CN110959311A - 从非饮用水中分离出氢和氧并使所述氢和氧重新组合以用于驱动涡轮或活塞发动机 - Google Patents

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Abstract

在本发明中，钨电极和穿孔镍板之间的等离子体间隙在坩埚的一侧生成氢气，并且一条镍线和两个穿孔镍板之间的等离子体间隙被用来在同一坩埚的另一半侧生成氧气。新生成的氢气被泵入储存罐，并且新生成的氧气被泵入类似的罐以供储存。在储存后，组合器罐允许以合适的比率将氢气和氧气化学混合，以随后释放组合的混合物，以供在燃烧时在涡轮发动机、活塞发动机中使用，或者形成蒸汽以用于驱动涡轮机。

Description

从非饮用水中分离出氢和氧并使所述氢和氧重新组合以用于 驱动涡轮或活塞发动机
发明人:Robert Plaisted(美国公民)
Eric Arno Vigen(美国公民)
Kenneth Stephen Bailey(美国公民)
日期:2018年5月
发明背景
本发明要求由与本文所要求保护的申请具有相同姓名的发明人同时提交的三个临时申请，即2017年6月15日提交的申请号为62,520,324的临时申请、2017年6月16日提交的申请号为62,521,248的临时申请和2017年6月22日提交的申请号为62,523,656的临时申请的优先权，这些临时申请通过引用方式全部并入文中。
现有技术：
1 2017011198System,Method and Apparatus for Recovering Mining Fluids fromMiningByproducts(用于从采矿副产物中回收采矿流体的系统、方法和装置)
2 2017010068 PLASMA GAS WATER IONIZATION PURIFICATION SYSTEM(等离子气体水电离净化系统)
3 2017000188 SYSTEM,METHOD AND APPARATUS FOR TREATING LIQUIDS WITH WAVEENERGY FROM PLASMA(用于利用来自等离子体的波能处理液体的系统、方法和装置)
4 2016015290COMBINED PROCESSES FOR UTILIZING SYNTHESIS GAS with LOW CO2EMISSION AND HIGH ENERGY OUTPUT(具有低CO2排放和高能输出的用于利用合成气体的组合工艺)
5 2016011504 WATER/WASTEWATER RECYCLE AND REUSE WITH PLASMA,ACTIVATEDCARBON AND ENERGY SYSTEM(利用等离子体、活性碳和能量系统的水/废水再循环和再利用)
6 2016010791 COMBINED GASIFICATION AND VITRIFICATION SYSTEM(组合的气化和玻璃化系统)
7 2015036019 Control System for GasProduction(用于气体生产的控制系统)
8 2015032120 Reclamation of Metals froma Fluid(从流体回收金属)
9 2015028339UP AND DOWN CONVERSION SYSTEMS FOR PRODUCTION OF EMITTEDLIGHT FROM VARIOUS ENERGY SOURCES INCLUDING RADIO FREQUENCY,MICROWAVE ENERGYAND MAGNETIC INDUCTION SOURCES FOR UPCONVERSION(用于从包括用于上转换的射频、微波能量和磁感应源的各种能量源产生发射光的上下转换系统)
10 2015023235 System and Method for Treating Water Systems with HighVoltage Discharge and Ozone(用于利用高压放电和臭氧来处理水系统的系统和方法)
11 2015021093 FUEL GENERATION USING HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS METHODS(使用高压电场法的燃料发电)
12 2015019137LIQUID TREATMENT DEVICE,LIQUID TREATMENT METHOD,AND PLASMATREATMENT LIQUID(液体处理设备、液体处理方法和等离子体处理液)
13 2015017090PLASMA-ASSISTED CHEMICAL GAS SEPARATION METHOD HAVINGINCREASED PLASMA DENSITY AND DEVICE FOR IMPLEMENTING THE METHOD(具有增加的等离子体密度的等离子体辅助化学气体分离方法以及用于实现该方法的设备)
14 2015015126 Apparatus for Flow-Through ofElectric Arcs(电弧直通装置)
15 2015013985 METHOD AND APPARATUS FOR TRANSFORMING A LIQUID STREAM INTOPLASMA AND ELIMINATING PATHOGENS THEREIN(用于将液体流转化成等离子体并消除其中的病原体的方法和装置)
16 2015010225LIQUID TREATMENT DEVICE AND LIQUID TREATMENT METHOD(液体处理装置及液体处理方法)
17 2015004551NON-FOULING,ANTI-MICROBIAL,ANTI-THROMBOGENIC GRAFT-FROMCOMPOSITIONS(无污染、抗微生物、抗血栓形成的接出型接枝复合体)
18 2014036451COMBINED PROCESSES FOR UTILIZING SYNTHESIS GAS with LOW CO2EMISSION AND HIGH ENERGY OUTPUT(具有低CO2排放和高能量输出的用于利用合成气体的组合工艺)
19 2014034556 INTEGRATED FUEL INJECTORS AND IGNITERS AND ASSOCIATEDMETHODS OF USE AND MANUFACTURE(集成式燃料喷射器和点火器及相关联的使用和制造方法)
20 2014032670METHOD FOR OPERATING A PLASMA ARC TORCH HAVING MULTIPLEOPERATING MODES(具有多种操作模式的用于操作等离子电弧焊炬的方法)
21 2014032668System and Method for Treating Water Systems with HighVoltage Discharge and Ozone(用于利用高压放电和臭氧来处理水系统的系统和方法)
22 2014023886 System,Method and Apparatus for Treating MiningByproducts(用于处理采矿副产物的系统、方法和装置)
23 2014021034WATER/WASTEWATER RECYCLE AND REUSE WITH PLASMA,ACTIVATEDCARBON AND ENERGY SYSTEM(利用等离子体、活性碳和能量系统的水/废水再循环和再利用)
24 2014017995PLASMA ARC FURNACE AND APPLICATIONS(等离子电弧炉及应用)
25 2014015766COMBINED GASIFICATION AND VITRIFICATION SYSTEM(组合的气化和玻璃化系统)
26 2014015134System,Method and Apparatus for Recovering Mining Fluidsfrom MiningByproducts(从采矿副产物中回收采矿流体的系统、方法和装置)
27 2014013802PLASMA GENERATOR AND CLEANING AND PURIFYING APPARATUSINCLUDING THE SAME(等离子体发生器以及包括该等离子体发生器的清洁和净化设备)
28 2014013097 CLEANING APPARATUS(清洁装置)
29 2014007671 PLASMA POUCH(等离子体袋)
30 2014002185PLASMA TORCH(等离子体炬)
31 2013030290Chemosensors for Hydrogen Sulfide(硫化氢化学传感器)
32 2013029909PLASMA GENERATOR,AND CLEANING AND PURIFYING APPARATUS ANDSMALL-SIZED ELECTRICAL APPLIANCE USING PLASMA GENERATOR(等离子体发生器以及使用等离子体发生器的清洁和净化装置及小型电器)
33 2013029179PLASMA GENERATOR,AND CLEANING AND PURIFYING APPARATUS ANDSMALL-SIZED ELECTRICAL APPLIANCE USING PLASMA GENERATOR(等离子体发生器以及使用等离子体发生器的清洁和净化装置及小型电器)
34 2013021438 SIP SYSTEM-INTEGRATION IC CHIP PACKAGE AND MANUFACTURINGMETHOD THEREOF(SIP系统-集成IC芯片封装及其制造方法)
35 2013018972USE OF AN ADAPTIVE CHEMICALLY REACTIVE PLASMA FOR PRODUCTIONOF MICROBIAL DERIVED MATERIALS(自适应化学反应等离子体在生产微生物衍生材料方面的应用)
36 2013013142 WASTE TREATMENT(废弃物处理)
37 2013009875 PLASMA GENERATOR AND METHOD FOR PRODUCING RADICAL,ANDCLEANING AND PURIFYING APPARATUS AND SMALL-SIZED ELECTRICAL APP(等离子体发生器及用于生产自由基的方法以及清洁和净化装置及小型电器)
38 2013008203 PLASMA ARC TORCH HAVING MULTIPLE OPERATING MODES(具有多种操作模式的等离子电弧焊炬)
39 2013006471 PLASMA APPARATUS FOR BIOLOGICAL DECONTAMINATION ANDSTERILIZATION AND METHOD FOR USE(用于生物去污和灭菌的等离子体设备以及使用方法)
40 2013002233SOLID OXIDE HIGH TEMPERATURE ELECTROLYSIS GLOW DISCHARGECELL(固体氧化物高温电解辉光放电池单元)
41 2013001260METHOD,SYSTEM AND EQUIPMENT FOR GASIFICATION-LIQUEFACTIONDISPOSAL OF MUNICIPAL SOLID WASTE(用于对城市固体废弃物进行气化-液化处理的方法、系统和装备)
42 2012028587 ADVANCED TREATMENT SYSTEM OF WASTEWATER HAVING PLASMADISCHARGING VESSEL(具有等离子排放容器的高级废水处理系统)
43 2012O26732 METHOD AND SYSTEM FOR PLASMA TREATMENT OF A LIQUID(用于对液体进行等离子体处理的方法和系统)
44 2012O23792 Lateral Flow Immunoassay Controls(横向流免疫分析控制)
45 2012O20197 METHOD FOR PRODUCING COMPOSITE SEMIPERMEABLE MEMBRANE(用于生产复合半透膜的方法)
46 2012019321METHOD AND APPARATUS FOR TREATING A SYNGAS(用于处理合成气的方法和设备)
47 2012018696WASTE TREATMENT PROCESS AND APPARATUS(废弃物处理方法和装置)
48 2012015609METHOD AND APPARATUS FOR SUPPLYING LIQUID WITH IONS,STERILIZATION METHOD AND APPARATUS(用于向液体供应离子的方法和装置、灭菌方法和装置)
49 2012012496WASTE TREATMENT PROCESS AND APPARATUS(废弃物处理方法和装置)
50 2012012146System For The Conversion Of Carbonaceous Feedstocks To AGas Of A Specified Composition(用于将碳质原料转换为特定成分的气体的系统)
200600491 16Method and apparatus for bubble glow discharge plasmatreatment of fluids(用于对流体进行气泡辉光放电等离子体处理的方法和设备)
20060042251Arc-electrolysis steam generator with energy recovery,andmethod therefor(具有能量回收的电弧电解蒸汽发生器及其方法)
20050O23128Apparatus and method for the treatment of odor and volatileorganic compound contaminants in air emissions(用于处理空气排放中的气味和挥发性有机化合物污染物的装置和方法)
20040161859Lateral flow immunoassay controls(横向流免疫分析控制)
20040134890Elimination of airborne chemical and biological warfare agents(消除空气传播的化学和生物冲突剂)
20040084294Method and apparatus for processing a waste product(用于处理废弃物的方法和装置)
20030101936 Plasma reaction apparatus(等离子体反应装置)
20O20155042 Pollution control device(污染控制设备)
20010043890Purification system of exhaust gases of an internal combustionengine(内燃机废气净化系统)
发明内容
在下文中，我们给出了关于包括H2O(水)和天然气的氢源的背景。另外，这些方法中的每一方法都具有其他的催化剂和过程，已出于各种原因对这些催化剂和工艺进行了尝试以使该工艺更佳。这些原因包括：
a)能量需求，
b)各种催化剂的属性和风险，以及
c)生产能力。
水分解是将水分解成氧和氢的化学反应的通用术语。高效且经济的水分解是氢经济的关键技术组成部分。各种用于水分解的技术已在美国颁布的水分解专利中进行了描述。在光合作用下，水分解向光合系统II中的电子传输链捐献电子并且单独地在质子膜工艺中捐献质子。
巨大的能量需求、未来预期的石油短缺以及污染的迅速增加都是需要通过加大力度研究清洁和可持续能源资源来解决的问题。为了追求这种能源，人们正在努力将水‘光驱’分解为O2和H2，以便将太阳能转化为燃料。水氧化(2H2O→4H++4e-～+O2)是第一重要步骤，其为下一步骤(质子还原)提供必要的电子和质子，在该下一步骤中，在催化反应中通过质子还原催化剂发生氢产物。
水氧化步骤已经被认为是该过程的瓶颈，因此设计高度活性且稳健的水氧化催化剂(WOC)是形成光驱水分解的重要步骤。水氧化催化剂使超电势最小化且增加反应速率。需要理想的WOC，以便拥有低超电势、高稳定性、高活性/效率、低毒性和低成本。
水分解过程是一个高度吸热的过程(ΔΗ>0)。当光子能量被吸收并通过复杂的生物学途径转化为化学能时，在光合作用下自然地发生水分解。然而，从水产生氢需要大量的输入能量，这与现存的能量产生不兼容。出于该原因，大部分的商业化生产的氢气从天然气生产。
在针对用于进行水分解的有效光催化剂的若干要求中，在0pH时电势差(电压)必须为1.23V。由于在pH＝0时，用于实现成功的水分解的最小带隙是1.23eV(其对应于1008nm的光)，因此尽管催化活性可以忽略不计，但电化学需求在理论上仍可以深入到红外光中。这些值仅对在标准温度和压力(1巴和25℃)下完全可逆的反应是准确的。
理论上，红外光具有足够的能量来将水分解成氢和氧；然而，由于波长大于380nm，因此该反应是非常慢的。电势必须小于3.0V以有效利用跨太阳光的整个光谱范围存在的能量。水分解能够转移电荷，但是无法避免腐蚀以实现长期稳定性。晶体光催化剂内的缺陷能够充当再结合位点，最终降低效率。
在正常条件下，(由于水对可见光的透明性)，光解仅可利用180nm或者更短的辐射波长进行。因此，假定完美的系统，则所需的最小能输入是6.893eV。
庞大数量的氢被锁定在水、烃和其他有机物质中。使用氢作为燃料的挑战之一来自能够高效地从这些化合物中提取氢。目前，蒸汽重整或者将高温蒸汽与天然气组合占据所生产的氢的大部分。氢也可通过电解作用从水产生，但是该方法能量消耗更大，其也限制了氢的生产率(Myers,1987)。
一旦提取氢，其便成为能量载体(即，通过其他方式首先产生的能量的储存库)。能量能够被传递给燃料池且产生电和热或者被燃烧以驱动内燃机。在每种情况下，氢都与氧组合以形成水。氢火焰中的热量是来自新形成的水分子的辐射发射。水分子在初始形成时处于激发态，然后转变为基态；该转变释放热辐射。当在空气中燃烧时，温度为大约2000℃。
从历史上看，碳环一直是最实用的能量载体，这是因为更多的能量是通过以下方式来递送的：将如封装在化石燃料中的一个烃原子上的碳环中的6个原子分解成生成6倍体积差异的多(6)原子CO2气体原子。这比相同体积的H2O的产生3倍体积变化的纯液态氢更好。
碳原子具有经典的储存能力且当与氢一起燃烧时会释放更多的能量。但是，由于碳气体的温室效应，燃烧碳基燃料并释放废气会导致全球变暖。纯氢是最小的元素，并且一些氢不可避免地会从任何已知的容器或管道中微量逸出，但是简单的通风可以防止这种泄漏到达挥发性的4％氢-空气混合物。只要产品处于气态或液态，管道就是一种经典且非常有效的运输工具。但是，纯氢气会导致金属变脆，这表明金属管道对于用于氢传输而言可能并不理想。
光催化水分解中使用的材料满足先前概述的能带要求，且通常具有添加的掺杂剂和/或助催化剂以优化其性能。具有适当的带结构的样品半导体是二氧化钛(TiO)。但是，由于TiO的相对正的导带，几乎没有用于产生H的驱动力，因此TiO通常与诸如铂(Pt)之类的助催化剂一起使用以提高H的生产速率。
由于导带布置，通常在大多数光催化剂中添加助催化剂以刺激H的演化。具有合适的用于分解水的带结构的大多数半导体主要吸收UV光。为了吸收可见光，必须使带隙变窄，这是因为导带非常接近于H形成的参考电势，由于存在更大的自然超电势，因此最好更改价带以使其更接近O形成的电势。
在操作条件下，光催化剂可能遭受催化剂腐蚀和重组。当使用诸如硫化镉(CdS)之类的基于硫化物的光催化剂时，催化剂腐蚀成为一个问题，因为催化剂中的硫化物在用于分解水的相同电势下被氧化成元素硫。因此，在没有牺牲试剂(如硫化钠)来补充任何硫损失的情况下，基于硫化物的光催化剂是不可行的，硫损失有效地将主反应改变至与水分解相反的析氢之一。光催化所需的电子-空穴对的重组可利用任何催化剂进行，并取决于催化剂的缺陷和表面积；因此，高的结晶程度对于避免在这些缺陷处的重组是所需的。
通过光催化将太阳能转化为氢是实现清洁和可再生能源系统的最令人关注的方法之一。但是，如果该过程由直接悬浮在水中的光催化剂而不使用光伏和电解系统来辅助，则该反应仅一步且因此可以更加高效。
联合国警告说，由于气候变化和人口增长的加剧，到2030年，世界有一半的人口将面临水短缺。如此大规模的短缺将威胁到粮食生产，并通过增加对不卫生水的接触威胁健康危机，目前不卫生的水通过霍乱和腹泻等水传播疾病而每年导致数百万人死亡。
加利福尼亚洲的橙县(Orange County California)在回收和净化原污水并将其转化回可用/饮用水方面处于世界领先地位。该工艺通过重新分配(re-route)每天在南加州产生的13亿加仑废水中的一部分以进行三步式处理来实现。首先，对已处理过的废水进行微滤以去除固体、油脂和细菌，然后所得到的液体经历反渗透，从而推动该液体经过精细塑料膜以过滤掉病毒和药物。随后，用UV光对水进行处理以去除任何残留的有机化合物，然后使其进入主要的地下水供给装置(其必须通过严格的质量控制以达到法律标准)并分配给家庭。
德克萨斯州(Texas)(其部分地区也受到干旱的严重影响)计划在2060年前通过再生水产生所有新供水的10％。位于大斯普林(Big Spring)的一家工厂已在美国引入了首个通过将再循环的水送至最终处理厂而不使其经过地下水储库来实现而的“直接饮用再利用(Direct Potable Re-use)”方案。
本发明利用废水或原污水来从废弃物中形成氢气和氧气，从而保留了供饮用的饮用水用于产生氢气和氧气作为燃料源的用途。在通过等离子弧形成这些气体的过程中，脏水由此被净化，并且其中的细菌被消除。副产物(如果有的话)是饮用水。
在储存氢气时，必须注意到，不像丙烷气，氢气在当地气体站很容易分配到金属容器中。除了难以控制(丙烷罐会直接通过壁损失大量气体)之外，氢还具有极强的反应性，并且使金属变脆，尤其是钢。高压氢气甚至更糟。如果金属基质中有任何碳原子，则氢(其渗透到金属中)将与它们结合形成甲烷，并向金属本身增加内部压力，从而进一步削弱金属。
换句话说，如果你将未加工的氢气放入金属罐中，则你正在制造压力弹(就像将干冰放在塑料瓶中的惯用伎俩)。将其与基于罐的气体储存系统内固有的压力循环耦合，将在某个时候发生爆炸。如果不幸的话，氢气会在那个时候点燃。仅为了强调这种情况可变得多糟糕，汽车中CNG和LPG(丙烷)气瓶爆炸即使不会引起火灾，也具有撕碎车辆严重趋势，-这就是为什么30年前大多数国家都禁止将金属CNG/LPG罐用于汽车使用的原因(家用丙烷气瓶由于充电/放电速率低得多，因此要比汽车气瓶承受低得多的压力水平，并且在每次再充装时通常都经过全面测试)。
不要认为你可以通过使用壁较厚的金属罐(例如被设计用于CNG或乙炔的罐)来避免此问题。氢最后仍将削弱且破坏它们。如果你确实必须使用氢气，则根据需要进行使用。存在很多可以完成这项工作的热解装置(且一升柴油中可用的氢原子是一升液态氢的两倍)。
对于短期的固定储存，旧的“气囊”(气球)技术是最安全的且损失的气体最少。它非常接近大气压且任何逸出的H2将：
A:或多或少往上走；和
B:不会一次全部逃逸，所以爆炸的可能性较小。
这就提出了氢燃料汽车的问题。除了上述处理问题外，氢燃料还必须由某种东西制成。在过去，“城镇/煤气”(约80％的H2、5％的CO和各种其他挥发物)是通过在还原性环境中将煤加水热解而制得的。
如今，最常见的方法是还原天然气(哈伯法(Haber process))，其净能量损失为原始存量的60％。因此，你也可能只使用天然气。唯一可行的制造氢燃料的低碳方式要求非常高温度的核反应堆，并且如果你正按那种方式制造氢燃料，则你也可能只是消耗了额外的能量并附加从大气中提取的额外碳原子。这样，你可以用高的多的能量密度来轻松的多地处理燃料。较高的能量生产成本被分配和处理时低的多的能源成本所抵消。
撇开CO2排放，请记住，汽油和柴油的大部分污染问题都围绕着以下问题：燃料不是纯的辛烷或相同的长链烃(柴油是至少30种不同的烃加污染物)。合成燃料将会具有非常低的污染水平并且具有高度均一的化学结构。
值得注意的是，来自两种燃料的污染减少的最大贡献者之一取决于更严格的精炼规范以及降低的污染物(诸如硫)允许范围、和对以柴油或汽油形式出售的烃混合物的更为严紧的控制(混合乙醇稍微降低污染水平，但总体不利因素要比积极因素严重得多)。
作为气体，氢气具有低的密度，但是它占据非常大的体积。我们需要找到将其压缩成更小的体积以用于实际和日常使用的方式。例如：为了用氢气给汽车提供400km的动力，需要一个直径5m的氢气球。这显然是不切实际的；因此所有需要的氢气都需要包装成更小的形状系数。
所需的解决方案是使用能够以紧凑形式储存大量氢的材料。诸如镁和硼氢化钠之类的金属和化合物可以吸收大量的氢(多达其自身重量的10％)，就像海绵会吸收水一样。这个概念的优点在于：一旦氢被材料吸收，它就会以完全安全的方式无限期地被储存。控制材料的温度将允许完全可逆地吸收和释放氢气。
如今，仅几种材料(例如，LaNi5H6(镧镍合金)、MgH2(氢化镁)、NaBH4(硼氢化钠)和LiBH4(硼氢化锂))可以在环境温度下吸收和释放氢气。遗憾的是，这些材料很重，因此只能储存少量的氢气(少于1.5wt./％，即其自身重量的1.5％)。许多其他材料(例如硼氢化物)可以储存大量的氢气(多达18.4wt./％)。但是，目前这种材料的使用受到限制，因为需要高温以使得能够释放氢气并且需要极高的压力(高于300倍的大气压力)用于氢吸收。我们需要找到一种方法来使用这些材料，而无需极端的高温和高压条件。
半杯水可以产生约106升的氢气。使用新发现的材料，我们可以用仅0.005升来存储那么多的氢。所需的储存空间减少了10,000倍！(根据澳大利亚的悉尼的新南威尔士(NewSouth Whales)大学的MERL.)。
已经提出，也许优选的方法是“按需”使用氢气发生器，该氢气发生器例如使用铝、KOH、和水(或其他类型的合金和水)。这将产生大量的可以立即使用的氢气。一些团体正在使用这种技术(水解)来运行发动机。
对于车辆：少量的需求通过现场直接从水产生或将其储存在固体介质中来满足。如上所述，溴化氨看起来是非常有希望。一家荷兰公司即将将溴化物颗粒投放市场(http://www.maynex.com)。
为了将氢气储存到气瓶罐中，事实和神话是：必须从所有氧气中除去氢气，从而使氢气为惰性气体形式：
1.氢气必须以20.28K(-423.17°F/-252.87℃)的温度液化并保持在该温度，因此它不会通过氮气变成气体形式。
2.保持液态的氢气及用于实现此的装置要求工业MAZMAT类型许可和认证。这只有在法人实体在监督下签字的情况下才能获得。液态氢要求低温储存技术，例如特殊的隔热容器，并且要求所有低温燃料共有的特殊处理方法。液态氢在任何情况下均被视为液体形式或气体形式的爆炸物，并且该认证不适用于公众。
3.如果你未储存液体形式或者气体形式的H2且不具有合适的通风设备，则对于在公共高速公路机动应用中使用车辆燃烧量度量效率，氢仍然被认为是非法的，但是目前尚未被强制执行。作为公共高速公路上的普通公民，由于气体管线中的氧气与H2/氢气，将水-氢电池单元用于氢气+氧气混合使用被认为是爆炸物。如果氢气被引入到没有氧气混合物的燃烧室中，则它是惰性的直到与氧气接触为止，因此是非爆炸性的，直到气体混合物的O2/氧气接触点。如果氢气作为单纯的氢气被引入到燃烧室，那么在由DOT/汽车部门认证的合格专业人员来完成的情况下，则氢气视为合法，但再次这些法律未生效。因此，请勿破坏此新的H2应用以提高燃油经济性，请注意并确保氢气不会有任何区域在发动机舱内积聚以等待着火点爆炸。
参见：“挪威氢高速公路(Norway Hydrogen Highway)”和“斯堪的纳维亚氢高速公路伙伴(Scandinavian hydrogen highway partnership)”以看看世界其他地方实际上在“做什么”，而不仅仅是恐惧。挪威已立法在2O25年前禁止所有汽油、柴油和混合动力汽车。已在使用中的补充燃料站可在3分钟内使用高压氢气提供H2补充燃料。
等离子体加速是一种利用与电子等离子体波或其他高梯度等离子体结构(例如冲击场和鞘层场)相关的电场来加速带电粒子(例如电子、正电子和离子)的技术。等离子体加速结构是使用超短激光脉冲或与等离子体参数匹配的高能粒子束创建的。这些技术提供了一种构建尺寸比传统装置小得多的高性能粒子加速器的方法。等离子体加速的基本概念及其可能性最初是由UCLA的Toshiki Tajima和John M.Dawson教授在1979年提出。“尾流场(wakefield)”实验的最初设计由Chan Joshi教授的团体在UCLA构思。当前的实验装置显示出比当前的粒子加速器好几个数量级的加速梯度。
等离子加速器具有巨大的前景用于创新价格合理且紧凑的加速器，其适用于从高能物理到医疗和工业应用的各种应用。医疗应用包括用于诊断或放射治疗的电子感应加速器和自由电子光源，以及用于强子治疗的质子光源。等离子体加速器通常使用由等离子体密度波产生的尾流场。但是，根据所用等离子体的特性，等离子体加速器可以在许多不同的方式下运行。
2012年，从事LCLS研究的科学家在通过金刚石单色仪过滤后用自己的光束自播(self-seeding)激光而克服了对X射线波长的播种(seeding)限制。所得到的光束的强度和单色性是前所未有的，并允许进行涉及操纵原子和成像分子的新实验。世界各地的其他实验室正在将这项技术整合到他们的设备中。
说明书
本发明通常涉及由于对通过不同的金属与穿孔镍板反应所产生的等离子弧的使用，在具有无气囊分离相同的坩埚中产生氢气以及氧气。等离子效应的作用是在坩埚的氢气发射侧释放大量的氢气分子和氧气分子，并且电离的氧气分子与来自钨电极的碎片状的金属颗粒结合，所述钨电极消耗部分的钨，从而捕获几乎全部的氧气分子。然后在坩埚的氢气侧释放相对纯净的氢气。
相反地，等离子效应的作用是在坩埚的氧气发射侧释放大量的氢气分子和氧气分子，并且电离的氢气分子与来自镍电极的碎片状的金属颗粒结合，所述镍电极消耗部分的镍，从而捕获几乎全部的氢气分子。然后在坩埚的氧气侧释放相对纯净的氧气。
在本发明中，当将600-800脉冲的VDC应用至坩埚的氢气侧的阳极侧和阴极侧时开始工艺。阴极包括钨的纤丝线(filament wire)，如需要，其通过连接至控制模块的自动进料器组件和步进马达电子地填料(fed)，通过在控制台和监视器的p/c监控。阳极侧包括两个穿孔的固体镍板，其接近地固定在钨纤丝的两旁并且通过两个玻璃、或陶瓷、或聚四氟乙烯绝缘体与纤丝分隔，绝缘体防止纤丝接触镍板并短路。因为高电压/高安培VDC跨领域应用，在坩埚罐中接种水(seeded water)作为阳极和阴极之间的短路产生高热量。高热量电离溶液中的氢分子和氧分子，瞬间从H2O溶液释放数百万的高电荷离子(电子和质子)。在一个实施方案中，游离电子由磁性件引导至真空泵排除游离氢的位置，并且所产生的游离氧分子通过在工艺中熔化的颗粒状和碎片状的钨金属被捕获，从而因为氧原子结合至钨原子，并且氧原子在水浴溶液中的坩埚底部中被捕获。
同时地，坩埚的相反侧开始发射纯氧原子，因为在包括与穿孔的固体镍板一样的板的阴极和配置在坩埚的氢气侧的板之间相似的反应，除了现在包括固体镍线的阳极，固体镍线再次被夹在两个固体镍板之间并且通过玻璃、陶瓷或聚四氟乙烯绝缘体绝缘。本发明的教导是水溶液在阳极和阴极之间再次产生短路并且产生高热量，高热量在板和线之间产生，其将镍线破碎成小的镍颗粒，其作用为捕获在脉冲工艺中释放的任何氢气，并且一旦氢原子和镍原子结合，纯氧气被释放，然后通过磁性引导系统引导和加速至坩埚中的位置，这里游离氧原子可以被抽真空并存储。
在工艺期间，坩埚底部中的水溶液通过再循环水泵不断地搅拌，再循环水泵的作用是重组水浴中的催化剂和排种元件(seeding element)，并且同时通过位于泵组件内的滤水器冷却和清洁水箱的较大颗粒和碎片。在本发明中在此特别提及一旦氢原子和氧原子坩埚室的它们的各自侧被抽真空，它们通过压缩气体的压力泵各自储存在临时的罐中，并且每个罐由内置计算机控制系统进行电子监控的回流和释放阀保护。
此外，为了提高在阳极和阴极等离子室中的分隔工艺，将0Hz至200Hz的低压脉冲同时地应用至阳极和阴极，其引起有关的在一侧的氢原子和在另一侧的氧原子在特定的频率共振。在这种情况下，监控系统在系统中检测到任何异常行为(irregularities)，如好热量、高压、两侧泄漏气体、断电、脉冲调制的丧失、低水位、低催化水平或任何其他这种异常，整个系统将关闭电源并且气体首先在氧气侧排出，然后从氢气侧排出。因为整个系统包括碱金属、水、陶瓷、玻璃和其他非易燃物，所以该系统不可能经历任何火灾和爆炸。
应该注意，在说明书中这里描述的选择的金属不限于镍和钨。相似构型的金属的其他几种组合可以产生相似的反应，产生或多或少的预期结果。例如，在图28中，有一系列可能的组合，其可以获得预期结果并且同时产生有价值的和期望的副产品，如二氧化钛(TiO2)作为实例，其可以在油漆、食用色素、防晒霜、化妆品和各种工业用途中使用。
一旦产生了原料氢气和氧气并将其隔离为纯净的形式，然后每种产品的输出产品可以在低压下储存在指定的罐中，一个用于氢气储存，并且一个用于氧气储存。储存罐装有特殊材料以允许每种类型的气体最大容量存储。每个储存罐中的材料分别通过压缩H2和O2气体来补充储存。为了安全而存储较小量的气体，仅需要使车辆从早上死亡开始，如果和当在夜间没有进行气体产生时。这样完成了由氢气、氢气和氧气或与其他气体或燃料组合的动力车辆的生产和存储阶段的运营。
在涡轮机供电的情况下，其中气体被点燃以产生热量和压力来转动涡轮机来发电，气体可以根据需要在压力下储存特定的时间，如每小时、每天或每周。在这种情况下，作为安全系数，将在任何给定时间内实际存储的气体量最小化，并且在指定的使用或需求时间结束时气体将被完全消耗。
结果是，本发明的，在所需要的基础上，任何车辆可以通过氢气和氧气的组合或其他按需制造的可燃材料二者来驱动。非饮用水或海水的使用大大提高了工艺，以便装在车辆内的水箱可以在海边或几乎任何地方补充任何形式的水，无论是否可以饮用。
当工艺开始时，故障安全机械监控系统指示气压、温度、流速、水位和输出量，这些可以自动或手动控制。
非饮用水用氯化钠和其他碱金属接种以消除细菌和疾病。也使用紫外光线来消除可能存在的细菌，并且整个系统通过在连续的基础上水溶液的过滤和过滤(straining)进行消毒。
附图说明
图1描绘了例如在本发明的优选实施方案中可能描绘的氧气和氢气发生器坩埚。该图描绘了以下两点：即本发明在一侧使用镍丝且在另一侧使用钨丝，各个丝夹在一对穿孔的固体镍板之间。
图2描绘了例如在本发明的优选实施方案中可能存在的气体发生器的氧气侧或阴极侧以及该阴极的组件配置。
图3描绘了例如在本发明的优选实施方案中可能存在的气体发生器的氢气侧或阳极侧以及组件配置。
图4描绘了例如在优选的实施方案中可能存在的本发明的双电源和脉冲调制器。
图5描绘了例如在本发明的优选实施方案中存在的在形成后储存中的氢气和氧气，包括再循环泵、用于坩埚每一侧的真空泵以及催化水馈送部。
图6描绘了例如在本发明的优选实施方案中可能存在的如在图5中描述的氢气和氧气储存罐，其中增添了导致可燃烧的气体混合物的H2和O2组合室。
图7描绘了例如在本发明的优选实施方案中可能存在的压力泵。
图8描绘了例如在本发明的优选实施方案中可能存在的回流防护件或回流抑制器。
图9描绘了例如在本发明的优选实施方案中的用于重组H2和O2的组合器腔室。
图10描绘了例如在本发明的优选实施方案中可能存在的系统控制控制台硬件。
图11描绘了例如在本发明的优选实施方案中可能存在的故障安全监控系统的流程图。
图12描绘了例如在本发明的优选实施方案中可能存在的钨馈送组装件。
图13描绘了例如在本发明的优选实施方案中可能存在的自动化金属丝馈送组装件。
图14描绘了例如在本发明的优选实施方案中可能存在的电磁控制和离子团引导系统。
图15描绘了例如在本发明的优选实施方案中可能存在的系统流程图。
图16描绘了例如在本发明的优选实施方案中可能存在的气体储存系统。
图17描绘了例如在本发明的优选实施方案中可能存在的接种水催化剂馈送系统。
图18描绘了例如在本发明的优选实施方案中可能存在的磁性离子对准系统。
图19描绘了例如在本发明的优选实施方案中可能存在的真空泵示例。
图20描绘了例如在本发明的优选实施方案中可能存在的计算机监控器屏幕，其可从远程位置控制操作和故障安全关机。
图21描绘了例如在本发明的优选实施方案中可能存在的远程监控站控制台。
图22描绘了例如在本发明的优选实施方案中可能存在的简单的等离子体产生的化学加速器。
图23描绘了例如在本发明的优选实施方案中可能存在的H2和O2在被各种金属键合时的有效比率。
图24描绘了例如在本发明的优选实施方案中可能存在的修订的周期表，其标识出了在Arno Vigen锁紧立方体模型(Scrunched Cube Model)下各种金属的键合。
图25描绘了例如在本发明的优选实施方案中可能存在的本发明的加速器示例。
图26描绘了例如在本发明的优选实施方案中的Arno Vigen锁紧立方体-氢键合示例。
图27描绘了例如在本发明的优选实施方案中可能存在的表明在阳极侧和阴极侧上存在的反应的化学公式。
图28描绘了例如在本发明的优选实施方案中可能存在的在重新绘制的周期表的ArnoVigen锁紧立方体示例中存在的元素的组合。
图29描绘了例如在本发明的优选实施方案中可能存在的本发明的汇总。
附图的详细描述
图1描绘了(102)坩埚(陶瓷容器)的(101)阴极(O2)侧以及(102)坩埚(陶瓷容器)的(107)阳极侧，该阴极(O2)侧包括所述(103)陶瓷绝缘体、(104)穿孔镍板、(105)镍线、并包括(106)断开的纤丝(open filament)，该阳极侧包括所述(108)陶瓷绝缘体、(108)钨线、(109)闭合的纤丝和(110)穿孔镍板，所有部件都被侵入在包括H2O和KOH的(111)水溶液中。
图2描绘了陶瓷坩埚的阴极侧-氧气侧(O)的详细的附图(201)，该阴极侧即氧气侧(O)包括(202)陶瓷绝缘体、(连接至电源的阳极侧的)(203)网状镍板、(连接至电源的阴极侧的)(204)镍线。
图3描绘了陶瓷坩埚的阳极侧-氢气侧(H2)的详细的附图(301)，该阳极侧-氢气侧(H2)包括(302)陶瓷绝缘体、(303)网状镍板(闭合的纤丝)、(连接至电源的阳极侧的)(304)钨线。
图4描绘了(401)-24VDC脉冲调制电源以及(402)双200-800VDC脉冲电弧电压电源，(401)-24VDC脉冲调制电源包括阳极侧和阴极侧，(402)双200-800VDC脉冲电弧电压电源包括+阴极侧独立电源和-阳极侧独立电源。
图5描绘了(501)阴极侧(02)气泵和(506)阳极侧(H2)气泵，(501)阴极侧(02)气泵包括(502)回流抑制器(Flash Suppressor)、(503)出口软管、(504)氧气储存罐、(505)侵入式过滤单元，(506)阳极侧(H2)气泵进一步包括(507)回流抑制器、(508)出口软管、(509)氢气储存罐、(510)浸入式过滤单元、包括H2O和催化剂的(511)水浴腔体、(512)循环泵以及(513)针对燃料原料的供水部。
图6描绘了与本文中的图5相同的组成部分，并且进一步包括(600)H2+O2组合器，该(600)H2+O2组合器用于向外部设备(如汽车、卡车或其他形式的车辆运输工具)供应燃料。
图7描绘了例如商业上制造的氢气隔膜压缩机。
图8描绘了例如可在本发明的优选的实施方案中发现的商业上可获得的回流防护件(Flash Guard)。
图9描绘了以上在本文中在图6中被描绘为(600)的组合器的细节图。组合器室包括(901)H2输入端口、(902)O2输入端口、(903)排气部、(904)气囊(Bladder)、(905)回流抑制器、(906)在O2输入侧的流量控制以及(907)其中经组合的H2+O2产品准备好燃烧的输出端口。
图10描绘了(1001)系统控制台，其包括(1002)数据、(1003)一天中的时间、(1004)坩埚中的水位、(1005)坩埚中的水温、(1006)H2温度、(1007)H2压力、(1008)O2温度、(1009)O2压力、和(1010)紧急停止(关闭)开关。控制台可以通过智能手机或手持设备来远程监视和控制。
图11描绘了总体系统故障安全流程图表。初始化后，系统会定期检查H2气体泄漏传感器、O2气体泄漏传感器、H2腔体温度、O2腔体温度、H2和O2压力、催化剂水平、钨水平或剩余的更换尖端的数量、剩余的镍线，并且可以取决于由工厂人员确定的预设阈值而继续操作或关闭系统。如果这些水平达到临界水平，可能响起可听警报，其表明可能存在紧急情况。
图12描绘了与钨线和馈送器组装件相对的(1201)陶瓷钨馈送器组装件，其包括(1202)铜套、用用作系统的阳极侧的替代物的(1203)一系列的钨(或其他预选的)金属尖端(Tip)。该配置用于高热量和最大输出容量。
图13描绘了与以上在图12中描绘的尖端馈送器组装件相反的(1301)金属纤丝馈送器组件，其包括(1302)陶瓷容器(一侧)、(1303)水位、(1304)纤丝线本身、(1305)导向轮和导向杆、(1306)原料线轴、(1307)传动皮带或链传动组装件、(1308)步进电机。
图14描述了(1401)磁性控制组装件，其包括(1402)陶瓷密封的圆形钕磁体、(1403)密封的步进电机、(1404)非金属传动带组装件、(1405)精调条形磁体(可旋转)、(1406)陶瓷外壳包封和(1407)安装组装件。
图15描绘了指示在正常操作期间进行-不进行条件的系统流程图。
图16描绘了在本田FCX混合动力车的当前型号中发现的两个氢气储存罐。
图17描绘了(1701)盐水接种馈送罐，其包括(1702)水入口端口、(1703)盐入口端口、(1704)立方浮子水关闭水位检测器、(1705)盐度测量仪。
图18描述了可能在优选实施方案中存在的H2离子的(1801)18-A离子未对准以及在离子遭受了由以上在本文中在图4中描绘的磁性口控制组装件所生成的磁场以后的(1802)18-B离子对准。
图19描绘了例如本发明的优选的实施方案中可能发现的(1901)真空泵示例。泵包括从(102)产物腔体、(1903)H2或O2气体的产物出口以及移除空气的(1904)初始出口中移除气体。
图20描绘了(2001)计算机仪表板图像，其与在以上在图10中存在的计算机仪表板图像相同，只是控制可由计算机操作员通过卫星馈送或无线电线路从远程位置监视和调整。
图21描绘了从(2102)运营商区域办事处馈送的(2101)卫星馈送控制，其包括(2103)到轨道卫星的卫星上行线路天线、(2104)大型汽油供应商(诸如，举例而言ARCO)拥有的H2加油泵，其包括(2105)卫星接收天线。
图22描绘了例如本发明的优选的实施方案中可能发现的(2201)等离子体化学加速器，其包括(2202)气体入口端口、(2203)等离子体源、(2204)远程运输区域、(2205)气体缓冲器或回流抑制器、(2206)主要加工室以及(2207)真空泵。
图2描绘了例如本发明的优选的实施方案中可能发现的(2301)氢气和氧气与准金属或金属的有效比例，其包括(2302)氢气、(2303)金属和(2304)氧气。
图24描绘了通过引用将图45的元素周期表重新排列的Arno Vigen锁紧立方体模型纳入本文，似乎完全包含入本文。该表包括(2401)描述电磁封端的围绕TO4、TO5和TO6的群组的圆、(2402)描述具有高电导率的中纬线90群组的围绕EO1、EO2和EO3的群组的圆。
图25描述了(2501)相干光源模型，其包括(2502)磁性引导部、(2503)激光器灯管，并且在本发明的优选实施例中用于例如以特定的波长加速离子，以匹配在这个示例中受到影响的离子团的谐振频率。
图26描绘了根据Arno Vigen锁紧立方体模型的(2601)H2O和H2O2电子稳定位置，其包括(2602)氢原子提供质子以与氧原子键合以实现共享键，进一步包括(2603)描绘H2O2与氧气和氢气共享通过离子团的磁性控制部得到的键合。
图27描绘了化学式，其允许本发明来在坩埚的一侧释放氢气并在坩埚的相对侧释放氧气，结果在坩埚的H2侧释放纯H2气体。
图28描绘了例如在本发明的优选的实施方案中的以各种金属和它的对应物作为不同的阴极和阳极的选择的Arno Vigen锁紧立方体实例来获得期望的最终结果。
图29描绘了本发明的概述和本发明相对于先前在发明背景清单页面上引用的现有技术教导的优点，这些现有技术通过在此公开而纳入本发明内。

Claims (12)

1.一种系统，其包括浸没在水溶液中的两种不同的金属，当向所述两种金属施加高电压时，所述水溶液形成等离子体或第四物质状态，从而有效释放大量的离子颗粒,所述离子颗粒主要包括氢气气体和氧气气体以及不同金属本身的副产物的。
2.权利要求1进一步包括来自低压电源的RF调制脉冲，其被设置至指定的频率以降低高压电源的功耗，同时分离位于所述水溶液内的各种化合物。
3.权利要求1和2进一步包括磁性离子团控制装置，所述磁性离子团控制装置浸没在所述水溶液中,并且包括电动步进电机和附接至棒磁性部件的圆形磁性部件，所述电动步进电机和圆形磁性部件在被浸没时是可机动并且可旋转的,用于分离在等离子体溶液中释放的各种正离子和负离子。
4.权利要求1、2和3进一步包括真空泵,所述真空泵用于使离子团循环并过滤掉诸如TiO2之类的化合物以及在原子的离子释放期间形成的其他衍生化合物。
5.权利要求1、2、3、4并且进一步包括H2和O2气体真空和压力泵以及气体储存罐和过滤器，用于气体净化和储存罐再填充。
6.权利要求1、2、3、4并且进一步包括H2和O2组合器阶段，所述H2和O2组合器阶段以合适的化学计量百分比混合H2和O2气体，以便在点火后适当地燃烧，以用于各种使用和目的。
7.权利要求1、2、3、4并且进一步包括回流防护件，用于防止由于被点火的气体的回流而引起的无意点火。
8.权利要求1、2、3、4并且进一步包括系统监控器和控制台站，用于监控气体泄漏、气体压力、气体温度和水位。在发生灾难性故障的情况下，所述系统将自动地关闭且响起可听报警。
9.权利要求1、2、3、4、8并且进一步包括自动化尖端馈送器，用于根据需要更换封装在铜套和陶瓷罩内的钨尖端。
10.权利要求1、2、3、4、8并且进一步包括金属纤丝馈送器组装件，其包括电机、传动带、新丝卷、导向轮和陶瓷或玻璃绝缘部件。
11.权利要求1、2、3、4、8并且进一步包括接种水馈送系统，用于给馈送的水加盐，以便利用自动化馈送和切断阀来消除细菌且对馈送罐中的未加工的废水进行消毒。
12.权利要求1、2、3、4、8并且还包括相干光源，所述相干光源包括激光束和磁性导向部件，所述相干光源容纳在单孔径组件中，用于使离子团以所需的脉冲频率谐振或振荡，以便促进键合和断键以及分离。
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