствующего молекулярного гидрино v '. Более конкретно, продукт катализа
Hillp) " " Hillp)
v ' может также реагировать с электроном, образуя новый гидридныи ион v '
Ев.
с энергией связи
2*2 (
h2yjs(s + l) ж/л0е2к
1 + ^Ф + 1)
^ l+V^+i)
(П)
где р = целое > 1, s = 1/2, h является приведенной постоянной Планка, ^° представляет магнитную постоянную, е является массой электрона, ^е является приведенной массой
тетр
электрона, определяемой как
где р
масса протона,
является
r1=^(i+V^7i))
боровским радиусом и ионный радиус равен Р . Согласно уравнению
(11), расчетная энергия ионизации иона гидрида составляет 0,75418 эВ, а экспериментальная величина равна 6082,99±0,15 см"1 (0,75418 эВ). Энергии связи ионов гидрида гидрино могут быть измерены с помощью рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (XPS).
Имеющие сдвиг в сторону сильного поля пики ЯМР (NMR) являются прямым свидетельством существования низкоэнергетического состояния водорода с уменьшенным относительно обычного иона гидрида радиусом и имеющим повышенное диамагнитное экранирование протона. Такой сдвиг определяется суммой диамагнетических вкладов этих двух электронов и фотонным полем с интенсивностью р (Mills GUTCP, уравнение (7.87)):
АВТ
I2mea0 (l + ^(5 + l))
(1 + ^а2) = -(^29.9 + ^21.59Х 10ъ)ррт
(12)
где первый член относится к Н с Р ~ 1 и Р ~ пнеёе1 ^L для А± V f) и а является константой тонкой структуры. Предсказанные пики гидрино гидрида чрезвычайно сильно смещены в сторону сильного поля по сравнению с обычным гидрид-ионом. В одной варианте осуществления пики смещены в сторону сильного поля от TMS. Сдвиг ЯМР сигнала относительно TMS может быть выше, чем сдвиг, наблюдаемый для по меньшей мере одного из обычного Н", Н, Ш, или Н+ самого по себе или в составе соединения, сдвиг может быть больше, чем по меньшей мере одно из 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 м.д.. Диапазон абсолютных значений сдвига относительного голого протона, с учетом, что сдвиг TMS составляет примерно -31.5 относительно голого протона, может быть -(р29.9 + р22.74) м.д. (Eq. (12)) в пределах приблизительно одного из ± 5 м.д., ± 10 м.д., ±20 м.д., ±30 м.д., ±40 м.д., ±50 м.д., ±60 м.д., ±70 м.д., ±80 м.д., ±90 м.д., и ±100 м.д.. Диапазон абсолютных сдвигов относительно голого протона может быть -(р29.9 + р21.59 X 10"3) м.д. (Eq. (12)) в пределах приблизительно одного из от 0.1% до 99%, от 1% до 50%, и от 1% до 10%. В другом варианте осуществления присутствие частиц гидрино, таких как атом гидрино, гидрид-ион, или молекула в твердой матрице, такой как матрица гидроксида, подобного NaOH или КОН, приводит к сдвигу протонов матрицы в сторону более сильного поля. Протоны матрицы, такой как NaOH или КОН, могут обмениваться. В одном варианте осуществления такой сдвиг может привести к тому, что пик матрицы будет находиться в диапазоне примерно от -0.1 м.д. до -5 м.д. относительно TMS. Определение методом ЯМР
может включать спектроскопия ядерного магнитного резонанса 1Н с вращением под
магическим углом (MAS 1Н NMR).
Hillp) Hillp)
v ' может реагировать с протоном, а два v ' могут вступать в реакцию
R нАирХ HJiip)
для образования 24 ' и 24 7, соответственно. Характеристики молекулярного иона водорода, молекулярного заряда, текущих плотностей распределения, длины связи и энергии были определены решением оператора Лапласа в эллипсоидальных координатах с ограничением по отсутствию испускания.
W|^V|^; ^ дп ^ дп * % С (13)
Полная энергия 1 молекулярного иона водорода, имеющего центральное поле
+Ре в каждом фокусе молекулярное орбитали в форме вытянутого сфероида, определяется как
Ет=-р
о п
(41пЗ-1-21пЗ)
4я?
2ан
I р
8я?
{ Р
V16.13392 eV-p30A\8755 eV
(14)
где Р является целым числом, с является скоростью света в вакууме и ^ - приведенная
масса ядра. Полная энергия +Ре молекулы водорода, имеющей центральное поле +Ре в каждом фокусе молекулярной орбитали в форме вытянутого сфероида, определяется как
%Я?оай
2V2-V2+ - 2
-4i
4к?оа\
1+^
mec2
ЕТ=-р
8я"?
-р23\.35\ eV-р30.326469 eV
(15)
ъ Еп - HJlIp)
Энергия диссоциации связи D водородной молекулы 24 '
разность между полной энергией соответствующих водородных атомов и 1 ED=E(2H(\lp))-ET
представляет
(16)
где
Е(2Н (1 /р)) = -р227.20 eV
D определяется уравнениями (16-17) и (15):
ED =-р227.20 eV-ET
= -р227.20 eV-(-p23\.35\ eV - р3 0.326469 eV) = p24.\5\ eV + p30.326469 eV
(17)
(18)
H2 (l / P) можех быть идентифицирован рентгеновской фотоэлектронной
спектроскопией (XPS), при этом продукт ионизации в дополнение к ионизированному электрону может быть представлен по меньшей мере одним из таких вариантов, как варианты, содержащие два протона и электрон, атом водорода (Н), атом гидрино,
нЛирХ
молекулярный ион, молекулярный ион водорода и 24 ' , при этом уровни энергии могут иметь сдвиги по матрице.
ЯМР газообразного продукта катализа обеспечивает доказательное испытание
теоретически предсказанного химического сдвига v '. В целом предсказан сдвиг
1Н ЯМР резонанса ^2 ^ ^ ^ в область сильного поля по сравнению с ^2 из-за дробного радиуса в эллиптических координатах при том, что электроны оказываются значительно
ближе к ядрам. Предсказанный для ^2 ^ ^ ^ сдвиг В определяется суммой диамагнетических вкладов двух электронов и фотонным полем с интенсивностью р (Mills GUTCP, уравнение (11.415-11.416)):
f V2+0
fi-\)36ajn.K ' (19)
-(^28.01 + ^21.49X \О ъ)ррт
В v ' (20)
H1 p = \ p = integer > 1 H2(\l p)
где первый термин относится к 2 с и и и ° для 24 '.
Экспериментальный абсолютный резонансный сдвиг газовой фазы 2 в -28,0 м.д. находится в превосходном согласии с предсказанным абсолютным газофазным сдвигом, составляющим -28,01 м.д. (уравнение (20)). Предсказанные пики молекулярного гидрино экстраординарно сдвинуты в область сильного поля относительно обычного Ш. В одном воплощении пики смещены в область сильного поля TMS. Сдвиг ЯМР относительно TMS может быть больше известного для по меньшей мере одного из обычных Н", Н, Ш или Н+, индивидуально или в составе соединения. Сдвиг может быть больше по меньшей мере одного из 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 м.д. Диапазон абсолютного сдвига относительно голого протона при том, что сдвиг TMS относительно голого протона составляет около -31,5 м.д., может быть -(р29,9 + р22,74) м.д. (уравнение (20)) в пределах диапазона около по меньшей мере одного из ±5 м.д., ±10 м.д., ±20 м.д., ±30 м.д., ±40 м.д., ±50 м.д., ±60 м.д., ±70 м.д., ±80 м.д., ±90 м.д. и ±100 м.д. Диапазон абсолютного сдвига относительно голого протона может быть -(р28,01 + р21,49
X 10"3) м.д. (уравнение (20)) внутри диапазона около по меньшей мере одного из от около 0,1% до 99%, от 1% до 50% и от 1% до 10%.
Колебательная энергия Evib для и = 0 -> и = 1 перехода молекул ^2 ^ ^ ^
водородного типа равна
Evib = /?20.515902 еК
(21)
где Р является целым.
Вращательная энергия rot для J -> J +1 перехода молекул 24 ' водородного типа равна
Его(=Е,+1-Е,=^ + \] = р2^ + \)0М509 еГ
1 (22)
где Р является целым числом и I - моментом инерции. Колебательно-вращательное
испускание ^2 ^ ^ ^ наблюдалось в газах на возбужденных электронным пучком молекулах и захватывалось в твердой матрице.
Зависимость Р вращательной энергии следует из обратной Р зависимости от межъядерного расстояния и соответствующего воздействия на момент инерции I.
" 2с' Hi{Up)
Предсказанное межъядерное расстояние zc для 24 ' равно
Р (23) По меньшей мере одно из вращательной энергии и колебательной энергии Н2(1/р) может быть измерено по меньшей мере одним из эмиссионной спектроскопии с электроннолучевым возбуждением, рамановской спектроскопии и инфракрасной спектроскопии с Фурье-преобразованием (FTIR). Ш(1/р) для измерений может захватываться в матрице, такой как по меньшей мере одна из матриц МОН, MX и М2СО3 (М = щелочь; X = галогенид). I. Катализаторы
В качестве выполняющих катализаторную функцию прогнозируются Не+, Ar+, Sr+, Li, К, NaH, nH (п = целое число) и ШО, поскольку они отвечают критерию катализатора -химическому или физическому процессу с изменением энтальпии, кратному потенциальной энергии атомарного водорода, 27,2 эВ. Конкретно, каталитическая система обеспечивается ионизацией t электронов от атома до такого континуума энергетических уровней, чтобы сумма энергий ионизации t электронов составляла приблизительно т-27,2 эВ, где т является целым числом. Кроме того, могут происходить дальнейшие
каталитические переходы, такие как в случае, когда вначале образуется Н(1/2):
111111
п = > -, > -,
2 3 3 4 4 5 и так далее. После начала катализа гидрино далее входит в автокаталитический процесс, именуемый диспропорционированием, при котором Н или Н(1/р) выступает в качестве катализатора для другого Н или Н(1/р') (р может равняться
Водород и гидрино могут выступать в качестве катализатора. Атомы водорода
Н(\1р) р = 1,2,3,...137
v ' могут претерпевать переходы к нижележащим энергетическим
состояниям, заданным уравнениями (1) и (3), где переход одного атома катализируется
вторым, который резонантным и безизлучательным образом получает wi-212eV с
соответствующим противоположным сдвигом его потенциальной энергии. Совокупное
уравнение перехода H(\lp) -> Н {l I {т + р)), вызванного резонансным переходом
¦212 eV от H(l/p)^ ВЬ1ражено уравнением (10). Таким образом, атомы водорода
могут выступать в качестве катализатора, в котором да = 1, т = 2 ^ и т = 3 для одного, двух и трех атомов, соответственно, выступающих в качестве катализатора для другого атома. Скорость в случае двух- или трехатомного катализа будет значимой только когда плотность Н велика. Однако высокие плотности Н встречаются нечасто. Высокая концентрация атомов водорода, позволяющая 2Н или ЗН выступать в качестве акцептора энергии для третьего или четвертого атомов, может быть получена при различных условиях, таких как на поверхности солнца и звезд, благодаря тому, что их плотность обеспечивается температурой и давлением, на поверхностях металлов, поддерживающих множество монослоев, а также в сильно диссоциированной плазме, сжатой водородной плазме. Кроме того, трехчастичное Н взаимодействие легко достигается, когда два атома
Н образуются в результате столкновения горячего Н и ^2. Данное событие часто наблюдается в плазмах, содержащих значительное количество чрезвычайно быстрых Н. Это подтверждается необычной интенсивностью Н эмиссии. В таких случаях может быть место перенос энергии от атома водорода к двум другим атомам, находящимся в достаточной близости, как правило в пределах нескольких ангстрем, посредством мультипольного взаимодействия. В таком случае реакция между тремя атомами водорода, в которой два атома резонансным и безизлучательным образом получают 54.4 eV от третьего атома водорода, так что 2Н выступает в качестве катализатора, выглядит следующим образом
54.4 eV + 2Н + Н -" 2Я+^ +2е~ + Я
+ 54.4 eV
2Я+^ + 1е 2Я + 54.4
(25) (26)
С итоговой реакцией
Я^Я
+ [32-\2]-\3.6eV
в которой
утроенному радиусу протона, и состоянием с радиусом в 1/3 радиуса Н. Когда электрон подвергается действию радиального ускорения от радиуса водородного атома к радиусу, составляющему 1/3 этого расстояния, происходит высвобождение энергии в виде светового излучения с определенной длиной волны или в форме кинетической энергии третьего тела.
В другой каталитической реакции Н -атома, включающей прямой переход в
состояние
-1, две горячих молекулы 2 сталкиваются и диссоциируют таким образом, что три атома Н выступают в качестве катализатора 3-27.2 eV для четвертого атома. В таком случае реакция между четырьмя атомами водорода, в которой три атома резонансным и безизлучательным образом получают 81.6 eJ7 от четвертого атома, так что выступает в качестве катализаторм, выглядит следующим образом
81.6 eV + ЗН +Я -> 3#_^+3 <Г +Я
+ 81.6 eV
3H+fast+3e~ -^3H + U.6eV
(28)
(29) (30)
С итоговой реакцией
Я^Я
+ [42-\2]-\3.6eV
(31)
Прогнозируется, что диапазон излучения в экстремально-ультрафиолетовом
континууме из-за интермедиата
из уравнения (28) будет иметь ограничение в области коротких длин волн при 122.4 eV (10,1 нм) и продолжаться в более длинноволновую область. Эта непрерывная полоса была подтверждена экспериментально.
В целом переход от Н
р = т + 1
вследствие принятия
да-27.2 eV
дает
непрерывную полосу с ограничением области коротких длин волн и энергией
р=т+1
, задаваемой уравнением т2-13.6 eV
р=т+1_
(32)
91.2
я-> я
р-т+1
(33)
и продолжающейся на большие длины волн, чем соответствующее ограничение. Континуумы эмиссионных серий водорода в 10,1 нм, 22,8 нм и 91,2 нм наблюдались экспериментально в межзвездной среде, на Солнце и звездах - белых карликах.
Потенциальная энергия ШО равна 81,6 эВ (уравнение (43)) [Mills GUT]. Кроме того, в соответствии с тем же самым механизмом, в качестве катализатора может служить возникающая молекула ШО (не водород, связанный в твердом веществе, жидкости или в газообразном состоянии) (уравнения (44-47). Непрерывная полоса излучения при 10,1 нм и переходящая в более длинноволновую область для теоретически предсказанных переходов Н в низкоэнергетические, так называемые состояния "гидрино", наблюдалась только в результате пульсирующих самостягивающихся разрядов водорода сначала в BlackLight Power, Inc (BLP) и затем была воспроизведена в Harvard Center for Astrophysics (CfA). Непрерывное излучение в области 10 - 30 нм, которое соответствовало предсказанным переходам Н в состояние гидрино, наблюдалось только в результате пульсирующих самостягивающихся разрядов водорода с металлическими оксидами, являющихся термодинамически подходящими для подвергания Н восстановлению в форму катализатора НОН; тогда как те, которые не являются благоприятными, не демонстрировали никакого континуума даже при том, что исследовавшиеся легкоплавкие металлы очень хорошо подходят для образования ионно-металлической плазмы с сильными коротковолновыми континуумами в более мощных источниках плазмы.
В качестве варианта, резонансный перенос кинетической энергии для образования быстрого Н может происходить в согласии с наблюдаемым экстраординарным
уширением линий Бальмера а, соответствующим Н с высокой кинетической энергией. Перенос энергии к двум Н также вызывает накачку каталитически возбужденных состояний и непосредственную генерацию быстрого Н в соответствии с модельными уравнениями (24), (28) и (47) и посредством резонансной передачи кинетической энергии.
П. Гидрино
Водородный атом, имеющий энергию связи, определяемую 13.6 eV
Binding Energy ¦
(34)
где P является целым число более 1, предпочтительно от 2 до 137, представляет продукт реакции катализа Н по настоящему изобретению. Энергия связи атома, иона или молекулы, также известная в качестве энергии ионизации, является энергией, требующейся для удаления одного электрона из атома, иона или молекулы. Водородный атом, имеющий энергию связи, задаваемую в уравнении (34), далее именуется "атомом
гидрино" или "гидрино". Обозначение для гидрино радиуса " , где н - радиус
обычного водородного атома и Р является целым числом, представляется как L Р
Водородный атом с радиусом н в дальнейшем упоминается как "обычный водородный атом" или "нормальный водородный атом". Обычный атомарный водород отличается энергией связи в 13,6 эВ.
Гидрино образуется при реакции обычного водородного атома с подходящим катализатором, имеющим общую энтальпию реакции
m-212eV (35)
где т является целым. Предполагается, что скорость катализа возрастает при более близком соответствии общей энтальпии реакции т-27,2 эВ. Было обнаружено, что катализаторы, имеющие общую энтальпию реакции в пределах ±Ю%? предпочтительно ±5% от т ¦ 27.2 eV ^ являются подходящими для большинства применений.
Такой катализ высвобождает энергию из водородного атома с пропорциональным
г =па" тт Н(п = \)
уменьшением размера водородного атома " н. Например, катализ v ' в
Н(п-\12) высвобождает 40,8 эВ, а радиус водорода уменьшается с 40.8 eV д0 ая Каталитическая система обеспечивается ионизацией t электронов от атома до такого континуума энергетических уровней, чтобы сумма энергий ионизации t электронов
составляла приблизительно m-27,2 эВ, где m является целым числом. В качестве источника мощности, энергия, выделяемая при катализе, значительно превышает энергию, прикладываемую к катализатору. Высвобождаемая энергия больше выделяющейся при обычных химических реакциях. Например, когда газообразные водород и кислород подвергаются сжиганию с образованием воды
Н2 (g) + ±-02(g)^H20 (/)
2 (36)
г АН, = -286 kJ I mole п .
известная энтальпия образования воды составляет 1 кДж/моль
или 1,48 эВ на водородный атом. В отличие от этого, каждый (п = ^) обычный
водородный атом, подвергающийся катализу, в чистом виде высвобождает 40,8 эВ. Кроме
того, возможно прохождение дальнейших каталитических переходов:
111111
п = > -, --> -, > -,
2 3 3 4 4 5 и так далее. Как только начинается катализ, гидрино вступает
в дальнейший автокаталитический процесс, называемый диспропорционированием. Этот
механизм подобен механизму неорганического ионного катализа. Однако катализ гидрино
будет иметь более высокую скорость реакции, чем у неорганического ионного
катализатора, из-за лучшего соответствия энтальпии условию т-27,2 эВ.
III. Катализаторы гидрино и продукты гидрино
Водородные катализаторы, способные к обеспечению общей энтальпии реакции приблизительно т-27,2 эВ (где т является целым числом) для образования гидрино (во время которой ионизируются ^ электронов атома или иона), представлены в Таблице 1. Атомы или ионы, представленные в первом столбце, ионизируются с обеспечением общей энтальпии реакции т-27,2 эВ, показанной в десятом столбце, где т дается в одиннадцатом столбце. Электроны, которые участвуют в ионизации, показываются с ионизационным потенциалом (также называемым энергией ионизации или энергией
связи). Ионизационный потенциал п -ного электрона атома или иона определяется как п и дается CRC. Это, например, ?/' + 5.39172 eV Ы+ +е~ и Ы+ +75.6402 eV Ы2+ +е\
IP =5 39172 eV
Первый ионизационный потенциал 1 и второй ионизационный потенциал
Щ = 75.6402 eV R R n,
2 отображаются во втором и третьем столбцах, соответственно. Общая
энтальпия реакции для двойной ионизации Li равна 81,0319 эВ, что представлено в
десятом столбце, и ш=3 в уравнении (5), как показано в одиннадцатом столбике.
7,09243
16,16
27,13
46,4
54,49
68,827 125,66 143,6
489,36
6 4
7,3605
16,76
28,47
162,5905
8,3369
19,43
27,767
7,34381
14,6323
30,5026
40,735
72,28
165,49
9,0096
18,6
27,61
9,0096
18,6
27,96
55,57
3,8939
23,1575
27,051
5,211664
10,00383
35,84
162,0555
5,21
37,3
5,5387
10,85
20,198
36,758
65,55
138,89
5,5387
10,85
20,198
36,758
65,55
77,6
216,49
5,464
10,55
21,624
38,98
57,53
134,15
5,6437
11,07
23,4
41,4
81,514
6,15
12,09
20,63
82,87
5,9389
11,67
22,8
41,47
81,879
7,41666
15,0322
31,9373
54,386
8,9587
18,563
27,522
He+
54,4178
54,418
Na+
47,2864
71,6200
98,91
217,816
Mg2+
80,1437
80,1437
Rb+
27,285
27,285
Fe3+
54,8
54,8
Mo2+
27,13
27,13
Mo4+
54,49
54,49
In3+
Ar+
27,62
27,62
Sr+
11,03
42,89
53,92
Ион гидрино гидрида по настоящему изобретению может быть получен в результате реакции донора электронов с гидрино, то есть водородным атомом, имеющим
13.6 eV
п = -
гидрино гидрида представлен а
энергию связи около п , где Р и Р является целым числом более 1. Ион
H(n = \lp) Hillp)
v ' или v '•
+ е -^Н (п = \1 р)
(37)
(38)
Ион гидрино гидрида отличается от обычного гидридного иона, содержащего обычное водородное ядро и два электрона, имеющих энергию связи около 0,8 эВ. Последний далее упоминается "как обычный ион гидрида" или "нормальный ион гидрида". Ион гидрида гидрино содержит водородное ядро, включающее протий, дейтерий или тритий, и два неотличимых по энергии связи электрона согласно уравнениям (39) и (40).
Энергия связи иона гидрида гидрино может быть представлена следующей формулой:
Binding Energy ¦
h2^s(s + Y) ж/л0е2к
1 + sjs(s + 1)
1 + Js(s +1)
(39)
где P является целым число более единицы, s - 1/2 ^ к соответствует пи, h является приведенной постоянной Планка, ^° является магнитной постоянной, We является массой
тетр
- + т"
электрона, ^г является приведенной массой электрона, определяемой
где
р - масса протона, н является радиусом водородного атома, 0 является боровским
радиусом и е - зарядом электрона. Радиусы задаются r2=r1=a0(A + ^s(s + l))); s = ]
(40)
Н(п = \/р)
Энергия связи иона гидрида гидрино " v" "' } в качестве функции Р, где Р является целым числом, демонстрируется в Таблице 2.
b уравн. (39)
Согласно настоящему раскрытию обеспечивается ион гидрида гидрино (Н"), имеющий энергию связи, отвечающую уравнениям (39) и (40), превышающую связывание
обычного иона гидрида (около 0,75 эВ) для Р ~2 вплоть до 23 и менее для Р (Н"). Для р = 2 - р = 24 в уравнениях (39) и (40) энергия ионной связи гидрида составляет, 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. Также здесь обеспечиваются примеры композиций, содержащих новый ион гидрида.
Помимо этого, обеспечиваются примеры соединений, содержащих один или несколько ионов гидрида гидрино и один или несколько других элементов. Такое соединение именуется как "соединение гидрида гидрино".
Обычные водородные соединения отличаются следующими энергиями связи (а)
ион гидрида 0,754 эВ ("обычный ион гидрида"); (Ь) водородный атом ("обычный
водородный атом") 13,6 эВ; (с) двухатомная водородная молекула 15,3 эВ ("обычная
водородная молекула"); (d) водородный молекулярный ион 16,3 эВ ("обычный
водородный молекулярный ион"); и (е) 22,6 эВ ("обычный трехатомный
молекулярный ион"). Здесь в отношении форм водорода термины "нормальный" и "обычный" являются синонимичными.
Согласно следующему воплощению настоящего изобретения обеспечивается соединение, содержащее по меньшей мере одну разновидность водорода с увеличенной
13.6 еУ
энергией связи, такую как (а) водородный атом, имеющий энергию связи около ^Р J ,
13.6 еУ
такую как в диапазоне от около 0,9 до 1,1 ^Р J , где р является целым числом от 2 до
, такую как в
диапазоне от около 0,9 до 1,1 энергии связи, где р является целым числом от 2 до 24; (с)
нипр) " н;(\/Р)
v '; (d) тригидрино молекулярный ион J v ', имеющий энергию связи около
22.6
TTv"
^P' , такую как в диапазоне от около 0,9 до 1,1
22.6
1Р)
, где р является целым 15.3
, такую как в
1Р)
числом от 2 до 137; (е) дигидрино, имеющий энергию связи около
15.3
Г-1 PJ
диапазоне от около 0,9 до 1,1
, где р является целым числом от 2 до 137; (f) 16.3
Г-1 PJ
, такой как в диапазоне от
молекулярный ион дигидрино с энергией связи около 16.3
где р является целым числом, предпочтительно целым числом
около 0,9 до 1,1 от 2 до 137.
Согласно дальнейшему воплощению настоящего изобретения обеспечивается соединение, содержащее по меньшей мере одну разновидность водорода с увеличенной энергией связи, такую как (а) молекулярный ион дигидрино, имеющий общую энергию около
Ет=-р
о п
(41пЗ-1-21пЗ)
4я?
2ан
I р { Р
-р2\6.ПЪ92 еУ-ръ0ЛШ55 eV
(41)
такую, как в диапазоне от 0,9 до 1,1 общей энергии Ет, где Р является целым числом, h
приведенная постоянная Планка, We является массой электрона, с является скоростью света в вакууме, ^ - приведенная масса ядра, и (Ь) дигидрино молекула, имеющая общую энергию около
8жеоа0
2V2-V2 +
V2Y V2+1
ln-/=
V2-1
-Р2\
= -^231.351 eF-^30.326469 eV
такую как в диапазоне от около 0,9 до 1,1 Ет, где р является целым числом и ао -
боровским радиусом.
Согласно одному воплощению настоящего изобретения, в котором соединение содержит отрицательно заряженные разновидности водорода с увеличенной энергией связи, такое соединение содержит, кроме того, один или несколько катионов, таких как
Н+ Н+ протон, обычный 2 или обычный 3 .
Здесь обеспечивается способ приготовления соединений, содержащих по меньшей
мере один ион гидрида гидрино. Такие соединения далее именуются "соединениями
гидрида гидрино". Данный способ содержит реакцию атомарного водорода с
- ¦21eV
катализатором, имеющим общую энтальпию реакции около 2 , где m является
целым числом больше 1, предпочтительно целым числом меньше 400, для получения
13.6 еУ
атома водорода с увеличенной энергией связи, имеющим энергию связи около J , где Р является целым числом, предпочтительно целым числом от 2 до 137. Следующим продуктом катализа является энергия. Атом водорода с увеличенной энергией связи может быть введен в реакцию с источником электронов для получения гидридного иона с увеличенной энергией связи. Ион гидрида с увеличенной энергией связи может реагировать с одним или несколькими катионами с получением соединения, содержащего по меньшей мере один гидридный ион с увеличенной энергией связи. Новые водородные композиции могут содержать:
(а) по меньшей мере одну нейтральную, положительно или отрицательно заряженную разновидность водорода (в дальнейшем "разновидности водорода с
увеличенной энергией связи"), имеющую энергию связи
(i) больше, чем энергия связи соответствующих обычных разновидностей водорода, или
(ii) больше, чем энергия связи любых разновидностей водорода, для которых соответствующие обычные разновидности водорода являются нестабильными или не наблюдаются, поскольку энергия связи обычных разновидностей водорода меньше тепловой энергии в условиях окружающей среды (нормальная температура и давление, STP) или является отрицательной; и
(Ь) по меньшей мере один другой элемент. Соединения по настоящему изобретению в дальнейшем упоминаются "как разновидности водорода с увеличенной энергией связи".
Под "другим элементом" в данном контексте подразумевается элемент, отличный от разновидностей водорода с увеличенной энергией связи. Таким образом, другой элемент может быть представлен обычными разновидностями водорода или любым элементом помимо водорода. В одной группе соединений другой элемент и разновидности водорода с увеличенной энергией связи являются нейтральными. В еще одной группе соединений другой элемент и разновидности водорода с увеличенной энергией связи заряжены таким образом, что другой элемент обеспечивает компенсирующий заряд для образования нейтрального соединения. Первая группа соединений отличается молекулярным и координационным связыванием; последняя группа отличается ионной связью.
Также обеспечиваются новые соединения и молекулярные ионы, содержащие
(a) по меньшей мере одну нейтральную, положительно или отрицательно
заряженную разновидность водорода (в дальнейшем "разновидности водорода с
увеличенной энергией связи"), имеющую общую энергию
(i) больше, чем общая энергия соответствующих обычных разновидностей
водорода, или
(ii) больше, чем общая энергия любых разновидностей водорода, для которых соответствующие обычные разновидности водорода являются нестабильными или не наблюдаются, поскольку общая энергия обычных разновидностей водорода меньше тепловой энергии в условиях окружающей среды или является отрицательной; и
(b) по меньшей мере один другой элемент.
Общая энергия разновидностей водорода является суммарной энергией, необходимой для удаления из данных разновидностей водорода всех электронов. Разновидности водорода согласно настоящему раскрытию имеют общую энергию
большую, чем общая энергия соответствующих обычных разновидностей водорода. Разновидности водорода согласно настоящему раскрытию, имеющие увеличенную общую энергию, также упоминаются как "разновидности водорода с увеличенной энергией связи" даже при том, что некоторые воплощения разновидностей водорода, имеющих увеличенную общую энергию, могут иметь энергию связи первого электрона меньше, чем энергия связи первого электрона соответствующих обычных разновидностей водорода.
Например, ион гидрида по уравнениям (39) и (40) для Р имеет первую энергию связи меньше первой энергии связи обычного иона гидрида, в то время как общая энергия иона
гидрида по уравнениям (39) и (40) для Р существенно выше общей энергии
соответствующего обычного иона гидрида.
Здесь также обеспечиваются новые соединения и молекулярные ионы, содержащие
(a) ряд нейтральных, положительно или отрицательно заряженных разновидностей водорода (в дальнейшем "разновидности водорода с увеличенной энергией связи"), имеющих энергию связи
(i) больше, чем энергия связи соответствующих обычных разновидностей
водорода, или
(ii) больше, чем энергия связи любых разновидностей водорода, для которых соответствующие обычные разновидности водорода являются нестабильными или не наблюдаются, поскольку энергия связи обычных разновидностей водорода меньше тепловой энергии в условиях окружающей среды или является отрицательной; и
(b) не обязательно один другой элемент. Соединения по настоящему изобретению в дальнейшем упоминаются "как разновидности водорода с увеличенной энергией связи".
Разновидности водорода с увеличенной энергией связи могут быть образованы реакцией одного или нескольких атомов гидрино с одним или несколькими электронами, атомом гидрино, соединением, содержащим по меньшей мере одну из указанных разновидностей водорода с увеличенной энергией связи, и по меньшей мере одним другим атомом, молекулой или ионом помимо разновидностей водорода с увеличенной энергией связи.
Также обеспечиваются новые соединения и молекулярные ионы, содержащие
(а) ряд нейтральных, положительно или отрицательно заряженных разновидностей
водорода (в дальнейшем "разновидности водорода с увеличенной энергией связи"),
имеющих общую энергию
(i) больше, чем общая энергия обычного молекулярного водорода, или
(ii) больше, чем общая энергия связи любых разновидностей водорода, для
(i)
которых соответствующие обычные разновидности водорода являются нестабильными или не наблюдаются, поскольку общая энергия обычных разновидностей водорода меньше тепловой энергии в условиях окружающей среды или является отрицательной; и
(Ь) не обязательно один другой элемент. Соединения по настоящему изобретению в дальнейшем упоминаются "как разновидности водорода с увеличенной энергией связи".
В одном воплощении обеспечивается соединение, содержащее по меньшей мере одну разновидность водорода с увеличенной энергией связи, выбираемую из (а) иона гидрида, имеющего энергию связи согласно уравнениям (39) и (40), более высокую, чем
связывание обычного иона гидрида (около 0,8 эВ) для Р ~2 вплоть до 23, и меньшую для 23 ("ион гидрида с увеличенной энергией связи" или "ион гидрида гидрино"); (Ь) водородного атома, имеющего энергию связи больше энергии связи обычного водородного атома (около 13,6 эВ) ("атом водорода с увеличенной энергией связи" или "гидрино"); (с) водородной молекулы, имеющей первую энергию связи более около 15,3 эВ ("молекула водорода с увеличенной энергией связи" или "дигидрино"); и (d) водородного молекулярного иона, имеющего энергию связи более около 16,3 эВ ("водородный молекулярный ион с увеличенной энергией связи" или "молекулярный ион дигидрино"). В настоящем раскрытии разновидности водорода и соединения с увеличенной энергией связи также упоминаются как низкоэнергетические разновидности водорода и соединения. Гидрино содержат разновидности водорода с увеличенной энергией связи или, что то же самое, низкоэнергетические разновидности водорода. IV. Дополнительные катализаторы МН-типа и реакции
В целом водородные катализаторы типа МН (металл-галоидные) для получения гидрино, обеспечиваемого расщеплением М-Н связи плюс ионизация ^ электронов атома М до такого континуума энергетических уровней, чтобы сумма энергии связи и энергии ионизации t электронов составляла приблизительно т-27,2 эВ (т •27.2 eV является целым числом), представлены в Таблице ЗА. Каждый МН катализатор представляется в первом столбце, а соответствующая энергия связи М-Н дается в столбце два. Атом М из соединений МН, представленных в первом столбце, ионизируется, чтобы обеспечить общую энтальпию реакции т-27,2 эВ с добавлением энергии связи в столбце два. Энтальпия катализатора дается в восьмом столбце, при этом т отображена в девятом столбце. Электроны, которые участвуют в ионизации, показываются с ионизационным потенциалом (также называемым энергией ионизации или энергией связи). Например, энергия связи NaH ^ отвечающая 1,9245 эВ, дается в столбце два. Ионизационный
потенциал п -ного электрона атома или иона определяется как п и дается CRC. Это,
например,
Afar+ 5.13908 eV^> Na++e
Na++ 47.2864 eV^Na1++e
Первый
ионизационный потенциал
IP, = 5.13908 eV
и второй ионизационный потенциал
1Р2 = 47.2864 eV
отображаются во втором и третьем столбцах, соответственно. Общая
энтальпия реакции для расщепления связи
NaH
и двойной ионизации
составляет
54,35 эВ, как это отображено в восьмом столбце, и 54.35 eV в уравнении (35), что видно из девятого столбца. Энергия связи ВаН равна 1,98991 эВ, a IPi, IP2 и 1Рз составляют 5,2117 эВ, 10,00390 эВ и 37,3 эВ, соответственно. Общая энтальпия реакции для расщепления связи ВаН и тройной ионизации Ва составляет 54,5 эВ, что отображено в восьмом столбце, и ш=2 в уравнении (35), что видно из девятого столбца. Энергия связи SrH равна 1,70 эВ, alPi, IP2, IPs, IP4 и 1Р5 составляют 5,69484 эВ, 11,03013 эВ, 42,89 эВ, 57 эВ и 71,6 эВ, соответственно. Общая энтальпия реакции для расщепления связи SrH и ионизации Sr в Sr5+ составляет 190 эВ, как это отображено в восьмом столбце, и ш=7 в уравнении (35), что видно из девятого столбца.
Таблица ЗА. Водородные катализаторы типа МН, пригодные для обеспечения общей энтальпии реакции приблизительно т' 212 eV Величины энергии представлены в эВ.
Катализатор
Энергия M-H
СВЯЗИ IPl
IP2
IPs
IP4
IPs
Энтальпия
А1Н
2,98
5,985768
18,82855
27,79
AsH
2,84
9,8152
18,633
28,351
50,13
109,77
ВаН
1,99
5,21170
10,00390
37,3
54,50
BiH
2,936
7,2855
16,703
26,92
CdH
0,72
8,99367
16,90832
26,62
С1Н
4,4703
12,96763
23,8136
39,61
80,86
СоН
2,538
7,88101
17,084
27,50
GeH
2,728
7,89943
15,93461
26,56
InH
2,520
5,78636
18,8703
27,18
NaH
1,925
5,139076
47,2864
54,35
NbH
2,30
6,75885
14,32
25,04
38,3
50,55
137,26
4,4556
13,61806
35,11730
53,3
4,4556
13,61806
35,11730
54,9355
108,1
4,4556
13,61806 + 13,6 KE
35,11730 + 13,6 KE
80,39
RhH
2,50
7,4589
18,08
28,0
RuH
2,311
7,36050
16,76
26,43
3,67
10,36001
23,3379
34,79
47,222
72,5945
191,97
SbH
2,484
8,60839
16,63
27,72
She
3,239
9,75239
21,19
30,8204
42,9450
107,95
SiH
3,040
8,15168
16,34584
27,54
SnH
2,736
7,34392
14,6322
30,50260
55,21
SrH
1,70
5,69484
11,03013
42,89
71,6
190
T1H
2,02
6,10829
20,428
28,56
В других воплощениях катализаторы водорода МН" типа для получения гидрино, обеспечиваемого переносом электрона к акцептору А, расщеплением связи М-Н плюс ионизацией ^ электронов атома М до такого континуума энергетических уровней, чтобы суммарная энергия электронного перехода, содержащая разницу сродства к электрону (ЕА) МН и А, энергию связи М-Н и энергию ионизации ^ электронов от М, составляет приблизительно т-27,2 эВ, где т ¦212eV является целым числом, представлены в Таблице ЗВ. Каждое из МН" катализатора, акцептора А, сродства к электрону МН, сродства к электрону А и энергии связи М-Н представляются в первом, втором, третьем и четвертом столбцах, соответственно. Электроны соответствующего атома М из МН, которые участвуют в ионизации, даются с ионизационным потенциалом (также именуемым энергией ионизации или энергией связи) в следующих столбцах и данные по энтальпии катализатора и соответствующему целому числу т представляются в последнем столбце. Например, сродство к электрону ОН и Н составляет 1,82765 эВ и 0,7542 эВ, соответственно, таким образом, энергия переноса электронов равняется 1,07345 эВ, как это отображено в пятом столбце. Энергия связи О, равная 4,4556 эВ, показана в столбце шесть. Ионизационный потенциал п-ного электрона атома или иона
отображается с помощью Это, например, 0 + 13.61806 eV -"0 +е и
О +35.11730 +е Первый ионизационный потенциал IPi=13,61806 эВ и
тп о Щ =13.61806 eV R
второй ионизационный потенциал W 2=35,11730 эВ 1 , отображаются в
седьмом и восьмом столбцах, соответственно. Общая энтальпия реакции переноса электронов, реакции расщепления связи ОН и двойной ионизации О составляет 54,27 эВ, как это показано в одиннадцатом столбце, и да = 2 в уравнении (35), что видно из девятого столбца. В других воплощениях катализатор Н для образования гидрино обеспечивается такой ионизацией отрицательно заряженного иона, чтобы сумма его ЕА плюс энергия ионизации одного или нескольких электронов составляла приблизительно т-27,2 эВ, где т является целым числом. В качестве варианта, первый электрон отрицательного иона может быть перенесен к акцептору, что сопровождается ионизацией по меньшей мере одного или нескольких электронов, так, чтобы суммарная энергия переноса электронов плюс энергия ионизации одного или нескольких электронов составляла приблизительно т-27,2 эВ, где т является целым числом. Акцептор электронов может быть Н.
Таблица ЗВ. Водородные катализаторы типа МН", пригодные для обеспечения общей энтальпии реакции приблизительно Величины энергии представлены в эВ
Катализатор
Акцептор (А)
ЕА(МН)
ЕА (А)
Перенос электронов
Энергия связи М-Н
IPi
П> 2
1Рз
П> 4
Энтальп ия
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
В других воплощениях катализаторы водорода МН+ типа для получения гидрино, обеспечиваемого переносом электрона от донора А, который может быть отрицательно заряженным, расщеплением связи М-Н и ионизацией ^ электронов атома М до такого континуума энергетических уровней, чтобы суммарная энергия электронного перехода, содержащая разницу энергии ионизации МН и А, энергию связи М-Н и энергию ионизации ^ электронов от М, составляла приблизительно т-27,2 эВ, где т является целым числом.
В одном воплощении катализатор содержит любые компоненты, такие как атом, положительно или отрицательно заряженный ион, положительно или отрицательно заряженный молекулярный ион, молекула, эксимер, соединение или их любая комбинация в основном или возбужденном состоянии, которые являются способными принимать энергию т-27,2 эВ, т = 1, 2, 3, 4... (уравнение (5)). Предполагается, что скорость катализа возрастает при более близком соответствии общей энтальпии реакции т-27,2 эВ. Было обнаружено, что катализаторы, имеющие общую энтальпию реакции в пределах ±Ю%? предпочтительно ±5% от т- 27.2 eV ^ являются подходящими для большинства применений. В случае катализа атомов гидрино для снижения энергетических состояний энтальпия реакции m-21.2eV (уравнение (5)) релятивистски корректируется с тем же коэффициентом, что и потенциальная энергия атома гидрино. В одном воплощении катализатор резонансно и безызлучательно принимает энергию от атомарного водорода. В одном воплощении принятая энергия уменьшает величину потенциальной энергии катализатора примерно до количества, перенесенного от атомарного водорода. Ионы или электроны высокой энергии могут являться следствием сохранения кинетической энергии первоначально связанных электронов. По меньшей мере один атом Н выступает в качестве катализатора для по меньшей мере одного другого при том, что 27,2 эВ потенциальной энергии акцептора погашаются передачей 27,2 эВ от донорного атома Н, подвергающегося катализу. Кинетическая энергия выступающего в качестве акцептора катализатора Н может быть сохранена в быстрых протонах или электронах. Помимо этого, промежуточное состояние (уравнение (7)), образующееся в катализируемом Н, распадается с выбросом энергетического континуума в форме излучения или индуцированной кинетической энергии в третьем теле. Эти высвобождения энергии могут привести к протеканию тока в ячейке СШТ по настоящему изобретению.
В одном воплощении по меньшей мере одно из молекулы, или положительно, или отрицательно заряженного молекулярного иона выступает в качестве катализатора, который принимает около т-27,2 эВ от атомарного Н с уменьшением величины
-2е2
потенциальной энергии молекулы, или положительно, или отрицательно заряженного молекулярного иона до около т-27,2 эВ. Например, потенциальная энергия ШО по данным Mills GUTCP составляет
In-
-2у 87Г?пл!а2 - Ъ1 а-4а2 -Ь
"+v (43)
Молекула, которая принимает т-27,2 эВ от атомарного Н с уменьшением величины потенциальной энергии этой молекулы на такую же величину, может служить в качестве катализатора. Например, реакция катализа (ш =3) в отношении потенциальной энергии ШО:
%l.6eV + H20 + H[aH]^2H+fast+0-+е~+Н
+ 81.6 eV
2H+fast + О + е~ -> Н20 + 81.6 eV
(44)
(45) (46)
С итоговой реакцией
Н[ан]^Н
+ 81.6 eV + \22A eV
в которой
имеет радиус водородного атома и центральное поле, эквивалентные
учетверенному радиусу протона, и
является соответствующим стабильным
состоянием с радиусом 1/4 радиуса Н. Когда электрон подвергается действию радиального ускорения от радиуса водородного атома к радиусу, составляющему 1/4 этого расстояния, происходит высвобождение энергии в виде светового излучения с определенной длиной волны или в форме кинетической энергия третьего тела. Исходя из 10% изменения энергии в теплоте парообразования при переходе от льда при 0°С к воде при 100°С, среднее количество связей Н, приходящееся на молекулу воды в кипящей воде, составляет 3,6. Таким образом, в одном воплощении ШО должна образовываться химически в виде изолированных молекул с подходящей энергией активации с тем, чтобы служить в качестве катализатора образования гидрино. В одном воплощении ШО катализатор представлен возникающей ШО.
В одном воплощении в качестве катализатора может выступать по меньшей мере одно из пН, О, пО, О2, ОН и ШО (п = целое число). Продуктом выступающих в качестве катализатора Н и ОН может быть Н(1/5), при этом энтальпия катализатора составляет
около 108,8 эВ. Продуктом реакции функционирующих в качестве катализатора Н и ШО может быть Н(1/4). Образующийся гидрино может далее вступать в реакции со снижением своего энергетического состояния. Продуктом выступающих в качестве катализатора Н(1/4) и Н может быть Н(1/5), при этом энтальпия катализатора составляет около 27,2 эВ. Продуктом выступающих в качестве катализатора Н(1/4) и ОН может быть Н(1/6), при этом энтальпия катализатора составляет около 54,4 эВ. Продуктом выступающих в качестве катализатора Н(1/5) и Н может быть Н(1/6), при этом энтальпия катализатора составляет около 27,2 эВ.
Помимо этого, в качестве катализатора может выступать ОН, так как потенциальная энергия ОН равняется
(48)
Разность в энергии между состояниями Н р = 1 и р = 2 составляет 40,8 эВ. Таким образом, ОН может принять от Н около 40,8 эВ, чтобы служить в качестве катализатора, образующего Н(1/2).
Аналогично ШО, потенциальная энергия амидной функциональной группы NH2, представленная в Mills GUTCP, составляет -78,77719 эВ. Согласно CRC, АН реакции NH2 с образованием KNH2, рассчитываемой по каждой соответствующей АН/, равна (-128,9 -184,9) кДж/моль = -313,8 кДж/моль (3,25 эВ). Согласно CRC, АН реакции NH2 с образованием NaNH2, рассчитываемой по каждой соответствующей АН/, равна (-123,8 -184,9) кДж/моль = -308,7 кДж/моль (3,20 эВ). Согласно CRC, АН реакции NH2 с образованием LiNH2, рассчитываемой по каждой соответствующей АН/, равна (-179,5 -184,9) кДж/моль = -364,4 кДж/моль (3,78 эВ). Таким образом, общая энтальпия, которая может быть принята щелочными амидами MNH2 (М = К, Na, Li), выполняющими функцию Н катализаторов для образования гидрино, составляет около 82,03 эВ, 81,98 эВ и 82,56 эВ (ш=3 в уравнении (5)), соответственно, отвечая сумме потенциальной энергии амидной группы и энергии образования амида из амидной группы. Образующийся гидрино, такой как молекулярное гидрино, может вызвать направленный в область сильного поля матричный сдвиг, наблюдаемый такими средствами, как MAS NMR.
Аналогично ШО, потенциальная энергия функциональной группы H2S, представленная в Mills GUTCP, составляет -72,81 эВ. Исключение этой потенциальной энергии также исключает энергию, связанную с гибридизацией Зр оболочки. Эта энергия гибридизации, составляющая 7,49 эВ, задается соотношением радиуса орбитали гидрида и радиуса орбитали исходного атома, умноженного на общую энергию оболочки. Помимо
этого, в энергию катализатора включаются изменения энергии S3p оболочки из-за образования двух S-H связей по 1,10 эВ. Таким образом, общая энтальпия H2S катализатора равна 81,40 эВ (ш=3 в уравнении (5)). H2S катализатор может быть получен из MHS (М = щелочной металл) реакцией
2MHS в M2S + H2S (49) Эта обратимая реакция может образовывать H2S в каталитически активном состоянии в переходном к продукту H2S состоянии, которое может катализировать преобразование Н в гидрино. Реакционная смесь может содержать реагенты, которые образуют H2S и источник атомарного Н. Образующийся гидрино, такой как молекулярное гидрино, может вызвать направленный в область сильного поля матричный сдвиг, наблюдаемый такими средствами, как MAS NMR.
Кроме того, атомарный кислород представляет собой специфический атом с двумя неспаренными электронами на одном и том же радиусе, равном боровскому радиусу атомарного водорода. Когда в качестве катализатора выступает атомарный Н, принимаются 27,2 эВ энергии, таким образом, кинетическая энергия каждого ионизированного Н, служащего в качестве катализатора для другого, составляет 13,6 эВ. Аналогичным образом, каждый из двух электронов О может быть ионизирован кинетической энергией в количестве 13,6 эВ, передаваемой иону О таким образом, что общая энтальпия расщепления связи О-Н в ОН с последующей ионизацией двух внешних неспаренных электронов равна 80,4 эВ, как показано в Таблице 3. В процессе ионизации ОН" в ОН может наступить состояние энергетического соответствия протеканию дальнейшей реакции в Н(1/4) и 02+ + 2е", при которой 204 эВ высвобождающейся энергии вносят вклад в электрическую энергию ячейки СШТ. Реакция имеет следующий вид:
80.4 eV + OH+H
^ ^fast
+2е~+Н
+ [(Р + 3)2-/?2]-13.6 eV
(^ + 3)_
O2f;st+2e-^O + 80.4eV
(50) (51)
С итоговой реакцией
(р + 3)_
+ [(р + 3)2-р2]Л3.6 eV
(52)
где m = 3 в уравнении (5). Кинетическая энергия также может сохраняться в горячих электронах. Доказательством этого механизма является наблюдение инверсной заселенности Н в плазме водяного пара. Образующийся гидрино, такой как молекулярное
гидрино, может вызвать матричный сдвиг, направленный в область сильного поля и наблюдаемый такими средствами, как MAS NMR. В настоящем раскрытии представляются результаты идентификации продукта в виде молекулярного гидрино и другими методами, такими как FTIR, рамановская и XPS-спектроскопия.
В одном воплощении, в котором кислород или содержащее кислород соединение участвуют в реакции окисления или восстановления, в качестве катализатора или источника катализатора может выступать О2. Энергия связи молекулы кислорода равна 5,165 эВ, а первая, вторая и третья энергия ионизации атома кислорода равны 13,61806 эВ,
О -^0 + 02+ О -^0 + Оъ+
35,11730 эВ и 54,9355 эВ, соответственно. Реакции 2 , 2 и
-> 20 обеспечивают общую энтальпию, отвечающую 2, 4 и 1 величинам ^h, соответственно, и содержат каталитические реакции образования гидрино, протекающие вследствие акцептирования этой энергии от Н с тем, чтобы вызвать образование гидрино.
В одном воплощении продукт в виде молекулярного гидрино наблюдается как пик обращенного комбинационного рассеяния (inverse Raman effect, IRE) пик при около 1950 см"1. Данный пик усиливается при использовании проводящих материалов, содержащих частицы, имеющие признаки шероховатости или размеры, сопоставимые с длиной волны рамановского лазера, что поддерживает поверхностно-усиленное рамановское рассеяние (Surface Enhanced Raman Scattering, SERS), показывая пик IRE.
VI. Химический реактор
Настоящее раскрытие также касается других реакторов для получения разновидностей водорода с увеличенной энергией связи и соединений по настоящему изобретению, таких как молекулы дигидрино и соединения гидрида гидрино. Кроме того, продуктами такого катализа, в зависимости от типа ячейки, являются энергия и при необходимости плазма и свет. Такой реактор в дальнейшем упоминается как "водородный реактор" или "водородная ячейка". Водородный реактор содержит ячейку для получения гидрино. Ячейка для получения гидрино может принимать форму химического реактора или газового топливного элемента, такого как газоразрядная ячейка, ячейка плазменного факела или микроволновая энергетическая ячейка и электрохимический элемент. Примеры осуществления ячейки для получения гидрино могут принимать форму жидкотопливной ячейки, твердотопливной ячейки, гетерогенного топливного элемента, ячейки СШТ и ячейки SF-CIHT. Каждая из этих ячеек содержит (i) источник атомарного водорода; (ii) по меньшей мере один катализатор, выбранный из твердого катализатора, расплавленного катализатора, жидкого катализатора, газообразного катализатора или их смеси, для получения гидрино; и (ш) емкость для реакции водорода и катализатора при
получении гидрино. В данном контексте и как предусматривается настоящим раскрытием,
термин "водород", если не указывается иного, включает не только протий (1Н у но также
и дейтерий С Ну и тритий (3Н у Модельные химические реакционные смеси и реакторы могут содержать ячейки SF-CIHT, СШТ или воплощения термоэлемента по настоящему изобретению. Дополнительные примеры осуществления даются в разделе "Химические реакторы". В настоящем раскрытии даются примеры реакционных смесей, содержащих в качестве катализатора ШО, образующуюся в ходе реакции смеси. Для получения разновидностей водорода и соединений с увеличенной энергией связи могут служить и другие катализаторы, такие как представленные в Таблицах 1 и 3. Примером катализатора М-Н типа из Таблицы ЗА является NaH. Реакции и условия из этих модельных вариантов пригодны к регулированию по таким параметрам, как реагенты, массовые процентные доли содержания этих реагентов, давление Ш и температура реакции. Подходящими реагентами, условиями и диапазонами параметров являются представленные в настоящем раскрытии. Предсказанные непрерывные диапазоны излучения, целочисленно кратные 13,6 эВ, показывают, что продуктами реакторов по настоящему изобретению должны быть гидрино и молекулярное гидрино, поскольку в ином случае оказываются необъяснимыми необычно высокие величины кинетической энергии Н, определенные по результатам расширения доплеровской линии спектральных линий Н, инверсия линий Н, образование плазмы без полей пробоя и аномальная продолжительность послесвечения плазмы, как об этом сообщается в предыдущих публикациях Mills. Такие данные, как относящиеся к ячейке СШТ и к твердым топливам, были независимым образом подтверждены другими, сторонними исследователями. Образование гидрино в ячейках по настоящему изобретению также было подтверждено данными по электрической энергии, непрерывно выдававшейся на протяжении длительного времени, которые были кратными величинам поступающего электричества и в большинстве случаев превышали входные с коэффициентом более 10 без использования каких-либо альтернативных источников. Предсказанное молекулярное гидрино Ш(1/4) было идентифицировано в качестве продукта ячеек СШТ и твердых топлив методами ядерного магнитного резонанса при вращении образца под магическим углом (MAS Н NMR), который показал предсказанный смещенный в область сильного поля матричный пик около -4,4 м.д., времяпролетной масс-спектроскопии вторичных ионов (ToF-SFMS) и времяпролетной масс-спектрометрии с электрораспылительной ионизацией (ESI-ToFMS), которые показали Ш(1/4) в форме комплекса с матрицей газопоглотителя пиками с m/e = М + п2, где М - масса родоначального иона и п является целым числом, эмиссионной спектроскопии с электроннолучевым возбуждением и фотолюминесцентной эмиссионной спектроскопии,
которые продемонстрировали предсказанные вращательные и колебательные спектры Н2(1/4), обладающего 16-кратной или отвечающей возведенному в квадрат квантовому числу р = 4 энергией Ш, рамановской и инфракрасной спектроскопии с Фурье-преобразованием, которая показала вращательную энергию Н2(1/4) в 1950 см"1, что отвечает 16-кратной или соответствующей возведенному в квадрат квантовому числу р = 4 вращательной энергии Ш, рентгеновской фотоэмиссионной спектроскопии (XPS), которая показала предсказанную общую энергию связи Нг(1/4) в 500 эВ, и ToF-SIMS пик со временем прибытия перед пиком m/e = 1, которое соответствовало Н с кинетической энергией около 204 эВ, что согласовывалось с предсказанным высвобождением энергии для перехода от Н к Н(1/4) с энергией, передаваемой трехчастичному Н, как сообщалось в предыдущих публикациях Mills и в R. Mills X Yu, Y. Lu, G Chu, J. He, J. Lotoski, "Catalyst Induced Hydrino Transition (CIHT) Electrochemical Cell", International Journal of Energy Research, (2013) и R. Mills, J. Lotoski, J. Kong, G Chu, J. He, J. Trevey, "High-Power-Density Catalyst Induced Hydrino Transition (CIHT) Electrochemical Cell" (2014), которые во всей их полноте включены здесь посредством ссылки.
Образование гидрино ячейками по настоящему изобретению, такими как содержащие твердое топливо для производства тепловой энергии, было подтверждено выполненными с применением как проточного калориметра, так дифференциального сканирующего калориметра (DSC) Setaram DSC 131 исследованиями выделения тепловой энергии из образующих гидрино твердых топлив, которое превышало максимальную теоретическую энергию в 60 раз. MAS Н NMR показал предсказанный для Ш(1/4) направленный в область сильного поля матричный сдвиг около -4,4 м.д. Рамановский пик, начинающийся при 1950 см"1, соответствовал вращательной энергии Ш(1/4) в свободном пространстве (0,2414 эВ). Об этих результатах сообщается в предыдущих публикациях Mills и в R. Mills, J. Lotoski, W. Good, J. He, "Solid Fuels that Form HOH Catalyst", (2014), которые во всей их полноте включены здесь посредством ссылки.
В одном воплощении реакция твердого топлива образует Н2О и Н в качестве продуктов или интермедиатов реакции. ШО может служить в качестве катализатора образования гидрино. Реагенты содержат по меньшей мере один окислитель и один восстановитель, а реакция включает по меньшей мере одну окислительно-восстановительную реакцию. Восстановитель может содержать металл, такой как щелочной металл. Реакционная смесь может, кроме того, содержать источник водорода и источник ШО и может при необходимости содержать носитель, такой как углерод, карбид, борид, нитрид, карбонитрил, такой как TiCN, или нитрил. Носитель может включать металлический порошок. В одном воплощении водородный носитель содержит
Mo или сплав Mo, такой как представлен в настоящем раскрытии, такой как MoPt, MoNi, MoCu и МоСо. В одном воплощении окисление носителя избегается с помощью таких способов, как выбор других, не вызывающих окисления носителя компонентов реакционной смеси, выбор не приводящих к окислению температуры и условий реакции и поддержание восстановительной газовой среды, такой как атмосфера Н2, как это известно специалистам в данной области. Источник Н может быть выбран из группы щелочных, щелочноземельных, переходных, внутренних переходных, редкоземельных гидридов и гидридов по настоящему изобретению. Источником водорода может быть газообразный водород, который может, кроме того, содержать диссоциатор, такой как представленные в настоящем раскрытии, такой как благородный металл на носителе, таком как углерод или оксид алюминия и другие из настоящего раскрытия. Источник воды может содержать соединение, которое дегидратирует, такое как гидроксид или гидроксидное комплексное соединение, такое как таковые из Al, Zn, Sn, Cr, Sb и Pb. Источник воды может содержать источник водорода и источник кислорода. Источник кислорода может содержать соединение, содержащее кислород. Примерами таких соединений или молекул являются О2, щелочной или щелочноземельный оксид, пероксид или супероксид, ТеОг, SeCh, РО2, Р2О5, SO2, SO3, M2SO4, MHSO4, С02, M2S2O8, ММпСч, М2Мп204, МхНуРСч (х, у = целое число), РОВг2, МСЮ4, MNO3, NO, N2O, NO2, N2O3, CI2O7 и О2 (М = щелочной металл; заменить М могут щелочноземельный или другой катион). Другие модельные реагенты содержат реактивы, выбранные из группы Li, LiH, LiNCh, LiNO, LiNCh, Li3N, Li2NH, LiNH2, LiX, NH3, LiBH4, LiAlH4, Li3AlH6, LiOH, Li2S, LiHS, LiFeSi, Li2C03, LiHC03, Li2S04, LiHSCU, 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, LiXC-з (X = F, Br, CI, I), LiFeCh, LiI04, LiBr04, LiI04, LiX04 (X = F, Br, CI, I), LiScO", LiTiOn, LiVOn, LiCrOn, LiCr2On, LiMn2On, LiFeOn, LiCoOn, LiNiOn, LiNi2On, LiCuOn и LiZnOn, где n=l, 2, 3 или 4, оксианиона, оксианиона сильной кислоты, окислителя, молекулярного окислителя, такого как V2O3, I2O5, МпОг, Re207, СгОз, R11O2, AgO, PdO, Pd02, PtO, РЮ2 и NH4X, в котором X - нитрат или другой подходящий анион, представленный в CRC, и восстановитель. Другой щелочной металл или другой катион могут заменить Li. Дополнительные источники кислорода могут быть выбраны из МС0О2, MGa02, M2Ge03, ММп204, M4Si04, M2Si03, МТаОз, MV03, МЮз, MFe02, МЮ4, МС104, MScOn, MTiOn, MVOn, MCrOn, MCr2On, MMn2On, MFeOn, MCoOn, MNiOn, MNi2On, MCuOn и MZnOn, где M является щелочным металлом и n=l, 2, 3 или 4, оксианиона, оксианиона сильной кислоты, окислителя, молекулярного окислителя, такого как V2O3, I2O5, МпОг,
Re207, СгОз, Ru02, AgO, PdO, Pd02, PtO, Pt02, I204, I205, I2O9, S02, SO3, C02, N20, NO, N02, N203, N204, N205, C120, C102, С120з, C1206, C1207, P02, Р20з и P205. Реагенты могут находиться в любом желательном соотношении, которое позволяет получить гидрино. Модельная реакционная смесь состоит из 0,33 г LiH, 1,7 г 1лЖ)з и смеси из 1 г MgH2 и 4 г порошка активированного С. Другой пример реакционной смеси представляет смесь из черного пороха, такого как KNO3 (75 масс.%), древесный уголь из мягкой древесины (который может иметь примерную формулу С7Н4О) (15 масс.%) и S (10 масс.%); KNO3 (70,5 масс.%) и древесный уголь из мягкой древесины (29,5 масс. %) или эти соотношения внутри диапазона около ±1-30 масс.%. Источником водорода может быть древесный уголь, имеющий приблизительную формулу С7Н4О.
В одном воплощении реакционная смесь содержит реагенты, которые образуют азот, диоксид углерода и Н20 при том, что последняя выступает в качестве катализатора гидрино для Н, также образующегося при этой реакции. В одном воплощении реакционная смесь содержит источник водорода и источник Н20, которая может содержать нитрат, сульфат, перхлорат, пероксид, такой как пероксид водорода, такое пероксисоединение, как триацетонтрипероксид (ТАТР) или диацетондипероксид (DADP), которые могут также служить в качестве источника Н, особенно при добавлении 02 или другого источника кислорода, такого как нитросоединение, например, нитроцеллюлоза (APNC), кислород или другое соединение, содержащее кислород или оксианионное соединение. Реакционная смесь может содержать соединение, или источник соединения, или источник функциональной группы, или функциональную группу, содержащие по меньшей мере два из водорода, углерода, углеводорода и кислорода, связанных с азотом. Реагенты могут содержать нитрат, нитрит, нитрогруппу и нитрамин. Нитрат может содержать металл, такой как нитрат щелочного металла, может содержать нитрат аммония или другие нитраты, известные специалистам в данной области, такие как нитраты щелочных, щелочноземельных, переходных, внутренних переходных 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 данной области. Примером реакционной смеси является NH4NO3 и источник углерода, такой как длинноцепочечный углеводород (СпН2п+2), например, мазут, дизельное топливо, керосин, который может содержать источник кислорода, такой как патока или сахар, или нитрогруппы, такой как нитрометан, или источник углерода, такой как угольная пыль. Источник Н может также содержать NH4, углеводород, такой как котельное топливо, или сахар, в котором Н связан с углеродом для обеспечения
контролируемого высвобождения Н. Высвобождение Н может протекать по механизму
свободнорадикальной реакции. С может реагировать с О с высвобождением Н и
образованием углеродно-кислородного соединения, такого как СО, СО2 и формиат. В
одном воплощении функциональности для образования азота, диоксида углерода и ШО
может содержать единственное соединение. Нитрамин, который, кроме того, содержит
углеводородные функциональности, представлен циклотриметилентринитрамином,
обычно именуемым гексогеном или с использованием кодового обозначения RDX. Другие
примеры соединений, которые могут выступать в качестве по меньшей мере одного
источника Н и источника ШО катализатора, такого как источник из по меньшей мере
одного источника О и источника Н, представляются по меньшей мере одним, выбираемым
из группы нитрата аммония (AN), дымного пороха (75% KNO3 + 15% древесного угля +
10% S), нитрата аммония/дизельного топлива (ANFO) (94,3% AN + 5,7% дизельного
топлива), тетранитрата эритрита, тринитротолуола (TNT), аматола (80% TNT + 20% AN),
тетритола (70% тетрила + 30% TNT), тетрила (2,4,6-тринитрофенилметилнитрамин
(С7ШШО8)), С-4 (91% RDX), С-3 (на основе RDX), композиции В (63% RDX + 36% TNT),
нитроглицерина, RDX (циклотриметилентринитрамин), семтекса (94,3% PETN + 5,7%
RDX), PETN (пентаэритриттетранитрат), НМХ или октогена (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-
гексаазаизовюрцитан), DDF (4,4'-динитро-3,3'-диазенофуроксан), гептанитрокубана,
октанирокубана, 2,4,6-трис(тринитрометил)-1,3,5-триазина, TATNB (1,3,5-
тринитробензол, 1,3,5-триазидо-2,4,6-тринитробензол), тринитроанилина, TNP (2,4,6-
тринитрофенол или пикриновая кислота), дуннита (пикрат аммония), метилпикрата,
этилпикрата, хлорпикрата (2-хлор-1,3,5-тринитробензол), тринитрокрезола, стифната
свинца (2,4,6-тринитрорезорцинат свинца, СбЕПчГзОвРЬ), ТАТВ (триаминотринитробензол),
метилнитрата, нитрогликоля, маннитгексанитрата, этилендинитрамина, нитрогуанидина,
тетранитрогликолурила, нитроцеллюлозы, нитрата мочевины и
гексаметилентрипероксиддиамина (HMTD). Соотношения водорода, углерода, кислорода и азота могут быть представлены в любой желательной пропорции. В одном воплощении реакционной смеси из нитрата аммония (AN) и дизельного топлива (FO), известной как нитрат аммония/дизельное топливо (ANFO), подходящая стехиометрия для получения близкой к уравновешенной реакции обеспечивается величинами около 94,3 масс.% AN и 5,7 масс.% FO, но FO может находиться в избытке. Модельная уравновешенная реакция AN и нитрометана:
3NH4N03 + 2CH3NO2 в 4N2 + 2С02 + 9ШО (80) при том, что часть Н также преобразуется в низкоэнергетические разновидности
водорода, такие как Ш(1/р) и Н"(1/р), например, с р = 4. В одном воплощении мольные соотношения водорода, азота и кислорода подобны представленным в RDX, имеющем формулу СзНбМбОб.
В одном воплощении энергетика увеличивается посредством использования дополнительного источника атомарного водорода, такого как газообразный Ш или гидрид, например, гидридов щелочных, щелочноземельных, переходных, внутренних переходных и редкоземельных металлов, и диссоциатора, такого как Ni, Nb или благородный металл на носителе, таком как углерод, карбид, борид, или нитрид, или диоксид кремния, или оксид алюминия. Реакционная смесь может произвести сжимающую или ударную волну в течение реакции получения ШО катализатора и атомарного Н с увеличением кинетики для образования гидрино. Реакционная смесь может содержать по меньшей мере один реагент для повышения температуры во время реакции образования Н и ШО катализатора. Такая реакционная смесь может содержать источник кислорода, например, воздух, который может быть диспергирован между гранулами или корольками твердого топлива. Например, корольки AN могут содержать около 20% воздуха. Реакционная смесь может, кроме того, содержать сенсибилизирующий материал, такой как наполненные воздухом стеклянные шарики. В одном примере осуществления добавляется порошкообразный металл, такой как А1, для увеличения теплоты и кинетики реакции. Например, порошок металлического А1 может быть добавлен к ANFO. Другие реакционные смеси содержат пиротехнические материалы, которые также имеют источник Н и источник катализатора, такого как ШО. В одном воплощении образование гидрино имеет высокую энергию активации, которая может быть обеспечена энергетически эффективной реакцией, такой как реакция энергетических или пиротехнических материалов, при которой образование гидрино вносит свой вклад в саморазогрев реакционной смеси. В качестве варианта, энергия активации может обеспечиваться электрохимической реакцией, такой как реакция ячейки СШТ, имеющей высокую эквивалентную температуру, соответствующую 11 600 К/эВ.
Другая модельная реакционная смесь представлена газообразным Ш, который может находиться под давлением в диапазоне от около 0,01 атм до 100 атм, нитратом, таким как нитрат щелочного металла, например, KNO3, и диссоциатором водорода, таким как Pt/C, Pd/C, Pt/АЬОз или Pd/АЬОз. Смесь может, кроме того, содержать углерод, такой как графит или графойл сорта GTA (Union Carbide). Реакционные соотношения могут быть любыми желаемыми, например, от около 1 до 10% Pt или Pd на углероде при от около 0,1 до 10 масс.% смеси, смешанной с нитратом в количестве около 50 масс.%, с остальным, представленным углеродом; хотя данные соотношения в примерах
осуществления могут быть изменены с коэффициентом от около 5 до 10. В случае, когда в качестве носителя применяется углерод, температура поддерживается ниже той, которая приводит к реакции С с образованием таких соединений, как карбонаты, например, карбонаты щелочных металлов. В одном воплощении температура поддерживается в диапазоне от около 50°С до 300°С или от около 100°С до 250°С, обеспечивая предпочтительное перед N2 образование NH3.
Реагенты, реакция регенерации и системы могут включать таковые из данного раскрытия или из предыдущих патентных заявок США данного заявителя, таких как Hydrogen Catalyst Reactor, PCT/US08/61455, подана РСТ 4/24/2008; Heterogeneous Hydrogen Catalyst Reactor, PCT/US09/052072, подана РСТ 7/29/2009; Heterogeneous Hydrogen Catalyst Power System, PCT/US10/27828, РСТ, подана 3/18/2010; Electrochemical Hydrogen Catalyst Power System, PCT/US 11/28889, подана РСТ 3/17/2011; H20-Based Electrochemical Hydrogen-Catalyst Power System, PCT/US 12/31369, подана 3/30/2012, CIHT Power System, PCT/US 13/04193 8, подана 5/21/13 и Power Generation Systems and Methods Regarding Same, PCT/IB2014/058177 ("Предыдущие заявки Миллса"), включенных здесь во всей их полноте посредством ссылки.
В одном воплощении реакция может содержать не нитрат, а оксид азота, такой как N2O, NO2 или NO. В качестве варианта, к реакционной смеси также добавляется газ. NO, NO2 и N2O и нитраты щелочных металлов могут быть получены известными промышленными способами, такими как способ Haber, сопровождаемый способом Ostwald. В одном воплощении модельная последовательность этапов является следующей:
^ -5%г^Ш3 -^ti^NO, N20, N02
process process (81)
Более конкретно, способ Haber может быть применен для производства NH3 из N2 и Нг при повышенной температуре и давлении с использованием катализатора, такого как а -железо, содержащее некоторое количество оксида. Способ Ostwald может быть применен для окисления аммиака в NO, NO2 и N2O на катализаторе, таком как горячая платина или платиново-родиевый катализатор. В одном воплощении продукты представляют собой по меньшей мере одно из аммиака и щелочного соединения. NO2 может быть образован из NH3 окислением. NO2 может быть растворен в воде для образования азотной кислоты, которая реагирует с щелочным соединением, таким как М2О, МОН, М2СО3 или МНСОз, с образование М нитрата, где М - щелочной металл.
В одном воплощении происходит по меньшей мере одна реакция источника кислорода, такого как MNO3 (М - щелочной металл), для образования ШО катализатора, (ii) образования атомарного Н из такого источника, как Ш, и (ш) реакция образования
гидрино с помощью или на стандартном катализаторе, таком как благородный металл, например, Pt, которая может быть нагрета. Горячий катализатор может содержать нить накала. Такая нить может содержать Pt нить накала. Источник кислорода, такой как MNO3, может быть по меньшей мере частично газообразным. Газообразное состояние и давление его пара может регулироваться нагреванием MNO3, такого как KNO3. Источник кислорода, такой как MNO3, может находиться в открытой лодочке, которая нагревается для высвобождения газообразного MNO3. Нагревание может выполняться с помощью нагревателя, такого как накальная нить. В одном примере осуществления MNO3 помещается в кварцевую лодочку, a Pt нить накала обматывается вокруг этой лодочки, чтобы служить в качестве нагревателя. Давление паров MNO3 может поддерживаться в диапазоне давлений от около 0,1 Торр до 1000 Торр или от около 1 Торр до 100 Торр. Источником водорода может быть газообразный водород, давление которого поддерживается в диапазоне от около 1 Торр до 100 атм, от около 10 Торр до 10 атм или от около 100 Торр до 1 атм. Данная нить также применяется для осуществления диссоциации газообразного водорода, который может поступать к ячейке через газопровод. Такая ячейка может также содержать вакуумный трубопровод. Реакции ячейки приводят к образованию ШО катализатора и атомарного Н, которые взаимодействуют с образованием гидрино. Такая реакция может осуществляться в емкости, пригодной для поддержания по меньшей мере одного из вакуума, давления окружающей среды или давления, превышающего атмосферное. Продукты, такие как NH3 и МОН, могут удаляться из ячейки и регенерироваться. В одном примере осуществления MNO3 реагирует с источником водорода с образованием ШО катализатора и МТз, который регенерируется в отдельной реакционной емкости или на отдельном этапе посредством окисления. В одном воплощении источник водорода, такой как газообразный Ш, образуется из воды по меньшей мере одним из электролитического или термического способа. Модельные термические способы представлены циклом оксида железа, циклом оксид церия (IV) - оксид церия (III), циклом цинк - оксид цинка, циклом сера - йод, циклом медь - хлор и гибридным циклом серы, а также другими, известными специалистам в данной области. Примеры реакций ячейки с образованием ШО катализатора, который далее вступает во взаимодействие с Н для образования гидрино:
KN03 + 9/2Н2^К + NH3 + ЗН20
(82)
KN03 + 5Н2 + NH3 + ЗН20
(83)
Ш03 + 4Н2 -> КОН + NH3 + 2Н20
(84)
KN03 +С + 2Н2 -"КОН + NH3 + С02
(85)
2KN03 +C + 3H2 -"K2C03 +l/2N2+ 3H20 ^
Модельная реакция регенерации для образования окислов азота задается уравнением (81). Такие продукты, как К, КН, КОН и К2СО3, могут реагировать с азотной кислотой, образующейся при добавлении окисла азота к воде, для образования KNO2 и KNO3. Дополнительные подходящие примеры реакций для образования по меньшей мере одного из НгО катализатора и Ш, приводятся в таблицах 4, 5 и 6.
7 Hallett Air Products
1965
800 2С12(г) + 2Н20(г) -> 4HCl(r) + 02(r)
2HC1 -> Cl2(r) + H2(r)
8 Gaz de France
725
2K + 2KOH -> 2K20 + H2(r)
825
2K20 -> 2K + K202
125
2K202 + 2H20 -> 4KOH + 02(r)
9 Никелевый феррит
800
NiMnFe406 + 2H20 ~> NiMnFe408 + 2H2(r)
800
NiMnFe408 ~+ NiMnFe406 + 02(r)
10 Aachen Univ Julich 1972 T
850
2С12(г) + 2Н20(г) -> 4HCl(r) + 02(r)
170
2CrCl2 + 2HC1 -> 2CrCb + H2(r)
800
2CrCb -> 2CrCl2 + Cl2(r)
11 Ispra Mark 1С
100
2CuBr2 + Ca(OH)2 -> 2CuO + 2CaBr2 + H20
900
4CUO(TB) ~> 2CU20(TB) + 02(r)
730
CaBr2 + 2H20 ~> Ca(OH)2 + 2HBr
100
Cu20 + 4HBr -> 2CuBr2 + H2(r) + H20
12 LASL- U
3C02 + U308 + H20 ~> 3U02C03 + H2(r)
250
ЗШ2СОз -> ЗС02(г) + ЗШз
700
6Шз(тв) -> 2U308(TB) + 02(г)
13 Ispra Mark 8
700
ЗМпСЬ + 4Н20 ~> Мп304 + 6НС1 + Н2(г)
900
ЗМп02 -" Мп304 + 02(г)
100
4НС1 + Мпз04 ~> 2МпС12(а) + Мп02 + 2Н20
14 Ispra Mark 6
850
2С12(г) + 2Н20(г) -> 4НС1(г) + 02(г)
170
2СгС12 + 2НС1 -> 2СгС1з + Н2(г)
700
2СгС1з + 2FeCl2 -> 2СгС12 + 2FeCl3
420
2FeCl3 -> СЬ(г) + 2FeCl2
15 Ispra Mark 4
850
2С12(г) + 2Н20(г) -> 4НС1(г) + 02(г)
100
2FeCl2 + 2НС1 + S -> 2FeCl3 + H2S
420
2FeCl3 -> С12(г) + 2FeCl2
800
H2S -> S + H2(r)
16 Ispra Mark 3
850
2С12(г) + 2Н20(г) -> 4HCl(r) + 02(r)
170
2V0C12 + 2HC1 -> 2VOCb + H2(r)
200
2V0C13 Cl2(r) + 2V0C12
17 Ispra Mark 2 (1972)
100
Na2O.Mn02 + H20 -> 2NaOH(a) + Mn02
487
4Мп02(тв) -> 2Мп20з(тв) + 02(r)
800
Мп20з + 4NaOH -> 2Na2O.Mn02 + H2(r) + H20
18 Ispra CO/Mn304
977
6Мп20з 4Mn304 + 02(г)
Таблица 5. Термически обратимые циклы реакций, касающихся ШО катализатора и Ш. [С. Perkins и A.W. Weimer, Solar-Thermal Production of Renewable Hydrogen, AIChE Journal, 55 (2), (2009), стр. 286-293.]
Цикл
Стадии реакции
Высокотемпературные циклы
ZnO
1600-1800 °С
*Zn + -0.
Zn/ZnO
Zn + H20
400 "С
+ ZnO + H,
FeO/Fe304
Fe 0. 2000-2300 °c > 3FeQ+}_0
3FeO + H20
400 °C
> Fe304+H2
CdO
1450-1500 °C
*Cd+-0.
Карбонат кадмия
Cd + H20 + C02
350 °C
> CdC03+H2
CdCO,
500 °C
*C02+CdO
CdO
1450-1500 °C
*Cd+-0.
Гибридный кадмий
Cd + 2H20
25 °C, electrochemical
*Cd(OH)2+H2
'2 r 1 11 2V
Mn203 1400-1600 °c > 2MnO + -01
Марганец - натрий
2MnO + 2NaOH
627 °C
> 2NaMn02+H2
2NaMn02+H20
25 °C
+Mn203+2NaOH
Fe3_JvlxO,_5+8H20
1000-1200 °C
*Fe3_Jvlx0^8H2
Низкотемпературные циклы
Сера - йод
850 °С
*S02+H20 + ^02
I2 + SO, + 2H20 100 °c > 2HI + H2SOA
2HI
300 °c
*/2+#2
Гибридная сера
H2SOA
850 °С
*S02+H20 + ^02
S02+2H20
77 °С, electrochemical
*H2SOA+H2
Гибридный хлорид меди
Си2ОС12 550 °с > 2СиС1 + - О,
2Си + 2НС1
425 °С
-> Н2+2СиС1
4СиС1
25 °С, electrochemical
*2Cu+2CuCL
2CuCl2+H20
325 "С
+Cu2OCl2+2HCl
Таблица 6. Термически обратимые циклы реакций, касающихся ШО катализатора и Ш. [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), стр. 2805-2822.]
№ п/п Наименование цикла Перечень Количество Максимальная
элементов стадий температура реакции (°С)
6 ZnO/Zn
7 Fe304/FeO
194 1п20з/1п20
2Ш (800°С)
194 Sn02/Sn
83 MnO/MnS04 Mn, S 2
l/202 (1100°C)
S02^MnS04 + H2 84 FeO/FeS04 1/202 (1100°С)
Co, S
+ Ш (250°С) 86 C0O/C0SO4
2000
2200
2200
2650
1100
1100
1100
ZnO -> Zn + I/2O2 Zn + ШО -> ZnO + Ш Fe304^3FeO + l/202 3FeO + H2O^Fe304 + H2 ln203 -> ln20 + 02 In20 + 2H2O^In203 +
Sn02^Sn + 02
Sn + 2H2O^Sn02 + 2H2
MnS04^MnO + S02 +
MnO + ШО +
FeS04^FeO + S02 +
FeO + H20 + S02^FeS04
CoS04^CoO + S02 +
1/202 (1100°С)
S02^CoS04 + H2 200 Fe304/FeCl2 3H20 + I/2O2
6HC1 + H2 (700°C)
14 FeS04 Julich Fe, S 3
H20 ^Fe304(TB) + H2 (200°C)
FeS04^3Fe203(TB) + 3S02(r) + l/202
3S02^3FeS04 + 3FeO(TB)
85 FeS04 Fe, S
H20 ^Fe304(TB) + H2 (200°C)
3S03(r)^3FeS04 + l/202 (300°C)
109 C7IGT Fe, S 3
(700°C)
H20^2FeS04(TB) + H2 (125°C)
S02(r) + S03(r)
(1000°C) 21 Shell Process Cu, S ЗН2О -> 3CU20(TB) + 3H2 (500°C)
CoO + H20 +
Fe304 + 6HC1^3FeCl2 +
3FeCl2 + 4H2O^Fe304 +
3FeO(TB) +
Fe304(TB) +
3Fe203(TB) +
3FeO(TB) +
Fe304(TB) +
FeS04^FeO + S03 Fe203(TB) + 2S02(r) +
2FeS04(TB)^Fe203(TB) +
S03(r)^S02(r)+ l/202(r)
6CU(TB) +
СщО(тв) + 2S02 +
3/202^2CuS04
(300°C)
2CU20(TB)+2CUS04 ~> 6Cu+2S02+302 (1750°C)
87 CuS04 Cu, S3 1500
Си20(тв)+Н20(г) -> CU(TB)+CU(OH)2 (1500°C)
Cu(OH)2+S02(r) -> CuS04+H2
(100°C)
CuS04
CU(TB)^CU20(TB) + S02 + I/2O2 (1500°C)
110 LASLBaS04 Ba, Mo, S 3 1300
ВаМоСч -"BaS03 + M0O3 + H20 (300°C)
so2
H20
МоОз(тв)^ВаМо04(тв) + S02(r) + l/202
4 Mark 9 Fe, CI 3
6HC1 + H2 (680°C)
1000
6HC1 -> 3FeCl3 + 3H20 + l/202 (900°C)
16 Euratom 1972 Fe, CI 3
1600
H2 (600°C)
20 Cr, CUulich Cr, CI 3
(1600°C)
2HC1 -> 2СгС1з(тв) + H2 (200°C)
1150°С)^2СгС12(тв) + С12
(1000°C)
27 Mark 8 Mn, CI 3 1000
8H20 ^2Мпз04 + 12HC1 + 2H2 (700°C)
2200
12НС1^6МпС12(тв) + ЗМп02(тв)+6Н20 02 (1000°C)
37 Та Funk Та, CI 3
H2 (100°C)
1000
78 Mark 3 Euratom JRC V, CI 3 2HCl(r) + l/202(r) (1000°C) Ispra (Italy)
BaS03 + H2O^BaS04 +
BaS04(TB) +
3FeCl2 + 4H2O^Fe304 +
Fe304 + 3/2Cl2 +
3FeCl3^3FeCl2 + 3/2Cl2 H20 + C12^2HC1+ I/2O2 2HC1 + 2FeCl2^2FeCl3 +
2FeCl3^2FeCl2+Cl2 2CrCl2(s, Tf = 815°C) +
2СгС1з (s, Tf
H20 + C12 "^2HC1+ I/2O2
6MnCl2(l) +
ЗМпз04(тв) +
ЗМп02(тв)^Мпз04(тв) +
H20 + C12^2HC1+ 1/202 2ТаС12 + 2НС1^2ТаС1з +
2ТаС1з^2ТаС12+С12 С12(г) + Н20(г) ->
2VOC12(TB) +
2HCl(r)-> 2VOCl3(r) + Н2(г)
(170°C)
2VOCl3(r)^Cl2(r) +
2VOC12(TB) (200°C)
144 Bi, CI Bi, CI 3
(1000°C)
H2 (300°C)
441 °C) -" 2BiCl2 + Cl2 (1700°C)
146 Fe, CI Julich Fe, CI 3
4H20 ^Fe304(TB) + 4H2 (700°C)
1700
1800
H20 + C12 "^2HC1+ 1/202
2BiCl2 + 2HC1^2BiCl3 +
2BiCl3(Tf = 233°C,Teb
3FC(TB)
Fe304 + 6HC1 ^3FeCl2(r)
+ 3H20 + I/2O2
(1800°C)
3FeCl2+3H2^3Fe(TB)+6HCl (1300°C) 147 Fe, CI Cologne Fe, CI 3 1800 2.5H2O^Fe304(TB) + 2.5H2 (1000°C)
3/2FeO(TB) + 3/2Fe(TB) +
Fe304 + 6HC1^3FeCl2(r)
+ 3H20 + I/2O2
(1800°C)
3FeCl2 + H20 +
3/2H2 -> 3/2FeO(TB) + 3/2Fe(TB) + 6HC1 (700°C)
25 Mark 2 Mn, Na 3 900
Mn203(TB)+4NaOH -> 2Na20 • Mn02 + H20 + H2
2H20 -> 4NaOH + 2Мп02(тв) (100°C)
I/2O2 (600°C)
28 Li, MnLASL Mn, Li 3 1000
2Mn304 -> 3Li20 • Mn203 + 2H20 + H2 (700°C)
3H20 -> 6LiOH + 3Mn203 (80°C)
(1000°C)
199 MnPSI Mn, Na 3 1500
2NaOH -> 2NaMn02 + H2 (800°C)
(900°C)
2Na2OMn02 + 2Мп02(тв)^Мп203(тв) + 6LiOH + 3Li20 • Mn203 + 3Mn203 -> 2Mn304 + I/2O2 2MnO +
+ 2NaOH (100°C) 1/202 (1500°C)
178 Fe, MORNL Fe, 3 1300
6MOH -> 3MFe02 + 2H20 + H2 (500°C)
(M = Li, K, Na) + 3Fe203 (100°C)
I/2O2 (1300°C)
33 SnSouriau Sn 3 1700
2H2 (400°C)
177 CoORNL Co, Ba 3 1000
l)H2+(l+2x-j;) H20 (850°C)
ВахСоО^(тв)+хН20 -> хВа(ОН)2(тв)+СоО(у-х)(тв)
(y-x-l)/202 (1000°C)
183 Ce, Ti ORNL Ce, Ti, Na 3 1300
ЗТЮ2(тв)^Се20з • ЗТЮ2+ l/202 (800-1300°C)
6NaOH -> 2Ce02 + 3Na2Ti03 + 2H20 + H2 (800°C)
ЗН2О^Се02(тв) + ЗТЮ2(тв) + 6NaOH (150°C)
269 Ce, C1GA Ce, CI 3 1000
(1000°C)
4H20 + Cl2 (250°C)
2NaMn02 + Н2О^Мп2Оз
Мп2Оз(1)^2МпО(тв) +
2Fe304 +
3MFe02 + 3H20^6MOH
3Fe203(TB)^2Fe304(TB) +
Sn(l) + 2H2O^Sn02 +
2Sn02(TB)^2SnO + 02 2SnO(TB)^Sn02+ Sn(l) СоО(тв)+хВа(ОН)2(тв) -> ВахСоО> -(тв)+(у-х-
(100°C)
СоО(у-х)(тв)^СоО(тв) + 2Се02(тв) + Се20з • ЗТЮ2 + Ce02 + 3NaTi03 + H20 + C12 "^2HC1+ I/2O2 2Ce02 + 8НС1^2СеС1з + 2СеС1з + 4H20^2Ce02 +
6HC1 + H2
(800°С)
Реагенты для образования катализатора ШО могут содержать источник О, такой как разновидности О, и источник Н. Источник разновидностей О может содержать по меньшей мере одно из О2, воздуха и соединения или смеси соединений, содержащих О. Соединение, содержащее кислород, может содержать окислитель. Соединение, содержащее кислород, может содержать по меньшей мере одно из оксида, оксигидроксида, гидроксида, пероксида и супероксида. Подходящие примеры оксидов металлов представлены оксидами щелочных металлов, такими как Ы2О, Na20 и К2О, щелочноземельными оксидами, такими как MgO, CaO, SrO и ВаО, оксидами переходных металлов, такими как NiO, N12O3, FeO, РегОз и СоО, и внутренних переходных металлов, а также оксидами редкоземельных металлов и оксидами других металлов и металлоидов, такими как оксиды Al, Ga, In, Si, Ge, Sn, Pb, As, Sb, Bi, Se и Те, и смесями этих и других элементов, содержащими кислород. Оксиды могут содержать оксидный анион, такой как анионы по настоящему изобретению, такой как анион оксида металла, и катион, такой как катион щелочного, щелочноземельного, переходного, внутреннего переходного и редкоземельного металлов, а также других металлов и металлоидов, такие как катионы А1, Ga, In, Si, Ge, Sn, Pb, As, Sb, Bi, Se и Те, такие как ММ'2хОзх+1 или ММ'2х04 (М = щелочноземельный, М' = переходный металл, такой как Fe, или Ni, или Mn, х = целое число), М2М'2хОзх+1 или М2М'2Х04 (М = щелочной металл, М' = переходный металл, такой как Fe, или Ni, или Mn, х = целое число). Примеры подходящих оксигидроксидов металлов представляют 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/2ComO(OH) и М1/зСо1/зМп1/зО(ОН). Подходящими примерами гидроксидов являются гидроксиды металлов, таких как щелочные, щелочноземельные, переходные, внутренние переходные и редкоземельные металлы, и гидроксиды других металлов и металлоидов, такие как гидроксиды Al, Ga, In, Si, Ge, Sn, Pb, As, Sb, Bi, Se и Те, а также смеси. Подходящими комплексными ионными гидроксидами 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. Дополнительные примеры подходящих гидроксидов представлены по меньшей мере одним из Со(ОН)г, Zn(OH)2, №(ОН)г, гидроксидами других переходных металлов, Cd(OH)2, Sn(OH)2 и Pb(OH). Подходящие примеры пероксидов представляют ШОг, пероксиды органических соединений и пероксиды металлов, такие как М2О2, где М является щелочным металлом, такие как ЫгОг, Na202, К2О2, другие ионные пероксиды, такие как пероксиды щелочноземельных металлов, такие как пероксиды Са, Sr или Ва, пероксиды других электроположительных металлов, такие как пероксиды лантанидов, и
ковалентные пероксиды металлов, такие как пероксиды Zn, Cd и Hg. Подходящие примеры супероксидов представлены супероксидами металлов МО2, где М является щелочным металлом, такие как NaCh, КО2, RbCh и Cs02, и супероксиды щелочноземельных металлов. В одном воплощении твердое топливо содержит пероксид щелочного металла и источник водорода, такой как гидрид, углеводород или аккумулирующий водород материал, такой как BH3NH3. Реакционная смесь может содержать гидроксид, такой как гидроксид щелочного, щелочноземельного, переходного, внутреннего переходного и редкоземельного металлов и Al, Ga, В, Sn, Pb, а также других элементов, которые образуют гидроксиды, и источник кислорода, такой как соединение, содержащее по меньшей мере один оксианион, такой как карбонат, такой как содержащий щелочной, щелочноземельный, переходный, внутренний переходный и редкоземельный металлы, а также Al, Ga, В, Sn, Pb и другие из настоящего раскрытия. Другими подходящими соединениями, содержащими кислород, являются по меньшей мере одно оксианионное соединение из группы алюмината, вольфрамата, цирконата, титаната, сульфата, фосфата, карбоната, нитрата, хромата, бихромата и манганата, оксида, оксигидроксида, пероксида, супероксида, силиката, титаната, вольфрамата и другие из настоящего раскрытия. Пример реакции гидроксида и карбоната представлен уравнением Са(ОН)2 + 1л2СОз в СаО + Н20 + Li20 + С02. (87) В других воплощениях источник кислорода является газообразным или легко образующим газ, таким как NO2, NO, N2O, СО2, Р2О3, Р2О5 и SO2. Восстановленный оксидный продукт образования ШО катализатора, такой как С, N, NH3, Р, или S, может быть преобразован обратно в оксид сжиганием с кислородом или его источником, как представлено в "Предыдущих заявках Mills". Ячейка может вырабатывать избыточную теплоту, которая может быть использована для тепловых применений, или же теплота может быть преобразована в электричество с помощью системы Рэнкина или Брайтона. В качестве варианта, ячейка может применяться для синтеза низкоэнергетических разновидностей водорода, таких как молекулярное гидрино и ионы гидрида гидрино, и соответствующих соединений.
В одном воплощении для образования гидрино в целях по меньшей мере одного из получения низкоэнергетических разновидностей водорода и соединений и выработки энергии реакционная смесь содержит источник атомарного водорода и источник катализатора, содержащий по меньшей мере одно из Н и О, так, как представлено в настоящем раскрытии, например, ШО катализатор. Реакционная смесь может, кроме того, содержать кислоту, такую как H2SO3, H2S04, ШСОз, HN02, HNO3, НС104, Н3РО3 и ШР04, или источник кислоты, такой как ангидрид кислоты или безводная кислота. Последний
может содержать по меньшей мере одно из группы SO2, SO3, СО2, NO2, N2O3, N2O5, CI2O7, РО2, Р2О3 и Р2О5. Реакционная смесь может содержать по меньшей мере одно из основания и основного оксида, такого как М2О (М = щелочной металл), М'О (М' = щелочноземельный металл), ZnO или другой оксид переходного металла, CdO, СоО, SnO, AgO, HgO или АЬОз. Дальнейшие примеры ангидридов содержат металлы, такие как устойчивые к НгО, 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. Ангидрид может быть оксидом щелочного металла или щелочноземельного металла, и гидратированное соединение может содержать гидроксид. Реакционная смесь может содержать оксигидроксид, такой как FeOOH, NiOOH или СоООН. Реакционная смесь может содержать по меньшей мере одно из ШО и источника ШО. ШО может образовываться обратимым образом в результате реакций гидратации и дегидратации в присутствии атомарного водорода. Примеры реакций образования ШО катализатора:
Mg(OH)2 в MgO + ШО (88) 2LiOH в Li20 + ШО (89) ШСОз в С02 + ШО (90) 2FeOOH в Fe203 + ШО (91) В одном воплощении ШО катализатор образуется дегидратацией по меньшей мере одного соединения, содержащего фосфат, такого как фосфатные, гидрофосфатные и дигидрофосфатные соли таких катионов, как катионы, включающие металлы, такие как щелочные, щелочноземельные, переходные, внутренние переходные и редкоземельные металлы, а также другие металлы и металлоиды, такие как Al, Ga, In, Si, Ge, Sn, Pb, As, Sb, Bi, Se и Те и смеси, для образования конденсированного фосфата, такого как по меньшей
\РО 1(и+2)~
мере один из полифосфатов, таких как L п 3,1+1 J , длинноцепочечных метафосфатов,
\(РО ) Г~ \(РО ) г~
таких как ^ ъ,п , циклических метафосфатов, таких как ^ ъ,п с п^З, и
ультрафосфатов, таких как Р4О10. Примерами реакций являются следующие:
heat
(n-2)NaH2P04 + 2Na2HP04 > Nan+2Pn03n+i (полифосфат) + (п-1)ШО (92)
heat
nNaH2P04 > (NaP03)n (метафосфат) + пШО (93)
Реагенты реакции дегидратации могут содержать R-Ni, который может содержать по меньшей мере одно из А1(ОН)з и АЬОз. Реагенты могут, кроме того, содержать металл М, такой как металлы по настоящему изобретению, такой как щелочной металл, гидрид металла МН, гидроксид металла, такой как гидроксиды по настоящему изобретению, такой как гидроксид щелочного металла, и источник водорода, такой как Ш, а также собственный водород. Примерами реакций являются следующие:
2А1(ОН)3 + в АЬОз + ЗН20
АЬОз + 2NaOH в 2NaA102 + Н20
ЗМН + А1(ОН)3 + в М3А1 + ЗН20
MoCu + 2МОН + 402 в М2Мо04 + СиО + Н20 (М = Li, Na, К, Rb, Cs)
(94) (95) (96) (97)
Продукт реакции может включать сплав. R-Ni может быть регенерирован повторной гидратацией. Реакционная смесь и реакция дегидратации с образованием Н20 катализатора могут содержать и включать оксигидроксид, такой как оксигидроксиды по настоящему изобретению, как это представлено модельной реакцией
ЗСо(ОН)2 в 2СоООН + Со + 2Н20
(98)
Атомарный водород может быть получен диссоциацией газообразного Н2; Диссоциатор водорода может быть одним из представленных в настоящем раскрытии, таким как R-Ni, или благородный металл, или переходный металл на носителе, такой как Ni, или Pt, или Pd на углероде или АЬОз. В качестве варианта, атомарный Н может быть полученным при проникании Н через мембрану, такую как представленные в настоящем раскрытии. В одном воплощении ячейка содержит мембрану, такую как керамическая мембрана, чтобы сделать возможной селективную диффузию Н2 с предотвращением диффузии Н20. В одном воплощении по меньшей мере одно из Н2 и атомарного Н подаются в ячейку электролизом электролита, содержащего источник водорода, такой как водный или расплавленный электролит, содержащий Н20. В одном воплощении Н20 катализатор образуется обратимой дегидратацией кислоты или основания в форму ангидрида. В одном воплощении реакция образования Н20 катализатора и гидрино промотируются изменением по меньшей мере одного из рН или активности ячейки, температуры и давления, при этом давление может изменяться посредством изменения температуры. Как известно специалистам в данной области, активность таких компонентов, как кислота, основание или ангидрид, может быть изменена добавлением соли. В одном воплощении реакционная смесь может содержать такой материал, как углерод, который может абсорбировать или быть источником такого газа, как Н2 или газообразный кислотный ангидрид, для реакции образования гидрино. Реагенты могут находиться в любых желательных концентрациях и соотношениях. Реакционная смесь может быть расплавленной или содержать водную суспензию.
В другом воплощении источником Н20 катализатора является реакция между кислотой и основанием, такая как реакция между по меньшей мере одной галогенводородной кислотой, серной, азотной или азотистой и основанием. Другие подходящие кислотные реагенты представлены водными растворами H2S04, НС1, НХ (X-галогенид), Н3Р04, НС104, HN03, HNO, HN02, H2S, Н2СОз, H2Mo04, HNb03, H2B407
(тетрабората М), HB02, H2W04, H2Cr04, H2Cr207, H2Ti03, HZr03, МА102, HMn204, НЮз, НЮ4, НС104 или органической кислоты, такой как муравьиная или уксусная кислота. Подходящими модельными основаниями являются гидроксид, оксигидроксид или оксид, содержащий щелочной, щелочноземельный, переходный, внутренний переходный или редкоземельный металл, или Al, Ga, В, Sn или Pb.
В одном воплощении реагенты могут содержать кислоту или основание, которые реагирует с основным или кислотным ангидридом, соответственно, образуя Н20 катализатор и соединение из катиона основания и аниона кислотного ангидрида или из катиона основного оксида и аниона кислоты, соответственно. Модельная реакция кислотного ангидрида Si02 с основанием NaOH:
4NaOH + Si02 в Na4Si04 + 2Н20 (99) при этом реакция дегидратации соответствующей кислоты:
H4Si04 в 2Н20 + Si02 (100)
Другие примеры подходящих ангидридов могут содержать элемент, металл, сплав или смесь, такие, как представленные группой из Mo, Ti, Zr, Si, Al, Ni, Fe, Та, V, В, Nb, Se, Те, W, Cr, Mn, Hf, Co и Mg. Соответствующий оксид может содержать по меньшей мере одно из Мо02, ТЮ2, Zr02, Si02, А120з, NiO, Ni203, FeO, Fe203, Ta02, Ta205, VO, V02, V203, V205, B203, NbO, Nb02, Nb205, Se02, Se03, Te02, Te03, W02, W03, Cr304, Cr203, Cr02, Cr03, MnO, Mn304, Mn203, Mn02, Mn207, НЮ2, Co203, CoO, Co304, Co203 и MgO. В одном примере осуществления основание содержит гидроксид, такой как гидроксид щелочного металла, такой как МОН (М = щелочной металл), такой как LiOH, который может образовывать соответствующий основной оксид, такой как М20, такой как Li20, и Н20. Основной оксид может взаимодействовать с безводным оксидом с образованием конечного оксида. В модельной реакции LiOH с безводным оксидом и высвобождением Н20 образующееся в качестве продукта оксидное соединение может содержать Li2Mo03 или Li2Mo04, Li2Ti03, Li2Zr03, Li2Si03, LiA102, LiNi02, LiFe02, LiTa03, LiV03, Li2B407, Li2Nb03, Li2Se03, Li3P04, Li2Se04, Li2Te03, Li2Te04, Li2W04, Li2Cr04, Li2Cr207, Li2Mn04, Li2Hf03, LiCo02 и MgO. Другие подходящие примеры оксидов представляют по меньшей мере один из группы As203, As2Os, Sb203, Sb204, Sb2Os, Bi203, S02, S03, C02, N02, N203, N205, C1207, P02, P203 и Р2Ог, а также другие подобные оксиды, известные специалистам в данной области. Другой пример дается уравнением (91). Подходящие реакции
металлических оксидов:
2LiOH + NiO в Li2Ni02 + Н20 (101)
3LiOH + NiO в LiNi02 + Н20 + Li20 + 1/2Н2 (102)
4LiOH + Ni203 в 2Li2Ni02 + 2H20 + l/202 (103)
2LiOH + Ni203 в 2LiNi02 + Н20 (104)
Другие переходные металлы, такие как Fe, Cr и Ti, внутренний переходный и редкоземельные металлы и другие металлы или металлоиды, такие как Al, Ga, In, Si, Ge, Sn, Pb, As, Sb, Bi, Se и Те, могут заменять Ni, а другой щелочной металл, такой как Li, Na, Rb и Cs, может заменять К. В одном воплощении оксид может содержать Мо, при этом в течение реакции образования Н20 возникающая катализаторная Н20 и Н могут образовывать то, что далее реагирует с образованием гидрино. Примеры реакций твердого топлива и возможные окислительно-восстановительные механизмы:
ЗМо02 + ШОН -> 2П2МоОА +Мо + 2Н20
(105)
2Мо02 + ЛИОН -> 2П2МоОА + 2Н2
(106)
02^\/202+2е~
(107)
2Н20 + 2е- -> 20?Г+#2
(108)
2Н20 + 2е- ^20Н- +Н + Н(\/4)
(109)
Мо*+ + 4е~ -> Мо
(ПО)
Реакция может, кроме того, содержать источник водорода, такой как газообразный
водород и диссоциатор, такой как Pd/АЬОз. Водород может быть любым из протия, дейтерия или трития, или их комбинаций. Реакция образования Н20 катализатора может содержать реакцию двух гидроксидов с образованием воды. Катионы гидроксидов могут иметь различные степени окисления, такие как таковые из реакции гидроксида щелочного металла с переходным металлом или щелочноземельным гидроксидом. Реакционная смесь и реакция могут, кроме того, содержать и включать Н2 из источника, предоставляемого модельной реакцией
LiOH + 2Со(ОН)2 + 1/2Н2 в LiCo02 + ЗН20 + Со (111) Реакционная смесь и реакция могут, кроме того, содержать и включать металл М, такой как щелочной или щелочноземельный металл, как представлено в модельной реакции
М + LiOH + Со(ОН)2 в LiCo02 + Н20 + МН (112) В одном воплощении реакционная смесь содержит оксид металла и гидроксид, который может служить в качестве источника Н, и при необходимости другой источник Н, при этом металл оксида металла, такой как Fe, может быть поливалентным и подвергаться окислительно-восстановительной реакции в течение реакции образования Н20, выступающей в качестве катализатора для реакции с Н, приводящей к образованию гидрино. Примером является FeO, при котором Fe2+ может подвергнуться окислению в
Fe3+ в ходе реакции образования катализатора. Модельная реакция является следующей: FeO + 3LiOH в Н20 + LiFe02 + Н(1/р) + Li20 (113) В одном воплощении по меньшей мере один реагент, такой как оксид, гидроксид или оксигидроксид металла, выступает в качестве окислителя, при этом атом металла, такого как Fe, Ni, Мо или Мп, может находиться в степени окисления, более высокой, чем другая возможная степень окисления. Реакция образования катализатора и гидрино может заставить атом подвергнуться восстановлению до по меньшей мере одной более низкой степени окисления. Примерами реакций оксидов, гидроксидов и оксигидроксидов металлов для образования Н20 катализатора являются:
2КОН + NiO в K2Ni02 + Н20
(114)
ЗКОН + NiO в KNi02 + Н20 + К20 + 1/2Н2
(115)
2КОН + №20з в 2KNi02 + Н20
(116)
4КОН + №20з в 2K2Ni02 + 2Н20 + 1/202
(117)
2КОН + Ni(OH)2 в K2Ni02 + 2Н20
(118)
2LiOH + МоОз в Li2Mo04 + Н20
(119)
ЗКОН + Ni(OH)2 в KNi02 + 2Н20 + К20 + 1/2Н2
(120)
2КОН + 2NiOOH в K2Ni02 + 2Н20 + МО + 1/202
(121)
КОН + NiOOH в KNi02 + Н20
(122)
2NaOH + Fe203 в 2NaFe02 + Н20
(123)
Другие переходные металлы, такие как Ni, Fe, Cr и
Ti, внутренние переходные и
редкоземельные металлы и другие металлы или металлоиды, такие как Al, Ga, In, Si, Ge, Sn, Pb, As, Sb, Bi, Se и Те, могут заменять Ni или Fe, а другой щелочной металл, такой как Li, Na, К, Rb и Cs, может заменять К или Na. В одном воплощении реакционная смесь содержит по меньшей мере один оксид и гидроксид металлов, которые являются устойчивыми к Н20, 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. Помимо этого, реакционная смесь содержит источник водорода, такой как газ Н2, и при необходимости диссоциатор, такой как благородный металл на носителе. В одном воплощении твердое топливо или энергетически эффективный материал содержит смесь из по меньшей мере одного галогенида металла, такого как по меньшей мере один галогенид переходного металла, такого как бромид, например, FeBr2, и металла, который образует оксигидроксид, гидроксид или оксид, и Н20. В одном воплощении твердое топливо или энергетически эффективный материал содержит смесь из по меньшей мере одного оксида, гидроксида и оксигидроксида металла, такого как по меньшей мере один из оксида переходного металла, например, М20з, и Н20.
Модельная реакция основного оксида NiO с кислотой НС1:
2НС1 + NiO в Н20 + МС12
при этом реакция дегидратации соответствующего основания:
Ni(OH)2 в Н20 + МО
(125)
Реагенты могут содержать по меньшей мере одну кислоту или основание Льюиса и кислоту или основание Брэнстеда-Лоури. Реакционная смесь и реакция могут, кроме того, содержать и включать соединение, содержащее кислород, при этом кислота реагирует с соединением, содержащим кислород, с образованием воды, как представлено в модельной реакции:
2НХ + РОХз в Н20 + РХ5
(126)
(X = галогенид). Подходящими являются соединения, подобные РОХз, такие как с Р, замещенным S. Другие подходящие примеры ангидридов могут содержать оксид элемента, металла, сплава или смеси, который является растворимым в кислоте, такой как гидроксид, оксигидроксид или оксид, содержащий щелочной, щелочноземельный, переходный, внутренний переходный или редкоземельный металл, или Al, Ga, In, Sn или Pb, такой как представленный группой из Мо, Ti, Zr, Si, Al, Ni, Fe, Та, V, В, Nb, Se, Те, W, Cr, Mn, Hf, Co и Mg. Соответствующий оксид может содержать Мо02, Ti02, Zr02, Si02, А120з, МО, М20з, FeO, Fe203, Ta02, Ta205, VO, V02, V203, V205, В20з, МЮ, МЮ2, Nb205, Se02, Se03, Te02, ТеОз, W02, W03, Cr304, Сг20з, Cr02, СгОз, MnO, Mn304, Мп20з, Mn02, Mn207, НГО2, Со2Оз, CoO, Соз04, Со2Оз и MgO. Другие примеры подходящих оксидов представлены оксидами 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 одном примере осуществления кислота содержит галогенводородную кислоту, а продуктом является Н20 и галогенид металла из оксида. Реакционная смесь, кроме того, содержит источник водорода, такой как газ Н2, и диссоциатор, такой как Pt/C, при этом Н и катализатор Н20 взаимодействуют для образования гидрино.
В одном воплощении твердое топливо содержит источник Н2, такой как проницаемая мембрана или газообразный Н2, и диссоциатор, такой как Pt/C, а также источник Н20 катализатора, содержащий оксид или гидроксид, который восстанавливается до Н20. Металл оксида или гидроксида может образовывать гидрид металла, который служит в качестве источника Н. Примеры реакций гидроксида щелочного металла и оксида, таких как LiOH и Li20:
LiOH + Н2 в Н20 + LiH
Li20 + Н2 в LiOH + LiH
(127) (128)
Реакционная смесь может содержать оксиды или гидроксиды металлов, которые
подвергаются восстановлению водородом до ШО, такие как оксиды или гидроксиды 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, источник водорода, такой как газ Ш, и диссоциатор, такой как Pt/C.
В еще одном воплощении реакционная смесь содержит источникШ, такой как газ Ш, и диссоциатор, такой как Pt/C, а также пероксид, такой как ШО2, который распадается до ШО катализатора и других продуктов, содержащих кислород, такой как О2. Некоторая часть Ш и продукта разложения, такого как О2, могут реагировать, чтобы также образовать ШО катализатор.
В одном воплощении реакция образования ШО в качестве катализатора содержит органическую реакцию дегидратации, такую как реакция спирта, такого как многоатомный спирт, такого как сахар, до альдегида и ШО. В одном воплощении реакция дегидратации включает высвобождение ШО из предельного спирта для образования альдегида. Предельный спирт может содержать сахар или его производное, которые высвобождают ШО, которая может служить в качестве катализатора. Подходящими примерами спиртов являются мезоэритрит, галактит или дульцит и поливиниловый спирт (PVA). Модельная реакционная смесь содержит сахар + диссоциатор водорода, такой как Pd/АЬОз + Ш. В качестве варианта, реакция содержит дегидратацию соли металла, такой как содержащая по меньшей мере одну молекулу гидратационной воды. В одном воплощении дегидратация включает потерю ШО, выступающей в качестве катализатора, из гидратов, таких как акваионы и гидраты солей, такие как ВаЬ 2ШО и ЕиВгг пШО.
В одном воплощении реакция образования ШО катализатора содержит восстановление водородом содержащего кислород соединения, такого как СО, оксианион, такой как MNO3 (М = щелочной металл), оксид металла, такой как МО, М2О3, РегОз или SnO, гидроксид, такой как Со(ОН)2, оксигидроксиды, такие как FeOOH, СоООН и МООН, и соединения, оксианионы, оксиды, гидроксиды, оксигидроксиды, пероксиды, супероксиды и другие композиции изобретения, содержащие кислород, такие как представленные в настоящем раскрытии, которые являются восстанавливаемыми водородом до ШО. Примерами соединений, содержащих кислород или оксианион, являются SOCh, Na2S203, NaMn04, POBr3, K2S208, СО, С02, NO, N02, Р2О5, N2O5, N20, SO2, I2O5, NaC102, NaCIO, K2SO4 и KHSO4. Источником водорода для водородного восстановления может быть по меньшей мере одно из газа Ш и гидрида, такого как гидрид металла, такого как представлен в настоящем раскрытии. Реакционная смесь может, кроме того, содержать восстановитель, который может образовывать соединение или ион, содержащие кислород. Катион оксианиона может образовывать в качестве
продукта соединение, содержащее другой анион, такой как галогенид, другой халькогенид, фосфид, другой оксианион, нитрид, силицид, арсенид или другой анион по настоящему изобретению. Примерами реакций являются следующие:
4NaN03(c) + 5MgH2(c) в 5MgO(c) + 4NaOH(c
) + ЗН20(1) + 2N2(r)
(129)
P205(c) + 6NaH(c) в 2Na3P04(c) + ЗН20(г)
(130)
NaC104(c) + 2MgH2(c) в 2MgO(c) + NaCl(c) +
2Н20(1)
(131)
KHS04 + 4H2 в KHS + 4H20
(132)
K2S04 + 4H2 в 2KOH + 2H20 + H2S
(133)
LiNOs + 4H2 в LiNH2 + 3H20
(134)
Ge02 + 2H2 в Ge + 2H20
(135)
C02 + H2 в С + 2H20
(136)
Pb02 + 2H2 в 2Н20 + Pb
(137)
V205 + 5Н2 в 2V + 5Н20
(138)
Со(ОН)2 + Н2 в Со + 2Н20
(139)
Fe203 + ЗН2 в 2Fe + ЗН20
(140)
3Fe203 + Н2 в 2Fe304 + Н20
(141)
Fe203 + Н2 в 2FeO + Н20
(142)
Ni203 + ЗН2 в 2М + ЗН20
(143)
3Ni203 + Н2 в 2М304 + Н20
(144)
Ni203 + Н2 в 2МО + Н20
(145)
3FeOOH + 1/2Н2 в Fe304 + 2Н20
(146)
3NiOOH + 1/2Н2 в Ni304 + 2Н20
(147)
ЗСоООН + 1/2Н2 в Со304 + 2Н20
(148)
FeOOH + 1/2Н2 в FeO + Н20
(149)
NiOOH + 1/2Н2 в МО + Н20
(150)
СоООН + 1/2Н2 в СоО + Н20
(151)
SnO + Н2 в Sn + Н20
(152)
Реакционная смесь может содержать анион
или источник аниона
и кислород или
источник кислорода, такой как соединение, содержащее кислород, при этом реакция образования Н20 катализатора содержит реакцию обмена кислорода и аниона при необходимости с Н2 из источника, реагирующего с кислородом для образования Н20. Примерами реакций являются следующие:
2NaOH + Н2 + S в Na2S + 2Н20 (153)
2NaOH + Н2 + Те в Na2Te + 2Н20 (154)
2NaOH + Н2 + Se в Na2Se + 2Н20 (155)
LiOH + NH3 в LiNH2 + H20 (156) В другом воплощении реакционная смесь подразумевает реакцию обмена между халькогенидами, такими как выбираемые из реагентов, содержащих О и S. Модельный халькогенидный реагент, такой как тетраэдрический тетратиомолибдат аммония, содержит анион ([MoS4]2")- Модельная реакция образования возникающего катализатора Н20 и при необходимости возникающего Н содержит реакцию молибдата [М0О4]2" с сероводородом в присутствии аммиака:
[NH4]2[Mo04] + 4H2S в [NH4]2[MoS4] + 4Н20 (157) В одном воплощении реакционная смесь содержит источник водорода, соединение, содержащее кислород, и по меньшей мере один элемент, способный к образованию сплава с по меньшей мере одним другим элементом реакционной смеси. Реакция образования Н20 катализатора может содержать реакцию обмена кислорода между содержащим кислород соединением и элементом, способным к образованию сплава с катионом кислородного соединения, при которой кислород реагирует с водородом из источника для
образования Н20. Примерами реакций являются следующие:
NaOH + I/2H2 + Pd в NaPb + Н20 (158)
NaOH + I/2H2 + Bi в NaBi + Н20 (159)
NaOH + I/2H2 + 2Cd в Cd2Na + H20 (160)
NaOH + I/2H2 + 4Ga в Ga4Na + H20 (161)
NaOH + I/2H2 + Sn в NaSn + H20 (162)
NaAlH4 + Al(OH)3 + 5Ni в NaA102 + Ni5Al + H20 + 5/2H2 (163)
В одном воплощении реакционная смесь содержит соединение, содержащее кислород, такое как оксигидроксид, и восстановитель, такой как металл, который образует оксид. Реакция образования катализатора Н20 может содержать реакцию оксигидроксида с металлом для образования оксида металла и Н20. Примерами реакций являются
следующие:
2MnOOH + Sn в 2MnO + SnO + Н20 (164)
4MnOOH + Sn в 4MnO + Sn02 + 2Н20 (165)
2MnOOH + Zn в 2MnO + ZnO + Н20 (166)
В одном воплощении реакционная смесь содержит соединение, содержащее кислород, такое как гидроксид, источник водорода и по меньшей мере одно другое соединение, содержащее другой анион, такой как галогенид или другой элемент. Реакция образования катализатора Н20 может содержать реакцию гидроксида с другим соединением или элементом, при которой анион или элемент обмениваются с гидроксидом для образования другого соединения аниона или элемента и в результате
реакции гидроксида с Ш образуется ШО. Анион может содержать галогенид. Примерами таких реакций являются следующие:
2NaOH + NiCh + Ш в 2NaCl + 2ШО + Ni (167) 2NaOH + h + Ш в 2NaI+ 2ШО (168) 2NaOH + XeF2 + Ш в 2NaF+ 2ШО + Xe (169) BiX3 (Х=галоген) + 4Bi(OH)3 в 3BiOX + Bi203 + 6H20 (170) Гидроксид и галоидные соединения могут быть выбраны такие, чтобы реакция образования ШО и другого галогенида была термически обратимой. В одном воплощении общая реакция обмена является следующей:
NaOH + 1/2Ш + 1/уМхС1у = NaCl + 6ШО + х/уМ (171) При этом модельными соединениями МХС1У являются AlCh, ВеС12, HfCl4, KAgCh, MnCl2, NaAlCU, ScCh, TiCl2, TiCb, UCb, UC14, ZrCU, EuCb, GdCb, MgCl2, NdCb и YCh. При повышенной температуре, такой как в диапазоне от около 100°С до 2 000°С, реакция уравнения (171) имеет по меньшей мере одно из энтальпии и свободной энергии около 0 кДж и является обратимой. Обеспечивающая обратимость температура вычисляется по соответствующим термодинамическим параметрам каждой реакции. Представительными являются диапазоны температур для NaCl-ScCh при около 800-900К, NaCl-TiCh при около 300-400К, NaCl-UCh при около 600-800К, NaCl-UCU при около 250-300К, NaCl-ZrCl4 при около 250-300К, NaCl-MgCl2 при около 900-1300К, NaCl-EuCh при около 900-1000К, NaCl-NdCh при около > 1000К и NaCl-YCb при около > 1000К.
В одном воплощении реакционная смесь содержит оксид, такой как оксид такого металла, как щелочной, щелочноземельный, переходный, внутренний переходный металл, оксиды редкоземельных металлов и оксиды других металлов и металлоидов, такие как оксиды Al, Ga, In, Si, Ge, Sn, Pb, As, Sb, Bi, Se и Те, пероксид, такой как М202, где М является щелочным металлом, такой как Li202, Na202 и К202, и супероксид, такой как М02, где М является щелочным металлом, такой как Na02, К02, Rb02 и Cs02, супероксиды щелочноземельных металлов и источник водорода. Ионные пероксиды могут, кроме того, содержать пероксиды Са, Sr or Ba. Реакция образования катализатора ШО может содержать восстановление водородом оксида, пероксида или супероксида с образованием ШО. Примерами реакций являются следующие:
Na20 + 2Ш в 2NaH + ШО (172)
Li202 + Ш в Li20 + ШО (173) К02 + 3/2Ш в КОН + ШО (174) В одном воплощении реакционная смесь содержит источник водорода, такой как по меньшей мере одно из Ш, гидрида, такого как по меньшей мере один из гидридов
щелочных, щелочноземельных, переходных, внутренних переходных и редкоземельных металлов и таковых из данного раскрытия, и источника водорода или другого соединения, содержащего горючий водород, такого как амид металла, и источник кислорода, такой как О2, Реакция образования катализатора ШО может содержать окисление Ш, гидрида или водородного соединения, такой как амид металла, для образования ШО. Примерами
реакций являются следующие:
2NaH + 02 в Na20 + ШО (175)
H2+I/2O2BH2O (176)
LiNH2 + 202 в LiNOs + ШО (177)
2LiNH2 + З/2О2 в 2LiOH + ШО + N2 (178)
В одном воплощении реакционная смесь содержит источник водорода и источник кислорода. Реакция образования катализатора ШО может содержать разложение по меньшей мере одного из источника водорода и источника кислорода для образования ШО. Примерами реакций являются следующие:
NH4NO3 в N20 + 2ШО (179)
NH4NO3 в N2 + 1/202 + 2ШО (180)
ШОг в I/2O2 + ШО (181)
Ш02 + Шв2ШО (182)
Реакционные смеси, раскрываемые здесь в разделе "Химический реактор", кроме того, содержат источник водорода для образования гидрино. Такой источник может быть источником атомарного водорода, таким как диссоциатор водорода и газ Ш или гидрид металла, таким как диссоциаторы и гидриды металла данного раскрытия. Источником водорода для обеспечения атомарного водород может быть соединение, содержащее водород, такое как гидроксид или оксигидроксид. Н, который вступает во взаимодействия для образования гидрино, может быть возникающим Н, образованным реакцией одного или нескольких реагентов, в которых по меньшей мере одно содержит источник водорода, такой как реакция гидроксида и оксида. Такая реакция может также образовывать катализатор ШО. Такое же соединение могут содержать оксид и гидроксид. Например, возможна дигидратация оксигидроксида, такого как FeOOH, для обеспечения катализатора ШО, а также для обеспечения во время дегидратации возникающего Н для реакции гидрино:
4FeOOH в ШО + Fe203 + 2FeO + 02 + 2Н(1/4) (183) при которой возникающий Н, образующийся во время реакции, вступает в реакцию преобразования в гидрино. Другими модельными реакциями являются реакции гидроксида и оксигидроксида или оксида, таких как NaOH + FeOOH или РегОз, для
образования оксида щелочного металла, такого как NaFeCh + ШО, при которых возникающий Н, образованный во время реакции, может образовать гидрино, при этом ШО выступает в качестве катализатора. Оксид и гидроксид могут содержать одно и то же соединение. Например, возможна дигидратация оксигидроксида, такого как FeOOH, для обеспечения катализатора ШО, а также для обеспечения во время дегидратации возникающего Н для реакции гидрино:
4FeOOH в ШО + Fe203 + 2FeO + 02 + 2Н(1/4) (184) при которой возникающий Н, образующийся во время реакции, вступает в реакцию преобразования в гидрино. Другими модельными реакциями являются реакции гидроксида и оксигидроксида или оксида, таких как NaOH + FeOOH или РегОз, для образования оксида щелочного металла, такого как NaFe02 + ШО, при которых возникающий Н, образованный во время реакции, может образовать гидрино, при этом ШО выступает в качестве катализатора. Гидроксидный ион при образовании ШО и оксидного иона и восстанавливается, и окисляется. Оксидный ион может реагировать с ШО для образования ОН". Такой же механизм может быть обеспечен при реакции обмена гидроксид-галогенид, такой как следующая:
2М(ОН)2+2М'Х2^Н20 + 2МХ2+2М,0 + \/202 + 2#(1/4)
в которой модельные металлы М и М' являются щелочноземельными и переходными металлами, соответственно, такими как Cu(OH)2 + FeBr2, Си(ОН)г + СиВгг или Со(ОН)г + СиВгг. В одном воплощении твердое топливо может содержать гидроксид металла и галогенид металла при том, что по меньшей мере один металл является Fe. Для регенерации реагентов может добавляться по меньшей мере одно из ШО и Ш. В одном воплощении М и М' могут выбираться из группы щелочных, щелочноземельных, переходных, внутренних переходных и редкоземельных металлов, Al, Ga, In, Si, Ge, Sn, Pb, элементов Групп 13, 14, 15 и 16 и других катионов гидроксидов или галогенидов, таких как катионы данного раскрытия. Модельная реакция образования по меньшей мере одного из катализатора НОН, возникающего Н и гидрино: 4МОН + 4М'Х^Н20 + 2М'20 + М20 + 2МХ+Х2 + 2#(1/4)
В одном воплощении реакционная смесь содержит по меньшей мере одно из гидроксида и галоидного соединения, таких как представленные в данном раскрытии. В одном воплощении галогенид может предназначаться для того, чтобы способствовать по меньшей мере одному из образования и поддержания по меньшей мере одного из возникающего катализатора НОН и Н. В одном воплощении смесь может предназначаться для снижения температуры плавления реакционной смеси.
В одном воплощении твердое топливо содержит смесь Mg(OH)2 + СиВгг. Образующийся CuBr может быть сублимирован для получения продукта конденсации CuBr, который отделяется от нелетучего MgO. Вгг может улавливаться с помощью охлаждаемой ловушки. CuBr может быть приведен во взаимодействие с Вг2 для образования СиВгг, a MgO может вступать в реакцию с ШО для получения Mg(OH)2. Mg(OH)2 может быть объединен с СиВгг для получения регенерированного твердого топлива.
Кислотно-основная реакция представляет еще один подход к катализатору ШО. При этом тепловая химическая реакция подобна электрохимической реакции образования гидрино. Примерами смесей галогенидов и гидроксидов являются таковые Bi, Cd, Cu, Со, Мо и Cd и смеси гидроксидов и галогенидов металлов, обладающих низкой реакционной способностью по отношению к воде, 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 воплощении реакционная смесь, кроме того, содержит ШО, которая может выступать в качестве источника по меньшей мере одного из Н и катализатора, такого как возникающая ШО . Вода может быть в форме гидрата, который распадается или в ином случае вступает во взаимодействие во время реакции.
В одном воплощении твердое топливо содержит реакционную смесь из ШО и неорганического соединения, которая образует возникающий Н и возникающую ШО. Неорганическое соединение может содержать галогенид, такой как галогенид металла, который реагирует с ШО. Продукт реакции может быть по меньшей мере одним из гидроксида, оксигидроксида, оксида, оксигалогенида, гидроксигалогенида и гидрата. Другие продукты могут содержать анионы, содержащие кислород и галоген, такие как
XQ- хо: хо: хо; ^ л п "
лку 2, 3 и 4 (X = галоген). Продукт также может быть по меньшей мере одним из восстановленного катиона и газообразного галогена. Галогенид может быть галогенидом металла, такого как один из щелочного, щелочноземельного, переходного, внутреннего переходного и редкоземельного металлов и Al, Ga, In, Sn, Pb, S, Те, Se, N, P, As, Sb, Bi, C, Si, Ge и В, а также других элементов, которые образуют оксиды или оксианионы. Металл или элемент могут, помимо этого, быть такими, которые образуют по меньшей мере одно из гидроксида, оксигидроксида, оксида, оксигалогенида, гидроксигалогенида, гидрата, и такими, которые образуют соединение, имеющее анион,
хо-хо- хо: хо; .Y ,
содержащий кислород и галоген, например, лку 2, 3 и 4 (X = галоген). Примерами подходящих металлов и элементов являются по меньшей мере один из щелочного, щелочноземельного, переходного, внутреннего переходного и
редкоземельного металлов и Al, Ga, In, Sn, Pb, S, Те, Se, N, P, As, Sb, Bi, C, Si, Ge и В. Модельная реакция является следующей:
5МХ2 + 7Н20 в МХОН + М(ОН)2 + МО + М20з + 11Н(1/4) + 9/2Х2 (187)
где М является металлом, таким как переходный металл, такой как Си, и X - галогеном, таким как О.
В одном воплощении Н20 используется в качестве катализатора, который поддерживается в невысокой концентрации, чтобы обеспечивать возникающую Н20. В одном воплощении такая невысокая концентрация достигается с помощью диспергирования молекул Н20 в другом материале, таком как твердое вещество, жидкость или газ. Молекулы Н20 могут разбавляться до предела изолирования возникающих молекул. Данный материал также содержит источник Н. Материал может содержать ионное соединение, такое как галогенид щелочного металла, такое как галогенид калия, например, КС1, или галогенид переходного металла, такой как CuBr2. Низкая концентрация, необходимая для образования возникающего Н, также может быть достигнута динамическим способом, при котором Н20 образуется в результате протекания реакции. Образующаяся в качестве продукта Н20 может удаляться с такой скоростью относительно скорости образования, которая приводит к динамическому равновесию в условиях невысокой концентрации, обеспечивая по меньшей мере одно из возникающего Н и возникающего НОН. Реакция образования Н20 может содержать дегидратацию, сгорание, реакции между кислотами и основаниями и другие реакции по настоящему изобретению. Н20 может быть удалена посредством испарения или конденсации. Примером реагента для образования оксида железа и Н20 является FeOOH при том, что возникающий Н также образуется при дальнейшей реакции образования гидрино. Другие модельные реакционные смеси представлены Fe203 + по меньшей мере одно из NaOH и Н2 или FeOOH + по меньшей мере одно из NaOH и Н2. Реакционная смесь может поддерживаться при повышенной температуре, такой как находящаяся в диапазоне от около 100°С до 600°С. Продукт Н20 может удаляться конденсацией пара в холодном пятне реактора, таком как газопровод, поддерживаемый при температуре ниже 100°С. В другом воплощении материал, содержащий Н20 в качестве включения или части смеси, или в виде соединения, такую как диспергированная или абсорбированная в пространственной решетке Н20, например, ионного соединения, такого как галогенид щелочного металла, такого как галогенид калия, например, КС1, может быть подвергнут бомбардировке энергетически эффективными частицами. Такие частицы могут являться по меньшей мере одним из фотонов, ионов и электронов. Частицы могут составлять пучок, такой как электронный луч. Бомбардировка может обеспечивать по меньшей мере
одно из ШО катализатора, Н и активации реакции образования гидрино. В воплощениях ячейки SF-CIHT содержание ШО может быть высоким. ШО может быть подвергнута с помощью сильного электрического тока возбуждению для образования гидрино с высокой интенсивностью.
Реакционная смесь может, кроме того, содержать носитель, такой как электропроводящий носитель с большой площадью поверхности. Подходящие примеры носителей являются таковыми из настоящего раскрытия, такими как металлический порошок, такой как из Ni или R-Ni, металлическое сито, такое как из Ni, Ni целмет (celmet), Ni сетка, углерод, карбиды, такие как TiC и WC, и бориды. Носитель может содержать диссоциатор, такой как Pd/C или Pd/C. Реагенты могут находиться при любых желательных мольных соотношениях. В одном воплощении стехиометрия является такой, чтобы благоприятствовать протеканию реакции образования катализатора ШО и обеспечивать Н для образования гидрино. Температура реакции может находиться в любом желательном диапазоне, таком как диапазон от около температуры окружающей среды до 1500°С. Диапазон давлений может быть любым желательным, таким как диапазон от около 0,01 Торр до 500 атм. Реакции являются по меньшей мере регенеративными и обратимыми с использованием способов, описанных здесь и в предыдущих патентных заявках Миллса, таких как "Hydrogen Catalyst Reactor", PCT/US08/61455, подананная 4/24/2008; "Heterogeneous Hydrogen Catalyst Reactor", PCT/US09/052072, поданная РСТ 7/29/2009; "Heterogeneous Hydrogen Catalyst Power System", PCT/US 10/27828, поданная 3/18/2010; "Electrochemical Hydrogen Catalyst Power System", PCT/US 11/28889, поданная РСТ 3/17/2011; "ШО-Based Electrochemical Hydrogen-Catalyst Power System", PCT/US 12/31369, поданная 3/30/2012, и "CIHT Power System", PCT/US 13/041938, поданная 5/21/13, включенных здесь во всей их полноте посредством ссылки. Как известно специалистам в данной области, реакции, при которых образуется ШО, могут стать обратимыми при таком изменении реакционных условий, например, температуры и давления, которые делают возможным протекание обратной реакции, потребляющей ШО. Например, может быть увеличено давление ШО при обратной реакции для реформирования реагентов из продуктов повторной гидратацией. В других случаях восстановленный водородом продукт может быть регенерирован окислением, например, реакцией с по меньшей мере одним из кислорода и ШО. В одном воплощении из зоны реакции может извлекаться продукт обратной реакции, так, чтобы проходила обратная или реакция регенерации. Обратная реакция может стать предпочтительной даже при отсутствии благоприятствующих ей факторов равновесной термодинамики при удалении по меньшей мере одного продукта обратной реакции. В одном примере
осуществления регенерированный реагент (продукт обратной или реакции регенерации) содержит гидроксид, такой как гидроксид щелочного металла. Этот гидроксид может извлекаться такими способами, как сольватация или возгонка. В последнем случае гидроксид щелочного металла в неизменяемом состоянии возгоняется при температуре в диапазоне от около 350 до 400°С. Такие реакции могут поддерживаться в системах энергетических установок из предыдущих патентных заявок Mills. Как было раскрыто ранее, тепловая энергия от производящей мощность ячейки может обеспечивать теплоту для по меньшей мере одной другой ячейки, подвергающейся регенерации. В качестве варианта, равновесие реакций образования катализатора ШО и обратной реакции регенерации может быть сдвинуто изменением температуры водяного экрана, предусмотренного конструкцией системы, которая благодаря хладагенту имеет температурный градиент в выбранной области ячейки, как было раскрыто ранее.
В одном воплощении галогенид и оксид могут подвергнуться реакции обмена. Продукты реакции обмена могут быть отделены друг от друга. Реакция обмена может осуществляться посредством нагревания смеси продуктов. Разделение может быть выполнено сублимацией, которая может реализовываться с помощью по меньшей мере одного из нагревания и приложения вакуума. В одном примере осуществления СаВг2 и СиО могут подвергнуться реакции обмена благодаря нагреванию до высокой температуры, такой как в диапазоне от около 700°С до 900°С, с образованием СиВгг и СаО. Может применяться и любой другой подходящий диапазон температур, такой как диапазон от около 100°С к 2000°С. СиВгг может быть отделен и собран с помощью сублимации, которая может обеспечиваться приложением тепла и низкого давления. СиВгг может образовывать отдельный слой. СаО может быть приведен во взаимодействие с ШО для образования Са(ОН)г.
В одном воплощении твердое топливо или энергетически эффективный материал содержит источник синглетного кислорода. Модельная реакция для получения синглетного кислорода:
NaOCl + ШО2 в О2 + NaCl + ШО (188)
В другом воплощении твердое топливо или энергетически эффективный материал содержит источник или реагенты для реакции Фентона, такие как ШОг.
В одном воплощении низкоэнергетические разновидности водорода и соединения синтезируются с помощью катализатора, содержащего по меньшей мере одно из Н и О, такого как ШО. Реакционная смесь для синтеза модельного низкоэнергетического водородного соединения МНХ, в котором М является щелочным и может быть другим металлом, таким как щелочноземельный при том, что данное соединение имеет
соответствующую стехиометрию, Н является гидрино, таким как гидрид гидрино, и X является анионом, таким как галогенид, содержит источник М и X, такой как галогенид щелочного металла, такой как КС1, и металлический восстановитель, такой как щелочной металл, диссоциатор водорода, такой как Ni, например, Ni сито или R-Ni, и, необязательно, носитель, такой как углерод, источник водорода, такой как по меньшей мере один из гидрида металла, такой как МН, который может замещать М и газообразный Ш, и источник кислорода, такой как оксид металла или соединение, содержащее кислород. Подходящие примеры оксидов металлов представлены БегОз, СггОз и МО. Температура реакции может поддерживаться в диапазоне от около 200°С до 1500°С или от около 400°С до 800°С. Реагенты могут находиться в любых желательных пропорциях. Реакционная смесь для образования КНС1 может содержать К, М сито, КС1, газообразный водород и по меньшей мере одно из РегОз, СГ2О3 и МО. Примеры массовых количеств и условий представляют 1,6 г К, 20 г КС1, 40 г М сита, эквимолярные К количества кислорода из оксидов металлов, такие как 1,5 г РегОз и 1,5 г МО, 1 атм Ш и температуру реакции около 550-600°С. Реакция приводит к образованию ШО катализатора при взаимодействии Н с О из оксида металла, и Н реагирует с катализатором для образования гидрино и ионов гидрида гидрино, которые образуют продукт в форме КНС1. Реакционная смесь для образования KHI может содержать К, М сито, KI, газообразный водород и по меньшей мере одно из РегОз, СГ2О3 и МО. Примеры массовых количеств и условий представляют 1 г К, 20 г KI, 15 г R-M 2800, эквимолярные К количества кислорода из оксидов металлов, такие как 1 г РегОз и 1 г МО, 1 атм Ш и температуру реакции около 450-500°С. Реакция приводит к образованию ШО катализатора при взаимодействии Н с О из оксида металла, и Н реагирует с катализатором для образования гидрино и ионов гидрида гидрино, которые образуют продукт в форме KHI. В одном воплощении продуктом по меньшей мере одного из ячейки СШТ, ячейки SF-CIHT, твердого топлива или химического источника тока является Ш(1/4), который вызывает направленный в область сильного поля матричный сдвиг Н ЯМР. В одном воплощении присутствие компонентов гидрино, таких как атом или молекула гидрино в твердой матрице, такой как матрица гидроксида, такого как NaOH или КОН, заставляет матричные протоны смещаться в сторону сильного поля. Матричные протоны, такие как протоны из NaOH или КОН, могут обмениваться. В одном воплощении такой сдвиг может привести к локализации матричного пика в диапазоне от около -0,1 до -5 м.д. относительно TMS.
В одном воплощении возможно выполнение реакции регенерации гидроксида и смеси галогенидного соединения, такой как Си(ОН)2 + СиВгг, добавлением по меньшей мере одного из Ш и ШО. Продукты, такие как галогениды и оксиды, могут быть
выделены возгонкой галогенида. В одном воплощении ШО может добавляться к реакционной смеси под условиями нагревания для того, чтобы вызывать образование из продуктов реакции галогенида и гидроксида, таких как СиВгг и Си(ОН)2. В одном воплощении регенерация может достигаться проведением этапа термоциклирования. В одном воплощении галогенид, такой как CuBri, является растворимым в воде, тогда как гидроксид, такой как Си(ОН)2, нерастворим. Регенерированные соединения могут выделяться с помощью фильтрации или осаждения. Химические реактивы могут быть высушенными с использованием тепловой энергии, получаемой от реакции. Теплота может рекуперироваться или отводиться водяным паром. Рекуперация может выполняться с помощью теплообменника или непосредственным использованием пара для нагревания или выработки электричества с помощью, например, турбины и генератора. В одном воплощении регенерация Си(ОН)г из СиО достигается при помощи расщепляющего ШО катализатора. Подходящими катализаторами являются благородные металлы на носителе, такие как Pt/АЬОз и C11AIO2, получаемый спеканием СиО и АЬОз, фосфат кобальта, борат кобальта, метилборат кобальта, борат никеля, РидОг, ЬаМпОз, БгТЮз, ТЮ2 и WO3. Модельным способом получения ШО-расщепляющего катализатора является контролируемый электролиз раствора Со2+ и Ni2+ в 0,1 М электролите с фосфатом-боратом калия, рН 9,2, при напряжении 0,92 и 1,15 В (по отношению к стандартному водородному электроду), соответственно. Примеры термически обратимых
твердотопливных циклов представляют
Т 100 2CuBr2 + Са(ОН)2 ~> 2СиО + 2СаВг2 + ШО (189)
Т 730 СаВг2 + 2ШО -> Са(ОН)2 + 2НВг (190)
Т 100 СиО + 2НВг -> СиВг2 + ШО (191)
Т 100 2СиВг2 + Си(ОН)2 -> 2СиО + 2СаВг2 + ШО (192)
Т 730 СиВг2 + 2ШО -> Си(ОН)2 + 2НВг (193)
Т 100 СиО + 2НВг -> СиВг2 + ШО (194)
В одном воплощении реакционная смесь твердого топлива с по меньшей мере одним из Ш в качестве реагента и ШО в качестве продукта и одним или несколькими из Ш или ШО в качестве по меньшей мере одного из реагента и продукта выбирается так, чтобы максимальная расчетная свободная энергия любой стандартной реакции была бы около нуля в пределах диапазона от -500 до +500 кДж/моль лимитирующего реактива или предпочтительно внутри диапазона от -100 до +100 кДж/моль лимитирующего реактива. Смесь реагентов и продуктов может поддерживаться при одном или нескольких из близкой к оптимальной температуры, при которой свободная энергия находится около нуля, и близкой к оптимальной температуры, при которой реакция является обратимой, с
целью обеспечения регенерации или стабильной мощности с продолжительностью, по меньшей мере более длительной, чем время реакции при отсутствии поддержания смеси и температуры. Температура может находиться внутри диапазона около +/-500°С или около +/-100°С от оптимума. Примерами смесей и температур реакции являются стехиометрическая смесь РегОз, Ш и ШО при 800 К и стехиометрические Sn, SnO, Ш и ШО при 800 К.
В одном воплощении, в котором по меньшей мере один щелочной металл М, такой как К или Li и пН (п = целое), ОН, О, 20, О2 и ШО используется в качестве катализатора, источник Н представлен по меньшей мере одним из гидрида металла, такого как МН, и для образования Н осуществляется реакция по меньшей мере одного металла М и гидрида металла МН с источником Н. Один продукт может быть окисленным М, таким как оксид или гидроксид. Реакция образования по меньшей мере одного из атомарного водорода и катализатора может быть реакцией переноса электронов или окислительно-восстановительной реакцией. Реакционная смесь может, кроме того, содержать по меньшей мере одно из Ш, диссоциатора Ш, такого как в настоящем раскрытии, такого как Ni сито или R-Ni, и электропроводящий носитель, такой как эти и другие диссоциаторы, а также носители по настоящему изобретению, такие как углерод и карбид, борид и карбонитрид. Модельная реакция окисления М или МН:
4МН + Fe203 в + ШО + Н(1/р) + М20 + МОН + 2Fe + М (195)
в которой по меньшей мере одно из ШО и М может служить в качестве катализатора для образования Н(1/р). Реакционная смесь может, кроме того, содержать газопоглотитель для гидрино, такой как представленное солью соединение, такое как соль галогенида, такое как соль галогенида щелочного металла, например, как КС1 или KI. Продукт может быть МНХ (М = металл, такой как щелочной металл; X - противоион, такой как галогенид; Н - соединение гидрино). Другие катализаторы гидрино могут заменять М, такие как представленные в настоящем раскрытии, например, в Таблице 1.
В одном воплощении источником кислорода выступает соединение, которое имеет теплоту образования, подобную теплоте образования воды, такую, что обмен кислородом между восстановленным продуктом соединения-источника кислорода и водородом происходит с минимальным выделением энергии. Подходящие примеры соединения-источника кислорода представляют CdO, CuO, ZnO, SO2, Se02 и ТеОг. Другими такими оксидами металлов, которые также могут быть ангидридами кислот или оснований, которые в качестве источника ШО катализатора могут подвергнуться реакциям дегидратации, являются МпОх, А10х и SiOx. В одном воплощении источник кислорода в виде оксидной пленки может покрывать источник водорода, такой как гидрид металла,
например, гидрид палладия. Реакция образования катализатора ШО и атомарного Н, которые далее реагируют с образованием гидрино, может инициироваться нагреванием оксида, покрывающего источник водорода, например, оксида металла, покрывающего гидрид палладия. Гидрид палладия с противоположной от источника кислорода стороны может быть покрыт непроницаемым для водорода слоем, таким как слой золотой пленки, чтобы заставить высвобождающийся водород избирательно мигрировать к источнику кислорода, такому как оксидная пленка, такому как оксид металла. В одном воплощении реакция образования катализатора гидрино и реакция регенерации содержат обмен 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 воплощении реакция обмена кислорода может включать такие реакции, которые применяются для термического получения газообразного водорода. Модельные термические способы представлены циклом оксида железа, циклом оксид церия (IV) -оксид церия (III), циклом цинк - оксид цинка, циклом сера - йод, циклом медь - хлор и гибридным циклом серы, а также другими, известными специалистам в данной области. В одном воплощении реакция образования катализатора гидрино и реакция регенерации, такая как реакция обмена кислорода, происходят одновременно в одной и той же реакционной емкости. Условия, такие как температура и давление, могут регулироваться так, чтобы обеспечивать одновременность протекания реакций. В качестве варианта, продукты могут извлекаться и восстанавливаться в по меньшей мере одной другой отдельной емкости, что может происходить под условиями, отличными от реакции генерирования энергии, представленной в настоящем раскрытии и предыдущих заявках Миллса.
В одном воплощении МШ-группа амида, такого как ЫТчГШ, используется в качестве катализатора при том, что потенциальная энергия составляет около 81,6 эВ, соответствуя m = 3 в Уравнении (5). Аналогично обратимым реакциям отщепления или присоединения ШО, протекающим между кислотой или основанием к ангидриду и наоборот, обратимая реакция между амидом и имидом или нитридом приводит к образованию NH2 катализатора, который далее взаимодействует с атомарным Н для образования гидрино. Обратимая реакция между амидом и по меньшей мере одним из имида и нитрида также может использоваться в качестве источника водорода, такого как атомарный Н.
В одном воплощении соединения гидрино, такие как молекулярное гидрино или ион гидрида гидрино, синтезируются реакцией Н и по меньшей мере одного из ОН и ШО катализатора. Соединения гидрино могут быть получены с помощью по меньшей мере
двух из группы металлов, таких как щелочные, щелочноземельные, переходные, внутренние переходные и редкоземельные металлы, Al, Ga, In, Ge, Sn, Pb, As, Sb и Те, гидрида металла, такого как LaNisH6 и другие из настоящего раскрытия, водного гидроксида, такого как гидроксид щелочного металла, такой как КОН в концентрации от 0,1 М и вплоть до насыщенной, носителя, такого как углерод, Pt/C, обработанный паром углерод, сажа, карбид, борид или нитрил, и кислорода. Подходящими модельными реакционными смесями для получения соединений гидрино, таких как молекулярное гидрино, являются: (1) Со PtC КОН (нас.) с и без О2; (2) Zn или Sn + ЬаМгШ + КОН (нас), (3) Со, Sn, Sb или Zn + 02 + СВ + КОН (нас), (4) Al СВ КОН (нас), (5) Sn покрытый Ni графит КОН (нас.) с и без 02, (6) Sn + SC или СВ + КОН (нас.) + 02, (7) Zn, Pt/C КОН (нас.) 02, (8) Zn R-Ni КОН (нас.) 02, (9), Sn LaNi5H6 КОН (нас.) 02, (10) Sb LaNi5H6 КОН (нас.) 02, (11) Со, Sn, Zn, Pb или Sb + КОН (нас. акв.) + К2СО3 + CB-SA и (12) LiNH2 LiBr и LiH или Li и Ш или источник его и, необязательно, диссоциатор водорода, такой как Ni или R-Ni. Дополнительные реакционные смеси содержат расплавленный гидроксид, источник водорода, источник кислорода и диссоциатор водорода. Примеры модельных реакционных смесей, подходящих для образования соединений гидрино, таких как молекулярное гидрино, представлены (1) М(Ш) LiOH-LiBr воздух или Ог, (2) Ni(H2) NaOH-NaBr воздух или Ог и (3) Ni(H2) KOH-NaBr воздух или Ог.
В одном воплощении продукт по меньшей мере одной из химической и реакции ячейки SF-CIHT и СШТ образования гидрино является соединением, содержащим гидрино или низкоэнергетические разновидности водорода, такие как Ш(1/р) в комплексе с неорганическим соединением. Такое соединение может содержать оксианионное соединение, такое как щелочной или щелочноземельный карбонат или гидроксид, или другие подобные соединения данного раскрытия. В одном воплощении продукт содержит
" М7СО,-Н7 (1/4) МОН-НЛ\1АЛ
по меньшей мере одно из комплексных соединении 2 i 24 7 и 24 '
(М = щелочной или другой катион по настоящему изобретению). Продукт, может быть
идентифицирован ToF-SIMS (время-пролетная масс-спектроскопия вторичных ионов) в
М{М2СО,-Н2(\14))\
виде серии ионов в положительной части спектра, содержащих v v //п) и
м(кон-н2(\/4)У
v v //л) соответственно, где п является целым числом и целое число р> 1
может быть заменено на 4. В одном воплощении соединение, содержащее кремний и кислород, такое как Si02 или кварц, может служить в качестве газопоглотителя для Нг(1/4). Газопоглотитель Ш(1/4) может содержать переходный металл, щелочной металл,
щелочноземельный металл, внутренний переходный металл, редкоземельный метал, комбинации металлов, сплавы, такие как сплавы Мо, и аккумулирующие водород материалы, такие как раскрываемые в настоящем раскрытии.
Низкоэнергетические водородные соединения, синтезируемые способами по настоящему изобретению, могут иметь формулы МН, МШ или М2Н2, в которых М является катионом щелочного металла и Н является гидрид-ионом с увеличенной энергией связи или атомом водорода с увеличенной энергией связи. Данное соединение может иметь формулу МНП, в котором п рано 1 или 2, М является щелочноземельным катионом и Н является гидрид-ионом с увеличенной энергией связи или атомом водорода с увеличенной энергией связи. Соединение может иметь формулу МНХ, в которой М является щелочным катионом, X - одним из нейтрального атома, такого как атом галогена, молекулы или однозарядного отрицательного аниона, такого как анион галогена, и Н является гидрид-ионом с увеличенной энергией связи или атомом водорода с увеличенной энергией связи. Соединение может иметь формулу МНХ, в которой М является щелочноземельным катионом, X - однозарядным отрицательным анионом и Н является гидрид-ионом с увеличенной энергией связи или атомом водорода с увеличенной энергией связи. Соединение может иметь формулу МНХ, в которой М является щелочноземельным катионом, X - двухзарядным отрицательным анионом и Н является атомом водорода с увеличенной энергией связи. Соединение может иметь формулу МгНХ, в которой М является катионом щелочного металла, X - однозарядным отрицательным анионом и Н является гидрид-ионом с увеличенной энергией связи или атомом водорода с увеличенной энергией связи. Соединение может иметь формулу МНП, в котором п является целым числом, М представляет катион щелочного металла и водородная составляющая Нп соединения содержит по меньшей мере одну разновидность водорода с увеличенной энергией связи. Соединение может иметь формулу МгНп, в которой п является целым числом, М представляет катион щелочноземельного металла и водородная составляющая Нп соединения содержит по меньшей мере одну разновидность водорода с увеличенной энергией связи. Соединение может иметь формулу МгХНп, в которой п является целым числом, М представляет катион щелочноземельного металла, X -однозарядным отрицательным анионом и водородная составляющая Нп соединения содержит по меньшей мере одну разновидность водорода с увеличенной энергией связи. Соединение может иметь формулу М2Х2Н11, в которой п равно 1 или 2, М представляет катион щелочноземельного металла, X - однозарядный отрицательный анион и водородная составляющая Нп соединения содержит по меньшей мере одну разновидность водорода с увеличенной энергией связи. Соединение может иметь формулу М2Х3Н, в
которой М является щелочноземельным катионом, X - однозарядным отрицательным анионом и Н является гидрид-ионом с увеличенной энергией связи или атомом водорода с увеличенной энергией связи. Соединение может иметь формулу МгХНп, в которой п равно 1 или 2, М представляет катион щелочноземельного металла, X - двухзарядный отрицательный анион и водородная составляющая Нп соединения содержит по меньшей мере одну разновидность водорода с увеличенной энергией связи. Соединение может иметь формулу МгХХ'Н, в которой М является щелочноземельным катионом, X -однозарядным отрицательным анионом, X' - двухзарядным отрицательным анионом и Н является гидрид-ионом с увеличенной энергией связи или атомом водорода с увеличенной энергией связи. Соединение может иметь формулу ММ'НП, в которой п является целым числом от1 до 3, М представляет катион щелочноземельного металла, М' - катион щелочного металла и водородная составляющая Нп соединения содержит по меньшей мере одну разновидность водорода с увеличенной энергией связи. Соединение может иметь формулу ММ'ХНП, в которой п равно 1 или 2, М представляет катион щелочноземельного металла, М' - катион щелочного металла, X - однозарядный отрицательный анион и водородная составляющая Нп соединения содержит по меньшей мере одну разновидность водорода с увеличенной энергией связи. Соединение может иметь формулу ММ'ХН, в которой М является щелочноземельным катионом, М' - катион щелочного металла, X - двухзарядный отрицательный анион и Н является гидрид-ионом с увеличенной энергией связи или атомом водорода с увеличенной энергией связи. Соединение может иметь формулу ММ'ХХ'Н, в которой М является щелочноземельным катионом, М' - катионом щелочного металла, X и X' являются однозарядным отрицательным анионом и Н является гидрид-ионом с увеличенной энергией связи или атомом водорода с увеличенной энергией связи. Соединение может иметь формулу МХХ'Нп, в котором п является целым числом от 1 до 5, М является катионом щелочного или щелочноземельного металла, X - одно- или двухзарядным отрицательным анионом, X' является металлом или металлоидом, элементом переходной группы, внутренним переходным элементом или редкоземельным элементом и водородная составляющая Нп соединения содержит по меньшей мере одну разновидность водорода с увеличенной энергией связи. Соединение может иметь формулу МНП, в которой п является целым числом, М - катионом, таким как элемент переходной группы, внутренний переходный элемент или редкоземельный элемент, водородный довольный Нп соединения содержит по меньшей мере одно водородные и водородная составляющая Нп соединения содержит по меньшей мере одну разновидность водорода с увеличенной энергией связи. Соединение может иметь формулу МХНП, в которой п является целым числом, М является
катионом, таким как катион щелочного металла, катион щелочноземельного металла, X -другим катионом, таким как катион элемента переходной группы, внутреннего переходного элемента или катион редкоземельного элемента, и водородная составляющая Нп соединения содержит по меньшей мере одну разновидность водорода с увеличенной
\КНтКС0Л
энергией связи. Соединение может иметь формулу L J", в которой каждый из m и
п представляет целое число и водородная составляющая т соединения содержит по меньшей мере одну разновидность водорода с увеличенной энергией связи. Соединение
[KHmKN03Y пХГ
может иметь формулу L J" , в которой каждый из m и п представляет целое
число, X - однозарядный отрицательный анион и водородная составляющая т соединения содержит по меньшей мере одну разновидность водорода с увеличенной
энергией связи. Соединение может иметь формулу ^ ^^31^ в которой п является целым числом и водородная составляющая Н соединения содержит по меньшей мере одну разновидность водорода с увеличенной энергией связи. Соединение может иметь формулу
[кнкон]
L J", в которой п является целым числом и водородная составляющая Н
соединения содержит по меньшей мере одну разновидность водорода с увеличенной энергией связи. Соединение, включающее анион или катион, может иметь формулу \МН М'Х]
L J", в которой каждое из m и п является целым числом, каждый из М и М
являются каждым катионом щелочного или щелочноземельного металла, X - одно- или
двухзарядным отрицательным анионом и водородная составляющая т соединения содержит по меньшей мере одну разновидность водорода с увеличенной энергией связи.
\МНтМ'Х'Т пХГ
Соединение, включающее анион или катион, может иметь формулу L J" , в
которой каждое из m и п является целым числом, каждый из М и М' являются каждым катионом щелочного или щелочноземельного металла, X и X' являются одно- или
двухзарядным отрицательным анионом и водородная составляющая т соединения содержит по меньшей мере одну разновидность водорода с увеличенной энергией связи. Такой анион может включать один из анионов данного раскрытия. Подходящие примеры однозарядных отрицательных анионов представлены ионом галогенида, гидроксидным ионом, гидрокарбонатным ионом или ионом нитрата. Подходящие примеры двухзарядных отрицательных анионов представляют карбонатный ион, оксид или ион сульфата.
В одном воплощении соединение водорода с увеличенной энергией связи или смесь содержат по меньшей мере одну низкоэнергетическую разновидность водорода,
такую как атом гидрино, ион гидрида гидрино и молекула дигидрино, заключенную в пространственной решетке, такой как кристаллическая решетка, такой как металлическая или ионная решетка. В одном воплощении такая решетка инертна по отношению к низкоэнергетическим водородным компонентам. Матрица может быть апротонной, такой как в случае заключенных в ней ионов гидрида гидрино. Соединение или смесь могут содержать по меньшей мере одно из Н(1/р), Ш(1/р) и Н"(1/р), заключенных в решетке соли, такой как соль щелочного или щелочноземельного металла, такая как галогенид. Примерами галогенидов щелочного металла являются КС1 и KI. В случае заключенного в ней Н"(1/р) в соли может полностью отсутствовать ШО. Другие подходящие решетки солей включают решетки из настоящего раскрытия. Низкоэнергетические разновидности водорода могут быть образованы катализом водорода с апротонным катализатором, таким как катализаторы из Таблицы 1.
Соединения настоящего изобретения предпочтительно имеют чистоту выше 0,1 атомного процента. Более предпочтительно чистота соединений превышает 1 атомный процент. Еще более предпочтительно чистота соединений превышает 10 атомных процентов. Наиболее предпочтительно чистота соединений превышает 50 атомных процентов. В еще одном воплощении чистота соединений превышает 90 атомных процентов. В еще одном воплощении чистота соединений превышает 95 атомных процентов.
В другом воплощении химического реактора образования гидрино ячейка для образования гидрино и высвобождения энергии, такой как тепловая энергия, включает камеру сгорания двигателя внутреннего сгорания, ракетного двигателя или газовой турбины. Реакционная смесь для производства катализатора и гидрино содержит источник водорода и источник кислорода. Источник катализатора может быть по меньшей мере одним из соединений, содержащих водород, и одним содержащим кислород. Такие компоненты или продукты дальнейших реакций могут быть по меньшей мере одним из компонентов, содержащих по меньшей мере одно из О и Н, например, Ш, Н, Н+, О2, Оз,
°3 , °3 , О, 0+, ШО, ШО+, ОН, ОН+, ОН", НООН, ООН", О", О2", °2 и °* . Катализатор может содержать кислород или разновидности водорода, такие как ШО. В еще одном воплощении катализатор содержит по меньшей мере одно из пН, пО (п = целое число), О2, ОН и катализатор ШО. Источник водорода, такой как источник водородных атомов, может содержать содержащее водород топливо, такое как газ Ш или углеводород. Водородные атомы могут быть произведены пиролизом углеводорода при сгорании углеводорода. Реакционная смесь может, кроме того, содержать диссоциатор водорода,
такой как таковые из настоящего раскрытия. Атомы Н могут быть также образованы диссоциацией водорода. Источник О может, кроме того, содержать О2 из воздуха. Реагенты могут, кроме того, содержать Н2О, которая может служить в качестве источника по меньшей мере одного из Н и О. В одном воплощении вода используется в качестве дальнейшего источника по меньшей мере одного из водорода и кислорода, которые могут обеспечиваться пиролизом НгО в ячейке. Вода может подвергаться диссоциации на водородные атомы в результате теплового или каталитического воздействия на поверхности, такой как поверхность цилиндра или поршневой головки. Такая поверхность может содержать материал для диссоциирования воды на водород и кислород. Диссоциирующий воду материал может содержать 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, активированный уголь (углерод) или интеркалированный Cs углерод (графит). Н и О могут реагировать с образованием катализатора и Н для образования гидрино. Источник водорода и кислорода может затягиваться через соответствующие отверстия или впуски, такие как впускные клапаны или трубопроводы. Продукты могут выпускаться через выпускные отверстия или выпускные каналы. Поток может регулироваться посредством управления скоростями впуска и выпуска через соответствующие отверстия.
В одном воплощении гидрино образуется при нагревании источника катализатора и источника водорода, такого как твердое топливо по настоящему изобретению. Нагревание может быть по меньшей мере одним из термального нагревания и ударного нагревания. Опытным путем с помощью рамановской спектроскопии было подтверждено, что гидрино образуются при размоле в шаровой мельнице твердого топлива, такого как смесь гидроксида и галогенида, такой как смесь, содержащая щелочные металлы, такие как Li. Например, пик обращенного комбинационного рассеяния измельченных в шаровой мельнице LiOH + Lil и LiOH + LiF наблюдается при 2308 см"1. Таким образом, подходящий пример смеси представлен LiOH + Lil или LiF. В одном воплощении по меньшей мере одно из термического и ударного нагревания достигается с помощью быстрой реакции. В этом случае обеспечивается дополнительная энергетически эффективная реакция образования гидрино.
VII. Твердотопливная ячейка индуцированного катализатором гидрино-перехода (SF-CIHT) и преобразователь энергии
В одном воплощении энергетическая установка, которая производит по меньшей
мере одно из прямой электрической энергии и тепловой энергии, содержит по меньшей мере одну емкость, реагенты, включающие: (а) по меньшей мере один катализатор или источник катализатора, содержащий возникающую Н2О; (Ь) по меньшей мере один источник атомарного водорода или атомарный водород; и (с) по меньшей мере один проводящий материал и проводящую матрицу и по меньшей мере один комплект электродов для удержания реагентов гидрино, источник электроэнергии для обеспечения кратковременных импульсов сильноточной электрической энергии, систему перезагрузки, по меньшей мере одну систему для регенерации исходных реагентов из продуктов реакции и по меньшей мере один прямой преобразователь, такой как по меньшей мере один из преобразователя плазмы в электричество, например, плазмодинамический преобразователь (PDC), фотоэлектрический преобразователь и по меньшей мере один преобразователь в электричество тепловой энергии. В одном следующем воплощении данная емкость способна выдерживать давление, по меньшей мере одно из атмосферного, выше атмосферного и ниже атмосферного; В одном воплощении система регенерации может содержать по меньшей мере одну из систем гидратации, тепловой, химической и электрохимической систем. В другом воплощении по меньшей мере один преобразователь прямого преобразования плазмы в электроэнергию может содержать по меньшей мере
один из группы плазмодинамического преобразователя энергии, ЕхВ прямого
преобразователя, магнитогидродинамического преобразователя,
магнитогидродинамического преобразователя энергии с магнитным зеркалом, преобразователя энергии дрейфа зарядов, жалюзного преобразователя энергии, гиротрона, микроволнового преобразователя энергии с группированием фотонов и фотоэлектрического преобразователя. В одном следующем воплощении по меньшей мере один преобразователь тепловой энергии в электричество может содержать по меньшей мере одно из группы теплового двигателя, парового двигателя, паровой турбины и генератора, газовой турбины и генератора, двигателя, работающего по циклу Рэнкина, двигателя, работающего по циклу Брайтона, двигателя Стерлинга, термоионного преобразователя энергии и термоэлектрического преобразователя энергии.
В одном воплощении ШО инициируется для образования гидрино с высоким высвобождением энергии в форме по меньшей мере одного из тепловой, плазменной и электромагнитной (световой) энергии. ("Зажигание" в настоящем раскрытии обозначает очень высокую скорость реакции Н в гидрино, которая может проявляться в форме взрыва, импульса или другой форме высвобождения энергии). ШО может содержать топливо, которое может быть инициироваться пропусканием сильного тока, например, в диапазоне от около 2000 А до 100 000 А. Это может быть достигнуто приложением
высокого напряжения, такого как от 5 ООО до 100 ООО В, чтобы прежде всего образовать сильнопроводящую плазму, такую как дуга. В качестве варианта, сильный ток может пропускаться через соединение или смесь, содержащую ШО при том, что удельная электропроводность получаемого топлива, такого как твердое топливо, является высокой. (В настоящем раскрытии понятия твердого топлива или энергетически эффективного материала применяются для обозначения реакционной смеси, которая образует катализатор, такой как НОН и Н, который далее реагирует с образованием гидрино. Однако реакционная смесь может иметь и другие физические состояния помимо твердого вещества. Реакционная смесь в воплощениях данного изобретения может иметь по меньшей мере одно состояние из газообразного, жидкого, твердого, суспендированного, геля-золя, раствора, смеси, аэросуспензии, газового потока и других состояний, известных специалистам в данной области). В одном воплощении реакционная смесь, содержащая ШО, содержит твердое топливо, имеющее очень низкое электрическое сопротивление. Такое низкое сопротивление может обеспечиваться проводящим компонентом реакционной смеси. В воплощениях данного изобретения величина сопротивления твердого топлива находится по меньшей мере в одном из диапазонов от около 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 от 10"4 Ом до 10"2 Ом. В другом воплощении топливо, имеющее высокое сопротивление, содержит ШО, содержащую следы или незначительную мольную процентную долю добавленного соединения или материала. В последнем случае сильный ток может пропускаться через топливо для достижения инициации, вызываемой пробоем, приводящим к образованию высокопроводящего состояния, такого как дуга или плазма дугового разряда.
В одном воплощении реагенты могут содержать источник ШО и проводящую матрицу для образования по меньшей мере одного из катализатора, источника катализатора, атомарного водорода и источника атомарного водорода. В одном следующем воплощении реагенты, содержащие источник ШО, могут содержать по меньшей мере одно из объемной ШО, состояния помимо объемной ШО, соединения или соединений, которые подвергаются по меньшей мере одному из реакции образования ШО и высвобождения связанной ШО. Помимо этого, связанная ШО может содержать соединение, которое взаимодействует с ШО при том, что ШО находится в по меньшей мере одном состоянии из абсорбированной ШО, связанной ШО, физически сорбированной ШО и гидратационной воды. В воплощениях данного изобретения реагенты могут содержать проводящий материал и одно или несколько соединений или материалов, которые подвергаются по меньшей мере одному из высвобождения объемной ШО, абсорбированной ШО, связанной ШО, физически сорбированной ШО и
гидратационной воды и имеют ШО в качестве продукта реакции. В других воплощениях по меньшей мере одно из источника возникающего катализатора ШО и источника атомарного водорода может содержать по меньшей мере одно из (а) по меньшей мере одного источника ШО; (Ь) по меньшей мере одного источника кислорода и (с) по меньшей мере одного источника водорода.
В дополнительных воплощениях реагенты для образования по меньшей мере одного из источника катализатора, катализатора, источника атомарного водорода и атомарного водорода содержат по меньшей мере одно из ШО и источника ШО, О2, ШО, НООН, ООН", иона пероксида, иона супероксида, гидрида, Ш, галогенида, оксида, оксигидроксида, гидроксида, кислородсодержащего соединения, гидратированного соединения, гидратированного соединения, выбранного из группы, содержащей по меньшей мере одно из галогенида, оксида, оксигидроксида, гидроксида, кислородсодержащего соединения; и проводящую матрицу. В некоторых воплощениях оксигидроксид может содержать по меньшей мере одно из группы TiOOH, GdOOH, СоООН, InOOH, FeOOH, GaOOH, NiOOH, AlOOH, CrOOH, MoOOH, CuOOH, MnOOH, ZnOOH и SmOOH; оксид может содержать по меньшей мере одно из группы СиО, СщО, СоО, С02О3, С03О4, FeO, РегОз, МО и М2О3; гидроксид может содержать по меньшей мере одно из группы Cu(OH)2, Со(ОН)2, Со(ОН)3, Fe(OH)2, Fe(OH)3 и М(ОН)2; кислородсодержащее соединение может содержать по меньшей мере одно из группы сульфата, фосфата, нитрата, карбоната, гидрокарбоната, хромата, пирофосфата, персульфата, перхлората, пербромата и периодата, МХОз, МХО4 (М = металл, такой как щелочной металл, такой как Li, Na, К, Rb, Cs; X = F, Br, CI, I), оксида магния-кобальта, оксида магния-никеля, оксида меди-магния, Li20, оксида щелочного металла, оксида щелочноземельного металла, СиО, СЮ4, ZnO, MgO, СаО, М0О2, ТЮ2, Zr02, Si02, AI2O3, МО, FeO, Fe203, Ta02, Ta205, VO, V02, V2O3, V2O5, Р2О3, Р2О5, В2О3, МЮ, Nb02, Nb205, Se02, Se03, Te02, ТеОз, W02, WO3, Cr304, Сг20з, Cr02, СгОз, СоО, C02O3, C03O4, FeO, РегОз, МО, M2O3, оксида редкоземельного металла, СеОг, La203, оксигидроксида, TiOOH, GdOOH, СоООН, InOOH, FeOOH, GaOOH, NiOOH, AlOOH, CrOOH, MoOOH, CuOOH, MnOOH, ZnOOH и SmOOH и проводящая матрица может содержать по меньшей мере одно из группы металлического порошка, углерода, карбида, борида, нитрида, карбонитрила, такого как TiCN, или нитрила.
В воплощениях данного изобретения реагенты могут содержать смесь металла, оксида этого металла и ШО при том, что реакция металла с ШО не является термодинамически благоприятной. В других воплощениях реагенты могут содержать смесь метала, галогенида металла и ШО при том, что реакция металла с ШО не является
термодинамически благоприятной. В дополнительных воплощениях реагенты могут содержать смесь переходного метала, галогенида щелочноземельного металла и Н2О при том, что реакция металла с ШО не является термодинамически благоприятной. И в дальнейших воплощениях реагенты могут содержать смесь проводящего материала, гигроскопичного материала и ШО. В воплощениях данного изобретения проводящий материал может содержать металлический порошок или углеродный порошок при том, что реакция металла или углерода с ШО не является термодинамически благоприятной. В воплощениях данного изобретения гигроскопичный материал может содержать по меньшей мере одно из группы бромида лития, хлорида кальция, хлорида магния, хлорида цинка, карбоната калия, фосфата калия, карналлита, такого как KMgCh 6ШО, двойной соли цитрата железа и цитрата аммония, гидроксида калия и гидроксида натрия и концентрированной серной и фосфорной кислот, целлюлозных волокон, сахара, карамели, меда, глицерина, этанола, метанола, дизельного топлива, метамфетамина, химического удобрения, соли, осушителя, диоксида кремния, активированного угля, гипса, хлорида кальция, молекулярных сит, цеолита, влагопоглотителя, хлорида цинка, хлорида кальция, гидроксида калия, гидроксида натрия и гигроскопичной соли. В некоторых воплощениях энергетическая система может содержать смесь из проводящего материала, гигроскопичных материалов и ШО при том, что диапазоны относительных молярных количеств (металл/проводящий материал), (гигроскопичный материал), (ШО) составляют по меньшей мере один из от около (0,000001 до 100000), (от 0,000001 до 100000), (от 0,000001 до 100000); (от 0,00001 до 10000), (от 0,00001 до 10000), (от 0,00001 до 10000); (от 0,0001 до 1000), (от 0,0001 до 1000), (от 0,0001 до 1000); (от 0,001 до 100), (от 0,001 до 100), (от 0,001 до 100); (от 0,01 до 100), (от 0,01 до 100), (от 0,01 до 100); (от 0,1 до 10), (от 0,1 до 10), (от 0,1 до 10); и (от 0,5 до 1), (от 0,5 до 1), (от 0,5 до 1). В некоторых воплощениях металл, реакция которого с ШО является термодинамически неблагоприятной, может быть представлен по меньшей мере одним 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 дополнительных воплощениях реагенты могут быть регенерированы в результате добавления ШО.
В дальнейших воплощениях реагенты могут содержать смесь метала, оксида данного металла и ШО при том, что данный оксид металла способен к восстановлению Ш при температуре ниже 1000°С. В других воплощениях реагенты могут содержать смесь оксида, который не способен легко восстанавливаться Ш при умеренной температуре, металла, имеющего оксид, способный к восстановлению Ш до металла при температуре менее 1000°С, и ШО. В воплощениях данного изобретения металл, имеющий оксид,
способный к восстановлению Ш до металла при температуре ниже 1000°С, может быть представлен по меньшей мере одним 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 воплощениях данного изобретения оксид металла, который не способен легко восстанавливаться Ш при умеренном нагревании, включает по меньшей мере один из оксида алюминия, щелочноземельного оксида и редкоземельного оксида.
В воплощениях данного изобретения твердое топливо может содержать углерод или активированный уголь и ШО при том, что данная смесь регенерируется при повторной гидратации, содержащей добавление ШО. В дальнейших воплощениях реагенты могут содержать по меньшей мере одно из суспензии, раствора, эмульсии, композиционного материала и соединения. В воплощениях данного изобретения ток от источника электроэнергии для обеспечения кратковременных импульсов сильноточной электрической энергии достаточен для того, чтобы заставить реагенты гидрино подвергаться реакции образования гидрино с очень высокой скоростью. В воплощениях данного изобретения источник электроэнергии для обеспечения кратковременных импульсов сильноточной электрической энергии содержит по меньшей мере одно из следующего: напряжение выбирается таким, чтобы вызвать сильный переменный ток, постоянный ток или смесь постоянного тока и переменного тока величина которого находится в по меньшей мере одном диапазоне от 100 А до 1 ООО ООО А, от 1 кА до 100 ООО А, от 10 к А до 50 к А; плотность постоянного тока или пиковая плотность переменного тока находится в по меньшей мере одном диапазоне от 100 А/см2 до 1 000 000 А/см2, от 1000 А/см2 до 100 000 А/см2 и от 2000 А/см2 до 50 000 А/см2; напряжение ограничивается удельной электропроводностью твердого топлива или энергетически эффективного материала при том, что напряжение задается желательной величиной тока, умноженной на сопротивление образца твердого топлива или энергетически эффективного материала; напряжение постоянного или пиковое напряжение переменного тока может находиться в по меньшей мере одном диапазоне, выбираемом из от около 0,1 В до 500 кВ, от 0,1 В до 100 кВ и от 1 В до 50 кВ, а частота переменного тока может находиться в диапазоне от около 0,1 Гц до 10 ГГц, от 1 Гц до 1 МГц, от 10 Гц до 100 кГц и от 100 Гц до 10 кГц. В воплощениях данного изобретения сопротивление образца твердого топлива или энергетически эффективного материала находится в по меньшей мере одном диапазоне, выбираемом из от около 0,001 мОм до 100 МОм, от 0,1 Ом до 1 МОм и от 10 Ом до 1 кОм, а удельная электропроводность подходящей нагрузки на единицу площади электрода, эффективная с точки зрения образования гидрино, находится в по меньшей мере одном диапазоне, выбираемом из от около 10"10 Ом"1 см"2 до 106 Ом"
1-см2, 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 и от 1 Ом"1 см"2 до 10 Ом"1 см"2.
В одном воплощении твердое топливо является проводящим. В воплощениях данного изобретения сопротивление участка, таблетки или аликвоты твердого топлива находится в по меньшей мере одном из диапазонов от около 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 и от 10"3 Ом до 10"2 Ом. В одном воплощении скорость реакции гидрино зависит от приложения или нарастания сильного тока. Реакция катализа гидрино, такая как энергетически эффективная реакция катализа гидрино, может инициироваться протеканием через проводящее топливо сильного низковольтного тока. Выделение энергии может быть очень большим и возможно образование ударной волны. В одном воплощении напряжение выбирается так, чтобы вызвать сильный переменный ток, постоянный ток или смесь постоянного и переменного тока, который вызывает инициацию, а именно, сильный ток в по меньшей мере одном диапазоне от 100 А до 1 000 000 А, от 1 к А до 100 000 А, от 10 к А до 50 к А. Плотность тока может находиться в по меньшей мере одном диапазоне от 100 А/см2 до 1 000 000 А/см2, от 1000 А/см2 до 100 000 А/см2 и от 2000 А/см2 до 50 000 А/см2 топлива, которое может содержать таблетку, такую как спрессованная таблетка. Напряжение постоянного или пиковое напряжение переменного тока может находиться в по меньшей мере одном диапазоне из выбираемых от около 0,1 В до 100 кВ, от 0,1 В до 1 кВ, от 0,1 В до 100 В и от 0,1 В до 15 В. Частота переменного тока может быть в диапазоне от около 0,1 Гц до 10 ГГц, от 1 Гц до 1 МГц, от 10 Гц до 100 кГц и от 100 Гц до 10 кГц. Длительность импульсов может находиться в по меньшей мере одном диапазоне из выбираемых от около 10"6 с до 10 с, от 10"5 с до 1 с, от 10"4 с до 0,1 с и от 10"3 с до 0,01 с.
В одном воплощении твердое топливо или энергетически эффективный материал содержит ШО или источник ШО. Мольное процентное содержание ШО может находиться в диапазоне по меньшей мере от около 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 воплощении скорость реакции гидрино зависит от приложения или нарастания сильного тока. В одном воплощении напряжение выбирается так, чтобы вызвать сильный переменный ток, постоянный ток или смесь постоянного и переменного тока, величина которого находится в по меньшей мере одном диапазоне от 100 А до 1 000 000 А, от 1 кА до 100 000 А, от 10 кА до 50 кА. Плотность постоянного или пиковая плотность переменного тока может находиться в по меньшей мере одном диапазоне от 100 А/см2 до
1 ООО ООО А/см2, от 1000 А/см2 до 100 000 А/см2 и от 2000 А/см2 до 50 000 А/см2. В одном воплощении напряжение ограничивается удельной электропроводностью твердого топлива или энергетически эффективного материала. Сопротивление образца твердого топлива или энергетически эффективного материала находится в по меньшей мере одном диапазоне, выбираемом из от около 0,001 мОм до 100 МОм, от 0,1 Ом до 1 МОм и от 10 Ом до 1 кОм. Удельная электропроводность подходящей нагрузки на единицу площади электрода, эффективной с точки зрения образования гидрино, находится в по меньшей мере одном диапазоне, выбираемом из от около 10"10 Ом"1 см"2 до 106 Ом"1 см"2, от 10"5 Ом" 1-см2 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 и от 1 Ом"1 см"2 до 10 Ом"1 см"2. В одном воплощении напряжение задается желательной величиной тока, умноженной на сопротивление образца твердого топлива или энергетически эффективного материала. В модельном случае, при котором сопротивление имеет порядок 1 мОм, напряжение является невысоким, таким как <10 В. В модельном случае по существу чистой ШО, когда сопротивление по существу бесконечно, прикладываемое для достижения необходимого для зажигания сильного тока напряжение должно быть высоким, таким, как превосходящее напряжение пробоя ШО, например, около 5 кВ или выше. В воплощениях настоящего изобретения постоянное или пиковое напряжение переменного тока может находиться по меньшей мере в одном диапазоне, выбираемом из от около 0,1 В до 500 кВ, от 0,1 В до 100 кВ и от 1 В до 50 кВ. Частота переменного тока может быть в диапазоне от около 0,1 Гц до 10 ГГц, от 1 Гц до 1 МГц, от 10 Гц до 100 кГц и от 100 Гц до 10 кГц. В одном воплощении постоянное напряжение разряжается для создания содержащей ионизированную ШО плазму при том, что ток оказывается недодемпфированным и осциллирует при затухании.
В одном воплощении высокий импульс тока достигается при разряде конденсаторов, таких как суперконденсаторы, которые могут быть соединены по меньшей мере одним из последовательного и параллельного способов для достижения желательного напряжения и тока при том, что ток может быть постоянным током или обусловленным элементами схемы, такими как трансформатор, такой как низковольтный трансформатор, известный специалистам в данной области. Конденсатор может быть заряженным от источника электроэнергии, такого как сетевое электропитание, генератор, топливный элемент или батарея. В одном воплощении ток подается от батареи. В одном воплощении подходящая частота, напряжение и форма кривой тока могут быть обеспечены энергопреобразованием выходной мощности конденсаторов или батареи.
Твердое топливо или энергетически эффективный материал могут содержать
проводящий материал, или проводящую матрицу, или носитель, такой как металл, углерод или карбид, и ШО или источник ШО, такой как соединение или соединения, которые могут вступать в реакции с образованием ШО или могут высвобождать связанную ШО, такие как соединения по настоящему изобретению. Твердое топливо может содержать ШО, соединение или материал, который взаимодействует с ШО, и проводящий материал. ШО может быть представлена в ином, помимо объемной ШО состоянии, таком как поглощенная или связанная ШО, такая как физически абсорбированная ШО или гидратационная вода. В качестве варианта, ШО может быть представлена как объемная ШО в смеси, которая является хорошо проводящей или приведенной в высокопроводящее состояние приложением подходящего напряжения. Твердое топливо может содержать ШО и материал или соединение, такое как металлический порошок или углерод, которое обеспечивает высокую удельную электропроводность, и материал или соединение, такое как оксид, такой как оксид металла, для способствования образованию Н и возможности существования катализатора НОН. Модельное твердое топливо может содержать R-Ni индивидуально или с добавками, такими как добавки переходных металлов и А1, при том, что R-Ni высвобождает Н и НОН посредством разложения гидратированного АЬОз и А1(ОН)з. Подходящие примеры твердого топлива включают по меньшей мере один оксигидроксид, такой как TiOOH, GdOOH, СоООН, InOOH, FeOOH, GaOOH, NiOOH, AlOOH, CrOOH, MoOOH, CuOOH, MnOOH, ZnOOH и SmOOH, проводящую матрицу, такую как по меньшей мере одно из металлического порошка и углеродного порошка, и, необязательно, ШО. Твердое топливо может содержать по меньшей мере один гидроксид, такой как гидроксид переходного металла, такой как по меньшей мере один из Си(ОН> 2, Со(ОН> 2, Fe(OH> 2 и М(ОН)г, гидроксида алюминия, такого как А1 (ОН)з, проводящий материал, такой как по меньшей мере один из углеродного порошка и металлического порошка, и, необязательно, ШО. Твердое топливо может содержать по меньшей мере один оксид, такой как по меньшей мере один из оксида переходного металла, такой как по меньшей мере один из СиО, СщО, МО, М2О3, FeO и РегОз, проводящий материал, такой как по меньшей мере один из углеродного порошка и металлического порошка, и ШО. Твердое топливо может содержать по меньшей мере один галогенид, такой как галогенид металла, такой как галогенид щелочноземельного металла, такой как MgCb, проводящий материал, такой как по меньшей мере один из углеродного порошка и металлического порошка, такой как Со или Fe, и ШО. Твердое топливо может содержать смесь твердых топлив, такую как содержащая по меньшей мере два из гидроксида, оксигидроксида, оксида и галогенида, таких как галогенид металла, по меньшей мере один проводящий материал или проводящую матрицу и ШО. Проводящий материал может содержать по
меньшей мере одно металлическое сито с покрытием из одного или нескольких других компонентов реакционной смеси, которая содержит твердое топливо, R-Ni, металлический порошок, такой как порошок переходного металла, Ni или Со целмет, углерод, карбид или другой проводящий материал, или проводящий носитель, или проводящую матрицу, известные специалистам в данной области. В одном воплощении по меньшей мере один проводящий материал твердого топлива на основе Н2О содержит металл, такой как металлический порошок, такой как по меньшей мере один из переходного металла, такой как Cu, А1 и Ag.
В одном воплощении твердое топливо содержит углерод, такой как активированный уголь, и ШО. В случае, когда зажигание для образования плазмы происходит под вакуумом или инертной атмосферой, после получения из плазмы электричества конденсирующийся из плазмы углерод может быть повторно гидратирован для преобразования в твердое вещество в регенеративном цикле. Твердое топливо может содержать по меньшей мере одно из смеси кислой, основной или нейтральной ШО и активированного угля, древесного угля, мягкого древесного угля, по меньшей мере одно из пара и обработанного водородом углерода и металлический порошок. В одном воплощении металл углеродно-металлической смеси является по меньшей мере частично нереагирующим с ШО. Подходящие металлы, которые являются по меньшей мере частично устойчивыми к взаимодействию с ШО, представлены по меньшей мере одним 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 восстановлена повторной гидратацией, включающей добавление ШО.
В одном воплощении основными необходимыми реагентами являются источник Н, источник О и хорошо проводящая матрица, делающая возможным прохождение по материалу сильного тока в процессе зажигания. Твердое топливо или энергетически эффективный материал могут находиться в герметизированной емкости, такой как герметизированная металлическая емкость, такой как герметизированная алюминиевая емкость. Твердое топливо или энергетически эффективный материал может быть приведен во взаимодействие низковольтным, сильноточным импульсом, таким как создаваемый аппаратом для точечной сварки, например, обеспечиваемое удержанием между двумя медными электродами аппарата точечной сварки Taylor-Winfield модели ND-24-75, и подверганием воздействию кратковременных импульсов сильноточной электрической энергии. 60 Гц напряжение может составлять от около 5 до 20 В эффективного напряжения (RMS) и может обеспечиваться ток от около 10 ООО до 40 000 А/см2.
Модельные энергетически эффективные материалы и условия представлены по меньшей мере одним из TiOOH, GdOOH, СоООН, InOOH, FeOOH, GaOOH, NiOOH, AlOOH, CrOOH, MoOOH, CuOOH, MnOOH, ZnOOH, SmOOH, Ni203H20, La203H20 и Na2S04H20, покрытого Ni ячеечным экраном в виде суспензии, высушенным и затем подвергнутым воздействию электрического импульса, имеющего около 60 Гц, 8 В эффективного напряжения и 40 ООО А/см2.
В одном воплощении твердое топливо или энергетически эффективный материал содержат Н20, диспергирующий агент и диссоциатор для образования возникающих Н20 и Н. Подходящими модельными диспергирующими агентами и диссоциаторами являются галоидные соединения, такие как галогенид металла, такой как галогенид переходного металла, такой как бромид, такой как FeBr2, соединение, которое образует гидрат, такое как CuBr2, и такие соединения, как оксиды и галогениды, содержащие металл, способный проявлять свойства поливалентности. Другие содержат оксиды, оксигидроксиды или гидроксиды, такие как таковые из переходных элементов, например, СоО, Со2Оз, С03О4, СоООН, Со(ОН)2, Со(ОН)3, NiO, Ni203, NiOOH, Ni(OH)2, FeO, Fe203, FeOOH, Fe(OH)3, CuO, Cu20, CuOOH и Cu(OH)2. В других воплощениях переходный металл заменен другим, таким как щелочной, щелочноземельный, внутренний переходный, редкоземельный металл и металлы Групп 13 и 14. Подходящими примерами являются La203, Се02 и LaX3 (X = галогенид). В другом воплощении твердое топливо или энергетически эффективный материал содержат Н20 в виде гидрата неорганического соединения, такого как оксид, оксигидроксид, гидроксид или галогенид. Другими подходящими гидратами являются металлические соединения по настоящему изобретению, такие как по меньшей мере одно из группы сульфата, фосфата, нитрата, карбоната, гидрокарбоната, хромата, пирофосфата, персульфата, гипохлорита, хлорита, хлората, перхлората, гипобромита, бромита, бромата, перхлората, гипойодита, йодита, йодата, периодата, гидросульфата, гидро- или дигидрофосфата, других металлических соединений с оксианионом и галогенидов металлов. Мольные соотношения диспергирующего агента и диссоциатора, такого как оксид металла или галоидное соединение, может быть любым желаемым, приводящим к явлению зажигания. Подходящие отношения молей по меньшей мере одного соединения к молям Н20 находятся в по меньшей мере одном диапазоне от около 0,000001 до 100000, от 0,00001 до 10000, от 0,0001 до 1000, от 0,01 до 100, от 0,1 до 10 и от 0,5 до 1 при том, что такое соотношение определяется как (моли соединения/моли Н20). Твердое топливо или энергетически эффективный материал могут, кроме того, содержать проводящий материал или проводящую матрицу, такие как по меньшей мере одно из металлического
порошка, такого как порошок переходного металла, Ni или Со целмет, порошок углерода, карбид или другой проводящий материал, или проводящий носитель, или проводящая матрица, известные специалистам в данной области. Подходящие отношения молей гидратированного соединения, содержащего по меньшей мере одно соединение и Н2О, к молям проводящий материала находятся в по меньшей мере одном диапазоне из от около 0,000001 до 100000, от 0,00001 до 10000, от 0,0001 до 1000, от 0,01 до 100, от 0,1 до 10 и от 0,5 до 1 при том, что такое соотношение определяется как (моли гидратированного соединения/моли проводящий материала).
В одном воплощении реагент регенерируется из продукта добавлением ШО. В одном воплощении твердое топливо или энергетически эффективный материал содержат ШО и проводящую матрицу, подходящую для прохождения через гидратированный материал низковольтного, сильного тока по настоящему изобретению с тем, чтобы привести к зажиганию. Проводящий матричный материал может быть по меньшей мере одним из металлической поверхности, металлического порошка, углерода, порошка углерода, карбида, борида, нитрида, карбонитрила, такого как TiCN, нитрила, другого из настоящего раскрытия или известного специалистам в данной области. Добавление ШО для образования твердого топлива или энергетически эффективного материала или для регенерации их из продуктов может быть непрерывным или периодическим.
Твердое топливо или энергетически эффективный материал может содержать смесь проводящей матрицы, оксида, такого как смесь металла и соответствующего оксида металла, такого как переходный металл, и по меньшей мере одного из его оксидов, такого как выбираемый из Fe, Cu, Ni ИЛИ СО, И ШО. ШО может находиться в форме гидратированного оксида. В других воплощениях реагент металл/оксид металла содержит металл, который имеет низкую реакционную способность по отношению к ШО, соответствуя оксиду, легко допускающему его восстановление до металла, или металл, не подвергающийся окислению в течение реакции гидрино. Подходящий модельный металл, имеющий низкую реакционную по отношению к ШО, выбирается из 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. Такой металл может быть в течение реакции преобразован в оксид. Продукт в виде оксида, соответствующего данному металлическому реагенту, может быть восстановлен в исходный металл восстановлением водородом с помощью систем и способов, известных специалистам в данной области. Водородное восстановление может происходить при повышенной температуре. Водород может поставляться в результате электролиза ШО. В другом воплощении металл восстанавливается из оксида восстановлением углем, восстановлением с использованием такого восстановителя, как
более активный по отношению к кислороду металл, или электролизом, таким как электролиз в расплавленной соли. Образование металла из оксида может быть достигнуто с применением систем и способов, известных специалистам в данной области. Мольные количества металла по отношению к оксиду металла и к Н2О могут быть любыми желательными, приводящими к зажиганию при подвергании воздействию низковольтного, сильноточного импульса электричества в соответствии с настоящим раскрытием. Подходящие диапазоны относительных молярных количеств (металла), (оксида металла), (ШО) составляют по меньшей мере один из от около (0,000001 до 100000), (от 0,000001 до 100000), (от 0,000001 до 100000); (от 0,00001 до 10000), (от 0,00001 до 10000), (от 0,00001 до 10000); (от 0,0001 до 1000), (от 0,0001 до 1000), (от 0,0001 до 1000); (от 0,001 до 100), (от 0,001 до 100), (от 0,001 до 100); (от 0,01 до 100), (от 0,01 до 100), (от 0,01 до 100); (от 0,1 до 10), (от 0,1 до 10), (от 0,1 до 10); и (от 0,5 до 1), (от 0,5 до 1), (от 0,5 до 1). Твердое топливо или энергетически эффективный материал могут содержать по меньшей мере одно из суспензии, раствора, эмульсии, композиционного материала и соединения.
Твердое топливо или энергетически эффективный материал могут содержать смесь проводящей матрицы, галогенида, такого как смесь первого металла и соответствующего галогенида первого металла или галогенида второго металла, и ШО. ШО может находиться в форме гидратированного галогенида. Галогенид второго металла может быть более устойчивым, чем галогенид первого металла. В одном воплощении первый металл имеет низкую реакционную способность по отношению к ШО, соответствуя оксиду, легко допускающему его восстановление до металла, или металл, не подвергающийся окислению в течение реакции гидрино. Подходящий модельный металл, имеющий низкую реакционную по отношению к ШО, выбирается из 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. Мольные количества металла по отношению к галогениду металла и к ШО могут быть любыми желательными, приводящими к зажиганию при подвергании воздействию низковольтного, сильноточного импульса электричества в соответствии с настоящим раскрытием. Подходящие диапазоны относительных молярных количеств (металла), (галогенида металла), (ШО) составляют по меньшей мере один из от около (0,000001 до 100000), (от 0,000001 до 100000), (от 0,000001 до 100000); (от 0,00001 до 10000), (от 0,00001 до 10000), (от 0,00001 до 10000); (от 0,0001 до 1000), (от 0,0001 до 1000), (от 0,0001 до 1000); (от 0,001 до 100), (от 0,001 до 100), (от 0,001 до 100); (от 0,01 до 100), (от 0,01 до 100), (от 0,01 до 100); (от 0,1 до 10), (от 0,1 до 10), (от 0,1 до 10); и (от 0,5 до 1), (от 0,5 до 1), (от 0,5 до 1). Твердое топливо или энергетически эффективный материал могут
содержать по меньшей мере одно из суспензии, раствора, эмульсии, композиционного материала и соединения.
В одном воплощении твердое топливо или энергетически эффективный материал могут содержать проводящий материал, такой как проводящий материал из настоящего раскрытия, такой как металл или углерод, гигроскопичный материал и Н2О. Подходящими модельными гигроскопичными материалами являются бромид лития, хлорид кальция, хлорид магния, хлорид цинка, карбонат калия, фосфат калия, KMgCb • 6Н2О, двойная соль цитрата железа и цитрата аммония, гидроксид калия и гидроксид натрия и концентрированные серная и фосфорная кислоты, целлюлозные волокна (такие как хлопок и бумага), сахар, карамель, мед, глицерин, этанол, метанол, дизельное топливо, метамфетамин, многие химические удобрения, соли (включая поваренную соль) и большой выбор других веществ, известных специалистам в данной области, а также влагопоглотители, такие как диоксид кремния, активированный уголь, гипс, хлорид кальция и молекулярные сита (в типичном случае цеолиты) или расплывающиеся за счет поглощения влаги материалы, такие как хлорид цинка, хлорид кальция, гидроксид калия, гидроксид натрия и многие другие расплывающиеся соли, известные специалистам в данной области. Подходящие диапазоны относительных молярных количеств (металла), (гигроскопичного материала), (ШО) составляют по меньшей мере один из от около (0,000001 до 100000), (от 0,000001 до 100000), (от 0,000001 до 100000); (от 0,00001 до 10000), (от 0,00001 до 10000), (от 0,00001 до 10000); (от 0,0001 до 1000), (от 0,0001 до 1000), (от 0,0001 до 1000); (от 0,001 до 100), (от 0,001 до 100), (от 0,001 до 100); (от 0,01 до 100), (от 0,01 до 100), (от 0,01 до 100); (от 0,1 до 10), (от 0,1 до 10), (от 0,1 до 10); и (от 0,5 до 1), (от 0,5 до 1), (от 0,5 до 1). Твердое топливо или энергетически эффективный материал могут содержать по меньшей мере одно из суспензии, раствора, эмульсии, композиционного материала и соединения.
В модельном энергетически эффективном материале 0,05 мл (50 мг) ШО было добавлено к 20 мг либо С03О4, либо СиО, которые были закупорены в алюминиевой чашечке для дифференциальной сканирующей калориметрии (DSC) (алюминиевый 30 мкл тигель, D:6,7x3 (Setaram, S08/HBB37408) с алюминиевой крышечкой D: 6,7, штампованная, негерметичная (Setaram, S08/HBB37409)) и зажиганы током между 15 000 и 25 000 А при около 8 В эффективного напряжения с помощью аппарата для точечной сварки Taylor-Winfield, ND-24-75. Наблюдался большой выброс энергии, который приводил к испарению образцов в форме энергетически эффективной, высокоионизированной, расширяющейся плазмы. Другое модельное твердое топливо, инициировавшееся таким же способом и с подобным результатом, содержит Си (42,6 мг)
+ CuO (14,2 мг) + ШО (16,3 мг), которые были закупорены в алюминиевой чашечке для DSC (71,1 мг) (алюминиевый 30 мкл тигель, D:6,7x3 (Setaram, S08/HBB37408) с алюминиевой крышечкой D: 6,7, штампованная, герметичная (Setaram, S08/HBB37409)).
В одном воплощении твердое топливо или энергетически эффективный материал содержит источник возникающего ШО катализатора и источник Н. В одном воплощении твердое топливо или энергетически эффективный материал являются проводящими или содержат проводящий матричный материал для того, чтобы сделать смесь источника возникающего катализатора ШО и источника Н электропроводящей. Источником по меньшей мере одного из источника возникающего катализатора ШО и источника Н является соединение или смесь соединений и материал, который содержит по меньшей мере О и Н. Соединение или материал, который содержит О, может быть по меньшей мере одним из оксида, гидроксида и оксигидроксида, такого как оксид, гидроксид и оксигидроксид щелочного, щелочноземельного, переходного металла, внутреннего переходного металла, редкоземельного металла и металла групп 13 и 14 . Соединение или материал, которые содержат О, могут быть сульфатом, фосфатом, нитратом, карбонатом, гидрокарбонатом, хроматом, пирофосфатом, персульфатом, перхлоратом, перброматом и периодатом, МХОз, МХО4 (М = металл, такой как щелочной металл, такой как Li, Na, К, Rb, Cs; X = F, Br, CI, I), оксид магния-кобальта, оксид никеля-магния, оксид меди-магния, Li20, оксид щелочного металла, оксид щелочноземельного металла, СиО, СЮ4, ZnO, MgO, СаО, М0О2, Ti02, Zr02, Si02, AI2O3, NiO, FeO, Fe203, Ta02, Ta205, VO, V02, V2O3, V2O5, P2O3, P2O5, B2O3, NbO, Nb02, Nb205, Se02, Se03, Te02, ТеОз, W02, WO3, Cr304, СггОз, СгОг, СгОз, редкоземельный оксид, такой как СеОг или La203, оксигидроксид, такой как TiOOH, GdOOH, СоООН, InOOH, FeOOH, GaOOH, NiOOH, AlOOH, CrOOH, MoOOH, CuOOH, MnOOH, ZnOOH и SmOOH. Модельными источниками H являются ШО, соединение, которое связывает или абсорбирует ШО, такое как гидрат, гидроксид, оксигидроксид или гидросульфат, гидро- или дигидрофосфат и углеводород. Проводящий матричный материал может быть по меньшей мере одним из металлического порошка, углерода, углеродного порошка, карбида, борида, нитрида, карбонитрила, такого как TiCN, или нитрила. Проводящие материалы по настоящему изобретению могут в различных воплощениях находиться в различной физической форме, такой как объемная форма, твердая частица, порошок, нанопорошок и другие формы, известные специалистам в данной области, которые приводят к приданию твердому топливу или энергетически эффективному материалу, содержащему смесь с проводящим материалом, свойств электропроводности.
Модельные твердые топлива или энергетически эффективные материалы содержат
по меньшей мере одно из ШО и проводящей матрицы. В одном примере осуществления твердое топливо содержит ШО и металлический проводящий материал, такой как переходный металл, такой как Fe в форме Fe металлического порошкообразного проводящего материала, и соединение Fe, такое как гидроксид железа, оксид железа, оксигидроксид железа и галогенид железа, при том, что последний может заменять ШО, которая в виде гидрата служит в качестве источника ШО. Другие металлы могут заменять Fe в любой из их физических форм, таких как металлы и соединения, а также в таких состояниях, как объемное, лист, сито, сетка, проволока, твердая частица, порошок, нанопорошок, а также в виде твердого вещества, жидкости и газа. Проводящий материал может содержать углерод в одной или нескольких физических формах, таких как по меньшей мере одно из объемного углерода, углеродных частиц, углеродного порошка, углеродного аэрогеля, углеродных нанотрубок, активированного угля, графена, активированных КОН угля или нанотрубок, карбидного углерода, ткани из углеродного волокна и фуллерена. Подходящими модельными твердыми топливами или энергетически эффективными материалами являются СиВгг + ШО + проводящая матрица; Си(ОН> 2 + FeBr2 + проводящий матричный материал, такой как углеродный или металлический порошок; FeOOH + проводящий матричный материал, такой как углеродный или металлический порошок; Cu(OH)Br + проводящий матричный материал, такой как углеродный или металлический порошок; А100Н или А1(ОН)з + А1 порошок при том, что обеспечивается снабжение реакций добавками Ш для образования гидрино вследствие реакции А1 с ШО, образующейся при разложении А100Н или А1(ОН)з; ШО в проводящих наночастицах, таких как углеродные нанотрубки и фуллерен, которые могут быть активированными паром, и ШО в металлизированных цеолитах при том, что возможно использование диспергирующего агента для смачивания гидрофобного материала, такого как углерод; NH4NO3 + ШО + NiAl порошкообразный сплав; LiNH2 + 1лЖ)з + порошок Ti; LiNH2 + LiN03 + Pt/Ti; LiNH2 + NH4NO3 + порошок Ti; BH3NH3 + NH4NO3; BH3NH3 + CO2, SO2, NO2, а также нитраты, карбонаты, сульфаты; LiH + NH4NO3 + переходный металл, редкоземельный металл, А1 или другой окисляющийся металл; NH4NO3 + переходный металл, редкоземельные металлы, А1 или другой окисляющийся металл; NH4NO3 + R-Ni; Р2О5 с любым гидроксидом по настоящему изобретению, LiN03, LiC104 и S2O8 + проводящая матрица; и источник Н, такой как гидроксид, оксигидроксид, аккумулирующий водород материал, такой как один или несколько из настоящего раскрытие, дизельное топливо и источника кислорода, который также может быть акцептором электронов, таким как Р2О5 и другие ангидриды кислот, такие как СО2, SO2 или NO2.
Твердое топливо или энергетически эффективный материал для образования гидрино могут содержать по меньшей мере один очень реакционноспособный или энергетически эффективный материал, такой как NH4NO3, тритонал, RDX, PETN и другие из настоящего раскрытия. Твердое топливо или энергетически эффективный материал могут, помимо этого, содержать по меньшей мере одно из проводника, проводящей матрицы или проводящего материала, такого как металлический порошок, углерод, порошкообразный углерод, карбид, борид, нитрид, карбонитрил, такой как TiCN, или нитрил, углеводород такой как дизельное топливо, оксигидроксид, гидроксид, оксид, и ШО. В одном примере осуществления твердое топливо или энергетически эффективный материал содержат высокореакционноспособный или энергетически эффективный материал, такой как NH4NO3, тритонал, RDX и PETN и проводящую матрицу, такую как по меньшей мере одна из металлического порошка, такого как А1, или порошка переходного металла и углеродного порошка. Твердое топливо или энергетически эффективный материал могут быть введены в реакцию с помощью сильного тока, как это указывается в настоящем раскрытии. В одном воплощении твердое топливо или энергетически эффективный материал, кроме того, содержат сенсибилизатор, такой как покрытые стеклом микросферы.
A. Плазмодинамический преобразователь (PDC)
Масса положительно заряженного иона плазмы по меньшей мере в 1800 раз больше массы электрона; таким образом, циклотронная орбита является в 1800 раз большей. Этот результат позволяет захватывать электроны магнитным способом линиями магнитного поля, в то время как ионы могут дрейфовать. Для обеспечения напряжения на плазмодинамическом преобразователе может происходить разделение зарядов.
B. Магнитогидродинамический (МЕТР) преобразователь
Разделение зарядов, основанное на образовании массового потока ионов в поперечном магнитном поле, является технологией, известной как магнитогидродинамическое (MHD) преобразование энергии. Положительные и отрицательно заряженные ионы под воздействием силы Лоренца движутся в противоположных направлениях и попадают на соответствующие МНЕ) электроды, влияя на напряжение между ними. Типичный способ МНЕ) для образования массового потока ионов состоит в расширении через форсунку затравленного ионами газа высокого давления для создания высокоскоростного потока через поперечное магнитное поле с набором МНЕ) электродов, располагающих поперечно по отношению к отклоняющему полю для принятия отклоненных ионов. В настоящем раскрытии давление в типичном случае превышает атмосферное, что не является обязательным, и направленный массовый
поток может обеспечиваться в результате реакции твердого топлива с образованием высокоионизированной радиально расширяющейся плазмы.
C. Преобразователь прямого преобразования электромагнитного излучения
(поперечное поле или дрейф), Е х В прямой преобразователь
Дрейф ведущего центра заряженных частиц в магнитных и поперечных электрических полях может использоваться для разделения и сбора зарядов на
пространственно разделенных ЕхВ электродах. Поскольку такое устройство извлекает энергию частиц, перпендикулярных к направляющему полю, расширение плазмы может
не являться необходимым. Действие теоретического ЕхВ преобразователя основывается на различиях в инерции между ионами и электронами, которая является источником разделения зарядов и генерирования напряжения на противоположных относительно
направлений поперечного поля ЕхВ электродах. Также независимым образом или в
комбинации с ЕхВ накоплением может применяться накопление дрейфа.
D. Преобразователь дрейфа зарядов
Преобразователь прямого преобразования энергии, описанный Timofeev и Glagolev [A.V.Timofeev, "A scheme for direct conversion of plasma thermal energy into electrical energy," Sov. J. Plasma Phys., том 4, № 4, июль-август, (1978), стр. 464-468; V.M.Glagolev и A.V.Timofeev, "Direct Conversion of thermonuclear into electrical energy a drakon system," Plasma Phys. Rep., том 19, №12, декабрь (1993), стр. 745-749] основывается на инжекции заряда к дрейфующим отделенным положительным ионам с целью извлечения энергии плазмы. Этот преобразователь дрейфа зарядов имеет градиент магнитного поля в направлении, поперечном к направлению источника магнитного потока В и При этом источник магнитного потока В имеет искривление силовых линий. В обоих случаях дрейф отрицательно и положительно заряженных ионов ведет к их движению в противоположных направлениях перпендикулярно плоскости, образуемой В и направлением градиента магнитного поля, или плоскости, в которой В имеет искривление. В каждом случае разделенные ионы генерируют напряжение на противоположных конденсаторах, которые являются параллельными в плоскости, с сопутствующим уменьшением тепловой энергии ионов. Электроны принимаются на одном электроде преобразователя дрейфа зарядов, а положительные ионы принимаются на другом. Так как подвижность ионов значительно ниже подвижности электронов, инжекция электронов может выполняться непосредственно или "выпариванием" их из нагретого электрода преобразователя дрейфа зарядов. Потеря мощности является небольшой без значительных расходов на энергетический баланс.
Е. Магнитное удержание
Считается, что импульс ударного воздействия или зажигание происходят тогда, когда Н катализ с образованием гидрино ускоряется до очень высокой степени. В одном воплощении плазма, образующаяся в результате ударного воздействия или зажигания, является расширяющейся плазмой. Магнитогидродинамика (MHD) представляет собой подходящую для этого случая систему и способ преобразования. В качестве варианта, в одном воплощении плазма является ограничиваемой. В этом случае преобразование может быть достигнуто с помощью по меньшей мере одного плазмодинамического преобразователя, магнитогидродинамического преобразователя, прямого
электромагнитного (поперечное поле или дрейф) преобразователя, ЕхВ прямого преобразователя и преобразователя дрейфа зарядов. В этом случае в дополнение к SF-CIHT ячейке и вспомогательному оборудованию, содержащему системы обеспечения зажигания, перезагрузки, регенерации, подготовки горючего и преобразования энергии плазмы в электроэнергию, установка по производству электроэнергии, кроме того, содержит систему удержания плазмы. Такое удержание может быть достигнуто с помощью магнитных полей, таких как соленоидальные поля. Магниты могут включать по меньшей мере одно из постоянных магнитов и электромагнитов, таких как по меньшей мере один из неохлаждаемых, водоохлаждаемых и магнитов со сверхпроводящей обмоткой с соответствующей криогенной системой управления, которая содержит по меньшей мере одно из дьюара с жидким гелием, дьюара с жидким азотом, дефлекторов излучения, которые могут быть содержащими медь, глубоковакуумной изоляции, экранов для защиты от излучения и крионасоса и компрессора, которые могут питаться от выходной мощности генератора на основе гидрино. Магниты могут представлять собой разомкнутые катушки, такие как катушки Гельмгольца. Плазма может, кроме того, удерживаться в магнитной бутылке и другими системами и способами, известными специалистам в данной области.
Два или более магнитных зеркала могут образовывать магнитную бутылку для удержания плазмы, образующейся в результате катализа Н при образовании гидрино. Теоретические основы удержания приводятся в предыдущих заявках автора настоящего изобретения, таких как " Microwave Power Cell Chemical Reactor, And Power Converter", PCT/US02/06955. поданная 3/7/02 (краткая версия). PCT/US02/06945. поданная 3/7/02 (длинная версия), номер заявки US 10/469,913, поданной 9/5/03, включенных здесь во всей их полноте посредством ссылки. Созданные в центральной области бутылки ионы будут двигаться по спирали вдоль ее оси, но будут отражаться магнитными зеркалами на каждом конце бутылки. Более энергичные ионы с высокими величинами скоростной
компоненты, параллельной желательной оси, будут вырываться из бутылки на ее концах. Таким образом, в одном воплощении бутылка способна генерировать по существу линейный поток ионов, направленный от концов магнитной бутылки к гидродинамическому преобразователю. Так как электроны, благодаря их более низкой по сравнению с положительными ионами массы, могут предпочтительно удерживаться, в плазмодинамическом воплощении настоящего изобретения возникает разность потенциалов. Энергия протекает между анодом, контактирующим с удерживаемыми электронами, и катодом, таким как стенка удерживающей емкости, которая захватывает положительные ионы. Энергия может рассеиваться во внешней нагрузке.
F. Твердотопливная ячейка индуцированного катализатором гидрино-перехода (SF-CIHT)
Химические реагенты настоящего изобретения могут именоваться твердотопливными или энергетически эффективными материалами, или и так, и так. Твердое топливо может исполнять роль и тем самым включать энергетически эффективный материал, когда создаются и поддерживаются условия, приводящие к очень высокой кинетике реакции образования гидрино. В одном воплощении скорость реакции гидрино зависит от приложения или нарастания сильного тока. В одном воплощении ячейки SF-CIHT реагенты для образования гидрино подвергаются воздействии невысокого напряжения, сильного тока, мощный импульс которого вызывает очень быструю скорость реакции и выделение энергии. Такая скорость может быть достаточной для создания ударной волны. В одном примере осуществления 60 Гц напряжение в пике составляет менее 15 В, максимальный ток обеспечивается между 10 ООО А/см2 и 50 ООО А/см2 и энергия составляет между 150 ООО Вт/см2 и 750 000 Вт/см2. Другие величины частоты, напряжения, тока и энергии являются подходящими, когда находятся в диапазонах, составляющих от около 1/100 до 100 от этих параметров. В одном воплощении скорость реакции гидрино зависит от приложения или нарастания сильного тока. В одном воплощении напряжение выбирается так, чтобы вызвать сильный переменный ток, постоянный ток или смесь постоянного и переменного тока, величина которого находится в по меньшей мере одном диапазоне от 100 А до 1 000 000 А, от 1 кА до 100 000 А, от 10 кА до 50 кА. Плотность постоянного или пиковая плотность переменного тока может находиться в по меньшей мере одном диапазоне от 100 А/см2 до 1 000 000 А/см2, от 1000 А/см2 до 100 000 А/см2 и от 2000 А/см2 до 50 000 А/см2. Напряжение постоянного или пиковое напряжение переменного тока может находиться в по меньшей мере одном диапазоне из выбираемых от около 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
диапазоне от около 0,1 Гц до 10 ГГц, от 1 Гц до 1 МГц, от 10 Гц до 100 кГц и от 100 Гц до 10 кГц. Длительность импульсов может находиться в по меньшей мере одном диапазоне из выбираемых от около 10"6 с до 10 с, от 10"5 с до 1 с, от 10"4 с до 0,1 си от 10"3 с до 0,01 с.
В ходе катализа Н в гидрино электроны от катализатора НОН ионизируются энергией, поступающей от Н, который катализируется в НОН. Этапы катализа являются следующими: (1) атомарный водород реагирует с акцептором энергии, являющимся катализатором, при том, что энергия переносится от атомарного водорода к катализатору, который образует положительные ионы и ионизированные электроны вследствие акцептирования энергии; (2) далее отрицательный электрон Н опускается на более низкую оболочку, располагающуюся ближе к положительно заряженному протону, чтобы образовать меньший водородный атом, гидрино, высвобождая энергию для генерирования электричества или теплоты в зависимости от проекта системы; (3) положительные ионы катализатора получают обратно свои утраченные электроны для преобразования катализатора для следующего цикла с высвобождением исходной энергии, принятой от Н (атомарного водорода). Сильный ток ячейки SF-CIHT противостоит эффекту ограничения накопления заряда от катализатора, теряющего свои электроны, чтобы привести к катастрофически высокой скорости реакции. Эти электроны (этап 2) могут быть проводимыми в прикладываемом сильном токе схемы, чтобы препятствовать самоограничению реакции катализа при наращивании заряда. Такой сильный ток может, кроме того, вызвать электронно-стимулируемый переход или электронно-стимулируемый каскад, при котором один или большее количество протекающих электронов увеличивают скорость, с которой электрон атома водорода (Н) подвергается переходу с образованием гидрино. Сильный ток может приводить к резкому затуханию или к катастрофическому увеличению скорости реакции гидрино. Генерируемая благодаря гидрино энергия плазмы может быть непосредственно преобразована в электричество.
Ударное воздействие производится быстрой кинетикой, что, в свою очередь, вызывает массовую электронную ионизацию. В воплощениях данного изобретения плазменная энергия от зажигания твердого топлива преобразуется в электроэнергию с помощью по меньшей мере одного специально предназначаемого для превращения энергии плазмы в электрическую преобразователя, такого как по меньшей мере один из
МНЕ), PDC и ЕхВ прямых преобразователей. Подробная информация об этих и других плазменно-электрических преобразователях энергии дается в предыдущих публикациях автора настоящего изобретения, таких как R. М. Mayo, R. L. Mills, М. Nansteel, "Direct Plasmadynamic Conversion of Plasma Thermal Power to Electricity," IEEE Transactions on Plasma Science, октябрь, (2002), том 30, №5, стр. 2066-2073; R. M. Mayo, R. L. Mills, M.
Nansteel, "On the Potential of Direct and MFID Conversion of Power from a Novel Plasma Source to Electricity for Microdistributed Power Applications," IEEE Transactions on Plasma Science, август, (2002), том. 30, №4, стр. 1568-1578; R. M. 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, июнь 10-13, (2002), стр. 1-4 ("предыдущие публикации Миллса по вопросу преобразования энергии плазмы"), которые во всей их полноте включены здесь посредством ссылки, и в предыдущих заявках автора настоящего изобретения, таких как "Microwave Power Cell, Chemical Reactor, And Power Converter", PCT/US02/06955, поданная 3/7/02 (краткая версия), PCT/US02/06945, поданная 3/7/02 (длинная версия), номер заявки US 10/469,913 поданной 9/5/03; "Plasma Reactor And Process For Producing Lower-Energy Hydrogen Species", PCT/US04/010608, поданная 4/8/04, US 10/552,585, поданная 10/12/15; и "Hydrogen Power, Plasma, and Reactor for Lasing, and Power Conversion", PCT/US02/35872, поданная 11/8/02, US 10/494,571, поданная 5/6/04 ("предыдущие публикации Миллса по вопросу преобразования энергии плазмы"), включенные здесь во всей их полноте посредством ссылки.
Энергия плазмы, преобразуемая в электричество, рассеивается во внешней цепи. Как демонстрируется расчетами и экспериментально в предыдущих публикациях Миллса по вопросу преобразования энергии плазмы, может быть достигнуто преобразование более 50% плазменной энергии в электричество. Так же, как и плазма, каждой SF-CIHT ячейкой вырабатывается теплота. Теплота может использоваться непосредственно или преобразовываться в механическую или электрическую энергию с помощью известных специалистам в данной области преобразователей, таких как тепловые двигатели, например, паровой двигатель или паровая или газовая гидротурбина и генератор, двигатель, работающий по циклу Рэнкина или Брайтона, или двигатель Стерлинга. Для преобразования энергии каждая SF-CIHT ячейка может быть состыкована с любым преобразователем тепловой энергии или плазмы в механическую или электроэнергию, описанным в предыдущих публикациях Миллса, а также с другими известными специалистам в данной области преобразователями, такими как тепловой двигатель, паро-или газотурбинная система, двигатель Стерлинга либо термоионный или термоэлектрический преобразователь. Кроме того, плазменные преобразователи включают по меньшей мере одно из плазмодинамического преобразователя энергии,
ЕхВ прямого преобразователя, магнитогидродинамического преобразователя, магнитогидродинамического преобразователя энергии с магнитным зеркалом, преобразователя энергии дрейфа зарядов, жалюзного преобразователя энергии, гиротрона,
микроволнового преобразователя энергии с группированием фотонов и фотоэлектрического преобразователя, раскрытых в предыдущих публикациях Миллса. В одном воплощении ячейка содержит по меньшей мере один цилиндр двигателя внутреннего сгорания, как указывается в предыдущих публикациях Миллса по вопросу преобразования тепловой энергии, предыдущих публикациях Миллса по вопросу преобразования энергии плазмы и в предыдущих заявках Миллса.
Показанный на Фигуре 1 генератор энергии на основе твердотопливной ячейки индуцированного катализатором гидрино-перехода (SF-CIHT) содержит по меньшей мере одну SF-CIHT ячейку 1, имеющую конструкционную опорную раму 1а, содержащую по меньшей мере два электрода 2, которые удерживают образец, таблетку, порцию или аликвоту твердого топлива 3, и источник 4 электроэнергии для пропускания через топливо 3 кратковременных импульсов низковольтной, высокоточной электрической энергии. Ток инициирует топливо с высвобождением энергию из образующихся гидрино. Энергия представлена в форме тепловой энергии и высоко ионизированной плазмы топлива 3, пригодной к непосредственному преобразованию в электричество. (Здесь "инициирует или образует импульс ударного воздействия" относится к установлению высокой кинетики реакции гидрино вследствие сильного тока пропускаемого через топливо.) Плазма может быть плазмой с ионизирующими добавками для увеличения удельной электропроводности или длительности сохранения электропроводности. В одном воплощении для получения плазмы, затравленной несущими заряд ионами, к по меньшей мере одному из твердого топлива и плазмы может быть добавлена химическая композиция, такая как элемент или соединение, например, щелочной металл или соединение щелочного металла, такое как К2СО3. В одном воплощении плазма содержит источник затравляющих ионов, такой как щелочной металл или соединение щелочного металла, который поддерживает электропроводность, когда плазма охлаждается. Модельными источниками электрической энергии для обеспечения зажигания твердого топлива с тем, чтобы образовать плазму, может быть аппарат для точечной сварки Taylor-Winfield, модель ND-24-75, и испытательный генератор МИП (микросекундные импульсные помехи) тока CSS 500N10, 8/20 мкс, вплоть до 10 кА. В одном воплощении в качестве источника 4 электроэнергии используется постоянный ток, и преобразователь энергии плазмы в электрическую является подходящим для магнитного поля постоянного тока. Подходящие преобразователи, способные работать с магнитным полем постоянного
тока, являются магнитогидродинамическими, плазмодинамическими и ЕхВ преобразователями энергии.
В одном воплощении модельная смесь твердого топлива содержит порошок
переходного металла, его оксид и ШО. Тонкодисперсный порошок может пневматическим способом распыляться в искровой промежуток, образующийся между электродами 2, когда они открываются. В другом воплощении топливо содержит по меньшей мере одно из порошка и суспензии. Топливо может вводиться в желательную область, которая ограничивается между электродами 2, для зажигания сильным током. Для лучшего удержания порошка электроды 2 могут иметь половины типа выступ-впадина, которые образуют камеру для вмещения топлива. В одном воплощении топливо и электроды 2 могут быть противоположно электростатически заряженными с тем, чтобы топливо затекало в межэлектродную область и электростатически удерживалось в желательной области каждого электрода 2, где оно зажигается.
В одном воплощении показанного на Фигуре 1 генератора поверхности электродов 2 могут быть параллельными гравитационным линиям, и порошок 3 твердого топлива может под действием силы тяжести вытекать из располагающегося выше бункера 5 в виде прерывистого потока, цикличность импульсов которого соответствует габаритам электродов 2 в отношении того, как они открываются для приема порошкообразного топлива 3 и закрываются для зажигания топливного потока. В еще одном воплощении электроды 2, кроме того, содержат на своих концах ролики 2а, которые разделены небольшим зазором, заполняемым топливным потоком. Электропроводящее топливо 3 замыкает цепь между электродами 2, в результате чего протекающий между ними сильный ток зажигает топливо. Топливный поток 3 может быть прерывистым для того, чтобы не допускать разрыва топливного потока расширяющейся плазмой.
В еще одном воплощении электроды 2 содержат набор зубчатых колес 2а, поддерживаемых конструктивным элементом 2Ь. Данный набор зубчатых колес может приводиться во вращение приводным зубчатым колесом 2с, приводимым в действие двигателем 2d зубчатого привода. Приводное зубчатое колесо 2с может, кроме того, служить в качестве теплоотвода для каждого зубчатого колеса 2а при том, что тепло может отводиться электродным теплообменником, таким как 10, который получает теплоту от приводного зубчатого колеса 2с. Зубчатые колеса 2а, такие как шевронные зубчатые колеса, каждое содержит целое число п зубьев при том, что топливо затекает в п-ый межзубцовый зазор или дно впадины зубчатого колеса, когда топливо в п-1 межзубцовом зазоре подвергается сжатию п-1 зубом сопряженного зубчатого колеса. В объеме настоящего изобретения находятся и другие геометрические характеристики или функции зубчатых приводов, такие как известные специалистам в данной области зубчатые приводы с многоугольным встречно-гребенчатым зацеплением или зубчатые приводы с треугольные зубьями, с косозубыми шестернями, спиральные шестерни и
шнеки. В одном воплощении топливо и желательный участок зубьев шестерни электродов 2а, такой как дно впадины зубчатого колеса, могут быть электростатически противоположно заряженными, так, чтобы топливо затекало и удерживалось под действием статического электричества в желательной области одного или обоих электродов 2а, где топливо инициируется, когда зубья входят в зацепление. В одном воплощении топливо 3, такое как тонкодисперсный порошок, пневматическим способом распыляется в желательном участке зубчатых колес 2а. В другом воплощении топливо 3 вводится в желательную область, которая будет ограничиваться между электродами 2а, такая как участок встречно-гребенчатого зацепления зубьев зубчатых колес 2а, с тем, чтобы инициироваться под действием сильного тока. В одном воплощении ролики или зубчатые колеса 2а поддерживают натяжение друг относительно друга, например, в результате воздействия пружины или с помощью пневматического либо гидравлического привода. Зацепление зубьев и сжатие приводит к электрическому контакту между сопряженными зубьями через проводящее топливо. В одном воплощении зубчатые колеса являются проводящими в области встречно-гребенчатого зацепления, которая входит в контакт с топливом в ходе зацепления, и являются изолирующими в других областях, таким образом, что ток через топливо протекает избирательно. В одном воплощении зубчатые колеса 2а включают керамические зубчатые колеса, на которые нанесено металлическое покрытие для придания им электропроводящих свойств в области встречно-гребенчатого зацепления, или электрически изолируются без заземляющего контура. Кроме того, приводное зубчатое колесо 2с может быть непроводящим или электрически изолированным без заземляющего контура. Электрический контакт и подача питания от электродов 2 к участкам зацепления зубьев может обеспечиваться с помощью щеток. Модельная щетка содержит угольный брусок или стержень, который выдвигается для контакта с зубчатым колесом, например, с помощью пружины.
В другом воплощении электрический контакт и подача питания от электродов 2 к участкам зацепления зубьев может обеспечиваться непосредственно через соответствующую ступицу шестерни и подшипники. Конструкционный элемент 2Ь может содержать электроды 2. Как показано на Фигуре 1, каждый электрод 2 из пары электродов может быть отцентрирован по каждому зубчатому колесу и соединен с центром каждого зубчатого колеса, чтобы выполнять функцию и конструкционного элемента 2Ь, и электрода 2 при том, что подшипники зубчатых колес, соединяющие каждое зубчатое колесо 2а с его валом или втулкой, выступают в качестве электрического контакта, а единственный контур заземления находится между входящими в контакт зубьями противостоящих зубчатых колес. В одном воплощении внешняя часть каждого зубчатого
колеса вращается вокруг его центральной втулки с тем, чтобы обеспечивать больший электрический контакт через дополнительные подшипники с большим радиусом. Втулка может также выступать в качестве крупного теплоотвода. Также к втулке для отвода теплоты от зубчатого колеса может присоединяться теплообменник 10 электрода. Теплообменник 10 может быть электрически изолированным от втулки тонким слоем изолятора, таким как электрический изолятор, имеющий высокий коэффициент теплопроводности, например, алмазной или подобной алмазу углеродной пленкой. Электризация зубчатых колес может быть синхронизирована во времени с помощью компьютера и переключающих транзисторов, таких как применяемые в бесщеточных электродвигателях постоянного тока. В одном воплощении питание на зубчатые колеса подается в периодическом режиме, таким образом, чтобы сильный ток протекал через топливо, когда зубчатые колеса входят в зацепление. Поток топлива может быть синхронизирован таким образом, чтобы совпадать с подачей топлива на зубчатые колеса, когда они входят в зацепление и когда вызывается прохождение тока через топливо. Происходящее в результате протекание сильного тока приводит к зажиганию топлива. Топливо может непрерывно протекать через зубчатые колеса или ролики 2а, которые вращаются, чтобы продвигать топливо через зазор. Топливо может непрерывно инициироваться при их вращении для заполнения пространства между электродами 2, включающего участки зацепления набора зубчатых колес или противоположных сторон набора роликов. В этом случае выработка энергии может быть стабилизированной. Полученная плазма расширяется в стороны от зубчатых колес и в одном воплощении перетекает к плазменно-электрическому преобразователю 6. Поток расширения плазмы может быть направлен вдоль оси, которая является параллельной валу каждого зубчатого колеса и поперечной к направлению протекания топливного потока 3. Осевой поток может быть направлен к PDC преобразователю 6, как показано на Фигуре 1, или к МНЕ) преобразователю. Кроме того, направленный поток может быть обеспечен с помощью удерживающих магнитов, таких как магниты катушек Гельмгольца или магнитная бутылка 6d.
Электроды могут быть по меньшей мере одними из непрерывно или периодически регенерируемых металлом из компонента твердого топлива 3. Твердое топливо может содержать металл в форме, которая расплавляется в процессе зажигания, такой как наклейка, пайка, сварка или сплав с поверхностью, для замены материала электрода 2а, такого как металл, эродированный или изношенный во время работы. Генератор энергии на основе ячейки SF-CIHT может, кроме того, содержать средства для восстановления формы электродов, такой как зубья зубчатых колес 2а. Такие средства могут содержать по
меньшей мере одно из литейной формы, дробилки и размалывающей машины. Последствия эрозии зубчатого колеса могут непрерывно восстанавливаться в процессе работы. Электроды зубчатого колеса ячейки SF-CIHT могут непрерывно восстанавливаться электроискровой обработкой (electrical discharge machining, EDM) или нанесением покрытия методом электроосаждения, таким как гальваностегия EDM. Специалистам в данной области известны такие системы и способы непрерывной реставрации зубчатых колес при работе в вакууме, как холодное напыление, высокотемпературное напыление или металлизация распылением.
В одном воплощении разработаны зубчатые колеса со встречно-гребенчатым зацеплением для того, чтобы захватывать избыточные порции твердого топлива, такого как являющийся высокопроводящим порошок твердого топлива. Участки зубчатого колеса, такие как каждый зуб и соответствующее дно впадины зубчатого колеса, по меньшей мере одно из рисунка геометрии и избирательной электризации имеют такими, что детонирует только одна порция из избыточного количества топлива. Отобранная порция может быть изолирована от контакта с поверхностями зубчатых колес неотобранным, недетонирующим топливом. Объемная форма топлива в области встречно-гребенчатого зацепления может быть такой, чтобы через отобранный меньший объем протекал ток, достаточно сильный для того, чтобы допускать детонацию; тогда как через окружающий больший объем мог бы проходить ток с плотностью ниже требующейся для детонации. В одном воплощении избыточное захваченное топливо проводит ток, который проходит по большой площади или объему топлива и концентрируется в меньшей зоне или объеме, где превышается пороговое значение тока для детонации, в результате чего детонация происходит в отобранной порции топлива, имеющей более высокую плотность тока. В одном воплощении отобранная порция топлива имеет более низкое сопротивление по сравнению с невыбранной порцией благодаря геометрии и избирательной электризации, которые определяет длину пути прохождения тока через порции топлива. В одном воплощении геометрия зубчатого колеса обеспечивает более высокое сжатие топлива на выбранном участке, чем в невыбранной зоне, таким образом, что сопротивление на выбранном участке оказывается ниже. В результате плотность тока на выбранном участке оказывается выше и превышает порог детонации. Напротив, в невыбранной зоне сопротивление выше. Соответственно, плотность тока в невыбранной зоне оказывается ниже и не достигает порога детонации. В одном примере осуществления выбранный участок содержит аликвоту топлива в форме песочных часов.
Окружающее избыточное, недетонирующее топливо нейтрализует по меньшей мере некоторые из условий, которые в ином случае приводили бы к эрозии зубчатых
колес, если бы те подвергались непосредственному воздействию условий, отсутствующих благодаря вмешательству твердого топлива, которое детонации не подвергается. Такие условия могут включать бомбардировку или воздействие по меньшей мере одного из высокой температуры, высокого давления, такого как возникающее вследствие ударной волны или избыточного давления взрыва, бомбардировки частицами, плазмой, электронами и ионами. Не прошедшее детонацию топливо может быть включено в систему регенерации топлива и подвергнуто рециркуляции. Представленные на Фигурах 1 и 2 системы восстановления и рециркуляции топлива могут содержать конденсатор 15 пара, спускной желоб 6а, устройство 13 извлечения продуктов/загрузки топлива, систему 14 регенерации и бункер 5.
В другом воплощении зубчатые колеса приводятся в движение соединенным с ними механизмом, таким как совершающая возвратно-поступательное движение тяга, приводимая в действие коленчатым валом, подобно системе и способу поршневой системы двигателя внутреннего сгорания. При проворачивании участков зубчатых колес противостоящих электродов в положение противозацепления противостоящие электроды прижимаются друг к другу, а после зажигания раздвигаются под действием присоединенного механизма. Противостоящие электроды могут быть любой желательной формы и могут быть избирательно наэлектризованными для обеспечения по меньшей мере одного из подвергания топлива большему сжатию в выбранной области и более высокой плотности тока в выбранной области. Противостоящие электроды могут образовывать полусферическую оболочку, которая сжимает топливо с самым большим сжатием в центре. Также в центре может обеспечиваться самая высокая плотность тока для избирательного достижения в центральной области порога детонации. Расширяющаяся плазма может вытекать через открытый участок полусферической оболочки. В еще одном воплощении противостоящие электроды могут образовывать форму песочных часов при том, что выбранная область может включать сужение или горлышко этих песочных часов.
В одном воплощении зубчатое колесо может состоять по меньшей мере из двух материалов при том, что по меньшей мере один из этих материалов является проводящим. Для целей противостояния коррозии при подвергании условиям ударного воздействия может служить по меньшей мере один упрочненный материал при том, что такое ударное воздействие может происходить в контакте или в непосредственной близости с данным упрочненным материалом. Высокопроводящий материал может изолироваться от ударного воздействия недетонирующим твердым топливом. Расположение этих по меньшей мере двух типов материалов предусматривает нахождение по меньшей мере
одного из избирательного сжатия и избирательной электризации выбранной области поверх невыбранной области. В одном примере осуществления встречно-гребенчатое зацепление зубчатых колес образует сплюснутую или форму песочных часов. Горлышко или сужение песочных часов может быть образованным очень устойчивым или упрочненным материалом, который может быть изолятором, таким как керамика. Не имеющие сужения или луковицеобразные участки зацепления зубчатых колес могут содержать проводящий материал, такой как металл, такой как по меньшей мере один из переходных, внутренних переходных, редкоземельных, металлов Группы 13, Группы 14 и Группы 15, или сплав по меньшей мере двух таких металлов, или карбид, такой как TiC и WC. Участок сужения может сжимать выбранную область, и ток может проходить между несужающимися или луковицеобразными областями, концентрируясь в области сужения. Таким образом, плотность тока увеличивается в выбранной области, содержащей такое сужение, что обеспечивает достижение порога детонации. Сужение защищено от повреждений вследствие ударного воздействия устойчивым к эрозии материалом сужения, содержащим упрочненный материал. Не имеющие сужения или луковицеобразные области, состоящие из проводящего материала, находятся в контакте с областью невыбранного топлива при том, что такое топливо, находясь в промежуточном положении между областью ударного воздействия и этими соответствующими поверхностями зубчатого колеса, защищает эти поверхности от эрозии в результате ударного воздействия.
Источник 4 энергии зажигания, который может также использоваться в качестве источника пусковой потребляемой мощности, содержит по меньшей мере один конденсатор, такой как низковольтная батарея из конденсаторов высокой емкости, которая обеспечивает сильный низковольтный ток, необходимый для достижения зажигания. Конденсаторная цепь может быть разработана так, чтобы не допускать пульсаций или осциллирования во время разряда для увеличения срока службы конденсаторов. Такой срок службы может быть достаточно долгим, таким как в диапазоне от около 1 до 20 лет. Электропитание батареи конденсаторов может содержать цепь, позволяющую избежать проявления во время разряда скин-эффекта, который препятствовал бы проникновению тока в объем твердого топлива. Цепь электропитания может содержать LRC-цепочку разряда конденсатора для инициации твердого топлива, в котором, постоянная времени является достаточно длительной для препятствования высокочастотным колебаниям или импульсному разряду, включающему высокочастотные компоненты, препятствующие протеканию тока по образцу для его зажигания.
Для демпфирования любых импульсов в конденсаторе может быть запасено
некоторое количество энергии или же, необязательно, может применяться сильноточный трансформатор, батарея или другое устройство аккумулирования энергии. В другом воплощении электрическая выходная мощность от одной ячейки может обеспечивать коротковременный импульс низковольтной, сильноточной электрической энергии, которая инициирует топливо другой ячейки. Вырабатываемая электроэнергия может, кроме того, подвергаться обработке блоком 7 поддержания качества и регулирования выходной мощности, присоединенным с помощью силовых разъемов 8 и 8а. Блок 7 поддержания качества и регулирования мощности может содержать такие элементы, как накопитель энергии, такой как аккумулятор или суперконденсатор, инвертор или преобразователь постоянного тока в переменный (DC/AC) и трансформатор. Энергия постоянного тока может быть преобразована в другую форму энергии постоянного тока, такую как энергия с высоким напряжением; энергия может быть преобразована в переменный ток или смеси постоянного тока и переменного тока. Выходная энергия может быть энергией, подвергнутой обработке с желательной формой волны, такой как 60 Гц энергия переменного тока, и подаваться к нагрузке через выходные силовые выводы 9. В одном воплощении блок 7 поддержания качества и регулирования мощности трансформирует энергию от фотоэлектрического преобразователя или термоэлектрического преобразователя до желательной частоты и формы волны, такой как частота переменного тока помимо 60 или 50 Гц, которые являются стандартными в Соединенных Штатах и Европе, соответственно. Другие частоты могут быть применимыми для соответствующих нагрузок, предназначаемых для работы с токами различной частоты, таких как двигатели, например, двигатели для железнодорожного транспорта, авиации, морских судов, приборов, инструментальных средств и машин, для электрообогрева и кондиционирования помещений, телекоммуникационных приложений и применений в электронике. Часть выходной мощности на выходных силовых выводах 9 может использоваться для снабжения источника 4 электроэнергии, такого источник постоянного тока напряжением около 5-10 В и силой 10,000-40 000 A. PDC преобразователи энергии могут производить низковольтную, сильноточную энергию постоянного тока, которая хорошо подходит для повторной подачи энергии на электроды 2 с целью вызвать зажигание подаваемого последовательно топлива. Низковольтная, сильноточная выходная энергия может подаваться к нагрузкам постоянного тока. Постоянный ток может подвергаться обработке преобразователем постоянного тока в постоянный (DC/DC converter). Примеры постоянноточных нагрузок включают двигатели постоянного тока, такие как электрически коммутируемые двигатели, такие как железнодорожные двигатели, применяемые в авиации, на морских судах, приборы,
инструментальные средства и машины, электрообогрев постоянного тока и кондиционирование помещений, телекоммуникационное оборудование постоянного тока и постоянноточные применения в электронике.
Зажигание приводит к образованию плазмы и тепловой энергии. Энергия плазмы может быть непосредственно преобразована в электричество преобразователем 6 фотоэлектрической энергии. Ячейка может функционировать в сообщении с атмосферой. В одном воплощении ячейка 1 способна к поддержанию вакуума или давления ниже атмосферного. Вакуум или давление ниже атмосферного может быть поддержан вакуумным насосом 13 а, чтобы позволить ионам расширяющейся при инициации твердого топлива 3 плазмы избегать столкновений с атмосферными газами. В одном воплощении вакуум или давление ниже атмосферного поддерживается в системе, содержащей плазмогенерирующую ячейку 1 и присоединенный фотоэлектрический преобразователь 6.
Тепловая энергия может извлекаться с помощью по меньшей мере одного из электродного теплообменника 10 с теплоносителем, протекающим по впускному трубопроводу 11 охлаждающей электрод жидкости и выпускному трубопроводу 12 охлаждающей электрод жидкости, и PDC теплообменника 18 с теплоносителем, протекающим по подводящему трубопроводу 19 теплоносителя PDC и выпускному трубопроводу 20 теплоносителя PDC. Для получения тепловой энергии от реакции гидрино могут применяться и другие теплообменники, такие как имеющие конструкцию типа водяного экрана, который может, кроме того, применяться к по меньшей мере одной стенке емкости 1, по меньшей мере одной другой стенке преобразователя PDC и к задней части электродов 17 преобразователя PDC. В одном воплощении по меньшей мере одно из теплообменника и компонента теплообменника может содержать теплопровод. Жидкость теплопровода может содержать расплавленную соль или металл. Примерами таких металлов являются цезий, NaK, калий, натрий, литий и серебро. Теплообменники этих и других типов конструкции эффективно и рентабельно извлекают теплоту, образующуюся при известных специалистам в данной области реакциях. Такая теплота может передаваться к теплоприемнику. Таким образом, энергетическая установка может содержать нагреватель с теплотой, обеспечиваемой по меньшей мере одним из выпускных трубопроводов 12 и 20 теплоносителя, проходящих к теплоприемнику или теплообменнику, который передает теплоту тепловой нагрузке. Охлажденный теплоноситель может возвращаться по меньшей мере одному из подводящих трубопроводов 11 и 19 для теплоносителя. Теплота, подаваемая по меньшей мере одному выпускному трубопроводу 12 и 20 теплоносителя, может проходить к тепловому
двигателю, паровому двигателю, паровой турбине, газовой турбине, двигателю цикла Рэнкина, двигателю цикла Брайтона и двигателю Стерлинга для преобразования в механическую энергию, такую как энергия вращения по меньшей мере одного из вала, колес, генератора, авиационного турбовентиляторного двигателя или турбопропеллерного двигателя, морского гребного винта, лопастного рабочего колеса и механизмов с вращающимися валами. В качестве варианта, тепловая энергия может проходить от по меньшей мере одного выпускного трубопровода 12 и 20 теплоносителя к преобразователю тепловой энергии в электрическую, такому как преобразователи по настоящему изобретению. Подходящие модельные преобразователи тепловой энергии в электричество включают по меньшей мере один из группы теплового двигателя, парового двигателя, паровой турбины и генератора, газовой турбины и генератора, двигателя, работающего по циклу Рэнкина, двигателя, работающего по циклу Брайтона, двигателя Стерлинга, термоионного преобразователя энергии и термоэлектрического преобразователя энергии. Вырабатываемая термоэлектрическим преобразователем энергия может быть использована для питания нагрузки, а ее часть может питать компоненты генератора энергии на основе ячейки SF-CIHT, такие как источник 4 электроэнергии.
Зажигание реагентов топлива 3 приводит к получению энергии и продуктов при том, что такая энергия может быть в форме образованной из этих продуктов плазмы. В одном воплощении топливо 3 испаряется в количестве от частичного до существенного, переходя к газообразному физическому состоянию, такому как плазма, образующаяся при взрывной реакции гидрино. Плазма проходит через преобразователь 6 энергии плазмы в электроэнергию. В качестве варианта, плазма излучает свет, проходящий к фотоэлектрическому преобразователю 6, а рекомбинированная плазма образует газообразные атомы и соединения. Они конденсируются конденсатором 15 пара и собираются и передаются к системе 14 регенерации с помощью устройства 13 извлечения продуктов/загрузки топлива, содержащего конвейерное соединение с системой регенерации 14 и содержащего, кроме того, конвейерное соединение с бункером 5. Конденсатор 15 пара и устройство 13 извлечения продуктов/загрузки топлива могут содержать такие системы, как по меньшей мере одно из электростатической системы сбора и по меньшей мере одной шнековой, конвейерной или пневматической системы, такой как вакуумная или система всасывания, предназначенных для сбора и перемещения материала. Продукт в виде плазмы и прошедшее регенерацию топливо из системы регенерации 14 могут быть перемещены на электростатически заряженную конвейерную ленту 13, на которой топливо и частицы продукта удерживаются и транспортируются. Восстановленные топливные частицы могут извлекаться из камеры 14 регенерации в
проходящий по камере регенерации трубопровод 13 благодаря сильному электростатическому притяжению частиц к конвейерной ленте. Подходящие системы известны специалистам в данной области.
Система 14 регенерации может содержать закрытую емкость или камеру, пригодную к поддержанию в камере регенерации давления, превышающего атмосферное, и теплообменник. Теплообмен процесса регенерации может происходить в соединении с источником тепла, таким как по меньшей мере одно из электродного теплообменника 10 и PDC теплообменника 18. В одном воплощении вода из источника в форме бака 14а по каплям стекает на теплообменник регенерации для образования пара, который воздействует на плазменный продукт, гидратируя его. Пар из камеры регенерации 14 после прохождения водоохлаждаемого конденсатора 22 по трубопроводу 21 может стекать обратно в бак 14а с водой. Гидратация может выполняться в режиме периодической регенерации, сопровождаемой этапами охлаждения и конденсации пара, рециркуляции ШО в бак 14а с водой, продвижения регенерированного твердого топлива к бункеру 5 с помощью устройства 13 извлечения продукта/загрузки топлива и повторного заполнения камеры 14 регенерации плазменным продуктом с помощью устройства 13 извлечения продукта/загрузки топлива для запуска нового цикла.
В одном воплощении преобразователь 6 энергии плазма в электрическую энергию, такой как плазмодинамический преобразователь или генераторная система, содержащая фотоэлектрический преобразователь 6, включает спускной желоб или канал 6а для продукта, который транспортируется конвейером в устройство 13 извлечения продукта/загрузки топлива. По меньшей мере одно из дна PDC преобразователя 6, спускного желоба 6а и PDC электрода 17 может быть наклонено с тем, чтобы поток продукта по меньшей мере частично мог обеспечиваться самотеком. По меньшей мере одно из дна PDC преобразователя 6, спускного желоба 6а и PDC электрода 17 может механически встряхиваться или вибрировать для содействия потоку. Поток может ассистироваться ударной волной, образующейся вследствие зажигания твердого топлива. В одном воплощении по меньшей мере одно из дна PDC преобразователя 6, спускного желоба 6а и PDC электрода 17 содержит механический скребковый подъемник или конвейер для перемещения продукта с соответствующей поверхности на устройство 13 извлечения продукта/загрузки топлива.
Бункер 5 может дополняться регенерированным топливом из системы 14 с помощью устройства 13 извлечения продукта/загрузки топлива. Любой потребляемый Н или ШО, например, при образовании гидрино, может компенсироваться ШО из источника 14а ШО. Здесь отработанное топливо восстанавливается в исходные вещества или
топливо с помощью Н или ШО, потребляемыми, например, при образовании гидрино, получаемого с использованием ШО из источника 14а ШО. Источник воды может включать бак, ячейку или емкость 14а, которая может содержать по меньшей мере одно из объемной или газообразной ШО, или материала или соединения, содержащего ШО, или один или несколько реагентов, которые образуют ШО, такие как Ш + О2. В качестве варианта, такой источник может содержать атмосферный водяной пар, или средство для извлечения ШО из атмосферы, например, гигроскопичный материал, такой как бромид лития, хлорид кальция, хлорид магния, хлорид цинка, карбонат калия, фосфат калия, KMgCh 6ШО, двойная соль цитрата железа и цитрата аммония, гидроксид калия и гидроксид натрия и концентрированные серная и фосфорная кислоты, целлюлозные волокна (такие как хлопок и бумага), сахар, карамель, мед, глицерин, этанол, метанол, дизельное топливо, метамфетамин, многие химические удобрения, соли (включая поваренную соль) и широкий ассортимент других веществ, известных специалистам в данной области, а также осушители, такие как диоксид кремния, активированный уголь, гипс, хлорид кальция и молекулярные сита (в типичном случае цеолиты) или влагопоглотители, такие как хлорид цинка, хлорид кальция, гидроксид калия, гидроксид натрия и многие другие расплывающиеся соли, известные специалистам в данной области.
В одном воплощении генератор энергии на основе ячейки SF-CIHT, кроме того, содержит вакуумный насос 13а, который может удалять любой образующийся кислород и молекулярный газ гидрино. В одном воплощении по меньшей мере одно из кислорода и молекулярного гидрино собираются в баке в качестве товарного продукта. Насос может, кроме того, содержать селективные мембраны, клапаны, решета, криофильтры или другие известные специалистам в данной области средства для отделения кислорода и газа гидрино и может, помимо этого, собирать пары ШО и поставлять ШО в систему 14 регенерации для рециклирования в восстановленном твердом топливе. Газ Ш может добавляться в камеру емкости для подавления любого окисления компонентов генератора, таких как зубчатые колеса или PDC либо МНЕ) электроды.
В одном воплощении топливо 3 содержит тонкодисперсный порошок, который может быть получен размолом в шаровой мельнице восстановленного или подвергнутого переработке твердого топлива при том, что система 14 регенерации может, кроме того, содержать шаровую мельницу, дробилку или другие средства получения более мелких частиц из более крупных, такие как известные в данной области средства помола или дробления. Модельная смесь твердого топлива содержит проводящий материал, такой как проводящий металлический порошок, например, порошок переходного металла, серебра
или алюминия, его оксид и ШО. В другом воплощении топливо 3 может содержать таблетки твердого топлива, которое может прессоваться в системе 14 регенерации. Таблетка твердого топлива может, кроме того, содержать тонкую фольгу из металлического порошка или другого металла, которая инкапсулирует оксид металла и ШО и, необязательно, металлический порошок. В этом случае система 14 регенерации восстанавливает металлическую фольгу с помощью, например, по меньшей мере одного из нагревания в вакууме, нагревания под восстановительной водородной атмосферой и электролиза из электролита, такого как расплавленный солевой электролит. Система 14 регенерации, кроме того, содержит системы обработки металла, такие как прокатное или дробильное оборудование для образования фольги из полученной из восстановленной фольги металлошихты. Оболочка может быть образована штамповочной машиной или прессом, внутри которой может штамповаться или прессоваться инкапсулируемое твердое топливо.
В одном примере осуществления твердое топливо восстанавливается в соответствии с настоящим раскрытием, а именно, с помощью по меньшей мере одного из добавления Ш, добавления ШО, термической регенерации и электролитической регенерации. Из-за очень большого энергетического выигрыша реакции гидрино относительно энергии, необходимой для зажигания реакции, а именно, в 100 раз в случае NiOOH (согласно данным раздела "Результаты испытаний модельной SF-CIHT ячейки" -3,22 кДж по сравнению с 46 Дж на входе), продукты, такие как №гОз и NiO, могут быть преобразованы в гидроксид, а затем оксигидроксид электрохимическими реакциями, а также химические реакции в соответствии с настоящим раскрытием и также известными специалистам в данной области. В других воплощениях Ni может быть заменен другими металлами, такими как Ti, Gd, Со, In, Fe, Ga, Al, Cr, Mo, Cu, Mn, Zn и Sm и соответствующими оксидами, гидроксидами и оксигидроксиды, такими как представленные в настоящем раскрытии. В еще одном воплощении твердое топливо содержит оксид металла, ШО и соответствующий металл в качестве проводящей матрицы. Продуктом может быть оксид металла. Твердое топливо может быть регенерировано восстановлением водородом порции оксида металла в металл, который затем смешивается с регидратированным оксидом. Подходящими металлами, оксиды которых могут быть легко восстановлены водородом до металлов при умеренном нагревании, например, при температуре ниже 1000°С, 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 воплощении твердое топливо содержит (1) оксид, который не поддается легкому восстановлению с Ш при умеренном нагревании, такой как по меньшей мере
один из оксида алюминия, щелочноземельного оксида и редкоземельного оксида, (2) металл, имеющий оксид, способный к восстановлению до металла с Н2 при умеренных температурах, таких как ниже 1000°С, и (3) ШО. Пример топлива: MgO + Си + ШО. Затем продуктовая смесь из восстанавливаемого и невосстанавливаемого с Ш оксида может быть обработана Ш и нагрета в умеренных условиях, таких, чтобы в металл превращался только восстанавливаемый оксид металла. Эта смесь может быть гидратирована для того, чтобы содержать восстановленное твердое топливо. Примером топлива является MgO + Си +ШО при том, что продукт MgO + СиО подвергается восстановительной обработке Ш, чтобы привести к MgO + Си, который гидратируется в твердое топливо.
В еще одном воплощении оксидный продукт, такой как СиО ИЛИ AgO, восстанавливается нагреванием под по меньшей мере одним из вакуума и потока инертного газа. Температура может находиться в по меньшей мере одном из диапазонов от около 100°С до 3000°С, от 300°С до 2000°С, от 500°С до 1200°С и от 500°С до 1 000°С. В одном воплощении система 14 регенерации может, кроме того, содержать измельчитель, такой как по меньшей мере один из шаровой мельницы и измельчающей/размольной мельницы, предназначенный для дробления по меньшей мере одного из объемного оксида и металла в порошки, такие как тонкодисперсные порошки, такие как порошки с размерами частиц в по меньшей мере одном диапазоне из от около 10 нм до 1 см, от 100 нм до 10 мм, от 0,1 мкм до 1 мм и от 1 мкм до 100 мкм (мк = микро).
В другом воплощении система регенерации может содержать электролитическую ячейку, такую как электролитическая ячейка с расплавом соли, содержащим металлические ионы при том, что металл представляющего продукт оксида металла может быть нанесен на катод электролитической ячейки электроосаждением с использованием систем и способов, хорошо известных в данной области. Система может, кроме того, содержать мельницу или дробилку для получения металлических частиц желательного размера из металла с электролитическим покрытием. Такой металл может быть добавлен к другим компонентам реакционной смеси, таким как ШО, для получения регенерированного твердого топлива.
В одном воплощении представленная на Фигуре 1 ячейка 1 способна к поддержанию вакуума или давления ниже атмосферного. Вакуум или давление ниже атмосферного поддерживается в ячейке 1 насосом 13а и может также поддерживаться в соединении плазмы к электрическому преобразователю 6, который получает энергетически эффективные ионы плазмы из плазменного источника, ячейки 1. В одном воплощении твердое топливо содержит металл, который обладает значительной термодинамической устойчивостью к реакции с ШО, приводящей к переходу в оксидную
форму. В этом случае при реакции образования продуктов металл твердого топлива не окисляется. Модельное твердое топливо содержит смесь металла, окисленного металла и ШО. Далее продукт, такой как смесь исходного металла и оксида металла, может быть извлечен с помощью устройства 13 для удаления продуктов / загрузки топлива и восстановлен добавлением ШО. Подходящие металлы, реакция которых с ШО является по существу термодинамически неблагоприятной, могут быть выбраны 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 других воплощениях твердое топливо содержит не реагирующий с ШО металл и по меньшей мере одно из ШО, оксида, гидроксида и оксигидроксида металла, которые могут содержать один и тот же или по меньшей мере один другой металл.
В одном воплощении осуществляются процессы восстановления с Ш, восстановления под вакуумом и повторной гидратации с целью восстановления твердого топлива настолько быстро, эффективно и экономично, насколько это возможно.
В одном воплощении твердое топливо содержит смесь гигроскопичного материала, содержащего ШО, и проводящий материал. Модельное топливо представляет гидратированный галогенид щелочноземельного металла, такой как MgX2 (X = F, О, Вг, I), и проводящий материал, такой как переходный металл, такой как Со, Ni, Fe или Си.
Твердое топливо может содержать композицию, такую как элемент или соединение, такое как металл с по меньшей мере одним из низкой температуры плавления, высокой удельной электропроводности и низкой работой выхода электрона, у которого работа выхода электрона может быть очень небольшой при высокой температуре, и, кроме того, содержит по меньшей мере одно из источника ШО и ШО. В одном воплощении твердое топливо содержит проводящий материал, такой как металл, который плавится; сильный ток от источника 4 электроэнергии плавит этот проводящий материал, такой как металл, чтобы вызвать термоэлектронную эмиссию для образования низковольтной плазмы дугового разряда, и плазма дугового разряда приводит к зажиганию ШО. В одном воплощении твердое топливо является высоко проводящим и содержит по меньшей мере один легкоплавкий металл, имеющий небольшую работу выхода электрона при высокой температуре, чтобы вызвать образование низковольтной плазмы дугового разряда в присутствии ШО топлива, в которой топливо далее инициируется.
В одном воплощении твердое топливо содержит источник Н, такой как углеводород, который может быть источником тН катализатора согласно уравнениям (69) для получения гидрино. Твердое топливо может содержать проводящий материал,
материал для связывания источника водорода, такой как углерод или другая гидрофобная матрица, и источник водорода, такой как углеводород. Твердое топливо может детонировать под действием сильного током, что приводит к получению высокой концентрации Н, который служит и как катализатор, и как реагент образования гидрино.
Генератор энергии, кроме того, содержит средства и способы для обеспечения изменяемой выходной мощности. В одном воплощении выходная мощность генератора энергии регулируется посредством управления изменяемой или прерывистой скоростью потока топлива 3 к электродам 2 или к роликам либо зубчатым колесам 2а и изменяемой или прерываемой источником 4 энергии скоростью зажигания топлива. Также для регулирования скорости зажигания возможно управление скоростью вращения роликов или зубчатых колес. В одном воплощении блок 7 поддержания качества и регулирования мощности содержит энергетический контроллер 7 для управления выходной мощностью, которая может быть постоянным током. Энергетический контроллер может регулировать скорость потока топлива, скорость вращения зубчатых колес посредством управления двигателем 2d зубчатого привода, который обеспечивает вращение приводного зубчатого колеса 2с и поворачивает зубчатые колеса 2а. Время отклика, основывающееся на механическом или электрическом контроле по меньшей мере одного из расхода топлива или скорости зажигания, может быть очень быстрым, таким как в диапазоне от 10 мс до 1 мкс. Энергия также может регулироваться посредством управления присоединением электродов плазмоэлектрического преобразователя. Например, последовательное соединение PDC электродов увеличивает напряжение, а параллельное соединение электродов преобразователя увеличивает ток. Изменение угла расположения PDC электродов или выборочное присоединение к наборам PDC электродов 17 под различными углами относительно по меньшей мере одного направления магнитного поля изменяет энергию, отбираемую при изменении по меньшей мере одного из напряжения и тока.
В одном воплощении, показанном на Фигуре 2А, преобразователь 6 энергии содержит систему фотоэлектрических или солнечных элементов. В одном воплощении блок 7 поддержания качества электроэнергии/контроллер выходной мощности получает энергию от фотоэлектрического преобразователя 6 энергии и направляет часть этой энергии к источнику 4 электропитания в форме, подходящей для выполнения источником 4 зажигания твердого топлива 3 с желательной частотой следования импульсов. Дополнительная энергия, получаемая и обрабатываемая блоком 7 поддержания качества электроэнергии/контроллером выходной мощности, может сниматься для подачи к электрической нагрузке. Подходящая интеграция выходной фотоэлектрической мощности
с потребностями в электроэнергии электрической системы зажигания топлива, источника 4 электроэнергии 4 и нагрузкой может быть достигнута с помощью известного специалистам в данной области блока 7 поддержания качества электроэнергии/контроллера выходной мощности, применяемого в гелиоэнергетической промышленности. Подходящие устройства поддержания качества солнечный энергии обеспечивают выход переменного тока в диапазоне напряжений, подходящих для сети, такого как 120 В и кратные ему.
Энергетический контроллер 7, кроме того, содержит датчики входных и выходных параметров, таких как напряжение, ток и мощность. Сигнализирование от этих датчиков могут поступать в процессор, который управляет генератором энергии. Контролироваться может по меньшей мере одно из времени нарастания, времени снижения мощности, напряжения, тока, мощности, формы волны и частоты. Генератор энергии может содержать сопротивление, такое как шунтирующий резистор, через который может рассеиваться энергия, являющаяся избыточной относительно требуемой или желательный для силовой нагрузки. Данный шунтирующий резистор может быть связан с блоком поддержания качества энергии или контроллером 7 мощности. Генератор энергии может содержать встроенный процессор и систему для обеспечения дистанционного отслеживания, которая может, кроме того, обладать возможностью отключения генератора энергии.
В одном воплощении порция выходной электроэнергии на выводах 9 подается по меньшей мере к одному из источника 4 электроэнергии, двигателя 2d зубчатого привода (ролика), устройства 13 извлечения продукта/загрузки топлива, насоса 13а и системы 14 регенерации с целью снабжения электроэнергией и энергией для протекания химических реакций регенерации исходного твердого топлива из продуктов реакции. В одном воплощении порция теплоты от по меньшей мере одного электродного теплообменника 10 и PDC теплообменника 18 подается к системе регенерации твердого топлива через по меньшей мере один из выпускных трубопроводов 12 и 20 для охлаждающей жидкости с обратной циркуляцией теплоносителя через по меньшей мере один из впускных трубопроводов 11 и 19 для охлаждающей жидкости с тем, чтобы обеспечить тепловую энергию и энергию протекания химических реакций регенерирования исходного твердого топлива из продуктов реакции. Также для питания системы регенерации и других систем основанного на SF-CIHT ячейке генератора может использоваться порция выходной мощности с термоэлектрического преобразователя 6.
G. Плазмодинамический преобразователь энергии плазмы в электроэнергию Энергия плазмы может быть преобразовала в электричество с помощью
плазмодинамического преобразователя 6 энергии, основанного на магнитном разделении пространственного заряда. Электроны, из-за их более низкой по сравнению с положительными ионами массы, предпочтительно удерживаются силовыми магнитными линиями намагниченного электрода PDC, такого как цилиндрический электрод PDC или электрод PDC в магнитном поле. Таким образом, электроны оказываются ограничены в подвижности, тогда как положительные ионы относительно свободны для столкновений с исходно или внешне намагниченным электродом PDC. В отношении ненамагниченного электрода PDC и электроны, и положительные ионы обладают полной свободой для столкновений. Плазмодинамическое преобразование извлекает энергию непосредственно из тепловой и потенциальной энергии плазмы и не обращается к плазменному потоку. Напротив, при отборе мощности с помощью PDC используется разность потенциалов между намагниченным и ненамагниченным электродом PDC, погруженными в плазму, для возбуждения тока во внешней нагрузке и тем самым для извлечения электрической энергии непосредственно из накопленной тепловой энергии плазмы. Плазмодинамическое преобразование (PDC) тепловой энергии плазмы в электричество достигается введением по меньшей мере двух плавающих проводников непосредственно в объем высокотемпературной плазмы. Один из этих проводников является намагниченным внешним электромагнитным полем или постоянным магнитом, или же он по своей природе является магнитным. Другой не намагничен. Разность потенциалов возникает из-за очень больших различий в подвижности тяжелых положительных ионов и легких электронов. Это напряжение прикладывается к электрической нагрузке.
В воплощениях данного изобретения энергетическая установка, показанная на Фигуре 1, содержит дополнительные внутренние или внешние электромагниты, или же постоянные магниты, или содержит многочисленные намагниченные по своей природе и ненамагниченные электроды PDC, такие как цилиндрические электроды PDC, например, игольчатые электроды PDC. Источник однородного магнитного поля В ? параллельного каждому игольчатому PDC электроду 6Ь, может быть обеспечен электромагнитом, таким как катушки 6d Гельмгольца. Магниты могут быть по меньшей мере одним из постоянных магнитов, таких как магниты магнитной сборки Халбаха, и неохлаждаемых, водоохлаждаемых и суперпроводящих электромагнитов. Примеры магнитов со сверхпроводящей обмоткой могут содержать NbTi, NbSn, или высокотемпературные сверхпроводящие материалы. Отрицательное напряжение от множества анодных игольчатых электродов 6Ь аккумулируется анодом или отрицательным PDC электродом 17. В одном воплощении по меньшей мере один намагниченный игольчатый PDC электрод 6Ь параллелен прикладываемому магнитному полю В; тогда как, по меньшей
мере один соответствующий игольчатый PDC противоэлектрод 6с перпендикулярен магнитному полю В ? Так что он, из-за его ориентации относительно направления В ? оказывается ненамагниченным. Положительное напряжение от множества катодных игольчатых электродов 6с аккумулируется катодом или положительным PDC электродом 17а. Энергия может направляться к блоку поддержания качества/контроллеру мощности через силовой разъем 8 отрицательного электрода и силовой разъем 8а положительного электрода. В одном воплощении в качестве электрода PDC может выступать стенка ячейки. В одном воплощении электроды PDC содержат тугоплавкий металл, который является устойчивым в высокотемпературной окружающей атмосфере, такой как высокотемпературные нержавеющие стали и другие материалы, известные специалистам в данной области. В одном воплощении плазмодинамический преобразователь, кроме того, содержит удерживающую плазму структуру, такую как магнитная бутылка или источник соленоидального поля, такой как катушки 6d Гельмгольца, предназначенные для удержания плазмы и извлечения большего количества энергии ионов высокой энергии в виде электричества.
В одном следующем воплощении преобразователя энергии поток ионов вдоль оси
ry Vn"V,
Z с II 1 может затем входить в зону сжатия, содержащую возрастающий в осевом направлении градиент магнитного поля при том, что компонента движения электрона,
параллельная направлению оси Z vn, по меньшей мере частично преобразуется в
перпендикулярное перемещение V± благодаря условию адиабатического инварианта
= constant
В . За счет 1 вокруг оси Z создается азимутальный ток. Этот ток в плоскости
движения радиально отклоняется осевым магнитным полем, продуцируя холловское напряжение между внутренним кругом и внешним кругом MHD электрода магнитогидродинамического преобразователя с дисковым генератором. Такое напряжение может возбуждать ток через электрическую нагрузку. Энергия плазмы также может быть
преобразована в электрическую с помощью прямого ЕхВ преобразователя или других устройств преобразования плазмы в электричество по настоящему изобретению. В еще одном воплощении магнитное поле, такой как создаваемое катушками 6d Гельмгольца удерживает плазму таким образом, что оказывается возможным ее преобразование в электричество с помощью плазмоэлектрического преобразователя 6, который может быть плазмодинамическим преобразователем энергии. В одном воплощении катушки Гельмгольца содержат магнитную бутылку. Как показано на Фигуре 1, PDC преобразователь 6 может быть расположен ближе к центру источника плазмы, чем
катушки Гельмгольца. Для случая компонентов преобразователя плазмы к электричество, содержащих магнит, расположенный вне емкости ячейки, разделительные стенки могут содержать нежелезистый материал, такой как нержавеющая сталь. Например, стенка, отделяющая катушки Гельмгольца 6 от вмещающей плазму емкости 1, или боковые стенки преобразователя PDC либо преобразователя МНЕ) могут содержать материал, такой как нержавеющая сталь, через который легко проходят силовые линии магнитного поля. В этом воплощении магниты располагаются снаружи для обеспечения силовых линий магнитного поля, проходящих в поперечном направлении для намагничивания поперечно-ориентированных игольчатых PDC анодов штифта или поперечных к направлению расширения плазмы преобразователя МНЕ).
Каждая ячейка также выдает тепловую энергию, которая может быть отобрана из электродного теплообменника 10 с помощью, соответственно, впускного и выпускного трубопроводов 11 и 12 для охлаждающей жидкости и из PDC теплообменника 18 с помощью впускного и выпускного трубопроводов для охлаждающей жидкости, соответственно, 19 и 20. Тепловая энергия может быть использована непосредственно как теплота или преобразована в электричество. В воплощениях данного изобретения энергетическая установка, кроме того, содержит преобразователь тепловой энергии в электрическую. Такое преобразование может достигаться с помощью стандартных силовых установок, работающих по циклу Рэнкина или Брайтона, таких как паросиловая установка, содержащая испаритель, паровую турбину и генератор, или содержащая газовую турбину, такую как газовая турбина с наружным обогревом, и генератор. Подходящие реагенты, реакция регенерации, системы и силовые установки электростанции могут содержать таковые из данного раскрытия или из предыдущих патентных заявок США данного заявителя, таких как Hydrogen Catalyst Reactor, PCT/US08/61455, поданная РСТ 24/04/2008; Heterogeneous Hydrogen Catalyst Reactor, PCT/US09/052072, поданная РСТ 29/07/2009; Heterogeneous Hydrogen Catalyst Power System, поданная РСТ 18/03/2010; Electrochemical Hydrogen Catalyst Power System, PCT/US 11/28889, PCT/US 11/28889, поданная РСТ 17/03/2011 и H20-Based Electrochemical Hydrogen-Catalyst Power System, PCT/US 12/31369, поданная 30/03/2012, CIHT Power System, PCT/US 13/041938, поданная 5/21/13, ("предыдущие заявки Миллса") и из предшествующих публикаций данного заявителя, таких как 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; 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, and R. L. Mills, G.
Zhao, К. Akhtar, Z. Chang, J. He, X. Hu, G. Wu, J. Lotoski, G. Chu, "Thermally Reversible Hydrino Catalyst Systems as a New Power Source," Int. J. Green Energy, Vol. 8, (2011), 429473 ("предыдущие публикации Миллса по вопросу преобразования тепловой энергии") во всей их полноте включенных здесь посредством ссылки. В других воплощениях энергетическая установка содержит один из других известных специалистам в данной области преобразователей тепловой энергии в электрическую, таких как преобразователи прямого преобразования энергии, например, термоионные и термоэлектрические преобразователи энергии и другие тепловые двигатели, такие как двигатели Стерлинга.
В одном воплощении при работе генератора энергии на 10 МВт выполняются следующие этапы:
1. Топливо перетекает из бункера на пару зубчатых колес и/или поддерживающих элементов, которые в участках взаимного зацепления удерживают аликвоты высокопроводящего твердого топлива величиной около 0,5 г, при этом через топливо пропускается сильный низковольтный ток, чтобы вызвать его зажигание. Такое зажигание вызывает высвобождение от каждой аликвоты около 10 кДж энергии. Зубчатые колеса имеют 60 зубьев и вращаются со скоростью 1000 об/мин с тем, чтобы частота возбуждения составляла 1 кГц, соответствуя МВт энергии. В одном воплощении зубчатые колеса разработаны таким образом, чтобы слой порошкообразного топлива, находящийся в прямом контакте с зубчатыми колесами, не переносил ток с критической для детонации плотностью, тогда как в объеме это происходит, что делается для того, чтобы зубчатые колеса были защищены от ударного воздействия при зажигании топлива.
2. По существу, полностью ионизированная плазма расширяется из зубчатых колес вдоль оси, перпендикулярной зубчатым колесам, и входит в магнитогидродинамический или плазмодинамический преобразователь, в котором плазменный поток преобразуется в электричество. В качестве варианта, плазмой излучается яркий свет, который преобразуется в электричество с помощью фотоэлектрического преобразователя энергии.
3. Часть электричества питает энергией источник электроэнергии для электродов, а остальное может поступать на внешнюю нагрузку после улучшения качества энергии, выполняемого с помощью соответствующего узла. Теплота, которая отводится от втулки зубчатого колеса электродным теплообменником, перетекает к теплообменнику системы регенерации, а остальное отводится к внешнему потребителю тепла.
4. Плазменный газ конденсируется в продукт, содержащий твердое топливо без Н2О.
5. Шнек, такой как применяемый в фармацевтической или пищевой промышленности, транспортирует порошкообразный продукт к системе регенерации, в которой он повторно гидратируется паром, при этом пар образуется при протекании ШО из резервуара ШО по змеевику теплообменника системы регенерации.
6. Восстановленное твердое топливо транспортируется шнеком к бункеру, чтобы обеспечить непрерывное использование топлива лишь с добавками ШО. Допустим, 0,5 граммов твердого топлива дают 1 кДж энергии. Предполагая, что
плотность топлива соответствует плотности Си, 8,96 г/см3, тогда объем топлива, приходящийся на один зуб в зоне зацепления, отвечает 0,056 см3. Если глубина проводимости для достижения высокой удельной электропроводности через топливо составляет 2 мм, то топливная база, ограничиваемая зазором во взаимном зацеплении треугольных зубьев каждого зубчатого колеса равна 4 мм, и ширина зубчатого колеса равна 0,11 см3 / (0,2) (0,4) = 1,39 см. В другом воплощении потребление ШО модельных генераторов на 10 МВт дается следующим образом:
ШО в Ш(1/4) + 1/202 (50 МДж/моль ШО); 10 МДж/с/50 МДж/моль ШО = 0,2 моль (3,6 г) ШО/с или 13 кг/час = 13 л/час. Рассматривая типовую модель, в которой твердое топливо рециркулирует с зажиганием и регенерацией через 1 минуту и 0,5 г его производят 10 кДж, запас твердого топлива определяется следующим образом: 10 МДж/с X 0,5 г/10 кДж = 500 г/с (30 кг/мин) и запас твердого топлива составляет 30 кг или около 3 литров.
Н. Гидрино-ячейки сильноточного (постоянного, переменного и смесей переменного и постоянного тока) плазменно-дугового разряда, способные к фотоэлектрическому преобразованию оптической энергии
В примерах осуществления настоящего изобретения энергетическая установка, подразумевающая фотоэлектрическое преобразование оптической энергии, может включать любой из компонентов, раскрываемых здесь в связи с SF-CIHT ячейками. Например, некоторые воплощения включают одно или несколько из следующего: емкость, которая может быть способной выдерживать по меньшей мере одно давление из атмосферного, превышающего атмосферное и ниже атмосферного; реагенты могут содержать источник ШО и проводящую матрицу для образования по меньшей мере одного из источника катализатора, катализатора, источника атомарного водорода и атомарного водорода; реагенты могут содержать источник ШО, содержащий по меньшей мере одно из объемной ШО, ШО в состоянии помимо объемного, соединения или соединений, которые подвергаются по меньшей мере одному из реакций образования ШО
и высвобождения связанной ШО; связанная ШО может содержать соединение, которое взаимодействует с ШО, при этом ШО находится в по меньшей мере одном состоянии из абсорбированной ШО, связанной ШО, физически сорбированной ШО и гидратационной воды; реагенты могут содержать проводящий материал и один или несколько соединений или материалов, которые подвергаются по меньшей мере одному из высвобождения объемной ШО, абсорбированной ШО, связанной ШО, физически сорбированной ШО и гидратационной воды и имеют ШО в качестве продукта реакции; по меньшей мере одно из источника возникающего ШО катализатора и источника атомарного водорода может содержать по меньшей мере одно из а) по меньшей мере одного источника ШО, Ь) по меньшей мере одного источника кислорода и с) по меньшей мере одного источника водорода; реагенты, способные образовывать по меньшей мере одно из источника катализатора, катализатора, источника атомарного водорода и атомарного водорода, могут содержать по меньшей мере одно из а) ШО и источника ШО, b) О2, ШО, НООН, ООН", иона пероксида, иона супероксида, гидрида, Ш, галогенида, оксида, оксигидроксида, гидроксида, содержащего кислород соединения, гидратированного соединения, гидратированного соединения, выбранного из группы по меньшей мере одного из галогенида, оксида, оксигидроксида, гидроксида, содержащего кислород соединения и с) проводящей матрицы; оксигидроксид может содержать по меньшей мере один из группы TiOOH, GdOOH, СоООН, InOOH, FeOOH, GaOOH, NiOOH, AlOOH, CrOOH, MoOOH, CuOOH, MnOOH, ZnOOH и SmOOH, оксид может содержать по меньшей мере один из от группы СиО, СщО, СоО, С02О3, С03О4, FeO, РегОз, МО и №гОз, гидроксид может содержать по меньшей мере один из от группы Си(ОН> 2, Со(ОН> 2, Со(ОН)з, Fe(OH> 2, Fe(OH> 3 и №(ОН)г, содержащее кислород соединение содержит по меньшей мере одно из группы сульфата, фосфата, нитрата, карбоната, гидрокарбоната, хромата, пирофосфата, персульфата, перхлората, пербромата и периодата, МХОз, МХО4 (М = металл, такой как щелочной металл, такой как Li, Na, К, Rb, Cs; X = F, Br, CI, I), оксида магния-кобальта, оксида магния-никеля, оксида магния-меди, Li20, оксида щелочного металла, оксида щелочноземельного металла, СиО, СЮ4, ZnO, MgO, СаО, М0О2, Ti02, Zr02, Si02, АЬОз, NiO, FeO, Fe203, Ta02, Ta205, VO, V02, V2O3, V2O5, P2O3, P2O5, B2O3, NbO, Nb02, Nb205, Se02, Se03, Te02, ТеОз, W02, WO3, Cr304, Cr203, Cr02, СгОз, СоО, C02O3, C03O4, FeO, РегОз, NiO, №гОз, редкоземельного оксида, СеОг, La203, оксигидроксида, TiOOH, GdOOH, СоООН, InOOH, FeOOH, GaOOH, NiOOH, AlOOH, CrOOH, MoOOH, CuOOH, MnOOH, ZnOOH и SmOOH, и проводящая матрица может содержать по меньшей мере одно из группы металлического порошка, углерода, карбида, борида, нитрида, карбонитрила, такого как TiCN, или нитрила.
В дальнейших воплощениях настоящего изобретения энергетическая установка может включать одно или несколько из следующего: реагенты могут содержать смесь металла, оксида этого металла и ШО, при этом реакция такого металла с ШО является термодинамически неблагоприятной; реагенты могут содержать смесь переходного металла, галогенида щелочноземельного металла и ШО, при этом реакция металла с ШО является термодинамически неблагоприятной; реагенты могут содержать смесь проводящего материала, гигроскопичного материала и ШО; проводящий материал может содержать порошкообразный металл или углеродный порошок, при этом реакция металла или углерода с ШО является термодинамически неблагоприятной; гигроскопичный материал может содержать по меньшей мере одно из группы бромида лития, хлорида кальция, хлорида магния, хлорида цинка, карбоната калия, фосфата калия, карналлита, такого как KMgCh 6ШО, двойной соли цитрата железа и цитрата аммония, гидроксида калия и гидроксида натрия и концентрированных серной и фосфорной кислот, целлюлозных волокон, сахара, карамели, меда, глицерина, этанола, метанола, дизельного топлива, метамфетамина, химического удобрения, соли, влагопоглотителя, диоксида кремния, активированного угля, гипса, хлорида кальция, молекулярных сит, цеолита, расплывающегося за счет поглощения влаги материала, хлорида цинка, хлорида кальция, гидроксида калия, гидроксида натрия и расплывающейся соли; энергетическая установка может включать смесь проводящего материала, гигроскопичных материалов и ШО при том, что диапазоны относительных молярных количеств (металл), (гигроскопичный материал), (ШО) соответствуют по меньшей мере одному из от около (0,000001 до 100000), (от 0,000001 до 100000), (от 0,000001 до 100000); (от 0,00001 до 10000), (от 0,00001 до 10000), (от 0,00001 до 10000); (от 0,0001 до 1000), (от 0,0001 до 1000), (от 0,0001 до 1000); (от 0,001 до 100), (от 0,001 до 100), (от 0,001 до 100); (от 0,01 до 100), (от 0,01 до 100), (от 0,01 до 100); (от 0,1 до 10), (от 0,1 до 10), (от 0,1 до 10); и (от 0,5 до 1), (от 0,5 до 1), (от 0,5 до 1); металл, характеризующийся термодинамически неблагоприятной реакцией с ШО, может быть по меньшей мере одним 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; реагенты могут быть регенерированы в результате добавления ШО; реагенты могут содержать смесь металла, оксида этого металла и ШО при том, что оксид металла способен к восстановлению Ш при температуре ниже 1000°С; реагенты могут содержать смесь оксида, который не поддается легкому восстановлению Ш при умеренном нагревании, металл, имеющий оксид, способный к восстановлению до металла под действием Ш при температуре ниже 1000°С, и ШО; металл, который может иметь оксид, способный к восстановлению до металла под действием Ш при температуре ниже 1000°С,
является по меньшей мере одним 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; оксид металла, который не может быть легко восстановлен Н2 при умеренном нагревании, включает по меньшей мере один из оксида алюминия, щелочноземельного оксида и редкоземельного оксида; твердое топливо может содержать углерод или активированный уголь и Н2О при том, что данная смесь регенерируется в результате повторной гидратации, содержащей добавление НгО; и реагенты могут содержать по меньшей мере одно из суспензии, раствора, эмульсии, композита и соединения; мольное процентное содержание ШО может находиться в по меньшей мере одном диапазоне из от около 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%; ток от источника электроэнергии может обеспечивать кратковременные импульсы сильноточной электрической энергии, достаточные для того, чтобы заставить реагенты гидрино подвергнуться реакции образования гидрино с очень высокой скоростью.
В некоторых воплощениях настоящего изобретения энергетическая установка может включать одно или несколько из следующего: источник электроэнергии, который может обеспечивать кратковременный импульс высокоточной электрической энергии, содержит по меньшей мере одно из напряжения, выбранного для возбуждения сильного переменного тока, постоянного тока или смеси постоянного тока и переменного тока, величина которого находится в по меньшей мере одном диапазоне 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 находится в по меньшей мере одном диапазоне от 100 А/см2 до 1 000 000 А/см2, от 1000 А/см2 до 100 000 А/см2 и от 2000 А/см2 до 50 000 А/см2; напряжение ограничивается удельной электропроводностью твердого топлива или энергетически эффективного материала при том, что напряжение задается желательной величиной тока, умноженной на сопротивление образца твердого топлива или энергетически эффективного материала; напряжение постоянного или пиковое напряжение переменного тока может находиться в по меньшей мере одном диапазоне, выбираемом из от около 0,1 В до 500 кВ, от 0,1 В до 100 кВ и от 1 В до 50 кВ, а частота переменного тока может находиться в диапазоне от около 0,1 Гц до 10 ГГц, от 1 Гц до 1 МГц, от 10 Гц до 100 кГц и от 100 Гц до 10 кГц; сопротивление образца твердого топлива или энергетически эффективного материала может находиться в по меньшей мере одном диапазоне, выбираемом из от около 0,001 мОм до 100 МОм, от 0,1 Ом до 1 МОм и от 10 Ом до 1 кОм, а удельная электропроводность подходящей нагрузки на единицу площади
электрода, эффективная с точки зрения образования гидрино, находится в по меньшей мере одном диапазоне, выбираемом из от около 10"10 Ом"1 см"2 до 106 Ом"1 см"2, от 10"5 Ом" 1-см2 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 и от 1 Ом"1 см"2 до 10 Ом"1 см"2; система регенерации может содержать по меньшей мере одну из систем гидратации, термической, химической и электрохимической системы; фотоэлектрический преобразователь энергии может включать преобразователь энергии фотонов в электроэнергию; энергетическая установка может включать систему распределения силы света или концентрирующее фотоэлектрическое устройство; фотоэлектрический преобразователь энергии может включать преобразователь энергии фотонов в тепловую энергию; энергетическая установка может включать преобразователь тепловой энергии в электроэнергию, концентрирующую солнечную энергоустановку, устройство слежения или устройство аккумулирования энергии; энергетическая установка может быть функционально связанной с энергосистемой; энергетическая установка может быть автономной системой; фотоэлектрический преобразователь энергии может включать множество многопереходных фотоэлементов; многопереходные фотоэлементы могут быть фотоэлементами с тремя переходами; фотоэлектрический преобразователь энергии может быть расположен внутри вакуумной ячейки; фотоэлектрический преобразователь энергии может включать по меньшей мере одно из противоотражающего покрытия, покрытия, согласующего оптический импеданс, или защитного покрытия; фотоэлектрический преобразователь энергии может быть функционально присоединен к системе очистки, выполненной с возможностью очистки по меньшей мере одного участка фотоэлектрического преобразователя энергии; энергетическая установка может включать оптический фильтр; фотоэлектрический преобразователь энергии может содержать по меньшей мере одно из монокристаллической ячейки, поликристаллической ячейки, аморфной ячейки, ячейки из ленточного/нитевидного кремния, многопереходной ячейки, ячейки с гомопереходом, ячейки с гетеропереходом, ячейки с p-i-n-структурой, тонкопленочной ячейки, сенсибилизированной красителем ячейки и органического фотоэлектрического элемента; преобразователь фотоэлектрической энергии может содержать многопереходную ячейку, где такая многопереходная ячейка включает по меньшей мере одно из инвертированной ячейки, ячейки с вертикальными переходами, ячейки с рассогласованием по параметрам решетки, ячейки из согласованного по параметрам решетки материала и ячейки, содержащей полупроводниковые материалы Групп III-V; энергетическая установка может включать устройство поддержания качества выходной мощности, функционально соединенный с фотоэлектрическим
преобразователем энергии, и выводы отбора мощности, функционально соединенные с устройством поддержания качества и регулировки выходной мощности; энергетическая установка может включать инвертор или устройство аккумулирования энергии; порция выходной мощности с выходных силовых выводов может быть направлена к устройству аккумулирования энергии, или к компоненту системы выработки энергии, или к множеству электродов, или к внешней нагрузке или в энергосеть.
В одном воплощении ячейка СШТ содержит образующую гидрино плазменную ячейку, называемую плазменной ячейкой гидрино, в которой по меньшей мере одна порция оптической энергии преобразуется в электричество фотоэлектрическим преобразователем. Сильный ток может быть постоянным током, переменным током или их комбинациями. Плазменный газ может содержать по меньшей мере одно из источника Н и источника НОН катализатора, такой как Н2О. Дополнительные подходящие плазменные газы представляет смесь из по меньшей мере одного из Н2О, источника Н, Ш, источника кислорода, Ог и инертного газа, такого как благородный газ. Давление газа может находиться в по меньшей мере одном диапазоне от около 0,001 Торр до 100 атм, от 1 Торр до 50 атм и от 100 Торр до 10 атм. Величина напряжения может находиться в по меньшей мере одном диапазоне из от около 50 В до 100 кВ, от 1 кВ до 50 кВ и от 1 кВ до 30 кВ. Сила тока может находиться в по меньшей мере одном диапазоне из от около 0,1 мА до 100 А, от 1 мА до 50 А и от 1 мА до 10А. Плазма может включать дугу, сила тока в которой является намного более высокой, например, такой, как в по меньшей мере одном диапазоне из от около 1 А до 100 кА, от 100 А до 50 к А и от 1 к А до 20 кА. В одном воплощении сильный ток увеличивает скорость реакции гидрино. В одном воплощении напряжение и ток являются переменными. Частота возбуждения может быть звуковой частотой, такой как в диапазоне от 3 кГц до 15 кГц. В одном воплощении частота находится в по меньшей мере одном диапазоне из от около 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. Проводящий материал по меньшей мере одного электрода, подвергаемого воздействию плазменного газа, может обеспечивать термоионную электронную и автоэлектронную эмиссию для поддержания плазмы дугового разряда.
В одном воплощении ячейка содержит источник высокого напряжения, которое прикладывается для достижения пробоя в плазменном газе, содержащем источник Н и источник НОН катализатора. Плазменный газ может содержать по меньшей мере одно из водяного пара, водорода, источника кислорода и инертного газа, такого как благородный газ, например, аргон. Высоковольтная энергия может включать постоянный ток (DC), переменный ток (АС) и их смеси. Пробой в плазменном газе вызывает резкое увеличение
удельной электропроводности. Данный источник энергии способен к подаче сильного тока. Сильный ток при более низком напряжении, чем напряжение пробоя, применяется, чтобы вызвать протекание катализа Н в НОН катализатор гидрино с более высокой скоростью. Сильный ток может включать постоянный ток (DC), переменный ток (АС) и их смеси.
Одно воплощение сильноточной плазменной ячейки включает плазменный газ, способный к образованию НОН катализатора и Н. Плазменный газ содержит источник НОН и источник Н, такой как газообразные ШО и Ш. Плазменный газ может, кроме того, содержать дополнительные газы, которые позволяют создать, усиливают или поддерживают катализатор НОН и Н. Другими подходящими газами являются благородные газы. Ячейка содержит по меньшей мере одно из по меньшей мере одного набора электродов, по меньшей мере одной антенны, по меньшей мере одной радиочастотной катушки и по меньшей мере одного микроволнового резонатора, который может содержать антенну, и, кроме того, включать по меньшей мере один источник напряжения пробоя, такой как способный генерировать напряжение или электронную либо ионную энергию, достаточные, чтобы вызвать электрический пробой плазменного газа. Напряжение может находиться в по меньшей мере одном диапазоне от около 10 В до 100 кВ, от 100 В до 50 кВ и от 1 кВ до 20 кВ. Плазменный газ первоначально может находиться в жидком состоянии, а также в газообразном состоянии. Плазма может быть образована в среде, которая является жидкой ШО или содержит жидкую ШО. Давление газа может находиться в по меньшей мере одном диапазоне из от около 0,001 Торр до 100 атм, от 0,01 Торр до 760 Торр и от 0,1 Торр до 100 Торр. Ячейка может содержать по меньшей мере один вторичный источник энергии, который обеспечивает сильный ток, как только достигается пробой. Сильный ток также может обеспечиваться источником энергии пробоя. Каждый из источников энергии может быть источником постоянного тока или переменного тока. Полоса частот каждого из них может находиться в по меньшей мере одном диапазоне из от около 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. Сильный ток может соответствовать по меньшей мере одному диапазону из от около 1 А до 100 кА, от 10 А до 100 кА, от 1000 А до 100 кА, от 10 кА до 50 кА. Высокая плотность тока разряда может соответствовать по меньшей мере одному диапазону из 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 и от 1 кА/см2 до 1 000 000 А/см2. В одном воплощении по меньшей мере один из источника энергии пробоя и вторичного сильноточного источника энергии может применяться в периодическом режиме. Импульсная частота может находиться в по
меньшей мере одном диапазоне из от около 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 и от 10 Гц до 100 кГц. Рабочий цикл может быть в по меньшей мере одном диапазоне из от около 0,001% до 99,9%, от 1% до 99% и от 10% до 90%. В одном воплощении, включающем использование переменного тока, такого как обеспечиваемый источником энергии радиочастотного диапазона, и источника энергии постоянного тока, источник энергии постоянного тока изолируется от источника энергии переменного тока по меньшей мере одним конденсатором. В одном воплощении источник Н для образования гидрино, такой как по меньшей мере одно из Ш и ШО, подается в ячейку со скоростью, которая поддерживает такую составляющую гидрино в выходной мощности, которая дает желательный выигрыш для ячейки, например, при котором энергетический вклад гидрино превышает потребляемую электроэнергию.
В одном воплощении плазменный газ заменятся жидкой ШО, которая может быть чистой или содержащей водно-солевой раствор, такой как рассол. Данный раствор может быть подвергнут возбуждению переменным током, таким как высокочастотное излучение, например, радиочастотному или микроволновому возбуждению. Возбуждаемая среда, содержащая ШО, такую как в виде соляного раствора, может быть помещена между радиочастотным передатчиком и накопителем. Радиочастотный преобразователь или антенна получают радиочастотную энергию от радиочастотного генератора, способного к генерированию сигнала в диапазоне радиочастот и энергии, пригодной к поглощению средой, содержащей ШО. Ячейка и параметры возбуждения могут быть одними из таковых данного раскрытия. В одном воплощении радиочастота может быть представлена диапазоном от около 1 МГц до 20 МГц. Радиочастотный источник возбуждения может, кроме того, содержать контур настройки или цепь согласования для соответствования импедансу нагрузки на передатчик. В ШО или солевом растворе могут быть суспендированы металлические частицы. Мощность генератора для создания в плазме дуги за счет взаимодействия падающего излучения с металлическими частицами может быть такой, как в по меньшей мере одном диапазоне из от около 0,1 Вт/см2 до 100 кВт/см2, от 0,5 Вт/см2 до 10 кВт/см2 и от 0,5 Вт/см2 до 1 кВт/см2. Размер металлических частиц может быть подобран так, чтобы оптимизировать образование дуги. Подходящие размеры частиц находятся в диапазоне от около 0,1 мкм до 10 мм. Дуга проводит сильный ток, который вызывает прохождение реакции гидрино с высокой кинетикой. В другом воплощении плазменный газ содержит ШО, такую как пар ШО, а ячейка содержит металлические объекты, которые также подвергаются воздействию высокочастотного излучения, такого как радиочастотное или микроволновое. Концентрация магнитного поля на выступах металлических объектов вызывает образование дуги в содержащем ШО
плазменном газе со значительным увеличением скорости реакции гидрино.
В одном воплощении сильноточная плазма содержит дугу. Плазма дугового разряда может иметь отличающиеся от плазмы тлеющего разряда характеристики. В первом случае электронные и ионные температуры могут быть подобными, а в последнем случае тепловая энергия электрона может очень сильно превышать тепловую энергию иона. В одном воплощении плазменная ячейка дугового разряда содержит плазму самостягивающегося разряда. Плазменный газ, такой как содержащий ШО, поддерживается под давлением, достаточным для образования плазмы дугового разряда. Величина давления может находиться в диапазоне от около 100 Торр до 100 атм. В одном воплощении источники напряжения пробоя и сильноточного электропитания могут быть одним и тем же источником. Дуга может быть образовываться при высоком давлении ШО, включая жидкую ШО, с применением источника электропитания, содержащего множество конденсаторов, включая батарею конденсаторов, способную к обеспечению высокого напряжения, такого как напряжение в диапазоне от около 1 кВ до 50 кВ, и сильного тока, такого как ток, который может возрастать при уменьшении сопротивления и напряжения, с образованием и поддержанием дуги при том, что сила такого тока может находиться в диапазоне от около 0,1 мА до 100 000 А. Для достижения желательного высокого напряжения и тока напряжение может быть увеличено посредством последовательного соединения конденсаторов, а емкость может быть поднята с помощью параллельного соединения конденсаторов. Емкость может быть достаточной для поддержания плазмы в течение длительного времени, такого как от 0,1 с до более 24 часов. Силовая цепь может иметь дополнительные элементы для поддержания однажды созданной дуги, такие как вторичный источник сильноточной энергии. В одном воплощении электропитание включает множество батарей конденсаторов, которые могут последовательно снабжать дугу энергией при том, что каждая разряженная батарея конденсаторов может перезаряжаться от зарядного устройства, когда данная заряженная батарея конденсаторов разряжается. Такое множество батарей может быть достаточным для поддержания плазмы дугового разряда в устойчивом состоянии. В еще одном воплощении система электроснабжения для обеспечения по меньшей мере одного из плазменного пробоя и сильного тока плазмы дугового разряда содержит по меньшей мере один трансформатор. В одном воплощении дуга устанавливается при постоянном токе с высокой частотой следования импульсов, такой как в диапазоне от около 0,01 Гц до 1 МГц. В одном воплощении роли катода и анода могут циклически изменяться. Скорость реверсирования для поддержания плазмы дугового разряда может быть невысокой. Частота следования циклов переменного тока может быть по меньшей мере одной из от
около 0 Гц до 1000 Гц, от 0 Гц до 500 Гц и от 0 Гц до 100 Гц. Обеспечение электроэнергией может иметь максимальный предельный ток, который поддерживает желательную величину скорости реакции гидрино. В одном воплощении сильный ток является изменяемым для управления производимой гидрино энергией с тем, чтобы обеспечить возможность получения изменяемой выходной мощности. Ограничения по сильному току, которые регулируются источником электропитания, могут находиться в по меньшей мере одном диапазоне из от около 1 кА до 100 кА, от 2 кА до 50 кА и от 10 кА до 30 кА. Плазма дугового разряда может иметь отрицательное сопротивление, включающее ниспадающий характер ее вольт-амперной характеристики при увеличении тока. Цепь электропитания плазменной ячейки дугового разряда может включать положительный импеданс в какой-либо форме, например, в виде электрического балласта, для установления стабильного тока на желательном уровне. Электроды могут иметь геометрию, желательную для обеспечения электрического поля между двумя из них. Подходящими конфигурациями являются по меньшей мере одна из центрального цилиндрического электрода и внешнего коаксиального электрода, из параллельных пластинчатых электродов и противостоящих штифтов или цилиндров. Электроды для поддержания плазмы дугового разряда могут обеспечивать по меньшей мере одно из термоионной электронной и автоэлектронной эмиссии на катоде. Могут обеспечиваться высокие величины плотности тока, такие как около 106 А/см2. Электрод может быть составлен из по меньшей мере одного материала, имеющего высокую температуру плавления, такого как один из группы тугоплавких металлов, таких как W или Мо, и углерод, и материала, имеющего невысокую реакционную способность по отношению к воде, 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 одном воплощении электроды могут быть подвижными. Электроды могут размещаться вблизи или в непосредственном контакте друг с другом, а затем механически разъединяться для зажигания и поддержания плазмы дугового разряда. В этом случае напряжение пробоя может быть существенно ниже, чем в случае, когда электроды находятся в постоянно разделенном состоянии с фиксированным зазором между ними. Напряжение, прикладываемое для создания дуги с подвижными или имеющими регулируемый зазор электродами, может находиться в по меньшей мере одном диапазоне из от около 0,1 В до 20 кВ, от 1 В до 10 кВ и от 10 В до 1 кВ. Расстояние между электродами может регулироваться для поддержания устойчивой дуги при желательном токе или плотности тока.
В одном воплощении катализатор, содержащий по меньшей мере одно из ОН,
НОН, О2, пО и nH (п является целым числом), образуется в водяной плазме дугового разряда. Схематическое изображение генератора 100 энергии на основе ШО-плазменной ячейки дугового разряда показано на Фигуре 2В. Плазменная ячейка 109 дугового разряда содержит два электрода, таких как внешний цилиндрический электрод 106 и центральный осевой электрод 103, такой как центральный стержень, которые вместе с крышкой 111 ячейки и изолирующим дном 102, которые могут ограничивать камеру плазмы дугового разряда ячейки 109, способны к выдерживанию по меньшей мере одного из вакуума, атмосферное давление и давления, превышающего атмосферное. Ячейка 109 снабжается газом плазмы дугового разряда или жидкостью, такой как ШО. В качестве варианта, электроды 103 и 106 погружены в газ плазмы дугового разряда или в жидкость, такую как ШО, содержащиеся в емкости 109. Посредством добавления источника ионов, такого как ионное соединение, которое может растворяться, такого как соль, ШО может быть придана более высокая электропроводность для достижения пробоя дуги при более низком напряжении. Соль может содержать гидроксид или галогенид, такой как гидроксид щелочного металла, или галогенид, или другие соли данного раскрытия. Снабжение может обеспечиваться из источника, такого как бак 107, имеющий клапан 108 и трубопровод 110, через который газ или жидкость протекают в ячейку 109, а отходящие газы вытекают из ячейки через выпускной трубопровод 126, снабженный по меньшей мере одним манометром 115 и клапаном 116, через который с помощью насоса 117 удаляются газы из ячейки 109 для поддержания по меньшей мере одного из желательного потока и давления. В одном воплощении плазменный газ поддерживается в условии интенсивного потока, такого как сверхзвуковой поток при высоком давлении, таком как атмосферное и превышающее его давление, для обеспечения надлежащего массового потока реагентов реакции гидрино для выработки основанной на гидрино энергии на желательном уровне. Подходящая модельная скорость потока обеспечивает достижение такой основывающейся на гидрино энергии, которая превышает потребляемую энергию. В качестве варианта, жидкая вода может находиться в ячейке 109, представленной, например, в виде емкости, имеющей электроды в качестве границ. Электроды 103 и 106 связаны с источником 123 электропитания сильным током и высоким напряжением через силовые разъемы 124 ячейки. Присоединение к центральному электроду 103 может быть выполнено через опорную плиту 101. В одном воплощении источник 123 электропитания может через соединители 122 снабжаться из другого источника электропитания, такого как зарядное устройство 121. Источник электропитания 123 с сильным током и высоким напряжением может содержать батарею конденсаторов, которые могут иметь последовательное соединение для обеспечения высокого напряжения и параллельное
соединение для обеспечения высокой емкости и сильного тока, и источник электропитания 123 может содержать множество таких батарей конденсаторов при том, что каждая из них может быть временно разряженной и заряженной для обеспечения выходной мощности, которая может приближаться к длительно отдаваемой мощности. Батарея или батареи конденсаторов могут заряжаться с помощью зарядного устройства 121.
В одном воплощении электрод, такой как 103, может запитываться от источника 123 электроэнергии переменного тока, который может быть высокочастотным и может быть мощным, таким как обеспечивается радиочастотным генератором, таким как катушка Тесла. В другом воплощении электроды 103 содержит антенны микроволновой плазменной горелки. Энергия и частота могут быть такими, как представлено в данном раскрытии, такими как в диапазоне от около 100 кГц до 100 МГц или от 100 МГц до 10 ГГц и от 100 Вт до 500 кВт на литр, соответственно. В одном воплощении цилиндрический электрод может содержать только стенку ячейки и может состоять из изолятора, такого как кварц, керамика или оксид алюминия. Крышка 11 ячейки может, кроме того, содержать электрод, такой как заземленный или незаземленный электрод. Данная ячейка может эксплуатироваться для образования плазмы дугового разряда или стримеров ШО, которая по меньшей мере частично покрывает электрод 103 внутри плазменной ячейки 109 дугового разряда. Дуговые разряды или стримеры значительно увеличивают скорость реакции гидрино.
В одном воплощении плазменная ячейка 109 дугового разряда закрывается для ограничения высвобождения тепловой энергии. Вода в закупориваемой затем ячейке находится под нормальными для смеси жидкости и газа условиями согласно диаграмме состояния ШО для желательной рабочей температуры и давления, известной специалистам в данной области. Рабочая температура может находиться в диапазоне от около 25°С до 1000°С. Рабочее давление может находиться в по меньшей мере одном диапазоне из от около 0,001 атм до 200 атм, от 0,01 атм до 200 атм и от 0,1 атм до 100 атм. Ячейка 109 может содержать испаритель, из которого по меньшей мере одна фаза, содержащая горячую воду, перегретую воду, пар и перегретый пар, вытекает через паровыпускное отверстие 114 и питает тепловую или механическую нагрузку, такую как паровая турбина, для выработки электричества. При передаче тепловой энергии нагрузке протекает по меньшей мере один процесс охлаждения выходного потока и конденсации пара, и охлажденный пар или вода возвращается к ячейке через обратную трубу 112. В качестве варианта, возвращается подпиточный пар или вода. Система закрывается и может, кроме того, содержать насос 113, такой как ШО рециркуляционный или
возвратный насос для обеспечения циркулирования ШО в том ее физическом состоянии, которое применяется в качестве теплоносителя. Ячейка может, кроме того, содержать теплообменник 119, который может быть внутренним или может находиться на внешней стенке ячейки и который предназначается для отвода тепловой энергии в теплоноситель, который поступает холодным на впуске 118 теплоносителя и выходит горячим на выпуске 120 теплоносителя. После этого горячий теплоноситель протекает к тепловой нагрузке, такой как непосредственная тепловая нагрузка, или преобразователь тепловой энергии в механическую, или преобразователь тепловой энергии в электрическую, такой как паровая либо газовая турбина или тепловой двигатель, такой как паровой двигатель и, необязательно, генератор. Помимо этого, примерами преобразователей тепловой энергии в механическую или электрическую являются двигатели, работающие по циклу Рэнкина или Брайтона, двигатели Стерлинга, термоионные и термоэлектрические преобразователи, а также другие известные в данной области системы. Система и способы преобразования энергии тепла в по меньшей мере одну из механической и электрической энергии также раскрываются в предыдущих заявках Миллса, которые во всей их полноте включены здесь посредством ссылки.
В одном воплощении электроды 103 и 106, такие как углеродные или металлические электроды, такие как вольфрамовые или медные электроды, могут вводиться в ячейку 109, поскольку они разрушаются под действием плазмы. Такие электроды могут быть заменены, когда разрушатся в достаточной степени, или же они заменяются непрерывно. Продукты коррозии могут забираться из ячейки в такой форме, как осадок, и перерабатываться в новые электроды. Таким образом, генератор энергии на основе ШО-плазменной ячейки дугового разряда, кроме того, содержит систему 105 восстановления продуктов коррозии электродов, систему 104 регенерации электродов и непрерывную подачу 125 регенерированных электродов. В одном воплощении по меньшей мере один электрод в значительной степени склонный к коррозии, такой как катод, такой как центральный электрод 103, может быть регенерирован с помощью систем и способов данного раскрытия. Например, электрод может содержать один металл, выбранный из 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 обработки Ш, нагревания и нагревания под вакуумом. Система 104 регенерации может содержать печь для плавления по меньшей мере одного из оксида и металла и отливки или экструдирования электрода от восстановленного металла. Системы и способы плавления металлов и их формирования или дробления известны специалистам в данной области. В другом воплощении система
104 регенерации может содержать электролитическую ячейку, такую как электролитическая ячейка с расплавом соли, содержащим металлические ионы, при том, что металл электрода может быть нанесен на электрод электроосаждением с использованием систем и способов, хорошо известных в данной области.
В одном воплощении плазменной ячейки, такой как плазменная ячейка 109 дугового разряда показанная на Фигуре 2В, ШО-плазменная ячейка дугового разряда генерирует большое количество оптической энергии, и этот свет преобразуется в электричество фотоэлектрическим преобразователем энергии. В одном воплощении крышка 111 ячейки содержит фотоэлектрический преобразователь энергии, предназначаемый для получения большого количества оптической энергии и преобразования ее в электричество. В другом воплощении по меньшей мере один из электродов 103 и 106 содержит сеточный электрод, который является по меньшей мере частично прозрачным для света. Эта прозрачность может обеспечиваться зазорами между проводящими участками электрода. Позади сеточного электрода располагается фотоэлектрический преобразователь, предназначаемый для преобразования оптической энергии в электричество. В другом воплощении электроды 103 и 106 содержат параллельные пластины. Пластинчатые параллельные электроды могут удерживаться в ячейке 109, которая может быть закупорена. Большое количество оптической энергии может быть получено фотоэлектрическим преобразователем 106а, который является поперечным по отношению к образуемым электродами плоскостям. Фотоэлектрический преобразователь может содержать фотоэлектрические ячейки и может, кроме того, содержать прозрачное для оптической энергии окно, предназначаемое для защиты ячейки от повреждения волной давления плазмы дугового разряда. В объеме настоящего раскрытия находятся и другие известные специалистам в данной области воплощения электродов и электродных конфигураций и конструкций, которые поддерживают по меньшей мере одно из плазмы и плазмы дугового разряда, такую как плазму, содержащую ШО, и содержат по меньшей мере один участок для проникновения света к фотоэлектрическому преобразователю.
В одном воплощении ячейка гидрино содержит источник сжатой плазмы, предназначенный для обеспечения непрерывного испускания гидрино. Такая ячейка содержит катод, анод, источник электропитания и по меньшей мере одно из источника водорода и источника НОН катализатора для образования сжатой плазмы. Данная плазменная система может содержать источник плотного плазменного фокуса, такого, как известные в данной области. Плазменный ток может быть очень высоким, таким, как превышающий 1 кА. Плазма может быть плазмой дугового разряда. Отличительным
признаком является то, что плазменный газ содержит по меньшей мере одно из Н и НОН или Н катализатора, а условия в плазме могут быть оптимизированы для обеспечения непрерывного испускания водорода. В одном воплощении оптическая энергия преобразуется в электричество с помощью фотоэлектрического преобразователя 106а или 111.
I. Фотоэлектрический преобразователь оптической энергии в электроэнергию В показанном на Фигуре 2А альтернативном варианте преобразователя 6 плазменной энергии генератора энергии на основе ячейки SF-CIHT плазма, полученная зажиганием твердого топлива 3, является высокоионизированной. Реакция катализа гидрино, такая как приводится в уравнениях (6-9) и (44-47), а также энергия, высвобождаемая при образовании гидрино, приводит к ионизации топлива. Ионы рекомбинируют со свободными электронами с излучением света. Дополнительный свет испускается выходящими из возбужденного состояния атомами, ионами, молекулами, соединения и материалами. Свет падает на фотоэлектрический преобразователь 6. Фотоэлектрический преобразователь 6 энергии содержит катод 6с и анод 6Ь, каждый из которых связан с контроллером выходной мощности/блоком 7 поддержания качества электроэнергии разъемом 8а и 8 катодного и анодного выхода мощности, соответственно. Свет может быть получен преобразователем 6 энергии фотонов в электричество, таким как фотоэлектрическое черепичное покрытие внутренней части вакуумной емкости 1. Фотоэлектрический преобразователь энергии может охлаждаться по меньшей мере одним теплообменником 18, который получает холодный теплоноситель по фотоэлектрическому подводящему трубопроводу 19 для теплоносителя и отводит нагретый теплоноситель через фотоэлектрический выпускной трубопровод 20 для теплоносителя. Представленное здесь раскрытие, касающееся фотоэлектрического преобразования оптической энергии SF-CIHT ячейки в электричество, также обращается к дуговому разряду и сильному постоянному току, переменному току и смеси переменного тока и постоянного тока плазменных ячеек гидрино, способных к фотоэлектрическому преобразованию оптической энергии.
Фотоэлектрический преобразователь 6 может содержать покрытие для по меньшей мере одного из антиотражающего слоя или покрытия, такого как монооксид кремния, согласования оптического импеданса и защиты от плазменной или кинетической эрозии или повреждения материала. Эта пленка может иметь окно. Такое окно может, кроме того, включать систему для очистки от продуктов детонации, которые закрывают окно и по меньшей мере частично блокируют прохождение света к фотоэлектрическому преобразователю. В одном воплощении оптическое окно чистится. Очистка может
содержать по меньшей мере одну систему и способ химической очистки или травления и плазменной очистки или травления. Данное окно может содержать множество окон, которые являются сменными, таким образом, что одно заменяет другое и служит для пропускания света к преобразователю, в то время как по меньшей мере одно другое очищается от из продуктов детонации. В одном воплощении оптическое окно чистится. Очистка может содержать по меньшей мере одну систему и способ химической очистки или травления и плазменной очистки или травления. В одном воплощении поток газа, такого как инертный газ, протекает в направлении, противоположном расширению возбужденной плазмы, для того, чтобы препятствовать осаждению продуктов на по меньшей мере одном из защитного окна, светособирающей системы, такой как по меньшей мере одно из оптоволоконных кабелей и зеркал, и фотоэлектрического преобразователя.
Фотоэлектрический преобразователь SF-CIHT генератора энергии (Фигура 2А) может, кроме того, содержать светораспределяющую систему для снабжения оптической энергией SF-CIHT ячейки во множестве фотоэлектрических ячеек, которые могут располагаться в виде компактной конструкции. В одном воплощении фотоэлектрического преобразователя 6 выходная мощность света (оптическая энергия) направляется к множеству фотоэлектрических преобразователей 6. Выходная мощность света может распределяться оптическими распределительными системами, такими как содержащие по меньшей мере одно из зеркал и линз. В одном воплощении свет с помощью линзы в фокусе параболического зеркала собирается в световой луч и направляется к линзе в фокусе другого параболического зеркала, которая испускает параллельные лучи света, падающие на фотоэлектрическую ячейку 6. Данная система содержит множество таких параболических зеркал, линз и фотоэлектрических ячеек. Свет также может направляться и распределяться с применением расщепителей луча, призм, решеток, светорассеивателей и других оптических элементов, известных специалистам в данной области. Такие элементы, как призма и решетка, могут разделять множество диапазонов длин волн или частотных полос выходной мощности света, таким образом, чтобы он мог быть направлен к фотоэлектрическим ячейкам, обладающим максимальной эффективностью оптико-электрического преобразования в пределах определенного диапазона длин волн каждой частотной полосы. В другом воплощении оптическая энергия собирается в пучке оптоволоконных кабелей. Такое аккумулирование может быть достигнуто с помощью по меньшей мере одной или нескольких линз и одной или нескольких согласующих оптический импеданс пластин, таких как четвертьволновая пластина. Светораспределительная система может, кроме того, содержать по меньшей мере одно
зеркало для отражения обратно к кабелю любого света, отразившегося от оптоволоконного кабеля к по меньшей мере одному из кабельного ввода, светособирающей системы и согласующей импеданс пластины. Зеркало может находиться в центре зажигания, где свет выступает в роли точечного источника из центра зеркала. Зеркало может находить в одной плоскости с электродами зубчатых колес с Фигур 1 и 2. Такое зеркало может содержать пару зеркал, которые отражают свет в направлениях, противоположных противостоящим сдвоенным фотоэлектрическим преобразователям, как показано на Фигуре 2А. Противоположные зеркала могут отражать свет обратно в светораспределительные системы, такие как содержащие оптоволоконные кабели. Зеркало может иметь форму, которая оптимизирует отражение обратно отраженного света к светораспределительным системам. Элементы оптоволоконного кабеля могут быть избирательными в отношении полосы длин волн и могут выборочно проводить свет к соответствующей, входящей в данное множество фотоэлектрической ячейке, которая обладает максимальной эффективностью оптико-электрического преобразования в пределах определенного диапазона длин волн из данной частотной полосы. В другом воплощении светораспределительная система и фотоэлектрический преобразователь энергии содержат множество прозрачных или полупрозрачных фотоэлектрических ячеек, собранных в пакет таким образом, чтобы оптическая энергия от зажигания при проникновении света в такой пакет преобразовывалась в его элементах в электричество. В одном генерируемый при зажигании свет собирается до того, как под действием такого механизма, как расширение, происходит охлаждение излучения черного тела. Плазма может сохраняться в магнитной бутылке, такой как создаваемая катушками 6d Гельмгольца, чтобы препятствовать расширению или потерям от столкновений с тем, чтобы обеспечить максимум мощности, испускаемой с излучением.
В одном воплощении фотоэлектрический преобразователь может содержать термофотоэлектрический преобразователь. Ячейка 1 может содержать по меньшей мере одну стенку, которая поглощает теплоту от зажигания топлива, и эта нагретая стенка излучает свет к фотоэлектрическому преобразователю 6. Фотоэлектрический преобразователь 6 может находиться вне герметизированной ячейки 1. Теплообменники, такие как фотоэлектрический теплообменник 18, содержат теплоноситель, пригодный к передаче больших количеств тепловой энергии. Такой теплоноситель, как известно специалистам в данной области, может содержать воду или другую жидкость, такую как растворитель или жидкие металлы, или же соли. В одном воплощении по меньшей мере одно из теплообменника и компонента теплообменника может содержать теплопровод. Жидкость теплопровода может содержать расплавленную соль или металл. Примерами
таких металлов являются цезий, NaK, калий, натрий, литий и серебро.
В другом воплощении плазма удерживается по меньшей мере одним из ограничений магнитного или электрического поля для минимизирования контакта плазмы с преобразователем энергии фотонов в электричество. Магнитное удержание может включать магнитную бутылку. Магнитное удержание может обеспечиваться катушками 6d Гельмгольца. В одном следующем воплощении преобразователь превращает кинетическую энергию заряженных или нейтральных компонентов в плазме, таких как высокоэнергетические электроны, ионы и водородные атомы, в электричество. Этот преобразователь может соприкасаться с плазмой, чтобы получать высокоэнергетические компоненты.
В одном воплощении генератор SF-CIHT содержит ячейку водородного катализа, которая обеспечивает атомы с энергией связи, представленной уравнением (1), и по меньшей мере одно из высокой заселенности электронно-возбужденных состояний атомов и ионов, таких как образующиеся из материалов топлива. Энергия испускается в виде фотонов со спонтанной эмиссией или вынужденной эмиссией. Свет преобразуется в электричество с помощью преобразователя энергии фотонов в электрическою энергию по настоящему изобретению, такого как фотоэлектрическая или фотоэлектрическая ячейка. В одном воплощении энергетическая ячейка, кроме того, содержит водородный лазер по настоящему изобретению.
В одном воплощении фотоны выполняют по меньшей мере одно действие распространения и попадания на фотоэлектрическую ячейку с возбуждением полупрозрачного зеркала лазерного резонатора и облучением фотоэлектрической ячейки. Некогерентная энергия и энергия лазера могут быть преобразованы в электричество с применением фотоэлектрических ячеек, как описано в следующих ссылках по вопросам преобразования энергии лазера в электроэнергию фотоэлектрическими ячейками, во всей их полноте включенных посредством ссылки: L. С. Olsen, D. A. Huber, G. Dunham, F. W. Addis, "High efficiency monochromatic GaAs solar cells", в Conf. Rec. 22ndIEEE Photovoltaic Specialists Conf., Las Vegas, NV, том I, октябрь (1991), стр. 419-424; R. A. Lowe, G. A. Landis, P. Jenkins, "Response of photovoltaic cells to pulsed laser illumination", IEEE Transactions on Electron Devices, том. 42, № 4, (1995), стр. 744-751; R. К. Jain, G. A. Landis, "Transient response of gallium arsenide and silicon solar cells under laser pulse", Solid-State Electronics, том 4, № 11, (1998), стр. 1981-1983; P. A. lies, "Non-solar photovoltaic cells", in Conf. Rec. 21st IEEE Photovoltaic Specialists Conf, Kissimmee, FL, том I, май, (1990), стр. 420-423.
В одном воплощении по меньшей мере одного оптического и лазерного
преобразователя энергии, использующего образующую луч оптику, по меньшей мере один световой луч и луч лазера сжимается и распространяется по большей площади, как описано в источнике L. С. Olsen, D. A. Huber, G. Dunham, F. W. Addis, "High efficiency monochromatic GaAs solar cells", in Conf. Rec. 22nd IEEE Photovoltaic Specialists Conf, Las Vegas, NV, том I, октябрь (1991), стр. 419/-424, во всей его полноте включенном здесь посредством ссылки. Образующая луч оптика может быть линзой или светорассеивателем. Ячейка 1 может, кроме того, содержать зеркала или линзы, предназначаемые для направления света на фотоэлектрическое устройство. Зеркала могут также находиться на стенке ячейки для увеличения длины пути света, такого как спектральная серия Лаймана в спектре испускания водорода, с целью поддержания возбужденного состояния, которое может, кроме того, инициироваться столкновениями или фотонами.
В другом воплощении самопроизвольная или вынужденная эмиссия из плазмы на топливно-водяной основе преобразуется в электроэнергию, используя фотоэлектрическое преобразование. Преобразование в электричество по меньшей мере одного из самопроизвольной и вынужденной эмиссии может быть достигнуто при значительных показателях плотности мощности и эффективности с помощью существующих фотоэлектрических (PV) ячеек с шириной запрещенной энергетической зоны, соответствующей длине волны. Фотоэлементы преобразователя энергии по настоящему изобретению, которые отвечают на ультрафиолетовое и излучение дальней ультрафиолетовой области, содержат радиационностойкие стандартные ячейки. Благодаря более высокой энергии фотонов потенциально достижимой является более высокая эффективность по сравнению с той, которая обеспечивается в ходе преобразований с применением низкоэнергетических фотонов. Стойкость может достигаться с помощью защитного покрытия, такого как атомарный слой платины или другого благородного металла. В одном воплощении фотоэлектрическая ячейка имеет большую запрещенную зону, например, фотоэлектрическая ячейка, состоящая из нитрида галлия.
В одном воплощении, которое применяет фотоэлектрические ячейки для преобразования энергии, высокоэнергетический свет может быть преобразован в низкоэнергетический свету с помощью люминофора. В одном воплощении люминофор является газом, который эффективно преобразует коротковолновый свет ячейки в длинноволновый свет, к которому фотоэлектрические устройства более чувствительны. Процентная доля люминесцентного газа может находиться в любом желательном диапазоне, таком как по меньшей мере один диапазон из от около 0,1% до 99,9%, от 0,1% до 50%, от 1% до 25% и от 1% до 5%. Люминесцентный газ может быть инертным газом,
таким как благородный газ или газ элемента или вещества, приходящего в газообразное состояние под действием детонации, такого как металл, такого как щелочной, щелочноземельный или переходный металл. В одном воплощении аргон включает аргоновую свечу, применяемую во взрывчатых материалах для испускания яркого света в видимой области, подходящего для фотоэлектрического преобразования в электричество. В одном воплощении люминофор наносится на прозрачные стенки ячейки 1 так, чтобы испускаемые возбужденным люминофором фотоны в большей степени соответствовали длине волны, обеспечивающей максимальную эффективность фотоэлектрических устройств, которые могут окружать покрытые люминофором стенки. В одном воплощении к плазме добавляются соединения, которые образуют эксимеры, с тем, чтобы абсорбировать энергию от образования гидрино и внести вклад в образование по меньшей мере одного из большой заселенности возбужденных состояний и инверсной заселенности. В одном воплощении твердое топливо или добавляемый газ могут содержать галоген. Может быть добавлен по меньшей мере один благородный газ, образующий эксимеры, такой как гелий, неон и аргон. Энергия может экстрагироваться эксимером самопроизвольно или излучением лазера. Оптическая энергия попадает на фотоэлектрический преобразователь 6 и преобразуется в электричество.
В этом примере осуществления система генерирования энергии ячейки SF-CIHT включает фотоэлектрический преобразователь энергии, выполненный с возможностью захватывать фотоны плазмы, произведенные реакцией зажигания топлива, и преобразовывать их в полезную энергию. В некоторых воплощениях может быть желательной высокая эффективность преобразования. Реактор может исторгать плазму во множестве направлений, например, по меньшей мере в двух направлениях, и радиус реакции может находиться в масштабе от приблизительно нескольких миллиметров до нескольких метров, например, с радиусом от около 1 мм до около 25 см. Помимо этого, спектр плазмы, генерируемой при зажигании топлива, может быть близким к спектру плазмы, производимой солнцем, и/или может включать дополнительное коротковолновое излучение.
Из закона смещения Вина [A. Beiser, Concepts of Modern Physics, Fourth Edition, McGraw-Hill Book Company, Нью-Йорк, (1978), стр. 329-340] следует, что длина волны А
тах, имеющая наибольшую энергетическую плотность абсолютно черного тела при Т = 6000 К, определяется как he
4mx= = 483 пт
4.965кТ (196)
Закон Стефана-Больцмана [A. Beiser, Concepts of Modern Physics, Fourth Edition,
McGraw-Hill Book Company, Нью-Йорк, (1978), стр. 329-340] приравнивает энергию, излучаемую объектом на единицу площади R, к излучательной способности е, умноженной на постоянную Стефана-Больцмана а и умноженной на возведенную в
rji\
четвертую степень температуру 1
R = еаТА (197)
Излучательная способность е = 1 для оптически толстой плазмы, содержащей
абсолютно черное тело, а = 5.67X10 Wm К ^ и измеренная температура абсолютно черного тела равна 6000 К. Таким образом, энергия, излучаемая на единицу площади зажиганным твердым топливом составляет
R = (1)(о- = 5.67 X 10~8 Wrn2K^)(6000Kf = 7.34Х107 Win'2
Радиус ps плазменной сферы с 6000 К может быть вычислен из R и стандартной
Р Е энергии взрыва ьш, задаваемой частным от деления энергии ьш взрыва, составляющей
1000 J ^ на время взрыва т 20X10 s
" / blast
1000 J 20X10"6 s
i т г 0.23 m = 23 cm
R4TT \ (7.34X107 Wm-2)4n
\\ ) (199)
Таким образом, средний радиус расширяющейся плазменной сферы при средней
температуре абсолютно черного тела 6000 К равен 23 см. Согласно Безье [A. Beiser,
Concepts of Modern Physics, Fourth Edition, McGraw-Hill Book Company, Нью-Йорк, (1978),
стр. 329-340], общее количество фотонов N в объеме с радиусом 23 см
JV = 8tf| j^J^J (2.405) = 2.23X1017 photons
'4 з\(кТЛ3
~" yz.4VJ) = Z.ZJ^L iu pnoions
(200)
Согласно Безье [1], средняя энергия фотонов 8
U*Ј-= , - 2.24X10- J = 1.40 eV
1оТ4 _ ac2h3T cN 2.405 (ink3)
4 з
3 (201) Дополнительные температуры плазмы, излучательная способность плазмы, энергия, излучаемая в зону установки, плазменные радиусы, общее количество фотонов и средняя энергия фотонов находятся в объеме настоящего изобретения. В одном воплощении температура плазмы находится в по меньшей мере одном диапазоне из от около 500 К до 100 000К, от 1000 К до 10 000 К и от 5000 К до 10 000 К. В одном
воплощении излучательная способность плазмы находится в по меньшей мере одном
диапазоне из от около 0,01 до 1, от 0,1 до 1 и от 0,5 до 1. В одном воплощении энергия,
излучаемая в зону установки согласно уравнению (198), находится в по меньшей мере
одном диапазоне из от около 103 Втм"2 до 1010 Втм"2, от 104 Втм"2 до 109 Втм"2 и от 105 Втм"
2 до 108 Втм"2. В одном воплощении радиус и общее количество фотонов задаются
уравнениями (199) и (200), соответственно, согласно энергии, излучаемой на единицу
п Р Е
площади л, и энергии взрыва ьш, определяемой частным от деления энергии ьш
взрыва на время взрыва т . В одном воплощении энергия находится в по меньшей мере
одном диапазоне из от около 10 Дж до 1 ГДж, от 100 Дж до 100 МДж, от 200 Дж до 10
МДж, от 300 Дж до 1 МДж, от 400 Дж до 100 кДж, от 500 Дж до 10 кДж и от 1 кДж до 5
кДж. В одном воплощении время находится в по меньшей мере одном диапазоне из от
около 100 не до 100 с, от 1 мкс до 10 с, от 10 мкс до 1 с, от 100 мкс до 100 мс, от 100 мкс
до 10 мс и от 100 мкс до 1 мс. В одном воплощении энергия находится в по меньшей мере
одном диапазоне из от около 100 Вт до 100 ГВт, от 1 кВт до 10 ГВт, от 10 кВт до 1 ГВт, от
10 кВт до 100 МВт и от 100 кВт до 100 МВт. В одном воплощении радиус находится в по
меньшей мере одном диапазоне из от около 100 нм до 10 м, от 1 мм до 1 м, от 10 мм до
100 см и от 10 см до 50 см. В одном воплощении общее количество фотонов согласно
уравнению (200) находится в по меньшей мере одном диапазоне из от около 107 до 1025, от
1010 до 1022, от 1013 до 1021 и от 1014 до 1018. В одном воплощении средняя энергия
фотонов согласно уравнению (201) находится в по меньшей мере одном диапазоне из от
около 0,1 эВ до 100 эВ, от 0,5 эВ до 10 эВ и от 0,5 эВ до 3 эВ.
Как показано на Фигуре 2А, один или несколько фотоэлектрических преобразователей 6 энергии могут быть ориентированными (например, расположенными под углом или через промежутки) относительно плазменной реакции для получения производимых реакцией фотонов. Например, фотоэлектрический преобразователь 6 энергии для получения плазменные фотонов может быть размещен на пути потока. В воплощениях, где два или большее количество потоков плазмы исторгаются в различных осевых направлениях, фотоэлектрический преобразователь 6 энергии для увеличения количества захватываемых фотонов может быть размещен на пути каждого потока фотонов. В некоторых воплощениях фотоэлектрический преобразователь 6 энергии может непосредственно преобразовывать фотоны в электрическую энергию, в то время как в других воплощениях фотоэлектрический преобразователь 6 энергии может преобразовывать фотоны в тепловую энергию, а затем термоэлектрический преобразователь может преобразовать тепловую энергию в электрическую энергию.
Фотоэлектрический преобразователь 6 энергии включает множество
фотоэлектрических ячеек, выполненных с возможностью получения, захватывания и преобразования фотонов, произведенных в ходе плазменной реакции. Множество фотоэлектрических ячеек могут быть скомпонованы в виде одного или нескольких модулей. Несколько модулей могут быть сгруппированы и соединены друг с другом, например, последовательно, параллельно или в любой их комбинации. В некоторых воплощениях несколько фотоэлектрических модулей могут быть соединены друг с другом так, чтобы образовать батарею из фотоэлектрических модулей (то есть фотоэлектрическую батарею). Например, фотоэлектрическая батарея может включать множество фотоэлектрических модулей, связанных в фотоэлектрические цепочки, которые могут быть далее сгруппированы в виде фотоэлектрические суб-батарей. В то время как индивидуальные фотоэлектрические ячейки могут произвести только несколько ватт или менее ватта энергии, соединение индивидуальных ячеек в модули может произвести больше энергии, а образование еще более крупных единиц, таких как батареи, может сделать возможной выработку еще более высоких мощностей.
Фотоэлектрические батареи и/или модули могут быть смонтированы на опорной конструкции для ориентации ячеек в направлении исторгаемых плазменных фотонов. Модельные фотоэлектрические преобразователи 6 энергии могут также включать следящее устройство, предназначаемое для выполнения настройки положения батарей с целью уменьшения угла входа между исторгаемой плазмой и фотоэлектрическими ячейками для оптимизации захвата фотонов. Такие следящие устройства могут быть чувствительными к любым сдвигам в направлении движения исторгаемых плазмой фотонов для поддержания эффективности. В некоторых воплощениях фотоэлектрический преобразователь 6 энергии может включать одно или несколько устройств отслеживания точки оптимальной мощности (maximum power point tracking, MPPT) для выполнения измерений выходной мощности фотоэлектрических ячеек и приложения надлежащего сопротивления с целью максимизации мощности в зависимости от изменений условий испускания плазмы.
Фотоэлектрические ячейки из кристаллического кремния представляют собой обычный тип фотоэлектрической ячейки. Ячейки из кристаллического кремния могут включать, например, монокристаллические (на единственном кристалле) ячейки, поликристаллические ячейки, ячейки из кремниевой ленты и листового кремния, полученных пленочной подпиткой при краевом ограничении роста. Они включают атомы кремния, связанные друг с другом для образования кристаллической решетки. Фотоэлектрические полупроводники включают n-слой и р-слой с соединением между ними (именуемым p-n-переходом). Слой кремния n-типа имеет избыточные электроны, в
то время как слой кремния р-типа имеет избыточные дырки, и р-п-переход на их границе раздела создает электрическое поле. Когда фотоны поглощаются фотоэлектрической ячейкой, внутри структуры кристаллической решетки могут высвобождаться электроны. Избыточные электроны могут перемещаться от стороны n-типа к стороне р-типа, создавая положительный заряд по ходу n-слоя и отрицательный заряд по ходу р-слоя. Это и есть то разделение свободных электронов, которое приводит к образованию электрического поля на р-п-переходе.
В фотоэлектрической ячейке из кристаллического кремния применяется легирование для введения в кристалл кремния атома другого элемента с целью изменения его электрических свойств и создания р-слоя и n-слоя. Вводимый элемент ("допант") в типичном случае имеет либо на один валентный электрон больше, чем материал подложки (чтобы создать n-слой), либо на один валентный электрон меньше, чем материал подложки (чтобы создать р-слой). Например, в ячейках на основе кремния допант в типичном случае имеет либо три, либо пять валентных электронов (на один больше или на один меньше, чем четыре валентных электрона, которые имеет кремний). Допант обычно наносится на тонкий слой в верхней области и в нижней подложки, создавая р-п-переход с определенной шириной запрещенной энергетической зоны. Например, кремниевая подложка может быть легирована фосфором (имеющим пять валентных электронов) на верхней стороне для образования n-слоя и бором (имеющим три валентных электрона) на нижней стороне для образования р-слоя.
Плазменные фотоны, которые ударяют в фотоэлектрическую ячейку, могут быть ею отражены, могут быть поглощены или могут пройти насквозь. Электричество генерируют только поглощенные фотоны. Ширина запрещенной зоны представляет количество энергии, требующееся для высвобождения электрона из кристаллической решетки. Если фотон имеет меньше энергии, чем запрещенная зона, он не может быть захвачен. Напротив, если фотон имеет больше энергии, чем запрещенная зона, избыточная энергия может быть сброшена посредством релаксации, которая может превратить избыточную энергию в тепло, увеличивая потери на излучение абсолютно черного тела. Ширина запрещенной зоны кристаллического кремния составляет приблизительно в 1,1 эВ, и обычные фотоэлектрические материалы могут иметь ширину запрещенной зоны в пределах от приблизительно 1,0 эВ до приблизительно 2,0 эВ. Например, арсенид галлия имеет запрещенную зону приблизительно в 1,43 эВ, а ширина запрещенной зоны арсенида алюминия-галлия составляет приблизительно 1,7 эВ.
Соответственно, некоторые фотоэлектрические ячейки могут быть образованы из материалов многосоставного типа. Ячейки, изготавливаемые из многосоставных
материалов, могут иметь запрещенные зоны с множеством различных ширин и, таким образом, могут соответствовать множеству длин волн света. Следовательно, ячейки, составленные из множества различных материалов (то есть многопереходные ячейки) могут быть более эффективными, поскольку они способны генерировать электрический ток на множестве длин волн, захватывая и преобразуя энергию, которая в ином случае была бы потеряна. Фотоэлектрические ячейки может быть образованы из множества различных материалов или комбинаций материалов, которые могут быть выбраны и/или объединены на основе свойств этих материалов и/или требований к эффективности данного применения. Различные материалы могут иметь различную степень кристалличности, поглощающие свойства, время жизни неосновных носителей, подвижность и/или производственные характеристики. Например, высокие коэффициенты поглощения, длительное время жизни неосновных носителей и/или высокая подвижность могут обеспечить лучшие эксплуатационные свойства.
Примеры материалов могут включать, например, кремний, включая монокристаллический (однокристалльный) кремний, мультикристаллический (поликристаллический) кремний или аморфный кремний. Могут использоваться поликристаллические тонкие пленки, включая, например, диселенид меди-индия, теллурид кадмия или тонкопленочный кремний. Также могут примениться монокристаллические тонкие пленки, включая, например, вафли из арсенида галлия, германия или фосфида индия, кремний или его сплавы. Кристалличность указывает, насколько упорядочены атомы кристаллической структуры, и материалы могут иметь множество типов кристалличности, включая, например, монокристаллический, поликристаллический и аморфно-кристаллический.
Как указывалось выше, фотоэлектрические ячейки могут состоять из единственного материала или же могут быть составлены из множества материалов. Гомопереходное устройство включает единственный материал или материалы, обладающие сходными свойствами. Если применяются различные материалы с подобными свойствами, такие материалы могут иметь по существу одинаковые ширины запрещенной зоны. Из-за потенциальных различий в количестве валентных электронов различных материалов, по описанным выше причинам для n-слоя и р-слоя каждого материала могут применяться различные допанты. Обсуждавшееся выше воплощение кристаллического кремния представляет пример гомопереходного устройства. В целях увеличения эффективности гомопереходной фотоэлектрической ячейки глубина р-п-перехода, количество допанта, распределение допанта, кристалличность и/или чистота применяемого материала(-ов) могут подвергаться изменениям.
Гетеропереходное устройство включает различные материалы, имеющие неодинаковые ширины запрещенной зоны, например, два слоя различных кристаллических полупроводников. В гетеропереходном устройстве верхний слой является окном, то есть прозрачным материалом, имеющим большую ширину запрещенной зоны, в то время как нижний слой имеет меньшую ширину запрещенной зоны, которая поглощает свет. Поскольку для р-слоев и n-слоев различных материалов могут использоваться различные материалы, для создания гетеропереходных устройств, потенциально обеспечивающих повышенные возможности оптимизации фотоэлектрической ячейки, может применяться более широкий спектр допантов. Модельное гетеропереходное устройство включает ячейку из диселенида меди-индия, в которой р-п-переход образуется при контактировании диселенида меди-индия с сульфидом кадмия.
p-i-n-Устройство или n-i-p-устройство включают нелегированный (с собственной проводимостью или i-типа) средний слой, зажатый между р-слоем и n-слоем, и электрическое поле, создаваемое вдоль р-п-перехода, может распространяться по более широкой области. Модельное p-i-n-устройство включает фотоэлектрическую ячейку из аморфного кремния, которая состоит из кремниевого р-слоя, среднего слоя из кремния с собственной проводимостью и кремниевого п-слоя.
Многопереходные устройства включают множество р-п-переходов, получаемых из различных полупроводниковых материалов. Они могут включать тандемные, ячейки с тремя переходами, четырьмя переходами, пятью переходами, шестью переходами или п-переходные ячейки. Многопереходные устройства создаются из индивидуальных ячеек, имеющих различную ширину запрещенной зоны и устанавливаемых друг над другом. Каждая запрещенная зона производит электрический ток в ответ свет различных длин волн. Верхний слой, принимающий удары фотонов в первую очередь, имеет наибольшую ширину запрещенной зоны. Непоглощенные верхним слоем фотоны передаются следующему слою и так далее, до тех пор, пока оставшиеся фотоны не достигают нижнего слоя, который имеет наименьшую ширину запрещенной зоны. Многопереходные устройства могут включать один или несколько p-n-переходов, слои с окнами (чтобы уменьшить скорость поверхностной рекомбинации), туннельные переходы (для обеспечения сниженного электрического сопротивления и оптическую связь с малыми потерями между субъячейками), слои с электрическим полем на тыльной поверхности (для уменьшения рассеивания носителей к туннельному переходу), антиотражающие покрытия, металлические контакты (например, алюминиевые) или любую их комбинацию.
Для создания многопереходной фотоэлектрической ячейки индивидуальные ячейки могут быть изготовлены независимым образом, а затем механически установлены друг на друга. В качестве варианта, вначале может быть изготовлена одна ячейка и на первом слое выращены или осаждены слои для второй ячейки (с помощью эпитаксии, например, из жидкой фазы, металлорганической паровой фазы, молекулярным пучком, металлоорганической эпитаксией молекулярным пучком, атомно-слоевой эпитаксией, гидридной эпитаксией из паровой фазы, химическим осаждением из паровой фазы). В многопереходных фотоэлектрических ячейках обычно используются полупроводниковые материалы из Групп III-V. Относящиеся к Группам III-V материалы включают, например, арсенид алюминия-галлия, арсенид галлия-индия, фосфид галлия-индия, арсенид алюминия-индия, антимонид алюминия-индия, арсенид-нитрид галлия, арсенид-фосфид галлия, арсенид-антимонид галлия, нитрид алюминия-галлия, фосфид алюминия-галлия, нитрид галлия-индия, арсенид-антимонид индия, антимонид галлия-индия, фосфид алюминия-индия-галлия, арсенид-фосфид алюминия-галлия, арсенид-фосфид галлия-индия, арсенид-антимонид галлия-индия, арсенид-антимонид-фосфид индия, арсенид-фосфид алюминия-индия, арсенид-нитрид алюминия-галлия, арсенид-нитрид галлия-индия, арсенид-нитрид алюминия-индия, арсенид-антимонид-нитрид галлия, арсенид-антимонид-нитрид индия-галлия и арсенид-антимонид-фосфид индия-галлия. В качестве варианта или помимо этого, могут применяться сплавы элементов Групп II-IV, поликристаллические комбинации элементов Групп IV, II-IV и/или кристаллические, микрокристаллические или аморфные полупроводники из Групп III-V. Материалы многопереходных устройств могут включать, например, аморфный кремний, диселенид меди-индия, диселенид меди-галлия-индия, арсенид галлия, фосфид индия-галлия, сульфид кадмия, теллурид кадмия или теллурид цинка. Модельной многопереходной ячейкой является ячейка из теллурида кадмия, имеющая р-слой сульфида кадмия, i-слой теллурида кадмия и n-слой теллурида цинка. Другой пример многопереходной ячейки может включать пакет из GalnP, GalnAs и Ge. Подходящие многопереходные устройства могут включать, например, многопереходные устройства с согласованием по параметру решетки, метаморфические устройства с вертикальным переходом и инвертированные метаморфические многопереходные устройства.
В многопереходных фотоэлектрических ячейках материалы также могут выбираться, исходя из согласования постоянных решетки и/или согласования тока. Для обеспечения оптимального роста и качества кристалла период кристаллической решетки различных материалов может быть одинаковым или может быть близко подобранным. Чем больше рассогласование структур кристаллической решетки, тем больше
несовершенств роста и дефектов кристаллической решетки может проявляться, приводя к падению эффективности из-за ухудшения электрических свойств. Поскольку материалы наслаиваются согласно уменьшающимся ширинам запрещенной зоны, подходящие ширины запрещенной зоны (и, таким образом, подходящие материалы) могут выбираться так, чтобы спектр проекта уравнивал генерирование тока в каждой субъячейке с целью достижения согласования тока. Технологии производства, подходящие для достижения согласования постоянных решетки могут включать, например, химическое осаждение из паров металлоорганических соединений или эпитаксию молекулярным пучком. Согласованные по параметру решетки структуры часто образуются из ультратонких слоев монокристаллических полупроводников, например, полупроводников из Групп III-V. Однако в некоторых воплощениях рассогласованные по параметру решетки устройства могут также достигать высокой производительности. Например, некоторые рассогласованные фотоэлектрические ячейки могут включать слои со ступенчатым профилем и промежуточные слои, которые приводят к III-V фотоэлектрическим устройствам, которые показывают эффективность, сходную или даже превосходящую эффективность устройств с согласованными постоянными решетки. Примеры рассогласованных фотоэлектрических ячеек включают InGaP/GaAs PV ячейку, механически установленную поверх электрически независимой кремниевой ячейки, и Ga/InP/CalnAs/Ge ячейку.
Было показано, что фотоэлектрические ячейки с тремя переходами обеспечивают согласование тока от всех трех субъячеек, приводя к компоновке с более эффективной комбинацией ширины запрещенной зоны. Эффективность также может быть увеличена, например, в результате улучшения качества материала слоев с рассогласованием параметров кристаллической решетки и/или разработкой сильно релаксированной промежуточной структуры между подложкой и средней ячейкой, такой как буферная структура Gai-ylriyAs. Примеры многопереходных фотоэлектрических ячеек включают: фотоэлектрические ячейки с тремя переходами, такие как имеющие структуру GalnP/GalnAs/Ge; фотоэлектрические ячейки с четырьмя переходами, такие как имеющие структуру GalnP/AlGalnAs/GalnAs/Ge, фотоэлектрические ячейки с пятью переходами, также как имеющие структуру AlGalnP/GalnP/AlGalnAs/GalnAs/Ge или AlGalnP/AlGalnAs/GalnAs/GalnAs/Ge; и фотоэлектрические ячейки с шестью переходами, такие как имеющие структуру GalnP/GalnP/AlGalnAs/GalnAs/GalnAs/Ge. Для производства модельных фотоэлектрических ячеек по настоящему изобретению могут использоваться материалы любых подходящих типов и в любых подходящих количествах.
Инвертированные метаморфические многопереходные ячейки (ячейки IMM или
инвертированные ячейки с рассогласованием параметров решетки) образуются при выращивании переходов в порядке возрастания рассогласования решетки относительно подложки. Это снижает распространение деформационно-индуцированных дефектов по структуре устройства. Соответственно, материал с самой большой шириной запрещенной зоны выращивается первым, оставляя по существу свободную от деформаций и дефектов поверхность, на которой может быть выращен следующий материал с наибольшей шириной запрещенной зоны. Материал с наименьшей шириной запрещенной зоны выращивается последним с тем, чтобы его индуцированные деформациями дефекты имели меньшее влияние на другие переходы. Выращивание переходов от наибольшей до наименьшей ширины запрещенной зоны представляет обратный порядок относительно стандартных многопереходных ячеек (или ячеек с вертикальным переходом). Для выращивания переходов в таком обратном порядке необходимо удаление подложки, чтобы сделать возможным вход фотонов в слой с самой большой шириной запрещенной зоны. Также для ослабления деформаций и ограничения дислокации между рассогласованными переходами могут быть включены промежуточные слои со ступенчатым профилем.
Подходящие фотоэлектрические ячейки могут включать тонкопленочные ячейки, изготавливаемые осаждением на подложке одного или нескольких тонких слоев (например, от нескольких нанометров до десятков микрометров) фотоэлектрического материала. Подходящие подложки могут включать, например, стекло, полимеры, металл или их комбинации. Эти материалы могут не иметь кристаллической структуры. Некоторые широко распространенные тонкопленочные ячейки могут включать аморфный и микроморфный кремний, протокристаллический кремний, нанокристаллический кремний, черный кремний, теллурид кадмия, селенид меди-индия, селенид меди-галлия-индия, сенсибилизированные красителем или другие органические фотоэлектрические ячейки. Пример элемента солнечной батареи из аморфного кремния представляет многопереходная тонкопленочная кремниевая ячейка, которая может включать кремниевую ячейку с нанесенными на подложку слоями из кремния и микрокристаллического кремния. Сенсибилизированные красителем ячейки используются в фотоэлектрохимических солнечных элементах, образованных из полупроводниковых структур, зажатых между фотосенсибилизированным анодом и электролитом. Органические фотоэлектрические ячейки могут включать органические или полимерные материалы, например, органические полимеры или небольшие органические молекулы. Примеры фотоэлектрических ячеек могут также включать ленточный/нитевидный кремний, содержащий подобные материалы в качестве обсуждавшихся выше ячеек из
кристаллического кремния. Эти ячейки могут вытягиваться из расплавленного кремния, который в некоторых воплощениях может обеспечивать более высокую эффективность преобразования, чем кремний, полученный способом литья.
В некоторых воплощениях система выработки энергии может включать одну или несколько призм или оптических фильтров, устанавливаемых между плазменной реакцией и фотоэлектрическими ячейками с тем, чтобы изменить длину волны света для более близкого соответствия ширине запрещенной зоны фотоэлектрического материала(-ов). Типы фильтров могут включать пропускающие в длинноволновой области спектра, пропускающие в коротковолновой области и полосно-пропускающие фильтры. Примеры оптических фильтров могут включать поглощающие фильтры, дихроичные фильтры, режекторные фильтры, монохроматические фильтры, инфракрасные фильтры, резонансные фильтры с волноводной модой, металлические сетчатые фильтры или их любые подходящие комбинации.
Примеры фотоэлектрических систем для выработки электроэнергии по настоящему изобретению могут включать некоторое количество других подходящих компонентов, например, одно или несколько из силового преобразователя переменного тока в постоянный ток (такой как инвертор или микроинвертор), блока регулирования мощности, датчика температуры, аккумуляторной батареи, зарядного устройства, системы и/или контроллера аккумуляторной батареи, теплопоглотителя, теплообменника, шины, интеллектуального счетчика для измерения выработки энергии, одно- и/или двунаправленного измерителя, контрольно-измерительного устройства (например, для частоты или напряжения), концентратора (например, преломляющих линз, таких как линзы Френеля, отражающих зеркал, таких как параболические или кассегрейновских, или световодной оптики) или их любые подходящие комбинации. Фотоэлектрические системы могут также включать оборудование баланса системы (balance of system, BOS), включая, например, проводку, плавкие предохранители, перегрузка по току, устройства защиты от перегрузки, перенапряжений и устройства отключения и/или другое подходящее оборудование управления мощностью.
Энергия, произведенная фотоэлектрическим преобразователем 6 энергии может быть запасена и/или буферизована с помощью накопительного устройства, такого как аккумуляторная батарея. Другие накопительные устройства могут включать, например, конденсатор, трансформатор сильного тока, аккумуляторную батарею, маховик или любое другое подходящее накопительное устройство или их комбинацию. Система выработки энергии может, кроме того, включить контроллер заряда, например, для предупреждения повреждений батареи вследствие избыточной зарядки или разрядки или для оптимизации
производительности ячеек или модулей с помощью МРРТ. Батареи могут быть включены в систему выработки энергии для сохранения электрической энергии, произведенной фотоэлектрическим преобразователем 6, и/или для снабжения энергией электропотребителей по мере необходимости. Также одна или несколько батарей могут быть включены с целью обеспечения возможности функционирования фотоэлектрической батареи вблизи ее точки оптимальной мощности, снабжения электропотребителей энергией со стабильным напряжением и/или обеспечения электропотребителей и инверторов ударными токами. Также может применяться контроллер заряда батареи для защиты батареи от перезагрузки и/или сверхразряда.
В некоторых воплощениях фотоэлектрический преобразователь 6 энергии может включать системы контроля. Такие системы могут обнаруживать пробой фотоэлектрической ячейки и/или оптимизировать работу фотоэлектрических ячеек. Системы контроля могут быть также выполнены с возможностью обнаружения отклонений в системе или рассогласования между произведенной энергией и потребностями нагрузки. Системы контроля могут выдавать сигналы тревоги для указания на потенциальную проблему и/или может быть функционально соединены с контроллером, который может быть выполнен с возможностью снижения выработки энергии или отключения фотоэлектрического преобразователя 6 энергии или всей плазменной системы выработки энергии, если обнаруженные параметры оказываются выше или ниже некоторого установленного порога. Такие системы контроля могут включать один или несколько чувствительных элементов, предназначенных для восприятия одного или нескольких параметров фотоэлектрического преобразователя 6 энергии. Примеры таких отслеживаемых параметров могут включать температуру, давление, ток, частоту, выходную мощность в ваттах, яркость, КПД или их любую подходящую комбинацию.
Система выработки энергии может также включать один или несколько концентраторов, предназначенных для фокусирования исторгаемых фотонов на меньших по площади участках фотоэлектрических ячеек. Благодаря фокусированию фотонов на меньшей площади, системы, применяющие способ фотоэлектрического концентрирования (CPV), позволяют уменьшить размер фотоэлектрических ячеек. Концентратор может включать один или несколько оптических компонентов (например, зеркала и/или линзы), ориентированных на концентрирование фотонов, и может также включать одно или несколько отслеживающих устройств для достижения желательного уровня их концентрации. В некоторых воплощениях с устройствами CPV могут быть использованы активные или пассивные системы охлаждения, в то время как в других воплощениях
необходимость в каких-либо системах охлаждения может отсутствовать. Фотоэлектрические системы, включающие технику CPV, могут быть способны к достижению более высоких показателей эффективности, чем стандартные фотоэлектрические системы. В некоторых воплощениях системы CPV могут использоваться совместно с многопереходными фотоэлектрическими ячейками.
В других воплощениях техника концентрирования солнечной энергии (concentrated solar power technology, CSP) может применяться для фокусирования фотонов на меньшей площади фотоэлектрических ячеек с целью преобразования сконцентрированных фотонов в теплоту. Концентратор может включать один или несколько оптических компонентов (например, зеркала и/или линзы), ориентированных в подходящем друг относительно друга расположении (например, параболоцилиндр или параболическая антенна), и центральный накопитель для выработки теплоты. Теплота, часто в форме пара, может быть использована непосредственно или может быть преобразована в механическую или электрическую энергию с помощью любого подходящего преобразователя или комбинации преобразователей, включая, например, тепловой двигатель, такой как паровой двигатель или паровая либо газовая турбина и генератор, двигатель, функционирующий по циклу Рэнкина или Брайтона, двигатель Стерлинга, которые могут быть соединены с электрогенератором. В качестве варианта или помимо этого, теплота может использоваться для снабжения энергией термохимической реакции. В некоторых примерах осуществления фокусирование фотонов может выполняться параболоцилиндрами с применением длинных, прямоугольных, изогнутых зеркал для сосредоточения фотонов на трубопроводе, спускающемся по центру желоба. Такой трубопровод может содержать легко нагревающуюся жидкость, которая при нагревании превращается в пар. Воплощения, использующие технологию CSP, могут также включать одно или несколько следящих устройств, предназначаемых для достижения желательного уровня концентрирования.
Следует заметить, что теплота, а также плазма могут вырабатываться при зажигании топлива для генерирования плазмы. В применяющих технику CSP воплощениях эта теплота, в дополнение к теплоте, выделяемой фотоэлектрическими ячейками, может использоваться непосредственно или же может быть преобразована в механическую либо электрическую энергию с помощью любого подходящего преобразователя или комбинации преобразователей, включая, например, тепловой двигатель, такой как паровой двигатель или паровая либо газовая турбина и генератор, двигатель, функционирующий по циклу Рэнкина или Брайтона, или двигатель Стерлинга. В тех воплощениях, где энергия фотонов непосредственно преобразуется в электрическую
энергию, эта теплота может быть, например, рассеяна с помощью системы охлаждения или же может быть преобразована в электрическую энергию в ходе параллельного проходящего преобразования в электричество энергии фотонов. Например, система выработки энергии может включать преобразователи энергии фотонов в электроэнергию и термоэлектрические преобразователи. Для осуществления преобразования энергии каждая ячейка может быть связана с помощью интерфейса с любым преобразователем тепловой энергии или плазмы в механическую или электроэнергию, таким как, например, тепловой двигатель, паро- или газотурбинная система, двигатель Стерлинга или термоионный либо термоэлектрический преобразователь.
Как обсуждалось выше, система выработки энергии может также включать систему регулирования температуры. Например, система охлаждения может удалять теплоту, генерируемую фотоэлектрической системой и/или при зажигании топлива для образования плазмы. Примеры систем охлаждения могут включать теплообменник или теплопоглотитель. В некоторых воплощениях порция теплоты может передаваться к другим компонентам в системе выработки энергии, таким как, например, система 14 регенерации, система удаления, к компонентам, выполненным с возможностью обеспечения прохождения химических реакций, необходимых для регенерирования топлива из продуктов реакции плазмы, и/или к электродам для обеспечения энергией процессов зажигания топлива при создании плазмы.
Электроэнергия, полученная непосредственно от фотоэлектрических ячеек или вначале в форме тепловой энергии и затем преобразованная в электрическую энергию, может быть подвергнута обработке по улучшению ее качества. Система выработки энергии может включать один или несколько блоков 7 поддержания качества электроэнергии и управления выходной мощностью, функционально соединенных с фотоэлектрическим преобразователем 6 энергии и предназначенных для такого изменения качества произведенной энергии, чтобы она была совместима с внутренним или внешним электропотребляющим оборудованием и/или накопительным устройством, к которым подается энергия. Качество произведенной энергии может включать, например, ток, напряжение, частоту, шумы/когерентность или любые другие подходящие показатели. Блок 7 поддержания качества электроэнергии и управления мощностью может быть регулируемым для варьирования параметров качества энергии, например, чтобы реагировать на изменения в электропотребляющем оборудовании или в производимой системой энергии. Устройства поддержания качества электроэнергии могут выполнять одну или несколько функций, включая, например, регулирование напряжения, корректировку коэффициента мощности, подавление помех или защиту от импульсов при
включении. В одном примере осуществления блок поддержания качества выходной мощности может преобразовывать производимую генерирующей системой энергию до желательной формы волны, например, до переменного тока с частотой 60 Гц, поддерживать более стабильное напряжение при меняющейся нагрузке.
После такой обработки полученная энергия может быть проведена от блока 7 поддержания качества и регулирования мощности к нагрузке и/или устройству аккумулирования через выходные силовые выводы 9. В систему выработки энергии блоки поддержания качества и регулирования мощности, а также выходные силовые выводы могут быть введены в любом подходящем количестве и порядке.
Как уже указывалось выше, в некоторых воплощениях порция выходной мощности через выходные силовые выводы 9 может использоваться для снабжения энергией источника электропитания, обеспечивая, например, около 5-10 В, 10000-40000А мощности постоянного тока. Фотоэлектрические преобразователи энергии могут выдавать низковольтную, сильноточную мощность постоянного тока. В некоторых воплощениях для запуска процесса зажигания топлива при создании плазмы в качестве источника мощности для начального зажигания могут применяться суперконденсатор или батарея с тем, чтобы энергия для последующего зажигания обеспечивалась устройством для поддержания качества и регулирования выходной мощности, которое, в свою очередь, может питаться от фотоэлектрического преобразователя 6 энергии. Конкретные компоненты и компоновка фотоэлектрической системы будут зависеть, по меньшей мере частично, от того, каким образом будет использоваться полученная преобразованием энергия.
Фотоэлектрический преобразователь 6 энергии и система выработки энергии могут быть автономными, взаимодействующими с энергосистемой фотоэлектрических генераторов или могут быть присоединены к энергосистеме. Фотоэлектрическая система может функционировать во взаимосвязи или независимо от энергосистемы, и может быть связанной с другими источниками энергии и/или системами аккумулирования энергии. Например, в некоторых воплощениях фотоэлектрический преобразователь 6 энергии может быть связан с сетью или другой нагрузкой, но также может быть способным к сохранению энергии или к активному снабжению энергией системы плазменной реакции. Фотоэлектрические системы по настоящему изобретению могу быть предназначены для обеспечения постоянным или переменным током систем энергоснабжения.
Фотоэлектрические системы, соединенные с электросетью, в типичном случае включают инвертор, предназначенный для поддержания качества и преобразования производимой фотоэлектрической батареей энергии постоянного тока в энергию
переменного тока, совместимую с напряжением и требованиями по качеству, предъявляемыми данной электросетью. Для интеграции в энергосистему положительные и отрицательные выводы фотоэлектрических модулей и/или батарей могут быть электрически присоединены к инвертору. Инвертор может также быть выполненным с возможностью автоматически останавливать поток энергии к сети, когда местная энергосеть не находится в задействованном состоянии. При этой схеме подключения между выходными цепями переменного тока фотоэлектрической системы и местной энергосетью может существовать двунаправленный интерфейс, например, как показано на Фигуре 3, в распределительном щите. Это может позволить генерируемой фотоэлектрической системой мощностью переменного тока либо снабжать местных энергопотребителей, либо обеспечить обратное питание сети, например, когда выходная мощность фотоэлектрической системы превышает местную потребную нагрузку. Когда энергопотребности превосходят выходную мощность фотоэлектрическая системы, остальная необходимая мощность, требуемая потребителями, может быть получена из сети. Эти меры безопасности требуются во многих соединенных с электросетью фотоэлектрических системах для предупреждения продолжения работы фотоэлектрической системы и подачи мощности обратно в сеть, когда сеть выходит из строя, например, для обслуживания или ремонта.
В соединенных с электросетью воплощениях фотоны могут быть преобразованы в электрическую энергии, как это уже обсуждалось ранее. Либо вся произведенная электроэнергия может быть направлена в сеть, либо энергия может направляться в сеть и к одному или нескольким внешним потребителям, к накопительному устройству внутри генерирующей энергию системы, либо к другим активным компонентам внутри системы выработки энергии, либо к их любой подходящей комбинации. Помимо этого, электроэнергия, может подаваться в различные местами в зависимости от множества факторов, например, эксплуатационных условий, потребной мощности, условий окружающей среды и т.д.
В некоторых воплощениях соединенная с электросетью система может включать устройство аккумулирования энергии, а в других воплощениях соединенная с сетью система может устройство аккумулирования энергии не включать. В случае включенной энергосеть системы устройство накопления может быть, например, конденсатором, трансформатором сильного тока, аккумуляторной батарей, маховиком или любым другим подходящим накопительным устройством, или их комбинацией. Накопительное устройство может быть включено в систему выработки энергии, например, для хранения энергии, произведенной фотоэлектрическим преобразователем 6 энергии, для более
позднего применения системой, для более позднего применения другим устройством (например, внешней нагрузкой) или для снижения амплитуды каких-либо импульсов. Система выработки энергии и фотоэлектрический преобразователь 6 энергии могут быть выполнены с возможностью перезагрузки или заполнения накопительного устройства, которое затем после заполнения может быть отсоединено и подключено к отдельному устройству для снабжения его энергией. Система выработки энергии может при необходимости включать накопительное устройство, выполненное с возможностью принимать и сохранять часть произведенной энергии для более позднего применения системой выработки энергии, например, в качестве запасного источника электропитания. Помимо этого, в соединенных с электросетью воплощениях система выработки энергии может получать энергию от сети в дополнение или вместо снабжения сети энергией, как показано на Фигуре 4.
В автономных воплощениях фотоэлектрическая система выработки электроэнергии может быть предназначена для функционирования независимым от электросети образом. Такие системы могут быть спроектированы и выполнены с возможностью снабжения энергопотребителей переменным током, постоянным током или и переменным, и постоянным током. Автономные воплощения могут снабжаться энергией только от фотоэлектрической батареи или могут быть дополнены вспомогательным источником энергии для создания гибридной фотоэлектрической системы, как показано на Фигуре 4. В случае автономной системы вместо присоединения к энергосети гибридная система может в качестве вспомогательного источника питания включать генератор энергии, например, двигатель-генератор. В системе с непосредственной связью выход постоянного тока фотоэлектрического модуля или батареи может быть непосредственно подключен к нагрузке постоянного тока. Соответственно, некоторые системы с непосредственной связью могут не включать никаких устройств накопления электрической энергии (например, аккумуляторов), как показано на Фигуре 5. В качестве варианта, как показано на Фигуре 6А, системы с непосредственной связью могут включать устройство накопления электрической энергии, например, для сохранения произведенной фотоэлектрическим преобразователем 6 энергии для более позднего использования системой, внешней нагрузкой или для сглаживания последствий каких-либо перебоев. В системах с непосредственной связью может быть не исключена необходимость согласования импеданса электрической нагрузки с максимальная выходной мощностью фотоэлектрической батареи для обеспечения оптимальной производительности, в связи с чем такие системы могут включать подходящие для поддержания качества энергии компоненты. В некоторых воплощениях между батареей и нагрузкой могут
использоваться МРРТ для способствования лучшему использованию максимальной доступной выходной мощности батареи. В других воплощениях, в которых обеспечивается питание потребителей постоянного тока и переменного тока или в которых снабжаются только энергопотребители переменного тока, автономные системы могут включать устройства для накопления энергии (например, аккумуляторные батареи), как показано на Фигурах 6 А и 6В.
В автономных воплощениях фотоны плазмы могут быть преобразованы в электрическую энергию, как это уже обсуждалось ранее. Вся произведенная электроэнергия может быть направлена к одному или нескольким из накопительных устройств, внешней нагрузки или других компонентов внутри системы выработки энергии, или к их любой подходящей комбинации, примеры осуществления которой изображены на Фигурах 7 и 8.
Модельные накопительные устройства могут включать, например, конденсатор, трансформатор сильного тока, батарею, маховик или любое другое подходящее устройство накопления или их комбинацию. Накопительное устройство может быть включено в систему выработки энергии, например, для хранения энергии, произведенной фотоэлектрическим преобразователем 6 энергии, для более позднего применения системой, для более позднего применения другим устройством (например, внешней нагрузкой) или для снижения амплитуды каких-либо импульсов. Система выработки энергии и фотоэлектрический преобразователь 6 энергии могут быть выполнены с возможностью перезагрузки или заполнения накопительного устройства, которое затем после заполнения может быть отсоединено и подключено к отдельному устройству для снабжения его энергией. Система выработки энергии может при необходимости включать накопительное устройство, выполненное с возможностью принимать и сохранять часть произведенной системой энергии для более позднего применения системой выработки энергии, например, в качестве запасного источника электропитания.
Любой подходящий фотоэлектрический преобразователь энергии, предназначаемый для преобразования фотонов в электрическую либо в тепловую энергию, такой, как описанные выше, может применяться совместно с любой из описанных здесь подходящих генерирующих плазму систем выработки энергии. Например, в модельные плазменные системы выработки энергии по настоящему изобретению могут быть включены любые подходящие монокристаллические, поликристаллические, аморфные, из ленточного/нитевидного кремния, многопереходные (включая, например, инвертированные, с вертикальным переходом, с рассогласованием параметров кристаллической решетки, согласованные по параметру решетки,
относящиеся к Группам HI-V), гомопереходные, гетеропереходные, p-i-n, тонкопленочные, сенсибилизированные красителем или органические фотоэлектрические ячейки, или комбинации фотоэлектрических ячеек.
Например, как показано в воплощении на Фигуре 9, система выработки энергии может включать множество электродов 1002, выполненных с возможностью снабжения энергией топлива 1003 для зажигания топлива и создания плазмы, источник электроэнергии 1004, выполненный с возможностью снабжения электрической энергией множества электродов 1002, и по меньшей мере один фотоэлектрический преобразователь
1006 энергии расположенный так, чтобы принимать по меньшей мере множество плазменных фотонов. Эта система может также включать блок 1007 поддержания качества и регулирования мощности, функционально присоединенный к фотоэлектрическому преобразователю 1006 энергии (через силовой разъем 1008 на Фигуре 12) и выходным силовым выводам 1009, функционально соединенным с блоком
1007 поддержания качества и регулировки выходной мощности 1007, как показано в воплощении на Фигуре 10.
Другая модельная система выработки энергии может включать источник 1004 электрической энергии по меньшей мере около 2 000 А/см2 или по меньшей мере около 5 000 кВт и множество электродов 1002, электрически присоединенных к источнику 1004 электрическому энергии. Система может также включать участок 1017 загрузки топлива, выполненный с возможностью получения твердого топлива 1003, и множество электродов
1002 может быть выполнено с возможностью подачи электроэнергии к твердому топливу
1003 для создания плазмы. Система может также включать фотоэлектрический преобразователь 1006 энергии, расположенный так, чтобы принимать множество плазменных фотонов.
В одном воплощении система 1020 выработки энергии может включать источник
1004 электрической энергии, выполненный с возможностью питания энергией по меньшей мере около 5 000 кВт или по меньшей мере около 2 000 А/см2. Множество электродов 1002 может быть выполнено с возможностью по меньшей мере частично окружать топливо 1003 и электроды 1002 могут быть электрически связаны с источником 1004 электрической энергии и выполнены с возможностью получения тока для зажигания топлива 1003. По меньшей мере один из множества электродов может быть подвижным. Система выработки энергии может также включать подающий механизм 1005, предназначаемый для перемещения топлива и фотоэлектрического преобразователя 1006 энергии, выполненного с возможностью преобразования фотонов, получаемых при зажигании топлива, в различные формы энергии, как показано в примерах осуществления
1004
на Фигурах 11 и 12.
В другом примере воплощения система 1020 выработки энергии может включать источник 1004 электрической энергии, выполненный с возможностью питания энергией по меньшей мере около 5 ООО кВт или по около 2 ООО А/см2. Источник энергии, может быть электрически связан со множеством электродов 1002 и по меньшей мере один из множества электродов 1002 может включать механизм 1002а сжатия, как показано в воплощениях на Фигурах 9 и 10. Множество электродов 1002 может окружать участок 1017 загрузки топлива, выполненный с возможностью получения топлива таким образом, чтобы механизм сжатия по меньшей мере одного электрода был ориентирован по направлению к участку загрузки топлива. Электроды 1002а могут быть выполнены с возможностью подачи энергии к топливу 1003, полученному на участке 1017 загрузки топлива, для зажигания данного топлива. Система 1020 выработки энергии может также включать подающий механизм 1005 (Фигура 10), предназначаемый для перемещения топлива 1003 в участок 1017 загрузки топлива, и фотоэлектрический преобразователь 1006 энергии, выполненный с возможностью преобразования фотонов, образующихся при зажигании топлива, в нефотонную форму энергии.
В одном воплощении система 1020 выработки энергии может включать множество электродов 1002, окружающих участок 1017 загрузки топлива. Электроды 1002 могут быть выполнены с возможностью зажигания топлива 1003, размещающегося на участке 1017 загрузки топлива. Система выработки энергии может также включать подающий механизм 1005, предназначаемый для перемещения топлива 1003 на участок 1017 загрузки топлива, фотоэлектрический преобразователь 1006, выполненный с возможностью преобразования фотонов, образующихся при зажигании топлива, в нефотонную форму энергии, систему 1013 извлечения, предназначаемую для удаления побочных продуктов зажигания топлива, и систему 1014 регенерации, функционально присоединенную к системе 1013 извлечения и предназначаемую для переработки удаленного побочного продукта зажигания топлива в рециклированное топливо, как показано в воплощениях на Фигурах 11 и 12.
Другие модельные системы выработки энергии согласно настоящему раскрытию могут включать источник 1004 электрической энергии, выполненный с возможностью снабжают энергией по меньшей мере около 5 000 кВт или по около 2 000 А/см2. Множество обособленно расположенных электродов 1002 может быть электрически связано с источником 1004 электрической энергии и может окружать участок 1017 загрузки топлива. Участок 1017 загрузки топлива может быть выполнен с возможностью получения топлива 1003, и множество электродов 1002 может быть выполнено с
возможностью поставки энергии к топливу для зажигания топлива 1003 при его получении на участке 1017 загрузки топлива. Система выработки энергии может также включать подающий механизм 1005, предназначаемый для перемещения топлива на участок 1017 загрузки топлива, фотоэлектрический преобразователь 1006 энергии, выполненный с возможностью преобразования множества фотонов, генерируемых при зажигании топлива, в нефотонную форму энергии, чувствительный элемент 1025, выполненный с возможностью выполнения измерений по меньшей мере одного параметра, ассоциируемого с системой выработки энергии, и контроллер 1030, выполненный с возможностью управления по меньшей мере одним процессом, ассоциируемым с системой выработки энергии, как показано на Фигурах 11 и 12.
В другом воплощении система выработки энергии может включить источник 1004 электрической энергии, выполненный с возможностью снабжения энергией по меньшей мере около 5 000 кВт или по меньшей мере около 2 000 А/см2, и множество обособленно расположенных электродов 1002, электрически связанных с источником 1004 электрической энергии. Множество электродов 1002 может окружать участок 1017 загрузки топлива и может быть выполнено с возможностью поставки энергии к топливу 1003 для зажигания топлива при его получении на участке 1017 загрузки топлива. Давление на участке 1017 загрузки топлива может быть представлено низким вакуумом. Система выработки энергии может также включать подающий механизм 1005, предназначаемый для перемещения топлива 1003 в участок 1017 загрузки топлива, и фотоэлектрический преобразователь 1006 энергии, выполненный с возможностью преобразования множества фотонов, образующихся при зажигании топлива, в нефотонную форму энергии.
Описанные здесь модельные фотоэлектрические системы выработки электроэнергии могут функционировать во взаимосвязи или независимо от местной энергосистемы, и могут быть связаны с другими источниками энергии и/или системами аккумулирования энергии. Они могут также включать любые подходящие компоненты, включая, например, одно или несколько из силового преобразователя переменного тока в постоянный ток (такого как инвертор или микроинвертор), блока регулирования мощности, датчик температуры, аккумуляторной батареи, зарядного устройства, системы и/или контроллера аккумуляторной батареи, конденсатора, системы охлаждения 1011/1012 (например, теплопоглотитель, теплообменник 1010), шины, интеллектуального счетчика для измерения выработки энергии, одно- и/или двунаправленного измерителя, контрольно-измерительного устройства (например, для частоты или напряжения), концентратора (например, преломляющих линз, таких как линзы Френеля, отражающих
тарелок, таких как параболические или кассегрейновских, или световодной оптики) или их любые подходящие комбинации. Фотоэлектрические системы могут также включить оборудование баланса системы (balance of system, BOS), включая, например, проводку, плавкие предохранители, реле перегрузки по току, устройства защиты от перенапряжений и устройства отключения и/или другое подходящее оборудование управления мощностью.
Кроме того, в фотоэлектрических системах выработки электроэнергии фотоэлектрические ячейки помещаются вблизи создающих плазму реакций зажигания. Соответственно, модельные системы выработки энергии могут включать любую подходящую систему очистки, предназначаемую, как описано выше, для удаления любых остатков органических веществ или нагара, которые могут накапливаться на фотоэлектрических ячейках и/или других компонентах и которые могут препятствовать поглощению части фотонов фотоэлектрическими устройствами или могут повредить эти фотоэлектрические устройства.
Помимо этого, фотоэлектрические преобразователи энергии могут быть смонтированы таким образом, чтобы захватывать испускаемые фотоны, снижая воздействие любых ударных волн или частиц, которые могут исторгаться во время порождающей плазму детонации. Например, фотоэлектрические устройства могут размещаться с зазором или на перегородках, выполненных с возможностью ослабления ударных волн. Тонкопленочные фотоэлектрические ячейки могут наноситься на более упругие подложки, например, из стекла, полимера, металла или их комбинаций. В некоторых воплощениях фотоэлектрические преобразователи энергии могут устанавливаться подвижным образом и устройства слежения или другие сенсорные устройства могут регулировать угол и/или позиционирование данного фотоэлектрического устройства в соответствии с параметрами взрыва с тем, чтобы уменьшить вызываемые реакцией повреждения. В некоторых воплощениях перед фотоэлектрическими устройствами могут размещаться прозрачные панели или ячеистые экраны с тем, чтобы выступать в качестве буфера и/или перегородки. Фотоэлектрические устройства могут иметь защитные покрытия. Системы охлаждения могут рассеивать и/или перенаправлять выделяющуюся во время реакций теплоту. Соответственно, фотоэлектрические преобразователи энергии могут быть расположены внутри системы выработки энергии для способствования захвату фотонов, защищая фотоэлектрические ячейки от последствий зажигания топлива и плазменных реакций. В качестве варианта, в некоторых воплощениях реакции могут проводиться таким образом, чтобы взрыв не оказывал отрицательного воздействия на фотоэлектрические ячейки. Например, реакция может проводиться в отдельной прозрачной емкости 1001 (при, выше или ниже
атмосферного давления, такой как вакуумная камера) и фотоэлектрические ячейки 1006 могут быть нанесены на внешнюю стенку емкости и/или могут быть установлены только вне емкости 1001. Фотоэлектрические преобразователи 1006 энергии могут быть расположены любым подходящим образом в любой из подходящих раскрываемых систем выработки энергии и могут быть смонтированы с любыми подходящими компонентами и конфигурациями компонентов. Фигура 13А отображает одно воплощение, в котором участок 1017 загрузки топлива располагается в стороне от фотоэлектрических преобразователей 1006 энергии и реакций происходят в отделенной от фотоэлектрических преобразователей 1006 энергии области, в то время как воплощение на Фигуре 13В показывает реакции, происходящие в той же самой области (например, внутри или снаружи емкости 1001).
В одном воплощении преобразователя энергии плазменные фотоны попадают на фотоэлектрический материал, который является чувствительным к длине волны спонтанной эмиссии или лазерного излучения, таким образом, что происходит выталкивание электронов, которые собираются на сетке или электроде. Фотоэлектрический материал, такой как барий, вольфрам, чистые металлы (например. Си,
с л Яп Cs^Te K^CsSb LaB, vu ГтпАч x.
Sm) DU, 2 , 2 , 6, Sb - щелочь, ^"^л ^ применяется в качестве фотокатода
(положительного электрода) в соответствии со следующими публикациями, во всей их
полноте включенными посредством ссылки: М. D. Van Loy, "Measurements of barium
photocathode quantum yields at four excimer wavelengths", Appl. Phys. Letts., том 63, № 4,
(1993), стр. 476-478; S. D. Moustaizis, C. Fotakis, J. P. Girardeau-Montaut, "Laser
photocathode development for high-current electron source", Proc. SPIE, том 1552, стр. 50-56,
Short-wavelength radiation sources, Phillip Sprangle, Ed.; D. H. Dowell, S. Z. Bethel, K. D.
Friddell, "Results from the average power laser experiment photocathode injector test", Nuclear
Instruments and Methods in Physics Research А, том 356, (1995), стр. 167-176; A. Т. Young,
В. D'Etat, G. C. Stutzin, K. N. Leung, W. B. Kunkel, "Nanosecond-length electron pulses from a
laser-excited photocathode", Rev. Sci. Instrum., том 61, № 1, (1990), стр. 650-652; Q. Minquan
и др., "Investigation of photocathode driven by a laser", Qiangjiguang Yu Lizishu/High Power
Laser and Particle Beams", Nucl. Soc. China, том 9, № 2, май (1997), стр. 185-191. В качестве
анода (отрицательный электрод) может выступать коллектор электронов. Электрическая
схема, реализованная через нагрузку между этими электродами, является такой, что
развивающееся между электродами напряжение приводит к протеканию тока. Таким
образом, обеспечивается подача и рассеивание на нагрузке электрической мощности.
Другим применением настоящего изобретения является источник света.
Оптическая энергия обеспечивается в результате зажигания твердого топлива по
настоящему изобретению. Такой источник света содержит по меньшей мере одну прозрачную или полупрозрачную стенку ячейки 1, показанной на Фигурах 1 и 2. Прозрачная или полупрозрачная стенка может быть покрытая люминофором для преобразования энергии, включая свет, в излучение с желательным диапазоном длины волны. Зажигание может выполняться с достаточной частотой, такой, что излучение света происходит постоянно. В одном воплощении плазма, образующаяся при зажигании твердого топлива, дает высокий выход на коротких длинах волн. Значительная доля оптической энергия может приходиться на EUV (экстремальный ультрафиолетовый диапазон) и области мягкого рентгеновского излучения. Источник света с короткими длинами волн может применяться для фотолитографии. J. Зубчатое колесо
В том, что касается показанной на Фигуре 2А SF-CIHT ячейки, традиционные зубчатые передачи в типичном случае предназначаются для переноса механической энергии от одного зубчатого колеса к другому. При том, что эти зубчатые колеса включают целый ряд различных конфигураций, они обычно не предназначаются для поглощения ударных волн или теплоты. Некоторые применения, такие как, например, описанные выше, требуют зубчатых колес, которые двигаются и, помимо этого, выдерживают сильные воздействия и способны к переносу тепла. Описываемые ниже зубчатые колеса и способы преодолевают по меньшей мере некоторые из ограничений известного уровня техники и являются подходящими для применения с описанными выше системами и способами.
Зубчатые колеса по настоящему изобретению выполняются с возможностью применения со способами, использующими электропроводность, волны давления или теплопередачу. Например, как описано выше, к одному или нескольким зубчатым колесам могут прикладываться токи в диапазоне от около 2 ООО до около 100 ООО ампер и с напряжением в пределах от около 1 до около 100 ООО вольт. Могут генерироваться волны давления, перенос тепла и образование ионов и/или плазмы. В некоторых воплощениях зубчатые колеса по настоящему изобретению могут быть выполнены с возможностью работы с твердым топливом, таким как порошкообразное твердое топливо.
Как показано на Фигуре 14, система 10 может быть выполнена с возможностью выработки энергии, как описано выше. Система 10 может включать средство 20 подачи топлива, выполненное с возможностью поставки топлива 30 к одному или нескольким зубчатым колесам 40, как показано стрелкой, отображающей поток 50 топлива. Один или несколько зубчатых колес 40 могут быть также соединены с одним или несколькими источниками 60 электропитания, выполненными с возможностью подачи энергию к
одному или нескольким зубчатым колесам 40.
Как пояснялось выше, горючее 30 может подаваться к одному или нескольким зубчатым колесам в сочетании с поставкой электроэнергии к одному или нескольким зубчатым колесам 40. Может происходить реакция, вследствие которой образуется большое количество по меньшей мере фотонов, несущих теплоту и свет 70, развивается давление 80 или образуются ионы 90. При том, что некоторые из продуктов реакции могут быть впоследствии преобразованы в электрическую энергию, зубчатые колеса 40 должны быть выполнены с возможностью проводить электрический ток, обеспечиваемый источником 60 электропитания, и выдерживать воздействие генерируемых реакцией теплоты и света 70, давления 80 или ионов 90. Описанные здесь зубчатые колеса 40 и способы способны функционировать с системой 10.
Как показано на Фигуре 14, система 10 может включить два зубчатых колеса 40. В других воплощениях могут применяться одно или более двух зубчатых колес 40. Также показано, что оба зубчатых колеса 40 способны вращаться. В других воплощениях возможно применение конструкции, включающей зубчатую рейку с шестерней. Кроме того, зубчатое колесо 40 может включать прямозубое, косозубое, коническое, червячное или зубчатое колесо другого типа.
Зубчатое колесо 40 может работать с целым рядом различных топлив 30 и в различном диапазоне расхода топлива 50. Например, топливо 30 может включать твердое вещество, жидкость или газообразную форму. Как пояснялось выше, эти топлива могут включать воду или топливный источник на основе воды.
Зубчатые колеса 40 могут быть также образованы из одного или нескольких подходящих материалов, включая проводящие и непроводящие компоненты. Например, по меньшей мере часть зубчатого колеса 40 может включать чистый металл, металлический сплав или керамический материал. Различные материалы и конфигурации могут позволить зубчатому колесу 40 функционировать в условиях флуктуаций давления, теплоты и состояния окружающей среды.
Как показано на Фигуре 15, зубчатое колесо 40 может включать один или несколько зубьев 100. Между двумя соседними зубьями 100 может иметься паз 110. Как более подробно поясняется далее, зуб 100 и паз 110 могут быть любой подходящей формы или размера. Зубчатое колесо 40 также может включать одно или несколько отверстий 120, выполненных с возможностью вмещения вала (не показан), выполненного с возможностью обеспечения или передачи вовне вращательного движения. Кроме того, зубчатое колесо 40 может включать один или несколько других элементов (не показаны) для обеспечения, отслеживания или управления вращательным движением. Например,
зубчатое колесо 40 может включать различные подшипники, втулки или другие механические элементы.
Как показано на Фигуре 16, зубчатое колесо 40 может включать один или несколько материалов. Хотя и зубья 100, и паз 110 показаны выполненными из первого материала 130 и второго материала 140, один или несколько зубьев 100 или паз 110 могут включать или не включать два или более материалов. Различные материалы, которые могут использоваться, по меньшей мере частично, для образования зубчатого колеса 40, включают Cu, Ag, Ti, Вт, Мо, TiC, WC и другие подходящие элементы, которые обладают соответствующей удельной электропроводностью, твердостью, пластичностью или другими желательными свойствами.
В некоторых воплощениях первый материал 130 может быть более электропроводным, чем второй материал 140. Например, первый материал 130 может иметь более низкую величину сопротивления, чем второй материал 140. Первый материал 130 может включать материал, отличающийся от второго материала 140, или же может быть образован с применением способа, отличного от способа изготовления второго материала 140. Первый материал 130 может быть проводящим, в то время как второй материал 140 может быть изолирующим. Возможны и другие конфигурации материалов 130, 140.
Очевидно, что при работе показанные на Фигуре 17 зубчатые колеса 40, 40' могут вращаться друг относительно друга. Такое вращение может захватывать топливо 30 между пазом 110 зубчатого колеса 40 и зубьями 100' зубчатого колеса 40'. Прикладываемая к зубчатым колесам 40, 40' электроэнергия может проходить через первый материал 130 паза ПО, через топливо 30 и через первый материал 130' зуба 100'. Из-за различий в удельной электропроводности первого материала 130 и окружающего второго материала 140 ток предпочтительно проходит через небольшую порцию топлива 30. Такое преимущественное протекание будет вызывать протекание локальной реакции, при которой любые выделяющиеся продукты будут происходить от области, ограниченной поверхностью первого материала 130, 130'.
В других воплощениях материалы 130, 140 могут иметь другие свойства. Например, один материал может быть по сравнению с другим материалом более твердым, более устойчивым к броскам давления, более стойким к коррозии и т.д.
В некоторых объектах геометрия зуба 100, паза ПО или их обоих может быть выполнена с возможностью обеспечения локализованной реакции. Например, как показано на Фигурах 18А - 21В, зубья 100 могут иметь различные конфигурации. Также очевидно, что паз ПО может быть аналогичным образом выполнен с возможностью
обеспечения геометрии, специально подходящей для протекания локализованной реакции.
Фигуры 18А, 19А, 20А и 21А иллюстрируют профильную проекцию зубьев 100 согласно различным воплощениям. Фигуры 18В, 19В, 20В и 21В иллюстрируют вид сбоку соответствующих, показанных на Фигурах 18А, 19А, 20А и 21А зубьев 100. В частности, Фигура 18А показывает зуб 100 с верхней поверхностью 150, двумя боковыми поверхности 170 и двумя наклонными поверхностями 160, располагающимися между верхней поверхностью 150 и боковой поверхностью 170. Фигура 18В показывает, что поверхности 150, 160, 170 полностью продолжаются от первой стороны 180 зуба 100 ко второй стороне 190 зуба 100.
Фигура 19А иллюстрирует зубья 100 с верхней поверхностью 200 и боковой поверхностью 210, продолжающейся от средней поверхности 220. Подобно верхней поверхности 150, верхняя поверхность 200 обеспечивает уменьшенную область контакта с соседней поверхностью (не показана). Верхняя поверхность 200 в одном измерении продолжается вдоль части области между боковыми стенками 170 и полностью продолжается между первой поверхностью 180 и второй поверхностью 190. Эту конфигурация, подобная представленному на Фигуре 18В виду сбоку, показана на Фигуре 19В.
В то время как Фигура 20А подобна Фигуре 18А, показанный на Фигуре 20В вид сбоку отличается от представленного на Фигуре 18В. Более конкретно, поверхность 150' не продолжается полностью от первой поверхности 180 ко второй поверхности 190, часть наклонных поверхностей 160' продолжается от первой поверхности 180 ко второй поверхности 190 и боковые поверхности 170' полностью продолжаются от первой поверхности 180 ко второй поверхности 190. Аналогичным образом, Фигура 21А представляет одно воплощение, в котором верхняя поверхность 200' лишь частично продолжается от первой стороны 180 ко второй стороне 190.
Показанные на Фигурах 18А - 21В поверхности являются плоскими и линейными, но могут быть дугообразными и включать другие признаки. Эти поверхности также могут быть покрытыми и могут содержать выступы, углубления или иметь отклонения.
В показанном на Фигуре 22А воплощении зуб 100 включает наклонную поверхность 220, располагающуюся под углом тета относительно нормальной плоскости 240. Паз 110' также может включать наклонную поверхность 230, располагающуюся под углом фи относительно нормальной плоскости 240. Хотя это показано для обеих поверхностей 220, 230, одна поверхность может быть по существу параллельной нормальной плоскости 240.
Поверхности 220, 230 могут действовать, обеспечивая дополнительное сжатие или
концентрацию топлива 30 (не показано) в конкретном месте между зубьями 100 и пазом 110'. Как показано на Фигуре 22А, первая область или область 250 выбора на левой стороне паза 110' может иметь более высокую концентрацию топлива либо топливо может испытывать большее сжатие по сравнению со второй областью 260 на правой стороне паза 110'. В других воплощениях первая область 250 может различным образом располагаться около зуба 100, паза 110' или комбинации и зуба 100, и паза 110'. Например, как показано на Фигуре 22В, зуб 100 может включать дугообразную поверхность 270 и паз 110' также может включать дугообразную поверхность 280. Дугообразные поверхности 270, 280 могут быть выполнены с возможностью обеспечения области 250, располагающейся приблизительно в середине паза 110', со вторыми областями 260, расположенными с обеих сторон. Кроме того, по меньшей мере одна из поверхностей 270, 280 может перекрывать зубья 100 и паз 110', как показано для различных поверхностей на Фигурах 18А-19В. В других воплощениях по меньшей мере одна из поверхностей 270, 280 может частично перекрывать зубья 100 и паз 110', как показано для различных поверхностей на Фигурах 20А-21В.
Как показано на Фигуре 22В, взаимное зацепление зубчатых колес 40, 40' может образовывать сплюснутую или форму песочных часов. Материал, непосредственно соседствующий с горлышком или сужением песочных часов (область 280) может быть образован очень устойчивым или упрочненным материалом, который может быть изолятором, таким как керамика. Например, могут быть стабилизированными или упрочненными центральные области поверхностей 270, 280. Не прилегающий к сужению или к луковицеобразным участкам зубчатых колес 40, 40' материал может содержать материалы, которые обладают более выраженными свойствами проводимости, такие как металлы, выбранные из переходных, внутренних переходных, редкоземельных, металлов Группы 13, Группы 14 и Группы 15, или сплавы по меньшей мере двух таких металлов. Участок сужения поверхностей 270, 280 может сжимать выбранную область 280, и ток может проходить между несужающимися или луковицеобразными областями сосуда, концентрируясь в области сужения. Таким образом, плотность тока может быть увеличена в выбранной области 280, содержащей такое сужение, что обеспечивает достижение порога детонации. Сужение может быть защищено от вызываемых протеканием реакции повреждений устойчивым к эрозии материалом сужения, содержащим упрочненный материал. Не имеющие сужения или луковицеобразные области, состоящие из проводящего материала, находятся в контакте с областью невыбранного топлива при том, что такое топливо, находясь в промежуточном положении между продуктами реакции и этими соответствующими поверхностями зубчатого колеса, может защищать эти
поверхности от вызываемой реакцией и ее продуктами эрозии.
Другие варианты в конфигурации песочных часов включают воплощение, показанное на Фигуре 22С. Видно, что зубчатое колесо 40 включает камеру 286, окруженную проводящим материалом 282, таким как металл. Зубчатое колесо 40 также включает материал 284 поверхности, выполненный с возможностью противостоять образованию плазмы. В некоторых воплощениях материал 284 может включать керамику. Аналогичным образом зубчатое колесо 40' может включать камеру 286', окруженную проводящим материалом 282' и включающую материал 284' поверхности.
При функционировании зубчатые колеса 40, 40' на Фигуре 22С могут двигаться, чтобы расположиться по существу так, как показано. Далее в продольном направлении через камеры 286, 286' со сжатым внутри камер 286, 286' топливом (не показано) от зубчатого колеса 40 к зубчатому колесу 40' может быть пропущен ток. В частности, ток может протекать через топливо в камере 286, проходить по поверхностному материалу 284, проходить по поверхностному материалу 284' в камеру 286'. Непрореагировавшее топливо может оставаться внутри камер 286, 286', чтобы по меньшей мере частично защищать проводящие материалы 282, 282' от воздействия продуктов реакции. Кроме того, поверхностные материалы 284, 284' могут быть выполнены с возможностью противостоять продуктам реакции более эффективно, чем материалы 282, 282'. Соответственно, зубчатые колеса 40, 40', показанные на Фигуре 22С, могут иметь более длительный срок службы, чем зубчатые колеса 40, 40', образованные только из материалов 282, 282'.
В некоторых воплощениях зубчатое колесо 40 может требовать охлаждения для рассеивания производимого реакцией тепла. Соответственно, зубчатое колесо 40 может включать один или несколько трубопроводов, выполненных с возможностью принимать теплоноситель. Такой теплоноситель может содержать воду или другую жидкость, такую как растворитель или жидкие металлы, известные специалистам в данной области. Эти трубопроводы могут быть выполнены с возможностью высокой теплопередачи. Например, как показано на Фигуре 23 А, трубопровод 290 может иметь большую площадь поверхности, способствующую теплопередаче. В других воплощениях, как показано на Фигуре 23В, во внутренней структуре зубчатого колеса 40 может быть образовано множество трубопроводов 300, 310.
Как показано на Фигуре 24, одно или несколько зубчатых колес 40, 40' могут также включать систему 320, 320' управления движением. Система 320, 320' управления движением может быть выполнена с возможностью движения одного или нескольких зубчатых колес 40, 40'. Например, как показано на Фигуре 24, система 320 управления
движением может перемещать зубчатое колесо 40 влево или вправо. Такое движение по направлению или от зубчатого колеса 40' может сдавливать или концентрировать топливо 30 (не показано), размещающееся между зубчатым колесом 40 и зубчатым колесом 40'. Также предусматривается, что система движения 320 может включать демпфер, такой как пружина, выполненный с возможностью поглощения части производимого реакцией ударного воздействия. Другие устройства и системы также могут быть выполнены с возможностью улучшения работы зубчатого колеса или его срока службы.
В другом воплощении один или несколько зубчатые колес 40 приводятся в движение присоединенным механизмом, таким как, например, совершающая возвратно-поступательное движение тяга, приводимая в действие коленчатым валом. Это может быть подобно системе и способу поршневой системы двигателя внутреннего сгорания. Например, при проворачивании участков зубчатых колес 40, 40' противостоящих электродов в положение противозацепления противостоящие электроды прижимаются друг к другу. После зажигания под действием присоединенного механизма они могут раздвигаться. Противостоящие электроды могут быть любой желательной формы и могут быть избирательно наэлектризованными для того, чтобы по меньшей мере часть топлива 30 подверглась большему сжатию в выбранной области или чтобы плотность тока в выбранной области была бы более высокой. Противостоящие электроды могут образовывать полусферическую оболочку, которая сжимает топливо с самым большим сжатием в центре (см. Фигуру 22В). Также в центре может обеспечиваться самая высокая плотность тока для избирательного достижения порога детонации в центральной области. Расширяющаяся плазма может вытекать через открытый участок полусферической оболочки. В еще одном воплощении противостоящие электроды могут образовывать форму песочных часов при том, что выбранная область может включать сужение или горлышко песочных часов (см. Фигуру 22С).
Также предусматривается, что система 10 может включать другие компоненты, чтобы функционировать аналогично зубчатым колесам 40. Например, в некоторых воплощениях система 10 может включать один или несколько опорных элементов 400 (Фигура 25). Также предусматривается, что одно или несколько зубчатых колес 40, элементов 400 или подобные компоненты могут применяться в комбинации в единой системе либо внутри системы используются детали каждого компонента.
Как показано на Фигуре 25, первый опорный элемент 410 в целом может быть расположен вблизи второго опорного элемента 420, с валом 430, коаксиально соответствующим валу 440. Также на Фигуре 25 при виде сверху показано стрелками, что первый опорный элемент 410 может вращаться в направлении против часовой стрелки, а
второй опорный элемент 420 может вращаться в направлении по часовой стрелке. Кроме того, первый опорный элемент 410 может быть соединен с первым валом 430, а второй опорный элемент 420 может быть соединен со вторым валом 440. Для того, чтобы сделать возможным вращательное движение, один или несколько опорных элементов 400 могут быть соединены различным образом. Например, один опорный элемент 400 может вращаться, в то время как другой может оставаться неподвижным. Один или несколько опорных элементов 400 могут также двигаться периодически, непрерывно или в таком режиме управления, чтобы двигаться с одной или несколькими различными скоростями.
Подобно описанным выше зубчатым колесам 40, опорные элементы 400 могут быть выполнены с возможностью допущения протекания предусматриваемой здесь реакции. Опорные элементы 400 могут включать один или несколько описанных ниже контактных элементов, выполненных с возможностью допущения протекания реакции. Данная реакция может быть зажигана посредством применения сильного электрического тока. Например, электрический ток может быть направлен по двум контактным элементам, располагающимся в непосредственной близости друг от друга. Такой "контакт" может не подразумевать физический контакт между элементами, но должен быть достаточно близким для того, чтобы сделать возможным протекание электрического тока от одного контактного элемента к другому. Этот ток может протекать через описанное здесь топливо, такое как, например, порошок, содержащий металл и оксид металла. Подобно описанным выше зубчатым колесам 40, по меньшей мере часть опорного элемента 400 может быть электропроводной.
Фигура 26 показывает валы 430, 440 согласно одному примеру осуществления. В этом воплощении вал 430 коаксиально совпадает и продолжается через по меньшей мере часть вала 440. Такая конфигурация может сделать возможным относительное вращение между опорными элементами 410, 420. Фигура 26 также показывает опорные элементы 410, 420 с одним или несколькими контактными элементами 450. Как описанный выше, контактные элементы 450 могут быть выполнены с возможностью воздействовать друг на друга, или иметь другую конструкцию, обеспечивающую область, в которой может происходить описанная здесь реакция. Взаимодействие может включать физический контакт, тесный контакт или же один элемент располагается на таком расстоянии от другого элемента, которое делает возможным протекание тока от одного элемента к другому. Например, первый контактный элемент 452 может находиться вблизи второго контактного элемента 454, и к элементам 452, 454 может быть приложено напряжение, достаточное для протекания через топливо тока, вызывающего активную реакцию. Высвобождение энергии при такой реакции может отклонить опорный элемент 410 и/или
опорный элемент 420, как показано стрелками на Фигуре 26. Такое отклонение может обеспечить механизм поглощения энергии для абсорбирования части высвобождаемой реакцией энергии.
Фигура 27 показывает опорные элементы 400 согласно другому примеру осуществления, который включает одно или несколько соединительных устройств 460. Соединительное устройство 460 может включать ряд устройств или систем, выполненных с возможностью допущения движения одного или нескольких опорных элементов 400. Например, соединительное устройство 460 может включать зубчатое колесо, шкив, или другое устройство, выполненное с возможностью передачи вращательного движения на вал 430. В частности, соединительное устройство 460 может быть соединено с двигателем (не показан), таким как электрический, механический или двигателя другого типа, выполненного с возможностью обеспечивать движение. Соединительное устройство 460 может также включать соединительную муфту, разъединитель или другой подобный механизм для управления вращательным движением опорного элемента 400. Соединительное устройство 462 может также включать активный или пассивный демпфер, предназначенный для поглощения по меньшей мере части сил, прикладываемых к опорному элементу 410, вал 430 или первый контактный элемент 452. Прикладываемые к первому опорному элементу 410 силы, или первый вал 430 могут вызвать движение любого компонента, как показано стрелкой 432. Такое вертикальное движение может происходить, если энергетические реакции между контактными элементами 450 приводят к приложению к опорному элементу 410 значительных сил. Система активного гашения может включать процессор (не показан), выполненный с возможностью допускать такое движение или обеспечивать противодействующие силы для частичного ослабления такого движения. Система пассивного гашения может включать пружину, эластомер или другое устройство, выполненное с возможностью поглощения некоторых из прикладываемых сил.
Показано, что первое соединительное устройство 462 механически соединено с первым валом 430, а второе соединительное устройство 464 механически соединено со вторым валом 440. С опорными элементами 400 возможно использование одного или более двух соединительных устройств 460. Также предусматривается, чтобы одно или несколько соединительных устройств 460 могли размещаться между валами 430, 440 и соответствующими опорными элементами 410, 420. Кроме того, между опорными элементами 400 может располагаться третье соединительное устройство 466. Третье соединительное устройство 466 может включать упорный подшипник или подобное устройство, выполненное с возможностью обеспечения вращательного движения одного
или нескольких опорных элементов 400 под высокими сжимающими нагрузками. В случае протекания высокоэнергетических реакций опорные элементы 400 могут помещаться под высокими сжимающими нагрузками для противостояния воздействию больших усилий, прилагаемых к опорным элементам 400. Соответственно, соединительные устройства 462, 464 могут передавать сжимающие нагрузки на валы 430, 440 и опорные элементы 410, 420.
Фигура 28 иллюстрирует другое воплощение опорных элементов 400, в соответствии с которым валы 430, 440 несоосны. Показано, что опорные элементы 410, 420 не параллельны друг другу, но расположены под таким углом, что расстояние между контактными элементами меньше с правой стороны и больше с левой стороны. Такая асимметрия позволяет контактным элементам (не показаны) легче взаимодействовать друг с другом в целях вызова реакции на правой стороне и позволяя при этом области с левой стороны в целом быть свободной от каких-либо подобных реакций.
В других воплощения опорные элементы 410, 420 могут располагаться, как показано на Фигуре 29. Здесь валы 430, 440 несоосны и параллельны друг другу. Такое расположение может позволить опорным элементам 410, 420 перекрываться, как это показано в центральной области 444. Реакция может происходить внутри области 444, и в этом случае также с большим энерговыделением. Генерируемые реакцией силы могут быть частично поглощены изгибанием опорных элементов 410, 420 и/или с помощью механизмов, описанных выше на Фигуре 27. Соединительное устройство (не показано), применяемое, как показано на Фигуре 29, совместно с валами 430, 440, может включать радиальный упорный подшипник для взаимодействия с боковыми силами, развивающимися на валах 430, 440.
Опорные элементы 400 также могут снабжаться топливом с помощью одного или нескольких средств 20 поставки, как показано на Фигуре 30. Описанное выше средство 20 поставки топлива может обеспечивать различные типы описанного здесь топлива к выбранным областям одного или нескольких опорных элементов 400. Могут быть также обеспечены один или несколько элементов 470 обеспечения эксплуатации. Элемент 470 обеспечения эксплуатации может быть выполнен с возможностью по меньшей мере одного из отслеживания, очистки, управления или по меньшей мере частичного восстановления опорного элемента 400. Например, элемент 470 обеспечения эксплуатации может включить камеру, действующую в оптическом, инфракрасном, ультразвуковом или другом диапазоне длин волн для выполнения осмотра опорного элемента 400. Такой контроль может обеспечивать систему заблаговременного оповещения, предназначаемую для предупреждения системы 10 о том, что опорный элемент 400 не функционирует
соответствующим образом, требует технического обслуживания или может выйти из строя. Элемент 470 мог также включить щетку, форсунку, скребок или другое устройство, выполненное с возможностью по меньшей мере частичной очистки опорного элемента 400. Элемент 470 обеспечения эксплуатации может регулировать скорость опорного элемента 400, или прикладываемую к опорному элементу 400 силу, или действовать в качестве тормоза. Элемент 470 может также включать устройства для по меньшей мере частичного восстановления опорного элемента 400. Например, элемент 470 может включать устройства для повторного нанесения поверхности опорного элемента 400 или для подвергания опорного элемента 400 нагреванию либо охлаждению с целью обеспечения возможности частичного ремонта опорного элемента 400. Элемент 470 может быть выполнен с возможностью нанесения на элемент 400 защитного покрытия, которое может сопровождаться этапом нагревания или охлаждения для установления и закрепления покрытия. Также с помощью элемента 470 обеспечения эксплуатации может выполняться текущий ремонт.
Функционирование одного или нескольких опорных элементов 400 требует наличия и действия одного или нескольких контактных элементов 450, которые подробно описываются ниже. Подобно зубьям 100 и пазам описанного выше 110 зубчатого колеса 40, контактные элементы 450 выполнены с возможностью осуществления взаимодействий, обеспечивающих образование области протекания реакции, захватывающей топливо 30. Подобно вышеописанному, один или несколько опорных элементов 400 также могут быть соединены с одним или несколькими источниками 60 электропитания, выполненными с возможностью подачи энергии к одному или нескольким опорным элементам 400.
В некоторых воплощениях опорный элемент 400 может быть в целом круглым, как показано на Фигуре 31 А, демонстрирующей поверхность 480 нижней стороны опорного элемента 410. Поверхность 480 может включать один или несколько первых контактных элементов 452. Как показано, контактные элементы 452 могут в основном располагаться по периферии поверхности 480. В других воплощениях один или несколько контактных элементов 452 могут по-разному располагаться на поверхности 480. В других воплощениях, как показано на Фигуре 31В, опорный элемент 410 может включать один или несколько поддерживающих элементов 490, как правило, продолжающихся от вала 430. Поддерживающие элементы 490 могут иметь любую форму, размер или конфигурацию, подходящие для обеспечения опоры для одного или нескольких первых контактных элементов 452. В других воплощениях контактные элементы 450 могут быть расположены на неподвижной поверхности.
Фигуры 32A-D представляют виды в сечении контактных элементов 452, 454 согласно одному воплощению, перемещающихся по отношению друг к другу. Как показано, контактный элемент 452, присоединенный к опорному элементу 410 (не показан), двигается вправо, а контактный элемент 454, присоединенный к опорному элементу 420 (не показан), двигается влево. В других воплощениях двигаться может только один контактный элемент 450, а второй может оставаться неподвижным. Первоначально, как показано на Фигуре 32А, первый контактный элемент 452 располагается выше и слева от второго контактного элемента 454. Первый контактный элемент 452 перемещается вправо, а второй контактный элемент 454 движется влево, так, чтобы нижняя часть первого контактного элемента 452 приходила в непосредственную близость или в физический контакт с верхней частью второго контактного элемента 454. Как поясняется ниже, это близкое расположение (например, непосредственный контакт) или физический контакт может сделать возможным протекание реакции. В другом воплощении один или несколько контактных элементов 452, 454 могут одновременно взаимодействовать друг с другом, как показано на Фигуре 33.
Фигура 34 представляет увеличенное изображение сечения контактного элемента 450. Как указывалось выше, контактный элемент 450 может по-разному присоединяться или отстоять от части опорного элемента 400. Контактный элемент 450 также может включать один или несколько внутренних каналов 500. Один или несколько внутренних каналов могут обеспечивать охлаждение контактного элемента 450, снабжать топливом или обеспечивать снижение массы контактного элемента 450. Как описывалось выше в отношении трубопровода 290, один или несколько внутренних каналов 500 могут иметь большую площадь поверхности для содействия теплопередаче. Контактный элемент 450 также может включать один или несколько участков 510 контакта. Участок 510 контакта может включать материал, отличный от материала контактного элемента 450. Участок 510 контакта может быть также образован способом, отличающимся от способа образования контактного элемента 450. Хотя это не показано, другие части контактного элемента 450 могут включать один или несколько участков 510 контакта.
Контактный элемент 450 может также включать переднюю кромку 512 и заднюю кромку 514. Хотя они показаны изогнутыми, одна или несколько кромок элемента 450 могут быть линейными (см., например, Фигуру 36). Контактный элемент 450 может быть любой подходящей формы и размеров в зависимости от, например, конструктивных требований, задаваемых условиями реакции. Кроме того, контактный элемент 450 может быть по-разному присоединен к опорному элементу 400 (не показан). Присоединение может осуществляться через физическое связывание (например, сваркой, адгезивными
материалами), механическое соединение (например, заклепками, винтами и т.д.) или другими механизмами сочленения. Также предусматривается, чтобы один или несколько контактных элементов были выполнены в виде единого целого с одним или несколькими опорными элементами 400. Такая цельная конструкция, подобная лопастям в турбине, может предоставлять производственные преимущества, преимущества с точки зрения массы, повышенную устойчивость к условиям реакции и упрощает требования к обслуживанию. Также возможны гибридные, композиционные и другие конструкции. Подобно описанному выше для зубчатого колеса 40, контактный элемент 450 может быть проводящим и может включать один или несколько проводящих материалов (не показаны). Такая проводимость может включать общую электропроводность или проводящими могут быть отдельные пути либо участки элемента 450. Различные участки элемента 450 также могут обладать различной проводимостью.
В некоторых воплощениях, таких как показанные на Фигуре 25 с опорными элементами 400, может потребоваться отклонение одного или нескольких контактных элементов 450. Например, чтобы сделать возможным протекание реакции внутри выбранной области между одним или несколькими опорными элементами 400. Для обеспечения возможности отклонения контактного элемента 450 может использоваться отклоняющий элемент 520. Отклоняющий элемент 520 может размещаться для по меньшей мере частичного отклонения одного или нескольких контактных элементов 450. Например, как показано на Фигурах 35A-D, отклоняющий элемент 520 может размещаться для изменения движения контактного элемента 452. Как показано на Фигуре 35А, контактный элемент 452 может перемещаться вправо. Далее, если находящийся в контакте с отклоняющим элементом 520 (Фигура 35В), контактный элемент 452 может также перемещаться в направлении вниз, то контактный элемент 452 при этом входит в контакт с контактным элементом 454. В случаях, когда эти два элемента 452, 454 приходят в контакт (Фигура 35С), при пропускании тока по элементам 452, 454 может быть обеспечено протекание реакции. После реакции контактный элемент 452 может выйти за пределы отклоняющего элемента 520 и двигаться в направлении вверх, как показано на Фигуре 35D.
Далее будет более подробно описана реакция, протекающая с применением, согласно некоторым воплощениям, контактных элементов 452, 454 и топлива. Как показано на Фигурах 36А-С, обычно топливный слой 530 может располагаться между первым контактным элементом 452 и вторым контактным элементом 454. Топливный слой 530 может продолжаться по меньшей мере частично по контактной области 510 первого контактного элемента 452 и/или второго контактного элемента 454. Топливный
слой 530 может содержать различные материалы, включая топливо 20, и может наноситься с применением различных, описанных здесь устройств и способов. Топливный слой 530 также может быть в целом расположен между контактными элементами 452, 454, поскольку физический контакт с любым или обоими элементами может не требоваться (Фигура 36А).
Вслед за надлежащим позиционированием топливного слоя 530 между контактными элементами 452, 454 через контактные элементы 452, 454 может быть пропущен ток. Часть или все контактные элементы 452, 454 могут быть проводящими, подобно описанному выше для зубчатого колеса 40. Например, один или несколько проводящих материалов могут быть обеспечены внутри или вблизи контактных элементов 452, 454. Применяемые напряжение и ток описаны здесь и могут зависеть от типа топлива 20, содержащегося в топливном слое 530. Вслед за пропусканием тока может произойти высокоэнергетическая реакция, раздвигающая контактные элементы 452, 454 (Фигура 36В). Степень любого перемещения будет зависеть от множества факторов, включая, например, выделяющиеся при реакции энергию и мощность, форму, размер и материал контактных элементов и любых поддерживающих конструкций.
Как показано на Фигуре 36С, после реакции контактные элементы 452, 454 могут двигаться навстречу друг к другу. Выше с обращением к Фигуре 27 пояснялось, что такое движение может быть сильно сдемпфированным в зависимости от наличия вспомогательных структур и устройств. В некоторых объектах возможно возникновение колебательных движений.
В то время как описанные выше воплощения включают вращательное движение между контактными элементами 450, также предусматривается возможность использования других типов движения. Например, может использоваться возвратно-поступательное движение. Фигуры 37А-С демонстрируют пример возвратно-поступательного движения, при котором контактный элемент 452 соединяется с маятником 540. При работе маятник 540 двигается вперед и назад по второму контактному элементу 454. До того, как произойдет взаимодействие контактных элементов 452, 454 друг с другом, в целом между элементами 452, 454 может быть размещен слой 530 топлива (Фигура 37А). Когда первый контактный элемент 452 располагается приблизительно поблизости или поверх второго контактного элемента 454 (Фигура 37В), по контактным элементам 452, 454 может быть пропущен ток. Происходящее выделение энергии может заставить первый контактный элемент 452 откачнуться от второго контактного элемента 454 (Фигура 37С) при том, что часть высвобожденной энергии поглощается маятником 540 и движением контактного элемента
452. Затем маятник 540 может качнуться обратно и цикл может повториться.
В другом воплощении контактные элементы могут двигаться в линейном направлении по отношению друг к другу. Например, как показано на Фигурах 38А-С, первый контактный элемент 452 может располагаться внутри прохода 550, выполненного с возможностью вмещения первого контактного элемента 452. Отверстие 552 прохода 550 может располагаться вблизи второго контактного элемента 454 таким образом, что контактные элементы 452, 454 могут перемещаться по направлению друг к другу или друг от друга в ходе в целом линейного перемещения. Как показано на Фигуре 38А, контактный элемент 452 может двигаться к топливному слою 530, располагающемуся на втором контактном элементе 454. Ток может быть приложен к первому контактному элементу 452 через стенку 554 прохода 550 или с использованием другого механизма для того, чтобы вызвать реакцию топливного слоя 530 (Фигура 38В). Такая реакция может далее оттолкнуть первый контактный элемент 452 от второго контактного элемента 454 и направить вверх по проходу 550 (Фигура 38С).
Различные системы для различного движения между контактными элементами 450 могут быть объединены с одним или несколькими описанными выше признаками. Например, тарелка, маятник или описанные выше воплощения с проходом могут включать один или несколько признаков, описанных и показанных на Фигуре 27. Например, внутри прохода 550 из воплощения с проходом (Фигуры 38А-С) может быть помещена пружина (не показана) для приложения к первому контактному элементу 452 силы торможения. В другом примере на верхнем конце маятника 540 может быть размещено соединительное устройство (не показано) для по меньшей мере частичного контроля движения, скорости, получаемого усилия или силы, прилагаемой к первому контактному элементу 452 в этом воплощении (Фигуры 37А-С).
Различные описанные здесь воплощения также могут быть объединены с одной или несколькими описанными здесь фотоэлектрическими ячейками. С целью улучшения работы фотоэлектрической ячейки 570 или подобного устройства могут применяться различные компоненты, предназначаемые для уменьшения воздействия или эффекта высвобождаемой описанными здесь реакциями энергии. Например, как показано на Фигуре 39, по меньшей мере частично между одним или обоими контактными элементами 452, 454 и фотоэлектрической ячейкой 570 может быть размещена защитная мембрана 560 . Мембрана 560 может быть выполнена с возможностью частичного рассеивания ударной волны, отклонения некоторых порождаемых реакцией частиц или обеспечения по меньшей мере частичного барьера для создания дополнительной защиты для ячейки 570. Мембрана 560 может быть образована из цельного материала, который может быть
прозрачным. В некоторых воплощениях мембрана 560 может отфильтровывать одну или несколько длин волн. Мембрана 560 может быть непосредственно присоединена к ячейке 570 или же может располагаться на некотором расстоянии от ячейки 570.
В других воплощениях может быть обеспечен ряд барьеров 580. Барьеры могут располагаться в целом посреди зоны реакции между элементами 452, 454 и ячейкой 570. Барьеры 580 могут быть по-разному упорядочены и могут быть расположены по одному радиусу или же слоями на различных радиусах для содействия или обеспечения защиты для ячейки 570. Например, барьеры 580 могут включать ряд дефлекторов, элементов клетки или других объектов, предназначенных для направления или рассеивания ударной волны с целью защиты ячейки 570. В других воплощениях одна или несколько функций или структур мембраны 570 или барьеров 580 могут быть включены в единственную структуру или созданы как часть ячейки 570.
К. Применения осевых вентиляторов, питаемых энергией SF-CIHT ячейки
Фотоэлектрическое преобразование выходной оптической энергии от реакции гидрино представляет новый рынок для традиционной гелиоэнергетической промышленности. Энергия ветра, для преобразования которой в электричество применяются ветроэнергетические установки, рассматривается в качестве дополнительного источника возобновляемой энергии, которая в настоящее время играет в промышленности существенную роль. Одним из детерминантов ветряных электростанций является то, что, изменяя ветровой режим, они изменяют климат значительных экологических областей. Ветряные электростанции могут изменять местный климат. В одном воплощении SF-CIHT генератора ветроэнергетические установки применяются для изменения климата желательным образом. В одном воплощении множество ветроэнергетических установок приводятся в действие SF-CIHT генератором для того, чтобы нагонять сырой прибрежный воздух на сушу, где он конденсируется и осаждается на засушливых землях, делая их незасушливыми.
Энергия ветра, для преобразования которой в электричество применяются ветроэнергетические установки, рассматривается в качестве дополнительного источника возобновляемой энергии, которая в настоящее время играет в промышленности существенную роль. Одним из детерминантов ветряных электростанций является то, что, изменяя ветровой режим, они изменяют климат значительных экологических областей. Ветряные электростанции могут изменять местный климат. В одном воплощении SF-CIHT генератора ветроэнергетические установки применяются для изменения климата желательным образом. В одном воплощении множество ветроэнергетических установок приводятся в действие SF-CIHT генератором для того, чтобы нагонять сырой прибрежный
воздух на сушу, где он конденсируется и осаждается на засушливых землях, делая их незасушливыми. Количество воды, которая может быть перемещена на сушу, может быть вычислено из уравнения мощности ветряной турбины. Кинетическая энергия ветра, проходящего через ветроэнергетическую установку Р , имеет вид
P = U2pAv3 (202)
где Р - плотность воздуха (1,3 кг/м3), А представляет площадь вытеснения лопастей и v - скорость приводящего в действие турбину ветра. Скорость v также является скоростью ветра, которую турбина может создать по площади А ? когда приводится в действие энергией Р, поставляемой SF-CIHT генератором при том, что фактор мощности соответствующего осевого вентилятора взят равным 1/2 для оценки порядка величины. В настоящее время доступны промышленные ветроэнергетические установки, имеющие лопасти диаметром 164 м, которые производят 7 МВт энергии. Таким образом, скорость ветра составляет
(203) dm
Масса воздуха, перемещаемого за время dt определяется как - = pAv = 2.2X\05 kg Is
dt (204)
-(#2O) = 6.6X103 kg Is Количество ШО составляет 3% массы выдутого воздуха или dt
Акр суши равен 43 560 кв. футам или 4 х 107 см2. Для дождя, обеспечивающего высоту осадков в 1 см, требуется 4 х 107 см3 или 4 х 4 кг ШО. Учитывая скорость движения ШО,
6 s I acre
4 XIО4 kg of Н20
это количество воды может обеспечиваться каждыми 6.6X10 kg I s Таким образом, через неделю на 100 000 акрах могут быть созданы условия для процветания. Ветряная электростанция с 150 ветроэнергетическими установками способна оросить 15 миллионов акров. Исследование Стэнфордского университета [http://www.youtube.com/watch?v=M7uRtxl8j2U] показало, что в качестве альтернативных выгод в склонных к образованию ураганов областях пассивные (производящие энергию) ветроэнергетические установки могут ослаблять сильные ветры и рассеивать ураганы прежде чем они образуются. Это применение может быть значительно акцентировано при обеспечении ветроэнергетических установок питанием от SF-CIHT генераторов с целью заставить ветер дуть в противоположном направлении. Таким образом, мощность
ветряных электростанций, используемых для таких применений, может быть значительно снижена.
XI. Экспериментальная часть
А. Результаты испытаний модельных SF-CIHT ячеек в отношении выработки энергии и регенерации твердого топлива
Используемый при экспериментальной проверке образец содержал 1 см2 проводящего материала никелевого сита, покрытого тонким (толщина <1 мм), полученным пленочным литьем покрытием NiOOH, 11 масс.% углерода и 27 масс.% Ni порошка. Материал удерживался между двумя медными электродами сварочного аппарата Taylor-Winfield, модель ND-24-75, и был подвергнут воздействию кратковременных импульсов низковольтной, сильноточной электрической энергия. Прикладываемое 60 Гц напряжение имело в пике около 8 В с пиковым значением тока около 20 ООО А. Спустя около 0,14 мс с подводимой энергией около 46 Дж материал испарялся в течение около 1 мс. Были проверены несколько калибров проволоки с целью выяснения, являются ли достаточными 8 В для того, чтобы вызвать взрывные явления в проволоке, наблюдаемые с мощными, многокиловольтными конденсаторами высокой емкости в состоянии короткого замыкания. Наблюдалось только известное резистивное нагревание до красного каления и нагревание до плавления в случае проволоки Au диаметром 0,25 мм.
Термодинамически вычисленная энергия на испарение 350 мг NiOOH и 50 мг металлического Ni составляла 3,22 кДж или 9,20 кДж/г NiOOH. Так как энергия разложения NiOOH по существу равна нулю, этот эксперимент продемонстрировал значительное выделение энергии. Взрыв инициировался после приложения незначительной общей энергии в 40 Дж. Этот взрыв привел к высвобождению 3,22 кДж тепловой энергии в течение 3 мс, что соответствует 1 100 000 Вт (1,1 МВт) тепловой мощности. Учитывая размеры образца площадью 1 см2 и толщиной <1 мм, объемная плотность энергии была выше 11 х 109 Вт/л. Из соответствия видимого спектра, регистрировавшегося с помощью спектрофотометра видимой части спектра Ocean Optics, кривой излучения черного тела, температура газа составляла 5500 К.
С учетом того, что рассчитанная тепловая энергия для достижения наблюдаемого испарения 350 мг NiOOH и 50 мг компонентов Ni сетки составляет 3,22 кДж. Количество молей Н2 в 350 мг твердого топлива NiOOH соответствует 2 ммоль. На основе вычисленной энтальпии в 50 МДж/моль Ш(1/4) для реакции гидрино с превращением Ш в Ш(1/4) со стехиометрией, отвечающей тому, что 2/ЗН идет на катализатор НОН и 1/3 на гидрино Ш(1/4), соответствующая максимальная теоретическая энергия от образования
Ш(1/4) равна 33 кДж; таким образом, в Ш(1/4) было преобразовано около 10% активного водорода. Соответствующий выход реакции гидрино отвечает 64,4 мкмоль Ш(1/4).
Другое воплощение твердого топлива содержало 100 мг Со порошка и 20 мг MgCh, который был гидратирован. Реагенты были спрессованы в таблетку и зажиганы с помощью сварочного аппарата Taylor-Winfield, модель ND-24-75, при подвергании таблетки воздействию кратковременного импульса низковольтной, сильноточной электрической энергия. Прикладываемое 60 Гц напряжение имело в пике около 8 В с пиковым значением тока около 20 000 А. Взрыв происходил в заполненном аргоном боксе с перчатками и высвободил приблизительно 3 кДж плазменной энергии. Частицы плазмы конденсировались в виде нанопорошка. Продукт был гидратирован 10 мг ШО и зажигание было повторено. Повторный взрыв восстановленного твердого топлива был мощнее первого и привел к высвобождению около 5 кДж энергии. В другом воплощении Ag заменил Со.
В. Калориметрия твердого топлива SF-CIHT ячейки
Калориметрия выполнялась с помощью снабженного простой рубашкой калориметра Parr 1341 с термометром для калориметра Parr 6774 на таблетке твердого топлива. Камера для сжигания в кислороде Parr 1108 калориметра была модифицирована для получения возможности зажигания химической реакции сильным током. Инициирующие электроды из медной катанки, которые представляли собой медные цилиндры с наружным диаметром (OD) 1/2" и длиной 12" были введены в герметизированную камеру, содержавшую графитовую таблетку (-1000 мг, длина х ширина х высота = 0,18" х 0,6" х 0,3") в качестве контрольной резистивной нагрузки для калибровки калориметра по теплоемкости или таблетку твердого топлива при том, что их концы имели медный зажим, который прочно удерживал каждый образец. Водяная баня калориметра была заполнена 2 000 г деионизированной (DI) воды (согласно руководству Parr). В качестве источника энергии для калибровки и зажигания таблетки твердого топлива применялся аппарат для точечной сварки Taylor-Winfield, модель ND-24-75, обеспечивавший кратковременный импульс электрической энергии частотой 60 Гц, с низким напряжением около 8 В RMS и сильным током от около 15 000 до 20 000 А. Подводимая энергия для калибровки и зажигания твердого топлива задавалась в виде произведения напряжения и тока, интегрированного по времени подачи. Напряжение измерялось системой сбора данных (Data Acquisition System, DAS), содержавшей персональный компьютер с регистрирующим модулем National Instruments USB-6210 и Labview VI. Ток также измерялся той же самой системой сбора данных с использованием пояса Роговского (модель CWT600LF с 700 мм кабелем) с точностью до 0,3% в качестве
источника сигнала. Входные данные по напряжению и току были получены при 10 кС/с (килосемпл в секунду), и для приведения напряжения на аналоговом входе до диапазона +/-10 В USB-6210 применялся аттенюатор напряжения.
По результатам калибровки теплоемкость калориметра и электродного устройства была определена как отвечающая 12 ООО Дж/°С при использовании графитовой таблетки с подводимой аппаратом для точечной сварки энергией в 995 Дж. Образец твердого топлива, содержавший Си (45 мг) + СиО (15 мг) + ШО (15 мг), который были закупорен в алюминиевой чашечке для DSC (70 мг) (алюминиевый 30 мкл тигель, D:6,7x3 (Setaram, S08/HBB37408) с алюминиевой крышечкой D: 6,7, штампованная, герметичная (Setaram, S08/HBB37409)), был зажиган приложением пикового 60 Гц напряжения в 3 В с пиковым значением тока около 11 220 А. Подвод энергии, измерявшийся по напряжению и току в течение продолжительного периода времени, составил 46 Дж для зажигания образца, которое отмечалось пиком пробоя на кривой сигнала, с общей поступающей от аппарата точечной сварки энергией в 899 Дж, а полная энергия на выходе, рассчитанная с использованием откалиброванной теплоемкости для скорости термического реагирования на высвобожденную при зажигании твердого топлива энергию, равнялась 3 035,7 Дж. После вычитания сообщаемой энергии чистая энергия для 0,075 г образца составила 2 136,7 Дж. В контрольных опытах с ШО чашечка из оксида алюминия не подвергалась никаким реакциям помимо испарения при взрыве. XRD (дифракционный рентгеновский анализ) также не показал никакого образования оксида алюминия. Таким образом, теоретическая энергия химической реакции была равна нулю, а твердое топливо дало 28 500 Дж/г избыточной энергии при образовании гидрино.
С. Фотоэлектрическое преобразование энергии
Образец твердого топлива, содержавший Си (45 мг) + СиО (15 мг) + ШО (15 мг), который были закупорен в алюминиевой чашечке для DSC (70 мг) (алюминиевый 30 мкл тигель, D:6,7x3 (Setaram, S08/HBB37408) с алюминиевой крышечкой D: 6,7, штампованная, герметичная (Setaram, S08/HBB37409)), был зажиган приложением пикового 60 Гц напряжения в 3-6 В с пиковым значением тока около 10 000-15 000 А. Видимый спектра регистрировался с помощью спектрометра для видимой части спектра Ocean Optics (Ocean Optics Jaz, с детектором ILX511b, фильтром OFLV-3, линзой L2, 5 мкм щелью, на 350 - 1000 нм). Спектр соответствовал излучаемому абсолютно черным телом при около 6000 К. Температура абсолютно черного тела для Солнца составляет 5800 К. Так как и Солнце, и плазма SF-CIHT излучают при 5800К - 6000 К (Фигура 40) и Солнце является на Земле стандартным абсолютно черным телом со 1000 Вт/м2, в качестве ваттметра использовался солнечный элемент. Плотность оптической энергии
плазмы на данном расстоянии от центра зажигания до солнечного элемента была вычислена, исходя из относительной плотности энергии солнечного элемента в ответ на плазменный источник в сравнении с ответом на излучение Солнца. Общая оптическая энергия плазменного источника после этого вычислялась перемножением удельной мощности и площади телесного угла сферической оболочки, на которой определялась плотность.
Принимая энергию солнечного света в 1000 Вт/м2 в качестве стандартного источника света, была определена эффективность монокристаллической солнечной панели. Исходя из зафиксированной для монокристаллической солнечной панели энергии, а также ее площади и продолжительность зажигания в 20 мкс, определенной по высокоскоростному видео с 150 000 кадрами в секунду, удельная мощность плазмы была определена как составляющая 6 х 106 Вт/м2. Оптическая энергия плазмы была подтверждена с помощью спектрометра Ocean Optics. Было определено расстояние разноса входа оптоволоконного кабеля и центра плазмы, приведшее к спектральной интенсивности, соответствовавшей полученной от стандартного точечного источника световой энергии. Далее энергия плазменного источника задавалась корректировкой стандартной энергии по квадрату расстояния разноса. Типичные расстояния разноса составляли 700 см.
Перемножением удельной мощности на площадь телесного угла сферы радиусом 10 дюймов и расстояние между центром зажигания и солнечной панелью была получена полная оптическая энергия плазмы, как составлявшая 0,8 м2 х 6 х 106 Вт/м2 = 4,8 х 106 Вт оптической энергии. Полная энергия, определенная умножением полной мощности на продолжительность взрыва в 20 мкс, составила (4,8 х 106 Вт)(20 х 10"6 с) = 96 Дж. Типичная высвобождаемая детонацией твердого топлива энергия по данным калориметрических измерений составляла около 1000 Дж. Меньшее количество зарегистрированной оптической энергии рассматривалось как обусловленное низким быстродействием монокристаллического солнечного элемента в ущерб быстрому испусканию при зажигании. Более подходящим может быть GaAs элемент.
Температура в 5800 К абсолютно черного тела Солнца и температура при зажигании плазмы близки, поскольку механизм нагревания в обоих случаях является одинаковым, представляющим катализ Н в гидрино. Предполагается, что отвечающая 5500 К температура бризантных взрывчатых веществ является такой, поскольку источником разогрева является образование гидрино. Поскольку солнечные элементы были оптимизированы для преобразования 5800 К излучения черного тела в электричество, выполняемое с помощью солнечных элементов фотоэлектрическое
преобразование является подходящим средством для преобразования энергии SF-CIHT генератора, что подтверждается данными испытаниями.
Был выполнен ряд экспериментов по зажиганию таблеток твердого топлива, содержавших по 100 мг Си + 30 мг деионизированной воды, закупоренных в алюминиевой чашечке для DSC (75 мг) (алюминиевый 30 мкл тигель, D:6,7x3 (Setaram, S08/HBB37408) с алюминиевой крышечкой D: 6,7, штампованная, герметичная (Setaram, S08/HBB37409)). Таблетки были наклеены на медную металлическую полоску через промежутки в 1,9 см и полоска была обернута вокруг роликового диска шовной сварочной машины National Electric Welding Machines (100 кВА модель #100АОРТ SPCT 24) и инициировались приложением 60 Гц пикового напряжения величиной около 4-8 В с пиковым значением тока около 10 000 -35 000 А. Скорость вращения была отрегулирована таким образом, чтобы детонации происходили, когда вал перемещал каждую таблетку в положение верхней мертвой точки сварочной машины с частотой детонаций 1 Гц. Яркие вспышки света преобразовывались в электричество фотоэлектрическим преобразователем и далее электричество рассеивалось светодиодной (LED) матрицей.
Вокруг дисков шовной сварочной машины был установлен трехсторонний металлический каркас с прикрепленными к нему стенками из лексана таким образом, что ближайшее расстояние между стенками прямоугольной оболочки и сварочными дисками составляло около 15 см. На каждой из трех стенок оболочки были закреплены 30 Вт, 12 В солнечные панели. Каждая панель содержала высокопроизводительные 6" поликристаллические элементы, закаленное стекло с низким содержанием железа и ЭВА пленку (этиленвинилацетат) с ТРТ отражающей подложкой для инкапсулированных элементов с рамкой из анодированного алюминиевого сплава (тип 6063-Т5) (UL Solar, http ://www.ulsolar. com/3 0_Watt_l 2_Volt_multicrystalline_solar_panel _p/stp03 Op.htm). Описания других солнечных панелей: ячейка (поликристаллический кремний): 156 мм х 39 мм; количество ячеек и соединений: 36 (4 х 9); размер модуля: 26,2 х 16,2 х 0,98 дюймов; масса: 8 фунтов. Электрические характеристики: мощность при стандартных условиях проведения испытаний (STC): 30 ватт; напряжение, соответствующее точке максимальной мощности (Vpm): 17,3 Вольт; ток, соответствующий максимальной мощности (Ipm): 1,77 А; фото-ЭДС (Voc): 21,9 В; ток короткого замыкания (Isc): 1,93 А; допустимая погрешность: ±5%; стандартные условия проведения испытаний: температура 25°С, интенсивность падающего излучения 1000 Вт/м2, AM = 1,5; максимальное напряжение системы: 600 В постоянного тока; номинал плавких предохранителей: 10 А; температурный коэффициент короткого замыкания: 0,06%/К, Voc: -0,36%/К, Ртах: -0,5%/К; рабочая температура: от -40°С до +85 ° С; влажность при хранении: 90%; тип
выходного разъема: клеммная коробка; кабель: 9 футов, 3000 мм.
Солнечные панели были соединены со светодиодной матрицей. Светодиодная
матрица включала Genssi влагозащитный светодиодный светильник для условий
бездорожья 4X4 27 Вт 12 В 6000 К (угол отклонения светового пятна 30°)
http ://www. amazon. com/ Genssi-Light-Waterproof-6000 K-
Degree/dp/B005WWLQ8G/ref=sr_l_l ?ie=UTF8 &qid= 13 96219947 &sr=8-
l &keywords=B005WWLQ8G, 16,4 футовую (5 метров) гибкую светодиодную ленту с
300xSMD3528 и клейкой подложкой, 12 В, белый свет, 2026WH (общая мощность 24 Вт),
http://www.amazon.com/LEDwholesalers-Flexible-LED-Strip-
300xSMD3528/dp/B002Q8V8DM/ref=sr_l_l?ie=UTF8 &qid=1396220045 &sr=8-
l &keywords=B002Q8V8DM, и 9 Вт 12 В свтодиодную лампу белого света для
ландшафтного подводного освещения фонтанов и прудов
http://www.amazon.com/Underwater-Light-Landscape-Fountain-White/dp/B00AQWVHJU/ref=sr_l_l?ie=UTF8 &qid=139622011 l &sr=8-l &keywords=BOOAQWVHJU. Общая выходная расчетная мощность при номинальном напряжении и потребляемая светодиодами мощность составила 27 Вт + 24 Вт + 9 Вт = 60 Вт. Совокупная выходная мощность этих трех солнечных панелей была 90 Вт под 1 условием стационарного состояния солнечного освещения.
Серия последовательных детонаций с частотой 1 Гц поддерживала светодиодную матрицу в режиме по существу непрерывной работы с полной световой отдачей. Рассмотрим энергетический баланс системы из трех солнечных панелей от каждой детонации твердотопливной таблетки. Выходная мощность LED составляла около 60 Вт в течение времени около 1 с даже при том, что взрыв был существенно короче, 100 мкс. Поликристаллический фотоэлектрический материал обладал быстродействием и максимальной мощностью, которые не слишком хорошо подходили для короткого взрыва мощностью в несколько мегаватт. Но ячейка выступает в качестве интегратора около 60 Дж энергии на временном промежутке в 1 с. Отражение света на лексане было определено как составляющее 50%, а эффективность поликристаллических ячеек при преобразовании 5800 К света в электричество равнялась 10%. Корректировка 60 Дж с учетом отражения и 10% эффективности дает 1200 Дж. Соответствующая оптическая энергия для события длительностью 100 мкм отвечает 12 МВт. Высвобождаемая при детонации каждой таблетки энергия по данным независимых измерений в калориметрических бомбах составила около 1000 Дж. С помощью быстродействующего фотодиодного детектора время детонации было оценено как отвечающее 100 мкс. Таким образом было найдено, что мощность составила около 10 МВт. Плотность мощности оптической энергии по
данным спектрометра видимого света на расстоянии более около 200 см превышала 1 МВт/м2. Было установлено, что плотность оптической энергии совпадала с ожидаемым согласно закону Стефана-Больцмана излучением для абсолютно черного тела при 6000 К. Фотоэлектрический преобразователь дает корректный энергетический баланс в сравнении с калориметрическими и спектроскопическими результатами измерений мощности.
D. Плазмодинамическое преобразование энергии
0,05 мл (50 мг) ШО было добавлено к 20 мг либо С03О4, либо СиО, которые были закупорены в алюминиевой чашечке для дифференциальной сканирующей калориметрии (DSC) (алюминиевый тигель 30 мкл тигель, D:6,7x3 (Setaram, S08/HBB37408) с алюминиевой крышечкой D: 6,7, штампованная, герметичная (Setaram, S08/HBB37409)). С помощью аппарата для точечной сварки Taylor-Winfield, модель ND-24-75, каждый образец был зажиган током между 15 000 и 25 000 А при напряжении около 8 В RMS, прикладываемом к инициирующим электродам, которые представляли собой медные цилиндры с наружным диаметром (OD) 5/8" и длиной 3", плоские концы которых удерживали образец. Наблюдался большой выброс энергии, который приводил к испарению образцов в форме энергетически эффективной, высокоионизированной, расширяющейся плазмы. Электроды PDC включали две медные проволоки с OD 1/16". Намагниченный электрод PDC имел форму открытой петли диаметром 1", которая размещалась по окружности вокруг инициирующих электродов в плоскости образца топлива. Так как ток был осевым, магнитное поле сильного тока было радиальным, параллельным контуру петли электрода PDC. Противостоящий ненамагниченный электрод PDC был параллелен инициирующим электродам и направлению сильного тока; таким образом, силовые линии радиального магнитного поля были перпендикулярны этому электроду PDC. Противостоящий электрод PDC продолжался на 2,5" выше и ниже плоскости образца. Напряжение PDC измерялось параллельно стандартному резистору сопротивлением 0,1 Ом. Напряжение электродов PDC после зажигания соответствовало 25 В.
E. Дифференциальная сканирующая калориметрия (DSC) твердого топлива Твердые топлива были проверены на наличие избыточной энергии над
максимальной расчетной с помощью дифференциального сканирующего калориметра Setaram DSC 131, использующего тигли с покрытием Au, представительные результаты которого показаны в Таблице 7.
F. Спектроскопическая идентификация молекулярного гидрино
0,05 мл (50 мг) ШО было добавлено к 20 мг либо С03О4, либо СиО, которые были закупорены в алюминиевой чашечке для дифференциальной сканирующей калориметрии (DSC) (алюминиевый тигель 30 мкл тигель, D:6,7x3 (Setaram, S08/HBB37408) с алюминиевой крышечкой D: 6,7, штампованная, негерметичная (Setaram, S08/HBB37409)) и зажиганы током между 15 000 и 25 000 А при около 8 В эффективного напряжения с помощью аппарата для точечной сварки Taylor-Winfield, ND-24-75. Наблюдался большой выброс энергии, который приводил к испарению образцов в форме энергетически эффективной, высокоионизированной, расширяющейся плазмы. В качестве образца-свидетеля в 3,5 дюймах от центра инициируемого образца была размещена фольга из МоСи (50-50%, АМЕТЕК, толщина 0,020") таким образом, чтобы расширяющаяся плазма попадала на поверхность, внедряя в нее молекулы Ш(1/4).
С помощью Thermo Scientific DXR SmartRaman с 780 нм диодным лазером в макрорежиме на МоСи фольге после подвергания ее воздействию содержащей Ш(1/4) плазмы наблюдался абсорбционный пик шириной 40 см"1. Данный пик не был отмечен в исходном сплаве, а его интенсивность увеличивалась с увеличением интенсивности плазмы и интенсивности лазера. Так как никаких других элементов или соединений, демонстрирующих в ближней инфракрасной области 40 см"1 (0,005 эВ) линию поглощения с единственным максимумом при 1,33 эВ (энергия 780 нм лазера минус 1950 см"1) не известно, был рассмотрен Ш(1/4). Абсорбционный пик, начинающийся при 1950 см"1, до четырех значащих цифр совпадал с вращательной энергией Ш(1/4) в свободном пространстве (0,2414 эВ), а ширина 40 см"1 соответствовала энергетическому расщеплению орбитально-ядерного взаимодействия [Mills GUTCP].
Абсорбционный пик, соответствующий вращательной энергии Ш(1/4), является
действительным пиком, не поддающимся объяснению никакими известными видами соединений. Возбуждение вращения гидрино может вызвать появление поглотительного пика вследствие эффекта обращенного комбинационного рассеяния. Здесь вызываемый лазером континуум поглощается и смещается к частоте лазера, при этом континуум достаточно силен для того, чтобы поддерживать заселенность возбужденного вращательного состояния, разрешая антистоксовский энергетический вклад. Как правило, энергия лазера слишком велика для IRE, однако было обнаружено, что поверхность МоСи вызывает поверхностно усиленное рамановское рассеяние (SERS). Поглощение было отнесено к обращенному комбинационному рассеянию (IRE) для вращательной энергии
перехода №(1/4) из ^ =1 в J = 0 [Mills GUTCP]. Этот результат показывает, что Ш(1/4) является свободным ротором, соответствующим Ш в кремниевой матрице. Полученные на подвергнутой действию плазмы фольге МоСи результаты соответствуют наблюдавшимся ранее на ячейке СШТ, о которых сообщалось в предшествующей публикации Миллса: Mills, J. Lotoski, J. Kong, G Chu, J. He, J. Trevey, High-Power-Density Catalyst Induced Hydrino Transition (CIHT) Electrochemical Cell, (2014), во всей ее полноте включенной здесь посредством ссылки.
Методами MAS Н NMR, эмиссионной спектроскопии с электроннолучевым возбуждением, рамановской спектроскопии и фотолюминесцентной эмиссионной спектроскопии были проведены исследования образцов продуктов реакции, содержащих электролит СШТ, электроды СШТ и газопоглощающую смесь неорганических соединений КС1-КОН, помещенных в герметизированный контейнер закрытых ячеек СШТ.
MAS NMR молекулярного гидрино, захваченного в протонной матрице, представляет способ использования уникальных особенностей молекулярного гидрино для его идентификации через взаимодействие с такой матрицей. Уникальным касающимся спектра ЯМР фактором являются возможные квантовые состояния молекулярного
гидрино. Подобно возбужденным состояниям Ш, молекулярное гидрино ' Р~) имеет
состояния с ^ ~~ ОД 2,1 Даже квантовое состояние ^ = 0 имеет относительно большой квадрупольный момент и, помимо этого, состояния соответствующего
орбитального углового момента ^ ^ 0 приводят к магнитному моменту [Mills GUT], способному вызвать матричный сдвиг в область сильного поля. Этот эффект пользуется особенным благоприятствованием, когда матрица содержит способный к обмену Н, например, в случае матриц, имеющих гидратную воду, или твердой матрицы с щелочным
Н2(\/р)
гидроксидом, при которых локальное взаимодействие с v ' влияет на большую заселенность благодаря быстрому обмену. Газопоглотитель ячейки СШТ КОН-КС1 после экспонирования в атмосфере герметизированной ячейки СШТ показал сдвиг MAS NMR активного компонента матрицы (КОН) от +4.4 м.д. до от около -4 до -5 м.д. Например, MAS NMR спектр исходного газопоглотителя КОН-КС1 (1:1) и того же самого газопоглотителя КОН-КС1 (1:1) из ячеек СШТ, содержащих [Mo/LiOH-LiBr-MgO/NiO] и CoCu (Н проник.)/LiOH-LiBr/NiO] и производящих, соответственно, 2,5 Вт-час, 80 мА со 125% приростом и 6,49 Вт-час, 150 мА со 186% приростом, показал, что известный слабопольный пик ОН матрицы смещается от около +4 м.д. к области сильного поля около -4 м.д. Молекулярное гидрино, произведенное ячейкой СШТ, сдвигало матрицу из положительной в существенно сильнопольную область. Различные ^ квантовые числа, возможные для состояния р = 4, могут привести к различным сильнопольным матричным сдвигам, согласующимся с наблюдениями многочисленных таких пиков в области -4 м.д.. MAS NMR пик КОН матрицы, сдвинутый в область сильного поля вследствие образования комплекса с молекулярным гидрино, может быть острым, когда сдвинутый в область сильного поля гидроксидный ион (ОН") в согласии с предшествующими наблюдениями выступает в качестве свободного ротора. Результаты MAS-NMR согласуются с предыдущими ToF-SIMS спектрами положительных ионов, которые показали наличие мультимерных кластеров матричных соединений с ди-водородом в качестве части структуры М:Ш (М = КОН или К2СО3). Более конкретно, спектры положительного иона содержащих КОН и К2СО3 газопоглотителей из предшествующей
ячейки СШТ, таких как K2CO3-KCI (30:70 масс.%), показали ^ ^2 "^^)и и
к+ (н К со )
^ 2 ' 2 З'п, согласующиеся с Ш(1/р) в качестве комплекса в структуре [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].
Имелась цель прямой идентификации молекулярного гидрино на основе его
необычайно высокой колебательно-вращательной энергии с помощью методов
рамановской спектроскопии. Другой отличительной особенностью является то, что
правила отбора для молекулярного гидрино отличаются от таковых для обычного
молекулярного водорода. Аналогично возбужденным состояниям Ш молекулярное
гидрино имеет состояния с ^ _ 0,1,2,...,/? 1^ ПрИ КОТОрВХ вытянутые сфероидальные
, НАМ/?); /?= 1, 2, 3,...,137
фотонные поля с г\ г"г > > > > имеют угловые компоненты квантового числа ^ со сферической гармоникой относительно большой полуоси [Mills GUT].
Переходы между этими вытянутыми сфероидальными гармоническими состояниями являются разрешающими из вращательных перескоков А/-0,±1 в хечение чистого колебательного перехода без электронного перехода, наблюдаемого для возбужденных состояний Ш. Продолжительности существования этих угловых состояний достаточно велики, так что Н2(1/р) может однозначно подвергнуться чистому колебательно-вращательному переходу с правилом отбора А/ - 0,±1
Испускающее колебательно-вращательное состояние молекулярного гидрино может быть возбуждено высокоэнергетическим электронным столкновением или лазером,
г - о2(7 + 1)0.01509 eV "/Г." ^TTWMV1
при этом благодаря вращательной энергии v ' [Mills CrUTCPJ
возбужденные вращательные состояния в качестве статистической термодинамической
заселенности при температурах окружающей среды заполняться не могут, так как
соответствующая тепловая энергия составляет менее 0,02 эВ. Таким образом,
распределение заселенностей колебательно-вращательного состояния отражает
вероятность возбуждения от внешнего источника. Кроме того, ожидается, что из-за в
тридцать пять раз более высокой колебательной энергии Р 0-515 eJ7 п0 сравнению с вращательной энергией только первый уровень °= 1 будет возбуждаться внешним источником. Состояния молекулярного гидрино могут подвергнуться изменениям квантового числа ^ при температуре окружающей среды, а квантовое состояние J может изменяться при облучении пучком электронов или лазерным облучением, когда энергия
термализуется. Таким образом, исходное состояние может быть любым из ~~ ' ' ' вне зависимости от квантового числа J. Таким образом, вращательные и колебательно-вращательные переходы оказываются рамановски и ИК-активными с разрешаемыми R, Q, Р ветвями при том, что угловой момент при изменениях вращательного и электронного состояний сохраняется. Разрешенный изменением в ^ квантовом числе, снимающий возбуждение колебательный переход о = l^v = 0 с преобразованием вращательной энергии с повышением частоты (J -J =-1), преобразованием с понижением частоты
~J =+1) и безо всяких изменений ~J =0) приводит к ветвям Р, R и Q, соответственно. Предсказано, что пик Q-ветви, соответствующий чистому колебательному переходу У = 1 -> У = 0 ^ AJ = 0 ^ должен быть наиболее интенсивным при быстром снижении интенсивности для Р и R рядов пиков переходов более высокого порядка, при этом из-за свободной энергии внутреннего преобразования ожидается больше пиков более высокой интенсивности для ветви Р по сравнению с ветвью R. Ожидается, что влияние матрицы вызовет сдвиг колебательной энергии от энергии
свободного вибратора, а вращательный энергетический барьер матрицы приведет к примерно такому же энергетическому сдвигу пиков каждой из ветвей Р и R, выражающемуся в отличной от нуля точке пересечения линейной зависимости расстояний между энергетическими уровнями рядов вращательных пиков.
Ранее сообщалось [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], что колебательно-вращательная эмиссия H2()-l^)^ захваченного в кристаллической решетке газопоглотителей, возбуждалась бомбардировкой 6 кэВ
электронной пушкой с током луча 8 ^ в диапазоне давлений 5X10 Торр и регистрировалась УФ-спектроскопией без окон. С помощью эмиссионной спектроскопии
с электроннолучевым возбуждением наблюдался ^2 захваченный таким же
способом в металлической кристаллической решетке МоСи. Пример разрешенного колебательно-вращательного спектра Ш(1/4) (так называемая 260 нм полоса), снятого с анода МоСи СШТ ячейки [МоСи (50/50) (Н npoHHKaHne)/LiOH+LiBr/NiO], с выходной мощностью 5,97 Вт-час, 80 мА, при 190% приросте, показал максимум пика на 258 нм с репрезентативными позициями пиков на 227, 238, 250, 263, 277 и 293 нм через равные интервалы в 0,2491 эВ. Данные результаты находятся в очень хорошем соответствии с предсказанными величинами для Ш(1/4) при имеющих матричный сдвиг колебательных и вращательных переходах свободно вращающегося ротора о = l^v = 0 и Q(0), R(0), R(l), Р(1), Р(2) и Р(3), соответственно при том, что Q(0) идентифицируется в качестве самого интенсивного пика серии. Ширина пика (FWHM, полная ширина на половине максимума) составляла 4 нм. В кристаллической решетке ожидается расширение колебательно-вращательных переходов Ш(1/4) относительно обычного Н2, так как включаемые энергии имеют экстраординарный характер, будучи в шестнадцать раз выше, и в значительной мере вовлекаются в фононные полосы решетки, приводя к резонансному уширению. На исходном материале МоСи 260 нм полоса не наблюдалась. 260 нм полоса наблюдалась как рамановский спектр флюоресценции второго порядка на кристаллах КОН-КС1, которые использовались в качестве поглотителя газа Ш(1/4), когда закупоривались в ячейках СШТ, как описывалось ранее [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]. Также 260 нм полоса наблюдалась на аноде СоСи.
Ш(1/4) был, кроме того, подтвержден с помощью рамановской спектроскопии при том, что в силу большой энергетической разности между орто- и пара-формами, последняя, как ожидалось, является доминирующей. Учитывая, что пара- является четной,
типичное правило отбора для чистых вращательных перескоков представлено А/ = +2 для целых четных чисел. Однако объединение орбитально-вращательного углового момента приводит к изменению ^ квантового числа с сохранением углового момента фотона, который возбуждает вращательный уровень, на котором резонансная энергия фотона сдвигается по частоте относительно перехода сверхтонкой орбитальной-ядерной энергией в отсутствие изменения ^ квантового числа. Кроме того, для ^ ^ 0 ядра выстраиваются по межъядерной оси, как указывается в главе 12 источника [Mills GUT]. Вращательное правило отбора для стоксовых спектров определено как начальное состояние минус конечное состояние AJ = J -J = -1^ правило отбора орбитального углового момента представлено М = ±1 и переход становится разрешенным вследствие сохранения углового момента при возбуждениях объединения вращательного и орбитального углового моментов [Mills GUT]. При этом никакой зависимости интенсивности от ядерного спина не предполагается.
С помощью Thermo Scientific DXR SmartRaman с 780 нм диодными лазерами в макро-режиме на проницаемых для водорода МоСи анодах после производства избыточного электричества наблюдался абсорбционный пик шириной 40 см"1. Данный пик не наблюдался в первичный сплаве и интенсивность пика увеличивалась с увеличением избыточной энергии и интенсивности лазера. Кроме того, его присутствие перед и после ультразвуковой обработки являлось признаком того, что единственными возможными элементами, подходящими для рассмотрения в качестве его источника, были Мо, Си, Н и О, что подтверждено SEM-EDX. Перестановки контрольных соединений пик не воспроизводили. Данный пик также наблюдался на ячейках, имеющих Мо, СоСи и MoNiAl аноды, таких как ячейка [СоСи (проникание H)/LiOH-LiBr/NiO] с выходной мощностью 6,49 Вт-час, 150 мА, 186% приростом и ячейка [MoNiAl (45,5/45,5/9 Macc.%)/LiOH-LiBr/NiO] с выходной мощностью 2,40 Вт-час, 80 мА, 176% приростом. В отдельной серии экспериментов КОН-КС1 с поглощенным из этой ячейки газом дал ряд очень интенсивных флуоресцентных или фотолюминесцентных пиков, которые были отнесены к колебательно-вращательному излучению Н2(1/4). Так как никаких других элементов или соединений, демонстрирующих в ближней инфракрасной области 40 см"1 (0,005 эВ) линию поглощения с единственным максимумом при 1,33 эВ (энергия 780 нм лазера минус 2000 см"1) не известно, был рассмотрен Н2(1/4). Абсорбционный пик, начинающийся при 1950 см"1, до четырех значащих цифр совпадал с вращательной энергией Нг(1/4) в свободном пространстве (0,2414 эВ), а ширина 40 см"1 соответствовала энергетическому расщеплению орбитально-ядерного взаимодействия [Mills GUT].
Абсорбционный пик, соответствующий вращательной энергии Н2(1/4), является действительным пиком, не поддающимся объяснению никакими известными видами соединений. Возбуждение вращения гидрино может вызвать поглотительный пик по двум механизмам. При первом стоксов свет поглощается решеткой благодаря сильному взаимодействию вращающегося гидрино при его включении в решетку. Это родственно резонансному уширению, наблюдаемому с 260 нм полосой электронного луча. Второй подразумевает известное обращенное комбинационное рассеяние. Здесь вызываемый лазером континуум поглощается и смещается к частоте лазера, при этом континуум достаточно силен для того, чтобы поддерживать заселенность возбужденного вращательного состояния, разрешая антистоксовский энергетический вклад. Как правило, мощность лазера слишком высока для IRE, но молекулярное гидрино может оказаться особым случаем из-за его отличного от нуля 1 квантового числа и соответствующих правил отбора. Кроме того, предполагается, что МоСи вызовет поверхностно усиленное рамановское рассеяние (SERS) из-за небольших размеров границ зерен Мо и Си в смеси металлов. Таковы результаты обсуждения в контексте последнего механизма.
Поглощение было отнесено к обращенному комбинационному рассеянию (IRE) для
вращательной энергии перехода Н2(1/4) из ^ =1 в ^ =^ [Mills GUT]. Этот результат показал, что Нг(1/4) является свободным ротором, соответствующим Ш в кремниевой матрице. Кроме того, так как Ш(1/4) может образовывать комплексы с гидроксидом, что подтверждается MAS NMR и ToF-SIM, и наблюдается матричный сдвиг в спектрах испускания при электронно-лучевом возбуждении и в фотолюминесцентных спектрах из-за влияния окружающей среды в местах локализации Ш(1/4) в решетке, ожидается смещение IRE в различных матрицах, а также в зависимости от давления [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]. Аналогичным образом, с давлением смещаются рамановские пики Ш, представленного в виде включений в матрице. Были рассмотрены несколько примеров рамановских спектров металлов и неорганических соединений. Ti и Nb показали небольшой пик поглощения высотой около 20 пунктов, начинающийся при 1950 см"1, А1 продемонстрировал намного больший пик. Примеры неорганических соединений включали LiOH и LiOH-LiBr, которые показали пики при 2308 см"1 и 2608 см"1, соответственно. Размол LiOH-LiBr в шаровой мельнице вызвал реакцию со значительным усилением пика IRE и его сдвигом с центрированием при 2308 см"1, а также образование пика LiOH, центрированного при 1990 см"1. Особенно сильный абсорбционный пик наблюдался при 2447 см"1 от Са(ОН)г, который образует ШО. Последняя может выступать в качестве катализатора образования Ш(1/4) в ходе
дегидратации Са(ОН)2 при 512°С или в результате реакции с СО2. Как сообщалось ранее [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], эти реакции являются протекающими в твердом топливе реакциями образования гидрино. И LiOH, и Са(ОН)г, оба продемонстрировали IRE пик Ш(1/4), a LiOH в промышленных масштабах получают из Са(ОН> 2 реакцией с Li2C03. Таким образом, размолом в шаровой мельнице была вызвана реакция смеси Са(ОН)г + Li2C03 и наблюдался очень интенсивный IRE пик Нг(1/4) с центром при 1997 см"1.
Фольга из индия в течение одной минуты подвергалась воздействию газообразного продукта, образующегося после каждого из ряда зажиганий таблеток твердого топлива. Под атмосферой аргона были последовательно зажиганы пятьдесят таблеток твердого топлива, содержавших каждая по 100 мг Си + 30 мг деионизированной воды, закупоренных в алюминиевой чашечке для DSC (75 мг) (алюминиевый 30 мкл тигель, D:6,7x3 (Setaram, S08/HBB37408) с алюминиевой крышечкой D: 6,7, штампованная, герметичная (Setaram, S08/HBB37409)). Зажигание каждой таблетки твердого топлива выполнялось с помощью аппарата для точечной сварки Taylor-Winfield, модель ND-24-75, обеспечивавшего кратковременный импульс электрической энергии частотой 60 Гц, с низким напряжением около 8 В RMS и сильным током от около 15 000 до 20 000 А. С помощью Thermo Scientific DXR SmartRaman с 780 нм диодным лазером в макро-режиме наблюдался IRE пик при 1950 см"1. Пик, который не наблюдался на исходном образце, был отнесен к вращению Ш(1/4).
Об Ш(1/4) в качестве продукта реакций твердого топлива сообщалось ранее [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 высвобождающаяся согласно уравнениям (6-9) при образовании гидрино энергия приводит к высокой кинетической энергии Н". При использовании твердого топлива Li + LiNH2 + диссоциатор Ru-АЬОз, который может образовывать Н и катализатор НОН разложением А1(ОН)з и реакцией Li с ШО и LiNH2, методом ToF-SIMS наблюдались ионы, прибывающие ранее m/e = 1, что явилось подтверждением того, что выделение энергии по уравнению (9) является признаком высокой кинетической энергии Н". Другие ионы, такие как кислород (m/e = 16) не показывали никаких ранних пиков. Отношение между временем пролета Т, массой m и ускоряющим напряжением V представлено
где А является константой, зависящей от расстояния пролета иона. Из наблюдаемого при m/e = 0,968 раннего пика при ускоряющем напряжении 3 кВ кинетическая энергия, сообщаемая компонентам Н реакцией гидрино, составляет около 204 эВ, что соответствует реакции катализатора НОН, описываемой уравнениями (44-47). (6-9). Такой же ранний спектр наблюдался и при положительной моде, соответствующей Н+, но интенсивность была ниже.
Было выполнено XPS-исследование твердого топлива. XPS LiHBr, образованного реакцией Li, LiBr, LiMPi, диссоциатора R-Ni (содержащего около 2 масс.% А1(ОН)з) и 1 атм Ш, показало пики при 495,6 эВ и 494,5 эВ для спектров XPS на продуктах реакции двух различных испытаний, которые не могли быть отнесены ни к каким известным элементам. Единственно возможные Na, Sn и Zn были отброшены на основании отсутствия каких-либо других соответствующих этим элементам пиков, так как наблюдались только пики Li, Br, СиО. Данный пик соответствовал энергии теоретически разрешенной двойной ионизации [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] молекулярного гидрино Ш(1/4). Молекулярное гидрино было, кроме того, подтверждено в качестве продукта с помощью рамановской и спектроскопии FTIR. Рамановский спектр твердотопливного продукта LiHBr показал пик поглощения Нг(1/4) обращенного комбинационного рассеяния с центром при 1994 см"1. Спектр FTIR LiHBr продукта твердого топлива показал новый острый пик при 1988 см"1, который является близко согласующимся со свободной энергией ротора Ш(1/4). Кроме того, MAS NMR показал четко выраженный сдвиг пика в область сильного поля, согласующийся с наблюдаемым для других образцов КОН-КС1 (1:1) газопоглотителя ячейки СШТ, таких как образец из ячейки СШТ, содержавшей [Mo/LiOH-LiBr/NiO], с выходной мощностью 2,5 Вт-час, 80 мА, с 125% приращением, который продемонстрировал сдвинутые в область сильного поля матричные пики при -4,04 и -4.38 м.д., и второй образец из ячейки СШТ, содержавшей [СоСи (проникание H)/LiOH-LiBr/NiO], с выходной мощностью 6,49 Вт-час, 150 мА, с 186% приращением, который показал направленные в область сильного поля сдвиги матричных пиков при -4,09 и -4,34 м.д.
Также на анодах ячеек СШТ, таких как [МоСи (проникание H)/LiOH-LiBr/NiO] (1,56 Вт-час, 50 мА, со 189% приращением) и [МоМ (проникание H)/LiOH-LiBr/NiO] (1,53 Вт-час, 50 мА, с 190%), был проведен XPS анализ. Пик 496 эВ также наблюдался. Этот пик был приписан Ш(1/4), так как все другие возможности были исключены. Более конкретно, в каждом случае 496 эВ пик не мог быть ассоциирован с Мо 1 s, поскольку его интенсивность была бы значительно меньшей, чем у пиков Мо Зр, а энергия была бы
выше наблюдавшейся, и он мог быть отнесен к Na KLL, так как в спектре не было никакого Na Is.
С помощью спектрометра Scienta 300 XPS в университете Lehigh было выполнено XPS исследование газопоглотителя из металлического индия, которое показало при 1940 см"1 выраженный IRE пик, проявившийся после подвергания воздействию газов от зажигания твердого топлива, содержавшего 100 мг Си + 30 мг деионизированной воды, закупоренного в алюминиевой чашечке для DSC (70 мг) (алюминиевый тигель 30 мкл, D:6,7x3 (Setaram, S08/HBB37408) с алюминиевой крышечкой D: 6,7, штампованная, герметичная (Setaram, S08/HBB37409)). Наблюдался пик в 496 эВ, который не мог быть соотнесен ни с одним известным элементом и который был приписан к H2Q/4).
Другая успешная взаимоподтверждающая методика поиска спектров гидрино включала применение спектрометра Рамана, при котором колебательно-вращательное испускание Ш(1/4), отвечавшее 260 нм полосе электронного луча, наблюдалось в виде флюоресценции второго порядка. Газ из ячеек [Мо, 10 биполярных пластин/LiOH-LiBr-MgO/NiO] (2550,5 Вт-час, 1,7 А, 9,5 В, с 234% приращением), [MoCu/LiOH-LiBr/NiO] (3,5 Вт-час, 80 мА, со 120% приращением), [MoNi/LiOH-LiBr/NiO] (1,8 Вт-час, 80 мА, со 140%) был поглощен в КОН-КС1 (50-50%) и [СоСи (проникание H)/LiOH-LiBr/NiO] (6.49 Вт-час, 150 мА, со 186% приращением) и на этих газопоглотителях были получены спектры Рамана с помощью спектрометра рамановского рассеяния Horiba Jobin Yvon LabRAM Aramis с HeCd 325 нм лазером в режиме микроскопа с усилением 40Х. В каждом случае наблюдалась серия из интенсивных пиков комбинационного рассеяния, расположенных в области от 8000 см"1 до 18 000 см"1 через равные 1000 см"1 (0,1234 эВ) энергетические интервалы. Преобразование спектра Рамана во флуоресцентный или фотолюминесцентный спектр в качестве эквивалента выявило колебательно-вращательный спектр второго порядка H2Q/4), соответствующий 260 нм полосе, впервые наблюдавшейся при возбуждении электронным пучком [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]. Соотнесения пиков с ветвями Q, R и Р дали для спектров 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) при 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 обеспечивалось высокоэнергетическим УФ и ЭУФ Не и Cd испусканием лазера, лазерная оптика которого прозрачна при по меньшей мере 170 нм, а решетка (система Labram Aramis 2400 г/мм с фокусным расстоянием 460 мм с 1024 X 26 мкм2 пикселей CCD) является дисперсионной и обладает максимальной эффективностью в коротковолновой части спектрального диапазона, том же самом 260 нм
диапазоне. Например, исходя из полученных при возбуждении электронным лучом данных, кадмий имеет очень интенсивную линию при 214,4 нм (5,8 эВ), которая соответствует колебательно-вращательной энергии возбуждения Ш(1/4) в матрице КС1. CCD является также наиболее чувствительным при 500 нм, области второго порядка 260 нм диапазона с центром при 520 нм.
Диапазоны фотолюминесценции также коррелировали со смещенными в область сильного поля пиками ЯМР. Например, КОН-КС1 (1:1) газопоглотитель с анода MoNi ячейки СШТ, содержащей [MoNi/LiOH-LiBr/NiO], имевший сдвинутые в область сильного поля матричные пики при -4,04 и -4,38 м.д., и КОН-КС1 (1:1) газопоглотитель с СоСи анода ячейки СШТ с прониканием Н, содержащей [СоСи (проникание H)/LiOH-LiBr/NiO], имевший направленные в область сильного поля смещения матричных пиков при -4,09 и -4,34 м.д., показали ряд пиков фотолюминесценции, соответствующих 260 нм полосе электронного пучка.
Спектр Рамана был получен на 1 г образце газопоглотителя КОН-КС1 (1:1), который находился на расстоянии 2" от центра 15 последовательных зажиганий 15 отдельных таблеток твердого топлива, содержавших каждая СиО (30 мг) + Си (10 мг) + ШО (14,5 мг), который был закупорен в алюминиевой чашечке DSC (алюминиевый тигель 30 мкл, D:6.7x3 (Setaram, S08/HBB37408) с алюминиевой крышечкой D: 6,7, штампованная, герметичная (Setaram, S08/HBB37409)). Каждый образец твердого топлива инициировался с помощью сварочного аппарата Taylor-Winfield, модель ND-24-75, подававшего кратковременные импульсы низковольтной, сильноточной электрической энергии. Прикладываемое 60 Гц напряжение имело в пике около 8 В с пиковым значением тока около 20 000 А. Образец газопоглотителя содержался в тигле из оксида алюминия, который был накрыт полимерной сеткой, обвязанной вокруг тигля. Сетка препятствовала попаданию в образец любых твердых продуктов реакции, позволяя свободно проходить газу. Пятнадцать отдельных образцов твердого топлива были последовательно быстро зажиганы и накопивший результаты этих 15 воздействий образец газопоглотителя был перенесен в заполненный Аг бокс с перчатками, где он было однородно перемешан с помощью ступки и пестика. С помощью рамановского спектрометра Horiba Jobin Yvon LabRAM Aramis Raman с 325 нм HeCd лазером в режиме микроскопа с 40Х увеличением наблюдался ряд из расположенных через равные 1000 см1 энергетические интервалы пиков комбинационного рассеяния, которые совпадали с вращательным испусканием Ш(1/4) в пределах перехода о = l^v = 0 Более конкретно, наблюдались пики Q, R и Р ветвей Q(0), R(0), R(l), R(2), R(3), R(4), P(l), P(2), P(3), P(4), P(5) при 12 194, 11 239, 10 147, 13 268, 14 189, 15 127, 16 065, 17 020 и 17 907 см"1, соответственно, которые
подтверждали молекулярное гидрино Ш(1/4) в качестве источника энергетического выброса зажиганного твердого топлива.
Поглотитель газа гидрино КОН:КС1 (1:1) нагревался в течение 15 минут при 250°С и охлаждался (контроль), а затем помещался в тигель и экспонировался при 50 последовательных зажиганиях таблеток твердого топлива в атмосфере аргона при комнатной температуре. Под атмосферой аргона были последовательно зажиганы пятьдесят таблеток твердого топлива, содержавших каждая по 100 мг Си + 30 мг деионизированной воды, закупоренных в алюминиевой чашечке для DSC (75 мг) (алюминиевый 30 мкл тигель, D:6,7x3 (Setaram, S08/HBB37408) с алюминиевой крышечкой D: 6,7, штампованная, герметичная (Setaram, S08/HBB37409)). Зажигание каждой таблетки твердого топлива выполнялось с помощью аппарата для точечной сварки Taylor-Winfield, модель ND-24-75, обеспечивавшего кратковременный импульс электрической энергии частотой 60 Гц, с низким напряжением около 8 В RMS и сильным током от около 15 000 до 20 000 А. На газопоглотителе снимались спектры Рамана с помощью спектрометра комбинационного рассеяния Horiba Jobin Yvon LabRAM Aramis с HeCd 325 нм лазером в режиме микроскопа с усилением 40Х. Наблюдалось интенсивное увеличение в серии рамановских пиков, расположенных в области от 8000 см"1 до 18 000 см"1 через равные 1000 см"1 (0,1234 эВ) энергетические интервалы, которая была соотнесена с колебательно-вращательным спектром второго порядка Ш(1/4).
В целом рамановские результаты, такие как наблюдение 0,241 эВ (1940 см"1) пика обращенного комбинационного рассеяния и имеющей интервалы в 0,2414 эВ полосы спектра комбинационного рассеяния, которая соответствовала 260 нм полосе спектра электронного луча, являются надежным подтверждением наличия молекулярного гидрино, имеющего межъядерное расстояние, отвечающее 1/4 такого расстояния для Ш. В последнем случае это доказательство является особенно обоснованным вследствие нахождения в области, не имеющей никаких известных пиков первого порядка или возможных отнесений к матричным пикам при согласии с теоретическими предсказаниями с точностью до четырех значащих цифр.
Было выполнено исследование с помощью EUV спектроскопии образца твердого топлива, содержавшего 0,08 см2 проводящего материала никелевого сита, покрытого тонким (толщина <1 мм), полученным пленочным литьем покрытием NiOOH, 11 масс.% углерода и 27 масс.% Ni порошка, содержавшегося в вакуумной камере, откачанной до 5 х 10"4 Торр. Материал удерживался между двумя медными электродами аппарата для точечной сварки Acme Electric Welder Company, модель 3-42-75, 75 кВА, таким образом, что горизонтальная плоскость образца совпадала с оптикой спектрометра EUV, что
подтверждалось установочным лазером. Образец был подвергнут воздействию кратковременного импульса низковольтной, сильноточной энергии. Прикладываемое 60 Гц напряжение имело в пике около 8 В с пиковым значением тока около 20 ООО А. Спектр EUV регистрировался с помощью EUV-спектрометра со скользящим падением луча McPherson (модель 248/310G), оснащенного дифракционной решеткой с платиновым покрытием 600 г/мм и алюминиевым (А1) (толщина 800 нм, Luxel Corporation) фильтром для блокирования видимого света. Угол падения луча составлял 87°. Разрешение длины волны при ширине входной щели в 100 мкм составляло около 0,15 нм в центре полупроводникового приемника света (CCD, ПЗС-матрица) и 0,5 нм в пределах 50 нм ПЗС-окна диапазона длин волн. Расстояние от источника плазмы, являющегося инициируемым твердым топливом, до входа в спектрометр составляло 70 см. EUV свет обнаруживался ПЗС-детектором (Andor iDus), охлажденным до -60°С. ПЗС-детектор был отцентрирован при 35 нм. Наблюдался континуум излучения в области 10-40 нм. Было доказано сохранение целостности А1 окна после записи спектра взрыва. Взрыв вне кварцевого окна, которое обрезает любой EUV-свет до диапазона видимого света, показал плоский спектр, подтверждающий отсутствие непрерывного коротковолнового спектра из-за рассеянного видимого света, проходящего через А1 фильтр. Спектр высоковольтного самостягивающегося разряда гелия показал только линии атомарного и ионного Не, которые применялись для калибровке спектра по длине волны. Таким образом, было подтверждено, что данный высокоэнергетический свет представляет собой натуральный сигнал. Излучение энергии около 125 эВ невозможно из-за ускорения полем, так как максимальное прикладываемое напряжение составляло менее 8 В; кроме того, неизвестны химические реакции, способные высвобождать более нескольких эВ. Возникающая молекула ШО может служить в качестве катализатора, принимая 81,6 эВ (т = 3) с образованием интермедиата, который распадается с испусканием непрерывного спектра,
имеющего граничную энергию 9 ЛЪ.в eV = \22Л eV и коротковолновую границу
спектральной чувствительности
91.2
пт = 10.1 пт
(уравнения (32-33)).
Полоса непрерывного излучения в 10 нм области и продолжающаяся в область более длинных волн соответствовала теоретически предсказанному переходу Н в состояние гидрино Н(1/4) согласно уравнениям (43-47).
G. Водоплазменный источник энергии, основывающийся на катализе Н катализатором НОН
Система ШО-плазменно-дугового разряда содержала конденсатор для запасания
энергии, установленный между медным электродом в виде опорной пластины и стержня и концентрическим внешним медным электродом в виде цилиндра, который содержал воду при том, что стержень электрода в виде опорной пластины и стержня находился ниже водяного столба. Данный стержень был вложен в изолирующий рукав из нейлона в участке цилиндрического электрода и нейлон служил изолятором между опорной пластиной и цилиндром. Столб водопроводной воды стоял между центральным стержневым электродом и внешним цилиндрическим окружающим электродом. Параллельно двум медными пластинами с одним подводящим проводом, соединенным с землей, и вторым подводящим проводом, соединенным с опорной пластиной водно-дуговой ячейки, была присоединена конденсаторная батарея, состоящая из шести конденсаторов (115 нФ, ± 10% 20 кВ постоянного напряжения, модель М104А203В000). Конденсаторная батарея заряжалась от высоковольтного источника электропитания (Universal Voltronics, 20 кВ постоянного напряжения, модель 1650R2) через включающее 1 МОм резистор соединение и разряжалась через воздушный выключатель, который содержал электроды из нержавеющей стали. Диапазон высокого напряжения составлял от -8 кВ до -14 кВ. Модельными параметрами для 4 мл ШО в исследовавшейся открытой ячейке были емкость около 0,68 мкФ, собственное сопротивление около 0,3 Ом, внутренний диаметр (ID) цилиндрического электрода и глубина 0,5 дюйма и 2,5 дюйма, соответственно, внешний диаметр (OD) стержня 1/4 дюйма, расстояние между цилиндрическим электродом и центральным стержнем 1/8", зарядное напряжение от около -8 кВ до -14 кВ и постоянная времени цепи около 0,2 мкс. Зажигание ШО для образования гидрино с высокой скоростью достигалось зажиганным водно-дуговым разрядом, дуга которого вызывала образование атомарного водорода и НОН катализатора, который вступал в реакции образования гидрино с освобождением большой мощности. Подтверждением этой высокой мощности был сверхзвуковой выброс в лаборатории всего содержания ШО на высоту 10 футов, при котором выброшенная струя ударялась в потолок.
Была выполнены калориметрические измерения с помощью снабженного простой рубашкой калориметра Parr 1341 с фиксирующим данные двухканальным цифровым термометром Parr 6775А и камерой для сжигания в кислороде Parr 1108, которая была модифицирована для обеспечения возможности зажигания химических реакций сильным током. Подводящие провода к стержням медных инициирующих электродов, имевших вид медных цилиндров с внешним диаметром (OD) 1/4", проводились через закупоренную камеру и соединились с электродами ячейки дугового разряда. Ячейка ШО-плазменно-дугового разряда была помещена в камеру бомбы Parr, погруженной в 200 г воды,
добавленной внутрь с занятой воздухом остальной частью объема. Водяная баня калориметра была заполнена 1800 г водопроводной воды (общее количество ШО в соответствии с руководством Parr составляло 2 ООО г) и бомба была погружена в эту емкость для воды. Зарядное напряжение конденсатора измерялось высоковольтным щупом (CPS HVP-252 0252-00-0012, откалиброванным с точностью до 0,02% по образцовому щупу NIST (Национальный институт стандартов и технологий) и отображалось прошедшим поверку NIST откалиброванным цифровым мультиметром Fluke 45. Измеренное с помощью Fluke зарядное напряжение конденсатора было подтверждено высоковольтным щупом (Tektronix 6015) и отображено на осциллографе. Подводимая к водно-плазменной ячейке дугового разряда энергия вычислялась согласно 1
Е = - CV
input г\
формуле ^ , где С - емкость конденсаторной батареи и V - напряжение
перед разрядом конденсаторов. Температура ванны измерялась с помощью термисторного датчика, который был погружен в воду.
Теплоемкость калориметра была откалибрована нагреванием ванны с резистором (10 Ом) и подводом неизменяющейся мощности постоянного тока. Он также был откалиброван с тем же самым резистором и током разрядки конденсаторной батареи.
Теплоемкость калориметра была определена равной 10300 Дж/К. В нашем эксперименте подводимая энергия составляла около 500 Дж с С = 0,68 мкФ и V = -12 кВ для 10 разрядов. Соответствующая выделяемая энергия составляла около 800 Дж.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Энергетическая установка, производящая по меньшей мере одно из непосредственно электрической энергии и тепловой энергии, содержащая:
по меньшей мере одну емкость; реагенты, включающие:
а) по меньшей мере один источник катализатора или катализатор, содержащий образующуюся ШО;
d) по меньшей мере один источник атомарного водорода или атомарный водород;
с) по меньшей мере одно из проводящего материала и проводящей матрицы; и
по меньшей мере один комплект электродов для удержания по меньшей мере одного реагента гидрино,
источник электроэнергии для обеспечения кратковременных импульсов сильноточной электрической энергии;
систему перезагрузки;
по меньшей мере одну систему для регенерации исходных реагентов из продуктов реакции и
по меньшей мере один плазмодинамический преобразователь или по меньшей мере один фотоэлектрический преобразователь.
2. Энергетическая установка по п. 1, в которой емкость способна выдерживать по меньшей мере одно давление из атмосферного, выше атмосферного и ниже атмосферного.
3. Энергетическая установка по п. 1, в которой реагенты содержат источник ШО и проводящую матрицу для образования по меньшей мере одного из катализатора, источника катализатора, атомарного водорода и источника атомарного водорода.
4. Энергетическая установка по п. 3, в которой реагенты, содержащие источник ШО, содержат по меньшей мере одно из объемной ШО, состояния ШО помимо объемного, соединения или соединений, которые подвергаются по меньшей мере одной из реакций образования ШО и высвобождения связанной ШО.
5. Энергетическая установка по п. 4, в которой связанная ШО содержит соединение, которое взаимодействует с ШО при том, что ШО находится в по меньшей мере одном состоянии из абсорбированной ШО, связанной ШО, физически сорбированной ШО и гидратационной воды.
6. Энергетическая установка по п. 1, в которой реагенты содержат
проводящий материал и одно или несколько соединений или материалов, которые подвергаются по меньшей мере одному из высвобождения объемной НгО, абсорбированной НгО, связанной НгО, физически сорбированной НгО и гидратационной воды и имеют НгО в качестве продукта реакции.
7. Энергетическая установка по п. 1, в которой по меньшей мере одно из источника образующегося НгО катализатора и источника атомарного водорода содержит по меньшей мере одно из:
a) по меньшей мере один источник НгО;
b) по меньшей мере один источник кислорода; и
c) по меньшей мере один источник водорода.
8. Энергетическая установка по п. 1, в которой реагенты для образования по меньшей мере одного из источника катализатора, катализатора, источника атомарного водорода и атомарного водорода содержат по меньшей мере одно из
a) НгО и источника НгО;
b) О2, Н2О, НООН, ООН", иона пероксида, иона супероксида, гидрида, Ш, галогенида, оксида, оксигидроксида, гидроксида, соединения, которое содержит кислород, гидратированного соединения, гидратированного соединения, выбранного из группы из по меньшей мере одного из галогенида, оксида, оксигидроксида, гидроксида, соединения, которое содержит кислород; и
c) проводящей матрицы.
9. Энергетическая установка по п. 8, в которой оксигидроксид содержит по меньшей мере одно из группы TiOOH, GdOOH, СоООН, InOOH, FeOOH, GaOOH, NiOOH, AlOOH, CrOOH, MoOOH, CuOOH, MnOOH, ZnOOH и SmOOH;
оксид содержит по меньшей мере одно из группы СиО, СигО, СоО, С02О3, С03О4, FeO, Fe203, №ОиМ203;
гидроксид содержит по меньшей мере одно от группы Си(ОН)г, Со(ОН)г, Со(ОН)3, Fe(OH)2, Fe(OH)3 и Ni(OH)2;
соединение, которое содержит кислород, содержит по меньшей мере одно из группы сульфата, фосфата, нитрата, карбоната, гидрокарбоната, хромата, пирофосфата, персульфата, перхлората, пербромата и периодата, МХОз, МХО4 (М = металл, такой как щелочной металл, такой как Li, Na, К, Rb, Cs; X = F, Br, CI, I), оксида магния-кобальта, оксида никеля-магния, оксида меди-магния, Li20, оксида щелочного металла, оксида щелочноземельного металла, СиО, СЮ4, ZnO, MgO, СаО, М0О2, ТЮ2, Zr02, Si02, АЬОз, NiO, FeO, Fe203, Ta02, Ta205, VO, V02, V2O3, V2O5, P2O3, P2O5, B2O3, NbO, Nb02, Nb205, Se02, Se03, Te02, ТеОз, W02, W03, Cr304, Cr203, Cr02, СгОз, СоО, C02O3, Co304, FeO,
БегОз, NiO, №гОз, редкоземельного оксида, СеОг или ЬагОз, оксигидроксида, такого как TiOOH, GdOOH, СоООН, InOOH, FeOOH, GaOOH, NiOOH, AlOOH, CrOOH, MoOOH, CuOOH, MnOOH, ZnOOH и SmOOH; и
проводящая матрица содержит по меньшей мере одно из группы металлического порошка, углерода, карбида, борида, нитрида, карбонитрила, такого как TiCN, или нитрила.
10. Энергетическая установка по п. 1, в которой реагенты содержат смесь металла, оксида этого металла и НгО при том, что реакция металла с НгО не является термодинамически благоприятной.
11. Энергетическая установка по п. 1, в которой реагенты содержат смесь металла, галогенида металла и НгО при том, что реакция металла с НгО не является термодинамически благоприятной.
12. Энергетическая установка по п. 1, в которой реагенты содержат смесь переходного металла, галогенида щелочноземельного металла и НгО при том, что реакция металла с НгО не является термодинамически благоприятной.
13. Энергетическая установка по п. 1, в которой реагенты содержит смесь проводящего материала, гигроскопичного материала и НгО.
14. Энергетическая установка по п.п. 1 или 13, в которой проводящий материал содержит порошок металла или углеродный порошок при том, что реакция металла или углерода с НгО не является термодинамически благоприятной.
15. Энергетическая установка по п. 13, в которой гигроскопичный материал содержит по меньшей мере одно из группы бромида лития, хлорида кальция, хлорида магния, хлорида цинка, карбоната калия, фосфата калия, карналлита, такого как KMgCb 6НгО, двойной соли цитрата железа и цитрата аммония, гидроксида калия и гидроксида натрия и концентрированной серной и фосфорной кислот, целлюлозного волокна, сахара, карамели, меда, глицерина, этанола, метанола, дизельного топлива, метамфетамина, химического удобрения, соли, осушителя, диоксида кремния, активированного угля, гипса, хлорида кальция, молекулярных сит, цеолита, влагопоглощающего материала, хлорида цинка, хлорида кальция, гидроксида калия, гидроксида натрия и расплывающейся за счет поглощения влаги соли.
16. Энергетическая установка по п. 15, содержащая смесь из проводящего материала, гигроскопичных материалов и НгО при том, что диапазоны относительных молярных количеств (металла), (гигроскопичного материала), (НгО) составляют по меньшей мере одно из приблизительно (от 0,000001 до 100000), (от 0,000001 до 100000), (от 0,000001 до 100000); (от 0,00001 до 10000), (от 0,00001 до 10000), (от 0,00001 до
10.
10000); (от 0,0001 до 1000), (от 0,0001 до 1000), (от 0,0001 до 1000); (от 0,001 до 100), (от 0,001 до 100), (от 0,001 до 100); (от 0,01 до 100), (от 0,01 до 100), (от 0,01 до 100); (от 0,1 до 10), (от 0,1 до 10), (от 0,1 до 10); и (от 0,5 до 1), (от 0,5 до 1), (от 0,5 до 1).
17. Энергетическая установка по п.п. 10, 11, 12, или 14, в которой металл, реакция которого с НгО является термодинамически неблагоприятной, может быть представлен по меньшей мере одним, выбранным 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.
18. Энергетическая установка по п. 17, в которой реагенты регенерируются добавлением НгО.
19. Энергетическая установка по п. 1, в которой реагенты содержат смесь метала, оксида данного металла и НгО при том, что данный оксид металла способен к восстановлению Нг при температуре ниже 1000°С.
20. Энергетическая установка по п. 1, в которой реагенты содержит смесь
оксида, который не поддается легкому восстановлению при использовании Нг и
умеренного нагрева;
металла, имеющего оксид, пригодный к восстановлению до металла с использованием Нг при температуре менее 1000°С, и НгО.
21. Энергетическая установка по п.п. 19 или 20, в которой металл, имеющий оксид, способный к восстановлению с использованием Нг до металла при температуре ниже 1000°С, является по меньшей мере одним 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.
22. Энергетическая установка по п. 20, в которой оксид металла, который не способен легко восстанавливаться с использованием Нг и умеренного нагрева, включает по меньшей мере один из оксида алюминия, щелочноземельного оксида и редкоземельного оксида.
23. Энергетическая установка по п. 1, в которой твердое топливо содержит углерод или активированный уголь и НгО при том, что данная смесь регенерируется повторной гидратацией, содержащей добавление НгО.
24. Энергетическая установка по п. 1, в которой реагенты содержат по меньшей мере одно из суспензии, раствора, эмульсии, композиционного материала и соединения.
25. Энергетическая установка по п. 1, в которой выражаемое в мольных
процентах содержание НгО может находиться в по меньшей мере одном диапазоне из приблизительно 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%.
26. Энергетическая установка по п. 1, в которой ток от источника электроэнергии для обеспечения кратковременных импульсов сильноточной электрической энергии достаточен для того, чтобы заставить реагенты гидрино подвергнуться реакции образования гидрино с очень высокой скоростью.
27. Энергетическая установка по п. 1, в которой источник для обеспечения кратковременных импульсов сильноточной электрической энергии содержит по меньшей мере одно из следующего:
напряжение, выбираемое таким образом, чтобы вызвать сильный переменный ток, постоянный ток или смесь постоянного и переменного тока, величина которого находится в по меньшей мере одном диапазонов от 100 А до 1 000 000 А, от 1 кА до 100 000 А, от 10 к А до 50 к А;
плотность постоянного тока или пиковую плотность переменного тока в по меньшей мере одном из диапазонов от 100 А/см2 до 1 000 000 А/см2, от 1000 А/см2 до 100 000 А/см2 и от 2000 А/см2 до 50 000 А/см2;
напряжение, определяемое проводимостью твердого топлива или энергического материала при том, что напряжение задается желательным током, умноженным на сопротивление образца твердого топлива или энергического материала;
постоянное напряжение или пиковое переменное напряжение может находиться по меньшей мере в одном диапазоне, выбираемом из от около 0,1 В до 500 кВ, от 0,1 В до 100 кВ и от 1 В до 50 кВ; и
частота переменного тока может находиться в диапазоне от около 0,1 Гц до 10 ГГц, от 1 Гц до 1 МГц, от 10 Гц до 100 кГц и от 100 Гц до 10 кГц.
28. Энергетическая установка по п. 1, в которой сопротивление образца твердого топлива или энергетического материала находится в по меньшей мере одном диапазоне, выбираемом из от около 0,001 мОм до 100 МОм, от 0,1 Ом до 1 МОм и от 10 Ом до 1 кОм; и
удельная электропроводность подходящей нагрузки на единицу площади электрода, эффективная с точки зрения образования гидрино, находится в по меньшей мере одном диапазоне, выбираемом из от около 10"10 Ом"1 см"2 до 106 Ом"1 см"2, от 10"5 Ом" Чм"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 и от 1 Ом"1 см"2 до 10
Ом"1 см"2.
29. Энергетическая установка по п. 1, в которой система регенерации содержит по меньшей мере одну из систем гидратации, тепловой, химической и электрохимической систем.
30. Энергетическая установка по п. 1, в которой фотоэлектрический преобразователь энергии включает преобразователь энергии фотонов в электроэнергию.
31. Способ по п. 30, дополнительно включающий систему распределения
света.
32. Энергетическая установка по п. 31, дополнительно содержащая концентрирующее фотоэлектрическое устройство.
33. Энергетическая установка по п. 1, в котором фотоэлектрический преобразователь энергии включает преобразователь энергии фотонов в тепловую энергию.
34. Энергетическая установка по п. 33, дополнительно содержащая преобразователь тепловой энергии в электроэнергию.
35. Энергетическая установка по п. 1, дополнительно содержащая устройство для концентрирования солнечной энергии.
36. Энергетическая установка по п. 1, дополнительно содержащая отслеживающее устройство.
37. Энергетическая установка по п. 1, дополнительно содержащая устройство накопления энергии.
38. Энергетическая установка по п. 1, в которой данная энергетическая установка функционально связана с электрической сетью.
39. Энергетическая установка по п. 1, в которой данная энергетическая установка является автономной системой.
40. Энергетическая установка по п. 1, в которой фотоэлектрический преобразователь энергии включает множество многопереходных фотоэлектрических ячеек.
41. Энергетическая установка по п. 40, в которой многопереходные фотоэлектрические ячейки являются фотоэлектрическими ячейками с тремя переходами.
42. Энергетическая установка по п. 1, в которой фотоэлектрический преобразователь энергии располагается внутри вакуумной ячейки.
43. Энергетическая установка по п. 1, в которой фотоэлектрический преобразователь энергии включает по меньшей мере одно из антиотражающего покрытия, покрытия, согласующего оптический импеданс, или защитного покрытия.
32.
44. Энергетическая установка по п. 1, в которой фотоэлектрический преобразователь энергии функционально соединен с системой очистки, выполненной с возможностью очистки по меньшей мере одного участка фотоэлектрического преобразователя энергии.
45. Энергетическая установка по п. 1, дополнительно содержащая оптический фильтр.
46. Энергетическая установка по п. 1, в которой фотоэлектрический преобразователь энергии содержит по меньшей мере одно из монокристаллической ячейки, поликристаллической ячейки, аморфной ячейки, ячейки из ленточного/нитевидного кремния, многопереходной ячейки, ячейки с гомопереходом, ячейки с гетеропереходом, ячейки с p-i-n-структурой, тонкопленочной ячейки, сенсибилизированной красителем ячейки и органической фотоэлектрической ячейки.
47. Энергетическая установка по п. 1, в которой фотоэлектрический преобразователь энергии содержит многопереходную ячейку при том, что такая многопереходная ячейка содержит по меньшей мере одно из инвертированной ячейки, ячейки с вертикальными переходами, ячейки с рассогласованием по параметрам решетки, ячейки из согласованного по параметрам решетки материала и ячейки, содержащей полупроводниковые материалы Групп III-V.
48. Энергетическая установка по п. 1, дополнительно содержащая
блок поддержания качества и регулирования выходной мощности, функционально соединенный с фотоэлектрическим преобразователем энергии; и
выходные силовые выводы, функционально соединенные с блоком поддержания качества и регулирования выходной мощности.
49. Энергетическая установка по п. 1, дополнительно содержащая инвертор.
50. Энергетическая установка по п. 1, дополнительно содержащая устройство накопления энергии.
51. Энергетическая установка по п. 50, в которой часть выходной мощности направляется с выходных силовых выводов к устройству накопления энергии.
52. Энергетическая установка по п. 50, в которой часть выходной мощности направляется с выходных силовых выводов к компоненту системы выработки энергии.
53. Система выработки энергии по п. 50, в которой часть выходной мощности направляется с выходных силовых выводов к множеству электродов.
54. Система выработки энергии по п. 50, в которой часть выходной мощности направляется с выходных силовых выводов к внешней нагрузке.
55. Система выработки энергии по п. 50, в которой часть выходной мощности
49.
направляется с выходных силовых выводов к электрической сети.
56. Способ производства электроэнергии, содержащий:
подачу топлива к участку между множеством электродов;
активирование множества электродов для зажигания топлива с целью образования плазмы;
преобразование множества фотонов плазмы в электроэнергию с помощью фотоэлектрического преобразователя энергии; и
вывод по меньшей мере одной порции электрической энергии.
57. Способ производства электроэнергии, содержащий: подачу топлива к участку между множеством электродов;
активирование множества электродов для зажигания топлива с целью образования плазмы;
преобразование множества фотонов плазмы в тепловую энергию с помощью фотоэлектрического преобразователя энергии; и
преобразование тепловой энергии в электроэнергию; и вывод по меньшей мере одной порции электрической энергии.
58. Способ генерирования энергии, содержащий:
доставку некоторого количества топлива к участку загрузки топлива при том, что участок загрузки топлива располагается среди множества электродов;
зажигание топлива пропусканием через топливо тока по меньшей мере около 2 ООО А/см2 посредством приложения тока ко множеству электродов для выработки по меньшей мере одного из плазмы, света и теплоты;
получение по меньшей мере одной порции света фотоэлектрическим преобразователем энергии;
преобразование света в другую форму энергии с помощью фотоэлектрического преобразователя энергии; и
вывод другой формы энергии.
59. Водо-плазменная энергетическая установка дугового разряда, содержащая:
по меньшей мере одну закрытую реакционную емкость;
реагенты, включающие по меньшей мере одно из НгО и источника НгО; по меньшей мере один комплект электродов;
источник электроэнергии для снабжения НгО начальным высоким напряжением пробоя и обеспечения последующего сильного тока;
фотоэлектрический преобразователь энергии; и систему теплообменника,
при том, что данная энергетическая установка выполнена с возможностью получения плазмы дугового разряда, света и тепловой энергии.
60. Система генерирования энергии, содержащая:
источник электрический энергии по меньшей мере около 2 ООО А/см2 или по меньшей мере около 5 ООО кВт;
множество электродов, электрически соединенных с источником электрической энергии;
участок загрузки топлива, выполненный с возможностью получения твердого топлива при том, что множество электродов может быть выполнено с возможностью подачи электроэнергии к твердому топливу для создания плазмы; и
фотоэлектрический преобразователь энергии, расположенный с возможностью получения множества фотонов плазмы.
61. Система генерирования энергии, содержащая:
источник электрический энергии, выполненный с возможностью снабжения энергией по меньшей мере около 5 ООО кВт или по меньшей мере около 2 ООО А/см2;
множество обособленно расположенных электродов при том, что данное множество электродов по меньшей мере частично окружает топливо, является электрически связанным с источником электрической энергии, является выполненным с возможностью получения тока для зажигания топлива и по меньшей мере один из множества электродов подвижен;
подающий механизм для перемещения топлива; и
фотоэлектрический преобразователь энергии, выполненный с возможностью преобразования фотонов, образующихся при зажигании топлива, в другую форму энергии.
62. Энергетическая установка, содержащая:
источник электрический энергии, выполненный с возможностью снабжения энергией по меньшей мере около 5 ООО кВт или по меньшей мере около 2 ООО А/см2;
множество обособленно расположенных электродов при том, что по меньшей мере один из множества электродов включает механизм сжатия;
участок загрузки топлива, выполненный с возможностью получения топлива при том, что данный участок загрузки топлива окружен множеством электродов таким образом, что механизм сжатия по меньшей мере одного электрода ориентирован по направлению к участку загрузки топлива, и при этом множество электродов электрически связано с источником электрической энергии и выполнено с возможностью поставки энергии к топливу, полученному на участке загрузки топлива, для зажигания данного
топлива;
подающий механизм, предназначаемый для перемещения топлива в участок загрузки топлива; и
фотоэлектрический преобразователь энергии, выполненный с возможностью преобразования фотонов, образующихся в результате зажигания топлива, в нефотонную форму энергии.
63. Система генерирования энергии, содержащая: множество электродов;
участок загрузки топлива, окруженный множеством электродов и выполненный с возможностью получения топлива при том, что данное множество электродов выполнено с возможностью зажигания топлива, размещенного в участке загрузки топлива;
подающий механизм, предназначаемый для перемещения топлива в участок загрузки топлива;
фотоэлектрический преобразователь энергии, выполненный с возможностью преобразования фотонов, образующихся в результате зажигания топлива, в нефотонную форму энергии;
система удаления, предназначаемая для извлечения побочных продуктов зажигания топлива; и
система регенерации, функционально соединенная с системой удаления и предназначаемая для повторной переработки извлеченного побочного продукта зажигания топлива в рециклированное топливо.
64. Энергетическая установка, содержащая:
источник электрический энергии, выполненный с возможностью снабжения энергией по меньшей мере около 5 ООО кВт или по меньшей мере около 2 ООО А/см2;
множество обособленно расположенных электродов, электрически соединенных с источником электрической энергии;
участок загрузки топлива, выполненный с возможностью получения топлива при том, что данный участок загрузки топлива окружен множеством электродов и при том, что данное множество электродов выполнено с возможностью поставки энергии к топливу для зажигания топлива, полученного в участке загрузки топлива;
подающий механизм, предназначаемый для перемещения топлива в участок загрузки топлива;
фотоэлектрический преобразователь энергии, выполненный с возможностью преобразования множества фотонов, образующихся в результате зажигания топлива, в нефотонную форму энергии;
чувствительный элемент, выполненный с возможностью измерения по меньшей мере одного параметра, ассоциируемого с системой генерирования энергии; и
контроллер, выполненный с возможностью управления по меньшей мере одним способом, ассоциируемым с системой генерирования энергии.
65. Энергетическая установка, содержащая:
источник электрический энергии, выполненный с возможностью снабжения энергией по меньшей мере около 5 ООО кВт или по меньшей мере около 2 ООО А/см2;
множество обособленно расположенных электродов, электрически соединенных с источником электрической энергии;
участок загрузки топлива, выполненный с возможностью получения топлива при том, что данный участок загрузки топлива окружен множеством электродов и при том, что данное множество электродов выполнено с возможностью поставки энергии к топливу для зажигания топлива, полученного в участке загрузки топлива;
подающий механизм, предназначаемый для перемещения топлива в участок загрузки топлива;
фотоэлектрический преобразователь энергии, выполненный с возможностью преобразования множества фотонов, образующихся в результате зажигания топлива, в нефотонную форму энергии;
чувствительный элемент, выполненный с возможностью измерения по меньшей мере одного параметра, ассоциируемого с системой генерирования энергии; и
контроллер, выполненный с возможностью управления по меньшей мере одним способом, ассоциируемым с системой генерирования энергии.
66. Система генерирования энергии, содержащая:
источник электрический энергии, выполненный с возможностью снабжения энергией по меньшей мере около 5 ООО кВт или по меньшей мере около 2 ООО А/см2;
множество обособленно расположенных электродов, электрически соединенных с источником электрической энергии;
участок загрузки топлива, выполненный с возможностью получения топлива при том, что данный участок загрузки топлива окружен множеством электродов; и при том, что данное множество электродов выполнено с возможностью поставки энергии к топливу для зажигания топлива, полученного в участке загрузки топлива; и при том, что давление в участке загрузки топлива представлено частичным вакуумом;
подающий механизм, предназначаемый для перемещения топлива в участок загрузки топлива; и
фотоэлектрический преобразователь энергии, выполненный с возможностью
преобразования множества фотонов, образующихся в результате зажигания топлива, в нефотонную форму энергии.
67. Энергетическая установка по любому из п.п. 59 - 66, в котором фотоэлектрический преобразователь энергии располагается внутри вакуумной ячейки.
68. Энергетическая установка по п.п. 59 - 66, в котором фотоэлектрический преобразователь энергии включает по меньшей мере одно из антиотражающего покрытия, покрытия, согласующего оптический импеданс, или защитного покрытия.
69. Энергетическая установка по п.п. 59 - 66, в котором фотоэлектрический преобразователь энергии функционально соединен с системой очистки, выполненной с возможностью очистки по меньшей мере одного участка фотоэлектрического преобразователя энергии.
70. Энергетическая установка по п.п. 59 - 66, дополнительно содержащая оптический фильтр.
71. Энергетическая установка по п. 59 - 66, в котором фотоэлектрический преобразователь энергии содержит по меньшей мере одно из монокристаллической ячейки, поликристаллической ячейки, аморфной ячейки, ячейки из ленточного/нитевидного кремния, многопереходной ячейки, ячейки с гомопереходом, ячейки с гетеропереходом, ячейки с p-i-n-структурой, тонкопленочной ячейки, сенсибилизированной красителем ячейки и органической фотоэлектрической ячейки.
72. Энергетическая установка по п. 71, в котором фотоэлектрический преобразователь энергии содержит многопереходную ячейку при том, что такая многопереходная ячейка содержит по меньшей мере одно из инвертированной ячейки, ячейки с вертикальными переходами, ячейки с рассогласованием по параметрам решетки, ячейки из согласованного по параметрам решетки материала и ячейки, содержащей полупроводниковые материалы Групп III-V.
73. Система, выполненная с возможностью выработки энергии, содержащая: топливоподачу, выполненную с возможностью поставки топлива; энергоснабжение, выполненное с возможностью поставки электроэнергии;
и по меньшей мере одну зубчатую передачу, выполненную с возможностью получения топлива и электроэнергии при том, что по меньшей мере одна такая зубчатая передача избирательно направляет электроэнергию к локальному участку вблизи данной зубчатой передачи для зажигания топлива внутри данного локального участка.
74. Система по п. 73, в котором топливо включает порошок.
75. Система по п. 73, в котором по меньшей мере одна зубчатая передача
включает два зубчатых колеса.
76. Система по п. 73, в котором по меньшей мере одна зубчатая передача первый материал и второй материал, обладающий более низкой проводимостью, чем первый материал, при этом первый материал является электрически соединенным с данным локальным участком.
77. Система по п. 73, в котором локальный участок примыкает к по меньшей мере одному из зуба и паза по меньшей мере одного зубчатого колеса.
78. Способ производства электроэнергии, содержащий:
подачу топлива к зубчатой передаче;
вращение зубчатой передачи для локализации по меньшей мере части топлива в одном участке зубчатой передачи;
подачу тока к зубчатой передаче для зажигания локализованного топливо с целью выработки энергии; и
преобразование по меньшей мере части энергии, полученной в результате зажигания, в электроэнергию.
79. Способ по п. 78, в котором вращение зубчатой передачи включает
вращение первого зубчатого колеса и второго зубчатого колеса и в котором подача тока
включает подачу тока к первому зубчатому колесу и ко второму зубчатому колесу.
Фиг. 4
Фотоэлектрическая батарея
Нагрузка постоянного тока
Фиг. 5
1 Фотоэлектрическая батарея
Контроллер заряда
J Аккумулятор-Л ная батарея
Фиг. 6А
Фото-эле ктр ич еская[(tm)Н батарея
Контроллер заряда
Аккумуляторная батарея -*j Инвертор
Фиг. 6В
Фотоэлектрическая батарея
Контроллер заряда
Нагрузка постоянного тока
Аккумуляторная батарея
Инвертор
Фиг. 7
Нагрузка переменного тока
Фиг. 13А
Фиг. 16
130
100!
, \ 110
чу.
Фиг. 17
17С
160
150
.... 170
Фиг. 18А
100
170
200 J
-J- r210 220
100
Чу*
200 J I(tm).
170
Фиг. 19A
Фиг. 19В
170 .
150'
1?0
150'
I/O
190
Фиг. 20А
Фиг. 20В
100 200' ЮО 200'
Фиг. 21А
23/3
Фиг.
GO CD
Фиг. 31А
Ут*ч ~ 452
л.,
452
/ 1 /
454
/ /
КЙГ^ 454
Фиг. 32A
Фиг. 32B
152
452
л: * -1
/V/
ft"/'/
Фиг. 32C
Фиг. 32D
Фиг. 33
•> 1 "
Г - ' * /
О ,7 ^514
V, '" о I О
•у ч
*Р0
Фиг. 34
452
ft , 1 '
*Ч у ? ^
i -
Фиг. 35А
is-??'-'--?? 4
454
Фиг. 35В
чг-^520
"- <-.\
Sis Фиг. 35С
Фиг. 35D
/ ' - у
452
v~v^454
Фиг. 36А
Фиг. 36B
Фиг. 36C
Фиг. 37А
Фиг. 37В
Фиг. 38А
Фиг. 38В
CO CD
Длина волны (нм)
(1)
(24)
(24)
(24)
(24)
(24)
(24)
(24)
(24)
(24)
(24)
(24)
(24)
(24)
(24)
(24)
(24)
(24)
(124)
(124)
(124)
(124)
(124)
109
112
112
133
136
136
207
208
(205)
210
210
4/3
4/3
6/39
6/39
7/39
7/39
8/39
8/39
8/39
8/39
9/39
9/39
10/39
10/39
15/39
15/39
16/39
16/39
18/39
18/39
18/39
100
19/39
100
19/39
100
19/39
100
19/39
100
19/39
100
19/39
100
19/39
100
19/39
100
19/39
100
19/39
21/39
21/39
21/39
310
310
310
310
310
310
310
310
|
