JP2014522480A - 共鳴ナノ微粒子プラズマを用いた装置、電磁空洞共振器および音響共振器を用いた再生可能エネルギー生成プロセス - Google Patents

共鳴ナノ微粒子プラズマを用いた装置、電磁空洞共振器および音響共振器を用いた再生可能エネルギー生成プロセス Download PDF

Info

Publication number
JP2014522480A
JP2014522480A JP2014509845A JP2014509845A JP2014522480A JP 2014522480 A JP2014522480 A JP 2014522480A JP 2014509845 A JP2014509845 A JP 2014509845A JP 2014509845 A JP2014509845 A JP 2014509845A JP 2014522480 A JP2014522480 A JP 2014522480A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
resonator
acoustic
plasma
acoustic resonator
electromagnetic
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2014509845A
Other languages
English (en)
Inventor
ジョージ エゲリー,
Original Assignee
エゲリー, ジョージ
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by エゲリー, ジョージ filed Critical エゲリー, ジョージ
Publication of JP2014522480A publication Critical patent/JP2014522480A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G21NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21BFUSION REACTORS
    • G21B3/00Low temperature nuclear fusion reactors, e.g. alleged cold fusion reactors
    • GPHYSICS
    • G21NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21BFUSION REACTORS
    • G21B3/00Low temperature nuclear fusion reactors, e.g. alleged cold fusion reactors
    • G21B3/002Fusion by absorption in a matrix
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/10Nuclear fusion reactors

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
  • Particle Accelerators (AREA)
  • Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)
  • Lasers (AREA)

Abstract

本発明は、電磁空洞共振器および音響共鳴器を応用した、共鳴ナノ微粒子プラズマを用いた再生可能エネルギー生成プロセスである。プロセス中、音響共振器は電磁空洞共振器内に置かれ、サブミクロンサイズの炭素ナノ微粒子(1)、水素同位体および他のガスでできたコンプレックスプラズマを用いて10Pa〜500kPa、約2,000℃で一連の音響共鳴を発生し、こうして振動並びに10kHz〜5GHzおよびテラヘルツ範囲で振動する炭素微粒子表面のプラズモンポラリトンを生成し、熱または電気エネルギーを生成し、もしくは一連の核変換を生ずる。
本発明は、電磁場によって励起される電磁空洞共振器(30)、および音響共振器(10)によって形成される再生可能熱を生成する実施形態である。
いくつかの音響共鳴によって作動する音響共振器(10)中にはナノサイズの微粒子(1)が存在する。電磁空洞共振器(30)は、円柱状、球状または矩形状であり、鏡面状の内表面(31)を有する。そしてその中に、耐熱性の電気絶縁材で作製された円柱状または球状の音響共振器(10)が搭載されている。
音響共振器(10)は、少なくとも1個の入口同調開口(21)と1個の出口同調開口(20)を有し、さらに断熱性の透明ガラス管(29)または耐熱ガラス(33)で包囲されている。また1GHzよりも高い周波数の電磁波を発生可能な振動子(12)によって駆動される導波路(17)を有する。図11。
本発明の更なる実施形態は、ナノ微粒子(1)の共鳴ナノ微粒子プラズマ、同心球状の内部電極(50)と外部電極(51)により作動する再生可能電気エネルギー生成装置である。内部電極(50)は電力供給装置に接続され、電機子としての外部電極(51)は負荷装置(84)に接続されている。電力供給装置は、振動子(12)、一次コイル(55)、二次コイル(54)および電源(40)からなる。負荷装置(84)は外部電極(51)に振動回路を介して接続されている。図13。
本発明の更なる実施形態は、振動子(12)によって、またはマグネトロンおよび共鳴電磁回路によって駆動され、音響共振器(10)も含むエネルギー生成装置であり、音響共振器(10)はナノ微粒子(1)を含む。図9。

Description

本発明の主題は、共鳴ナノ微粒子プラズマ、電磁空洞共振器および音響共振器を用いたエネルギー生成プロセスである。さらに本発明の主題は、電磁空洞共振器およびナノサイズ微粒子のプラズマ振動の一連の音響共鳴によって駆動される音響共振器からなる熱発生装置でもある。
この装置は、電気エネルギーを生成し、球対称性の共鳴ナノ微粒子プラズマによって駆動される。それは、電力供給装置、一次回路および二次回路を駆動し、カソードおよびアノードの電機子を駆動する振動子を含む。音響共振器を含むマグネトロンまたは共鳴電磁回路からなる分布定数装置もある。この音響共振器は、プラズマに取り囲まれたナノメートルサイズの微粒子を用いることを特徴とする。
CO2は炭水化物の燃焼中に生成され、同時に熱を放出することが知られている。この化学反応は、技術における基礎的プロセスである。火は人類の最初の発明であり、我々の文明の不可欠な部分である。しかし残念ながら全ての資源は有限であり、CO2は温室効果を有する。大気中へのCO2の放出は、地球の気候に有害な影響を及ぼし、広範な不安定状態を招く。
CO2は水に溶解し、植物に利用されるが、最近の気候観察によれば、その濃度上昇のために、温度および降水が不規則となっている。したがって、新エネルギー源の開発、および大気中のCO2の全体的な削減が必要である。これは、新エネルギー生成プロセスによってのみ可能である。
過去数年の理論および実験結果は、これまで非実用的と考えられてきた電弱相互作用へのてこ入れによって新しい展望を開いた。原子炉および高温核融合装置は、強い相互作用に基づき、常にいくらかの放射能を放出するが、電弱相互作用は常に利用可能である。
再生可能な資源に基づく核反応は、環境を損なわず、操業するのに経済的である。本発明は、微粒子またはコンプレックスプラズマの有用な諸性質に焦点を合わせ、この目標を達成した。
これまで知られている解決策は、ナノサイズのニッケルまたはパラジウム金属粒子を作用温度300〜600℃で軽水素または重水素の分散によって適用することである。大阪大学の2名の研究者Joshiaki ArataおよびYou Chang Zhangは、ナノサイズのパラジウム微粒子、重水素ガス、ZrO2触媒を充填した容器中で、100バールを超える圧力で数ヶ月発熱を観測した。
なお、ナノサイズのパラジウム微粒子は高価なため、彼らはそのプロセスを特許化しなかった。
参考文献:Clarke B.et al:Search for 3H and 4He in Arata−style palladium cathodes,part II.Fusion Science&Technology.Vol40,pp152,2001。
また、イタリアのボローニャ大学の研究者は、ナノサイズのNi微粒子および水素に基づくプロセスを特許出願したが、触媒自体は開示されなかった(特許文献1:WO2009/125444A1)。
ここでNi同位体と軽水素は、多量の過剰な熱を発生することによって銅に変化する。
さらに三菱の3名の研究者は、類似の発熱および核変換プロセスの出願を行った(特願2001−201875号(特許文献2);欧州特許出願第1202290A2)。
彼らは、ナノサイズのパラジウム微粒子および炭素電極を使用した。このプロセスは室温で行われた。
WO2009/125444A1 特願2001−201875号
上記プロセスにおいて、温度はプラズマ形成のしきい値、すなわち約600℃を超えない。したがって上記した従来のプロセスと、本発明者らのプロセスとは異なり、それらは複合共鳴プラズマを使用しなかったが、それでも最終結果は同じであり、核プロセスの結果として多量の熱が発生する。
本発明は、ナノサイズ微粒子と準粒子の組合せによって成されている。両方の領域は、互いに独立して熱心に研究されているが、これらを併用して利用することはこれまでなかった。
ナノサイズ物質の使用はそれ自体興味深く、巨視的法則はここではもはや有効ではなく、量子法則も有効ではない。例えば、ナノサイズ金粒子は化学反応に関与し、いくつかの材料はこの範囲で磁気特性および電気特性が異なる。一部の固体材料は室温で液体になる。この変化の理由は、表面と体積の比が大きく変化するからである。
半導体における「n」または「p」型正孔のような準粒子は、電子工学の世界に大きな進歩をもたらした。ナノサイズ微粒子を含むプラズマは長い間重要であったが、高振幅(共鳴)プラズマは当業界ではまだ普及していない。
本発明者らのプロセスにおいて、ナノサイズ微粒子はプラズマ中で振動し、平均温度は約2,000℃である。こうして、自己組織化特性を有する部分的に電離した非平衡高振幅プラズマが生成する。ここで電子の一部は、後述するプラズマ航跡場加速の効果によって光速に近づく。
+、N+のようなプラズマイオンのエネルギーは、最大振幅付近で微粒子に衝突すると、106eVを超えることがある。微粒子の個々のエネルギーは、100eV以上であり得る。
微粒子プラズマ振動現象は、DAW(ダスト音波)と呼ばれるが、本発明者らが使用する極端なパラメータにおいてはまだ研究されていない。
複数の周波数の高振幅プラズマ振動は、(短期間)電子だけでなくイオンおよび微粒子も高い位置および運動エネルギーを有するので、エネルギー生成プロセスに役立つ。振動の振幅、平均プラズマ温度は、微粒子が蒸発するまで増加する。これはこの技術の上限の一つである。これらのパラメータにおいては、かなりの量のエネルギーが微粒子表面で生成される。表面的なメカニズムについては後述する。
したがって、熱の発生に加えて、プラズマ化学プロセスは、微粒子廃棄物(例えば亜鉛メッキ汚泥または他の危険廃棄物)を振動プラズマに通して変換することによって起こるが、H2O分子またはCO2分子の結合を炭素と酸素に分裂させることができる。
この新タイプのプラズマは、コンプレックスプラズマ,微粒子プラズマ,結晶プラズマ,コロイドプラズマなどいくつかの名称が付けられている。
これは、電離ガスと中性ガスの混合物を含む通常のプラズマとは区別され、サブミクロンサイズの固体粒子を含む。したがって本発明者らは、新しい技術的に有用な諸性質を得る。
従来公知のプロセスに比べ、最も有用な性質は、プラズマ状態を最小限のエネルギー供給によって維持することができ、いわゆるプラズモンポラリトン準粒子が、技術的に有用であり、これまで利用されなかった更なるプロセスを可能にすることである。
これらの表面プラズモンポラリトンプロセスは、いくつかの研究書、例えばStephen A.Maier:Plasmonics.Fundamentals and applications(Springer,2007)またはDroir Sarid,W.Challener:Modern Introd.To Surface Plasmonics,Cambridge Univ.Press,2010に記載されている。
ガスおよび蒸気の部分電離は、大気圧および約1,000℃で始まることが知られている。完全電離は、1および2原子ガスの場合は10〜20,000℃の比較的高温で始まるが、(Sahaの式で記述されるように)鎖長が長くなるとこの値は高くなる。
かかる高温は高エネルギー密度電力供給装置によって大気圧で得ることができるが、壁の冷却効果により、かなりのエネルギーが失われる。
本発明者らが開発したプロセスおよび装置においては、プラズマ状態を引き起こし、維持するのに必要なエネルギーはかなり少ない。
本発明者らが開発した微粒子またはコンプレックスプラズマにおいては、核プロセスは、同調音響共鳴および電磁共鳴により、最高2〜3バールの低圧で起こるため、入力エネルギーに比べて有用な余分のエネルギーを得る。
かなりの電場増幅プロセスが微粒子表面で起こり、これは本発明者らのプロセスの基礎の一つである。局所電場は、ミクロンサイズおよびナノメートルサイズの微粒子の表面で1048倍まで増幅することができる。
詳細は、Kathrin Kneipp,Physics Today,2007,Nov,pp40またはMark I.Stockman:Nano Plasmonics.Physics Today,Feb.2011,pp39−44に記載されている。
光学集束レンズまたは集光レンズの場合と同様に、すべての増幅プロセスが技術において有用である。
プラズマ中において、高振幅で振動する微粒子は、10Hz〜50GHzの周波数におけるその動き(プラズマ航跡場加速)に基づき、およそTHz(テラヘルツ)波長の特定周波数の赤外線および可視EM放射にある程度基づく高強度電場となる。しかし、微粒子表面の電子雲(グループ)の緩和時間は10フェムト秒であり、分極はさらに短い100アト秒であるので、これらの高周波数は問題を生じない。
これは利用価値がある。この増幅効果は、現在商業的に活用されているがそれは振動プラズマではなく、光増幅や免疫反応試験のような生物学的試験の場合である。
導電性ナノサイズ微粒子の表面プラズモンポラリトンの技術的応用の実現性は、どちらもノースイースタン大学の研究者である2人の米国物理学者Lewis G.LarsenとAllan Widomによって指摘された。
彼らは、この場増幅に基づくe-+p+→n+νの反応の可能性を認めた。これは、電子と陽子の結合によって中性子とニュートリノが生成し得ることを意味する。(彼らの論文:”Ultra low momentum neutron catalyzed nuclear reactions on metal hydride surfaces.”Eur.Physics J.C Vol.46,March,2006,pp107。)
彼らは、パラジウム表面に室温で埋め込まれたナノ粒子を技術的解決策として示唆した。また彼らは、2つの特許出願をした。(米国特許出願公開第2008/0296519A1および米国特許出願公開第2008/0232532A1)
本発明のプロセスは、彼らが固体/液体媒体およびパラジウム/軽水素を室温で電気分解と併用する点で、彼らの解決策とは異なる。
本発明は、平均温度が約2,000℃であり、炭素微粒子からなる共鳴コンプレックスプラズマにおける極めて非平衡な分布を有する。技術的側面から、本発明者らは共鳴振幅を増幅し、高温で赤外線の効果が更に強化されるので、これはより有利である。
したがって、本発明者らが使用するWidom−Larsen型プロセスは、所与の体積に対する微粒子表面が通常の常温核融合よりも大きいのでより効率的である。本発明者らは、より強力な電場増幅を使用し、約2,000℃のより高温のプラズマに基づく、より多くの自由陽子を有する。
Widom−Larsen理論において生成する中性子は、エネルギーを生成しながらいくつかの核プロセスに関与することができる。一例として、本発明者らは、中性子との融合がエネルギーを放出しながら炭素核の質量数を増加させる一連の関係する反応を示す。
これは2つの炭素同位体間で下記の表1に示される。矢印の上の数字は放出エネルギー量を示し、同位体の下の文字はそれが「安定」か「不安定」かを示し、矢印の下の数字は同位体の半減期を意味する。
Figure 2014522480
不安定炭素同位体は、窒素の安定および不安定同位体に変化することがあり、それは再度エネルギーを生成する。しかしアルファ粒子を放出した後でも、それは安定な炭素同位体に変化する。したがって、本発明者らの実験中に観察した閉サイクルが形成される。このプロセスは、閉核サイクルという理由から再生可能とみなされる。
核サイクルという理由から、いくつかの熱発生サイクルも存在する。電弱相互作用の結果として、高温核融合反応のために強い核力が予想されるγ放射はほとんどない。
したがって、本発明者らのプロセスは「教科書の物理学」に基づく。この成果は新規でありこれまで成されなかった。上記した一連の反応は、一連の中性子捕獲により高振幅で振動する炭素微粒子の雲の表面で起こる。このプロセスに必要な陽子は、少数のH2O分子を開裂させることによって生成される。主に空気の分子を含むプラズマは、水を熱運動化し、次いでそれをこの温度で電離させる。
水素イオンの一部は、陽子として負の炭素微粒子に引きつけられ、本発明者らの仮説によればLarsen−Widomモデルの結果として一緒に中性子を形成する。すべての水素同位体は、このプロセスの能力を有する可能性が非常に高く、その反応率は速度に大きく依存する。
本発明者らのプロセスは、本発明者らの経験によれば、軽水素核を用いて作動する。
本発明の基礎的発見の一つは、共鳴コンプレックスプラズマ中のナノ微粒子の表面が電場増幅プロセスに適していることであった。すなわち、e-+p+→n+ν反応は、電子と陽子からの中性子の生成を意味する。こうして発生する超低温反応は、通常は自続プロセスであるエネルギー生成核プロセスに関与する。
本発明者らのプロセスは自然界でも起こり得る。例えば太陽のコロナ中では、温度が数百万度に達し、平均6,000℃にすぎない表面よりもはるかに高温である。
希薄な冷たい星間プラズマもエネルギーを生成し得るが、これは「ダークエネルギー」と名付けられたものである。星間振動プラズマは微粒子であることが知られている。(例えば、Szalai Tamas:”Supernova,producing dust.”Fizikai Szemle,Dec.2010,pp339)。
星間プラズマは、陽子を含む希薄プラズマ中のマイクロメートルサイズの粒子中にSi、Cおよび金属酸化物の微粒子を含むことが知られている。本発明者らのプロセスはいくつかのエネルギー入力を必要とするが、それは所与の体積に対してグロー放電、アーク放電などの他のプラズマプロセスよりもはるかに少ない。
微粒子を用いない通常の方法によるプラズマ生成は、より高いエネルギー入力を必要とする。したがって、過剰の熱を生成したり、CO2分子を開裂させたりすることは論外であった。(内燃機関で得ることのできるエネルギーよりも多量のエネルギーが必要であると考えられる。)
本発明者らのプロセスは、8億℃以上における重水素と三重水素の結合に基づく「高温核融合」プロセスではなく、その強い核相互作用に基づくパラジウムカソードおよび重水素リッチな電解質の室温における電気分解に基づく、いわゆる「常温核融合」プロセスでもない。
経済的な熱発生プロセスは、CO2分子または他の化学副生物の結合開裂に適用可能である。内燃機関のO2ガス分子を閉サイクルで分解することが可能であるが、本発明者らに空気の窒素分80%を使用する義務はない。(40%で十分かもしれない)。したがって、中性N2ガスは燃焼に関与しないので加熱の必要がなく、燃焼温度を高くすることができる。
内燃機関のカルノー効率は、温度の改善により効率を高めることができる。それによって、いくらかの過剰な力学的エネルギーが生成される。内燃機関の構成が変わる、例えばセラミックシリンダーを用いると、ディーゼル機関の効率も改善することができる。
したがって、プロセスの総合効率を更に改善することができ、有毒廃棄物(例えばNOx)の放出さえも排除することができる。
本発明者らのプロセスにおいて、副生物として生成する炭素微粒子は、炭素繊維材料の貴重な材料または複写機の充填材とすることができ、他方の副生物である水は無害である。
プロセス中、CO2分子は開裂すべきであるが、炭素微粒子は溶融してはならない。これは、プラズマ入力電力および周波数によって調節することができる。
本発明者らのエネルギー生成方法は、CO2の振動を利用し増幅する。したがって、システムの周波数と振幅の両方を調節できることが極めて重要である。好適なパラメータはCO2/O2比を測定することによって求められ、プラズマは、この比に従って加熱される。
本発明は図に記載されている。
面内の平衡状態の振動のない微粒子プラズマの模式図である。 面で示された準固体プラズマであり、微粒子は六角格子状に配列されている。 ダスト音波(DAW)振動は面に沿って示されている。 電子が格子の中央にあり、陽イオンが結晶プラズマ微粒子の周囲にあるときの図3に示された振動の逆位相である。 定常状態における負の微粒子およびその隣接周囲の模式図である。 外部電場のあるナノサイズ微粒子の模式図である。 円柱状の音響共振器の略図であり、電離プラズマの圧力が主軸に沿って示されている。 高周波電磁場によって微粒子プラズマ振動を励起させることが可能な誘導ソレノイドを示す。 微粒子プラズマと容量結合した回路を示す。 マイクロ波を用いたコンプレックスプラズマ励起の原理を示す。 マイクロ波微粒子プラズマ励起を用いた球状の音響共振器および円柱状マイクロ波共振器を備えたエネルギー生成装置の模式図である。 電磁共振器が球状である以外は図11に示したのと類似の図である。 電気エネルギーを直接生成可能な同心球からなる低圧装置の模式図である。 内燃機関の閉サークルに接続されたCO2サーマライザーの模式図である。 開裂CO2分子のO2分が内燃機関の空気取入口に再導入されない以外は、図14と類似の図である。 排出CO2が熱運動化され、触媒式排気ガス浄化装置を介して環境に放出されるときの略図である。
本発明の技術的構成を記述する前に、本発明者らは、最も重要な効果を理解するのに役立つ背景となる物理学を概説する。
図1によれば、微粒子プラズマのスキームは、平衡状態において面に沿った振動なしに示される。負に帯電した微粒子のサイズは(簡単にするために)同じであり、正方格子の「結晶プラズマ」を形成する。微粒子は、準平衡状態にある。自由電子(3)の平均速度は極めて速い。陽イオン(2)は電子(3)よりも遅いが、ナノ微粒子(1)よりははるかに速い。
図2においては、六角格子結晶プラズマが面に沿って示されている。陽イオン(2)および電子(3)も示されている。中性原子(および陰イオン)は、簡単にするために示されていない。格子定数の半分の距離で互いの上にいくつかの格子が存在する。
図3は、電子の大部分が微粒子プラズマの外周にあり、ナノ微粒子(1)がその高い慣性のために外側にまだ移動しているときの面に沿ったダスト音波(DAW)である。このときには、陽イオン(2)は既にプラズマ中へと加速されている。
ナノ微粒子(1)の振幅は、電子(3)に比べて極めて小さい。簡単にするために、外部の励起電場は示されていない。
図4は、図3に示された振動の逆位相である。この段階では、電子(3)は格子の中央にあり、陽イオン(2)は結晶プラズマの周辺にある。中性分子および原子は簡単にするために示されていない。図3および図4によれば、コンプレックスプラズマは、振動中は中性ではない。
ナノ微粒子(1)は、図3に示した位置に比べてさほど移動していない。基本波のみが示されている。より高い周波数の振動は、簡単にするために示されていない。
図5は、ナノ微粒子(1)近くのCO2分子を示し、負の電場を有するナノ微粒子(1)は定常状態にある。CO2分子の陽イオン、その中性分子(22)、ナノ微粒子(1)の負の電場(4)が示されている。陽イオン(2)はナノ微粒子(1)に向かって加速されている。陽イオン(2)と中性分子(22)は、ナノ微粒子(1)に衝突する前に、衝突して、粉々になり得る。簡単にするために、外部の励起場は示されていない。図3および図4の特徴的なサイズはセンチメートルで表され、微粒子は直径10〜1,000ナノメートルである。
簡単にするために、図5の炭素ナノ微粒子の電荷分布を均一に示した。これは外部励起場が存在しない場合に当てはまるが、それはめったに起こらない。
図6は、外部励起場(25)の場合のナノ微粒子(1)のより現実的な図である。電子(3)の分布はナノ微粒子(1)表面で不均一であることがわかる。外部励起場(25)がそれを分極させるからである。これは、高共鳴場強度を特徴とするプラズモンポラリトンと呼ばれる準粒子である。正の局所的電荷は、局所的電子の欠如に基づいて生成する。(完全には電離していない)電離O+およびN+の陽イオン並びに完全に電離したH原子である陽子(23)も、ナノ微粒子(1)表面に付着していることがわかる。
時間的空間的に変化する外部励起場(25)のために、いくつかの振動周波数および高電場強度が内部および外部に存在する。表面の振動は、表面プラズモンポラリトンである。
これは、陽イオンおよび陽子(23)と負に帯電したナノ微粒子(1)の間、または粒子の一方の側の正の空間電荷(26)と粒子の他方の側の電子雲の間で起こる微粒子の電場増幅能力を示す。
図7は、円柱状の音響共振器(10)の略図であり、プラズマ圧力は軸に沿って示される。音響の、長軸方向の共鳴は、外部励起磁場が円柱に平行であるときのものである。最大圧力位置(11b)および頂上(11a)も示されている。開裂される分子(すなわちCO2)は入口管(14)を通って円柱に流入し、炭素およびO2は出口管(15)を通って流出する。励起電磁場は、簡単にするために示されていないが、主要な電場は音響共振器(10)の軸に平行である。
入口管(14)と出口管(15)は直径および長さが異なり、音響共振器(10)の振動周波数は、入口管(14)と出口管(15)の適切なサイズの選択により影響される。
本発明は、共鳴ナノ微粒子プラズマを用いた再生可能エネルギー生成プロセスである。
音響共振器は、電磁空洞共振器中に置かれ、共振器ユニットを形成する。音響共振器(10)において、本発明者らは5Hz〜5GHzの広帯域で、120dBを超える振幅で、10Pa〜500kPaの圧力範囲で、1,000℃〜3,000℃の温度範囲で、振動を発生させる。
コンプレックスプラズマは、水素同位体1質量%未満と残りが空気からなるガス中に、または水素1%未満とヘリウムの混合物中に、全炭素質量0.5g未満であり100ナノメートル程度のサブミクロンサイズの炭素微粒子を含む。
プラズマは、周波数5〜15GHz、概略出力密度約2,000W/dm3で外部電源から直接励起される。出力は、電磁空洞共振器の内表面で反射される。
これらのプラズマ振動および共鳴表面電場増幅のおかげで、本発明者らは10kHz〜5GHzおよびTHz(テラヘルツ)範囲の表面プラズモンポラリトン振動を発生させて、熱および核変換を生ずる核プロセスをもたらし、また電気エネルギーを生成することができる。
いくつかの異なる装置がこのプロセスを利用するために開発された。それらについて、本発明によるいくつかの好ましい適用例に沿って後述する。
本発明による再生可能エネルギー生成装置は、電磁空洞共振器(30)および音響共振器(10)からなる。
音響共振器(10)中にはナノサイズの微粒子(1)があり、一連の周波数で振動する。電磁空洞共振器(30)は、矩形状、円柱状または球状とすることができ、平滑な鏡面状の内表面を有する。
耐熱絶縁材で製作された音響共振器(10)は電磁空洞共振器内に置かれ、音響共振器は軸対称形状の入口同調開口(21)と出口同調開口(20)を備え、絶縁台上に設置される。
音響共振器は、石英製の透明ガラス管(29)で包囲され、1GHzを超える電磁波を発生可能な振動子(12)によって導波路(17)を介して電磁波によって加熱されてプラズマ中で約2,000℃に達する。
図11に示した再生可能熱発生装置は本質的に球状である。それは、音響共振器(10)およびマイクロ波発生手段からなる。音響共振器(10)は、絶縁材でできた絶縁台(18)の上に設置されている。
開裂されるCO2ガスは、開口(21)を通って音響共振器に入り、分離した分子は開口(20)を通って音響共振器から出て円柱状または矩形状の電磁空洞共振器(30)に入る。
開裂した分子およびナノ微粒子は、出口管(15)を通って装置から出る。次いで、これらの微粒子を装置に再導入することができ、または排ガスからろ過することができる。振動子(12)からの電磁波は、導波路(17)を通って電磁空洞共振器(30)に導入される。
球状の音響共振器(10)の出口同調開口(20)と入口同調開口(21)は、通常、直径および長さが異なる。球状であり石英ガラスでできた音響共振器(10)は、平均直径が6cmである。その入口同調開口(21)は直径が15mmであり、出口同調開口(20)は直径が5mmである。また長さが2〜10mmであり、通常の圧力は約1〜3バールである。
本発明者らのプロセスに基づく、再生可能エネルギー生成発明の別の形態がある。
この装置は、電磁空洞共振器(30)とその内部の音響共振器(10)からなる。音響共振器(10)中には一連の共鳴によって振動するナノサイズの微粒子(1)がある。
図12に示すように電磁空洞共振器(30)は球状であり、同心球状アレイ中の球状の音響共振器(10)を含む。電磁空洞共振器(30)は、透明な耐熱ガラス(33)で覆われ精密研磨された内表面(31)を有する。
音響共振器は、耐熱電気絶縁セラミックスから成り、絶縁台(18)上に設置され、少なくとも2個以上の同調開口、すなわち出口同調開口(20)および入口同調開口(21)を有する。音響共振器(10)における圧力は通常大気条件以上であり、空間的平均温度は約2,000℃である。
図12に示した本発明は図11に類似しているが、2個の同心球状の共振器からなる。
電磁空洞共振器(30)は、内部に研磨された内表面(31)を有する。内表面の内側のカバーは透明な耐熱ガラス(33)でできている。音響共振器(10)は、絶縁材でできた絶縁台(18)の上に設置されている。
音響共振器(10)には3個の同調開口(20)、(21)、(32)がある。同調開口(32)の長さおよび直径は、入口同調開口(21)および出口同調開口(20)よりも小さいことが好都合であり、好ましくは直径3mm、長さ1〜2mmである。
入口管(14)および出口管(15)は、空気、H2O、CO2が流通でき、または入口管(14)および出口管(15)を通って有害廃棄物を送るためのものである。
本発明のプロセスによって、図13に示すように、再生可能電気エネルギーを生成することができる。これは、同心球状の内部電極(50)および外部電極(電機子)(51)からなり、複合ナノ微粒子プラズマによって作動する。内部電極(50)は電力供給装置に接続されている。外部電極(電機子)(51)は、負荷装置(load)(84)に接続されている。電力供給装置は、振動子(12)、一次コイル(55)および二次コイル(54)、並びに電源(40)からなる。
負荷装置(84)は、いくつかの振動回路を介して外部電極(電機子)(51)に接続されている。内部電極(50)は炭素またはカルボシリカートでできている。それは、電気絶縁体(52)を介して二次コイル(54)の一方側の端部に接続され、kHz〜MHzの周波数スペクトルで作動する。
二次コイル(54)の他方側の端部は、地電位(57)に接続されている。球状の外部電極(電機子)は、絶縁耐熱材料でできた研磨された内表面を有する。圧力は約20Paであり、平均温度は500℃未満である。単一の結線を介して外部電極(電機子)に接続された振動回路がある(分極電流)。
図13は、電気エネルギーを直接生成する、同心球状の共振器を有する低圧装置を示す。
この低圧装置は、低圧(100Pa未満)で作動する。したがって、それは、別々の要素振動回路を用いて200MHz未満で運転することができる。これは、分極電流に基づく「単線」テスラ型配置である。この回路は、容量性変位電流によってつながれるので、単線で十分である。内部電極(50)は炭素またはカルボシリカートで覆われている。外部電極(51)は、低分極損失の透明誘電体層で内部が覆われた金属でできている。内部電極(50)は電気絶縁体(52)を介して二次コイル(54)によって励起され、二次コイル(54)の他方側の端部は地電位(57)に接続されている。
電力は、電源(40)から振動子(12)、さらに同調コンデンサ(56)を介して一次コイル(55)に供給される。電力出力装置は類似配置を有する。外部電極(51)は一次コイル(59)に接続され、他方側の端部は地電位(57)に接続されている。
本発明においては、内部電極(50)と外部電極(51)の間で振動する微粒子プラズマによって誘導結合振動回路を駆動させる。二次コイル(58)は同調コンデンサ(56)に直列接続され、負荷装置(84)を駆動させる。
いくつかの出力回路を本発明において使用することができる。半Graetz整流回路であるいわゆる「Avramenkoプラグ」を介して外部電極(51)から出力を取り出すことができる。2個のダイオード(82)は、図13に示すようにコンデンサ(83)に接続され、負荷装置(84)に並列接続されている。
本発明は、分布定数電気回路を有する装置に適用可能である。これは、図10に示すように、マイクロ波振動子(12)を作動させる回路に基づく。
それは、微粒子プラズマを含む音響共振器(10)を有する。円柱状または球状の音響共振器は石英またはパイレックス(登録商標)でできている(図8〜図10)。図8および図9の集中定数回路は、約10MHzの周波数で、誘導結合を用いたソレノイド(13)、もしくは図9における第1電極(16a)および第2電極(16b)を有する容量結合によって駆動され、または図8においてコンデンサ(19)によって駆動される。またプラズマは、図10に示すように音響共振器(10)中でプラズマを駆動する電磁空洞共振器(30)において導波路(17)を介してマグネトロンによって駆動される。
図8は、音響共振器(10)の励起を示すものであり、ナノ微粒子(1)は、電流共振を利用した誘導結合を用いたソレノイド(13)によって生成されたプラズマ中に充填されている。
電源(40)は、配線(41)を介してRF振動子(12)を駆動させる。振動子は、ソレノイド(13)およびコンデンサ(19)の並列共振回路を駆動させる。この装置は、100〜200Pa未満の大気圧以下で作動する。この圧力は、簡単にするために示されていないが、好ましくは回転ポンプを用いて生成される。入口管(14)および出口管(15)の形状は同一ではない。
この装置は、典型的には、200MHzまで駆動させることができる。音響共振器(10)は、適切には、耐熱ガラスででき、円柱状である。
図9において、コンプレックスプラズマの容量励起を示す。円柱状の音響共振器(10)は、第1電極(16a)と第2電極(16b)の間に配置されている。ソレノイド(13)は、共鳴直列電気回路に必要である。この構成も、図8に示したものと同様に、大気圧以下である。
図10は、本発明者らのプロセスに基づく本発明の更に別の形態である。これは、コンプレックスプラズマのマイクロ波励起に基づく。音響共振器(10)は電気絶縁材でできている。振動子(12)は、導波路(17)を介して電磁空洞共振器(30)中に放射する。入口管(14)および出口管(15)は、電磁空洞共振器(30)の壁を貫通する。音響共振器(10)の最大振幅を微同調するために、出口同調開口および入口同調開口は、長さと直径の両方を調節することができる。
図14および図15に示すように、複数の装置を本発明に従って連結して、核プロセスを利用することができる。これらのプロセスは、電力入力を制御し、重水素またはLiまたはBaをプロセスに厳重に監視して追加することによって影響される。
本発明は、閉循環回路がある場合に内燃機関に対してより好ましく、(詳細に上述した)共振器ユニットの入口管(14)は、内燃機関(100)の緩衝装置(101)の排気管に接続される。
排ガスは共振器ユニットに導入され、その微粒子はナノサイズの炭素微粒子およびガスに分解される。ナノサイズ微粒子は、出口管(15)を通って共振器から除去される。分子結合が開裂すると、加熱ガスが(スターリングエンジンのような)外部燃焼機関、次いで熱交換器(300)に導入され、蒸気は部分的に凝縮され、排水管(301)を介して除去される。
残りのガスは、図14に示すように、内燃機関(100)の空気取入口(305)に再導入される。
本発明の最も好ましい形態を図14に示す。ここで、CO2の分解に使用される共振器ユニットは内燃機関の閉回路に導入される。共振器ユニットは、内燃機関(100)および緩衝装置(101)の後、スターリングエンジン(200)の前に置かれる。すすおよび凝縮水は、熱交換器(300)および排水管(301)において除去される。
プラズマ処理ガスのO2含有量は、熱交換器(300)の後に置かれたラムダセンサーによって測定される。発電機(110)は、蓄電池(111)を充電する例として使用される。この場合、循環N2量は、部品が熱応力に耐えられる限り、削減することができる。過剰の酸素は、O2を含むボンベ(303)から減圧装置(304)を介して閉回路に導入することができる。したがって、空気取入口(305)を介して内燃機関(100)を運転するのに必要な空気の量が減少する。
本発明のさらに好ましい使用は、CO2ガスを開裂させるために、内燃機関(100)の緩衝装置(101)の後に共振器ユニットの入口管14を接続する。図15に示すように、共振器ユニットの出口管(15)は外部燃焼機関(スターリングエンジン)(200)に接続され、外部燃焼機関(スターリングエンジン)(200)の流出パイプは触媒式排気ガス浄化装置(120)に接続されている。
開裂CO2分子のO2分が内燃機関(100)の空気取入口(305)に再導入されないときの本発明による開プロセスを図15に示す。代わりに、共振器ユニットを出た排ガスは、触媒式排気ガス浄化装置(120)に導入される。共振器ユニットは外部燃焼機関(スターリングエンジン)(200)によって作動し、CO2放出は減少するが、燃料消費は増加しない。
本発明のさらに好ましい使用を図16に示す。ここで、図16に示すように、共振器ユニットの入口管(14)は、内燃機関(100)の排気CO2ガスを開裂させるために緩衝装置(101)に接続され、共振器ユニットの出口管(15)は触媒式排気ガス浄化装置(120)に接続されている。これは、共振器ユニットを使用して排ガスのCO2分を開裂させる最も単純な例である。
本発明のこの形態においては、内燃機関(100)の排ガスは、共振器ユニット中で開裂する。次いで、それらは、触媒式排気ガス浄化装置(120)を通り、環境に放出される。これらのプロセスはいくつかの方法によって開始することができ、図7に示した装置では、本発明者らは音響共振器(10)中でプラズマを発生させる。次いで、炭素微粒子を入口管(14)に通して音響共振器に供給すると、プラズマは大きな音を出して振動する。
炭素微粒子の導入後、所与の使用圧力において定常状態温度に達するまで最適周波数を同調しなければならない。同じプロセスは、図9に示す容量励起プラズマにおいても維持することができる。空気も適切であるので、不活性ガスの使用は不要である。炭素微粒子は燃焼しないが、より小さい粒子に崩壊する。
より高い周波数および圧力では、マイクロ波プラズマ励起において、電磁空洞共振器(30)の定在波の最大場値(field value)が存在するときに、約0.5グラムの炭素微粒子を本発明による音響共振器(10)に導入することができる。
しかし、細いグラファイト棒をこの位置に挿入することによって微粒子プラズマを生成させることができ、いくらかのスパーク後、プラズマ振動が始まる。図1および図2に示した微粒子プラズマは、グロー放電またはアーク放電のDC電流によって生成するが、実際の適用例はない。その場合、微粒子の周囲のプラズマ成分は図5で示される。
しかし、本発明者らのプロセスにおいては、図3および図4による振動が存在する。
図7は、音響共振器(10)中のイオン音響振動の定在波における巨視的圧力分布を示す。
その場合、プラズマは図6に示す特徴を有する。コンプレックスプラズマ中の微粒子は、典型的にはナノメートル領域において、各々数百万の原子を含むクラスターからなり得る。
ナノ粒子の材料組成、サイズおよび形状並びに効率的製造は、実施において重要である。大部分の金属は通常において低温で溶融するため、クラスターを形成することができず、高融点のものは酸素含有プラズマ中で急速に酸化するので、実際にはわずかな材料組成しか存在しない。
本発明のプロセスにおいて、本発明者らは、炭素またはC+Siカルボシリカート混合物をナノ微粒子の材料として使用する。炭素の利点は、4,500℃でも蒸発せず、溶融した形で残ることである。
別の利点は、特に(空気中の)反応性プラズマにおいて、それ自体またはSiと一緒に容易にクラスターを形成し、燃焼しないことである。コンプレックスプラズマの構造は、規則的、格子状、または規則的境界を有する多結晶、または限定的な分体積を満たす流体状とすることができ、ガス状とすることもできることは明白である。
したがって、コンプレックスプラズマは、実際に極めて有用であるが、通常のプラズマには存在しない独特な異質の特徴を有する。
本発明による想定されるCO2開裂メカニズムの例
図5においては、炭素ナノ微粒子(1)と一価電離または二価電離陽イオン(2)CO2分子との、さらに中性CO2分子(22)との衝突を示す。
中性CO2分子は、3つの理由で分解することができる。
第1に、陽イオンは、ナノ微粒子(1)の電場(4)中で加速しながら中性CO2分子(22)と衝突しているからである。
第2に、反応は高速衝突に基づいたCO2 ++CO2→2C+O2+O2 +であり得るからである。
第3に、熱振動に基づいた解離だからである。
C=C二重鎖または複数の鎖の電離プロセスが存在し得る。中性CO2分子が互いにまたは高温微粒子と衝突する別のプロセスにおいては、酸素と炭素の数eV電位の結合は開裂する可能性がある。分解分子の各成分は、粒子表面から電子を吸収することがある。
したがって、酸素は再結合して表面を離れる可能性があり、炭素はより長いまたは短い通常の鎖を形成することがある。
微粒子の音響振動中、特に高周波共鳴において、衝突エネルギーは、CO2分子のCとO原子などの任意の分子の化学結合を切断するのに十分な大きさであり得る。窒素分子および原子は図5に示されていないが、それらは衝突中に電離し、NOおよびNO2分子が形成することがある。
図7においては、微粒子プラズマ音響共鳴が発生する円柱状の音響共振器を示す。定在圧力波は示されているが、低調波および高調波は簡単にするために示されていない。
音響共振器(10)においては、圧力差が生じ、それによってガスが入口管(14)と出口管(15)の間を流れる。これは、少なくとも2つの異なる振動周波数を生じるが、その合計および差も高調波として出現する。最後に、図6においては、ナノ微粒子(1)は周囲の励起場(25)中に示され、陽イオンおよびより小さい陽子(23)はO+のようにその表面に示されている。
簡単にするために、3つの外部電場、すなわち外部電磁場、赤外場の電気成分、および振動中のプラズマ密度の非平衡に基づく電場を追加し、励起場(25)として示した。
励起場(25)は、ナノ微粒子(1)に対して分極効果を有する。したがって、電子(3)の雲は、もはや均一に分布しない。この分極のために、推定1011V/cmの電場勾配がナノ微粒子(1)の極間に形成される。この巨大な励起場は、WidomおよびLassenによって予測されたように、反応e-+p+=n+νを惹起するのに十分である。こうして生成された超低温低速中性子は、前述したいくつかのエネルギー生成核反応に関与することができる。
本発明者らの経験によれば、分子結合は、入口出力密度が適切な場合、音響共振器(10)を通る定常流において高温で不可逆的に切断される。
本発明者らは、圧力1バール、温度20℃、入力1kWhでCO2 3.4kgを切断することができた。小型の500cm3 Polski Fiatエンジンの排ガスは入力500Wで開裂し、排気CO2は2%を超えず、COレベルは許容値内であった。
各場合において、エネルギー利得率は有用値10を超えた。これらの結果の技術的使用、すなわちナノサイズの微粒子による電場増幅を使用すること、および電弱相互作用に基づくその結果としての核反応は、本発明の対象である。
本発明者らはプラズマ中の別の相互作用を除外することはできないが、これは妥当な物理的メカニズムである。最大圧力位置(11b)における定在圧力波のピーク値のように、プラズマプロセスの計算は、まだ不確かである。しかし、それは実用化を妨げるものではない。
本発明者らのプロセスにおいて、本発明者らは既存のプラズマに炭素微粒子を添加し、入力を削減する。または本発明者らは、高電場強度の定在波が存在し、それが装置を加熱する場所に炭素微粒子が配置されるようにして、装置を強熱する。
次いで複数の高振幅共鳴ピークを有し、それに少量の水素同位体を添加する、微粒子プラズマが音響共振器中に形成される。本発明者らの仮定によれば、核エネルギーを生成するLarsen−Widom型プロセスは、微粒子表面で起こる。
本発明者らの音響共振器においては、プラズマの体積は、周囲圧力および温度並びに700〜1000W電力の入力で約500cm3である。同じ量のプラズマの場合、Sullivan等の実験においてはマイクロ波吸収効率が振動微粒子プラズマの非存在下では低いので、約70KWの電気エネルギー入力が必要である。
本発明者らのプロセスの技術的利点は、核プロセスによって放出されるエネルギーが入力電気エネルギーを増大させることである。
入力エネルギーの一部を使用して、分子結合を切断し(プラズマ化学反応)、これまで使用された他のプラズマプロセスに比べて廃熱に変わるエネルギーが少ない。
炭素を用いた共鳴コンプレックスプラズマは、種々の形状および圧力で形成することができるが、どんな技術的パラメータでも形成されるわけではない。同じプロセスパラメータが別の機械で確実に起こるようにプロセスを一義的に特徴づける単一のパラメータはない。
この微粒子プラズマは非線形であり、自己組織化するので、無秩序なプロセスも存在する。したがって、プラズマは、一つの状態から別の状態に不規則にジャンプする。
1セットのパラメータで作動する機械が存在するとき、それは常に効果を再現するが、形状、励起電磁放射の周波数、もしくは音響周波数が変化すると、または圧力が変化すると、プラズマが消滅することがある。
本発明者らは、CO2分解の場合のいくつかの技術的使用を例として述べる。この記述は、すべての可能な適用例の正確な形態およびサイズに至るまで詳細なものではない。恐らく、数百の異なる機械を設計することができる。
内燃機関は、数立方メートルから数メートルのサイズでそのサイズにすき間なく連続的に製造することができるが、これは本発明者らの場合には当てはまらない。装置が効率的に作動する範囲内の「パラメータのクラスター」しか存在せず、可能なサイズ範囲がかなり減少する。
本発明によるプロセスおよび装置を説明するために、CO2サーマライザー装置の構成を例として示す。微粒子プラズマの好ましい諸性質は、微粒子表面の電場、およびプラズマ共鳴振動の大きい振幅に基づく。この効果の技術的適用例を図8〜図10に示す。
プラズマ状態は、図8において、共鳴並列回路、集中定数回路を用いて、周波数200MHzまで励起される。このプロセスは、数百パスカルの圧力で強熱することができる。次いで、定常状態温度に達した後、圧力を増加させることができる。電源(40)は、配線(41)を介して振動子(12)を駆動し、振動子は、半導体または電子管を用いて組み立てることができる。
振動子(12)は、エネルギーをプラズマに結びつけるソレノイド(13)を振動磁場により駆動する。並列共振回路は、電流共振によってうまく作動する。コンデンサ(19)は、振動電気エネルギーを貯蔵するにすぎない。音響共振器(10)は、電気絶縁耐熱材料でできている。円柱状の音響共振器は、この適用例にとって適切な形態である。
誘導プラズマ加熱は、最高1〜2m3の体積でも有利であり得る。その場合、プラズマをアーク放電によって予熱することが好ましい。
図9に示した直列共振回路は、容量プラズマ励起が最も有利である。このプロセスの欠点は、大気圧において、励起場が電荷遮へいのために縮小されるので、環状の第1電極(16a)と第2電極(16b)の距離が約1〜5mmであることである。
単純な絶縁体をこの限界を超えて使用することはできないので、振動子電圧が20〜30kVを超える価値はない。したがって、音響共振器(10)は短い。少数の最大圧力位置(11b)が存在するにすぎない。この効果を開始するために、音響共振器(10)をアーク放電またはグロー放電で予熱することが役立つ。このシステムは、数百cm3、および数トールの初期圧力で有用であり得る。
少量のCO2を熱運動化するために、図10に示すようにマイクロ波駆動装置が必要である。この方法の欠点は、同じ空洞が、通常、電磁空洞共振器と音響共振器の両方に適切であるわけではないことである。
したがって、電磁空洞共振器(30)は、音響共振器(10)と必ずしも同じ形状ではない。電磁空洞共振器は、銀、銅などの高導電率金属でできていることが重要であるが、これらの材料は低融点であり、腐食を受けやすい。モリブデンはより望ましいが、やはり腐食を受けやすい。したがって、ステンレス鋼が良好な妥協案である。
音響共振器(10)は、石英のような電気絶縁材または耐熱セラミック化合物でできているべきである。音響共鳴のために、機械的応力が存在する。これは、少なくとも1〜2mmの壁厚が音響共振器(10)に必要であることを意味する。通常のホウケイ酸ガラスは、融点が低いので音響共振器(10)には不向きである。
プラズマ自体が伝導性であるので、電磁空洞共振器(30)は、伝達技術の常法によって設計することはできない。インピーダンス変成器として役立つ、マイクロ波振動子(12)と電磁空洞共振器(30)間の導波路(17)を設計することは困難である。
マイクロ波導波路は考案されているが、本発明者らの場合においては、伝達技術において知られている直接の方法で設計することはできない。
その他の点では、導波路(17)および電磁空洞共振器(30)の適切な設計は専門家によく知られている。
横方向の電磁波のための電磁空洞共振器(30)は、矩形状、円柱状または球状で設計することができる。後者は、その表面に適切な観察窓を設けることが困難であり、球状の電磁空洞共振器を作製することはより高価であるとの欠点がある。
音響共振器(10)は、電磁空洞共振器(30)内の定常電波の強度が最高である場所に設置しなければならない。
本発明による適切な構成を図11に示す。
それは、開口を備えた球状の音響共振器(10)を特徴とする。こうして、ヘルムホルツ共鳴器は、入口同調開口(21)も音響周波数に影響を及ぼす場所である。分解される材料は、コンプレックスプラズマが形成されるのに必要であるナノ微粒子(1)と一緒に入口同調開口(21)を通って流入する。音響共振器は、振幅を最大にするためにできるだけ球状にすることが重要である。
音響共振器(10)は、電磁定在波の最大振幅が電磁空洞共振器(30)内のその幾何的中心以外のどこかであるので、電磁空洞共振器(30)の底部に置くことはできない。絶縁台(18)は、振動の減衰を最小にして音響振動の振幅が減少しないように硬質材料でできているべきである。
球状の音響共振器の直径は5〜15cmに維持される。直径が大きいほど、マイクロ波は、通常の1kW電力レベルでプラズマにより深く侵入することができなくなる。したがって、プラズマの中央部を励起させることができない。直径を小さくすることは、体積が小さくなるので適切でない。音響共振器は、石英またはセラミックでできている。
熱運動化されるガス、すなわちCO2の速度が速すぎる場合、プラズマは音響共振器(10)から流出する。したがって、プロセス効率が低下し、電磁空洞共振器(30)が溶融する。(本発明の例として)図11の構成は、周波数範囲2〜5GHzにおける連続運転のためにマグネトロンを用いて運転される。
より高い周波数においては、進行波管、ジラトロン(giratron)などの別の振動子を使用することができるが、より高い電力ではそれらは効率がはるかに低い。2GHzを超える電磁波は、予熱の必要がないので使用することができる。
製造がより困難ではあるが、球状の音響共振器(10)は、その相対体積が小さくなるため、円柱状の音響共振器(10)よりも適切である。
出口同調開口(20)および入口同調開口(21)の設計は、通常の線形音響媒体規則に従うことができない。開口(20、21、32)または更なる円柱状開口の長さおよび直径は、微粒子プラズマ音響振動の数および振幅に影響を及ぼす。
音響共振器(10)の球状または円柱状の体積はスプリングであり、コンプレックスプラズマはスプリングとして非線形である。本発明者らのシステムは極めて非線形であり、したがってシステムは狭いパラメータセット内でのみ効率的に作動する。
電磁空洞共振器(30)は、その形状にかかわらず、研磨された鏡面状の内表面を有するべきである。これは、振動プラズマの赤外線、可視光線および紫外線を反射するのに必要であり、その結果、ナノサイズの微粒子(1)が再放射され、システムの効率を改善する。
透明ガラス管(29)は、同じ理由で必要である。運転中、それは音響共振器(10)の断熱材として役立ち、その結果、熱損失が少ない。したがって、プラズマを維持するのに必要なエネルギー入力が少ない。
出口同調開口(20)および入口同調開口(21)を通って音響共振器(10)から出た反応性イオンは、電磁空洞共振器(30)の研磨された内表面を腐食しない。
熱化中の最も重要なパラメータは以下の通りである。
振動子(12)の電力入力(運転中に調節可能)、プラズマが音響共振器(10)から流出しないガス(例としてCO2)入口質量流束、装置内圧力、ナノ微粒子の密度、およびシステム中の水素同位体量。
図11に示したパラメータに従って作動するが、音響共振器(10)と電磁空洞共振器(30)の両方が球状である、システムの構成を図12に示す。
電磁空洞共振器(30)の内表面(31)も鏡面である。この精細な内表面は、その内表面(31)を保護する球状石英層(透明な耐熱ガラス)(33)によって包囲されている。
入口管(14)および出口管(15)は、電磁空洞共振器(30)の金属製の壁を貫通して、熱運動化されるCO2またはH2Oガスを流入および流出させる。圧力約1バールにおける強熱および作動温度は、音響共振器(10)内で約2,000℃である。
周波数数MHzおよび数100Paで運転される、本発明を利用する別の適切な方法を図13に示す。
高電場強度が内部電極(50)と外部電極(51)の間で得られるので、容量性の運転が極めて適切である。(簡単にするために、ガス入口管および真空ポンプ出口は示されていない)。
この構成の顕著な特徴は、10MHz未満で運転すべきである「Avramenkoプラグ」である。配線(81)は、コンデンサ(83)および負荷装置(84)に連結された「半Graetz」接続としてダイオード(82)に接続されている。
プラズマが振動し、過剰の熱エネルギーが発生すると、高振幅振動が外部電極(電機子)(51)上で検出される。それらは、低周波「Avramenkoプラグ」によって、かつフェライト磁心または空心変成器を含む振動回路を用いて、捕獲される。簡単にするために振動回路は1つのみ示されている。
一次コイル(59)の一方側の端部は外部電極(51)の振動エネルギーを吸収し、他方側の端部は地電位(57)に接続されている。二次コイル(58)は同調回路の同調コンデンサ(56)に接続され、この回路は負荷装置(84)を有する。
本発明の一形態の構成を図13に示す。その周波数は、同調コンデンサ(56)によって調節される。内部電極(50)の電位は配線によって設定され、電気絶縁体(52)を介して伝導され、それはその位置を機械的に確保する。
このシステムは、数百度で作動し得るので、組立ておよび運転が簡単である。それは、図11および図12に示したものよりも単位体積当たりの出力が低い。圧力は、本発明者らが内部電極(50)と外部電極(51)の間の定在波数を最大にするように設定すべきである。
熱の大部分は定在波の頂上(11a)で生成される。というのは、(図7に示す)ナノ微粒子(1)間の電場勾配とその分極が最大であるからである。定在波の四分の一波長内の「高温」および「低温」位置が存在する。低温位置は最大圧力位置(11b)であり、そこの圧力および電場勾配はゼロである。これは、低開口設定の高速カメラを用いて可視化することができる。
異なる周波数および電力に対してマグネトロンおよびジラトロンのような種々のマイクロ波振動子が存在するが、マグネトロンがより実用的である。電力は変換され、電源(40)から配線(41)を介して振動子(12)および導波路(17)に輸送されるが、電力損失を最小化するために慎重なインピーダンス整合が必要である(これはだれもが利用できるノウハウである)。
本発明者らは、振動コンプレックスプラズマがCO2のような分子の熱化に適切であることを発見した。これは、高振幅プラズマ振動を用いると、ある周波数がCO2分子の回転および並進周波数に近づくので可能である。ナノ微粒子(1)の電場においては、CO2分子の陽イオン(2)が加速され、その結果として酸素原子が分子から分解する。
このプロセスは、炭素原子が配列してクラスターになり、炭素微粒子を形成し、プロセスの最後に収集される傾向があるので、主に不可逆的である。ナノ微粒子(1)の存在を維持することが重要である。
1 ナノ微粒子(微粒子)
2 陽イオン
3 自由電子(電子)
4 電場
10 音響共振器
11a 頂上
11b 最大圧力位置
12 マイクロ波振動子(振動子)
13 ソレノイド
14 入口管
15 出口管
16a 第1電極
16b 第2電極
17 導波路
18 絶縁台
19 コンデンサ
20 出口同調開口
21 入口同調開口
22 中性CO2分子(中性分子)
23 陽子
25 外部励起場(励起場)
26 空間電荷
29 透明ガラス管
30 電磁空洞共振器
31 内表面
32 同調開口
33 耐熱ガラス
40 電源
41 配線
50 内部電極
51 外部電極(電機子)
52 電気絶縁体
54 二次コイル
55 一次コイル
56 同調コンデンサ
57 地電位
58 二次コイル
59 一次コイル
81 配線
82 ダイオード
83 コンデンサ
84 負荷装置
100 内燃機関
101 緩衝装置
110 発電機
111 蓄電池
120 触媒式排気ガス浄化装置
200 外部燃焼機関(スターリングエンジン)
300 熱交換器
301 排水管
303 ボンベ
304 減圧装置
305 空気取入口

Claims (10)

  1. 共鳴ナノ微粒子プラズマを用いた再生可能エネルギー生成プロセスであって、
    前記再生可能エネルギー生成プロセスは、
    電磁空洞共振器、前記電磁空洞共振器内に置かれて共振器ユニットを形成する音響共振器と、前記共振器ユニットによって生ずる音響共鳴と、を応用し、
    前記音響共鳴は、
    質量比1%未満の水素同位体と好ましくはこれに空気を加えた混合物、または質量比1%未満の水素同位体と好ましくはこれに1%水素とヘリウムを加えた混合物、のいずれかと、
    100ナノメートル程度および全炭素質量0.5g未満のサブミクロンサイズ炭素微粒子と、から、
    周波数スペクトル5Hz〜5GHz、1,000℃〜3,000℃および平均2,000℃の温度で120dBを超えて生成され、
    外部励起場の出力密度が2,000W/dm3未満であり、電磁波が電磁空洞共振器の内表面で反射され、それによって炭素微粒子の表面に振動を生じて電場増幅を起こし、
    こうして10kHz〜5GHzおよびTHz(テラヘルツ)範囲で振動するプラズモンポラリトンを用いたエネルギー生成および核変換プロセスを生じ、熱または電気エネルギーを生成すること、もしくは核変換を生ずることを特徴とする再生可能エネルギー生成プロセス。
  2. 電磁波によって励起される電磁空洞共振器および音響共振器から構築される再生可能熱発生装置であって、
    ナノサイズ微粒子が、鏡面状の内表面を有する矩形状または円柱状の電磁空洞共振器に特定の周波数で振動し、
    前記電磁空洞共振器中に電気絶縁耐熱性材料で製作された音響共振器が置かれ、
    前記音響共振器は円柱状であり、少なくとも1つの同調開口を入口側と出口側の各々に有するとともに絶縁脚上に載置され、
    さらに前記音響共振器が、
    1GHzを超える周波数で電磁波を生成する振動子に接続された導波路を介して、前記音響共振器を大気圧以上で少なくとも平均温度2,000℃に加熱できるように透明な断熱管に納められることを特徴とする再生可能熱発生装置。
  3. 電磁場によって励起される電磁空洞共振器およびいくつかの音響共鳴を有する音響共振器によって形成され、共鳴プラズマがナノサイズ微粒子を含む再生可能熱発生装置であって、
    球状の電磁空洞共振器が球状の音響共振器を包囲し、
    前記電磁空洞共振器が、透明耐熱ガラスで覆われた鏡面状の内表面を有し、
    前記音響共振器が、耐熱セラミック材料から成るとともに少なくとも1つの同調開口を入口側と出口側の各々に有し、さらに絶縁脚上に載置され、大気圧以上で少なくとも平均温度2,000℃で運転されることを特徴とする再生可能熱発生装置。
  4. 同心球状の内部電極および外部電極における共鳴微粒子プラズマにより作動し、それによって前記内部電極が電力供給装置に接続され、前記外部電極が負荷装置に接続され、
    入力電力が、電源,振動子,一次コイル,二次コイルによって供給され、
    前記負荷装置が、振動回路を介して前記外部電極に接続された再生可能電気エネルギー生成装置であって、
    前記内部電極が、
    数kHz〜数MHzの振動周波数で作動する炭素またはカルボシリカートから成り、二次側変成器の一方側の端部に接続され、前記二次側変成器の他方側の端部は接地され、さらに前記外部電極から絶縁されており、
    前記外部電極が、
    球状であり、電気絶縁耐熱層で覆われた鏡面状の内表面を備え、
    さらに前記再生可能電気エネルギー生成装置が、
    約20Paで作動し、最高温度500℃で適切に運転され、さらに前記外部電極が同調振動回路に単線を介して接続されていることを特徴とする再生可能電気エネルギー生成装置。
  5. 集中定数を有し、振動子および共振回路を備え、微粒子を有する音響共振器を含むエネルギー生成装置であって、
    最高10MHz周波数の石英またはパイレックス(登録商標)製の円柱状または球状の音響共振器が、共鳴振動回路を用いるかまた別の構成により、振動容量または誘導駆動プラズマに連結され、
    それによって前記音響共振器が、導波路を介して駆動された電磁空洞共振器内で駆動されることを特徴とするエネルギー生成装置。
  6. 前記電磁空洞共振器が、前記電磁空洞共振器内の音響共鳴ピークの最大数の微同調を可能にする、長さおよび直径の調節が可能な入口管を有することを特徴とする請求項2、3、5のいずれかに記載の装置。
  7. 制御された様式で添加された重水素、リチウムおよびホウ素を用いて、並びに音響周波数の同調によって、核変換の品質に影響を及ぼす請求項2または3に記載の再生可能熱発生装置を、直列に配置したことを特徴とする請求項1に記載の再生可能エネルギー生成プロセス。
  8. 共振器ユニットの入口管が、内燃機関につなげられた緩衝装置の排気管に接続され、
    排ガスが、ナノサイズ炭素微粒子およびガスに熱運動化される前記共振器ユニットに導入され、
    さらに、前記ナノサイズ炭素微粒子が前記共振器ユニットの出口管を介して除去され、
    前記出口管から出た高温ガスが、スターリングエンジンに導入され、次いで熱交換器に導入され、水が部分的に凝縮されて前記熱交換器の管を介して除去され、
    残りのガスが、前記内燃機関の空気取入口に再導入される閉循環回路であることを特徴とする請求項1に記載の再生可能エネルギー生成プロセス。
  9. 共振器ユニットが、流出CO2ガスを熱運動化するために内燃機関につなげられた緩衝装置の排気管に接続され、
    前記共振器ユニットの出口管が外部燃焼機関に接続され、
    前記外部燃焼機関に触媒式排気ガス浄化装置が接続されることを特徴とする請求項2に記載の再生可能熱発生装置。
  10. 共振器ユニットが、流出CO2ガスを熱運動化するために内燃機関につなげられた緩衝装置の排気管に接続され、
    前記共振器ユニットの出口管が、触媒式排気ガス浄化装置に接続されることを特徴とする請求項2に記載の再生可能熱発生装置。
JP2014509845A 2011-05-11 2012-05-07 共鳴ナノ微粒子プラズマを用いた装置、電磁空洞共振器および音響共振器を用いた再生可能エネルギー生成プロセス Pending JP2014522480A (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
HUP1100247 2011-05-11
HU1100247A HUP1100247A2 (en) 2011-05-11 2011-05-11 Method and device for renewable energy producting with resonant nano powdering plasma
PCT/HU2012/000034 WO2012153156A2 (en) 2011-05-11 2012-05-07 Renewable energy production process with a device featuring resonant nano-dust plasma, a cavity resonator and an acoustic resonator

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2014522480A true JP2014522480A (ja) 2014-09-04

Family

ID=89990281

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2014509845A Pending JP2014522480A (ja) 2011-05-11 2012-05-07 共鳴ナノ微粒子プラズマを用いた装置、電磁空洞共振器および音響共振器を用いた再生可能エネルギー生成プロセス

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20140126679A1 (ja)
EP (1) EP2707880A4 (ja)
JP (1) JP2014522480A (ja)
HU (1) HUP1100247A2 (ja)
WO (1) WO2012153156A2 (ja)

Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20150380113A1 (en) 2014-06-27 2015-12-31 Nonlinear Ion Dynamics Llc Methods, devices and systems for fusion reactions
US10515726B2 (en) 2013-03-11 2019-12-24 Alpha Ring International, Ltd. Reducing the coulombic barrier to interacting reactants
US20190057782A1 (en) * 2013-03-11 2019-02-21 Alpha Ring International, Ltd. Direct energy conversion - applied electric field
US20160059265A1 (en) 2014-08-28 2016-03-03 Jeju National University Industry-Academic Cooperation Foundation Use of pulsed thermal radiation and nano-particles for the effective generation of sound waves in khz range
CA2916875C (en) 2015-01-08 2021-01-05 Alfred Y. Wong Conversion of natural gas to liquid form using a rotation/separation system in a chemical reactor
WO2016138068A1 (en) * 2015-02-24 2016-09-01 The Trustees Of Princeton University System and method for small, clean, steady-state fusion reactors
CN105137046B (zh) * 2015-08-21 2017-04-12 许继集团有限公司 变压器油中微水检测装置及安装有该检测装置的变压器
CN105674321A (zh) * 2016-03-24 2016-06-15 广州市创博环保科技有限公司 一种磁悬纳米等离子体节能环保装置
US10264661B2 (en) * 2017-08-03 2019-04-16 Google Inc. Target structure for enhanced electron screening
US10566094B2 (en) 2017-08-03 2020-02-18 Google Inc. Enhanced electron screening through plasmon oscillations
WO2019102485A1 (en) * 2017-11-21 2019-05-31 Vijay Kumar Dr Rajah Dissociative gravitoradiophysical transmutation of elements and apparatus therefor
US20220068509A1 (en) * 2018-05-09 2022-03-03 Alpha Ring International Ltd. Electron and ion cyclotron resonance enabled fusion reactors
CN111120235B (zh) * 2019-12-24 2022-03-18 兰州空间技术物理研究所 一种基于涡轮增压的吸气式电推进装置
CN114000937B (zh) * 2021-10-29 2023-03-24 潍柴动力股份有限公司 尿素结晶自动识别清理装置及其控制方法
CN114945238B (zh) * 2022-03-30 2023-06-16 核工业西南物理研究院 一种多功能太赫兹集成诊断系统

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005530184A (ja) * 2002-08-14 2005-10-06 プロトン21 カンパニー リミテッド 物質の衝撃圧縮方法及び装置ならびにそのプラズマ陰極

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
IT1282858B1 (it) * 1994-01-27 1998-04-01 Francesco Piantelli Termofusore generatore di energia a effetto fasec: fusione anarmonica stimolata con emissione di calore.
RU2101745C1 (ru) * 1996-05-21 1998-01-10 Давид Абрамович Цырульников Способ преобразования энергии электромагнитного излучения оптического или более низкочастотного диапазона в энергию волновых возбуждений нелинейной среды
US7893414B2 (en) * 2005-09-09 2011-02-22 Lattice Energy Llc Apparatus and method for absorption of incident gamma radiation and its conversion to outgoing radiation at less penetrating, lower energies and frequencies
IT1392217B1 (it) * 2008-11-24 2012-02-22 Ghidini Metodo per produrre energia e generatore che attua tale metodo
WO2010128877A1 (ru) * 2009-05-05 2010-11-11 Matveev Vladimir Anatolevich Устройство для получения энергии из дымовых газов

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005530184A (ja) * 2002-08-14 2005-10-06 プロトン21 カンパニー リミテッド 物質の衝撃圧縮方法及び装置ならびにそのプラズマ陰極

Also Published As

Publication number Publication date
US20140126679A1 (en) 2014-05-08
HUP1100247A2 (en) 2012-11-28
EP2707880A2 (en) 2014-03-19
EP2707880A4 (en) 2014-12-03
WO2012153156A2 (en) 2012-11-15
WO2012153156A3 (en) 2013-01-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2014522480A (ja) 共鳴ナノ微粒子プラズマを用いた装置、電磁空洞共振器および音響共振器を用いた再生可能エネルギー生成プロセス
US11462334B2 (en) Direct energy conversion assembly for nuclear fusion systems
JP7327881B2 (ja) 核融合反応方法、機器、及びシステム
US10255998B2 (en) Rotating high-density fusion reactor for aneutronic and neutronic fusion
JP2008275598A (ja) マイクロ波パワーセル、化学反応炉、及びパワー変換装置
JP2005504956A5 (ja)
US20070002996A1 (en) Tabletop nuclear fusion generator
Mulser et al. Fast ignition of fusion pellets with superintense lasers: Concepts, problems, and prospectives
CN111479375B (zh) 一种表面耦合诱导电离技术及其对应的等离子体与等离子体器件
EP1642301A2 (en) Fusion apparatus and methods
Hu et al. Enhanced surface acceleration of fast electrons by using subwavelength grating targets
CN107533867A (zh) 用于产生能量的方法以及相关的装置
Zou et al. Efficient generation of∼ 100 MeV ions from ultrashort∼ 1021 W cm− 2 laser pulse interaction with a waveguide target
US20190259503A1 (en) Method and apparatus for energy conversion
Tiwari et al. Laser third-harmonic generation in clustered plasmas
Egely Nano Dust Fusion
JP3826162B2 (ja) 核スピンの量子状態の遷移に伴う加熱方法
Deutsch et al. Mitigation of electromagnetic instabilities in fast ignition scenario
RU2408418C2 (ru) Газовый реактор
Jie et al. Determination of 915-MHz atmospheric pressure air microwave plasma torch (MPT) parameters
IT202100013250A1 (it) Processo per la separazione delle molecole dell'acqua in idrogeno e ossigeno e metodo per immagazzinamento e conservazione del gas idrogeno su strati nanostrutturati ad elevata attivita' catalitica su superfici metalliche quali zinco, nichel, palladio e loro leghe e procedimento per ottenerli.
Salimullah et al. Stimulated Brillouin and Raman scattering of laser radiation at the upper hybrid frequency in a hot, collisionless, magnetized plasma
TW201946870A (zh) 氦氣發生器
Kukushkin et al. On the plasma-focus-produced spheromak for the D-/sup 3/He-fusion-based jet propulsion
Lei et al. Fast Ignition Impact Fusion with DT methane

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20131224

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20140325

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20150330

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20150330

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20160105

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20160405

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20160802