JP2012520825A - 水素エネルギーシステム - Google Patents

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Abstract

制御されたコヒーレント光を使用する、固体貯蔵媒体から水素ガスを得るための水素エネルギーシステム。水素化マグネシウムを得るために、水素をマグネシウムに充填/再充填するためのシステムも開示される。そのような固体貯蔵媒体の貯蔵、輸送、および使用(車両におけるなど)を支援する、その他の比較的安全なシステムが開示される。

Description

本発明は、水素エネルギーシステムの提供に関する。より詳細には、本発明は、水素貯蔵のために水素化マグネシウムを使用した、水素エネルギーシステムの提供に関する。さらにより詳細には、本発明は、水素化マグネシウムからの水素ガスの吸着を支援するのにレーザ励起を使用した、そのような水素エネルギーシステムに関する。
水素エネルギーシステムの使用では、水素の高い燃焼性を考えると、車両などのシステムにエネルギーを供給するのに使用される水素ガスを安全に貯蔵することは難しい。水素は、エネルギーと重量との比が高いが、気相状態(圧縮されていても)での水素の貯蔵はエネルギーと体積との比を低くし、特に携帯使用でそのような貯蔵を実現不可能にする。したがって、水素ガスがエネルギー目的で使用されることになる場所付近で、水素エネルギーの安全でコンパクトな貯蔵を提供することが有用と考えられる。
米国特許第5,728,464号明細書 米国特許第5,817,157号明細書 米国特許第7,029,649号明細書 米国特許第7,169,489号明細書 米国特許第6,319,565号明細書 米国特許第6,569,518号明細書 米国特許第6,420,067号明細書 米国特許第5,407,645号明細書 米国特許出願公開第2006/0013753号明細書 米国特許出願公開第2006/0013766号明細書 米国特許出願公開第2006/0041175号明細書 米国特許出願公開第2004/0213998号明細書
本発明の主な目的および特徴は、上述の問題を克服したシステムを提供することである。
本発明の別の目的および特徴は、そのような水素化マグネシウムを安全に貯蔵することができる、そのような水素エネルギーシステムを提供することである。
本発明の別の目的および特徴は、CDに似ている「ディスク」の形をした、そのような水素化マグネシウムを提供することである。
本発明のさらに別の目的および特徴は、水素化マグネシウムのディスクと協働してこのディスクから水素ガスの放出をもたらすための、レーザシステムを提供することである。
本発明の別の目的および特徴は、水素化マグネシウムのディスクと協働してこのディスクから水素ガスの放出をもたらすための、レーザのアレイを利用したレーザシステムを提供することである。
本発明のさらに別の目的および特徴は、制御された水素ガスの放出を提供するために、そのような水素化マグネシウムのディスク表面の連続部分に、制御されたコヒーレント光エネルギーを提供することである。
本発明のさらに別の目的および特徴は、そのような制御された水素ガスの放出後に、そのようなディスクに水素を再充填するためのシステムを提供することである。
本発明の別の目的および特徴は、水素化マグネシウムのディスクにおけるそのような貯蔵から制御可能に放出された水素ガスの形で、少なくとも1種の車両、好ましくは自動車に水素エネルギーを提供することである。
本発明の別の主な目的および特徴は、コンパクトな容積内に水素を放出可能に貯蔵することができる水素化マグネシウムディスクを、製造するシステムを提供することである。
本発明の別の目的および特徴は、相互作用の大面積が露出するように穿孔されかつコンパクトな容積内に水素を放出可能に貯蔵することができる水素化マグネシウムディスクを、製造するシステムを提供することである。
本発明の別の主な目的および特徴は、効率的で安価な扱い易い、そのような水素エネルギーシステムを提供することである。本発明のその他の目的および特徴は、以下の記述を参照することによって明らかにされよう。
本明細書の好ましい実施形態によれば、本発明は、水素ガスの少なくとも1つの供給流を提供するステップを含み;水素プラズマの少なくとも1つの供給流を形成するのに十分な、少なくとも1つの電磁場を提供するステップを含み;但し当該水素プラズマの少なくとも1つの供給流は、水素を貯蔵することが可能な少なくとも1つの金属表面部分に隣接して形成され;当該少なくとも1つの金属表面部分は、当該水素プラズマの少なくとも1つの供給流から水素を吸収して、少なくとも1種の金属水素化物を形成するものであり;当該少なくとも1種の金属水素化物を使用して少なくとも1種の相当量の水素を貯蔵するように構成され配置された、少なくとも1つの水素貯蔵器を提供することにより、貯蔵された水素の光励起支援による放出を可能にするようになされたステップを含み;少なくとも1つの光励起器を使用して、当該少なくとも1つの水素貯蔵器を光学的に励起することにより、当該貯蔵された水素の水素ガスとしての放出を支援するステップを含み;少なくとも1つの商業的使用が支援されるように、当該水素ガスの、当該光励起支援による放出を制御するステップを含む、水素ガスの制御された商業的使用に関する方法を提供する。
本明細書の別の好ましい実施形態によれば、本発明は、少なくとも1つの相当量の水素を貯蔵するように構成され配置された少なくとも1つの水素貯蔵器を含み;但し当該少なくとも1つの水素貯蔵器は、当該少なくとも1つの水素貯蔵器からの、貯蔵された水素の光励起支援による放出を可能にするように構成され配置された、少なくとも1つの水素放出許可器を含むものであり;当該少なくとも1つの水素貯蔵器からの当該貯蔵された水素の放出を支援するために、当該少なくとも1つの水素貯蔵器を光学的に励起するように構成され配置された少なくとも1つの光励起器を含み;但し当該少なくとも1つの光励起器は、少なくとも1つの商業的使用を支援するために、当該水素ガスの光励起支援による放出を制御するように構成され配置された少なくとも1つの制御器を含むものを含む、水素エネルギーシステムを提供する。
本明細書の好ましい実施形態によれば、本発明は、少なくとも1つの相当量の水素を貯蔵するように構成され配置された、少なくとも1つの水素貯蔵器を含み;但し当該少なくとも1つの水素貯蔵器は、当該少なくとも1つの水素貯蔵器からの、貯蔵された水素の光励起支援による放出を可能にするように構成され配置された、少なくとも1つの水素放出許可器を含むものであり;当該少なくとも1つの水素貯蔵器からの、貯蔵された水素の放出を支援するために、当該少なくとも1つの水素貯蔵器を光学的に励起するように構成され配置された少なくとも1つの光励起器を含み;但し当該少なくとも1つの光励起器は、水素の光励起支援による放出を制御するように構成され配置された少なくとも1つの制御器を含むものであり;および放出された水素の収集を支援するように構成され配置された少なくとも1つの水素収集器を含み;水素は、望み通りの使用が可能になるように制御可能に放出されるまで、当該少なくとも1つの水素貯蔵器に貯蔵されていてもよい、水素エネルギーシステムも提供する。
さらに、当該少なくとも1つの光励起器が、約530nmから約1700nmの間の少なくとも1つの光の波長を含む、水素エネルギーシステムが提供される。さらに、当該少なくとも1つの光励起器が、約784nmという少なくとも1つの光の波長を含む、水素エネルギーシステムが提供される。また、当該少なくとも1つの光励起器が、約200mWから約2000mWの間の少なくとも1つの電力を含む、水素エネルギーシステムも提供される。さらに、当該少なくとも1つの光励起器が、約200mWという少なくとも1つの電力を含む、水素エネルギーシステムが提供される。
さらに、当該少なくとも1つの水素収集器が少なくとも1つの陰圧環境を含む、水素エネルギーシステムが提供される。さらに、当該少なくとも1つの陰圧環境が、約−1ミリメートル水銀から約−2気圧の間の少なくとも1つの圧力を含む、水素エネルギーシステムが提供される。さらになお、当該少なくとも1つの陰圧環境が、約−1気圧という少なくとも1つの圧力を含む、水素エネルギーシステムが提供される。
さらに、当該少なくとも1つの光励起器が、約10nmから約2mmの間の少なくとも1つの半径を有する少なくとも1つの光線を含む、水素エネルギーシステムが提供される。さらに、当該少なくとも1つの光励起器が、約15nmという少なくとも1つの半径を有する少なくとも1つの光線を含む、水素エネルギーシステムが提供される。また、当該少なくとも1つの光励起器が、当該少なくとも1つの水素貯蔵器の少なくとも1つの部分を励起して当該少なくとも1つの部分で約280℃から約390℃の間の少なくとも1つの温度を誘発するように構成され配置された、水素エネルギーシステムも提供される。さらに、当該少なくとも1つの水素貯蔵器が少なくとも1種の水素化物を含む、水素エネルギーシステムが提供される。
本明細書の別の好ましい実施形態によれば、本発明は、水素を吸収することが可能な少なくとも1つの金属表面部分を含み;水素ガスの少なくとも1つの供給流を含み;水素プラズマの少なくとも1つの供給流を形成するのに十分な少なくとも1つの電磁場を発生させるように構成され配置された、少なくとも1つの電磁場発生器を含み;但し当該少なくとも1つの電磁場発生器は、当該水素プラズマの少なくとも1つの供給流が少なくとも1つの第2の位置に取付けられるように、少なくとも1つの位置に配置されたものであり;当該少なくとも1つの金属表面部分を当該少なくとも1つの第2の位置に取付けるように構成され配置された、少なくとも1つの金属表面位置付け器を含み;但し当該少なくとも1つの金属表面部分は水素を吸収して、少なくとも1つの金属水素化物表面部分を形成することができる、水素エネルギーシステムを提供する。
さらに、当該少なくとも1つの電磁場発生器が、少なくとも1つのマイクロ波場発生器と;少なくとも1つのラジオ波場発生器とを含む、水素エネルギーシステムが提供される。さらに、当該少なくとも1つのマイクロ波場発生器が、少なくとも2つのマイクロ波場発生器を含む、水素エネルギーシステムが提供される。
本明細書の別の好ましい実施形態によれば、本発明は、少なくとも1つの相当量の水素を貯蔵するように構成され配置された少なくとも1つのディスクを含む、少なくとも1つの水素貯蔵器を含み;但し当該少なくとも1つの水素貯蔵器は、当該少なくとも1つのディスクの少なくとも1つの中心スピン軸に取付けられるように構成され配置された、少なくとも1つの中心スピン軸位置付け器を含み;当該少なくとも1つのディスクは、当該少なくとも1つのディスクの当該少なくとも1つの中心スピン軸を中心として回転することができ;当該少なくとも1つのディスクは、少なくとも1つのモータ駆動スピナにより把持されることが可能な少なくとも1つのスピナモータ把持器を含み;当該少なくとも1つのスピナモータ把持器は、当該少なくとも1つの中心スピン軸と実質的に同軸であり;当該少なくとも1つのスピナモータ把持器は、当該少なくとも1つのモータ駆動スピナによって、当該少なくとも1つのディスクの当該少なくとも1つの中心スピン軸を中心として、当該少なくとも1つのディスクを回転させるのを支援するように構成され配置され;当該少なくとも1つのディスクは、実質的に安定して回転するように構成され配置されるものである、水素エネルギーシステムを提供する。
さらになお、当該少なくとも1つのディスクが、約50mmから約150mmの間の少なくとも1つの外径をさらに有する、水素エネルギーシステムが提供される。さらに、当該少なくとも1つのディスクが約120mmという少なくとも1つの外径をさらに有する、水素エネルギーシステムが提供される。さらに、当該少なくとも1つの中心スピン軸位置付け器が、約5mmから約15mmの間の少なくとも1つの直径を有する、水素エネルギーシステムが提供される。また、当該少なくとも1つの中心スピン軸位置付け器が約15mmという少なくとも1つの直径を有する、水素エネルギーシステムも提供される。
さらに、当該少なくとも1つのディスクが少なくとも1つの水素化物ディスクを含む、水素エネルギーシステムが提供される。さらに、当該少なくとも1つの水素化物ディスクが、約50mmから約150mmの間の少なくとも1つの外径をさらに有する、水素エネルギーシステムが提供される。さらに、当該少なくとも1つの水素化物ディスクが約120mmという少なくとも1つの外径をさらに有する、水素エネルギーシステムが提供される。さらになお、当該少なくとも1つの中心スピン軸位置付け器が、約5mmから約15mmの間の少なくとも1つの直径を有する、水素エネルギーシステムが提供される。さらに、当該少なくとも1つの中心スピン軸位置付け器が約15mmという少なくとも1つの直径を有する、水素エネルギーシステムが提供される。
さらに、当該少なくとも1つの水素化物ディスクが約1ミリメートルという少なくとも1つの厚さを有する、水素エネルギーシステムが提供される。また、当該少なくとも1つの水素化物ディスクが少なくとも1種の金属水素化物をさらに含む、水素エネルギーシステムも提供される。さらに、当該少なくとも1つの水素化物ディスクが水素化マグネシウムを実質的に含む、水素エネルギーシステムが提供される。また、当該少なくとも1つの水素化物ディスクが水素化AZ31Bを含む、水素エネルギーシステムが提供される。
さらに、当該少なくとも1つの水素化物ディスクが、当該少なくとも1つの水素化物ディスクの水素化を支援するように構成され配置された少なくとも1種の触媒をさらに含む、水素エネルギーシステムが提供される。さらになお、当該少なくとも1種の触媒がニッケルを含む、水素エネルギーシステムが提供される。さらに、当該少なくとも1種の触媒がパラジウムを含む、水素エネルギーシステムが提供される。さらに、当該少なくとも1種の触媒がチタンを含む、水素エネルギーシステムが提供される。また、当該少なくとも1つの水素化物ディスクが約2マイクロメートル未満の表面凹凸を含む、水素エネルギーシステムも提供される。さらに、少なくとも1種の光学的に透明な鉱油を含んだ少なくとも1つのディスクコーティングをさらに含む、水素エネルギーシステムが提供される。
さらに、当該少なくとも1つの水素貯蔵器からの、貯蔵された水素の放出を支援するために、当該少なくとも1つの水素貯蔵器を光学的に励起するように構成され配置された少なくとも1つの光励起器を含み;但し当該少なくとも1つの水素貯蔵器は、当該少なくとも1つの水素貯蔵器からの、貯蔵された水素の光励起支援による放出を可能にするように構成され配置された、少なくとも1つの水素放出許可器を含み;当該少なくとも1つの光励起器は、水素の光励起支援による放出を制御するように構成され配置された少なくとも1つの制御器を含むものであり;放出された水素の収集を支援するように構成され配置された少なくとも1つの水素収集器をさらに含み;但し水素は、望みに応じた使用が可能になるように制御可能に放出されるまで、当該少なくとも1つの水素貯蔵器に貯蔵することができるものである、水素エネルギーシステムが提供される。
さらに、当該少なくとも1つのディスクが少なくとも1種の水素化物を含む、水素エネルギーシステムが提供される。好ましくは少なくとも1つのディスクが、少なくとも1種の光学的に透明な鉱油中に貯蔵される、水素エネルギーシステム。さらになお、当該少なくとも1つの水素収集器が、水素の当該光励起支援による放出中に気化した鉱油の収集を支援するように構成され配置された、少なくとも1つの鉱油凝縮器をさらに含む、水素エネルギーシステムが提供される。
さらに、少なくとも1種の車両で少なくとも1種の燃料として水素を使用するように構成され配置された、少なくとも1つの水素燃料ユーザをさらに含み;当該少なくとも1つの水素燃料ユーザは、少なくとも1つのエネルギー変換プロセスを通して収集された水素を変換するのを支援するように構成され配置された、少なくとも1つのエネルギー変換器を含み;当該少なくとも1つのエネルギー変換プロセスは、当該少なくとも1種の車両が動作するようにエネルギーを提供する、水素エネルギーシステムが提供される。さらに、加速中に当該少なくとも1種の車両からの高い燃料需要を満たすのに十分な、少なくとも1つの体積の水素を入れるように構成され配置された少なくとも1つの水素容器をさらに含む、水素エネルギーシステムが提供される。また、当該少なくとも1つのエネルギー変換器が少なくとも1つの燃焼機関を含む、水素エネルギーシステムも提供される。
さらに、加速中に当該少なくとも1種の車両からの高い燃料需要を満たすのに十分な、少なくとも1つの体積の水素を入れるように構成され配置された少なくとも1つの水素容器をさらに含む、水素エネルギーシステムが提供される。さらに、当該少なくとも1つのエネルギー変換器が少なくとも1つの水素燃料電池を含む、水素エネルギーシステムが提供される。
さらに、水素ガスの少なくとも1つの供給流をさらに含み;水素プラズマの少なくとも1つの供給流を形成するのに十分な少なくとも1つの電磁場を、発生させるように構成され配置された少なくとも1つの電磁場発生器をさらに含み;但し当該少なくとも1つの電磁場発生器は、水素プラズマの少なくとも1つの供給流が少なくとも1つの第2の位置に配置されるように、少なくとも1つの位置に配置され;当該少なくとも1つの水素貯蔵器は、水素を吸収することが可能な少なくとも1つの金属表面部分をさらに含むものであり;当該少なくとも1つの金属表面部分が当該少なくとも1つの第2の位置に取付けられるように構成され配置された、少なくとも1つの金属表面位置付け器をさらに含み;但し当該少なくとも1つの金属表面部分は、少なくとも1つの金属水素化物表面部分が形成されるように水素を吸収することができる、水素エネルギーシステムが提供される。
さらになお、複数の、当該少なくとも1つの水素貯蔵器が、当該少なくとも1つの第2の位置を通して直列に配置される、水素エネルギーシステムが提供される。さらに、当該少なくとも1つの水素化物ディスクが、少なくとも1種の光学的に透明な鉱油中に貯蔵される、水素エネルギーシステムが提供される。さらに、当該複数の、少なくとも1種の水素貯蔵器を、当該少なくとも1種の光学的に透明な鉱油中に存在させたままにすることができる、水素エネルギーシステムが提供される。
本明細書の別の好ましい実施形態によれば、本発明は、水素ガスの少なくとも1つの供給流を提供するステップを含み;水素プラズマの少なくとも1つの供給流を形成するのに十分な、少なくとも1つの電磁場を提供するステップを含み;但し当該少なくとも1つの水素プラズマは、水素を貯蔵することが可能な少なくとも1つの金属表面部分に隣接して形成され;当該少なくとも1つの金属表面部分は、少なくとも1種の金属水素化物が形成されるように、当該水素プラズマの少なくとも1つの供給流から水素を吸収することができるものである、水素の使用に関する方法を提供する。
本明細書の別の好ましい実施形態によれば、本発明は、光により誘発された加熱を通して水素を放出することが可能な少なくとも1つの水素化物ディスクを提供するステップを含み;少なくとも1種の車両から少なくとも1つの水素消費水素化物ディスクを除去するステップを含み;当該少なくとも1つの水素消費水素化物ディスクの代わりに、当該少なくとも1つの水素化物ディスクを用いるステップを含み;当該少なくとも1つの水素消費水素化物ディスクを処分するステップを含む、水素の使用に関する方法を提供する。また、当該処分するステップが、当該少なくとも1つの水素消費水素化物ディスクをリサイクルするステップを含む方法も提供される。
本明細書の別の好ましい実施形態によれば、本発明は、リサイクルすることが可能な少なくとも1つの水素消費水素化物ディスクを提供するステップを含み;あらゆる未放出の水素の、当該少なくとも1つの水素消費水素化物ディスクをパージするステップを含み;当該パージされた、少なくとも1つの水素消費水素化物ディスクに、水素を再充填し、光学的に誘発された加熱を通して水素を放出することが可能な少なくとも1つの水素化物ディスクを形成するステップを含む、水素の使用に関する方法を提供する。
本明細書の別の好ましい実施形態によれば、本発明は、少なくとも1つの相当量の水素を貯蔵するように構成され配置された、少なくとも1つの水素貯蔵器を含み;但し当該少なくとも1つの水素貯蔵器は、当該少なくとも1つの水素貯蔵器が当該少なくとも1つの相当量の水素を貯蔵する場合に少なくとも1つの実質的な充満状態を含み;当該少なくとも1つの水素貯蔵器は、当該少なくとも1つの水素貯蔵器が水素を実質的に貯蔵しない場合に少なくとも1つの実質的に空の状態を含み;当該少なくとも1つの水素貯蔵器は、当該少なくとも1つの実質的な充満状態の透過性と当該少なくとも1つの実質的に空の状態の透過性との間に、少なくとも1つの相当な変動を含むものであり;当該少なくとも1つの水素貯蔵器の透過性における当該少なくとも1つの相当な変動を検出するように構成され配置された、少なくとも1つの透過性変動検出機器を含み;当該少なくとも1つの透過性変動検出機器から透過性変動データを収集するように構成され配置された、少なくとも1つの透過性変動データ収集器を含み;収集された透過性変動データを評価するように構成され配置された、少なくとも1つの透過性変動データプロセッサを含み;但し当該評価は、当該システムの水素含量を示す少なくとも1つの値をもたらす、水素エネルギーシステムを提供する。
本明細書の別の好ましい実施形態によれば、本発明は、少なくとも1つの相当量の水素を貯蔵するための水素貯蔵器手段を含み;但し当該水素貯蔵器手段は、当該水素貯蔵器手段からの、貯蔵された水素の光励起支援による放出を可能にするための水素放出許可器手段を含むものであり;当該水素貯蔵器手段からの、貯蔵された水素の放出を支援するように、当該水素貯蔵器手段を光励起するための光励起器手段を含み;但し当該光励起器手段は、水素の光励起支援による放出を制御するための制御器手段を含むものであり;放出された水素の収集を支援するための水素収集器手段を含み;水素は、望み通りの使用が可能になるように制御可能に放出されるまで、当該水素貯蔵器手段に貯蔵することができる、水素エネルギーシステムを提供する。
本明細書の別の好ましい実施形態によれば、本発明は、水素を吸収することが可能な少なくとも1つの金属表面部分を提供するための、金属表面部分手段を含み;水素ガスの少なくとも1つの供給流を提供するための水素供給手段を含み;水素プラズマの少なくとも1つの供給流を形成するのに十分な、少なくとも1つの電磁場を発生させるための電磁場発生器手段を含み;但し当該電磁場発生器手段は、水素プラズマの少なくとも1つの供給流が少なくとも1つの第2の位置に配置されるように、少なくとも1つの位置に配置されるものであり;そのような金属表面部分手段を当該少なくとも1つの第2の位置に位置付けるための金属表面位置付け器手段を含み;但し当該金属表面部分手段は、少なくとも1つの金属水素化物表面部分が形成されるように水素を吸収することができる、水素エネルギーシステムを提供する。
本明細書の別の好ましい実施形態によれば、本発明は、少なくとも1つの相当量の水素を貯蔵するための、少なくとも1つのディスクを含む、水素貯蔵器手段を含み;但し当該水素貯蔵器手段は、当該少なくとも1つのディスクの少なくとも1つの中心スピン軸を位置付けるための中心スピン軸位置付け器手段を含み;当該少なくとも1つのディスクは、当該少なくとも1つの水素化物ディスクの当該少なくとも1つの中心スピン軸を中心に回転することができ;当該水素貯蔵器手段は、少なくとも1つのモータ駆動スピナにより把持するためのスピナモータ把持器手段を含み;当該スピナモータ把持器手段は、当該少なくとも1つのモータ駆動スピナにより、当該少なくとも1つのディスクの当該少なくとも1つの中心スピン軸を中心として、当該少なくとも1つのディスクを回転させることが可能であり;回転中、当該少なくとも1つのディスクは実質的に安定に回転する、水素エネルギーシステムを提供する。
本明細書の別の好ましい実施形態によれば、本発明は、当該少なくとも1つの金属表面部分が、実質的に均一な多孔率を提供するように構成され配置された少なくとも1つのパターンのキャビティを含む、システムを提供する。本明細書の別の好ましい実施形態によれば、本発明は、当該少なくとも1つのパターンのキャビティが、当該少なくとも1つの金属表面部分に対して約45度という少なくとも1つの角度を有する、システムを提供する。本明細書の別の好ましい実施形態によれば、本発明は、当該キャビティのそれぞれが約50マイクロメートルの直径を有するシステムを提供する。本明細書の別の好ましい実施形態によれば、本発明は、当該少なくとも1つの金属表面部分が、ディスク状に切断されかつ当該穴を含有するように適合された沈降マグネシウムプレートを含む、システムを提供する。本明細書の別の好ましい実施形態によれば、本発明は、当該少なくとも1つの金属表面部分が水素化マグネシウムを含む、システムを提供する。本明細書の別の好ましい実施形態によれば、本発明は、当該少なくとも1つの金属表面部分が、剛性を付与するように構成され配置された複数の非多孔性支柱部分を含む、システムを提供する。本明細書の別の好ましい実施形態によれば、本発明は、当該少なくとも1つの金属表面部分が、剛性を付与するように構成され配置された少なくとも1つの薄い剛性の非マグネシウムフレームを含む、システムを提供する。本明細書の別の好ましい実施形態によれば、本発明は、当該少なくとも1つの金属表面部分が、ニッケルおよびMg2Niを実質的に含む少なくとも1つの薄い表面コーティングを含む、システムを提供する。さらに、当該少なくとも1つの光励起器が、レーザの少なくとも1つのアレイを含む、システムが提供される。本明細書の別の好ましい実施形態によれば、本発明は、当該少なくとも1種の触媒がニッケルを含むシステムを提供する。本明細書の別の好ましい実施形態によれば、本発明は、当該少なくとも1種の触媒がパラジウムを含むシステムを提供する。
本明細書の別の好ましい実施形態によれば、本発明は、水素を貯蔵するように適合された少なくとも1種の水素貯蔵器材料を沈降させるステップを含み;当該少なくとも1種の水素貯蔵器材料を少なくとも1つの幾何形状に切断するステップを含み;当該少なくとも1種の水素貯蔵器材料を穿孔するステップを含み;当該少なくとも1種の水素貯蔵器材料の少なくとも1つの表面を、少なくとも1種の化学薬品でエッチングするステップを含み;当該少なくとも1つの表面を洗浄して、当該少なくとも1種の化学薬品を除去するステップを含み;当該少なくとも1つの表面に、当該少なくとも1つの表面の水素化を支援するように構成され配置された少なくとも1種の触媒を埋め込むステップを含み;当該少なくとも1つの表面を、少なくとも1つの表面反応防止器でコーティングするステップを含み;それによって、少なくとも1つの水素貯蔵器が生成される、少なくとも1つの水素貯蔵器の製造に関する方法を提供する。さらに、当該少なくとも1つの幾何形状が少なくとも1つのディスクを含む方法が提供される。さらになお、穿孔するステップが、少なくとも1つの穴を開けるステップを含む方法が提供される。さらになお、穴を開けるステップが少なくとも1つのレーザを含む方法が提供される。さらになお、当該少なくとも1種の化学薬品がHClを含む方法が提供される。さらになお、当該少なくとも1つの表面反応防止器がニッケルおよびMg2Niを含む方法が提供される。さらになお、当該少なくとも1種の水素貯蔵器材料がマグネシウムを含む方法が提供される。
本明細書の好ましい実施形態によれば、本発明は、水素ガスの少なくとも1つの供給流を提供するステップを含み;および水素プラズマの少なくとも1つの供給流を形成するのに十分な、少なくとも1つの電磁場を提供するステップを含み;但し当該水素プラズマの少なくとも1つの供給流は、水素を貯蔵することが可能な少なくとも1つの金属表面部分に隣接して形成され;当該少なくとも1つの金属表面部分は、実質的に均一な多孔率を提供するように構成され配置された少なくとも1つのパターンのキャビティを含み;当該少なくとも1つの金属表面部分は、少なくとも1種の金属水素化物が形成されるように、当該水素プラズマの少なくとも1つの供給流から水素を吸収するものであり;貯蔵された水素の光励起支援による放出が可能になるように、当該少なくとも1種の金属水素化物を使用して、少なくとも1つの相当量の水素を貯蔵するように構成され配置された少なくとも1つの水素貯蔵器を提供するステップを含み;水素ガスとして、当該貯蔵された水素の放出を支援するために、当該少なくとも1つの水素貯蔵器を光励起させる少なくとも1つの光励起器を使用するステップを含み;少なくとも1つの商業的使用が支援されるように、当該水素ガスの当該光励起支援による放出を制御するステップを含む、水素ガスの、制御された商業的使用に関する方法を提供する。
さらに、当該少なくとも1つのパターンのキャビティが、当該少なくとも1つの金属表面部分に対して約45度という少なくとも1つの角度を有する方法が提供される。さらに、当該キャビティのそれぞれが約50マイクロメートルの直径を有する方法が提供される。また、当該少なくとも1つの金属表面部分が、ディスク状に切断されかつそのような穴を含有するように適合された沈降マグネシウムプレートを含む方法が提供される。さらに、当該少なくとも1つの金属表面部分が水素化マグネシウムを含む方法が提供される。さらに、当該少なくとも1つの金属表面部分が、剛性を付与するように構成され配置された複数の非多孔性支柱部分を含む方法が提供される。さらに、当該少なくとも1つの金属表面部分が、剛性を付与するように構成され配置された少なくとも1つの薄い剛性の非マグネシウムフレームを含む方法が提供される。さらに、当該少なくとも1つの金属表面部分が、ニッケルおよびMg2Niを実質的に含む少なくとも1つの薄い表面コーティングを含む方法が提供される。さらに、当該少なくとも1つの水素化物ディスクが少なくとも1つの不活性環境に貯蔵される方法が提供される。さらに、当該少なくとも1つの不活性環境が真空を含む方法が提供される。
本明細書の別の好ましい実施形態によれば、本発明は、水素を吸収することが可能な少なくとも1つの金属表面部分を含み;水素ガスの少なくとも1つの供給流を含み;水素プラズマの少なくとも1つの供給流を形成するのに十分な、少なくとも1つの電磁場を発生するように構成され配置された、少なくとも1つの電磁場発生器を含み;但し当該少なくとも1つの電磁場発生器は、当該水素プラズマの少なくとも1つの供給流が少なくとも1つの第2の位置に配置されるように、少なくとも1つの位置に配置されるものであり;当該少なくとも1つの金属表面部分が当該少なくとも1つの第2の位置に取付けられるように構成され配置された、少なくとも1つの金属表面位置付け器を含み;但し当該少なくとも1つの金属表面部分は、実質的に均一な多孔率を提供するように構成され配置された、少なくとも1つのパターンのキャビティを含み;当該少なくとも1つの金属表面部分は、少なくとも1つの金属水素化物表面部分が形成されるように水素を吸収することができるものである、水素エネルギーシステムを提供する。
さらに、当該少なくとも1つのパターンのキャビティが、当該少なくとも1つの金属表面部分に対して約45度という少なくとも1つの角度を有する方法が提供される。さらに、当該キャビティのそれぞれが約50マイクロメートルの直径を有する方法が提供される。さらに、当該少なくとも1つの金属表面部分が、ディスク状に切断されかつ当該穴を含有するように適合された沈降マグネシウムプレートを含む方法が提供される。さらに、当該少なくとも1つの金属表面部分が水素化マグネシウムを含む方法が提供される。さらに、当該少なくとも1つの金属表面部分が、剛性を付与するように構成され配置された複数の非多孔性支柱部分を含む方法が提供される。さらに、当該少なくとも1つの金属表面部分が、剛性を付与するように構成され配置された少なくとも1つの薄い剛性の非マグネシウムフレームを含む方法が提供される。さらに、当該少なくとも1つの金属表面部分が、ニッケルおよびMg2Niを実質的に含む少なくとも1つの薄い表面コーティングを含む方法が提供される。さらに、当該少なくとも1つの水素化物ディスクが少なくとも1つの不活性環境に貯蔵される方法が提供される。さらに、当該少なくとも1つの不活性環境が真空を含む方法が提供される。
本明細書の別の好ましい実施形態によれば、本発明は、水素ガスの少なくとも1つの供給流を提供するステップを含み;水素プラズマの少なくとも1つの供給流を形成するのに十分な、少なくとも1つの電磁場を提供するステップを含み;但し当該少なくとも1つの水素プラズマは、水素を貯蔵することが可能な少なくとも1つの金属表面部分に隣接して形成され;当該少なくとも1つの金属表面部分は、実質的に均一な多孔率が提供されるように構成され配置された少なくとも1つのパターンのキャビティを含み;当該少なくとも1つの金属表面部分は、少なくとも1種の金属水素化物が形成されるように、当該水素プラズマの少なくとも1つの供給流から水素を吸収することができるものである、水素の使用に関する方法を提供する。
さらに、当該少なくとも1つのパターンのキャビティが、当該少なくとも1つの金属表面部分に対して約45度という少なくとも1つの角度を有する方法が提供される。さらに、当該キャビティのそれぞれが約50マイクロメートルの直径を有する方法が提供される。さらに、当該少なくとも1つの金属表面部分が、ディスク状に切断されかつ当該穴を含有するように適合された沈降マグネシウムプレートを含む方法が提供される。さらに、当該少なくとも1つの金属表面部分が水素化マグネシウムを含む方法が提供される。さらに、当該少なくとも1つの金属表面部分が、剛性を付与するように構成され配置された複数の非多孔性支柱部分を含む方法が提供される。さらに、当該少なくとも1つの金属表面部分が、剛性を付与するように構成され配置された少なくとも1つの薄い剛性の非マグネシウムフレームを含む方法が提供される。さらに、当該少なくとも1つの金属表面部分が、ニッケルおよびMg2Niを実質的に含む少なくとも1つの薄い表面コーティングを含む方法が提供される。さらに、当該少なくとも1つの水素化物ディスクが少なくとも1つの不活性環境に貯蔵される方法が提供される。さらに、当該少なくとも1つの不活性環境が真空を含む方法が提供される。
本明細書の別の好ましい実施形態によれば、本発明は、少なくとも1つの相当量の水素を貯蔵するように構成され配置された、少なくとも1つの水素貯蔵器を含み;但し当該少なくとも1つの水素貯蔵器は、当該少なくとも1つの水素貯蔵器からの、貯蔵された水素の光励起支援による放出を可能にするように構成され配置された、少なくとも1つの水素放出許可器を含むものであり;および当該少なくとも1つの水素貯蔵器からの、当該貯蔵された水素の放出を支援するために、少なくとも1つの水素貯蔵器を光学的に励起するように構成され配置された、少なくとも1つの光励起器を含み;但し当該少なくとも1つの光励起器は、少なくとも1つの商業的使用が支援されるように、当該水素ガスの光励起支援による放出を制御するように構成され配置された少なくとも1つの制御器を含み;当該少なくとも1つの水素貯蔵器は、実質的に均一な多孔率を提供するように構成され配置された少なくとも1つのパターンのキャビティを含む、水素エネルギーシステムを提供する。さらに、当該少なくとも1つの光励起器が、レーザの少なくとも1つのアレイを含む、水素エネルギーシステムが提供される。さらに、当該少なくとも1つの光励起器が、約530nmから約1700nmの間の少なくとも1つの波長の光を含む、水素エネルギーシステムが提供される。また、当該少なくとも1つの光励起器が、約200mWから約2000mWの間の少なくとも1つの電力を含む、水素エネルギーシステムも提供される。さらに、当該少なくとも1つの水素収集器が少なくとも1つの陰圧環境を含む、水素エネルギーシステムが提供される。さらに、当該少なくとも1つの陰圧環境が、約−1ミリメートル水銀から約−2気圧の間の少なくとも1つの圧力を含む、水素エネルギーシステムが提供される。さらに、当該少なくとも1つの光励起器が、約10nmから約2mmの間の少なくとも1つの半径を有する少なくとも1つの光線を含む、水素エネルギーシステムが提供される。さらになお、当該少なくとも1つの光励起器が、当該少なくとも1つの水素貯蔵器の少なくとも1つの部分を励起して、当該少なくとも1つの部分で約280℃から約390℃の間の少なくとも1つの温度を誘発させるように構成され配置されている、水素エネルギーシステムが提供される。さらになお、当該少なくとも1つの水素貯蔵器が少なくとも1種の水素化物を含む、水素エネルギーシステムが提供される。
本明細書の別の好ましい実施形態によれば、本発明は、水素を貯蔵するように適合された少なくとも1種の水素貯蔵器材料を沈降させるステップを含み;当該少なくとも1種の水素貯蔵器材料を、少なくとも1つの幾何形状に切断するステップを含み;当該少なくとも1種の水素貯蔵器材料を穿孔するステップを含み;当該少なくとも1種の水素貯蔵器材料の少なくとも1つの表面を、少なくとも1種の化学薬品でエッチングするステップを含み;当該少なくとも1つの表面を洗浄して、当該少なくとも1種の化学薬品を除去するステップを含み;当該少なくとも1つの表面に、当該少なくとも1つの表面の水素化を支援するように構成され配置された少なくとも1種の触媒を埋め込むステップを含み;当該少なくとも1つの表面を、少なくとも1つの表面反応防止器でコーティングするステップを含む、少なくとも1つの水素貯蔵器の製造に関する方法であって、それによって少なくとも1つの水素貯蔵器が生成される方法を提供する。さらになお、当該少なくとも1つの幾何形状が少なくとも1つのディスクを含む方法が提供される。さらになお、穿孔するステップが、少なくとも1つの穴を開けるステップを含む方法が提供される。さらになお、穴を開けるステップが少なくとも1つのレーザを含む方法が提供される。さらになお、当該少なくとも1種の化学薬品がHClを含む方法が提供される。さらになお、当該少なくとも1つの表面反応防止器が、ニッケルおよびMg2Niを含む方法が提供される。さらになお、当該少なくとも1種の水素貯蔵器材料がマグネシウムを含む方法が提供される。本明細書の好ましい実施形態によれば、本発明は、本特許出願により開示されまたは提示されたそれぞれのおよび全ての新規な特徴、要素、組合せ、ステップ、および/または方法を提供する。
本発明の好ましい実施形態による、好ましくはレーザ加熱による水素ガスの放出を示す、好ましい水素化物ディスクの部分側面図である。 図1の好ましい実施形態による、好ましいディスクプレーヤーを示す、切欠き斜視図である。 図1の好ましい実施形態による、好ましいディスクを示す上面図である。 図1の好ましい実施形態による、好ましい表面調製を示す、好ましいディスクの側面図である。 図3の好ましい実施形態による、好ましい水素化触媒の導入を示す、好ましいディスクを示す側面図である。 図4の好ましい実施形態による、好ましいスピンドル上の複数の好ましいディスクの水素化を示す、好ましいステンレス鋼高温圧力反応器の概略図である。 図1の好ましい実施形態による、複数の好ましい水素化物ディスク用の少なくとも1つの好ましい保持容器を示す、概略図である。 図6の好ましい実施形態による、好ましい水素化物ディスクからの好ましい光学的に透明な鉱油の除去を示す、少なくとも1つの好ましい鉱油除去システムの概略図である。 図7の好ましい実施形態による、好ましい水素化物ディスクからの残留鉱油の除去を示す、鉱油除去システムの概略図である。 図1の好ましい実施形態による、少なくとも1つの好ましい水素供給システムを示す、概略図である。 図1の好ましい実施形態による、使用された水素化物ディスクの好ましい再水素化を示す、少なくとも1つの好ましい水素再充填システムの概略図である。 図1の好ましい実施形態による、少なくとも1つの好ましい燃料補給法を示す図である。 図1の好ましい実施形態による、少なくとも1つの好ましいディスク交換法を示す図である。 本発明の好ましい実施形態による、少なくとも1つの水素化物ディスクを示す平面図である。 図12Aの好ましい実施形態による、そのような好ましい水素化物ディスクを示す拡大図である。 図12Bの断面13−13を示す拡大図である。 図13の好ましい実施形態による、そのような好ましい水素化物ディスクの原子配列を示す、概略図である。 図14の好ましい実施形態による、少なくとも1つの水素化物ディスク製造プロセスを示す、フローチャートである。 図15の好ましい実施形態による、少なくとも1つのシート製造プロセスを示す概略図である。 図15の好ましい実施形態による、少なくとも1つの穿孔プロセスを示す、少なくとも1つの穴開けチャンバの概略図である。 図15の好ましい実施形態による、少なくとも1つの水素化プロセスを示す図式的フローチャートである。 図18の好ましい実施形態による、水素化プロセス中の温度ステージングプロセスを示すチャート図である。 図18の好ましい実施形態による、好ましいスペーサを示す斜視図である。 本発明の代替の好ましい実施形態による、少なくとも1つの水素化物ディスクを示す平面図である。 図21Aの好ましい実施形態による、そのような好ましい水素化物ディスクを示す拡大図である。 図21Bの断面22−22を示す拡大図である。
可逆的な金属水素化物(金属合金を含む)中への水素吸収は、水素貯蔵機器として使用することができる。出願人は、試験によって、妥当な温度および妥当なエネルギー消費でのそのような金属水素化物からの水素の吸着(水素結合を不安定にすることによる)が、非常に微細に制御された加熱によって最も良く実現できることを見出した。この発見により、最小限に抑えられたエネルギー消費およびシステム重量で、貯蔵媒体からの水素の約5%(重量による)超という経済的な見返りを提供できることがわかった。
金属水素化物中に吸収された水素の質量を増加させ、それと同時に、水素の放出に必要なエネルギーを削減することが望ましい。出願人は、金属合金および金属キャッピング層が、金属ドープ化学薬品および有機担体と共に、水素の優れた貯蔵媒体であることを見出した。しかし、そのような貯蔵媒体から水素を放出させる際の1つの主な障害は、分解温度が典型的には200℃より高いために熱を必要とすることである。
出願人は、水素化マグネシウムのレーザ加熱が、利用可能な技術でありかつエネルギーコストが最小限に抑えられる、水素を抽出するための1つの好ましい方法であることを究明した。パルス電力を使用する、少なくとも1つのレーザダイオードを用いることによって、好ましくは水素化マグネシウムの十分な加熱がもたらされ、図1に示されるように水素が放出される。出願人は、実験を通して、毎時約2 lb(0.9kg)までの速度で水素約10 lb(4.5kg)が放出されるように水素化マグネシウムを十分加熱するのに、連続出力約80ワット(about 80 continuous watts)未満が必要であることを見出した。水素のそのような速度は、理論的には、約330 lb(150kg)および約6.3立方フィート(0.18立方メートル)または約47ガロン(178リットル)未満を加えながら、約200マイルを超える範囲の、内燃のハイブリッドな水素燃料電池車両を提供することができる。従来のCD(コンパクトディスク)モータは、変更が加えられたレーザ回路と共に、好ましくは、少なくとも1つの水素化マグネシウムディスクを約24,000rpmまでの回転数で少なくとも1つのレーザ光線に曝すことができる。
図1は、少なくとも1つの水素化物ディスク110の部分側面図を示し、本発明の好ましい実施形態による、好ましくはレーザ加熱による水素ガス150の放出を例示している。水素エネルギーシステム100は、好ましくは、図示されるような実施形態101を含む。水素化物ディスク110は、好ましくは、少なくとも1種の金属水素化物を含み、好ましくは実質的に水素化マグネシウムを含む。本明細書で論じるように、水素化物ディスク110に貯蔵される水素の濃度は、好ましくは、経済的な効率のために約5重量%より高くあるべきである。水素化マグネシウムは、理論上、最大限に、水素約7.6重量%を貯蔵する。本明細書を解釈するに当たり、当業者であれば、適切な状況下、金属水素化物の利用可能な形や、そのような形を、制御されたレーザ加熱などと共に使用される回転可能な「ディスク」形状構造内に配置する能力を考慮すれば、セグメント化された、液体の、または非単一「ディスク」など、単一のおよび/または完全な「ディスク」以外の「ディスク」なども十分であることを、理解するであろう。
水素化物ディスク110の加熱は、好ましくは、図示されるように、少なくとも1つのコヒーレント光源160を使用した光励起による局所加熱を含む。コヒーレント光源160は、好ましくは、図示されるように少なくとも1つの半導体レーザダイオード165を含む。本明細書を解釈するに当たり、当業者であれば、適切な状況下、利用可能な光源、コスト、使用される水素貯蔵媒体などを考慮すれば、集束した日光、蛍光灯、生化学的な光など、その他の光源でも十分であることを理解するであろう。半導体レーザダイオード165は、好ましくは、図示されるようなコヒーレント光170であって、好ましくは約530nmから約1700nmの間の波長、好ましくは約784nmの波長と、好ましくは約200mWから約2000mWの間の電力、好ましくは約200mWの電力を有する光線を生成する。本明細書を解釈するに当たり、当業者であれば、適切な状況下、利用可能なレーザ、コスト、使用される水素貯蔵媒体などを考慮すれば、その他の赤外線波長、可視スペクトル、紫外線などのその他の波長のコヒーレント光でも十分であることを理解するであろう。半導体レーザダイオード165を過熱から保護するのを支援するには、電力は、連続的ではなくパルス放出されることが好ましい。
好ましくは、コヒーレント光170は水素ガス150を吸着するので、水素化物ディスク110のサイズは、好ましくは熱膨張により最初に増大し、次いで好ましくは水素化前の体積に縮小することになる。より高い濃度からより低い濃度への少量の水素のいくらかの動きは、理論的には、特定のトラックの吸着後に水素化物ディスク110で予測することができるが;出願人は、そのような動きはほとんどの状況で取るに足らないことであることを見出した。
好ましくは、コヒーレント光源160は、図示されるような少なくとも1つの脱焦レンズ162をさらに含む。脱焦レンズ(defocusing lens)162は、好ましくはコヒーレント光170の焦点を変化させて、図示されるような少なくとも1つの脱焦レーザ光線168を形成する。脱焦レーザ光線168は、好ましくは、図示されるように表面140で少なくとも1つの光線半径136を含む。光線半径136は、図示されるように、好ましくは約10nmから約2mmにおよび、好ましくは約15nmである。脱焦レンズ162と表面140との間の隙間174は、好ましくは図示されるように約2ミリメートルであり、表面140で生じる可能性がある僅かな変形が原因で脱焦レンズ162が表面140に衝突しないように支援する。
出願人は、試験によることも含め、約390℃という少なくとも1つの表面温度を使用した水素化マグネシウムの分解が、約−5バールの真空中では約10ナノ秒以内に達成され、このときの伝導率は、光線半径136内で、貯蔵された水素(最大約7.6重量%)の100%を放出するのに十分なものであり、約20マイクロメートルの深さにまで至ると究明した。約1/2mmを含む、少なくとも1つの最大有効分解距離145では、温度が約280℃まで低下し、貯蔵された水素の放出が最大時(最大約3重量%)の約39.5%にまで低下する。マグネシウムは、典型的には約650℃で融解するので、出願人は、約390℃(融解温度の60%)の表面温度が、マグネシウムの断熱蒸発をほぼ最小限に抑えることを見出した。
コヒーレント光源160は、図示されるように、水素化物ディスク110の少なくとも1つの表面140付近で、好ましくは半径方向に移動する少なくとも1つのレール175に搭載されることが好ましい。水素化物ディスク110は、好ましくは中心軸215(図2参照)を中心として回転し、図示されるように、好ましくは表面140を脱焦レーザ光線168に合わせて位置決めすることにより加熱を誘発させる。
赤外線に対する吸収率は、熱伝導率に反比例する。出願人は、マグネシウムとは異なって水素化マグネシウムの熱伝導率が温度の上昇と共に増大し、この現象が放射線および「Smoluchowski効果」(マリアン スモルコフスキの論文「Zur kinetischen Theorie der Brownshen molekular Bewegung und der Suspensionen」、Annalen der Physik、21、1906、756〜780に記載されている)によるものであることを究明した。熱容量も、マグネシウムよりも水素化マグネシウムの場合に大きい。マグネシウムは、約1050J/(kg・K)(298Kで)の比熱容量を有し、水素化マグネシウムの比熱容量は約1440J/(kg・K)(298Kで)である。さらに、マグネシウムの熱伝導率は約156W/(m・k)であり、それに対して水素化マグネシウムの熱伝導率は約6W/(m・k)である。
熱伝導率(λ)、密度(ρ)、および比熱(c)を使用した、熱拡散率(a)(熱透過の深さの因子)に関して出願人によって決定された1つの式は、
a=λ/ρc
である。
水素化マグネシウムに関して計算された熱拡散率は、
a=(6W/(m・K))/(0.001450kg/m×1440J/(kg・K))=2.87×10J/(m・K)
で与えられる。
水素化マグネシウムに関する熱拡散率のこの計算を使用して、出願人は、4×回転速度で115ナノ秒(ns)および48×回転速度で19ナノ秒というパルス時間に基づき、熱透過率(Z)を、
Z=√(4・a・t)=36334nm 4×で(0.036mm)
Z=√(4・a・t)=14769nm 48×で(0.015mm)
と推定する。
推定された熱透過率は、1mmの厚さの場合に約30倍、水素化物ディスク110内の全ての貯蔵された水素の放出に不適切である。しかし出願人は、水素化マグネシウムが、約80%の透明度をもたらす約1.96の屈折率を有するので、光透過は、貯蔵された水素の放出を増大させる助けをすることができることを究明した。出願人は、少なくとも1つの最適な電力設定および光線半径136を見出すための電力密度の変更を通して、図示されるような約1/2mmを含めた最大有効分解距離145に到達できることを見出した。水素化物ディスク110の厚さ144を通して実質的に水素の吸着を推進するために、好ましくは、脱焦レーザ光線168を、反対側の表面142に入射させてもよい。
下式の通り数学的に定義される電力密度、
E=q/π・r
(式中、qは光線電力であり、rは光線半径である)は、表面140付近のピーク温度と、水素化物ディスク110と脱焦レーザ光線168との界面172での熱相互作用を決定する。出願人は、水素化マグネシウムから水素を吸着することが可能な電力密度は、マグネシウムの融点にのみ関係していることを見出した。
水素化マグネシウムの場合、コヒーレント光源160は、好ましくは、図示されるように、界面172での熱相互作用により、水素化物ディスク110で少なくとも1つの温度プロファイル130を生成する。温度プロファイル130は、好ましくは、図示されるように、表面140付近の約390℃から最大有効分解距離145での約280℃に及ぶ。
図2は、図1の好ましい実施形態による少なくとも1つの好ましいディスクプレーヤー210を例示する、切欠き斜視図を示す。図示されるように、ディスクプレーヤー210は、好ましくは、少なくとも1つの回転モータ230と、コヒーレント光源160と、ディスク交換機構とを含む。そのようなディスク交換機構は、好ましくは、少なくとも1つの水素化物ディスク110を受容し、好ましくはそのような少なくとも1つの水素化物ディスク110を回転モータにまで移動させ、好ましくは、消耗したそのような少なくとも1つの水素化物ディスク110をディスクプレーヤー210から取り外す。回転モータ230は、好ましくは水素化物ディスク110を回転させて、最大約63メートル/秒の少なくとも1回の直線運動を実現し、好ましくはそれと共に、コヒーレント光源160が、図示されるように水素化物ディスク110から水素ガス150を遊離させる。ディスクプレーヤー210は、好ましくは、約−1トル(torr)から約−5トルの間の真空中で動作する。そのような真空は、好ましくは、図1に示されるように遊離した水素ガス150を排出させる働きをし、好ましくは水素化物ディスク110の周りに中性雰囲気を維持する。
図示される少なくとも1つの制御回路220は、好ましくは、回転モータ230の速度を調節し、好ましくはレール175上でコヒーレント光源160を移動させ、好ましくはコヒーレント光源160の電力出力を調節して(そのような少なくとも1つの水素貯蔵器からの、貯蔵された水素の放出を支援するために、そのような少なくとも1つの水素貯蔵器を光励起するように構成され配置された少なくとも1つの光励起器を、少なくとも本明細書で具体化する)、好ましくは水素ガス150の放出を最適化する。水素ガス150の出力は、好ましくは、少なくとも1つの水素駆動機器830(図8に関する考察参照)から水素ガス150を要求するように最適化される。
出願人は、ディスクプレーヤー210を、好ましくは既存のコンパクトディスクライタ(CD−R)技術から再構成できることを究明した。出願人は、少なくとも1つのCDライタドライブ(「Iomegaモデル52x」CDRWドライブ)を、貯蔵された水素を水素化物ディスク110から吸着するように適合させた。水素化物ディスク110を使用するように、そのような少なくとも1つのCDライタを適合させるため、図示される少なくとも1つの制御回路220は、好ましくは、そのような少なくとも1つのCDライタドライブの内部フィードバック制御を迂回する。フィードバック情報に依拠するのではなく、制御回路220は、好ましくは、ディスクプレーヤー210の制御された構成要素の直接的な操作を使用し、好ましくは精密な制御が可能になる。さらに、CDライタの内部レーザは、好ましくは、そのようなレーザが半導体レーザダイオード165に関して与えられた要件を満たすことを前提に、使用することができる。
水素化マグネシウムディスクの製造
図3は、図1の実施形態101による少なくとも1つのディスク315を例示する、上面を示す。そのような少なくとも1つのディスク315は、好ましくは水素を吸収することが可能な少なくとも1種の材料を含む、好ましくは金属を含む、好ましくは実質的にマグネシウムで作製された、好ましくはAZ31B(市販されている)で作製された、少なくとも1つのシートから切断することによって形成される。本明細書を解釈するに当たり、当業者であれば、適切な状況下、利用可能な材料、経済性、貯蔵された水素の密度などを考慮すれば、その他の金属、プラスチック、ガラスなどの水素を吸収することが可能なその他の材料でも十分であることを理解するであろう。本明細書を解釈するに当たり、当業者であれば、適切な状況下、安全性、経済性、使用される材料などを考慮すれば、射出成型や機械加工、レーザ切断などのその他のディスク形成法でも十分であることを理解するであろう。
ディスク315は、好ましくは、少なくとも1つのウォーターカッターを使用して、あるいは好ましくは、少なくとも1つのスタンプカッターを使用して、切断する。ディスク315は、好ましくは約1ミリメートルの厚さである。ディスク315の直径370は、好ましくは、約50mmから約150mmの間、好ましくは約120mmになるように切断される。中心の穴360は、好ましくはディスク315内で、好ましくは直径約5ミリメートルから約15ミリメートルの間で、好ましくは約15ミリメートルに切断される。好ましくは、中心の穴360により、安定した回転のためディスク315を中心に置くことが可能になる。ディスク315は、好ましくは、中心の穴360と同心の少なくとも1つのリング365を含み(そのような少なくとも1つの水素貯蔵器が、そのような少なくとも1つのディスクの少なくとも1つの中心スピン軸に取付けられるように構成され配置された少なくとも1つの中心スピン軸位置付け器を含む状態を、本明細書で少なくとも具体化する)、図示されるように好ましくは少なくとも1つの摩擦把持可能な表面を提供してディスク315を回転させるように回転トルクを適用することが好ましくは可能になる(この配置構成は、本明細書において、そのような少なくとも1つのディスクが、少なくとも1つのモータ駆動スピナによって把持されることが可能な少なくとも1つのスピナモータ把持器を含む状態を、少なくとも具体化する)。
図4Aは、図1の実施形態101による表面調製を例示する、好ましいディスク315の側面図を示す。好ましくは、製作後、酸化層、蒸気堆積物、およびその他の水素化に対する物理的な障害物を、ディスク315から除去しなければならない。ディスク315の表面346は、好ましくは、少量の水素化触媒を組み込みながら、好ましくは2マイクロメートル未満の凹凸を有する、鏡状の仕上げに平滑化してもよい。さらに、ディスク315は、好ましくは、構造的にバランスをとっており、したがって回転する場合、表面346は、最小限に抑えられたぐらつきを有する。表面346の凹凸は、ディスク315が拡大するにつれ、約2−1/2マイクロメートルまで、水素ガス150の添加によって歪む可能性がある。
ディスク315は、好ましくは、表面酸化が除去されるように酸化チタンで軽くサンドペーパー仕上げがなされる。次いでディスク315を、好ましくは2%HFで洗浄してバルク酸化物を除去し、次いで好ましくは希釈ペプシン/HCL清浄溶液で洗浄することにより残留亜酸化物を除去する。複数のそのようなディスク315は、好ましくは、各ディスク315の間に図5に示される少なくとも1つのステンレス鋼ワッシャ520を備えた少なくとも1つのスピンドル345に積層される。ステンレス鋼ワッシャ520の寸法は、好ましくは、約15.3mmの内径と、約18mmの外径と、約4ミリメートルの厚さとを含む。スピンドル345は、好ましくは鋼を含み、好ましくはステンレス鋼を含む。スピンドル345は、好ましくは約14.9mmの直径を含む。スピンドル345は、好ましくは、図示されるように真空チャンバ310内に位置決めされる。少なくとも1つの真空チャンバ310は、好ましくは窒素でパージされる。真空チャンバ310は、好ましくは約1時間にわたり、好ましくは約0.7トル(0.014psi)(0.001バール)になる。約1時間後、スピンドル345上の複数のそのようなディスク315は、好ましくは約18,000rpmで回転する。好ましくは少なくとも1種の粉末340でブラスト処理するように設計された、少なくとも1つのスプレーノズル330は、好ましくは、図示されるようにディスク315から固定された距離を隔てて配置されている。粉末340は、好ましくは約2.6マイクロメートルから約3.3マイクロメートルの粒度範囲を含むニッケル粉末、好ましくは「Inco Type 287」として市販されているニッケル粉末を含むことが好ましい。粉末340は、好ましくはアルゴンガスを使用して、約50psiで、図示されるようにディスク315上にブラスト処理されることが好ましい。ディスク315には、好ましくは、引き続き、徐々に小さくなる99.9%超(99.9+%)のニッケル粒子、好ましくは約−325メッシュから約−500メッシュ(American Elements CAS no.7440−02−0)の粒子により、好ましくは約40psiで、好ましくは窒素ガスを使用して、サンドブラスト処理がなされる。
図4Bは、図1の実施形態101による好ましい水素化触媒440の導入を例示する、ディスク315の側面図を示す。内部真空チャンバ310、ディスク315は、好ましくはさらに、図示されるように水素化触媒440で処理される。水素化触媒440は、好ましくは、図示されるように少なくとも1種のサブミクロン粉末445を含む。水素化触媒440は、好ましくは、約10分から約15分の間、好ましくは約35psiでそれぞれ付着される。好ましくは3種のサブミクロン粉末445のそれぞれは、好ましくは約99.999%よりも高い純度を含む。あるサブミクロン粉末445は、好ましくは99.999%よりも高い純度(99.999+%)のニッケルを含む。別のサブミクロン粉末445は、代わりに、好ましくは99.999%よりも高い純度のパラジウムを含む。さらに別のサブミクロン粉末445は、代わりに、好ましくは99.999%よりも高い純度のチタンを含む。本明細書を解釈するに当たり、当業者であれば、適切な状況下、利用可能な材料、その他の触媒技術、コスト、使用される水素化物材料などを考慮すれば、その他の触媒、例えばその他の金属、プラスチック、樹脂、スラリーなどでも十分であることを、理解するであろう。
好ましくは記述されるような水素化触媒440は、全ての水素化触媒440の付着が約30分から約45分の間を含むように、連続的に付着されることが好ましい。使用される水素化触媒440の量は、キャッピングするのに不十分であり、代わりに好ましくは、水素が表面346の外層を好ましくは通過し続けて、水素化マグネシウムの形成および蓄積が水素のさらなる吸着を防止することができるような、「ドアマン(門番)」として働く。水素化触媒440による表面の調製および処理は、好ましくは必要な表面平滑度をもたらし、好ましくは、接着を通して、表面346の著しいアブレーションを引き起こすことなく好ましい量の水素化触媒440を含浸させる。
次いで真空チャンバ310を、好ましくは窒素で大気圧に戻し、ディスク315を、好ましくは、図5に示されるように少なくとも1つのステンレス鋼高温圧力反応器510へと取り出す。ステンレス鋼高温圧力反応器510は、水素化の準備をするために、好ましくは少なくとも2回のパージサイクルを通して、排出サイクル上0.1トルで窒素パージされることが好ましい。次いでディスク315は、好ましくは水素化の用意が調う。
図5は、図1の実施形態101による、スピンドル345でのディスク315の好ましい水素化を例示する、ステンレス鋼高温圧力反応器510の概略図を示す。少なくとも1つの加熱要素560が、好ましくは約20℃から好ましくは約350℃で、図示されるようにステンレス鋼高温圧力容器510を加熱することが好ましい。マグネシウムの熱膨張係数(α)は約27×10−6/℃であり、ディスク315は、約20℃から約350℃に上昇したときに直径が約120mmから約121mmに膨張することになると定める。約20℃から約350℃に上昇することにより、約1/2mm程度だけ中心の穴の直径が閉じるので、熱膨張または水素化による中心の穴のサイズ縮小を防止する必要がある。複数のディスク315は、中心の穴の閉鎖を防止するために、図示されるように、スピンドル345に配置されることが好ましい。ステンレス鋼の熱膨張係数は、約17×10−6/℃である。スピンドル345は、約20℃での約14.9mmから、約350℃での直径約15mmまで膨張する。マグネシウムはステンレス鋼ほど稠密ではないので、スピンドル345は、ディスク315が加熱され水素化するにつれ垂直方向にかつ半径方向に膨張するように、ディスク315を抑制することが好ましい。
スピンドル345から離れた位置での強制的な膨張による熱および内部歪みは、理論的には、ディスク315の中心の穴360付近、ほぼリング365の内部での、水素の吸収を低下させる。吸収のそのような低下は、リング365を含めた水素化物ディスク110の中心領域に好ましくはレーザが当たらないので、取るに足らないことである。さらに加熱は、好ましくは、過度な応力を与えずに熱平衡および膨張の十分な時間をとることが可能になるように、ゆっくりと増大させる。そのようなゆっくりとした加熱は、好ましくは、圧力のゆっくりとした上昇によって実現される。ゆっくりとした水素化は、好ましくは、水素ガス150のより多くの吸収を可能にするが、それは水素化マグネシウムの蓄積が、完全な水素化を妨げる表面346付近で生じないからである。
圧力は、好ましくは、水素ガス150で大気圧まで上昇させ、図示される少なくとも1つの熱電対550は、初期温度が確立されるように、好ましくは約21.1℃に設定される。温度および圧力の少量の増加は、好ましくは、圧力を約35バール(500psi)に、および温度を好ましくは約350℃に上昇させるため、好ましくは約6時間にわたり適用されることが好ましい。最終温度および圧力は、好ましくはさらに約2時間維持される。
少なくとも1つのステップモータ554は、好ましくは約18,000rpmでディスク315を回転させることができるものであり、好ましくは図示されるように少なくとも1つの軸552を含む。軸552は、好ましくは、図示されるようにステンレス鋼高温圧力反応器510内に入る。スピンドル345は、好ましくは図示されるように軸552に取り付けられ、ステップモータ554で、ステンレス鋼高温圧力反応器510内のスピンドル345を回転させることが可能になる。約18,000rpmでの回転は、好ましくは、初期水素化が完了するとさらに約700psiから約3000psiの間の圧力をディスク315上で半径方向に発生させ、好ましくは少量の水素の「過負荷(over loading)」が可能になる。ステップモータ554は、好ましくは約18,000rpmで約1時間、スピンドル345およびディスク315が回転するように、始動させることが好ましい。その後、ディスク315は、好ましくは低速になって停止し、好ましくは完全圧力および温度で約1時間以上維持することが可能である。
水素化物ディスク110は、ディスク315が、好ましくは約7.6%の水素含量で、好ましくはほぼ100%の水素化マグネシウムになるまで完全に水素化されるにつれて、形成されることが好ましい。ディスク315は、理論的には、約17%だけ水素化中にその寸法が成長するが、レーザが当てられる水素化物ディスク110の表面積は、好ましくは同じままである。水素化物ディスク110は、空気中では非常に反応性があり、取扱いおよび貯蔵には十分な注意をすべきである。
水素化マグネシウムは、空気中で自然に発火して、酸化マグネシウムおよび水を形成する。そのような発火は強烈な反応であり、水または二酸化炭素を添加することによって停止させることができない。したがって、水素化マグネシウムを含む水素化物ディスク110を生成し、貯蔵し、および輸送する実用性の検討が、重要である。水素化物ディスク110は、好ましくは、少なくとも1つの不活性環境に貯蔵される。
ステンレス鋼高温圧力反応器510から水素化物ディスク110を取り出す前に、圧力は、好ましくは、水素ガス150の放出を通して大気圧に戻されるべきである。次いで光学的に透明な鉱油610(好ましくは、「Sontex LT−100」)が、好ましくはステンレス鋼高温圧力反応器510内にポンプで送出されて、好ましくはあらゆる残留水素ガス150を追い出す。ステンレス鋼高温圧力反応器510は、好ましくは、ステンレス鋼高温圧力反応器510の内部容積から水素化物ディスク110およびスピンドル345の体積を差し引いた値に等しい体積の光学的に透明な鉱油610がポンプで送出された後に、初めて開放することができる。
代わりに、水素化物ディスク110は、好ましくは軽い(−1から−2バール)真空中に貯蔵される。そのような軽い真空中に貯蔵する場合、光学的に透明な鉱油610は、水素化物ディスク110に付着させる必要はない。光学的に透明な鉱油610を付着させないことにより、光学的に透明な鉱油610を処理するその他の特殊な取扱いを、好ましくは回避することができる。本明細書を解釈するに当たり、当業者であれば、コスト、将来の技術などを考慮すれば、例えば不活性ガス、その他の不活性液体、コーティングなどのその他の不活性環境でも十分であることが理解されよう。
図示されるように、光学的に透明な鉱油610(好ましくは、C2n+2)は、好ましくは約1.47の屈折率および約0.99972の光透過率を含む、高度に精製された有機脂肪族炭化水素を含むことが好ましい。光学的に透明な鉱油610は、好ましくは、水素化物ディスク110と相互に作用しない。光学的に透明な鉱油610は、好ましくは、酸化および静電放電を防止する大気絶縁体として働く。本明細書を解釈するに当たり、当業者であれば、適切な状況下、光源の波長、コスト、利用可能な材料などを考慮すれば、樹脂、その他の油、溶液などのその他の大気絶縁体でも十分であることが理解されよう。
さらに、濃度の差による水素の流れは、光学的に透明な鉱油610の本質的に高い水素含量により、最小限に抑えられる。好ましくは、ステンレス鋼高温圧力反応器510が開放されている場合、光学的に透明な鉱油610ならびに製造環境でのあらゆる含水量を避けるために、注意を払うべきである。そのような水分は、光学的に透明な鉱油610中で、過酸化水素(H)の形成を引き起こす可能性がある。さらに、周囲空気は、好ましくは光学的に透明な鉱油610中での過酸化水素の発生を防止するためにも、好ましくはできる限り乾燥しているべきである。光学的に透明な鉱油610は、好ましくは、通過する光の約0.028%のみの損失を有する。好ましくは、光学的に透明な鉱油610は、約40.106の分子量と、約135℃の引火点と、0.8より高い比重と、約300℃の沸点とを有する。次に水素化物ディスク110を、好ましくは、ステンレス鋼高温圧力反応器510から取り出し、好ましくは即座に、図示されるような光学的に透明な鉱油610の少なくとも1つの保持容器600内に配置することができる。好ましくは、光学的に透明な鉱油610は、空気との接触が防止されるように水素化物ディスク110の周りに存在したままである。上述のように、そのような接触は、マグネシウムの発火を生成する強烈な反応をもたらす可能性がある。
図6は、図1の実施形態101による、複数の水素化物ディスク110用の少なくとも1つの保持容器600を例示する概略図を示す。ステンレス鋼高温圧力反応器510から、保持容器600内の光学的に透明な鉱油610への水素化物ディスク110の移動は、好ましくは、適正な安全性の衣料および適度な発火抑制を利用可能な状態でのみ行うべきである。水素化マグネシウムの適正な取扱いおよび消火の方法の理解は、最も重要である。本出願で提供される情報は、適正なトレーニングの適切な代替例ではない。マグネシウムの火の輝きにより、目の保護具(好ましくは、溶接工のマスク)を着用すべきである。また、水素化マグネシウムの火の強度により、耐熱および耐火性の衣類も着用すべきである。ビニール袋内の砂は、好ましくは、火が発生したらそこに置くように、利用可能であるべきである。卓上および床は、好ましくはソープストーン(石鹸石)またはその他の不活性材料であるべきであり、金属または木材ではない。二酸化炭素(CO)消火器または水は、そのような消火器により反応が促進されるので、マグネシウムの火に決して使用すべきではない。代わりに、保持容器600は、好ましくは、水素化物ディスク110を貯蔵するために軽い真空を維持し、光学的に透明な鉱油610の必要性がなくなる。
図7Aは、図1の実施形態101による水素化物ディスク110からの光学的に透明な鉱油610の除去を例示する、少なくとも1つの鉱油除去システム700の概略図を示す。光学的に透明な鉱油610を使用する場合、光学的に透明な鉱油610は、好ましくは、鉱油除去システム700を使用して水素化物ディスク110から除去される。約214kJ/kgを含む、光学的に透明な鉱油610の気化熱が、特に重要である。光学的に透明な鉱油610が水素化物ディスク110に残されるほど、貯蔵された水素を効率的に吸着するのに必要な電力がより大きくなるが、それは水素化物ディスク110上に残された光学的に透明な鉱油610が、コヒーレント光170によって発生した熱の一部を吸収することになるからである。
鉱油除去システム700は、好ましくは、図示されるように少なくとも1つのディスクスピナ710を含む。ディスクスピナ710は、好ましくは、図示されるように少なくとも1つのスピナモータ715を含む。ディスクスピナ710は、好ましくは陰圧領域で動作する。ディスクスピナ710は、好ましくは、少なくとも1つのCDドライブから適合させてもよい。そのような少なくとも1つのCDドライブを適合させるには、全ての電子部品が、好ましくは、光学的に透明な鉱油610への曝露から、好ましくは少なくとも1種のポリマーによって、好ましくはポリビニルによって保護されなければならない。使用前、水素化物ディスク110は、好ましくは図示されるようにディスクスピナ710内に移動し、好ましくはスピナモータ715によって約24,000rpmまで回転し、それによって光学的に透明な鉱油610のほとんどを回収し、好ましくは再使用に供する。
図7Bは、図7Aの実施形態101による水素化物ディスク110からの残留鉱油712の回収を例示する、鉱油除去システム700の概略図を示す。鉱油除去システム700は、好ましくは、図示される少なくとも1つの残留鉱油除去器717をさらに含む。残留鉱油除去器717は、好ましくは、図示される少なくとも2つの対向する吸引真空器720を含む。回転後、対向する吸引真空720は、図示されるように、再使用のため、光学的に透明な鉱油610を含むあらゆる残留鉱油712をポンプ排出することが好ましい。対向する吸引真空器720は、好ましくは、図示されるように水素化物ディスク110の直径を実質的に覆う。光学的に透明な鉱油610の100%の回収は、水素化物ディスク110にレーザを当てている間、気化することなく行うことはできない。気化を最小限に抑えることによって、好ましくは、レーザを当てるプロセスのエネルギー消費を最小限に抑える。気化した鉱油は、好ましくは、生態学的および安全性を理由として収集すべきである。光学的に透明な鉱油610を除去した後、水素化物ディスク110は、本明細書で論じられるように(図1および2参照)水素を吸着するために、図8で論じたようにディスクプレーヤー210に通すことが好ましい。
図8は、図1の好ましい実施形態による少なくとも1つの水素供給システム800を例示する、概略図を示す。水素供給システム800は、好ましくは、図示されるように保持容器600、鉱油除去システム700、およびディスクプレーヤー210を含む。水素化物ディスク110は、好ましくは、図示されるように、保持用器600から鉱油除去システム700に移動し、好ましくは光学的に透明な鉱油610の除去が行われる。光学的に透明な鉱油610を実質的に除去した後、図示されるように、水素化物ディスク110を、好ましくはディスクプレーヤー210に移して水素吸着を行う。少なくとも1つの吸着プロセスが終了した後、使用した水素化物ディスク910を、好ましくは、図示されるように保持用器600に戻し、安全に貯蔵する。水素化物ディスク110の処理は、好ましくは水素の収集が可能になるようにかつ水素化物ディスク110が空気に曝されないようにするために、好ましくは陰圧下(約−1トル)で実行される。
透過率80%を示す水素化マグネシウムとは異なり、マグネシウムは、本明細書で論じられるように製造した場合、鏡のような不透明さを示す。したがって、使用された水素化物ディスク910に対する水素化物ディスク110の透過率の変動は、好ましくは水素含量を示す。そのような透過率の変動は、好ましくは、少なくとも1つの使用された水素化物ディスク910をそのような少なくとも1つの水素化物ディスク110と区別するのに使用することができ、好ましくは少なくとも1つの「ガス」ゲージ880として使用することもできる。少なくとも1つの透過率プローブ850は、好ましくは、貯蔵されたディスク860を集計する。透過率の情報は、少なくとも1つのプロセッサ870に伝達され、そこで、そのような少なくとも1つの水素化物ディスク110とそのような少なくとも1つの使用された水素化物ディスク910との量が決定される。次いで、利用可能な水素の貯蔵量に関して少なくとも1つの値が決定され、少なくとも1つの「ガス」ゲージ880に示される。
水素供給システム800は、好ましくは、図示されるように少なくとも1つの凝縮タンク810をさらに含む。処理により放出されたガスは、水素ガス150の他に、気化した鉱油(光学的に透明な鉱油610を使用した場合)を含有する可能性がある。そのようなガスは、好ましくは収集され、好ましくは凝縮タンク810に入る。凝縮タンク810は、好ましくは、大気圧で少なくとも1つの冷却環境を含む。光学的に透明な鉱油610は、嫌気性雰囲気中での気化によって、その構成成分である要素へと解離しない。光学的に透明な鉱油610は、好ましくは、図示されるように凝縮タンク810内に再度捕捉される。
光学的に透明な鉱油610を凝縮タンク810内で凝縮した後、水素ガス150が、好ましくは水素駆動機器830に供給される。代わりに好ましくは、水素ガス150は少なくとも1つの圧力タンク820内で加圧されて、少なくとも1つの圧力の雰囲気になり、その後、図示されるように水素駆動機器830に供給される。水素供給システム800により供給された水素ガス150は、好ましくは、定常的に動作するように、水素駆動機器830に必要とされる水素ガスの供給を維持する。圧力タンク820は、好ましくは水素ガスリザーブとして働き、水素供給システム800の水素吸着速度を超えた、限られた時間内での水素ガス150の加速的な使用を可能にする。圧力タンク820は、好ましくは、水素駆動機器830の少なくとも1つの短い増加供給需要に応じて十分な量が得られるように寸法決めすることができる。
水素駆動機器830は、好ましくは、水素ガス150を使用するのに適合させた少なくとも1つの車両エンジンを含む。そのような少なくとも1つの車両エンジンは、好ましくは少なくとも1つの燃焼エンジンを含み、代わりに好ましくは、少なくとも1つのハイブリッドエンジンを含み、代わりに好ましくは少なくとも1つの水素電力電池駆動エンジンを含む。本明細書を解釈するに当たり、当業者であれば、適切な状況下、利用可能性、コスト、目的などを考慮すれば、調理機器、発生器、加熱器などのその他の水素駆動機器でも十分であることを理解するであろう。そのような少なくとも1つの車両エンジンへの適用では、圧力タンク820が、好ましくは、最大約1/2kgの水素ガス150を保持することができる約2リットルのサイズを含む。出願人は、関連ある状況下、約2リットルのサイズの圧力タンク820によって、加速のための高い消費量の約30秒のバーストが可能になることを究明した。そのような30秒のバーストの後、圧力タンク820を再充填することができ、出願人により同様に究明されたように、約50秒の回復時間が得られる。
少なくとも1つの典型的な車両を含む水素駆動機器830の場合、水素供給システム800は、毎時50マイルよりも良好に維持するために、水素を約1.3kg/時の供給速度で送達すべきである。厚さ144、水素化物ディスク110の回転速度、半導体レーザダイオード165の電力、および半導体レーザダイオード165の数は、そのような少なくとも1つの供給速度に到達するように最適化すべきである。半導体レーザダイオード165が弱すぎる場合、水素化物ディスク110の回転速度は、十分な水素を遊離するように遅くしなければならない。次いで遅い回転速度の水素化物ディスク110は、燃料の適切な供給を維持するために、複数の半導体レーザダイオード165と複数のディスクプレーヤー210とを必要とすることになる。
出願人は、実験によるものも含め、1つの半導体レーザダイオード165(約760nmで)を約2×の動作速度(約2.6m/秒)で使用することにより、約1.2グラムの水素を放出するのに約33分を要することを究明した。この動作速度を使用することにより、毎時約1.3kgというそのような少なくとも1つの供給速度を送出するのに、約8個の半導体レーザダイオード165をそれぞれ有する約148個のディスクプレーヤー210が必要となる。このため、収容するのにさらに10kgおよび2立方フィートが必要になると考えられる。合計レーザ電力は、約236ワット(0.32馬力)を含み、ディスク交換機構を備えたそのような約148個のディスクプレーヤーは、約300ワット(0.4馬力)が必要と考えられる。好ましくは、複数の半導体レーザダイオード165を使用する場合、各半導体レーザダイオード165は、水素化物ディスク110の中心からの距離に比例して電力が異なるが、それは実際の線形速度が半径の関数だからである。多数の半導体レーザダイオード165は、好ましくは少なくとも1つのダイオードレーザアレイと、好ましくは少なくとも1つのバーレーザと置き換えることができる(少なくとも本明細書のこの配置構成は、そのような少なくとも1つの光励起器が少なくとも1つのレーザアレイを含む状態を具体化する)。
比較により、出願人は、実験によるものも含め、別の半導体レーザダイオード165(約780nmで)を約48×の動作速度で使用することにより、3分しか必要としないことを究明した。約48×で、約8個の半導体レーザダイオード165をそれぞれ備える約14個のディスクプレーヤー210は、そのような少なくとも1つの供給速度を送出する。これらの条件下、水素供給システム800の動作には、約0.25馬力が必要である。
出願人は、実験の知見および約50%という燃料電池効率を基にして、水素供給システム800を運転するのに必要な生成された電力のパーセンテージが、約1パーセントを含むと究明した。
図9は、図1の実施形態101による、使用された水素化物ディスク910の再水素化を例示する、少なくとも1つの水素再充填システム900の概略図を示す。少なくとも1つの使用された水素化物ディスク910は、好ましくは、図示されるように少なくとも1つの水素プラズマ流930中に進入させることにより再充填される。水素プラズマ流930は、好ましくは、図示されるように多量に充填された水素イオンを含む。水素プラズマ流930は、図示されるように、好ましくは少なくとも1種のマイクロ波920および少なくとも1種のラジオ波925を用いて、好ましくは少なくとも2種のマイクロ波920およびそのような少なくとも2種のラジオ波925を用いて注入された水素ガスから生成されることが好ましい。マイクロ波920は、好ましくは、図示されるように少なくとも1つのマイクロ波発生器922から発生させる。ラジオ波925は、好ましくは、図示されるように少なくとも1つのラジオ波発生器927から発生させる(少なくとも1つの電磁場を発生させるように構成され配置された少なくとも1つの電磁場発生器を本明細書で少なくとも具体化するこれらの発生器は、水素プラズマの少なくとも1つの供給流を形成するのに十分である)。水素プラズマ流930は、好ましくは約2000℃の温度を含む。多量に充填されている水素プラズマ流930は、好ましくは、図示されるように、使用された水素化物ディスク910を包囲する。水素プラズマ流930は、使用された水素化物ディスク910を包囲するので、水素プラズマ流930は冷却され、好ましくは図示されるように使用された水素化物ディスク910に吸収される。水素再充填システム900は、好ましくは、使用された水素化物ディスク910を水素プラズマ流930に約0.15秒間曝し、好ましくはその結果、図示されるように、好ましくは水素化物ディスク110に実質的に類似したおよび水素化物ディスク110と実質的に同様に使用可能な再充填された水素化物ディスク915が得られる。好ましくは、水素再充填システム900は、使用された水素化物ディスク910が保持用器600内にある間、先に進むことができ、好ましくは再充填された水素化物ディスク915が燃焼する危険性が減じられる。
図10は、図1の実施形態101による少なくとも1つの燃料補給法730を例示する図を示す。水素ガス150は、好ましくは、水素を製造し貯蔵するステップ735において、図示されるように少なくとも1つの工場732で貯蔵され製造される。水素ガス150は、好ましくは、水素を燃料補給センターに輸送するステップ740において、図示されるように、少なくとも1台の水素輸送車両742で少なくとも1つの燃料補給センター747に輸送される。少なくとも1台の水素を動力とする車両750は、図示されるような水素化マグネシウムディスクを再充填するステップ745において、図9に示される水素再充填システム900を好ましくは使用して、燃料補給することが好ましい。燃料補給法730は、好ましくは、水素化物ディスク110を置き換えることなく、燃料補給および使用の多数のサイクルを可能にする。
図11は、図1の実施形態101による、少なくとも1つのディスク交換法760を例示する図を示す。そのような少なくとも1つの使用された水素化物ディスク910の、再充填性が不十分である場合、使用された水素化物ディスク910は、好ましくは、図示されるように水素化物ディスク110と交換することができる。複数の、そのような少なくとも1つの水素化物ディスク110は、好ましくは、図示されるようなディスクを製造するステップ765において、少なくとも1つの工場767で図3〜6に示されるように製造される。さらに、ディスクを製造するステップ765では、好ましくは、水素化物ディスク110を製造するのに必要な材料を、図示されるように使用された水素化物ディスク910からリサイクルすることができる。複数の、そのような少なくとも1つの水素化物ディスク110は、好ましくは、ディスクをサービスステーションに輸送するステップ770において、図示される少なくとも1つのサービスステーション777に、少なくとも1台のディスク輸送車両772で輸送される。そのような輸送された複数の、そのような少なくとも1つの水素化物ディスク110(少なくとも1つの相当量の水素を貯蔵するように構成され配置された、少なくとも1つの水素貯蔵器を、本明細書で少なくとも具体化する)は、好ましくは、保持用器600で貯蔵される間のように(図6参照)、輸送中は光学的に透明な鉱油610に浸漬される。サービスステーション777で、水素を動力とする車両750の使用された水素化物ディスク910のそれぞれは、好ましくは、図示されるようにディスクを交換するステップ775において新しい水素化物ディスク110に交換される。複数の使用された水素化物ディスク910は、好ましくは、ディスクをリサイクルするために戻すステップ785において、図示されるようにリサイクルのための工場767に、ディスク輸送車両772で輸送され戻される。
図12Aは、本発明の好ましい実施形態による少なくとも1つの水素化物ディスク1210を例示する、平面図を示す。
図12Bは、図12Aの好ましい実施形態による、水素化物ディスク1210の拡大図を示す。
図12Aおよび12Bを参照すると、実施形態1200のほとんどの特徴は好ましい実施形態101から繰り返されるが、図示される実施形態1200において、実施形態1200は、好ましくは図示されるように水素化物ディスク1210を含む。水素化物ディスク1210は、好ましくは、主として水素化マグネシウムを含む(そのような少なくとも1つの金属表面部分が水素化マグネシウムを含む状態を、本明細書では少なくとも具体化する)。本明細書を解釈するに当たり、当業者であれば、適切な状況下、将来の材料、経済性、貯蔵された水素の密度などの課題を考慮すれば、その他の金属、プラスチック、ガラスなどの水素を吸収することが可能なその他の材料でも十分であることを理解するであろう。
水素化物ディスク1210は、好ましくは、約1/2mmの厚さ1212を有する。水素化物ディスク1210は、好ましくは、約50mmから約150mmの間、好ましくは約120mmの外径1214を有する。好ましくは、水素化物ディスク1210は、好ましくは約5mmから約15mmの間、好ましくは約15mmの内径を有する。本明細書を解釈するに当たり、当業者であれば、適切な状況下、将来の技術、コスト、将来の適用例などの課題を考慮すれば、その他の寸法でも十分であることを理解するであろう。
水素化物ディスク1210は、好ましくは、少なくとも1つの表面積拡張器1220、好ましくは穿孔1225(図13参照)をさらに含む。表面積拡張器1220は、好ましくは水素化物ディスク1210の表面積の量を増加させ、そのため好ましくは、水素化時間および水素化圧力が減じられる。各穿孔1225は、好ましくは約100nmから約50マイクロメートルの間、好ましくは約50マイクロメートルの直径を有することが好ましい(そのようなキャビティのそれぞれが約50マイクロメートルの直径を有する状態を、少なくとも本明細書で具体化する)。本明細書を解釈するに当たり、当業者であれば、適切な状況下、材料の膨張、コスト、将来の穿孔法などの課題を考慮すれば、その他の寸法でも十分であることが理解されよう。
多数の穿孔1225は、好ましくは、約150マイクロメートルの間隔を空けて配置される(中心から中心までを測定)。穿孔1225は、好ましくは、図示されるようにその配置構成が極線アレイであるものを含む。本明細書を解釈するに当たり、当業者であれば、適切な状況下、将来の技術、コスト、材料などの課題を考慮すれば、例えば直線アレイ、6角形アレイなどのその他の配置構成でも十分であることが理解されよう。
水素化物ディスク1210は、好ましくは、図示されるように少なくとも1つの構造的完全性維持器(structural integrity maintainer)1230をさらに含む。構造的完全性維持器1230は、好ましくは、図示されるように少なくとも1つの非穿孔「支柱」またはバンド1235を含む(そのような少なくとも1つの金属表面部分が、剛性を付与するように構成され配置された複数の非多孔質支柱部分を含む状態が、少なくとも本明細書では具体化される)。非穿孔バンド1235は、好ましくは、図示されるように水素化物ディスク1210の内径から外径まで延びる。非穿孔バンド1235は、好ましくは、図示されるように約2−3/4mmの幅1227を有する。構造的完全性維持器1230は、好ましくは、図示されるように少なくとも1つの非穿孔内部リング1240と少なくとも1つの非穿孔外部リング1245とを含む。非穿孔内部リング1240は、好ましくは、図示されるように約2mmの半径方向の幅1242を有する。非穿孔外部リング1245は、好ましくは、約1mmという半径方向の幅1247を有する。非穿孔バンド1235、非穿孔内部リング1240、および非穿孔外部リング1245は、好ましくは穿孔1225を含まない。非穿孔内部リング1240および非穿孔外部リング1245は、好ましくは、水素化物ディスク1210の中心と同心である。本明細書を解釈するに当たり、当業者であれば、適切な状況下、将来の技術、コスト、材料などの課題を考慮すれば、その他の構造的完全性の幾何形状、例えば4個以上の中心リング、半径方向に交互に配列したバンド、平行なバンドなどでも十分であることが理解されよう。
図13は、図12Bの断面13−13の、拡大断面図を示す。
穿孔1225は、好ましくは、図示されるように水素化物ディスク1210を完全に貫通する。本明細書を解釈するに当たり、当業者であれば、適切な状況下、将来の技術、コスト、材料などの課題を考慮すれば、その他の貫入深さ、例えばほぼ中程までの深さ、様々な深さなどでも十分であることが理解されよう。
穿孔1225は、好ましくは、図示されるように水素化物ディスク1210の表面1250に垂直な方向から約45度(図示されるように、角度θ)の角度をなす(この配置構成は少なくとも本明細書で、そのような少なくとも1つのパターンのキャビティが、そのような少なくとも1つの金属表面部分に対して約45度という少なくとも1つの角度を有する状態を具体化している)。本明細書を解釈するに当たり、当業者であれば、適切な状況下、将来の技術、コスト、レーザ入射などの課題を考慮すれば、その他の穿孔角度でも十分であることが理解されよう。
穿孔1225は、好ましくは図示されるように直線状である。本明細書を解釈するに当たり、当業者であれば、適切な状況下、将来の技術、コスト、材料などの課題を考慮すれば、その他の穿孔幾何形状、例えば螺旋状、渦巻き状、L字形などでも十分であることが理解されよう。
穿孔1225(そのような少なくとも1つの金属表面部分が、実質的に均一な多孔率を提供するように構成され配置されている少なくとも1つのパターンのキャビティを含む状態を、少なくとも本明細書では具体化している)は、好ましくは、中心軸に直角な円形断面を含む。本明細書を解釈するに当たり、当業者であれば、適切な状況下、将来の技術、コスト、レーザ入射などの課題を考慮すれば、その他の穿孔断面、例えば楕円形、6角形、スリットなどでも十分であることが理解されよう。
水素化物ディスク1210は、好ましくは、図示されるように表面1250付近に埋め込まれた触媒粒子1255をさらに含む。触媒粒子1255は、好ましくは、ニッケルを含み、好ましくはパラジウムを含む。触媒粒子1255は、好ましくは、少なくとも1つの近原子サイズをそれぞれ含む。本明細書を解釈するに当たり、当業者であれば、適切な状況下、将来の技術、コスト、材料などを考慮すれば、その他の触媒、例えばマグネシウム、炭素、プラスチックなどでも十分であることが理解されよう。
水素化物ディスク1210は、さらに、好ましくは、図示されるように少なくとも1つのコーティング1260を含む。コーティング1260は、好ましくは、散在させたNiおよび化学量論的なMgNiを含む。コーティング1260、触媒粒子1255、および水素化物ディスク1210中のマグネシウムの間の表面1250で形成された共晶化合物は、好ましくは、コーティング1260(そのような少なくとも1つの金属表面部分が、実質的にニッケルおよびMgNiを含む少なくとも1つの薄い表面コーティングを含む状態を、少なくとも本明細書では具体化している)が水素化物ディスク1210から分離するのを防止する。本明細書を解釈するに当たり、当業者であれば、適切な状況下、将来の技術、コスト、材料などの課題を考慮すれば、その他のコーティング、例えば純粋なMgNi、純粋なニッケル、プラスチック、サーメットなどでも十分であることが理解されよう。
図14は、図13の実施形態1200による水素化物ディスク1210の原子配列を例示する、概略図を示す。水素化物ディスク1210は、好ましくは、図示されるように水素貯蔵材料1270の、好ましくはマグネシウム1272の多数の層1265を含む。水素貯蔵材料1270は、好ましくは、図示されるように少なくとも1つの結晶質構造1275を含む。結晶質構造1275で、水素貯蔵材料1270は、好ましくは図示されるように水素1280を貯蔵する。
図15は、図14の好ましい実施形態による、少なくとも1つの水素化物ディスク製造プロセス1500を例示する、フローチャートを示す。水素化物ディスク製造プロセス1500は、好ましくは、シートを沈降させるステップ1510;ディスクを切断するステップ1520;ディスクを穿孔するステップ1530;ディスクをエッチングするステップ1540;ディスクを洗浄するステップ1550;触媒を埋め込むステップ1560;およびディスクをコーティングするステップ1570を含む。水素化物ディスク製造プロセス1500中、使用される材料および実施されるプロセスは、好ましくは、不活性雰囲気中で維持され、代わりに好ましくは真空中で維持される。
シートを沈降させるステップ1510において(水素を貯蔵するように適合された少なくとも1種の水素貯蔵器材料を沈降させる状態を、少なくとも本明細書では具体化している)、水素貯蔵材料1270の少なくとも1つのシート1410は、好ましくは、図16に示されるように沈降技法1610を使用して沈降させる。シート1410は、好ましくは約99重量%のマグネシウムを含み、好ましくは約0.6mmの厚さを有する。シート1410は、好ましくは、高い強度、低い反射率、および水和したときのより高いアマルガム化をもたらすように設計された金属を添加することによって、製作される。シート1410は、好ましくは、マグネシウム、ニッケル、リチウム、ホウ素、アルミニウム、銅、亜鉛、および鉄を、表1に列挙する重量比で含む。
ディスクを切断するステップ1520では(そのような少なくとも1種の水素貯蔵器材料を、少なくとも1つの幾何形状に切断する状態を、少なくとも本明細書で具体化している)、シート1410(そのような少なくとも1つの金属表面部分が、ディスクに切断されるようにかつそのような穴を含有するように適合された沈降マグネシウムプレートを含む状態が、少なくとも本明細書では具体化されている)は、好ましくは約120mmの直径を含みかつ約15mmの直径の中心の穴1425を含む、図示されるような少なくとも1つのディスク1420に切断される。ディスク1420の寸法は、好ましくは、1988年に除去可能な貯蔵媒体(CD−R)として導入された従来のコンパクトディスクに、水平的には類似している。本明細書を解釈するに当たり、当業者であれば、適切な状況下、将来の技術、コスト、材料などの課題を考慮すれば、その他のディスク製造プロセス、例えばディスクを直接沈降させ、シリンダを沈降させるなどのプロセスでも十分であることが理解されよう。
ディスクを穿孔するステップ1530では(そのような少なくとも1種の水素貯蔵器材料を穿孔する状態が、少なくとも本明細書では具体化されている)、ディスク1420は、好ましくは穿孔され、好ましくは500,000個超の穿孔1225を備え、好ましくは少なくとも1つの穿孔ディスク1430を形成する。少なくとも1つの穿孔プロセス1700は、図17に関連して論じる。
ディスクをエッチングするプロセス1540では(そのような少なくとも1種の水素貯蔵器材料の少なくとも1つの表面を、少なくとも1種の化学薬品でエッチングする状態が、少なくとも本明細書では具体化されている)、穿孔したディスク1430を、好ましくは約40%から約50%の濃度の好ましくは塩化水素ガス1545に短時間曝して、好ましくはサブミクロンの表面テクスチャを提供する。そのような塩化水素ガスに曝すステップは、好ましくは約70℃の温度で、好ましくは約2psiで、好ましくは約15秒間にわたり実施される。ディスクをエッチングするプロセス1540は、好ましくは少なくとも1つのエッチングされた穿孔ディスク1440を生成する。
ディスクをエッチングするステップ1540の後、次いでエッチングされた穿孔ディスク1440を、好ましくは不活性雰囲気の低圧サンドブラスタ内に配置する。ディスクを洗浄するステップ1550では(そのような少なくとも1つの表面を洗浄してそのような少なくとも1種の化学薬品を除去する状態が、少なくとも本明細書では具体化されている)、エッチングされた穿孔ディスク1440は、真空供給流と真空除去システムとを分離するように結合された円形に配置された一連の窒素ガスノズル1553から、好ましくは約25mm離れて配置されたプレート上で、好ましくは回転させる。エッチングされた穿孔ディスク1440は、好ましくは、<500メッシュの約99.95%の噴霧化マグネシウム粉末1555で、好ましくは窒素ガス(約99.999%の純度)の弱い圧力下で「洗浄」して、好ましくは、エッチングされた穿孔ディスク1440上には残留塩素またはMgClが残されていないことを確実にし、好ましくはごく微量の(<100ppm)Mg(NHClしか検出できないことを確実にする。ディスクを洗浄するステップ1550は、好ましくは、少なくとも1つの洗浄されたディスク1450をもたらす。
触媒を埋め込むステップ1560では(そのような少なくとも1つの表面に、そのような少なくとも1つの表面の水素化を支援するように構成され配置された少なくとも1種の触媒を埋め込む状態が、少なくとも本明細書では具体化されている)、窒素ガスを次いで使用して触媒粒子1255を供給し、好ましくはニッケル(99.999%よりも高い純度)およびパラジウム(99.99%よりも高い純度)粉末(<500メッシュで)を沈降させ噴霧化して、ディスク1450を洗浄する。触媒粒子1255の供給は、好ましくは、約5psiから約15psiの間で、約5秒から約10秒に及ぶ時間、実施する。オーバースプレーは、好ましくは、結果的に行われる平方mm当たり約0.05秒の曝露を触媒粒子1255に対して行う。ディスクを洗浄するステップ1550および触媒を埋め込むステップ1560は、好ましくは、得られる触媒付きディスク1460中のマグネシウムの著しいアブレーションなしでまたはディスクをエッチングするステップ1540で生成される表面積を減少させることなく、触媒要素として機能するように、簡単な衝突接着を通して必要な触媒粒子1255を好ましくは提供する。マグネシウム、ニッケル、およびパラジウム粉末の衝突は、好ましくは触媒付きディスク1460の表面にサブミクロンの破壊を生成し、好ましくは埋め込まれた粒子(触媒粒子1255)を提供して、MgHから脱水素化するときの、マグネシウムの再度の核形成のための沈降点として、好ましくは機能させる。
ディスクをコーティングするステップ1570では(少なくとも1つの表面反応防止器を備えたそのような少なくとも1つの表面を、コーティングする状態を、少なくとも本明細書では具体化している)、コーティング1260が、好ましくは触媒付きディスク1460に付着される。ニッケルカルボニルおよびマグネシウムは、好ましくは個別の分解反応器1575内で、好ましくは昇華によって、好ましくは分解し、その結果、ガス状のニッケル1573およびガス状のマグネシウム1577が得られる。ガス状ニッケル1573およびガス状マグネシウム1577は、好ましくは反応器1572内に供給される。ガス状ニッケル1573およびガス状マグネシウム1577の原子は、好ましくは冷却された触媒付きディスク1460上に好ましくは沈降するときに、好ましくは互いに混合される。このプロセスは、ディスクの加熱および冷却のサイクルで繰り返される。コーティング1260は、好ましくは、含浸されたマグネシウムの蒸気およびガス状沈降物から生成される。コーティング1260は、好ましくは、貯蔵器内に貯蔵された水素が失われるのを防止するのを支援する。ディスクをコーティングするステップ1570は、沈降ステージ1680(図16参照)として触媒付きディスク1460を使用した、シートを沈降させるステップ1510に類似した沈降技法1610を利用する。
水素化物ディスク製造プロセス1500は、好ましくは、少なくとも1つの水素化の準備ができたディスク1580をもたらす。水素化の準備ができたディスク1580は、好ましくは約9.5グラムを含み、好ましくは表面から2マイクロメートルでは5g/cm超の平均水素化前密度を有し、好ましくは穿孔領域の表面から下に2マイクロメートルから20マイクロメートルまでの深さでは1.8g/cm超の密度を有し、穿孔されていない領域の20マイクロメートルから中心の250マイクロメートルまでの深さでは1.74〜1.78g/cmを有する。
図16は、図15の好ましい実施形態によるシート製造プロセス1600を例示する、概略図を示す。シート製造プロセス1600は、好ましくは、図示されるような沈降技法1610を含む。沈降技法1610では、少なくとも1種の構成成分1620が、好ましくは少なくとも1つの分解反応チャンバ1630内で分解する。分解反応チャンバ1630は、好ましくは構成成分1620を加熱すると共に真空1640を維持する。温度1650および真空1640は、好ましくは、構成成分1620が好ましくは昇華して少なくとも1種のガス状構成成分1660を形成する、少なくとも1つの条件を含む。
ガス状構成成分1660は、好ましくは、少なくとも1つの沈降チャンバ1670に移される。沈降チャンバ1670は、好ましくはガス状構成成分1660を冷却し、好ましくはガス状構成成分1660を少なくとも1つの沈降ステージ1680上に沈降させる。沈降ステージ1680は、好ましくは少なくとも1つの沈降温度1690まで冷却される。沈降技法1610は、好ましくは、多数の構成成分1660の均一な分布を可能にし、好ましくは分子を層状にして、表1に列挙される構成要素1660を使用してシート1410を形成する。
本明細書を解釈するに当たり、当業者であれば適切な状況下、その他のシート製造プロセス、例えばスパッタ沈降、電解沈降、その他の将来の分子層状化技法などでも十分であることが理解されよう。
図17は、図15の好ましい実施形態による少なくとも1つの穿孔プロセス1700を例示する、少なくとも1つの穴開けチャンバ1710の概略図を示す。
穿孔プロセス1700では、ディスク1420は、好ましくは低温不活性雰囲気中に配置され、好ましくは少なくとも1つのサブミクロン感受性3次元ステージを含む好ましくは少なくとも1つのステージ1720上に平らに固定される。ステージ1720は、好ましくは冷却され;穴開けチャンバ1710は、好ましくは真空1712中で保持される。少なくとも1つの圧力プレート1730は、好ましくは少なくとも1つのオリフィス1740を含む。圧力プレート1730は、好ましくはディスク1420を覆い、好ましくは穿孔プロセス1700中に歪むのを防止するために圧力を加える。オリフィス1740は、好ましくはディスク1420の直径約0.7mmの円形表面積を露出させる。ステージ1720は、好ましくは、穿孔プロセス1700中にディスク1420の種々の部分が露出するように移動する。
少なくとも1つのレーザ1750は、好ましくはオリフィス1740を通して、好ましくはディスク1420を穿孔する。レーザ1750は、好ましくはニオブ−YAGレーザを含む。レーザ1750は、好ましくは2パーセント未満の発散で、直径約45マイクロメートルの光線1752を収束する能力により、コリメートされることが好ましい。レーザ1750は、好ましくは、ディスク1420に対して約45度の角度で入射する。本明細書を解釈するに当たり、当業者であれば適切な状況下、その他の穿孔プロセス、例えばワイヤドリル、プラズマドリルなどでも十分であることを理解するであろう。
少なくとも1つの穴開けシーケンスによれば、任意の約1分間で、その前に配置された穿孔1225の約1mm以内に穿孔1225が全く配置されないように、穿孔1225が設けられる。少なくとも1つの真空器1760は、ディスクを洗浄するステップ1550で後に再使用するために、穿孔プロセス1700中に気化したマグネシウム1770を排気する。歪みは、圧力プレート1730およびそのような少なくとも1つの穴開けシーケンスにより防止される。
図18は、図15の好ましい実施形態による少なくとも1つの水素化プロセス1800を例示する、図式的なフローチャートを示す。
水素化プロセス1800は、好ましくは、ディスクをスピンドルに通すステップ1810で示されるように、少なくとも1つのスペーサ1110の間の少なくとも1つのスレッド付きスピンドル1812に、水素化の準備ができたディスク1580を配置するステップを含む。スペーサ1110は、好ましくは清浄化され真空中で熱処理されることにより、使用前に不純物が除去される。水素化の準備ができたディスク1580は、少なくとも1つのスレッド付きスピンドル1115に、少なくとも1つのナット1113でスペーサ1110の間に固定される。
水素化プロセス1800は、好ましくは約500℃の温度が可能でありかつ好ましくは約65バールを超える圧力が可能な、少なくとも1つの反応器1120を用いることが好ましい。水素化プロセス1800は、好ましくは、約55℃から約440℃の間で、かつ好ましくは約2バールから約30バールの間で、好ましくは約2時間から約6時間に及ぶ期間にわたり、行われる。マグネシウムは、稠密充填結晶構造に近いので、水素の吸収および脱着の動態を改善するための可能な異性体構成では、双晶化が可能であり、好ましくは望ましい。したがって、水素化プロセス1800は、好ましくは可能な限りアニーリングを回避し、および好ましくは水素化物ディスク1210内の水素の均等な分布を可能にする、低速ステッププロセス(温度ステージングプロセス1820)を使用することが好ましい。
水素化プロセス1800は、好ましくはほぼ液体状態にまで冷却した、瓶詰めされた超純粋(99.999%)な水素ガス、好ましくはALPHAGAZ 2(冷却された水素1835)を好ましくは使用する。温度ステージングプロセス1820のステージ1823中、少量の冷却された水素1835が、高速高圧注入によって反応器1120内に好ましく導入される。少なくとも1つの注入弁1837は、好ましくは約10秒の間隔でほぼ毎秒、好ましくは冷却した水素1835の約1μsのブラストを生成する。約10秒の間隔は、好ましくは約10回繰り返される。冷却水素の繰り返される導入によって、冷却された水素1835が反応器1120内に超音速で膨張するにつれ、音圧波が好ましく生成される。超音速波は、好ましくはコーティング1260の亀裂発生を容易にし、好ましくは水素化の準備ができたディスク1580内でのより深い水素化を可能にし、好ましくは後に水素化物ディスク1210から吸着する。
図19は、図18の好ましい実施形態による水素化プロセス1800中の温度ステージングプロセス1820を例示する、チャート図を示す。
反応器1120内の温度は、ステージ1821において、好ましくは約20℃からゆっくりと上昇し、好ましくは約1時間で、好ましくは約55℃、約150℃、および約300℃で平衡に到達することが可能である。ステージ1821は、約2バールという一定の水素圧力を含む。ステージ1822では、温度が好ましくは後に約55℃まで低下し、圧力は、好ましくは約30バールに上昇する。次いで温度は好ましくは上昇し、好ましくは約1時間で、約55℃、約150℃、および約300℃で再び平衡に達することが好ましくは可能になる。ステージ1822は、約30バールという一定の圧力も含むが、好ましくは温度が上昇するにつれベントを利用する。次いで温度は、好ましくは約440℃まで上昇し、好ましくは約350℃から約430℃の間は特に素早く移動して、アニーリングを減少させる。
ステージ1823では、反応器1120が、好ましくは約440℃の温度をさらに約1時間維持した後、冷却される。ステージ1824では、好ましくは約30バールという一定の水素圧力下にある間、反応器1120は、好ましくは約135℃に冷却される。圧力は、好ましくは水素の約2バールまで低下し、水素化物ディスク1210は、ステージ1825で好ましくは約2バールという一定の圧力下、好ましくは約55℃までさらに冷却される。次いで水素化物ディスク1210は、好ましくは、約55℃および約1〜2バールの少なくとも1つの不活性ガス炉に取り出されて、ステージ1826に供される。次いで水素化物ディスク1210は、好ましくは、炉の温度が低下するにつれて冷却され、好ましくは不活性ガスが添加されて、約1〜2バールの一定の正の大気圧を確実にする。
図20は、図18の好ましい実施形態によるスペーサ1110を例示する、斜視図を示す。スペーサ1110は、好ましくは、約3mmの厚さを有する。スペーサ1110は、好ましくは水素化の準備ができたディスク1580の可能な限り広い表面積に水素を流すように設計された、少なくとも1つのベンチレータ1115を含むことが好ましい。スペーサ1110は、好ましくは、水素化プロセス1800中に、水素化の準備ができたディスク1580の歪みを防止する。スペーサ1110は、好ましくは、チタン、好ましくは99.98%のチタンを含む。スペーサ1110は、水素化プロセス1800中の膨張の原因となる、水素化の準備ができたディスク1580の外径1214を越えて、好ましくは延びる、約130nmの外径1112を有することが好ましい。
図21Aは、本発明の好ましい実施形態による少なくとも1つの水素化物ディスク1910を例示する、平面図を示す。
図21Bは、図21Aの好ましい実施形態による水素化物ディスク1910の拡大図を示す。
図22は、図21Bの断面22−22の拡大図を示す。
図21A、図21B、および図22を参照すると、ディスク製作の代替方法は、好ましくは約0.1mmの厚さ1932を含む少なくとも1つのコアディスク1930上への、構成成分1620の沈降(沈降技法1610)を含むことが好ましい。コアディスク1930は、好ましくは炭素を含み、好ましくは炭素繊維を含む。コアディスク1930(そのような少なくとも1つの金属表面部分が、剛性を付与するように構成され配置された少なくとも1つの薄い剛性の非マグネシウムフレームを含む状態を、少なくとも本明細書で具体化している)は、好ましくは水素化物ディスク1910に安定性を提供し、それによって、構造的完全性維持器1230として非穿孔バンド1235の代わりをする。
コアディスク1930は、好ましくは最上部で閉じている水素通路1920を含むことが好ましい。水素通路1920は、好ましくはコアディスク1930の約0.2mmから、好ましくは約45度の角度θで生じることが好ましい。水素通路1920は、約0.0001mm(100ナノメートル)の直径を有し、好ましくは、水素通路1920と水素化物ディスク1910との間を水素が通過できるように穿孔される。
沈降は、好ましくは、コアディスク1930の各面上に、約0.2mmの厚さ1922まで、構成成分1620の少なくとも1つの層1940を生成する。沈降後、水素通路1920は、好ましくはサンド仕上げにより開放されて穿孔1255と同様の穴を明らかにし、水素化物ディスク1910当たり500万超の水素通路1920の可能性をもたらし、したがって強度または貯蔵容量を減じることなく表面積および水素吸着が増加する。
出願人は、本発明の出願人の好ましい実施形態について述べてきたが、本発明の最も広い範囲は、多様な形状、サイズ、および材料などの変形例を含むことが理解されよう。そのような範囲は、上記明細書と併せて解釈するときに、下記の特許請求の範囲によってのみ限定される。さらに、出願人の本発明の多くのその他の利点は、上記説明および下記の特許請求の範囲から、当業者に明らかにされよう。

Claims (28)

  1. a)水素ガスの少なくとも1つの供給流を提供し;
    b)水素プラズマの少なくとも1つの供給流を形成するのに十分な、少なくとも1つの電磁場を提供し;
    c)当該水素プラズマの少なくとも1つの供給流は、水素を貯蔵することが可能な少なくとも1つの金属表面部分に隣接して形成され;
    d)当該少なくとも1つの金属表面部分は、実質的に均一な多孔率が提供されるように構成され配置された少なくとも1つのパターンのキャビティを含み;
    e)当該少なくとも1つの金属表面部分は、当該水素プラズマの少なくとも1つの供給流から水素を吸収して、少なくとも1種の金属水素化物を形成するものであり;
    f)当該少なくとも1種の金属水素化物を使用して少なくとも1種の相当量の水素を貯蔵するように構成され配置された、少なくとも1つの水素貯蔵器を提供し、それによって、貯蔵された水素の光励起支援による放出を可能にするようになされ;
    g)少なくとも1つの光励起器を使用して、当該少なくとも1つの水素貯蔵器を光学的に励起することにより、当該貯蔵された水素の水素ガスとしての放出を支援し;
    h)少なくとも1つの商業的使用が支援されるように、当該水素ガスの、当該光励起支援による放出を制御する;
    各ステップを含む、水素ガスの制御された商業的使用に関する方法。
  2. a)水素を吸収することが可能な少なくとも1つの金属表面部分と、
    b)水素ガスの少なくとも1つの供給流と、
    c)水素プラズマの少なくとも1つの供給流を形成するのに十分な少なくとも1つの電磁場を発生させるように構成され配置された、少なくとも1つの電磁場発生器と、
    を含み、
    d)前記少なくとも1つの電磁場発生器は、前記水素プラズマの少なくとも1つの供給流が少なくとも1つの第2の位置に取付けられるように、少なくとも1つの位置に取付けられたものであり、
    e)前記少なくとも1つの金属表面部分を当該少なくとも1つの第2の位置に取り付けるように構成され配置された、少なくとも1つの金属表面位置付け器と、
    f)前記少なくとも1つの金属表面部分は、実質的に均一な多孔率を提供するように構成され配置された少なくとも1つのパターンのキャビティを含み、
    g)前記少なくとも1つの金属表面部分は、水素を吸収して、少なくとも1つの金属水素化物表面部分を形成することができる、水素エネルギーシステム。
  3. a)水素ガスの少なくとも1つの供給流を提供し;
    b)水素プラズマの少なくとも1つの供給流を形成するのに十分な、少なくとも1つの電磁場を提供し;
    c)当該少なくとも1つの水素プラズマは、水素を貯蔵することが可能な少なくとも1つの金属表面部分に隣接して形成され;
    d)当該少なくとも1つの金属表面部分は、実質的に均一な多孔率が提供されるように構成され配置された少なくとも1つのパターンのキャビティを含み;
    e)当該少なくとも1つの金属表面部分は、少なくとも1種の金属水素化物が形成されるように、当該水素プラズマの少なくとも1つの供給流から水素を吸収することができる、水素の使用に関する方法。
  4. 当該少なくとも1つのパターンのキャビティが、当該少なくとも1つの金属表面部分に対して約45度の、少なくとも1つの角度を含む、請求項1、2または3に記載のシステム。
  5. 当該キャビティのそれぞれが、約50マイクロメートルの直径を含む、請求項4に記載のシステム。
  6. 当該少なくとも1つの金属表面部分が、ディスクに切断されるようにかつそのような穴を含有するように適合された沈降マグネシウムプレートを含む、請求項5に記載のシステム。
  7. 当該少なくとも1つの金属表面部分が水素化マグネシウムを含む、請求項6に記載のシステム。
  8. 当該少なくとも1つの金属表面部分が、剛性を付与するように構成され配置された複数の非多孔性支柱部分を含む、請求項1、2または3に記載のシステム。
  9. 当該少なくとも1つの金属表面部分が、剛性を付与するように構成され配置された少なくとも1つの薄い剛性の非マグネシウムフレームを含む、請求項1、2または3に記載のシステム。
  10. 当該少なくとも1つの金属表面部分が、ニッケルおよびMgNiを実質的に含む少なくとも1つの薄い表面コーティングを含む、請求項1、2または3に記載のシステム。
  11. 当該少なくとも1つの水素化物ディスクが少なくとも1つの不活性環境内に貯蔵される、請求項1、2または3に記載のシステム。
  12. 当該少なくとも1つの不活性環境が真空を含む、請求項11に記載のシステム。
  13. a)少なくとも1つの相当量の水素を貯蔵するように構成され配置された少なくとも1つの水素貯蔵器を含み;
    b)前記少なくとも1つの水素貯蔵器は、前記少なくとも1つの水素貯蔵器からの、貯蔵された水素の光励起支援による放出を可能にするように構成され配置された、少なくとも1つの水素放出許可器を含むものであり;
    c)前記少なくとも1つの水素貯蔵器からの当該貯蔵された水素の放出を支援するために、前記少なくとも1つの水素貯蔵器を光学的に励起するように構成され配置された少なくとも1つの光励起器を含み;
    d)前記少なくとも1つの光励起器は、少なくとも1つの商業的使用を支援するために、前記水素ガスの光励起支援による放出を制御するように構成され配置された少なくとも1つの制御器を含み;
    e)前記少なくとも1つの水素貯蔵器は、実質的に均一な多孔率を提供するように構成され配置された少なくとも1つのパターンのキャビティを含む、水素エネルギーシステム。
  14. 前記少なくとも1つの光励起器が少なくとも1つアレイのレーザを含む、請求項13に記載の水素エネルギーシステム。
  15. 前記少なくとも1つの光励起器が、約530nmから約1700nmの間の少なくとも1つの波長の光を含む、請求項13に記載の水素エネルギーシステム。
  16. 前記少なくとも1つの光励起器が、約200mWから約2000mWの間の少なくとも1つの電力を含む、請求項13に記載の水素エネルギーシステム。
  17. 前記少なくとも1つの水素収集器が、少なくとも1つの陰圧環境を含む、請求項13に記載の水素エネルギーシステム。
  18. 前記少なくとも1つの陰圧環境が、約−1ミリメートル水銀から約−2気圧の間の少なくとも1つの圧力を含む、請求項17に記載の水素エネルギーシステム。
  19. 請求項13に記載の水素エネルギーシステムであって、前記少なくとも1つの光励起器が、約10nmから約2mmの間の少なくとも1つの半径を有する少なくとも1つの光線を含む、請求項13に記載の水素エネルギーシステム。
  20. 前記少なくとも1つの光励起器が、前記少なくとも1つの水素貯蔵器の少なくとも1つの部分を励起して、当該少なくとも1つの部分で約280℃から約390℃の間の少なくとも1つの温度を誘発するように構成され配置される、請求項13に記載の水素エネルギーシステム。
  21. 前記少なくとも1つの水素貯蔵器が少なくとも1種の水素化物を含む、請求項13に記載の水素エネルギーシステム。
  22. a)水素を貯蔵するように適合された少なくとも1種の水素貯蔵器材料を沈降させるステップと;
    b)そのような少なくとも1種の水素貯蔵器材料を少なくとも1つの幾何形状に切断するステップと;
    c)当該少なくとも1種の水素貯蔵器材料を穿孔するステップと;
    d)当該少なくとも1種の水素貯蔵器材料の少なくとも1つの表面を、少なくとも1種の化学薬品でエッチングするステップと;
    e)当該少なくとも1つの表面を洗浄して、当該少なくとも1種の化学薬品を除去するステップと;
    f)当該少なくとも1つの表面に、当該少なくとも1つの表面の水素化を支援するように構成され配置された少なくとも1種の触媒を埋め込むステップと;
    g)当該少なくとも1つの表面を、少なくとも1つの表面反応防止器でコーティングするステップと;
    を含み、
    h)それによって、少なくとも1つの水素貯蔵器が生成される、少なくとも1つの水素貯蔵器の製造に関する方法。
  23. 当該少なくとも1つの幾何形状が少なくとも1つのディスクを含む、請求項14に記載の方法。
  24. 穿孔するステップが、少なくとも1つの穴を開けるステップを含む、請求項14に記載の方法。
  25. 穴を開けるステップが少なくとも1つのレーザを含む、請求項16に記載の方法。
  26. 当該少なくとも1種の化学薬品がHClを含む、請求項14に記載の方法。
  27. 当該少なくとも1つの表面反応防止器がニッケルおよびMgNiを含む、請求項14に記載の方法。
  28. 当該少なくとも1種の水素貯蔵器材料がマグネシウムを含む、請求項14に記載の方法。
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