KR101168800B1 - 탄소 없는 물의 해리 및 수소 관련 전력의 생산 - Google Patents

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존 더블유. 에반스
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에바코 , 엘엘씨.
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Abstract

물을 수소 원소 및 산소 원소로 해리하기 위한 플라즈마 필드를 생성하는 장치가 제공된다. 수소 원소는 전력을 생산하는데 직접 이용될 수 있거나, 또는 에너지원 혹은 상품으로서 저장될 수 있다. 본 발명의 장치는 현장에서 수소 원소를 생산하기 위한 현장 소스로서 제공될 수 있다. 또한, 이러한 장치는 네트 포지티브 에너지 출력을 만들 수 있다.

Description

탄소 없는 물의 해리 및 수소 관련 전력의 생산 {CARBON FREE DISSOCIATION OF WATER AND PRODUCTION OF HYDROGEN RELATED POWER}
우선권 주장
본 출원은, 2007년 7월 6일에 출원된, 미국 가출원 제 60/929,643호의 우선권을 주장하며, 이의 전체 내용은 본원에 참조로서 통합되어 있다.
기술 분야
본 발명은, 일 측면에 있어서, 물을 수소 원소(elemental hydrogen) 및 산소 원소(elemental oxygen)로 해리하기 위한 3차원 플라즈마 필드(volumetric plasma field)를 생성하는 장치에 관한 것이다. 일 측면에 있어서, 본 발명은, 물을 해리하여 수소 원소 및 산소 원소를 생성하는 방법에 관한 것이다. 또 다른 측면에 있어서, 본 발명은 플라즈마 필드에서 생성된 수소로부터의 에너지의 생산에 관한 것이다.
배경기술
지난 수십 년 동안, 수소는 에너지의 공급원으로서 큰 모멘텀을 얻고 있다. 많은 시간 동안, 수소는 미래 재생가능한, 오염이 없는 에너지 공급원을 위한, 훌륭한 공급원으로서 여겨지고 있다. 에너지를 생산하기 위해 그리고 운송 수단을 위해 사용된 석유는 점점 비싸지고 있다. 예를 들어, 미국은 매년, 외국으로부터 석유 수입을 위해, 수천억 달러를 지불하고 있다.
수소는 무색, 무취, 무미 및 무독성이며, 이는 오늘날 일반적으로 사용되는 모든 연료와 상이한 점이다. 수소는, 물 및 약간의 열 만이 배출되는, 연료 전지를 구동하는데 사용되는 바람직한 연료이다. 유사하게는, 수소가 내연기관에서 연소되는 경우에, 단지 생성되는 배출물은 물 및 열이다. 추가로, 수소는, 대형 전력 생산 설비, 뿐만 아니라 대부분의 다른 탄화수소에 기초한 에너지 시스템에서, 탄화수소에 기초한 연료를 대체하는데 사용되는 바람직한 연료이다.
수소는 원소이며, 우주에서 가장 풍부한 원소이다. 수소는 물에 존재하고 생명체 내에서 기타 다른 형태로 발견된다. 또한, 단지 하나의 양자 및 하나의 전자만을 가지는, 가장 간단하고, 가장 가벼운 원소이다. 수소가 우리 주위에 존재하지만, 이의 부동성 또는 원소적 형태에 의해 거의 발견되지 않는다. 수소는 다른 원소와 결합하여 물, 설탕, 탄화수소 및 탄수화물과 같은 일반적인 것들을 만든다.
약 95%의 수소 원자는, 정련 장치에서, 천연 가스의 "스팀 개질(steam reforming)"에 의해 생성된다. 불행하게도, 이 스팀 개질 공정은 비-재생 화석 연료를 사용하며 고 탄소 배출물을 포함하는 오염원을 생산한다. 그래서, 경제 발전 및 청정 에너지의 생산을 위한 오랜 기간 목표로서, 재생가능한 에너지 공급원, 예를 들어, 풍력 또는 태양력, 바이오매스(Biomass)(식물) 및 물로부터 수소를 생산하는 것은 바람직하다.
수소를 생산하기 위한 세 가지의 가장 바람직한 재생 에너지 공급원 중 두 개는 바이오매스와 물이다. 수소의 낮은 생산율 및 낮은 부피 수율을 가지는, 현재 알려진 공정을 사용하는 경우에, 어느 것도 매우 효과적이지 않다.
바이오매스(즉 식물 물질)는 재생 가능한 에너지 공급원이고 환경 친화적 방법으로 수소를 깨끗하게 생산하는 유기 공정을 사용한다. 미국의 대부분은 사탕무(sugar beet) 설비, 캐너리(canneries), 에탄올 및 바이오디젤 생산 설비를 포함하는, 풍부한 바이오매스 원천을 가지고 있다. 장기 시범 사업은 상기 유기 바이오매스 방법(효소, 촉매, 발효 및 조류의 사용)이, 장래에 수소를 생산하기 위해, 재활용 가능하게, 사용될 수 있음을 보여주고 있다. 설탕이 풍부한 폐기물은 대부분 수소를 생산하고, 초기 단계 생산 규모 시설들이, 5 내지 10년 내에 제한된 양의 수소를 생산할 수 있을 것으로, 여겨진다.
물은 "전해(electrolysis)" 공정을 활용하여 수소를 생산하는데 사용하기 위해 사용될 수 있다. 전해에 있어서, 수소는 전류를 물에 통과시켜 수소 및 산소의 해리를 유발함에 의해 생산된다. 그러나, 이 방법은 많은 양의 전기를 요구하고, 가장 일반적 공급원(즉, 석탄, 석유 또는 가스의 태움)을 사용하는 경우에, 적어도 약간의 오염원은 만들어진다. 풍력 또는 태양력에 의해 전기가 제공된다면, 이 수소는 오염원을 만들지 아니하면서, 실질적으로 생성된다. 불행하게도, 많은 양의 풍력 또는 태양력이 존재하지 않으며, 그래서 수소를 만드는데 가용될 수 있는 전력의 주된 공급원은 탄소에 기초한 배출물을 가지는 주로 화석 연료이다. 정부 및 산업의 목적은, 많은 양의 수소 및 수소 관련된 전원을 생산하는 더욱 효과적이고 더욱 낮은 오염 발생 시스템을 찾는 것이다.
현재 수소 생산 방법은, 수소 생산을 위한 제한된 용량 및 높은 비용 때문에, 에너지원으로서 수소의 임의의 의미 있는 사용을 제한한다. 에너지원으로서, 석탄, 연료유, 디젤유, 가솔린 및 천연 가스의 사용과 경쟁할 충분한 수소 생산 용량 또는 분배 시스템이 없다. 이 기술은, 화석 연료에 비해, 수소를 태우는 전기 설비, 가열 유닛, 및 산업 시설을 바꾸는데 쉽게 이용가능하지만, 수소의 제한된 이용가능성이 환경을 위한 그리고 국가의 석유의 에너지 의존성을 줄이기 위한 바람직한 상황에도 불구하고, 임의의 이러한 발전을 제한한다.
낮은 비용으로 수소 생산의 양 및 효능을 개선하는 답을 찾는다면, 자동차로부터 만들어지는 많은 오염을 포함하는, 많은 운송 문제가 감소되거나 제거될 수 있음은, 오랜 시간 인식되어 오고 있다. 수소 연료를 사용하도록, 오늘날의 내연 기관을 바꾸는 것은, 프로판 및 천연 가스가 자동차 구동을 위해 일반적으로 사용되는 것과 같이, 꽤 실현 가능성이 있다. 그러나, 수소에 편리한 접근은, 중요한 제한 요소이다. 수소를 화석 연료와 혼합하는 것은 또한, 독립적인 연소 시스템을 요구하지 않기 때문에, 초기 다음 단계인 것으로 생각되어 오고 있다. 수소의 화석 연료로의 첨가는 성능을 증가시킬 수 있고 오염을 줄일 수 있다. 그러나, 간단한 단계조차도, 제한된 용량 및 고 비용, 그리고 수소 생산 및 분배의 위험 때문에, 앞으로 나아가는 것이, 차단된다.
용량의 관점에서, 매년 현재 미국에서 생산되는 수소의 양은, 약 3일 동안, 단지 약 백만대의 수소로 구동되는 자동차를 구동하는데만 충분한 것으로, 보고된다. 충분한 양의 수소가 생산될 수 있을지라도, 수소의 운송 및 분배는 또한 이의 사용을 제한할 수 있다. 수소가 생산된 후에, 수소는 가스와 같이 압축되거나 액화 냉각(-253℃)되고 대형 실린더(heavy cylinder)에 저장되고, 그 다음에 사용 지점으로 운송되어야 한다. 수소의 압축, 저장 및 운송은, 최종 사용 지점으로 대량의 수소를 이동시키려고 시도를 할 때, 분배 시스템 내의 로그 잼(log jam), 안전 위험 및 비용을 실질적으로 만든다. 현재 이용될 수 있는 기술을 가지고, 수소의 사용이 증가되면서, 기반 시설, 생산 및 분배 시스템은 많이 증가될 필요가 있을 것이다. 대안적으로, 수소의 생산 효율을 크게 증가시키고 수소의 분배 방법을 단순화하는, 새로운 기술은 발견되어야 한다.
비용은, 임의의 수소 공정 및 특히 재생가능한 에너지에 기초한 수소 생산의 사용을 제한하는, 중요한 요소이다. 현재는, 화석 연료로부터 수소를 생산하는 것보다, 재생 가능한 에너지원으로부터 수소를 만드는 것이 더욱 많은 시간이 든다. 그리고, (에너지 아웃 베이시스 상에서(on an energy out basis)) 화석 연료로부터 수소를 만드는데 더욱 많은 시간이 든다. 수소를 만드는 비용은, (화석 연료에 비해), 재생 에너지원으로부터 수소를 생산함에 의해 환경적 효과를 개선하려는 산업적 시도로서, 미래에 끊임없이 상승(spiral upward)될 수 있다. 본 발명의 장치 및 방법의 주된 목적은, 화석 및 재생 에너지원 둘 모두에 비해, 수소 및 수소 관련된 동력을 생산하는 때에, 비용 및 생산되는 오염을 줄이는 것이다.
따라서, 효과적으로 그리고 경제적으로 수소를 생산하는 장치 및 방법이 바람직하며, 수소의 사용 지점에 가까이 수소를 생산하는 능력은 바람직하다. 또한 수소와 관련된 동력의 공급원을 제공하는 장치 및 방법이 바람직하다.
본 발명은 물의 해리에 의한 수소의 생산을 위한 장치 및 방법, 그리고 해리된 수소로부터 에너지를 생산하는 것에 관한 것이다. 본 발명은 높은 열 및 높은 에너지 플라즈마 존을 만들 수 있는 플라즈마 생성기를 이용한다. 플라즈마 생성기는 준비된 수소 소스를 제공하도록 원소 가스들로 물의 해리의 현장에서 이용될 수 있다. 플라즈마 생성기는 또한 수소 관련 전력을 생산하는데 이용될 수 있다. 플라즈마(즉, 물질의 4번째 상태) 환경을 이용함에 의해, 경계 없는 에너지(bound free energy)가 물 분자로부터 자유롭게될(liberated) 수 있다. 물의 해리는 평형에 따라 고온에서 진행되는 것으로 알려져 있다:
2H2O <-> 2H2 + O2
물(g)의 형성의 표준 깁스 자유 에너지(Gibbs Free Energy)는 -228.61킬로줄/몰이고, 이는 에너지가 해리의 효과를 나타내도록 시스템에 입력되어야 함을 나타낸다. 또한, 이는 온도가 더 높을수록 해리가 더 완벽하고 잔류 H2O가 남는 것이 덜함을 나타낸다.
본 발명의 장치 및 방법에서, 물의 해리는 매우 고온(일반적으로 9000℃ 초과)에서 그리고 플라즈마와 같은 물질의 4번째 상태인 분위기에서 일어난다. 이러한 고온 플라즈마 아크의 고유의 성질 때문에, 분자의 에너지 레벨은 새로운 에너지 상태로 변환될 수 있다. 플라즈마 아크로부터의 결과적인 생성물은 플라즈마 아크로 유입된 물의 매우 큰 퍼센티지의 해리로부터 초래된 수소 원소 및 산소 원소의 큰 양을 포함한다. 결과적인 수소 및 산소는 형성의 변경된 자유 에너지에서 존재한다. 수소 원소 및 산소 원소에 부가하여, 수증기 또는 비활성 가스와 같은 아크로의 주입의 인트레인먼트(entrainment)를 돕는데 이용되는 물질이 또한 생성물 흐름에 포함된다. 바람직하게, 아크로의 주입의 인트레인먼트를 돕는데 이용된 물질은 추가적인 프로세싱 없이 수소가 연료로서 이용되는 것을 가능하게 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 방법 및 장치는 밀리초에 해리의 반응이 일어나는 것을 가능하게 하는 환경에서 수소 원소 및 전력을 생산하기 위해 수소계 연료(물과 같은)를 이용한다. 또한, 바람직한 실시예에서, 전기는 부피측정의 프리 스탠딩 반응기(volumetric free standing reactor)를 확립하는데 이용된다. 이러한 장치 및 방법의 전체 혜택은 프로세스에서 소비된 전력에 대해 주입의 높은 처리량을 가능하게 한다. 순수 수득률(net yield)은 물 분자 내에서 로크된(locked) 에너지의 방출에 의해 출력 전력(BTU 베이시스 상에서)에서의 수득이다.
본 발명의 장치는 바람직하게 한 개의 캐소오드인 하나 이상의 캐소오드 및 하나 이상의 애노드를 일반적으로 포함한다. 일 실시예에서, 이러한 장치는 하나의 캐소오드 및 상기 캐소오드 주위에 동일한 간격으로 원형 패턴으로 배열된 3개의 애노드를 포함한다. 애노드는 캐소오드 및 애노드 사이에 칼럼형 전도 필드의 형성을 가능하게 하는 거리에서 캐소오드로부터 이격된다. 이러한 장치의 작동 동안 캐소오드 및 애노드(들)를 둘러싸는 칼라 및 캐소오드 및 애노드 전극을 통해 냉각제의 유동을 제공하는 수단이 제공된다.
캐소오드 전극은 형상이 일반적으로 원뿔형이고 전도성 팁인 상부를 가진 일반적으로 원통형 몸체이다. 캐소오드는 캐소오드를 위한 제 1 가스 통로와 수증기를 위한 제 2 외부 통로를 생성하는 칼라에 의해 둘러싸인다.
작동시, 전류가 캐소오드 및 애노드(들) 사이를 통과하고, 이에 의해 높은 열, 높은 에너지의 자기적으로 유도된 격납 필드를 생성함으로써 물을 수소 원소 및 산소 원소 가스로 효과적으로 탈산소화한다(reduce). 가스, 바람직하게 아르곤과 같은 비활성 가스는 전도성 팁으로 쉴드 가스로서 캐소오드 칼라 내에 형성된 제 1 통로를 통해 캐소오드 팁으로 전달되고, 전도성 팁은 바람직하게는 텅스텐 팁이다. 가스는 매우 이온화되고 컬럼형 플라즈마(columnar plasma)를 형성한다. 수증기는 칼라에서 제 2 통로를 통해 주입되고 온도가 매우 높은(일반적으로 20,000℉ 내지 40,000℉) 플라즈마의 구역의 격납 필드로 푸쉬된다. 물은 수소 원소 및 산소 원소로 해리된다.
결과적인 수소는 화학적 주입 스톡 또는 에너지의 목을 위해 수소 관련 전력을 생산하는데 이용될 수 있다. 또한, 본 발명의 목적은 상기 언급된 수소의 전통적인 생산에 관련된 고비용 및 생산을 제한하는 문제점들을 감소시키는 것이다. 또한, 본 발명의 목적은 본 발명의 장치 내에서 수소를 생산하는데 필요한 전력을 생성하도록 연소되는 화학 연료의 이용을 크게 줄이는 것이다. 그리고, 본 발명의 장치 및 방법의 추가적인 목적은 연소 가능한 연료의 다른 형태에서 작동하는 대부분의 다른 장치들 및 퍼니스(즉, 가정용의 작은 유닛으로부터 큰 산업적 시스템에까지) 그리고 전기적 생성과 같은 전통적인 에너지 시스템의 모든 형태를 작동시키기에 충분한 열을 만들 수 있는 수소 화염(점화된 수소 가스)을 생성하는 것이다. 본 발명의 추가적인 목적은 화석 또는 다른 탄소계 가연성 연료보다 낮은 작동 비용에서 상기 설명된 것과 같은 열을 생성하는 모든 혜택을 얻고, 전력 생성에 연결된 모든 탄소계 배출을 본질적으로 제거하는 것이다.
본 발명의 장치 및 방법의 다른 목적은 요구되는 이용의 포인트에서 수소계 전력의 생성 및 수소의 생산을 가능하게 하는 것이고, 분배 시스템에 의해 수소를 압축하고 수송할 필요를 제거하는 것이다. 그러나, 원한다면, 본 발명의 방법 및 장치에 의해 생산된 수소는 저비용으로 큰 부피에서 그리고 효과적으로 수송을 위해 압축되고 저장될 수 있다.
상기 설명된 목적 및 혜택은 격납의 매우 높은 열에너지 필드를 확립하는 고유의 장치 및 방법에 의해 모두 얻어지고, 이러한 격납 안으로 격납의 높은 에너지 필드 안으로의 입장을 생성하는 하나 이상의 고유의 당김 포인트(draw point)가 형성된다. 본 발명의 장치는 고유의 입장 당김 포인트를 통해 높은 에너지 격납 필드 안으로 직접, 에어 또는 비활성 가스(즉, 아르곤)의 부피에 의해 작용된 계량된 수증기를 통과시킨다. 수증기는 수소 및 산소 원소 가스로 즉시 해리된다(수 밀리초 내에). 이후 분리된 원소 가스들은 높은 열에너지 필드로부터 밖으로 통과될 수 있고, 여기서 가스들은 연료로서 연소될 수 있으며 이에 의해 일을 위한 열(또는 전력)을 생성한다. 대안적으로, 가스들은 미래의 일을 하도록 분리되고 저장될 수 있으며(또는 전력의 생산을 위해), 또는 다양한 이용을 위해 물품으로서 팔릴 수 있다.
메커니즘에 관한 설명 또는 어떠한 특별한 이론에 속박되는 것은 아니지만 이에 의해 본 발명의 장치 및 방법은 에너지를 생산하는데 이용될 수 있고, 발명자는 작동적인 그리고 정량적인 테스트를 수행하고, 이는 높은 에너지 플라즈마 생성기의 작동에서 얻어진 효율이 고유의 그리고 이전에 발견되지 않은 간단한 프로세스가 본 발명의 작동의 방법 및 구조와 관련된다는 믿음으로 이끈다. 발명자는 본 발명의 구조가 "하이드리노(hydrinos)"라고 불리는 치수적으로 감소된(작은 전자 오르비트(orbit)를 갖는 원자) 수소 원자의 고유의 형태를 생산할 수 있는 새롭고, 더욱 효과적이며 매우 간단한 장치일 수 있다는 증거가 강하다는 것을 믿는다. 하이드리노의 존재 및 과학의 관련된 새로운 영역은 대안적이고 새로운 플라즈마 가열된 촉매 기술의 개발을 통해 최근에 와서야 연구되어 왔다. 본 발명의 발견에 이르기까지, 하이드리노는 하이드리노가 형성되게 하도록 촉매를 필요로 하는 복합적인 장치로 대안적인 기술에 의해서만 생성되어 왔다. 일반적으로, 하이드리노를 생성하는 촉매적 프로세스는 일반적인 크기의 수소 원자로부터 수소의 치수적으로 감소된 형태의 형성을 야기하는 포타슘 촉매를 이용하는 것에 기초한다. 수소는 일반적으로 "그라운드 상태"로 환경에서 존재한다(일반적인 상황 하에서 가장 낮은 에너지 레벨의 원자의 상태에 있다). 양자 역학(QM)에서, 이는 N=1 상태라고 불린다. 일반적으로 원자의 허용된 에너지 상태는 1, 2, 3, 4 등의 정수값에 맞는다(이는 "양자수"란 용어를 의미한다). 간단히 이해할 때; 더 높은 수일수록 더 높은 에너지 상태에 있다. 더 높은 상태(또한, "활성화" 상태라고도 불림)에 있는 수소 원자가 이후에 더 낮은 상태로 떨어질 때, 이 경우 치수적 크기가 감소되고(전자의 오르비트는 원자의 중앙을 향해 이동함), 이후 에너지가 방출된다. 이는 광의 광자로서 일반적으로 일어나고, 관찰된 원자의 라인 스펙트럼의 방출은 이러한 상태의 전이에 대응한다.
현재 알려진 것처럼, 주로 수소로 이루어진 태양의 자외선 라인 스펙트라는 고전 양자 역학에 의해 완전히 설명되지 않는다. 그러나, 태양의 UV 스펙트럼은 하이드리노의 새로운 필드의 이해를 이용하여 설명될 수 있고, 이는 1/2, 1/3, 1/4, 1/5 등의 분수적인 상태가 있음을 제안한다. 이러한 에너지 전이는 태양의 UV 스펙트럼과 꼭 맞는다. 하위-양자 원자는 비복사적(non-radiative)이기 때문에, 하이드리노의 필드 및 새로운 기술은 "다크 매터(dark matter)"를 위한 설명을 제공할 수 있고, 이 "다크 매터"는 많은 갤럭시(galaxies)의 높은 회전 속도에 따라 분리되어 날지 않고(not flying apart) 중력에 의해 갤럭시가 함께 유지된다. 현재, 하이드리노를 생산하는 모든 프로세스는 복잡한 촉매 열적 프로세스를 이용하고, 이러한 프로세스는 가열되고, 그들의 반응을 구동하는 플라즈마에 대해 외부적으로 반응한다. 이들은 일반적으로 촉매로서 베이직 포타슘(basic potassium)을 이용하는 것으로 발견된다. 그러나, 이러한 촉매적 프로세스의 작동은, 그러한 하이드리노 "하위-그라운드 상태" 전이에서 방출된 에너지가 담지 이론적인 것이 아니고 그 결과가 알려진 화학계 에너지 반응(특히 탄소계 연료의 반응에서)보다 크다. 방출된 에너지는 핵만큼 크지는 않지만, 에너지의 화학 반응 방출된 생성에서보다 훨씬 크다. 이는 모두 그 자체로 하나의 카테고리이다.
현재 발명의 방법 및 프로세스에서 테스트 동안 베이직 에너지 반응은 촉매 유도된 하이드리노의 새로운 필드에서 기록된 반응과 동일한 것으로 보인다. 그러나, "하위-그라운드 상태", 즉 하이드리노에서의 수소 원자로 보이는 것을 형성하고 많은 양의 에너지를 방출하기 위해 본 발명의 장치 및 프로세스 내에서 어떠한 촉매가 이용될 필요는 없다. 수소 및 산소 원소 가스로 물을 해리시키는 고유의 장치, 방법 및 프로세스의 발견으로, 본 발명의 발명자는 다수의 테스트를 수행하였고, 이제 하이드리노의 형성이 가능하고 본 발명의 장치를 이용하여 생성된 높은 에너지 플라즈마 격납 필드 내에서 복제될 수 있다. 그러나, 촉매 프로세스와 달리, 일반적인 수소로부터 하위 그라운드 상태로의 상태의 변화는 높은 에너지 반응 존 내에서 플라즈마의 내부로 직접 수증기를 위치시키는 장치의 고유의 능력의 매우 효과적인 결과이다.
이는 기록되고 관찰된 에너지 포지티브 아웃 풋 레벨(energy positive out put levels)에 의해 추가로 확인되고, 이는 아래의 도 6의 테이블에서 완전히 상세하게 설명되고 도 4 및 5에서 그래프로 도시된다. 이러한 결과들은 방출된 에너지가 도 3에서 도시된 수학적으로 예상된 모델보다 훨씬 위에 있음이 관찰될 때 이 장치의 이른 테스트 동안 놀라움으로 나타났다. 발명자는 연소 및 원소 가스들로 물을 해리하는 동안 에너지 방출의 두 레벨이 있음을 믿는다. 원소 수소 가스의 연소의 일반적인 열이 있고, "하위 그라운드 상태" 하이드리노의 형성의 결과로 방출된 추가적인 에너지가 있다. 종국적인 결과는, 높은 에너지 플라즈마 생성 필드의 전체 작동을 유지하도록 소비된 에너지를 넘어 전체 에너지 방출 프로세스는 테스트로 높은 에너지 포지티브(positive)이고, 이는 적어도 +200%(또는 그 초과)일 수 있다.
상기에서 논의된 것처럼, 본 발명의 장치의 작동에서, 수증기는 높은 에너지 플라즈마 생성 필드 안으로 들어가고, 이를 둘러싸는 매우 파워풀한 자기장과 플라즈마에서 생성된 격납 필드를 통과하는 수 조개의 활성화된 자유 전자에 즉시 종속된다. 자기장은 그 안에 수증기를 완전히 포함하고, 트랩된 수증기는 이후 전자의 흐름에 노출되며, 또한 매우 빠른 속도로 가속된다. 수증기 분자는 전자 스톰(electron storm)으로서 생각될 수 있는 것에 의해 문자 그대로 분리될 수 있기 것으로 구현될 수 있고, 이는 본질적으로 수 조개의 자유 전자의 치밀한 폭풍우의 "안개"이며, 이는 퍼붓고(bombard) 물 분자들을 분리시킨다. 전자 및 강렬한 자기장이 수증기 분자에 작용하기 때문에, 수소 및 산소 원자가 해리되고 하이드리노가 형성되며, 수소 원자의 전자 오르비트는 "노말(normal)" 레벨로부터 감소된 "분수적" 오르비트 레벨로 붕괴된다(collapsed). 상기에서 설명된 것처럼 발생하기 때문에, "노말"로부터 "분수적"으로의 각각의 수소 원자들 전자의 오르비트의 변화에 의해 상당한 에너지의 방출이 있고, 추가적으로 수소 가스의 노말 연소로부터 방출되는 에너지가 있다. 또한, 하이드리노 원자는 계속하여 평형 상태에 도달하려고 시도하고, 이러한 반응에서 이는 영속적인 움직임을 보일 수 있거나 그러지 아니할 수도 있다.
에너지 플라즈마 생성기 필드에서 에너지가 수소 원자로부터 방출되고 그들의 노말 전자 오르비트가 분수적 오르비트로 붕괴될 때 전자는 원자의 중심에 더 가까이 회전하고 원자는 낮은 에너지 상태로 강하되며, 이는 에너지를 잃는다. 이후 반응의 체인에서, 플라즈마 생성기 배출 가스가 지구의 대기에 도달하는 태양 광선의 원소들과 반응한 이후 "로스트(lost)" 에너지는 낮은 레벨 열로서 주위로 마침내 되돌아 간다. 이러한 반응에서, 플라즈마 생성기는 잔류 "하위-그라운드 상태" 수소(하이드리노)를 잔뜩 가진 수분이 있는 에어를 주위로 배기하고, 이 경우 태양으로부터의 광자가 흡수되며 수소 전자 오르비트를 "분수적"으로부터 "노말"로 되돌리며 이 포인트에서 수소 원자는 평형을 이룬다. 이러한 프로세스를 통과하면서 그리고 태양으로부터 광자를 수득하면서, 수소 원자는 부자연스러운 낮은 에너지 "하위-그라운드 상태"로부터 노말의 "그라운드 상태"로 복귀되고, 일반적인 최소 에너지 레벨로 되돌아간다. 매우 흥미롭게, 플라즈마 높은 에너지 생성 필드 반응 내에서 포기된 에너지는 잃은 것이 아니다. 이 에너지는 지구로부터가 아니라 태양으로부터 다시 수득된다. 전체 프로세스는 생성된 에너지와 비교할 때 전기의 최소량 및 어떠한 촉매에 대한 필요 없이 플라즈마 생성 필드 안으로 수증기를 공급할 필요로만 이루어진다. 전체 프로세스는 대부분의 부분에서 에너지 포지티브이고 환경적으로 깨끗하다.
따라서, 본 발명의 목적은 물을 수소 원소 및 산소 원소 가스로 효과적으로 해리시키도록 높은 열, 높은 에너지 필드를 이용하는 방법 및 장치를 제공하는 것이다. 본 발명의 추가적인 목적은 수소 관련된 전력의 소스를 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적 및 장점은 본 발명의 이하의 상세한 설명에 기초하여 당업자에게 명백하게 나타날 것이다.
도 1은 물을 해리시켜 수소 원소 및 산소 원소를 생산하기 위한 높은 열, 높은 에너지 플라즈마 생성기를 생산하기 위한 단일 캐소오드 및 단일 애노드를 이용하는 본 발명의 장치의 일 실시예를 도시한다.
도 2는 물을 해리시켜 수소 원소 및 산소 원소를 생산하기 위해 높은 열, 높은 에너지 플라즈마 생성기를 생산하기 위한 본 발명의 장치의 제 2 실시예를 도시한다.
도 3은 본 발명의 장치의 일 실시예의 작동 효율을 상세하게 나타내는 계산 표이다. 도 3은 1개의 도면이나 특허청 전자문서 작성기의 형식을 맞추기 위해 3a 및 3b로 표시하였다.
도 4는 장치의 일 실시예로부터 출력 및 플라즈마 아크에서의 시간 대 열 유동을 도시하는 챠트이다.
도 5는 장치의 일 실시예로부터 출력 및 플라즈마 아크에서의 시간 대 열 유동을 도시하는 챠트이다.
도 6은 장치의 일 실시예의 작동에 대한 결과 및 작동 파라미터를 요약하는 표이다. 도 6은 1개의 도면이나 특허청 전자문서 작성기의 형식을 맞추기 위해 6a, 6b 및 6c로 표시하였다.
본 발명은 일 태양에서 물의 해리에 의해서와 같이 수소 함유 물질, 바람직하게는 액체 물질로부터 수소 원소를 효과적으로 만들기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 이 장치는 높은 온도, 높은 에너지 플라즈마 방전을 만들고, 이에 의해 격납 필드(Containment Field)를 형성한다. 수증기와 같은 수소의 소스는 플라즈마 컬럼(plasma column)으로 유도된다. 물 분자는 수소 원소 및 산소 원소로 해리된다. 수소는 전력을 생산하는데 이용될 수 있거나, 또는 내연기관에서 연료와 같은 연료로서의 이용을 위해 수집되고 저장될 수 있다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 높은 열 및 높은 에너지 플라즈마 생성기(1)의 일 실시예의 그림이 도시된다. 플라즈마 생성기(1)는 전력을 이용하여 작동하도록 구성되고, 하나 이상의 애노드 전극(2) 및 그 주위의 칼라(collars; 미도시), 그리고 하나 이상의 캐소오드 전극(3) 및 전기 공급장치가 연결된 주위의 칼라(24)를 포함한다. 본 발명의 일 바람직한 실시예에서, 이 장치는 1개의 캐소오드 전극 및 이 캐소오드 전극 주위로 원형 패턴으로 배열된 3개의 애노드를 포함한다.
도 1에서 도시된 것처럼, 애노드 전극(2) 및 캐소오드 전극(3)은 원통형 부분 및 원뿔형 팁 영역을 포함하는 것이 바람직하다. 바람직한 실시예에서, 캐오소드 전극(3) 및 애노드 전극(2)의 원뿔형 부분 및 몸체는 고온 세라믹 물질과 같은 비전도성 물질로 이루어진다. 전도성 물질이 이용된다면, 이는 어떠한 전기적 경로로부터 절연되어야 한다. 애노드 전극 및 캐소오드 전극은 전기를 전도하는 팁(14, 27)을 포함한다. 팁은 전기적 용접 팁 또는 상업적 플라즈마 생성 장비에서 이용하는 전형적인 물질로 만들어질 수 있다. 바람직한 실시예에서, 애노드 전극 및 캐소오드 전극은 높은 전도성 텅스텐으로 이루어진다. 캐소오드 팁은 전극의 중앙부를 통해 와이어 또는 다른 연결 수단에 의해 전기 소스에 연결된다. 전기는 어떠한 스크류 유형의 커넥터를 통해 이동하지 아니한 채로 팁으로 전달되는 것이 바람직하다.
활성화되었을 때, 전기장은 하나 이상의 애노드 전극(2)의 팁(27) 및 캐소오드 전극(3)의 팁(14) 사이를 통과하도록 생성된다. 전기는 아래에서 상세하게 논의된 높은 에너지 전도 컬럼(플라즈마 생성 필드)을 만들기에 충분한 전류 및 전압에서 애노드 및 캐소오드로 제공된다. 본 발명의 일 실시예에서, 전기는 약 40 내지 60V의 전압 및 약 100 내지 130amps의 전류에서 제공된다.
전기적 아크가 확립되기 때문에, 강한 자기적으로 유도된 원형 전도 필드 컬럼이 형성되고, 높은 에너지 격납 필드(5)가 생성된다. 높은 에너지 격납 필드는 많이 충전된 전기장 및 가변성의 높은 자기장 모두를 나타낸다. 전기장 및 자기장의 효과는 전자의 빠른 이동이고, 높은 열은 높은 에너지 배리어를 형성하고, 이는 컬럼 내부로 푸쉬된 가스 또는 물질을 포함하도록 작용한다. 냉각 도관은 캐소오드 전극(3) 및 애노드 전극(2) 모두에 대해 그리고 캐소오드 칼라(24) 및 애노드 칼라(미도시) 모두에 대해 제공된다. 캐소오드 팁 냉각 입구 튜브(16) 및 캐소오드 팁 냉각 출구 튜브(17)는 전극의 팁을 냉각시키도록 캐소오드 전극(3)의 내부 부분을 통해 냉각제의 유동을 위한 경로를 제공한다. 유사하게, 애노드 냉각 입구 튜브(8) 및 애노드 냉각 출구 튜브(9)는 애노드 전극(2)의 내부 부분을 통해 냉각제의 유동을 위한 경로를 제공한다. 추가적으로, 캐소오드 칼라(24)는 냉각제 입구 포트(25)를 통해 안으로 그리고 냉각제 출구 포트(26)를 통해 밖으로 냉각제가 유동함에 의해 냉각된다.
적절한 유체가 캐소오드 및 애노드로 냉각을 제공하는데 이용될 수 있다. 바람직하게, 비수용성 냉각제가 냉각 수단으로서 이용되는데, 예를 들어 프로필렌 글리콜 및 에틸렌 글리콜의 비수용성 혼합물이 이용된다. 특히 바람직한 실시예에서, 비수용성 냉각제는 약 70중량 퍼센트의 프로필렌 글리콜과 약 30중량 퍼센트의 에틸렌 글리콜을 포함하고, 필요에 따라 적절한 첨가제를 갖는다. 비수용성 냉각제의 이용은 본 발명의 장치의 작동에 대해 고유의 혜택을 확립한다. 더 높은 끓는점의 물이 없는 냉각제(water free coolant)(390℉)는 전극 상에서 전류 "종점(terminus)"의 포인트에서 일어나는 높은 열 흐름에서 증가된 열전달을 가능하게 하고, 캐소오드 및 애노드 칼라 내에서 생성되는 핫 스팟(hot spots)을 피하며 이는 캐소오드 칼라의 주입 채널(11) 내에서 수증기의 "기화(flashing)"를 제거한다. 따라서, 수증기 주입의 역전(reversion)의 기회가 완전히 제거된다. 이러한 고유의 특징은 높은 압력 스팀을 이용할 필요에 대해 반대로 본 발명의 플라즈마 생성 필드 내에서 낮은 압력 냉각수를 위치시키는 본 발명의 능력을 가능하게 한다.
캐소오드 전극은 단일 유닛으로 바람직하게 구성된 캐소오드 칼라(24)에 의해 둘러싸이고, 이는 원하는 경우 다수의 조각으로 만들어질 수 있다. 캐소오드 칼라는 제 1 벽(28) 및 제 2 벽(29)을 포함한다. 캐소오드 칼라의 제 1 벽(28)은 제 1 유동 경로(13)를 만들도록 캐소오드 전극의 벽에 대해 평행한 라인을 갖는다. 캐소오드 칼라(24)는 또한 제 2 유동 경로(11)를 형성하기 위해 제 1 벽(28) 및 제 2 벽(29) 사이에 추가적인 채널을 포함한다. 물 공급장치는 물 증발기(12)에 연결되고, 이는 캐소오드 전극(3)을 둘러싸는 칼라 몸체에 포함된 제 2 유동 경로(11)로 라인(15)을 통해 수증기를 주입한다. 제 2 유동 경로(11)는 수증기를 플라즈마 반응 존(5)으로 직접 향하게 한다. 제 1 유동 경로(13)는 바람직하게 아르곤 공급장치와 같은 비활성 가스 공급장치에 연결된다. 제 1 유동 경로(13)는 대기 에어 및 산소로부터 캐소오드(3)의 팁 구역(14)을 차폐하도록 비활성 가스를 운반하고 전달한다. 애노드 전극은 캐소오드 칼라와 유사한 디자인을 갖는 애노드 칼라(미도시)에 의해 둘러싸인다.
작동에 있어서, 전력이 높은 에너지 플라즈마 생성기(1)로 공급될 때, 매우 활성화된 전기적 방전이 만들어지고 이는 캐소오드 전극(3) 및 하나 이상의 애노드 전극(2) 사이를 통과한다. 전기적 아크의 자기장은 높은 에너지 격납 필드(5)를 만들고, 이는 안으로 그리고 주위로 수축되어 구역(B)에서 대략 원뿔형으로 형상화된 섹션을 형성한다.
전기적 아크가 점화되는 것과 대략 동일한 시간에, 바람직하게 아르곤과 같은 비활성 가스가 제 1 유동 경로(13)에 의해 캐소오드 팁 구역(14)으로 전달된다. 본 발명의 일 실시예에서, 아르곤은 초당 약 8 내지 10 입방 피트(standard cubic feet)의 유동 속도로 전달된다. 유사하게, 애노드 전극 팁 구역은 또한 애노드 칼라(미도시) 내에서 내부 채널을 통한 아르곤 가스를 차폐하도록 주입된다. 캐소오드 칼라를 통해 주입된 비활성 가스는 수축된 격납 필드 구역(B) 안으로 유입되고 플라즈마의 가장 뜨거운 포인트; 플라즈마 "버블(bubble"(22)이 될 구역 주위로 들어간다. 그 포인트에서, 비활성 가스는 매우 이온화되고 플라즈마를 형성한다. 플라즈마는 매우 높은 속도로 격납 필드를 통해 위로 통과한다. 동일한 방식으로, 수증기 생성기(12) 내에서 생성된 수증기는 캐소오드 팁 구역(14)으로 제 2 유동 경로(11)를 통해 통과하고, 수축 구역(B)에서 격납 필드(5) 안으로 푸쉬되거나 또는 유입된다. 격납 필드로 주입된 물의 양은 유닛의 크기에 따라 결정된다. 도 4-6에서 도시되고 이하에서 설명된 테스트에 이용된 실시예에서, 수증기 주입 속도는 약 0.2075 그램/분이었다.
수증기는 컬럼의 베이스에서 플라즈마 버블(22) 주위로 20,000℉ 내지 40,000℉의 격납 필드의 가장 높은 열에 즉시 노출된다.
수증기 분자들은 원소 상태의 가스들, 수소(19) 및 산소(20)로 밀리초 내에 해리된다. 반응 생성 구역(18)에서 그리고 그 주위에서 강한 열에 의해 해리된 채로 남아 있는 가스들은 이후에 빠른 속도로 에너지 격납 필드(5)를 통과한다. 가스들은 필드(5)를 둘러싸는 자기 격납 벽에 의해 필드 내부에서 유지된다. 가스들(19, 20)이 격납 필드를 통과하기 때문에, 가스들은 대기 구역(C)에 인접한 단부에서 필드(5)의 단부로부터 통과한 이후 연속적으로 온도가 강하된다.
이 포인트에서, 중요하고 고유한 이벤트가 발생하는데, 이는 본 발명의 장치 및 방법의 최종 결과이다. 두 가스들(19, 20)은 온도가 빠르게 강하하는 (C)의 더 차가운 대기 상태 안으로 통과하기 때문에, 이들은 여전히 가스 혼합물이 물로 재형성되지 못할 정도로 충분히 높은 온도 레벨로 냉각되고(일반적으로 3000℉ 초과), 그러나 이는 중요한 온도 레벨이며 이에 의해 점화가 일어날 것이고(21)(일반적으로 7000℉ 미만) 그리고 높은 레벨의 에너지(23)가 방출되어 일을 한다. 다른 테스팅 및 연구는 수소 및 산소 가스들이 3000℉ 내지 10,000℉의 온도에서 여전히 원소 상태로 남아 있다고 제안하고, 가스들은 연소 이전에 분리되고, 빼내어지며(drawn off) 그리고 저장될 수 있다고 제안하고 있다.
도 2를 참고하면, 본 발명의 고유의 기술을 이용하여 작동하도록 구성된 시스템의 실시예가 도시된다. 도 2에서 도시된 시스템은 본 발명의 높은 열, 높은 에너지 수소, 및 수소 관련 전력, 생성 격납 유닛(31)의 많은 가능한 구성들 중 하나이다. 격납 유닛(31)의 벽(41)은 일반적으로 금속과 같은 고체 물질로 구성된다. 바람직하게, 격납 유닛은 비전도성이다. 격납 유닛은 비전도성 또는 절연된 구리, 황동, 알루미늄 또는 세라믹으로 이루어질 수 있다. 격납 유닛(31)은 중공형 실린더이고 일 단부 상에 캡이 씌어지며, 이는 높은 에너지 레이저, 높은 주파수 라디오 웨이브 송신기, 마이크로웨이브 생성기, 또는 높은 에너지 전자 자석 등과 같은 다수의 매우 적절한 높은 에너지 소스 공급 유닛(32) 중 하나와 함께 작동하도록 구성된다. 이러한 구성은 두 개의 높은 에너지 공급 유닛을 도시하고, 그러나 이는 오직 하나의 높은 에너지 공급 유닛 또는 다수의 높은 에너지 소스 유닛의 숫자의 배열로 대안적으로 구성될 수도 있다. 높은 에너지 공급 유닛에 이용하도록 활용 가능한 다수의 전력 소스가 있다. 에너지 소스는 매우 활성화된 전자 및 프로톤의 용기(vessel)를 형성하는 프로세스를 통해 수소 생성 반응 구역(33)에서 약 20,000℉ 내지 40,000℉의 최대 열 레벨을 생성할 수 있어야만 한다.
수소 생성 반응 구역(33)은 높은 에너지 격납 유닛(31)을 통해 그리고 원통형 벽(41) 내에서 격납 유닛(31) 내에서 확립된 높은 열 및 높은 에너지 필드(34)에 의해 생성된다. 격납 유닛은 일반적으로 낮은 입구(36) 및 높은 출구(37)를 가진 냉각 재킷(35)에 의해 둘러싸인다. 다양한 냉각 수단이 냉각을 위해 이용될 수 있다. 격납 유닛(31) 내에서 생성된 높은 열에 의해, 냉각 수단은 적절한 첨가제를 가진 비수용성 냉각제인 것이 바람직하다.
수소 및 산소로 변환되는 수계 주입 스톡(water based feed stock)의 유입을 위해, 외부 물 소스는 액체 물을 물 증발기(38)로 공급한다. 물 증발기는 수소 생성 반응 구역(33) 안으로 직접 연장하는 수증기 전달 튜브(39)를 통해 바람직하게 대기 온도에서 수증기를 전달한다. 대안적으로, 가열된 물 도는 스팀은 반응 구역으로 주입될 수 있다. 수증기 전달 튜브의 끝에는 수증기 출구 노즐(40)이 있고, 이는 직접 수소 생성 구역(33) 안으로 수증기를 방출한다. 격납 유닛(31)의 원통형 벽(41)은 격납 유닛(31)의 수증기 튜브(39) 단부 상의 캡(42)에 의해 밀봉될 수 있다. 단부 캡(42)은 또한 격납 유닛(31) 안으로 대기 에어의 조절된 유도를 위한 하나 이상의 오리피스(43)를 갖출 수 있다. 또한, 단부 플레이트 오리피스(43)와 유사한 조절된 오리피스들은 도관을 갖출 수 있고, 이 도관을 통해 조절된 비활성 가스(즉, 아르곤)가 격납 유닛(31) 안으로 유입될 수 있다.
작동시, 높은 에너지 공급 유닛(들)(32)은 격납 유닛(31) 안으로 벽(41)을 통해 통과하는 에너지를 생성한다. 높은 에너지 필드는 격납 유닛(31)의 중요한 구역 내에서 약 20,000℉ 내지 40,000℉의 범위에서 온도 환경을 생성한다. 높은 에너지 높은 온도 필드(34)는 (A)에서 개방된 단부 구역을 향해 격납 유닛(31)의 내부를 통해 유동한다. 에너지 필드(4)는 격납 유닛(31)의 중앙라인을 향해 축적되고, 가장 가까운 포인트에서 가장 높은 온도(상기에서 논의된 약 20,000℉ 내지 40,000℉)에 도달하며, 이는 수소 반응 생성 구역(33)을 형성한다. 손상으로부터 격납 유닛(31)을 보호하기 위해, 냉각 재킷(35)이 벽(41)에 대해 위치하고, 이를 통해 냉각제(바람직하게 비수용성 조성물(formulations))가 냉각제 포트(36, 37)를 통해 안으로 그리고 밖으로 통과한다. 공급 물은 물 증발기(38)의 입구에 연결되고, 물 증발기는 물을 수증기로 변환시키고 물 증발 튜브(39)를 통해 수증기를 통과시키며 수소 생성 구역(33)의 매우 높은 열 안으로 직접 수증기 출구 포트(40)로부터 방출한다. 수증기(물 분자)는 즉시 감소되고 원소 가스들로 분리된다; 수소(44) 및 산소(45). 에너지 필드(34) 내에서 높은 열에 의해 분리된 채로 남아 있는 가스들은 온도를 강하하는 격납 유닛(31)을 통과하고 이후 대기 구역(A) 안으로 단부를 통과하며, 여기서 가스들은 대기 환경으로의 노출에 의해 온도에서의 추가적인 강하가 빠르게 계속 일어난다.
이 포인트에서, 중요하고 고유의 이벤트가 발생하고, 이는 본 발명의 방법 및 장치의 최종 결과이다. 두 가스들(44, 45)이 온도가 강하하는 (A)의 더 차가운 대기 환경을 통과하기 때문에, 이 가스들은 여전히 매우 높은 온도 레벨에 도달하고, 이 두 가스들은 물로 재형성되지 못할 것이나(도 1과 관련하여 상기에서 설명됨), 이는 중요한 온도 레벨이고 이에 의해 점화가 일어날 것이다(A-1). 이 포인트에서 연소가 일어나고(46), 높은 레벨의 에너지가 방출되어 일을 한다(47).
도 3은 본 발명의 발명자에 의해 구성된 벤치 테스트의 작동에 기초한 수학적 계산의 표이고, 이는 BTU 베이시스에서 잠재적 에너지 수득(수득된 순수 에너지)을 정량화한다. 계산의 결과는 작동할 때 H2O의 프로세싱 동안 5Kwh의 레벨에서 추정된 에너지에서 플라즈마 아크를 작동할 때 순수 결과는 에너지의 수득이라는 것을 표시한다. 구체적으로, 이 결과는 Btu 베이시스 상에서 소비된 에너지가 1,228,320 Btu's일 것이고 수소의 형태로 생산된 전력이 3,779,214 Btu's일 것이라는 것을 도시한다. 실제 순수 수득은 이 계산 당시에는 아직 완전히 정량화되진 않았고, 이는 추가적으로 아래에서 도 4, 5 및 6에서 설명된다. 그러나, 이러한 최초 연구 및 계산의 결과는 매우 긍정적이었다. 소비된 에너지를 밸로 늘리고 또는 생산된 에너지를 이등분하는 것은 계산에서 나타난 것처럼 매우 긍정적인 결과를 여전히 나타낼(net) 것이다.
장치의 일 실시예의 테스트의 요약
작업은 본 발명에 따라 구성된 장치 상에서 실행되었고, 생산된 장비는 이온화된 가스 반응기("IGR")로서 여기서 일컬어진다. IGR을 이용한 테스트 동안, (BTU/Hr 베이시스로) IGR 내에서 생성된 에너지의 소스의 추가적인 설명 및 에너지 포텐셜에서의 수득에 관한 새로운 발견이 있었다. 또한, 테스트 파라미터를 위한 템플릿(template), 변수 및 결과는 스프레드시트에서 구성되었고, 이에 의해 실험적으로 얻은 데이터의 해석을 돕는다. 최종적으로, 정밀한 에너지 균형 포맷이 모든 IGR 테스트 결과를 정량화하도록 구성되었다. 이후, 테스트 런(test runs)이 이하의 내용을 확립하도록 수행되었다:
(a) 에너지 균형을 가능하게 하도록 에너지 입력 및 에너지 출력의 소스를 조정한다;
(b) 에너지 생성 필드 내에서 주입된 물과 함께 IGR 내에서 정확한 에너지 생성을 결정한다; 그리고
(c) 무거운 물(heavy water)(중수소)이 풍부한 물이 수소 및 중수소의 어떠한 상호 반응을 관리하는지 또는 제외하는지(rule in or rule out)를 위해 에너지 생성에서의 증가를 나타내는지를 결정한다.
입력 및 출력 에너지의 소스를 조정하기 위해, 열 균형 템플릿이 개발되었고, 이는 다음과 같이 설명된다:
(i) IGR로의 전기 에너지의 입력(반응기 필드를 유지시킴);
(ii) 비수용성 냉각 회로를 통해 전극으로부터 밖으로의 열;
(iii) IGR 시스템 인클로져(enclosure)로부터 소비된 에어 흐름에서의 가열된 에어 아웃;
(iv) 대기 룸으로 인클로져 벽으로부터 대류 열을 통한 열 아웃;
(v) 물 주입의 증발의 잠열(latent heat);
(vi) 특정 열의 변화 및 시스템 안으로의 에어의 습도; 및
(vii) 대기 룸 에어로부터 IGR 시스템 인클로져로의 열의 에너지.
테스트는 도 1에서 도시된 유형의 장치를 이용하여 수행되었다. 테스팅에서 이용된 장치의 치수의 일부는 이하와 같았다. 캐소오드 전극(3) 및 캐소오드 칼라(24)를 포함한 캐소오드 몸체 조립체는 캐소오드 조립체의 상부의 원뿔형 부분에서 60도의 테이퍼와 캐소오드 어셈블리의 원통형 몸체부에서 3인치 지름을 갖는다. 상부 원뿔형부는 1.5인치의 길이를 갖는다. 팁 단부(14)에서 캐소오드 몸체 조립체 면의 지름은 1.25인치이다. 캐소오드 전극 및 애노드 전극은 각각 0.5인치의 지름을 갖는다. 제 1 유동 경로(13)는 그 폭에서 약 0.018인치이고, 제 2 유동 경로(11)는 그 폭에서 약 0.14인치이다. 캐소오드 전극 팁은 팁 단부(14)에서 캐소오드 몸체 조립체 면을 지나서 약 0.0625인치 연장한다. 시동 동안 캐소오드 전극 및 애노드 전극 사이의 거리는 약 0.5인치이고 장치가 작동한 이후 약 1.0인치로 증가된다. 이 장치는 약 5kW의 전력에서 작동한다. 더 큰 장치는 여기에 제공된 예 및 개시내용을 이용하여 높은 전력에서의 이용을 위해 구성될 수 있다고 이해할 것이다.
도 6은 도 4 및 5에서 도시된 결과를 얻도록 수행된 테스트 동안 얻어진 결과 및 작동 파라미터를 도시한다. IGR 시스템은 IGR로 물의 연속적인 주입을 제공하도록 구성되었다. 시작에서 이 시스템은 생성 필드 내에서 주입된 아르곤 가스와 함께 작동하고, 평형이 이루어진 이후, 수증기가 IGR 안으로 유입되었다. 그 결과는 열 균형 템플릿으로부터 만들어진 그래프와 같이 도 4에서 도시된다.
대략 30분 이후 시스템은 안정화된 평형상태에 도달하게 된다(이 포인트에서 열 입력 및 열 출력 모두 시간의 주어진 주기 동안 온도에 따라 상승하지 않는다). 이 포인트에서 수증기는 이후에 IGR의 플라즈마 내부로 유입된다. 입력 전력은 이후 매우 약간씩 증가된다(반응기에서의 작동 성질 변화에 의해). 이후, 그 시간에서 전력 출력(BTU's/Hr)은 실질적으로 양으로 변하고, 이에 의해 반응을 유지하는데 필요한 전체 에너지에 대해 2.3M BTU/Hr의 순수 증가가 IGR에 의해 생성된다.
이후, 그리고 확인 테스트에 따라, 대기 룸 온도는 룸 환기 시스템을 활성화시킴에 의해 감소된다. 초과 룸 에어는 인클로져로의 입구 에어를 냉각시키고, 인클로저의 내부 에어를 강하시키며, 에어를 배출하고, 안정화된 열적 평형을 변경시킨다. 정확하게 얼마나 많은 반응기의 입구 및 배출 온도가 감소되었는지를 정량화하고 기록한 이후, 룸 환기 시스템은 꺼진다. 반응기에서 안정화된 평형이 복구되고, 2.3 M BTU/Hr의 순수 BTU/Hr 전력 수득이 복귀된다. 이러한 확인 테스트의 관찰된 결과는 도 4에서 도시되고, 이는 이러한 이벤트를 도시한다.
추가적인 런(run)이 일반적인 물이 처음 IGR로 주입되는 경우에 이루어진다. 이후 1:50 중수소/물의 비율에서 "무거운 물"이 풍부한 물(중수소)의 주입에 의해 대체된다. 이러한 런의 결과는 도 5에서 도시된다. 안정화된 평형에 도달한 이후(42분 지나서), 물이 유입되고 IGR에서의 에너지의 순수 생성 수득이 있으며, 이는 이후 다시 한번 더 약 35분 이후 안정화된 평형에 도달한다. 이러한 포인트에서, 무거운 물이 풍부한 일반적인 물(heavy water enriched ordinary water)(1:50 중수소 대 물의 비율)이 이후에 반응기 안으로 주입되고, 생성된 에너지에서의 실질적인 추가적 수득이 관찰되지 않는다.
런의 마지막 근처에서, IGR에 대한 전류량은 수동적으로 증가된다. 결과는 시스템으로의 입력 및 출력에서의 증가를 나타내지만, IGR 내에서 전력의 순수 생성에서의 차이는 없다.
결론적으로, 정량화 테스트의 이러한 그룹 동안 도달된 결과는 분명히 이러한 고유의 발견을 지지하고, 이러한 고유의 발견은 본 발명의 장치를 이용하여 수소 및 산소로 물의 분해를 위한 프로세스가 IGR 반응을 유지시키는데 필요한(소비된) 에너지에 걸쳐 에너지 양의 수득(positive gain)(BTU/Hr 베이시스에서)을 만든다. 그리고, 놀랍게도 수득된 관찰된 에너지는 도 3에서 수학적으로 예상된(계산된 것처럼) 에너지의 초과가 있다.
바람직한 실시예가 설명되고 도시되었지만, 다양한 변경이 첨부된 청구 범위에서 설명된 것과 같은 본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어나지 아니한 채 상기에서 설명된 프로세스 및 방법에 대해 이루어진다. 따라서, 본 발명은 제한 없이 그리고 예에 의해 설명되었음을 이해해야 한다.

Claims (20)

  1. 수소 및 산소를 생산하기 위한 장치로서,
    (a) 캐소오드 전극 및 상기 캐소오드 전극을 둘러싸는 전극 칼라(collar)를 포함한 캐소오드 조립체(cathode assembly)로서, 상기 전극 칼라는 제 1 벽 및 제 2 벽을 가지며 제 1 유로 및 제 2 유로를 형성하는, 캐소오드 조립체; 및
    (b) 애노드 전극 및 상기 애노드 전극을 둘러싸며 하나 이상의 유로를 형성하는 전극 칼라를 포함한 하나 이상의 애노드 조립체를 포함하는,
    수소 및 산소를 생산하기 위한 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 캐소오드 전극은 전도성 팁을 가진 원뿔형 노우즈(nose) 부분 및 원통형 몸체 부분을 포함하는,
    수소 및 산소를 생산하기 위한 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 원통형 몸체 부분 및 상기 원뿔형 노우즈 부분은 고온 세라믹 또는 절연된 금속 중 하나로 이루어지고, 상기 전도성 팁은 텅스텐으로 이루어진,
    수소 및 산소를 생산하기 위한 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 캐소오드 전극 및 상기 애노드 전극을 액체 냉각제를 이용하여 내부적으로 냉각시키는 수단을 추가로 포함하는,
    수소 및 산소를 생산하기 위한 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 냉각제는 비수용성 냉각제인,
    수소 및 산소를 생산하기 위한 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    수증기 생성기를 추가로 포함하는,
    수소 및 산소를 생산하기 위한 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 캐소오드 조립체로부터 동일 거리에 복수의 애노드 전극이 배열되는,
    수소 및 산소를 생산하기 위한 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 전극 칼라가 구리, 황동 또는 세라믹 물질 중 하나로 이루어진,
    수소 및 산소를 생산하기 위한 장치.
  9. 수소를 생산하기 위한 장치로서,
    (a) 인접 단부 및 말단부를 가진 중공형 격납 유닛으로서, 상기 인접 단부에서 상기 중공형 격납 유닛의 마우스(mouth)가 캡으로 덮이고 상기 말단부에서 상기 중공형 격납 유닛의 마우스가 개방된, 중공형 격납 유닛;
    (b) 상기 중공형 격납 유닛에 작동적으로(operably) 연결되어 수소 생성 구역 내에서 20,000℉ 내지 40,000℉의 온도를 가지는 높은 에너지 필드를 상기 중공형 격납 유닛 내부의 수소 생성 반응 구역 내에 생성할 수 있는 하나 이상의 높은 에너지 공급원; 및
    (c) 상기 높은 에너지 필드 내에서 상기 중공형 격납 유닛의 내부로 수증기를 공급하는 수단을 포함하는,
    수소를 생산하기 위한 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 중공형 격납 유닛을 둘러싸는 냉각 재킷을 추가로 포함하는,
    수소를 생산하기 위한 장치.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 중공형 격납 유닛으로 수증기를 공급하는 수단이 물 증발기를 포함하는,
    수소를 생산하기 위한 장치.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 높은 에너지 공급원이 레이저, 고주파수 라디오 웨이브 송신기, 마이크로웨이브 생성기 및 전자석으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는,
    수소를 생산하기 위한 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 중공형 격납 유닛은 절연된 구리, 절연된 황동, 절연된 알루미늄 또는 세라믹 물질로 이루어진 그룹으로부터 선택된 물질로 이루어지는,
    수소를 생산하기 위한 장치.
  14. 수소 및 산소를 생산하는 방법으로서,
    (a) 캐소오드 조립체 및 하나 이상의 애노드 조립체를 제공하는 단계로서, 상기 캐소오드 조립체는 캐오소드 전극 및 상기 캐소오드 전극을 둘러싸며 제 1 벽과 제 2 벽을 갖고 제 1 유로 및 제 2 유로를 형성하는 전극 칼라를 포함하며, 상기 애노드 어셈블리는 애노드 전극 및 상기 애노드 전극을 둘러싸며 하나 이상의 유로를 형성하는 전극 칼라를 포함하는, 캐소오드 조립체 및 하나 이상의 애노드 조립체를 제공하는 단계;
    (b) 자기적으로 유도된 전기적 격납 필드(magnetically induced electrical containment field)를 생성하도록 상기 캐소오드 전극 및 상기 하나 이상의 애노드 전극 사이에 전류를 생성하기 위해, 상기 캐소오드 전극으로 전력을 공급하는 단계;
    (c) 상기 캐소오드 전극의 팁 근처에서 플라즈마를 형성하기 위해 상기 전기적 격납 필드 안으로 상기 제 1 유로를 통해 비활성 가스 유동을 제공하는 단계; 및
    (d) 수소 원소 및 산소 원소를 생산하기 위해 상기 캐소오드 전극의 팁 근처에서 플라즈마를 형성하기 위해 상기 전기적 격납 필드 안으로 상기 제 2 유로를 통해 수증기 유동을 제공하는 단계를 포함하는,
    수소 및 산소를 생산하는 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 비활성 가스가 아르곤인,
    수소 및 산소를 생산하는 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 아르곤은 전극당 시간당 8-10 입방 피트(standard cubic feet)의 유동 속도로 제공되는,
    수소 및 산소를 생산하는 방법.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 수증기가 수증기 생성기를 이용하여 제공되는,
    수소 및 산소를 생산하는 방법.
  18. 제 14 항에 있어서,
    (e) 상기 수소 원소로부터 에너지를 방출하도록 상기 전기적 격납 필드를 빠져나갈 때 상기 수소 원소 및 상기 산소 원소를 점화하는 단계를 추가로 포함하는,
    수소 및 산소를 생산하는 방법.
  19. 제 14 항에 있어서,
    (e) 상기 전기적 격납 필드에서 생산된 상기 수소 원소 및 상기 산소 원소를 분리하고, 수집하고 그리고 저장하는 단계를 추가로 포함하는,
    수소 및 산소를 생산하는 방법.
  20. 제 18 항에 있어서,
    (f) 전기를 생성하기 위해 상기 수소 원소 및 상기 산소 원소에 의해 생산된 에너지를 이용하는 단계를 추가로 포함하는,
    수소 및 산소를 생산하는 방법.
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