CN103172022B - 用于制造氢的装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于制造氢的装置，包括：（a）具有近端和远端的中空圆筒，其中，所述圆筒的近端处的口部由盖所覆盖，所述圆筒的远端处的口部敞开；（b）至少一个高能供应源，所述高能供应源以可操作方式连接至所述中空圆筒，并且能够在所述中空圆筒的内部产生高能场；（c）用于将水蒸气供应至位于所述高能场内的所述中空圆筒的内部的装置。

Description

用于制造氢的装置

分案申请

本申请是申请号为200880103814.0的中国专利申请的分案申请，上述申请的申请日为2008年7月7日，发明名称为“水的无碳解离和相关氢的生产”。

优先权

本申请主张2007年7月6日提交的美国临时申请60/929643的优先权，其完整内容通过参考并入本文中。

技术领域

在一个方面中，本发明涉及用于制造氢的装置，还涉及产生一定体积的等离子体场的装置，以用于将水解离成元素氢和水。在另一个方面中，本发明涉及解离水以产生元素氢和水的方法。在还另一个方面中，本发明涉及从在等离子体场中产生的氢产生能量。

发明背景

在过去的十年间，氢已经获得了作为能量来源的明显势头。很长一段时间以来，氢已经由希望成为未来可再生、无污染的能量来源的优异源头。用于产生能量和用于运输的油的成本日益增加。例如，美国每年为进口的外国石油要支付数千亿美金。

氢无色、无臭、无味且无毒，这使得其与当今通常所使用的各种其他燃料不同。氢是用于供给燃料电池动力的优选燃料，其中仅有的排放物是水和一些热。类似地，当氢在内燃机中燃烧时，产生的排放物仅为水和热。另外，氢是所期望的燃料，用来代替大型发电厂中、以及大多数其他烃基能量系统中的烃基燃料。

氢是一种元素，是世界上最丰富的元素。氢在水中存在且在所有生物中以水或其他形式被发现。氢还是最简单、最轻的元素，仅具有一个质子和一个电子。尽管氢无处不在，但是很少发现其自由浮动或元素的形式。其与其他元素结合而形成普通的物质如水、糖、烃和碳水化合物。

目前，大约95%的元素氢通过在炼油厂对天然气进行“蒸汽转化”而制得。不幸的是，所述蒸汽转化工艺使用不可再生的化石燃料且产生含高碳排放物的污染物。因此，将经济发展和生产清洁能源作为长期目标，期望从可再生的能源如风或太阳能、生物质（植物）、甚至从水生产氢。

生产氢的三种最适宜的可再生能源中的两个为生物质和水。当使用目前已知的方法时，两者都不是非常有效，生产速率缓慢且氢的体积收率低。

生物质（即植物材料）是可再生的能源且使用有机工艺以环境友好的方法来清洁地生产氢。美国的大部分地区具有丰富的生物质资源，包括源自糖用甜菜工厂、罐头工厂、乙醇和生物柴油制造工厂的废料。长期论证计划表明，未来可以可再生地使用有机生物质方法（使用酶、催化剂、发酵和藻类）来制氢。富糖的废料制造大部分氢，且认为，在五到十年内，早期生产规模的设施能够制造有限体积的氢。

利用“电解”法，能够使用水来制氢。在电解中，将电流通过水造成氢和氧的解离来制氢。然而，这种方法需要大量的电，且当使用电的最普通来源（即燃烧煤、油或气）时，会产生至少一部分污染。如果通过风或太阳能来提供电能，在制氢时基本上不会产生污染。不幸的是，没有非常丰富的风或太阳能电力，因此可用于制氢的电力的主要来源基本上为化石燃料，具有碳基排放。政府和行业的目标是发现一种更有效且产生更少污染的系统和方法来生产大量的氢和氢相关的电力。

目前的制氢方法，因为制氢的高成本和容量有限而限制了氢作为能源的所有重要用途。没有足够的氢生产能力或分配系统来与使用煤、燃料油、柴油、汽油和天然气作为能源进行竞争。方便可行的技术是将电站、加热装置和工业设施转变成燃烧氢而不是燃烧化石燃料，尽管适宜环境并降低国家对石油的能源依赖性，但是氢的可用性受限严重限制了所有的这种开发。

很早就已经意识到，如果发现可以在更低成本下提高制氢的效率和容量的方法，就能够降低或消除许多运输问题，包括交通工具所产生的严重污染。将今天的内燃机转变成使用氢燃料是完全切实可行的，因为甲烷和天然气作为动力的交通工具通常就是这样做的。然而，针对氢的方便方法是一个重要限制因素。氢与化石燃料的共混也被认为处于下一步的早期，因为它不需要独立的分配系统。向化石燃料添加氢可提高性能并降低污染。然而，即使所述简单步骤也因受限的容量和高成本、以及制氢和分配氢的危险而使得难以推进。

关于容量，据报道，目前美国每年制造的氢量仅足以供应约100万辆氢动力交通工具的动力约三天。即使能够制造足够体积的氢，氢的运输和分配也限制了其使用。在氢制得之后，必须对氢作为气体而进行压缩或冷却成液体（-253℃）并储存在重型圆筒中，然后运输至使用地点。当试图将大量的体积移动至最终的使用地点时，氢的压缩、储存和运输实质上产生了费用、安全隐患和分配系统的停滞。关于目前可利用的技术，随着氢的用途的增加，基础设施、生产和分配系统需要急剧增加。或者，必须发现新技术，既要显著增加制氢的效率，又要简化氢的分配方法。

成本是限制所有氢方法的用途的主要因素，尤其是以可再生能量为基础的制氢。现在，从可再生能源制氢的成本是从化石燃料制氢的几倍。并且，其花费的时间是由化石燃料制氢的几倍（按能量输出计）。明显地，未来制氢的成本仅能螺旋式上升，（与化石燃料相比）因为工业上试图通过从可再生能源制氢来改善环境效应。本发明的设备和方法的主要目的是在制氢和氢相关动力时，与化石和可再生能源两者相比，降低成本和所产生的污染。

因此，期望有经济有效地制氢的设备和方法，并具有在接近氢的使用地点处制氢的能力。还期望有设备和方法以提供氢相关动力的来源。

发明概述

本发明提供了一种用于制造氢的装置，包括：（a）具有近端和远端的中空圆筒，其中，所述圆筒的近端处的口部由盖所覆盖，所述圆筒的远端处的口部敞开；（b）至少一个高能供应源，所述高能供应源以可操作方式连接至所述中空圆筒，并且能够在所述中空圆筒的内部产生高能场；（c）用于将水蒸气供应至位于所述高能场内的所述中空圆筒的内部的装置。

本发明还涉及通过解离水来制氢的设备和方法，还涉及从解离的氢来产生能量。本发明使用能够产生高热和高能的等离子体区的等离子体发生器。可以使用所述等离子体发生器就地将水解离成元素气体，提供氢的现成来源。还可以使用所述等离子体发生器来产生氢相关动力。通过利用等离子体（即物质的第四态）环境，可以从水分子中释放结合自由能。已知水的解离在高温下按如下平衡进行：

2H₂O<—>2H₂+O₂

形成水（g）的标准吉布斯自由能为-228.61kJ/mol，这表明，必须向系统输入能量以影响解离。这还表明，温度越高，解离越彻底，残留的H₂O剩余的越少。

在本发明的设备和方法中，在非常高的温度下（典型地超过9000℃）、和在物质的第四态即等离子体的气氛中进行水的解离。因为这种高温等离子体弧的独特本性，其中分子的能级可以转变成新的能态。由等离子体弧所产生的产物包括大量的元素氢和氧，这得自于引入了等离子体弧的水大部分解离。所产生的氢和氧存在于改变的形成自由能下。除了元素氢和氧，用于帮助向所述弧截留进料的所有材料如水蒸气或惰性气体，也包含在所述产物流中。优选地，用于帮助向所述弧截留进料的材料，使得氢被用作燃料而不进一步处理。

在本发明的优选实施方案中，所述方法和设备使用氢基燃料（例如水）在使得在毫秒内发生解离反应的环境下制造元素氢和动力。此外，在优选实施方案中，使用电气来建立体积自由的立式反应器。所述设备和方法的全部优势，使得相对于工艺中所消耗的电力而具有高的进料通量。由于释放了锁定在水分子内的能量，在输出的动力中获得了净收益（按BTU计）。

本发明的设备通常包括一个以上的阴极、优选一个阴极，和一个以上的阳极。在一个实施方案中，所述设备包括一个阴极和三个阳极，所述三个阳极以围绕所述阴极等间距的圆形图案排列。所述阳极距离所述阴极一定距离，使得在阴极和阳极之间形成柱形传导场。提供工具以使得在所述装置运行期间，冷却剂流过阴极和阳极电极、以及围绕在所述阴极和阳极周围的套环。

所述阴极电极通常为圆柱体，具有通常呈锥形的上部和导电的尖端。所述阴极被套环环绕，所述套环产生阴极的第一气体通路和水蒸气的第二外部通路。

在运行中，在阴极和阳极之间通过电流以产生高热、高能的磁感应的封闭场，从而有效地将水还原成元素氢和氧的气体。将气体、优选惰性气体如氩通过在阴极套环内形成的第一通路传送至阴极尖端，以作为导电尖端的保护气体，所述导电尖端优选为钨尖端。所述气体变成高度电离并形成柱状等离子体。通过套环内的第二通路供应水蒸气并将所述水蒸气推入最高温度（典型地为20,000℉～40,000℉）的等离子体区域中的封闭场内。水解离成元素氢和氧。

所产生的氢可以用于制造氢相关动力以用作能量或作为化学原料。本发明的另一个目的是减少与上述传统制氢相关的生产受限问题和高成本。本发明的另外一个目的是大大减少所有化石燃料的使用，其中燃烧所述化石燃料以产生在本发明设备中制氢所需要的电力。本发明设备和方法的另一个目的是产生氢火焰（点燃的氢气），所述氢火焰能够产生足够的热来运行所有形式的传统能量系统如发电和炉子（即从小型的家用装置到大型的工业系统）、以及靠其他类型的可燃性燃料运行的大部分其他装置。本发明的另一个目的是在比化石或其他碳基可燃性燃料运行成本更低下获得如上所述的产生热的所有优势，并基本上消除所有与发电相关的碳基排放。

本发明的设备和方法的另一个目的是使得可根据需要在使用地点制氢和产生氢相关动力，并消除分配系统对氢的压缩和运输的需求。然而，如果需要，通过本发明的设备和方法制造的氢，可以在低成本下有效和大量地压缩和储存以进行运输。

通过独特的设备和方法全部实现了上述目的和优势，所述设备和方法建立了极高热能的封闭场，在所述封闭场内形成至少一种独特的牵引点，产生进入高能封闭场的入口。本发明的设备通过独特的入口牵引点直接向高能封闭场内传送受到一定体积的空气或惰性气体（即氩）影响的计量水蒸气。所述水蒸气随即解离（在几毫秒内）成其元素气体氢和氧。随后，分开的元素气体离开所述高热能场，其中气体能够作为燃料进行燃烧，产生做功所需要的热（或动力）。或者，可以将所述气体分离并储存以用于未来的工作（或用于产生动力），或作为商品出售而用于各种用途。

尽管未将本发明的设备和方法可以用来产生能量的原理与任意具体理论或解释进行联系，但是本发明人已经进行了操作性和定量试验，导致认为在高能等离子体发生器运行中获得的效率可能是与本发明的操作结构和方法相关的独特的、且至今未发现的简化方法的结果。本发明人认为证据确凿，即本发明的结构非常可能是一种新型、更有效且高度简化的设备，所述设备能够制造尺度降低（电子轨道更小的原子）的独特形式的氢原子，所述氢原子称作“分数氢（Hydrinos）”。分数氢和相关新型科学领域的存在，近年来仅通过开发替代的或新型的等离子体受热催化剂技术进行了研究。到本发明的发现之前，仅通过所述替代技术利用其需要催化剂的复杂设备以便使得形成分数氢，从而产生分数氢。总之，产生分数氢的催化方法是以利用钾催化剂使得从普通大小的氢原子形成尺度降低的氢形式为基础的。氢通常存在于“基态”（其为普通环境下最低能级的原子态）的环境中。在量子力学（QM）中，将其称作N=1的状态。通常，原子的允许能态符合1、2、3、4等的整数值（这就是单词“量子”的意义）。简单理解，数字越大，能态越高。当处于较高状态（也称作“激发”态）的氢原子降至较低状态时，其中其维度尺寸降低（电子轨道移向原子中心），那么释放能量。这通常作为光的光子发生，且观察到的原子线谱发射与这些状态的转换相对应。

根据目前所知的，主要由氢构成的太阳光的紫外线线谱，不能完全用经典的量子力学来解释。然而，太阳光的UV光谱可以使用新的分数氢领域来理解，其主张存在1/2、1/3、1/4、1/5等的分数量子态。这些能量跃迁符合太阳光的UV光谱。因为次量子原子是非辐射性的，所以分数氢的新技术和领域可以为“暗物质”提供说明，所述暗物质通过重力将星系保持在一起并在许多星系高速旋转时不会飞离。目前，被认为产生分数氢的所有方法都利用了复杂的催化热方法，所述方法受热并与推动它们反应的等离子体发生外部反应。典型地发现它们使用碱性钾作为催化剂，然而，这些催化方法的运行表明，在那些分数氢“次-基态”转换所释放的能量不是正好的理论值，结果大于以能量反应为基础的所有已知的化学物质（尤其是在那些碳基燃料中）。释放的能量不如核能大，但是远大于化学反应中释放的能量。其自身就是一个类别。

在本发明的方法和过程中，在测试期间发现，基本的能量反应似乎与在催化剂衍生的分数氢新领域中报道的相同。然而，在本发明的设备和方法中，不需要使用任何催化剂以便形成呈现为“次-基态”的氢原子，即分数氢，并释放大量能量。利用所发现的将水解离成氢和氧的元素气体的独特设备、方法和工艺，本发明的发明人进行了大量实验，现在认为已经产生了进一步的确认，即在使用本发明的设备而产生的高能等离子体封闭场内，形成分数氢是可能的且能够能够重复。然而，与催化工艺不同，从普通的氢到次-基态的状态变化是所述设备将水蒸气直接放入高能反应区中等离子体内部的独特能力的极为有效的结果。

通过所观察和所记录的能量正向输出水平，进一步验证了该结果，将其全部具体示于下图6的表中并示于图4和5的图中。在早期的设备测试中，当观察到释放的能量远超过图3中所示的数学计算的模型时，获得了令人惊奇的那些结果。本发明人认为，在将水解离成元素气体和燃烧期间，存在两个等级的能量释放。存在元素氢气体的典型燃烧热，并存在因形成“次-基态”分数氢而释放的其他能量。最终的结果是，整个氢能释放过程是能量极度正性的，试验表明，其可为支持高能等离子体发生场完全运行所消耗能量的至少+200%（以上）。

如上所述，在本发明设备的运行中，水蒸气进入高能等离子体发生场中并立即经历包围在其周围的极强磁场和穿过在等离子体内产生的封闭场的数万亿受激自由电子两者。所述磁场完全将水蒸气包含在其内部，然后，截留的蒸汽经历电子流，同时还被加速至极高的速度。能够想象，水蒸气分子被能够被想象成电子风暴的物质完全撕开，所述电子风暴基本上为数万亿的自由电子的致密飓风“雾”，其轰击并撕开水分子。由于电子和强磁场对水蒸气分子起作用，氢和氧原子解离并形成分数氢，因为氢原子的电子轨道从“普通”级坍塌成降低的“分数”轨道级。随着所述情况的发生，并且如上所述，因各个氢原子的电子轨道从“普通”变为“分数”而释放出大量能量，且另外，因氢气的正常燃烧而释放能量。另外，hydrino原子继续试图在反应中达到平衡状态，在所述反应中可以呈现为永恒的运动，但是其实不是。

在能量等离子体发生器场中，由于从氢原子释放能量，且由于它们的普通电子轨道坍塌成分数轨道，所以电子旋转更接近原子的中心且原子降至较低的能态，因为它释放出了能量。然后，在反应链中，在等离子体发生器的废气与达到地球大气的太阳光线的成分反应之后，“损失”的能量作为低级热最终返回到环境中。在所述反应中，等离子体发生器将载有残留的“次-基态”氢（分数氢）的潮湿空气排放入环境中，在此吸收太阳光的光子并将氢的电子轨道从“分数”返回“正常”，在所述点处氢原子达到平衡。在经过这种工艺并从太阳光获得子时，氢原子因此从其非自然的较低能量“次-基态”恢复至其正常的“基态”并恢复至典型的最低能级。非常有趣，在等离子体高能发生场的反应中释放的能量没有损失。能量不是从地球、而是从太阳重新获得。完成整个过程仅需要向等离子体发生场供应水蒸气，不需要任何催化剂，且与产生的能量相比，仅需要少量的电。整个过程在主要部分中是能量正性的，且环境清洁。

因此，本发明的一个目的是提供使用高热、高能场来有效地将水解离成元素氢和氧气体的设备和方法。本发明的另一个目的是提供氢相关动力的来源。对于本领域技术人员而言，通过本发明的下列详细描述，将使得本发明的其他目的和优势变得显而易见。

附图简述

图1显示了本发明设备的一种实施方案，所述设备使用单个阴极和单个阳极来产生高热、高能的等离子体发生器，从而解离水以制造元素氢和氧。

图2显示了本发明设备的第二种实施方案，所述设备用于产生高热、高能的等离子体发生器来解离水，从而制造元素氢和氧。

图3为详细显示本发明设备的一种实施方案运行效率的计算的表格。

图4为显示在等离子体弧中和在所述设备的一种实施方案的输出中热流量随时间变化的图。

图5为显示在等离子体弧中和在所述设备的一种实施方案的输出中热流量随时间变化的图。

图6为总结所述设备的一种实施方案运行的运行参数和结果的表。

发明详述

在一个方面中，本发明涉及从含氢材料、优选液体材料通过例如水的解离来有效制造元素氢的设备和方法。所述设备产生高温、高能的等离子体排放，形成封闭场。将氢源如水蒸气引入等离子体柱中。将水分子解离成元素氢和氧。可以使用所述氢来制造动力，或者可以收集和储存氢以用作燃料，如内燃机的燃料。

参考图1，显示了本发明高热和高能等离子体发生器（1）的一种实施方案的图。所述等离子体发生器（1）构造成使用电力来运行，且并入了一个以上的阳极电极（2）和它们周围的套环（未示出）、和一个以上的阴极电极（3）和它们周围的套环（24），所述套环（24）连接电源。在本发明的一个优选实施方案中，所述设备包括一个阴极电极和以圆形模式排列在所述阴极周围的三个阳极。

如图1中所示，阳极电极（2）和阴极电极（3）优选包括圆柱形部分和锥形的尖端区域。在优选实施方案中，所述阳极电极（2）和阴极电极（3）的主体和锥形部分包含不导电的材料，如高温陶瓷材料。如果使用导电材料，则其应对任何电路径都是绝缘的。阳极电极和阴极电极包括导电的尖端（14、27）。所述尖端可以由用于电焊接尖端或商业等离子体发生装置的任意典型材料制成。在优选实施方案中，阳极电极和阴极电极包括高电导率的钨。利用通过电极中心的导线或其他连接工具将阴极尖端连接到电源。优选向所述尖端输送电，但运送过任何螺旋形连接器。

当供能时，产生贯通阴极电极（3）的尖端（14）和一个以上阳极电极（2）的尖端（27）之间的电场。在足以产生下面详细描述的高能传导柱（等离子体发生场）的电压和电流下，向阳极和阴极供电。在本发明的一个实施方案中，以约40至60V的电压和约100至300安培的电流供电。

由于建立了电弧，因此形成了强的磁感应圆形传导场柱，并产生了高能封闭场（5）。所述高能封闭场展示高度带电的电场和可变的高磁场两者。所述电场和磁场的作用是使得电子快速移动，并且高热形成高能屏障，用于包含推入所述柱内的材料或气体。为阴极电极（3）和阳极电极（2）、以及阴极套环（24）和阳极套环（未示出）提供冷却电路。阴极尖端的冷却入口管道（16）和阴极尖端的冷却出口管道（17）为冷却剂流过阴极电极（3）的内部提供了路径，从而冷却电极的尖端。类似地，阳极冷却入口管道（8）和阳极冷却出口管道（9）为流过阳极电极（2）内部的冷却剂提供路径。另外，通过从冷却剂进口（25）流入并从冷却剂出口（26）流出的冷却剂来冷却阴极套环（24）。

可以使用任意合适的流体来为阴极和阳极提供冷却。优选地，使用非水冷却剂作为冷却介质，例如丙二醇和乙二醇的非水共混物。在特别优选的实施方案中，非水冷却剂包含约70wt%的丙二醇和约30wt%的乙二醇，如果需要可具有合适的添加剂。使用非水冷却剂为本发明设备的运行提供了独特的优势。较高沸点的不含水的冷却剂（390℉）使得在电极上电流“终点”处发生的高热通量处增加了传热，并避免了在阴极和阳极套环内产生的任何热斑，这消除了水蒸气在阴极套环进料通道（11）内的任何“暴涨”。因此，彻底消除了水蒸气进料返流的任何机会。这种独特的特征使得本发明具有将低压冷却水放入本发明的等离子体发生场中的能力，这与需要使用高压蒸汽相反。

阴极电极被阴极套环（24）所包围，所述套环优选构造成单个装置，但是如果需要可以由多件构成。所述阴极套环包括第一壁（28）和第二壁（29）。阴极套环的第一壁（28）具有与阴极电极的壁平行的线，从而产生第一流动路径（13）。阴极套环（24）还包括位于第一壁（28）和第二壁（29）之间的其他通道，以形成第二流动路径（11）。将水源连接到水汽化器（12），所述水汽化器注入水蒸气通过管线（15），到达包含在围绕阴极电极（3）的套环主体内的第二流动路径（11）。将所述第一流动路径（13）连接到惰性气体源，优选氩气源。所述第一流动路径（13）承载并运送惰性气体以保护阴极（3）的尖端区域（14）免遭环境空气和氧气。阳极电极被阳极套环（未示出）包围，所述阳极套环与阴极套环具有类似的设计。

在运行中，当向高能等离子体发生器（1）供应电力时，产生高能放电，其通过阴极电极（3）和一个以上阳极电极（2）之间。电弧的磁场产生高能封闭场（5），其向内和四周收缩从而在区域（B）处形成类似锥形的部分。

在大约点燃电弧的同时，利用第一流动路径（13）向阴极尖端区域（14）传送惰性气体，优选氩气。在本发明的一个实施方案中，以每秒约8至10标准立方英尺的流速传送氩气。同样地，通过阳极套环（未示出）内的内部通道也向阳极电极尖端区域供应保护性氩气。通过阴极套环供应的惰性气体被吸入收缩的封闭场区域（B）并进入将成为等离子体最热点即等离子体“泡”（22）的区域的周围。在所述点处，所述惰性气体高度电离而形成等离子体。等离子体以极高的速度向上通过封闭场。以相同的方式，在水蒸气发生器（12）中产生的水蒸气通过第二流动路径（11）到达阴极尖端区域（14），并被吸入或推入收缩区域（B）处的封闭场（5）内。向所述封闭场供应的水的量取决于装置的大小。在用于下述并示于图4至6中试验的实施方案中，水蒸气进料速率为约0.2075g/分钟。

水蒸气立即暴露于柱底部、等离子体泡（22）周围的封闭场的最高热量下，为20000℉至40000℉。

水蒸气分子在几毫秒内解离成元素态气体，氢气（19）和氧气（20）。然后，因为反应发生区域（18）内部和周围极热而保持解离的气体，以高速通过所述能量封闭场（5）。利用包围在场（5）周围的磁性封闭壁将气体保持在所述场内。随着气体（19）和（20）通过封闭场，它们在与环境区域（C）相邻的末端处排出所述场（5）的末端之后，温度持续降低。

此时发生的关键且独特的事情是本发明的方法和设备的最终结果。随着两种气体（19）和（20）流入较冷的环境条件（C），温度急剧下降，它们冷却至一定温度水平，该温度水平仍足够高而足以使得气体混合物不会重新形成水（典型地高于3000℉），然而点燃却是在临界温度水平上发生（21）（典型地低于7000℉）释放高水平的能量（23）以做功。其他人的试验和研究表明，在3000℉至10,000℉下，氢气和氧气仍保持为元素态，且所述气体在燃烧之前能够进行分离、排放和储存。

参考图2，显示了使用本发明的独特技术构造而运行的系统的实施方案。图2中所示的系统为本发明高热、高能的氢、和氢相关动力的产生封闭装置（31）的许多可能构造中的一种。封闭装置（31）的壁（41）由固体材料、典型地由金属构成。优选地，所述封闭装置是不导电的。所述封闭装置可以由不导电的或绝缘的铜、黄铜、铝或陶瓷制成。所述封闭装置（31）是空心的圆柱体，一端有盖，其被构造成利用几种非常合适的高能源供应装置（32）如高能激光器、高频无线电波转换器、微波发生器或高能电磁铁等中的任意一种来运行。这种构造显示了两种高能供应装置，然而，可以仅利用一个高能供应装置或任意数目的多个高能源装置的排列，对其另行构造。存在许多可用的电力资源以用于高能供应装置。通过形成大量高度激发的电子和质子的方法，在氢发生反应区域（33）处，所述能源必须能够产生约20,000℉至40,000℉的最高热水平。

通过在圆筒壁（41）内的封闭装置（31）内和在整个高能封闭装置（31）内建立的高热和高能场（34），产生氢发生反应区域（33）。所述封闭装置被冷却夹套（35）包围，所述冷却夹套（35）典型地具有低的进口（36）和较高的出口（37）。可以使用各种冷却介质来进行冷却。由于在封闭装置（31）内产生的高热，优选所述冷却介质为非水冷却剂且具有适当的添加剂。

为了引入将被转化成氢和氧的水基原料，外部的水源向水汽化器（38）供应液体水。所述水汽化器优选在环境温度下通过直接延伸入氢发生反应区域（33）内的水蒸气传送管（39）传送水蒸气。或者，可以将加热过的水或蒸汽送到反应区。所述水蒸气传送管的末端是蒸汽输出喷嘴（40），所述喷嘴直接将水蒸气释放入氢发生区域（33）内。利用封闭装置（31）水蒸气管道（39）末端上的盖子（42），可以密封封闭装置（31）的圆筒壁。端盖（42）还可以设有一个以上的小孔（43），用于对引入环境空气到封闭装置（31）中进行调节。另外，调节小孔，与端板小孔（43）相类似，也可以设有导管，通过所述导管能够将调节的惰性气体（即氩气）引入封闭装置（31）内。

在运行中，高能供应装置（32）产生能量场，通过所述壁（41）而进入封闭装置（31）内。所述高能场在封闭装置（31）的临界区域内产生约20,000℉至40,000℉的温度环境。所述高能、高温场（34）流过封闭装置（31）内部而流向（A）处的开口端区域。能量场（4）向封闭装置（31）的中心线积聚并在最接近点处达到最高温度（如上所述约20,000℉至40,000℉），形成氢反应发生区域（33）。为了保护封闭装置（31）免受伤害，靠着壁（41）放置冷却夹套（35），通过所述冷却夹套，冷却剂（优选非水制剂）通过冷却剂端口（36）和（37）流入和流出。将供应的水连接至水汽化器（38）的进口，所述水汽化器将水转变成蒸汽并将所述蒸汽通过水蒸气管（39）并从水蒸气出口（40）直接释放入极度高热的氢发生区域（33）。水蒸气（水分子）立即被还原并分解成其元素气体氢气（44）和氧气（45）。因能量场（34）内极热而保持分离的所述气体，通过封闭装置（31），温度下降，然后从末端排出而进入环境区域（A），在此所述气体因暴露在环境条件下而使得温度进一步迅速地连续下降。

此时发生关键且独特的事情，其为本发明方法和设备的最终结果。由于两种气体（44）和（45）通过（A）的较冷环境条件，温度下降，它们达到一定温度水平，该温度水平仍然太高且所述两种气体不能重新形成水（如上述图1中所述），然而，其为临界温度水平，在此将发生引燃（A-1）。此时发生燃烧（46）且释放高水平的能量以用于做功（47）。

图3为根据本发明的发明人构造的实验室试验的运行而进行数学运算的表格，其根据BTU而量化了潜在的能量收益（获得的净能量）。计算结果表明，当在假定能量水平为5Kwh下运行所述等离子体弧对H₂O进行处理时，净结果为能量增益。具体的结果显示，根据BTU，消耗的能量为1,228,320Btu且以氢的形式产生的动力为3,779,214Btu。在进行该计算时，真实的净收益仍没有被完全量化，但是在下面以及在图4、5和6中将做进一步讨论。然而，这种原始研究和计算的结果明显是正性的。即使所消耗的能量翻倍且产生的能量减半，如在计算中所示，仍将是极度正性的结果。

设备的一种实施方案的试验总结

对根据本发明构造的设备实施了工作，且制造的装置在本文中是指电离气体反应器（IGR）。在使用IGR进行试验期间，关于能量潜力的收益和在IGR内产生的能量来源的进一步说明（以BTU/小时计）有新发现。另外，在电子数据表中构造了试验参数、变量和结果的模板，以帮助解释试验得到的数据。最后，构造了精确的能量平衡格式以量化所有IGR试验结果。随后，实施试验以建立下列各项：

（a）校准能量输入和输出的来源以使得能量平衡；

（b）在IGR内利用注入能量发生场内的水确定准确的能量发生；和

（c）确定水是否富含了重水（氘），这将表明，能量产生的增加将确定或排除氢与氘的任何相互作用。

为了校准输入和输出的能量来源，开发了热平衡模板，这解决了：

（i）向IGR输入电能（支持反应器场）；

（ii）通过非水冷却回路从电极输出热；

（iii）在IGR系统外壳排放的空气流中输出受热空气；

（iv）通过从外壳壁到环境室的对流热而输出热；

（v）水注入的蒸发潜热；

（vi）输入系统的空气湿度和比热的变化；以及

（vii）从环境室空气输入IGR系统外壳的热能；

使用图1中所示类型的设备来实施试验。用于试验中的设备的某些尺寸如下。含阴极电极（3）和阴极套环（24）的阴极主体组件的阴极组件圆筒主体部分直径为3英寸和阴极组件上部的锥形部分为60度锥度。上部锥形部分的长度为1.5英寸。在尖端（14）处阴极主体组件面的直径为1.25英寸。各个阴极电极和阳极电极的直径为0.5英寸。第一流动路径（13）的宽度为约0.018英寸且第二流动路径（11）的宽度为约0.14英寸。阴极电极尖端延伸超过尖端（14）处的阴极主体组件面约0.0625英寸。在启动期间，阴极电极和阳极电极之间的距离为约0.5英寸且在装置运行之后，增至约1.0英寸。设备运行时的功率为约5kW。应理解，使用本文中提供的讲述和实例例，能够构造更大的装置以在更高功率下使用。

图6显示了为了获得图4和5中所示的结果而进行试验期间获得的运行参数和结果。构造IGR系统以向IGR提供连续的水进料。开始，利用注入发生场内的氩气运行该系统，并在达到平衡之后，向IGR内引入水蒸气。将结果示于图4中，以作为从热平衡模板产生的图。

在约30分钟后，系统达到稳定平衡（即在给定时间期限内的温度中，既没有热量输入也没有热量输出发生的点）。然后，在所述点处，将水蒸气引入IGR的等离子体内。然后，输入功率非常轻微地增加（由于运行性能在反应器内发生了变化）。然后，在所述时间处，功率输出（BTU/小时）基本上向正向变化，使得相对于支持所述反应所需要的总能量，IGR产生了2.3M BTU/小时的净增值。

随后，作为证实试验，通过激活房间通风系统，降低环境室温。过量的房间空气冷却了到外壳的进入空气，并降低了外壳内部的空气和排出空气的温度，改变了稳定的热平衡。在量化并记录了反应器入口和排出温度下降的确切值之后，关闭房间的通风系统。恢复反应器内的稳定平衡，且恢复2.3M BTU/小时的净BTU/小时功率收益。将这种证实试验所观察到的结果示于图4中，其显示了这种事件。

另外对首先向IGR内注入普通水进行了运行。然后，以氘/水为1:50的比例注入富“重水”的水（氘）来代替。将这种运行的结果示于图5中。在达到稳定平衡之后（在42分钟内），引入水，且在IGR中存在净发电量收益，然后在约35分钟之后再次达到稳定平衡。此时，则向反应器内注入富重水的普通水（氘与水的比例为1:50），在产生的能量中未观察到显著的附加收益。

接近运行结束时，手动增加IGR的安培数。结果表明，系统的输入和输出增加，但是在IGR内的功率净发电量无差别。

总之，在这组量化试验中得到的结果清晰地支持了所述独特发现，即使用本发明的设备和方法将水解离成氢和氧，相对于支持IGR反应所需要（消耗）的能量，产生能量正性收益（按BTU/小时计）。并且，令人惊奇地是，观察到的能量收益超过了图3中通过数学预测的（计算的）能量收益。

尽管已经对优选实施方案进行了显示和描述，但是可以在不背离所附权利要求书中所述的本发明主旨和范围的前提下，对上述工艺和方法进行各种修改。因此，应理解，通过实施例是用来对本发明进行说明而不是进行限制。

Claims (5)

1.一种用于制造氢的装置，包括：

(a)具有近端和远端的中空圆筒，其中，所述圆筒的近端处的口部由盖所覆盖，所述圆筒的远端处的口部敞开；

(b)至少一个高能供应源，所述高能供应源以可操作方式连接至所述中空圆筒，并且能够在所述中空圆筒的内部产生高能场；

(c)用于将水蒸气供应至位于所述高能场内的所述中空圆筒的内部的装置，

其中，从所述高能供应源产生的高能场与在所述中空圆筒内产生的氢气一起通过所述中空圆筒，并经由所述中空圆筒的所述远端处的口部被释放。

2.如权利要求1所述的装置，还包括包围所述中空圆筒的冷却夹套。

3.如权利要求1所述的装置，其中，用于将水蒸气提供至所述中空圆筒的装置包括水汽化器。

4.如权利要求1所述的装置，其中，所述高能供应源选自由激光器、高频无线电波发射器、微波生成器和高能电磁铁所组成的组。

5.如权利要求4所述的装置，其中，所述中空圆筒由这样的材料构成，所述材料选自由绝缘铜、绝缘黄铜、绝缘铝或陶瓷材料组成的组。