KR20070040793A - 수소 가스의 전기 분해와 공급을 위한 장치 및 방법 - Google Patents

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KR20070040793A
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에스.이.알.엘. 사이언스 트러스티 리미티드
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Abstract

즉시적인 에너지 공급원으로 사용하기 위해 생산량을 조절함으로써 어떠한 형태의 저장소도 필요하지 않은, 필요한 만큼 생산되는 수소 가스의 생산에 있어서 고 효율의 장치와 방법적 개선.
수소 가스, 전기 분해, 금속 중탄산염 수용액, 금속 수산화물 수용액, 내연 기관, 전기 발전기

Description

수소 가스의 전기 분해와 공급을 위한 장치 및 방법{HYDROGEN GAS ELECTROLYSIS AND SUPPLY APPARATUS AND METHOD}
본 발명과 관련이 있는 모든 사람에게:
과학자이고 사우쓰 오크랜드 파파쿠라(South Auckland Papakura)에 거주하는 뉴질랜드 시민인 본 출원인, 딘 루이스 서더랜드(Deane Lewis Sutherland)는, 내연 기관 및/또는 에너지 발생 장치에서 사용하기 위한 필요한 만큼 생산되는 수소 가스의 생산과 조절 제어에 있어서, 다음과 같은 명세서와 그 명세서에 첨부되고 그 명세서의 일부를 구성하는 도면에 소개된, 단지 적은 양의 물 만을 사용하는 새롭고 유용한 개량 발명을 하였다.
본 출원은, 본 출원인의 독자적인 특별한 '필요한 만큼 생산되는(created as required)' 방법을 통하여 다량의 수소 가스를 생산할 목적으로 본 출원인이 고안하고 적용한 장치에 기초를 하고 있다. 본 공정과 그러한 장치의 제작에 있어서, 그 장치 자체의 제작 또는 파괴가 전적으로 불가능하고, 그 장치에 접근하거나 그 장치를 취급하는 사람에게 위험하다.
본 발명의 제1 에너지 발생부는 운동부를 구비하지 않는다. 사실상, 물과 가스의 흐름을 제어하는 작은 순환 펌프와 마이크로 밸브가 본 발명, 장치 및 공정의 유일한 기계적 태양이다. 본 발명의 제2 에너지 발생부는 더 많은 운동부를 포함한 다. 이것은, 전기 에너지를 생산하기 위하여, 배출 증기를 제1 에너지 발생 장치로부터 터어빈 또는 터어빈들의 블레이드(blade) 또는 블레이드들 및/또는 패들(paddle) 또는 패들들 및/또는 버킷(bucket) 또는 버킷들에게로 보내는 방법 및/또는 공정이다.
본 개량 발명은 신규한 형태의 수소 생산 장치와, 수정된 전류 조절에 의하여 전기 에너지를 전달하기 위한 개량된 시스템을 포함한다. 이것은 전자 가스 압력 감지 및 전기 공급 개폐 스위치 시스템과 연결된 펄스 폭 변조 회로의 사용에 의하여 달성된다. 그 목적은 전기-화학 셀로의 전류 공급을 조절하는 것이다. 그 공급원의 에너지는, 어느 주어진 시간에서 필요한 수소 가스 양에 따라서 증가하거나 감소한다.
본 장치는, 상기 가변적인 생산량을 고려하고 파괴시 부상의 위험이 없고 안전하게 조작할 수 있도록 제작되었다. 이를 위하여, 본 출원인은, 생산된 수소 및/또는 산소가 고효율로 즉시 사용되고 따라서 저장 에너지가 필요치 않은 방식의 독특한 전기-화학 셀, 가스 수송 및/또는 가스 공급 공정을 구축하였다.
상술한 전기-화학 셀의 타입은, 특정 기하학적 비율의, 피라미드 형상의, 세라믹 및/또는 비닐/플라스틱 전해질 칸막이를 그 특징으로 한다. 상기 형태는 본 출원인이 일반적으로 사용하는 것이다.
조절된 전류가 전기-화학 셀로 공급되고, 상기 공정으로부터 생산된 수소 가스가 연소를 위하여 신규하고 그리고/또는 독특한 방식으로 전통적인 내연 기관 내의 밸브로 수송되고 공급된다. 배출 수증기로부터 생산된 결과적인 운동 에너지는 공기 및/또는 산소와 함께 새로이 생산된 수소를 연소시킴으로써 발생한다. 상기 운동 에너지는, (예를 들면, 실린더/휠 또는 다른 터어빈 타입으로 설계된) 터어빈의 원주 둘레에 배열된 블레이드와 함께 그리고/또는 블레이드로의, 상술한 수증기 배출의 충격 및/또는 반작용에 의하여 역학적 에너지로 전환된다. 상기 역학적 에너지는 그 다음에 터어빈에 의하여 전기 에너지로 전환된다. 수증기는, 일단 운동 에너지를 역학적 에너지로 전환하는 데 사용된 후 재생되고, 다시 전기-화학 셀 안으로 재도입되기 위하여 수증기 냉각 튜브/파이프를 통하여 재응축된다. (금속 중탄산염 및/또는 금속 수산화물 및/또는 금속 염화물 및/또는 다른 오염물은, 감소되거나 그리고/또는 산화되지 않기 때문에 전기-화학 셀 내에 남아 있고, 따라서 전기-화학 셀의 모든 내용물은 고의적으로 배출되지 않는 한 전기-화학 셀에서 제거될 수 없다.)
전극 조립체의 각 반쪽은 충분한 전기적 절연에 의하여 다른 반쪽으로부터 분리되고, 따라서 전기 분해 공정의 전기적 실패 가능성에 대한 원인을 제공하지 않는다(즉, 전기-화학 셀 내의 독특한 분리 벽). 본 출원인은 특히 지금부터의 설명에서 상기 형태를 벗어나거나 상기 형태에 변화를 줄 것이다.
본 출원인의 개량된, 수소 가스가 '필요한 만큼 생산되는' 장치의 구성에 있어서, 본 출원인은 새로이 생산된 수소 가스를 밸브 챔버(valve chamber)로 즉시 수송하는 것을 돕기 위하여 진공/공기 펌프를 사용하였다. 이것은 (일정 속도 공기 혼합기 특성을 가진) 음압 또는 저압 1단계, 저압 2단계 또는 저압 3단계 가스 조절기의 사용을 통하여 달성될 수 있다.
수소 가스를 냉각시킴으로써 가스의 발화점(flash point)을 낮추기 위해, 혼합기 안으로 미세한 물 안개를 도입하는 데 물 분무 분사 시스템(water atomization injection system)이 사용될 수 있다. 선택적으로, 미세 물 분무 분사 시스템과 함께 밸브 챔버의 후방 안으로 직접 사용되는 수소 가스-포트 분사 시스템(gas-port injection system)이 사용될 수 있다. 본 시스템은 마이크로 프로세서로 제어되고, 내연 기관과 전기 발전기의 밸브 챔버로의 수송을 위한 모든 가스의 비율, 혼합 및/또는 공급을 감지하고 감시하고 그리고/또는 조절하기 때문에, 후자의 옵션이 단지 조금 더 효과적이고 복잡하고 설치비가 많이 든다.
절대적으로 어떠한 가스도 저장하지 않으므로, 사람 또는 장치의 손상에 대한 대비에 있어서 매우 효과적일 것이다.
도 1은 전기-화학 셀 연결을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 도 1에서 전기 회로를 생략한 도면이다.
도 3은 전기-화학 셀의 분해 단면도이다.
도 4는 전류의 펄스 폭을 조절하기 위한 펄스 폭 변조 제어 회로를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명에 의한 기초 플레이트 및/또는 전기-화학 셀의 저면도/부분 단면도이다.
도 6은 배출 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 7은 전기-화학 셀과 물 레벨 조절기를 도시한 도면이다.
도 8은 전극 조립체의 단면도이다.
도 9는 물 레벨 조절기를 상세하게 도시한 도면이다.
도 10은 개략적인 내연 기관의 연료 포트 분사 시스템 내에서 사용된, 본 출원인의 '필요한 만큼 생산되는' 수소 생산 장치의 통합체를 도시한 도면이다.
도 1/ 전기-화학 셀 연결 개략도: 도 1은 '필요한 만큼 생산되는' 수소/산소의 생산과 그 조절을 위한 완전한 방법적 공정 및 장치를 도시한 도면이다.
수소 가스가 생산되면, 생산된 수소는 연소를 위하여 밸브 챔버로 즉시 공급될 것이다. 상기 생산된 배출 증기의 운동 에너지는, 실린더 또는 바퀴의 원주 둘레에 배열된 일련의 블레이드, 패들 및 버킷으로의 유체 또는 가스의 충격 및/또는 반작용에 의해 역학적 에너지로 전환될 수 있다. (예를 들면, 터빈의 블레이드 또는 블레이드들을 회전시키는 것), (즉, 즉시 사용을 위한 내연 기관 및/또는 전기 발전기 내에서)
완전한 상세 내역을 위하여 일람표 'P' 참조.
도 2/ 도 1에서 전기 회로가 생략된 도면이다.
도 3/ 분해 단면도: 도 3은 전기-화학 셀의 측면도이다.
전기-화학 셀 내의 전극 조립체는 양극과 음극으로서 기능을 한다. 상기 도면은, 음극에서 새로이 생산된(발달한) 수소 가스를 양극에서 새로이 생산된(발달한) 산소 및/또는 염소 가스와 분리시키는 분리 벽 프레임을 도시한다. 상기 가스 의 분리는 상기 전기-화학 셀 내부에 위치한 분리 벽 프레임에 의해 달성된다. 또한 상기 분리 벽 프레임은 음극을 양극으로부터 전기적으로 절연시킨다.
도 3의 도면 부호 1/ 전기-화학 셀 하우징을 전기-화학 셀 기초 플레이트에 연결하기 위한 볼트.
도 3의 도면 부호 2/ 전기-화학 셀 하우징.
도 3의 도면 부호 3/ 분리 벽 프레임.
도 3의 도면 부호 4/ 전기-화학 셀 내에서 어떻게 위치되는지 도시하기 위한 전극 및/또는 전극 조립체.
도 3의 도면 부호 5/ 전기-화학 셀 하우징을 전기-화학 셀 기초 플레이트에 연결하기 위한 너트.
도 3의 도면 부호 6/ 기계부의 방수 성능(즉, 볼트와 너트의 고정)을 돕기 위한 개스킷(gasket)/와셔(washer).
도 3의 도면 부호 7/ 상기 전기-화학 셀 내의, 전극 조립체의 밀폐를 위한 개스킷 및/또는 물 입구/압축 공기 개구부.
도 3의 도면 부호 8/ 전기-화학 셀 기초 플레이트.
도 3의 도면 부호 9/ 전기-화학 셀 기초 플레이트를 위한 개스킷.
도 3의 도면 부호 10/ 전기-화학 셀 기초 플레이트 위의 개스킷 장착 라인.
도 3의 도면 부호 11/ 양극에 위치한 양의 터미널.
도 3의 도면 부호 12/ 양극에 위치한 물 입구.
도 3의 도면 부호 13/ 음극에 위치한 음의 터미널.
도 3의 도면 부호 14/ 음극에 위치한 압축 공기 입구.
상기 분리 벽 프레임은 두 가지의 목적을 가지며, 그 제1 목적은 음극에서 생산된 가스를 양극에서 생산된 가스와 분리시키는 것이다. 제2 목적은 양 전류를 음 전류로부터 전기적으로 절연시키는 것이다. 전기-화학 셀 내에서 새로이 생산된 수소 가스는 새로이 생산된 산소 및/또는 염소 가스와 혼합될 수 없다. 사실상, 상기 전기-화학 셀 내의 세라믹 분할 벽 프레임(도 3의 도면 부호 3)은, 비정제 천연 바다 소금 또는 금속 중탄산염(metal bicarbonate) 및/또는 금속 수산화물(metal hydroxide) 수용액이 상기 전극 조립체의 양측 사이 및 내부로 자유롭게 이동하도록 하기 위한 전기-화학 셀 기초부의 3mm 틈을 제외하고는, 전체 전기-화학 셀을 완벽하게 절반으로 분할한다.
수소 가스는, 전기-화학 셀을 빠져나올 때, 일방 체크 밸브와 가스 냉각 장치(예를 들면, 변성 알코올 및/또는 알코올 용액 저장소)를 통과한다. 그 다음에, 상기 수소 가스는, 저압용 가스 압력 조절기와 컴퓨터로 제어되는 수소 포트/물 분무 분무 분사 시스템을 통하여 즉시 밸브 챔버(도 10 참조) 안으로 직접 진공/공기 주입된다(도 1의 도면 부호 21 참조).
선택적으로, 음압 또는 저압용[다시 말하면, 사용에 따라서 0.04bar(1/16psi)와 2.76bar(4psi) 사이의] 일정 속도 공기/가스 혼합기 조절기 설치를 위해 단일물(simple)이 이용될 수 있고, 상기 단일물은, 선택적으로, 미세 물 분무를 상기 혼합기 안으로 유도할 수 있다. 이것은 발화점의 수소 가스를 냉각시키기 위함이다(따라서, 새로이 생산된 수소 가스의 사전 폭발 위험이 감소한다). 후자의 옵션은 고효율로 작동하기 위하여 다음과 같은 장치 및/또는 방법적인 개선이 필요하다. 가열 특성이 없는 저압 가스 조절기. 이것은, 수소 가스가 상기 조절기 내에서 따뜻한 온도로 인해 사전 발화할 수 있기 때문에, 필요하다. 만일 상기 조절기가 가열된 경우 부탄(butane)은 액화되고 프로판(propane)은 끓을 수 있기 때문에, LPG 저압 가스 조절기 내에서 충분한 가열이 요구된다. 이것은 프로판과 부탄의 끓는점이 다르기 때문이다. 저압 가스 조절기 및/또는 내연 기관 매니폴드(manifold)를 가열하는 또 다른 이유는 원래는, 매우 추운 조건에서 연료가 어는 것을 방지하기 위함이다. 수소는, 잘 어는 LPG와 달리, 잘 얼지 않는다(이것은, 수소가, LPG와 달리, 매우 추운 날씨에도 얼지 않음을 의미한다). 이것은, 본 출원인의 독창적인 장치 및/또는 방법의 이용시에 엔진 매니폴드 및 저압 가스 조절기의 가열이 요구되지 않거나 필요하지 않은 또 다른 이유이다. (내연 기관 내의 엔진 매니폴드 및 저압 가스 조절기의 가열 특성이 제거되었다. 내연 기관 내의 엔진 매니폴드 및/또는 가스 조절기의 가열 특성을 제거함으로 인해, 수소의 사전 폭발이 방지되고 매우 효과적으로 작동된다.)
미세 망 그릴(mesh grill)이 기화기의 기초부에 배치되어야 한다. 이것은, 흡입 밸브를 통하여 역류되는 어떠한 수소 사전 폭발 화염에 의해 발생하는 가능한 장치 손상을 방지하기 위한 장치이고 예방책이다. (이것은, 엔진 매니폴드와 저압 가스 조절기의 가열 특성이 제거되지 않았을 경우에 발생하는 것으로 관측된다.) 상기 미세 망 그릴은, 핀과 유사한, 약 직경 0.1mm의 매우 작은 구멍을 구비한다. 이것은, 수소 가스 및 매우 미세한 물 분무가 상기 미세 망 그릴을 통하여 자유롭 게 밸브 챔버로 이동할 수 있기 때문에 필요하다. 화염은 상기 미세 망 그릴을 관통할 수 없기 때문에, 수소 사전 폭발 화염이 흡입 밸브를 통하여 역류하여 가스 혼합기 및/또는 저압 가스 조절기 및/또는 공기 정화기/필터로 이동할 가능성이 제거된다.
점화 타이밍 및 캠축(cam-shaft) 타이밍의 지연. (수소 가스의 폭발을 지연시키고, 그 폭발이 상사점(top dead center) 가까이에서 또는 상사점 이후 0도와 25도 사이에서 이루어지도록 하기 위하여 점화 타이밍의 지연이 필요하다.) 내연 기관에서 단일 캠축 타이밍의 지연은, 배출 밸브의 개방을 지연시키고 따라서 상기 배출 밸브를 통한 수소 화염의 역화(back fire) 가능성을 제거하기 위하여 필요하다. 이러한 조절은 매우 빠른 수소 화염 속도 때문에 필요하다. 이러한 방법적 개선 및/또는 조절이 고효율로 작동되는 것이 관측되었다.
단일 캠축 내연 기관에서 흡입 밸브 작동 기간의 단축은 태핏(tappet)의 로커 암(rocker arm)의 조절 또는 캠 윤곽의 변경에 의해 달성된다. 이것은 연삭 및 캠 윤곽의 변경에 의해 달성된다. (이것은, 흡입 밸브가 더 늦게 열리고 더 빨리 닫히도록 함으로써 완성된다.) 이러한 조절은 매우 빠른 수소 화염 속도 때문에 필요하다. 트윈(twin) 캠축 내연 기관에서 흡입 밸브 작동 기간의 단축은 주로 제2 캠축의 조절 및 재설정에 의해 달성되기 때문에 로커 암/태핏의 조절이 항상 필요하다.
가스 조절기/혼합기 내에 물 분무를 도입하는 것은, 다량의 새로이 생산된 수소 가스가 상기 방법 및/또는 공정에서 이용될 때, 새로이 생산된 수소 가스의 발화를 감소시키는 데 도움이 된다. 따라서, 수소의 발화가 억제되고 또한 가스의 휘발성이 약간 감소한다. 고농도의 수소 가스 연료가 요구될 때, 이것은 수소 분자를 서로 더 가깝게 한다. 이것은, 새로이 생산된 수소 가스를 냉각제 및/또는 냉각 공정에 의해 처리하는 것(예를 들면, 알코올 용액을 통하게 하는 것)에 의해 달성된다. 내연 기관의 압축비는 엔진이 과열되지 않도록 하기 위하여 종종 감축된다.
도 1 및/또는 도 2 참조. 산소는 다시 대기중으로 방출되거나, 제2 저압 가스 조절기를 경유하여 밸브 챔버로의 공급을 위한 에어 필터/클리너 시스템 안으로 도입되기 위하여 수소와 분리되어 수송될 수 있다. 만일 염화 나트륨 용액 및/또는 비정제 천연 바다 소금 수용액이 사용되면, 단지 염소 가스만이 생산된다. 가수 분해된 금속 중탄산염 및/또는 금속 수산화물 수용액 내에서 염소의 생산은 감지되지 않는다. 이것은 금속 중탄산염 및/또는 금속 수산화물 수용액 내의 낮은 염화물 수준에 기인한다. 용액 내의 전기 전도성의 큰 증가는 다양한 금속 중탄산염 및/또는 금속 수산화물의 추가로 달성된다. 금속 중탄산염 및/또는 금속 수산화물 또는 비정제 천연 바다 소금에 대한 물의 비율은 부피로 측정된다.
도 4/ DC 속도 제어기: 도 4는 전류의 펄스 폭을 조절하기 위한 펄스 폭 변조 제어 회로를 도시한 도면이다. 상기 변조는, 어느 주어진 시간에서, 수소 공급 라인으로 공급하기 위한 수소 가스의 생산 속도를 결정하기 위하여 필요하다.
셀로의 전류 공급은 전위차계(potentiometer)에 의하여 조절된다. 상기 전위차계를 조절하는 사람은 차례로 전극 조립체로 보내져야 할 변조된 전류의 펄스 폭을 조절하고 상기 셀로의 귀환(feedback)을 조절한다. 작업에 따라서, 자동차에 서의 사용을 위하여 손으로 작동되는 전위차계 및/또는 전자 점화 전위차계가 사용될 수 있다(후자는 표준 가속 페달을 경유한 케이블에 의해 작동된다.)
도 4의 도면 부호 1/ 이것은 주 에너지 공급원으로부터 펄스 폭 변조 회로로의 양(positive)이다.
도 4의 도면 부호 2/ 이것은 주 에너지 공급원으로부터 펄스 폭 변조 회로로의 음(negative)이다.
도 4의 도면 부호 3/ 이것은 펄스 폭 변조 회로로부터 양극으로의 음이다.
도 4의 도면 부호 4/ 이것은 펄스 폭 변조 회로로부터 음극으로의 양이다.
도 4의 도면 부호 5/ (펄스 폭 변조 회로의 특징인) DC 속도 제어기.
도 4의 도면 부호 6/ 이것은 (셀 안으로 공급되는 전류의 수동 조절을 위한)전위차계이다. 전압은 일정할 수 있다.
도 5/ 도 3의 A-A에 따른 참조 단면도: 이것은 본 발명에 의한 기초 플레이트 및/또는 전기-화학 셀의 저면도/부분 단면도이다. '전류 터미널', '수용액 입구 파이프' 및 '금속 중탄산염 및/또는 금속 수산화물 용액 배출 탭(tap)'이 상기 전기-화학 셀의 기초부로부터 돌출된다.
도 5의 도면 부호 2/ 전기-화학 셀을 위한 기초 플레이트.
도 5의 도면 부호 4/ 전기-화학 셀 하우징 내에 숨겨진 전극의 외형.
도 5의 도면 부호 11/ 전기-화학 셀 개스킷 장착 라인.
도 5의 도면 부호 12/ 전극을 돌출시키기 위한 전기-화학 기초 플레이트 내의 개구부.
도 5의 도면 부호 14/ (셀의 양극 측으로)물 및/또는 (셀의 음극 측으로)가압된 공기가 들어가기 위한 전기-화학 셀의 기초 플레이트 내의 개구부.
도 6/ 배출 시스템 개략도: 이것은 물 재생 시스템이다.
수소 가스가 내연 기관 및/또는 전기 발전기의 밸브 챔버 내에서 산소 및/또는 공기와 함께 폭발한 후에, 생산된 배출 수증기의 운동 에너지가, 터어빈의 원주 둘레에 배열된 블레이드 또는 일련의 블레이드로의 운동 수증기(가스)의 충격 및/또는 반작용에 의하여, 역학적 에너지로 포획되고 그리고/또는 전환되고 그리고/또는 이동된다. 그 결과로 초래된 터어빈의 역학적 에너지는 전기 에너지로 전환된다.
수증기가 일련의 블레이드 및/또는 버킷 및/또는 터어빈의 패들과 작용한 후에, 소음기/배출 물 재생 시스템이 그 수증기를 재생시키고, 그 수증기는 재사용을 위하여 물 저장 탱크 위의 배출 증기 수송 파이프 및/또는 튜브 내에서 응축된다. (염화 나트륨이 사용되는 경우에는, 전기-화학 셀을 주기적으로 배수시켜야 한다.)
도 6의 도면 부호 24/ 엔진 배출 밸브로부터의 배출 수증기.
도 6의 도면 부호 35/ 배출 수증기의 운동 에너지를 역학적 에너지로 전환시키는 것과 유사한 기능을 하는 터어빈 또는 장치. 상기 역학적 에너지는 전기 에너지 발생을 위해 사용된다.
도 6의 도면 부호 25/ 배출 수증기였던 새로이 재응축된 물을 물 저장 탱크(도 6의 도면 부호 1)로 수송하기 위한 물 펌프.
도 6의 도면 부호 34/ 주 에너지 공급원으로의 또는 만일 보증이 되었다면 추가 타이머(도 1의 도면 부호 17)로의 전기.
도 6의 도면 부호 33/ 새로이 응축된 물을 위한 물 저장 탱크(도 1의 도면 부호 1)로의 수송 튜브.
도 6의 도면 부호 32/ 물 저장 탱크를 위한 브리더 캡(breather cap).
도 6의 도면 부호 1/ 물 탱크(도 1의 도면 부호 1을 또한 참조).
도 7/ 물 레벨 조절/전기-화학 셀: 이것은, 도시된 바와 같이, 전기-화학 셀 내의 수용액의 레벨을 감시하고 그리고/또는 결정한다.
도 7의 도면 부호 2/ 전기-화학 셀.
도 7의 도면 부호 4/ 물 레벨 조절기.
도 7의 도면 부호 37/ 물 레벨 조절기의 물 입구.
도 7의 도면 부호 38/ 셀 및/또는 조절기를 위한 물 레벨 관측 튜브.
도 7의 도면 부호 39/ (본 발명의 변형에 있어서 선택적인) 브리더 튜브.
'전기-화학 셀' 및/또는 '전기-화학 셀 물 레벨 조절기'는 함께 유지될 수 있고, 이를 위하여 특정 서스펜션 장치에 고정될 수 있다. 상기 장치는 수직으로 서로의 내부에서 움직이는 두 개의 링들 중 하나의 링을 구비한다. 이것은 배의 나침반이 매달려 있는 방식과 같은 기능을 한다. 이것은 상기 장치를 평평하지 않은 지면에서 사용할 때의 단점을 보완하기 위한 예방책이다[즉, '배의 짐벌(gimbals)'] 전기-화학 셀 내에서 요구되는 물 레벨은 상기 물 레벨 조절기를 통하여 사전 조정될 수 있다(도 9의 물 레벨 조절기의 상세도 참조).
도 8/ 단면도: 전극 조립체는, 바람직하게는, 도시된 바와 같이 제작된다. 상기 전극 조립체의 전체 기하학적 치수는, 도 8의 도면 부호 36의 '단면도'와 같은 것이어야 하고, 도 3의 도면 부호 4의 '분해된 단면도'에서 도시된 것과 같은 전기-화학 셀로 교체되어야 한다.
도 8의 도면 부호 2/ 전기-화학 셀의 외부 틀.
도 8의 도면 부호 11/ 양극 전기 터미널.
도 8의 도면 부호 12/ 음극 전기 터미널.
도 8의 도면 부호 13/ 물 입구 흐름 라인.
도 8의 도면 부호 14/ 전기-화학 셀의 음극 측의 내부로 들어가는 가압된 공기 입구.
도 8의 도면 부호 36/ 전극 조립체.
도 9/ 물 레벨 조절기의 상세도: 이것은 장치 내에서 물 흐름 밸브의 열린 상태(도면 부호 3)와 닫힌 상태(도면 부호 6)를 상세히 도시한다. 수용액의 전기-화학 셀로의 흐름은 상기 장치에 의해 완전하게 조절된다.
도 9의 도면 부호 1/ 물 레벨 조절기의 측벽.
도 9의 도면 부호 2/ 물 입구.
도 9의 도면 부호 3/ 물 흐름 차단 밸브가 열린 상태.
도 9의 도면 부호 4/ 물 레벨 조절기 관측 튜브.
도 9의 도면 부호 5/ 밸브가 열렸을 때 전기-화학 셀의 입구 파이프로 진입하기 위한 물 레벨 조절기 출구.
도 9의 도면 부호 6/ 물 흐름 차단 밸브가 닫힌 상태.
도 9의 도면 부호 7/ 밸브가 닫혔을 때 전기-화학 셀의 입구 파이프로 진입하기 위한 물 레벨 조절기 출구.
도 10/ 수소 포트 분사 옵션: 이것은, 내연 기관 개략도 내에서의 연료 포트 분사 시스템 내에서 사용된, 본 출원인의 '필요한 만큼 생산되는' 수소 생산 장치의 합체를 도시한 도면이다.
Figure 112007005446022-PCT00001
도 10의 도면 부호 1/ 물 저장 탱크.
도 10의 도면 부호 2/ 물 필터.
도 10의 도면 부호 3/ 물 펌프.
도 10의 도면 부호 4/ 물 압력 조절기.
도 10의 도면 부호 5/ 공기 흡입 박스.
도 10의 도면 부호 6/ 공기 필터.
도 10의 도면 부호 7/ 공기 온도.
도 10의 도면 부호 8/ 아이들(idle) 공기 밸브.
도 10의 도면 부호 9/ 스로틀(throttle) 몸체.
도 10의 도면 부호 10/ 스로틀 위치 센서.
도 10의 도면 부호 11/ 수소 증기 연료 주입기.
도 10의 도면 부호 12/ 전기-화학 셀 물 레벨 조절기.
도 10의 도면 부호 13/ 전기-화학 셀.
도 10의 도면 부호 14/ 압력 측정/전류 차단 스위치.
도 10의 도면 부호 15/ 스파크 플러그(spark plug).
도 10의 도면 부호 16/ 점화 코일.
도 10의 도면 부호 17/ 엔진 온도 센서.
도 10의 도면 부호 18/ 크랭크 축 위치 센서.
도 10의 도면 부호 19/ 엔진 제어 유닛(ECU).
도 10의 도면 부호 20/ 점화 스위치.
도 10의 도면 부호 21/ 배터리.
도 10의 도면 부호 22/ 공기 가압 장치.
도 1의 상세한 설명은 다른 설명이 없는 한 다음과 같다.
도 1의 도면 부호 1/ 수용액 저장 탱크: 이것은 금속 중탄산염 및/또는 금속 수산화물 수용액을 저장한다. (비정제 천연 바다 소금 수용액도 또한 사용될 수 있다.)
도 1의 도면 부호 2/ 전기 물-연료 펌프: 이것은 수용액을 수용액 저장 탱 크(도 1의 도면 부호 1)로부터 전기-화학 셀(도 1의 도면 부호 8)로 주입하기 위한 것이다.
도 1의 도면 부호 3/ 물 필터: 이것은 수용액 내의 어떠한 고체 물질이라도 전기-화학 셀에 도달하는 것을 방지하기 위하여 이를 제거한다.
도 1의 도면 부호 4/ 전기-화학 셀 물 레벨 조절기: 이 장치의 목적은 전기-화학 셀 내부의 수용액 레벨을 감시하고 제어하는 것이다. (도 7 또한 참조.) 이것은, '전기-화학 셀' 및 '전기-화학 셀 물 레벨 조절기'를, 서로의 내부에서 수직으로 움직이는 두 개의 고리들 중 하나의 고리로 제작된 서스펜션 장치에 함께 배치함으로써 달성된다. 즉, 이것은, 배의 나침반을 매달고 그것을 평평하게 유지하는 배의 짐발과 유사한 기능을 하는 장치이다.
도 1의 도면 부호 5/ 물 흐름 차단 밸브: 이것은 전기-화학 셀로의 물 공급을 차단한다. 전기-화학 셀 내부의 물이 예정된 최고 레벨에 도달하면, 전기-화학 셀 내부의 수용액 레벨이 상기 예정된 최고 레벨 이하로 떨어질 때까지 수용액의 공급 및 흐름이 중단된다. 상술한 바와 같이, 상기 '전기-화학 셀' 및 '전기-화학 셀 물 레벨 조절기'는 상기 짐발 장치 내에 함께 고정된다. 따라서, 전기-화학 셀 물 레벨 조절기 내부의 광물화(mineralize)된 수용액 레벨은 상기 전기-화학 셀의 레벨과 동일하다.
도 1의 도면 부호 6/ 퓨즈(fuse): 이것은 어떠한 가능한 전류의 과부하를 방지하기 위한 것이다.
도 1의 도면 부호 7/ 점멸 스위치: 이것은 물/흐름 차단 밸브(도 1의 도면 부호 5) 및 압력 활성형 전류 스위치(도 1의 도면 부호 22)로의 모든 전기를 공급하고 그리고/또는 차단한다.
도 1의 도면 부호 8/ 전기-화학 셀: 이것은 양극, 음극(즉, 전극 조립체) 및 수용액을 포함한다. 셀 내에 충분한 전류가 공급되고 금속 중탄산염 및/또는 금속 수산화물이 사용되면, 수소 가스 및 산소 가스가 생산된다. (전기-화학 셀의 바람직한 실시예는 다음과 같은 크기를 가진다 : 결정된 높이에 1.49를 곱한 값에 의해 네 개의 측면 각각의 길이가 계산되고, 결정된 높이에 1.57을 곱한 값에 의해 네 개의 기초부 각각의 길이가 계산된다.) 이 장치는 전기 분해 공정에 가압된 환경을 제공한다. (가압된 공기는, 수소 가스 기포를 음극 표면에서 제거하는 것을 돕기 위한 배출 탭(도 1의 도면 부호 14)을 통하여 전기-화학 셀의 음극 측으로 전달된다). 약간의 공기 압력이 기초부의 3mm 틈을 경유하여 전기-화학 셀의 양극을 통하여 빠져나오게 되고, 약간의 양극 표면의 산소 기포를 제거한다. 이것에 대하여 도 8 참조.
(도전성을 가진) 전기-화학 셀은 상기 전극 조립체를 포함한다. 상기 셀은, 바람직하게는, 두 부분의 고체 세라믹 장치 또는 그와 유사한 비가요성 및 도전성 재료로 구성된 장치이다. 상기 셀의 벽의 각도는 상기 전극 조립체의 외관과 같은 기하학적 외관 비율을 가진다. 이로 인해 상기 전극 조립체(전극 배치의 예를 위해 도 3의 도면 부호 4 참조)는 상기 전기-화학 셀 내부에 쉽게 장착되고 필요한 경우에 쉽게 교체될 수 있다. 이것은, 전기-화학 셀 기초부(도 3의 도면 부호 8)가 제거 가능하고 전기-화학 셀 주 구조물(도 3의 도면 부호 2)에 다시 장착될 수 있기 때문에, 전기-화학 셀 기초부를 제거함으로써 달성된다.
도식(도 5의 도면 부호 11, 도 3의 도면 부호 10)은 원형 고무 개스킷을 유지하기 위한 개스킷 장착 라인을 나타낸다. 이것은 광물화된 수용액이 상기 전기-화학 셀로부터 빠져나가지 못하게 하기 위함이다(완전한 전극 조립체가 도시된 도 8 참조).
전기-화학 셀의 최고점(도 3의 도면 부호 3)에는, 전기-화학 셀 내의 분리된 두 측의 각각으로부터의 두 개의 가스 출구 채널이 있다. 즉, 음극 가스 출구는 전기-화학 셀의 음의 측에서 생산된 가스를, 수집하고, 즉시 연소를 위하여 포트 주입 시스템 또는 모든 가열 특성이 제거된 종래의 엔진 매니폴드와 음의 가스 압력 조절기를 경유하여 내연 기관의 밸브 챔버 및/또는 발전기로 수송한다.
분무를 통한 수증기 포트 분사 공급 시스템은, 수소 가스를 냉각시키기 위한 수소 포트 분사 공급 시스템과 함께 잘 작동하는 추가적인 변경 옵션이다. 이것은, 매우 격렬하게 작동하는 고성능 내연 기관 및/또는 전기 발전기 내에서, 수소의 자연적인 낮은 발화점으로 인한 사전 폭발 또는 역화를 방지하기 위하여 필요하다.
양극 가스 출구는, 도 1에 도시된 바와 같이 상승하는 가스를 다시 대기중으로 분출하거나 또는 선택적으로 밸브 챔버로 독립적으로 수송할 수 있고, 수소 가스의 연소 직전에 수소 가스에만 도입될 수 있다. 따라서, 이것은 수소 점화 강도를 증가시킨다. 연소 강도 증가를 위한 부가물로서 새로이 생산된 수소 가스의 연소 직전에 그 수소 가스와 함께 산소가 수송되어야 할 경우를 제외하고는, 양 파 이프의 가스는 서로 혼합되지 않는다.
음극(즉, 전기-화학 셀의 음극 측)으로부터의 가스 출구 채널은, 즉시 연소를 위해, 새로이 생산된 수소 가스를 밸브 챔버로 직접 수송한다. 양극(즉, 전기-화학 셀의 양극 측)으로부터의 가스 출구는 산소 가스를 대기중으로 수송하거나 연소 직전에 수소 가스와 혼합시키기 위하여 별도로, 안전 예방책으로써, 수송한다.
금속 중탄산염 및/또는 금속 수산화물 수용액의 사용에 있어서 어떠한 감지 가능한 염소 가스도 관측되지 않는다. 그러나, 하이포아염소산염(hypo-chlorite)이 형성될 가능성을 최소화한 상태로 밸브 챔버로 수송하기 위하여, 산소를 수소와 분리하여 수송하는 것이 더 안전하다.
주의: (도 1의 도면 부호 9, 10은 없음.)
도 1의 도면 부호 11/ 전기 터미널 양극: 양의 전류는 전기 터미널 양극(도 1의 도면 부호 11)을 통하여 셀로 공급된다.
각 전극은 전극 조립체의 반쪽이다(즉, 정확하게 서로를 복사한 것이다). 바람직하게는, 전극은, 너무 빨리 소모되지 않고 전기 분해 도중에 높은 레벨의 입력 전류를 견딜 수 있도록 하기 위하여, 99.9% 순 니켈 금속으로 주조되어야 한다. (전극 조립체의 바람직한 실시예는 다음과 같은 크기를 가진다: 결정된 높이에 1.49를 곱한 값에 의해 네 개의 측면 각각의 길이가 계산되고, 결정된 높이에 1.57을 곱한 값에 의해 네 개의 기초부 각각의 길이가 계산된다). 주의: 상기 기하학적 비율은 양극과 음극을 합친 것이다. 전체 전극 조립체의 절반이 양극이거나 음극이다. 각 전극은, 본 명세서에서 도 8의 도면 부호 36으로서 상세하게 도시되었다. (상기 도면은 음극 또는 양극의 배치를 도시한다). 도 3의 도면 부호 4는 전기-화학 셀 내의 전극의 배치/교체 및/또는 제거 특성을 나타낸다. 여기에 도시된 전극은 단지 외곽 치수로만 도시되었다. 도 1은 본 출원인의 '필요한 만큼 생산되는' 수소 및/또는 산소 가스 또는 수소 및/또는 염소 가스의 조절된 생산을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1의 도면 부호 12/ 전기 터미널 음극: 음의 전류는 전기 터미널 음극을 통하여 셀로 수송된다.
각 전극은 전극 조립체의 반이다(즉, 정확하게 서로를 복사한 것이다.) 바람직하게는, 전극은, 너무 빨리 소모되지 않고 전기 분해 중 높은 레벨의 입력 전류를 견딜 수 있도록, 99.9% 순 니켈 금속으로 주조되어야 한다. (상술한 완전한 기하학적 크기 계산 참조). 각 전극이, 본 명세서에서 도 8의 도면 부호 36으로서 상세하게 도시되었다. (상기 도면은 음극 또는 양극의 배치를 도시한다). 도 3의 도면 부호 4는 전기-화학 셀 내의 전극의 배치/교체 및/또는 제거 특성을 나타낸다. 여기에 도시된 전극은 단지 외곽 치수로만 도시되었다. 도 1은 본 출원인의 '필요한 만큼 생산된' 수소 및/또는 산소 가스 또는 수소 및/또는 염소 가스의 조절된 생산을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1의 도면 부호 13/ 입구: 굵은 비정제 천연 바다 소금 또는 금속 중탄산염 및/또는 금속 수산화물 수용액이 상기 입구를 통하여 전기-화학 셀로 주입된다.
도 1의 도면 부호 14/ 가압 공기 펌프 / 배수 탭: 금속 중탄산염 및/또는 금속 수산화물 형성물이, 본 개구부를 통하여, 셀의 전체 액체 내용물과 함께 전기 -화학 셀에서 제거될 수 있다. (즉, 이것은 장치가 꺼졌을 때 수행된다.) 광물이 많이 함유된 배출 용액은 희석되고 그 후에 물 탱크 내로 다시 주입됨으로써 수집되고 재사용될 수 있다. 전기-화학 셀의 음극 측으로의 상기와 동일한 개구부는 '가압 공기'를 위한 입구로 이용될 수 있다. 상술한 바와 같이, 이것은, 추가적인 수소 생산을 위하여 전극 표면 영역을 비우고 따라서 수소 가스 생산 공정의 촉진을 돕기 위하여, 음 전극 표면으로부터 새로이 생산된 수소 가스를 공기와 사전 혼합시키고 새로이 생산된 수소 가스 기포를 제거하기 위함이다.
장치가 꺼졌을 때, 전기-화학 셀은, 그 전체 내용물이 배출되고 수용액 저장 탱크로부터 다시 채워질 수 있다. 전체 전기-화학 셀은 (전기-화학 셀로 둘러쌓인 전체 용액의) 약 매 900km 마다 그 내용물을 배출하여야 한다. 이것은, 계속적 사용에 의해 발생하는 어떠한 금속 중탄산염 및/또는 금속 수산화물 형성물도 제거하기 위함이다. 금속 이온은 음극에서 감소하지 않고, 중탄산염 및/또는 수산화물 이온은 양극에서 산화되지 않는다. 이러한 배출 공정의 목적은, 상기 특정 수소 및 산소 또는 수소 및 염소 생산 공정에서의 대규모의 금속 중탄산염 및/또는 금속 수산화물 형성물로 인한, 전기 분해 공정 내에서의 화학적 간섭을 피하기 위함이다.
도 1의 도면 부호 15/ DC 속도 제어기: (펄스 폭 변조 제어 유닛) (완전한 도식을 위해 도 4 참조) 손-제어 전위차계 또는 페달에 의하여 작동되는 케이블-제어 전자 점화 전위차계(즉, 가장 최신 자동차에서 발견되는 전위차계와 유사한 것)에 의해 궤환이 제어된다. 저온 시동시 DC 속도 제어기는, 표준 작동 중 필요한 정격 전류가 단지 40암페어이기 때문에 430 시동 암페어로 인해 파괴되는 것으로부터 보호하기 위하여, 바이패스(bypass) 된다. 사용되는 각각의 전기-화학 셀 마다 하나의 DC 속도 제어기가 있어야 한다. 이를 언급하는 이유는, 필요로 하는 수소 가스의 양에 따라서 일련의 복수의 전기-화학 셀이 함께 작동될 수 있기 때문이다.
도 1의 도면 부호 16/ 주 전기 에너지 공급원: 이 경우 표준 12볼트의 자동차 배터리가 사용된다. 필요한 저온 시동 암페어는 '시작 공정'에서 필요한 수소 가스의 양에 의해 결정된다. (본 출원인은 본 특수 예에서 430 저온 시동 암페어 자동차 배터리를 사용하였다.) 한 개 또는 복수의 배터리를 재충전하기 위해 시동을 건 후, 본 특수 공정 및/또는 장치 내에서 필요한 모든 에너지를 교체하기 위해 한 개 또는 복수의 교류 발전기가 사용될 수 있다.
도 1의 도면 부호 17/ 조절 가능한 추가 타이머: 이것은, 장치가 작동되지 않을 때 장치 내에 존재하는 모든 과도 수소 가스를 연소하여 장치 내의 모든 수소 가스를 없애기 위해, 전극 조립체에 전기 에너지의 공급이 차단된 후에도 전류가 진공/공기 펌프(도 1의 도면 부호 21) 및 스파크 플러그(도 1의 도면 부호 18 내) 또는 이와 동일 목적의 장치로 계속 공급되는 것을 보장한다.
도 1의 도면 부호 18/ 밸브 챔버: 이것은, 내연 기관 및/또는 발전기 내에서, 새로이 생산된 수소 가스를 점화시키기 위하여 스파크 플러그 및/또는 그와 동일한 기술을 이용한다. 주요 주의 사항; 새로이 생산된 수소 가스는, 연소를 위해 (냉각 시스템을 추가함으로써 그 가열 특성이 제거된) "2 단계" 저압 가스 조절기를 경유하여 밸브 챔버로 공급되고, (또한 냉각 시스템을 추가함으로써 그 가열 특성이 제거된) 엔진 매니폴드를 통하여 수송된다.
추가로, 점화 및 캠축 타이밍의 지연은, 상기 방법적 개선 및/또는 장치 내에서 매우 효율적인 것으로 또한 관측된다. 점화 타이밍의 지연은, 수소 가스의 폭발을 지연시키고 그 폭발이 상사점에서 또는 상사점 이후 0% 내지 25%에서 이루어지도록 하기 위하여 필요하다. 본 출원인은, 배출 밸브의 열림을 지연시키기 위한 캠축 타이밍의 지연이, 엔진/발전기 수소 화염이 상기 배출 밸브를 통하여 역화될 가능성을 제거하는 데 필요하다는 점을 발견하였다. 트윈 캠축 작동 엔진 및/또는 발전기에 있어서, 흡입 밸브 캠-타이밍은, 플러그의 스파크가 새로이 생산된 수소 가스를 점화시키기 전에 흡입 밸브가 잘 닫힐수 있도록 하기 위하여 조절되어야 한다. (즉, 흡입 밸브를 좀 더 나중에 열고 좀 더 빨리 닫음으로써 그 행정 작동 기간을 줄이는 것이다.) 이러한 방법적 개선 및/또는 조절은 상기 수소 가스의 점화 화염 속도가 매우 빠르기 때문에 더욱 필요하다. (즉, 이것은 수소 가스가 가솔린, LPG, CNG 및/또는 다른 화석 연료 상용 가스보다 그 화염 속도가 더 빠르다는 것을 의미한다.) 이러한 방법적 조절 없이는, 수소 가스 화염 속도가 매우 빠르기 때문에, 화염은 흡입 밸브 및 에어 필터를 통하여 역류될 것이고, 에어 클리닝 유닛을 파괴할 수 있다. 단일 캠축 구동 내연 기관(즉, 흡입 밸브와 배출 밸브는 단지 단일 캠축 엔진에서만 조절 가능함) 및/또는 전기 발전기에서 성공적으로 본 출원인의 '필요한 만큼 생산되는' 수소 생산 장치를 작동시킴에 있어서, 상기 방법적 개선 및/또는 조절이 고효율로 작동되는 것이 관측되었다. 수소 화염의 역화 위협을 제거하는 단일 캠축 타이밍의 지연에 의하여 배출 밸브의 개방을 늦추는 것이 바람직하고 그리고/또는 필요하다. 또한, 로커 암 행정 거리 및 태핏의 타이밍을 조절 하여, 흡입 밸브의 닫힘을 앞당기는 것이 필요하다. 이렇게 함으로써(예를 들면, 흡입 밸브를 좀 더 나중에 열고 빨리 닫는 안전한 조절에 의하여), 본 출원인은 흡입 밸브의 행정 작동 기간을 단축하였다. 상술한 바와 같이, 로커 암 / 태핏의 조절은 단일 캠축 내연 기관에서 필요하다. 따라서, 흡입 밸브가 좀 더 빨리 닫히게 되면, 기화기 및/또는 공기 필터/클리너를 통하여 수소 점화 화염이 역화될 가능성이 제거된다.
본 출원인은, 새로이 생산된 수소 가스용 밸브 포트 분사 시스템 옵션과 함께 사용되는 (고효율 내연 기관 및/또는 발전기용) 선택적 수증기 분무 분사 시스템을 사용하였다. 상기 수증기 분사 시스템은 수소 가스의 사전 폭발을 방지하는데 도움을 준다. 수증기 분사는 수소 가스의 냉각점(quench point)을 상승시킨다(즉, 수소 가스 발화점을 상승시킨다.) (본 특정 장치 내의 추가적인 수소 가스 냉각 방법에 대하여 도면 부호 31 참조) 수소 포트 분사는 안전한 선택 옵션이지만 설치하는데 비용이 더 많이 든다.
도 1의 도면 부호 19/ 공기 필터/클리너: (선택 사항: 이것은 공기를 정화하고 공기의 흡입을 허용한다.) 더 크고 강력한 수소 폭발을 만들어 내기 위하여 연소 전에 공기가 수소와 혼합되도록 하는 것이 바람직하다. 전기-화학 셀의 음극 측에서 (금속 중탄산염 및/또는 수산화물이 사용될 때에만) 생산된 산소는 엔진 매니폴드 앞에 있는 또 다른 저압 가스 조절기를 경유하여 도입될 수 있고, 새로이 생산된 수소 가스가 밸브 챔버에서 폭발하기 전에 그 수소 가스와 혼합될 수 있다(산소 포트 분사는 본 장치 내에서 성공적으로 작동하는 것으로 관측되는 또 다른 옵션이다). 산소 탐침은, 수소에 대한 산소의 비율을 측정하는 장치로서, (엔진 매니폴드 내에서) 산소 저압 조절기와 함께 사용될 수 있다. 수소 연료에 대한 공기 비율은, 적용에 있어서 높은 공차를 가지는 것으로 관측된다. (즉, 내연 기관 내의 바람직한 연료 대 공기 비율에 의하면, 새로이 생산된 수소는, 수소 대 공기 비율이 1대 23에서 1대 4의 구간에서 고효율로 작동되는 것으로 관측되었다.) 상기 새로이 생산된 수소 연료는, 연료 대 공기 비율이 1대 7에서 최고로 작동하는 CNG와 연료 대 공기 비율이 1대 15에서 최적으로 작동하는 LPG와 달리, 매우 큰 작동 오차를 가지고 매우 적거나 풍부하게 작동될 수 있다.
도 1의 도면 부호 20/ 저압 조절기: 이것은 밸브 챔버로의 수소 흐름을 조절하기 위한 것이다. 수소 가스 압력은 2단계 저압 가스 조절기 및 일정 속도 공기 혼합기를 통하여 감시되고 그리고/또는 제어된다. 본 실시예에서, 제1 단계는 8bar(12psi)로 조절되고, 제2 단계는 음압으로 조절된다. 새로이 생산된 수소 가스를 섭씨 20도에서 연료로 사용할 때, 약 0.09bar(1/8psi) 내지 약 0.17bar(1/4 psi)의 음압 당김이 고효율로 작동하는 것으로 관측되었다. 내연 기관 내에서 사용될 때에는 최소 공기 비율에서 매우 잘 작동하는 것으로 관측된다(수소 대 공기 비율이 1대 23인 경우와 같이 1대 4인 경우에서도 매우 잘 작동된다). 이것은, 내연 기관 내에서 연료로서 수소를 사용할 때에는 매우 큰 공기 대 연료 비율 공차 레벨을 나타내는 것으로 보인다. 이것은 손-제어 레버 또는 케이블-제어 자동차 페달에 의해 작동될 수 있다.
도 1의 도면 부호 21/ 진공/공기 펌프: 이것은, 즉시 폭발을 위하여, 새로 이 생산된 수소 가스를 전극 표면 및 전기-화학 셀로부터 밸브 챔버로 수송하고 그리고/또는 제거하는 것을 돕는다. 상기 진공/공기 펌프는 또한 전기-화학 셀 내에서 저압 환경을 형성하여 즉각적인 수소의 수송을 돕는다. (즉, 새로이 생산된 수소 가스를 전기-화학 셀에서 제거하는 것을 촉진한다.) 진공/공기 펌프는 금속 중탄산염 및/또는 금속 수산화물 및/또는 금속 염화물 수용액의 표면 영역에서 저압 환경을 만드는 것을 돕는다. (수소가 공기 및/또는 수용액보다 더 가볍기 때문에, 저압 물 표면은 새로이 생산된 수소 가스를 전기-화학 셀로부터 제거하는 데 있어서 더 효율적인 환경을 제공한다.)
도 1의 도면 부호 22/ 압력 구동형 전류/스위치: 본 전자 스위칭 시스템은, 수소 공급 라인의 가스 압력이 예정된 레벨까지 상승했을 때, 전기-화학 셀로의 전류를 차단한다. 이와 동일한 전자 스위칭 시스템이, 수소 공급 라인의 가스 압력이 예정된 레벨 이하로 떨어졌을 때, 전기-화학 셀로의 전류를 다시 공급한다. (전자 스위칭 회로 내에서 전류의 차단 및/또는 공급을 위한 압력 스위칭 레벨은 조절이 가능하다.) 본 출원인은 사전 설정된 전류의 재공급 압력 레벨을 8bar(12psi)로 하였고, 사전 설정된 전류의 차단 압력 레벨을 12bar(18psi)로 하였다. 본 출원인이 관찰한 매우 효과적으로 작동하는 선택적 수소 생산 방법은, 엔진의 분당 회전수(RPM) 증가에 따라서 전기-화학 셀로의 공급되는 전류를 증가시켜 필요한 만큼의 수소 생산 수율을 증가시키는 전류 조절기/센서 유닛을 사용하는 것이다. (즉, RPM에 대한 전류의 비율은, 별개의 사용에 있어서 요구되는 수소 가스의 양에 따라서 조절될 수 있다.)
도 1의 도면 부호 23/ 계기판이 장착된 압력 게이지: 본 게이지는 수소 공급 라인의 가스 압력을 보여 준다. 직류(12볼트 430 저온 시동 암페어)가 활성화되고 전기-화학 셀로 공급되면, 수소 공급 라인에 수소 압력이 형성된다. 상기 압력은 계기판이 장착된 압력 게이지를 통하여 나타난다. 압력 게이지가 약 12bar(약 18psi)를 나타내면, 내연 기관 및/또는 발전기는 폭발을 시작할 준비가 된 것이다(이는 약 30초의 시간이 걸린다.)
도 1의 도면 부호 24/ 스테인레스 강 터보 머플러: 이것은 머플러에 용접 조립된 90도 스테인레스 강 부속품이다. (전체의 도시는 도 6 참조)
도 1의 도면 부호 25/ 대쉬(dash) 스위치 구동형 전기 펌프: 이것은 모든 재응축된 물을 물 저장 탱크(도 1의 도면 부호 1)로 수송한다. (전체의 도시는 도 6 참조) 본 스위치는, 전기-화학 셀의 표준 작동 중에 수동으로 구동된다. 본 전기 펌프는, 배출 행정시에 배출된 새로이 응축된 탈 이온화된 물을, 재사용하기 위하여 내연 기관 및/또는 전기 발전기의 밸브 챔버에서 물 저장 탱크(도 1의 도면 부호 1)로 되돌려 보낸다.
도 1의 도면 부호 26/ 수소 공급 라인: 이것은, 즉시 폭발을 위해 밸브 챔버로 공급되어야 할 새로이 생산된 수소 가스의 수송을 위한 것이다. 수소는 물 분무 분사를 위하여 진공/공기 펌프를 통하여 음압 가스 혼합기 조절기로 수송되고, 폭발을 위하여 (물/냉각 가열이 제거된) 엔진 매니폴드를 통하여 밸브 챔버로 공급된다. 상술한 바와 같이, 이것은 선택적으로 (수소의 발화점을 낮추기 위해 또한 물 분무가 도입된) 밸브 챔버 포트 직접 분사에 의하여 달성된다. 이 공정은 엔진 매니폴드 수송 시스템 대신에 완전하게 마이크로 프로세서 컴퓨터 소프트웨어로 제어된다. 수소 가스 공급 라인의 최대 정격 압력은 1034bar(1500psi) 이다.
도 1의 도면 부호 27/ 염소 또는 산소 라인: 본 수송 튜브의 유일한 목적은 전기-화학 셀의 양극 측으로부터의 모든 산소를 배출하는 것이다. (상술한 바와 같이, 금속 중탄산염 및/또는 금속 수산화물 수용액이 사용될 때에는 염소의 함유량이 극히 낮으므로 오로지 산소만 해당된다.) 상술한 바와 같이, 선택적으로, 산소는 조절 가능한 저압 가스 조절기에 의하여 폭발 직전에 별도로 수송되고 새로이 생산된 수소와 혼합될 수 있다. 그들은 도 1 및 도 2에서 도면 부호 28 및 도면 부호 29로 되어 있다.
도 1의 도면 부호 30/ 1개의 체크 밸브: 이것은, 셀이 뒤집힌 경우에도 새로이 생산된 수소 가스가 다시 전기-화학 셀로 되돌아 오지 않음을 보장하기 위함이다.
도 1의 도면 부호 31/ 가스 냉각 시스템: 본 저장소를 통하여, 새로이 생산된 수소 가스에는 거품이 발생한다. (본 공정은 매우 고온에서 사용될 때 매우 효과적이다.) 가스 온도는, 멘솔화된 알코올(mentholated spirits) 및/또는 [메탄올, 에틸 알코올, 이소프로필알코올(isopropyl alcohol), 부탄 알코올 또는 그외 가스 온도를 낮추기 위한 시스템 등과 같은] 가스 분자 냉각 능력을 가진 유사한 물질과의 접촉에 의하여 낮아질 수 있다. 수소 분자들은 상기 냉각에 의하여 더 밀착되도록 당겨진다. 이것은, 주어진 공간 내에서 수소 가스 분자 수가 증가함으로 인해 더 조밀한 수소 분자 환경(예를 들면, 밸브 챔버 내부)을 형성함으로써 더 큰 잠재 연소 에너지가 존재함을 의미한다. 이 결과는 다양한 화석 연료의 옥탄가를 증가시키는 것과 유사한 효과가 있다. 즉, 연소 중에 더 큰 에너지 출력이 달성된다. 상기 냉각 특성은 또한 수소의 낮은 냉각점에 기인한 가능한 사전 폭발의 방지에 기여한다. (이것은 수소 가스의 온도를 낮추고 따라서 수소 가스의 냉각점을 상승시킴으로써 달성된다.)
추가 참조: 도 3의 도면 부호 3/ 가스 분리 벽: 이 벽은 전기-화학 셀 내에서 양극과 음극 사이의 전기적 절연을 유지하고 반대 전극에서 생산된 가스와의 분리를 유지하기 위하여 필요하다(즉, 산소 및/또는 염소 가스로부터 수소 가스의 분리). 이것은 전기-화학 하우징의 일부이다(도 3을 또한 참조). 상기 분리 벽 프레임은 도 1의 도면 부호 8의 일부이다. 이것은 (전기-화학 셀의 기초부에서의 3mm를 제외하고) 밀폐된 전극 조립체의 양쪽을 완전하게 분리시킨다. 이것은, 비정제 천연 바다 소금 및/또는 금속 중탄산염 및/또는 금속 수산화물 수용액이 전극 조립체의 양쪽으로 자유롭게 흐르도록 하기 위함이다. 상기 분리 벽은, 전기-화학 셀 내에서 전극이 접촉하거나 반대 전극에서 생산된 가스가 혼합되는 것을 허용하지 않는다. 이러한 방법 및 장치에는 두가지 목적이 있다. 그것은, 첫째로 음극을 양극으로부터 전기적으로 절연시키는 것과, 둘째로 생산된 수소, 산소 및/또는 염소 가스의 어떠한 혼합도 중단시키는 것이다. (즉, 수용액 내에서 높은 레벨의 염소가 존재할 가능성이 있는 경우, 장치 내에서 하이포아염소산염의 형성을 방지하기 위함이다.)
비정제 천연 바다 소금 또는 금속 중탄산염 및/또는 금속 수산화물 수용액 의 전기 분해는 다음을 생산한다. [주의 사항 : 탭(tap) 및/또는 (오존 처리 되지 않은) 천연 용수 대 비정제 천연 바다 소금 또는 금속 중탄산염 및/또는 금속 중탄산염/금속 수산화물의 혼합비는 부피로 측정하면 55대 1임.] 양(+) 전극에서는 산소가 유일하게 생산된 가스이다. 양극에서 감지 가능한 중탄산염 또는 수산화물 이온의 산화는 발생하지 않는다. (심해수, 소금물 또는 비정제 천연 바다 소금 수용액이 사용될 때를 제외하고는, 금속 중탄산염 및/또는 금속 수산화물 수용액 내의 낮은 염소 함유량 때문에 감지 가능한 염소 가스는 발생하지 않는다.) 표준 공정에서는 단지 가스만이 사용되기 때문에 가스 형태가 아닌 금속은 전기-화학 셀 내에 유지된다. (따라서, 금속 중탄산염 및/또는 금속 수산화물은 수소 공급 라인을 통하여 전기-화학 셀을 벗어날 수 없다.)
주기적으로, (즉, 매 900km 마다 한번씩) 전기-화학 셀은 그 전체 용액 및 고체 내용물을 배출시켜야 하고 다시 채워져야 한다. 그 이유는, 시간이 지남에 따라 종국의 금속 중탄산염 및 금속 수산화물의 농축물이 궁극적으로 수소 생산 품질에 영향을 미칠 정도로 응집될 것이기 때문이다. 이것은 자동차 엔진 및/또는 전기 발전기가 작동하지 않고 그리고/또는 작업중이지 않을 때 완료되어야 한다. 고농도의 금속 중탄산염 및/또는 금속 수산화물을 가진 배출 용액은, 배출 공정이 끝난 후에 수집될 수 있고, 상술한 바와 같은 물/전해질 추가 비율을 사용하여 수용액 저장 탱크로 재도입됨으로써 궁극적으로 재사용될 수 있다.
물을 오존으로 처리하면 안 된다. 물의 오존 처리는 수용액 내의 모든 철(FE) 및 다양한 다른 추적 요소를 제거하기 때문이다. 그 결과 수용액의 전기 전 도도를 감소시킨다.
물에 대한 광물의 비율은 부피로 측정된다. 탭 및/또는 천연 용수에 대한 비정제 천연 바다 소금 또는 금속 중탄산염 및/또는 금속 수산화물 농축물의 비율이 약 55대 1이다. (자연적으로 발생하는 오염물에서 물에 대한 광물의 비율이 지역마다 다양하듯이, 서로 다른 지형학적 지역의 물은 서로 다른, 물에 대한 광물의 비율이 필요하다는 점이 강조되어야 한다.) (수용액은 다양한 다른 추적 요소, 광물 및 오염물을 또한 함유한다는 점이 강조되어야 한다.) 즉, 표준 탭 및/또는 다른 미처리된 천연 용수는 많은 자연 발생 광물, 추적 요소 및 오염물을 함유한다. 상술한 비율이, 높은 잠재력을 지닌 수소 및 산소 또는 수소 및 염소 가스를 필요한 만큼 생산하는 본 출원인의 개선된 방법 내에서의 사용을 위한 가장 효과적인 농도이다.
물에 추가된 비정제 천연 바다 소금, 금속 중탄산염 및/또는 금속 수산화물은 이온화 성능 및/또는 전기 전도도를 증가시키고 따라서 요구되는 수소 및 산소 가스 또는 수소 및 염소 가스를 본 특정 장치 및 공정을 통하여 더 많이 생산하게 될 것이다. 광물 중탄산염/수산화물 수용액 또는 비정제 천연 바다 소금 수용액은, 물 탱크 내로 도입되기 전에, 특정 진동 주기로 진동하고 그리고/또는 혼합됨에 의해 촉진된 유체를 함유한 반 중공(semi-hollow) 실린더를 따라서 최적화된 방향으로 유도된다. 상기 공정 중에, 층류(직선)는 거칠게 움직이는 개별적인 부분 흐름으로 분리되고, 상기 격렬한 혼합은 또한 중공 실린더에 의하여 평균 활동 확률을 증가시킨다. 그 결과, 상기 유체와 광물/금속 중탄산염/수산화물 수용액 및/또는 처리되어야 할 비정제된 천연 바다 소금 수용액 사이의 최적의 상호 작용이 달성된다. 상기 공정은 "소리 굽쇠" 효과의 발생을 허용하고(즉, 제1 진동 소리 굽쇠는 제2 소리 굽쇠에 접근했을 때 그 진동을 공유함), 따라서 물의 특정 파형 특성 설정을 변화시킨다. 이러한 장치는, 상기 장치는, 자기장이 상술한 상호 작용에 기여하고 따라서 추가적인 효율 향상에 기여하는 자기 재킷(magnetic jacket)에 의해 포위된다.
광물/금속 중탄산염/수산화물 수용액 또는 비정제된 천연 바다 소금 수용액은 반시계 방향으로 움직이고 따라서 용액의 극성을 역전시킨다. 이러한 용액 극성의 역전은 본 출원인의 방법적 공정 및/또는 장치 내에서 수소 및/또는 산소 생산 효율을 증가시키는 것으로 관측된다. (북반구에서 상기 작업 수행시 처리되어야 할 광물 중탄산염/수산화물 또는 비정제 천연 바다 소금 수용액은 시계 방향으로 유도되어야 함을 명심해야 한다.)
처리 작업 후, 수용액은 감축된 크기의 물 클러스터(cluster)를 가지는 것으로 관측된다. 상기 물 클러스터의 감축에 의하여, 수용액의 투과성이 상기 수소 및/또는 산소 생산 공정 내에서 효율을 증가시키는 것으로 관측된다.
이러한 방식으로 처리된 전해질 수용액은 재생 공정 중 영구 변형을 경험한다. 처리되어야 할 광물 중탄산염/수산화물 수용액 또는 비정제 천연 바다 소금 수용액은 대부분 단지 높은 등급의 황동 또는 스테인레스 강과 접촉하게 된다. 성공적인 처리를 위한 최대 물 압력은 10bar 이다. 최대 온도는 섭씨 95도 이다. 냉동의 발생은 허용되지 않아야 한다.
참조: 뮌헨 대학의 게하르드 피오크(Gerhard Pioch) 교수, 모스코바 대학 자연 과학부의 블라디미르 콘드라토프(Vladimir Kondratov) 교수, 모스크바 대학 자연 과학부 부총장인 유리 라흐마닌(Yuri Rachmanin) 교수, 오스트리아 과학부의 월터 헤진저(Walter Heginger) 박사.
공식으로 나타낸 화학 공정 : 화학식의 예를 위하여, 마그네슘 중탄산염 및 칼륨 수산화물 수용액이 여기에서 금속 중탄산염(제1 예) 및 금속 수산화물(제2 예)로서 사용되었다. 비정제 천연 바다 소금(제3 예)이 염화 나트륨 수용액으로서 사용되었다. 본 특허 출원의 명세서 내에서 어떠한 전해질 혼합물 및/또는 다양한 금속 중탄산염 및/또는 금속 수산화물 또는 비정제 천연 바다 소금(염화 금속 기반의) 수용액도 사용될 수 있다. 전극에서의 반응은 다음과 같은 식을 만들어낸다.
제1 예 :
전기 분해 전의 용액
Mg2+ + 2(HCO3)2 -(aq) + 2H20
전기 분해 후의 용액
O2(g)(양극) + 2H2(g)(음극) + 2Mg+ + 2(HCO3)2 -(aq)(중탄산마그네슘 수)
(순 중탄산마그네슘은 소모되지 않음에 주의)
즉, 마그네슘 이온은 음극에서 소모되지 않고, 중탄산염 이온은 양극에서 산화되지 않는다.
제2 예 :
전기 분해 전의 용액
K+ + OH-(aq) + 2H20
전기 분해 후의 용액
O2(g)(양극) + 2H2(g)(음극) + 2K+ + 2OH-(aq)(수산화칼륨 수)
(순 수산화칼륨은 소모되지 않음에 주의)
즉, 칼륨 이온은 음극에서 소모되지 않고, 수산화 이온은 양극에서 산화되지 않는다.
제3 예:
전기 분해 전의 용액
Na+ + Cl-(aq) + 2H2O
전기 분해 후의 용액
Cl2(g)(양극) + H2(g)(음극) + 2Na+ + 2OH-(aq)(수산화나트륨 수)
단지 최소한의 산소만이 양극에서 관찰되고, 수산화나트륨은 또한 음극에서 생산된다. (순 나트륨은 소모되지 않음에 주의) 즉, 나트륨 이온은 음극에서 소모되지 않는다. 그러나 수산화 이온이 음극에서 수소 가스와 함께 형성된다. 염소 이온은 양극에서 염소 가스를 형성하기 위하여 산화된다.
"중요 사항": 엔진의 공회전 도중, 입력 전류는 일정한 12볼트 전압하에서 0암페어와 40암페어 사이에서 변화한다. 시작 공정을 위해, 일정한 12볼트의 전압과 430암페어의 저온 시동 전류가 전기-화학 셀로 공급되는 것이 필요하다. 이것은 내연 기관 및/또는 전기 발전기의 운전을 위해 필요하다. 상기 초기의 많은 입력 전류는 수소 공급 라인 내에서 수소 가스 압력을 빠르게 형성하기 위하여 필요하다. 상술한 바대로, 수소 공급 라인 내에서의 최대 예정 압력에 일단 도달되면, 압력 구동형 전류/스위치는 전기-화학 셀로의 모든 전류를 차단한다. (즉, 전체 장치를 과도 압력으로부터 보호한다.) 선택적으로, '분당 회전수' 비율에 대한 '전류' 비율 조절 시스템이 효과적으로 작동하는 것으로 관측된다. (예를 들면, 내연 기관의 RPM이 증가함에 따라, 어느 주어진 시간 구간에서 요구되는 수소 가스를 보충하기 위해 전류가 증가한다.)
도 1의 도면 부호 8 및 도 8의 도면 부호 2: 이것은, 세라믹 또는 그와 유사한 다른 비가요성 및 도전성 물질로 이루어지고, 동일 크기로 이등분된 전극 조립체(도 8의 도면 부호 36)를 포함한 전기-화학 셀을 도시한다. 상기 전극 조립체는 결국은 그 성능을 다하게 되고, 필요에 의하여 변경되고 그리고/또는 교체될 수 있다. 전기-화학 셀 그 자체는 소모되지 않는다. (NB : 도 1의 도면 부호 11 및 도면 부호 12에 도시된 전극 조립체의 일부, 즉 양극 및 음극 터미널은 전기-화학 셀 기초부의 바깥으로 돌출한다.)
본 시스템은 사람 또는 다른 장치에 위험이 없이 무해하게 작동할 것이다. 그러한 시스템이 도시된 도 1에서, (본 실시예에서의) 주 에너지 공급원은 430 저 온 시동 암페어 특성을 가진 표준 12볼트 자동차 배터리가 사용되었다. 여기에서 설명된 12볼트 배터리는 필요한 전류를 "DC 속도 제어기" 및 "압력 구동형 전류 스위치"로 공급한다. 그 다음에 그들은 조절된 전기를 전기-화학 셀(도 1의 도면 부호 8)로 공급한다. "DC 속도 제어기"(도 1의 도면 부호 15)는 다양한 레벨의 전류를 전기-화학 셀로 공급할 수 있다. 이것은, 전류의 펄스 폭을 변조함으로써 달성되고, (필요한 다양한 양의 수소 가스를 생산하기 위해) 전기 분해 공정의 효과를 증가시키거나 감소시킬 수 있다. 이것은, 전기-화학 셀로의 전기 공급을 또한 조절하고 단지 압력 감지에 의해 작동하는 압력 구동형 전류 스위치와 함께 수소 가스의 연속적인 생산을 미세하게 조절하는 것이 필요하다. (즉, 상기 압력 구동형 전류 스위치에 의하여 수소 공급 라인 내의 수소 가스 압력이 최대 사전 설정 레벨 및/또는 예정 레벨을 초과한 것으로 감지되었다면, 전기-화학 셀로의 전체 전기 공급이 차단된다.) 전기-화학 셀로 공급되는 전기는, 수소 공급 라인 내의 수소 가스 압력이 사전 설정 레벨 및/또는 예정 레벨 이하로 떨어지면, "압력 구동형 전류 스위치"에 의하여 재공급된다. 따라서, "DC 속도 제어기"는 상기 전기-화학 셀로 공급되는 전류의 양을 변화시키고, "압력 구동형 전류 스위치"는 전기-화학 셀로 공급되는 전체 전류 공급을 제어한다. 압력 구동형 전류 스위치는 전류의 양을 변화시키지 않는다. 이것은 단지 전자 스위칭 공정에 의하여 전기-화학 셀로 전류를 공급하고 그리고/또는 차단한다. "전기-화학 셀(도 1의 도면 부호 8)"로 공급된 전류 양은 해당 장치에 의하여 조절된다. 도 1의 도면 부호 15는 전류의 펄스 폭을 변조시킨다. 전기-화학 셀로의 궤환은 손-작동 전위차계 또는 발 페달-작동 전위차계에 의하여 수동으로 제어될 수 있다(도 4 참조). 전류 레벨은 변형된 조절의 형태에 따라 달라질 수 있다. "DC 속도 제어기"는 다양한 양의 전류를 전기-화학 셀로 공급하고, 그에 따라서 수소 가스를 더 많이 또는 더 적게 생산한다. 수소 가스가 밸브 챔버 내에서 소모되는 동안, 운전자가 얼마나 빨리 또는 느리게 수소 공급 라인의 수소 가스 압력의 변화를 원하는지 결정하는 것이 필요하다. (예를 들면, 전기 분해 공정이 12볼트의 일정 전압과 0암페어와 40암페어 사이의 가변 전류 조건에서 작동된다면, 전류 레벨이 증가하고 또한 그 전류가 전기-화학 셀로 공급되면, 많은 양의 수소 가스가 생산될 것이다.)
"전기-화학 셀"로 공급된 전류는, "전기-화학 셀"로의 전체 전류 공급을 비활성화시키고 그리고/또는 재활성화시키는 도 1의 도면 부호 22에 의해 또한 조절된다. 이것은, 전자 압력 감지형 전기 개폐 스위치에 의한 수소 공급 라인(도 1의 도면 부호 26) 내의 특정 수소 가스 압력 감지 때문이다. "압력 작동형 전류 스위치(도 1의 도면 부호 22)"는, "DC 속도 제어기(도 1의 도면 부호 16)"의 "전기-화학 셀"로의 전기 에너지 공급과 무관하게 작동한다. 이것은 수소 공급 라인 내에 복수의 압력 센서가 사용됨에 따라서 수소 가스 압력의 과부하 가능성이 없기 때문이다. "압력 구동형 전류 스위치(도 1의 도면 부호 22)" 즉 예정된 차단 압력 감지 레벨을 초과한 상태에서 전기 개폐 스위치가 "전기-화학 셀"로의 전기 공급을 차단하는 데 실패할 경우, "전기-화학 셀"의 전기 공급은 완전히 중단된다. (즉, 일반적인 사용을 위해) 설계된 장치의 사용에 있어서, "전기-화학 셀"은 바람직하게는 도 8에 도시된 바대로 제작된다(전체 작동 장치 및/또는 공정의 개요를 위해 도 1 및 도 2를 참조).
수소 가스는 "전기-화학 셀"의 음극 측을 떠날 때 "단방향 체크 밸브(도 1의 도면 부호 30)"를 통과한다. 이것은 어떠한 이유에서도 가스를 "전기-화학 셀"로 되돌아 올 수 없게 하기 위함이다.
"수소 공급 라인(도 1의 도면 부호 26)" 내에 압력이 형성되면, "가스 냉각 시스템(도 1의 도면 부호 31)" 또는 가스 냉각 능력을 가진 유사한 재료(메탄올, 에틸 알코올, 이소프로필 알코올, 등)를 통하여 수소 가스 기포가 발생한다. 이 공정의 목적은 주어진 공간 내에서 수소 분자를 응집시키기 위함이다. (즉, 밸브 챔버 내에서 연소 되기 바로 직전에) 주어진 공간 내에서 더 큰 수소 분자 응집은 0도와 12도 사이에서의 가스의 냉각에 의하여 달성된다.
본 특정 수소 생산 공정 및/또는 장치의 연속 사용에 의하여 오래된 내연 기관 및/또는 전기 발전기의 탄소 퇴적물[즉, 탄소 "열점(hot spot)"]이 완전하게 청소될 것이라는 것이 본 발명의 특징이다. 이러한 오래된 내연 기관 및/또는 전기 발전기의 탄소 퇴적물은 사전 폭발하는 경향이 있다(즉, 탄소 "열점"에 의하여 역화가 발생한다). 이러한 탄소 열점은 다양한 화석 연료를 형성하는 탄소의 시간에 따른 연속적 연소 때문에 형성된다. 이러한 연료 가스의 사전 폭발은, 탄소가 열을 매우 잘 방산하지 않고 사전-폭발 영역을 형성하기 때문에 발생한다. (즉, 이것은 내부 가열 문제를 일으킨다). 탄소 퇴적물에 의하여 전도된 열은 화석 연료 가스 및/또는 수소 가스를 너무 빠르게 점화시킬 수 있다. (즉, 내연 기관 및/또는 전기 발전기의 밸브 챔버 내에서 가스가 압축 행정에 도달되기 전에 점화될 수 있다.) 이것은, 수소가 냉각되지 않거나 내연 기관에서 자연적으로 매우 낮은 발화점을 가지는 수소 가스를 사용할 때, 수소의 발화점이 상승하지 않는다는 특정 문제를 일으킨다. 본 '필요한 만큼 생산되는' 수소 생산 방법 및/또는 장치의 연속적 사용에 의하여 달성되는 상기 탄소 퇴적물의 점차적인 제거는, 오래된 내연 기관 및/또는 전기 발전기를 더 좋게 그리고/또는 깨끗하게 하는 기능을 할 것이다.
본 방법 및 장치는 최신 모델의 내연 기관 및/또는 전기 발전기 내에서 사용될 때 최대로 효과적이다. 본 기술은 그 단순함에 있어서 깜짝 놀랄 만한 것이고, 주택용 및/또는 상업용 에너지 요건을 만족하는 새로운 장치를 제공한다. [결과적인 터어빈(즉, 역학적 에너지)으로의 수증기 배출(즉, 운동 에너지)로부터 생산된] 전기 에너지를 포함한, '필요한 만큼 생산되는' 수소(공기 및/또는 산소 내의)의 연소에 의한 조합된 에너지 잠재력은 매우 경제적인 에너지를 만들 것이다.
마지막으로, 유일한 연료가 광물화된 수용액인 본 출원인의 '필요한 만큼 생산되는' 수소 생산 장치에 있어서, 이러한 공정을 유지하기 위하여 거대한 기반 시설 구성 경비가 필요치 않다는 점을 추가하고 싶다. 본 장치는, CNG 및 LPG 키트가 현재의 자동차에 적합하도록 맞추어진 것처럼, 현존하는 내연 기관 및/또는 전기 발전기에 적합하도록 될 것이다. 본 방법 및 장치의 사용은, 수소 연료 전지의 사용시 요구되는 값 비싼 수소 저장 탱크의 구성 및 새로운 채움 장소에 수소를 공급할 필요가 없다는 것을 의미한다. 또한 매우 위험한 대량의 수소를 수송할 필요가 없다. 이러한 모든 것을 실행하기 위하여 새로운 노동법을 만들 필요가 없다. 잘 광고된 수소 연료 전지 지지 기반 시설의 경비는 10억 달러 정도 일 것이다. 본 출원인은, 내연 기관의 교체 없이, 지구 온난화의 감소, 배출 오염의 종결 및 연료 경비를 모든 사람에게 알맞게 유지하는 것에 대한 해결책을 제시한다.

Claims (47)

  1. 전기-화학 셀 내에서의 사용을 위한 전극 조립체에 있어서,
    상기 전극 조립체의 결정된 높이에 1에서 2 사이의 값을 곱하여 4개의 측면 길이 각각을 계산하고 또한 상기 전극 조립체의 결정된 높이에 1.20에서 2.22 사이의 값을 곱하여 4개의 기초부 길이 각각을 계산함으로써, 상기 전극 조립체 프레임의 기하학적 비율이 정해지고,
    상기 전극 조립체의 절반부들은 각각 양극과 음극이고,
    피라미드 형상의 비율 및/또는 비율들을 갖는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 양극 및 음극은 적당한 두께의 니켈 구조물이고, 상기 전극 조립체는 제1항에서 정의된 것과 같은 기하학적 비율 내에서 그리고/또는 발명의 상세한 설명, 실시예 및/또는 도면 중 어느 하나를 참조하여 제작되는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  3. 두 부분의 고체 세라믹 구조 및/또는 비가요성 또는 가요성 및/또는 도전성을 가진 유사 재료로 이루어진 전극 조립체를 포함하고,
    상기 전극 조립체는, 제1항 또는 제2항에 기재된 것이고, 전기-화학 셀 안에 유지되고 또한 전기-화학 셀 내에서 교체될 수 있고 그리고/또는 전기-화학 셀로부터 제거될 수 있고, 제1항에서 계산된 것과 같은 기하학적 비율을 가진 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 전기-화학 셀.
  4. 제3항에 있어서,
    내연 기관 및/또는 전기 발전기에서 사용될 때, 상기 전극 조립체는, 전기-화학 셀의 양극 및 음극 측 모두로의 내부 전기 분해 흐름을 계속 촉진하면서, 음극과 양극의 전기적 절연 및/또는 분리와 새로이 생산된 산소 및/또는 염소 가스와 새로이 생산된 수소 가스의 분리를 허용하는 중앙 분리 프레임을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기-화학 셀.
  5. 내연 기관에서 사용될 때, 전기-화학 셀 및/또는 전극 조립체는, 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된, 피라미드 형상의 기하학적 비율 및/또는 비율들을 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 조립체 및/또는 전기-화학 셀.
  6. 내연 기관 및/또는 전기 발전기에서 사용될 때, 상기 전극 조립체를 상기 전기-화학 셀 내부에 설치하고 그리고/또는 배치하고 그리고/또는 제거하기 위하여, 전기-화학 셀의 기초 플레이트를 분리함으로써, 제1항의 전극 조립체를 제3항의 전기-화학 셀 내에 설치하고 그리고/또는 교체하고 그리고/또는 제거하는 공정.
  7. 내연 기관 및/또는 전기 발전기를 작동하기 위한 연료를 생산하고, 제2항 또는 제3항에 기재된 전기-화학 셀 및/또는 전극 조립체를 사용하는 공정으로서, 상기 생산된 연료는 수소 및/또는 산소 및/또는 염소 및/또는 질소 및/또는 공기인 것을 특징으로 하는 공정.
  8. 내연 기관 및/또는 전기 발전기에서 사용될 때, 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항의 전기-화학 셀 및/또는 전극 조립체가 수소 및/또는 산소 및/또는 염소 및/또는 질소 및/또는 공기를 생산하기 위하여, 수증기의 연소 작용 및/또는 터어빈 및/또는 일련의 터어빈으로의 배출 작용으로부터 생산된 전기 에너지를 사용하는 공정.
  9. 내연 기관 및/또는 전기 발전기에서 사용될 때, 서로 다른 수율의 수소 및/또는 산소 및/또는 염소 및/또는 공기를 생산하기 위하여, 전기-화학 셀로 공급된 전류의 양 및/또는 전압을 변화시키는 전위차계를 사용하여 전류의 펄스 폭 및/또는 전압의 크기를 변화시키는 방법.
  10. 내연 기관 및/또는 전기 발전기에서 사용될 때, 수소 및/또는 공기 및/또는 산소 및/또는 염소 가스를 전기-화학 셀 및/또는 다른 관련 장치로부터 밸브 챔버 및/또는 그와 유사한 기능을 하는 장치로 수송하기 위하여, 공기 감압 장치를 사용하는 방법.
  11. 내연 기관 및/또는 전기 발전기에서 사용될 때, 내연 기관 및/또는 전기 발전기 장치의 어느 부분에라도 남아있는 "과도한" 수소 가스를, 연소를 위해 밸브 챔버 또는 유사 기능 장치로 수송하는 것을 촉진하는 방법으로서,
    내연 기관 및/또는 전기 발전기에서 사용될 때, 전기-화학 셀로의 전기 공급이 차단된 후, 단지 공기 감압 장치 및/또는 스파크 생산 장치 및/또는 유사 점화 기능 장치로 전류 및/또는 전압을 공급하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 내연 기관 및/또는 전기 발전기에서 사용될 때, 연료 및/또는 연료 혼합물의 일부로서 사용되는 수소 및/또는 산소를 생산하기 위하여, 수용액 및/또는 전해질에 금속 중탄산염 및/또는 금속 수산화물 및/또는 금속 염화물을 추가함으로써, 전기-화학 셀 내에서 사용하기 위한 수용액 및/또는 전해질의 이온화도 및/또는 전기 전도도를 증가시키는 방법으로서,
    상기 양이온 및/또는 음이온은, 중탄산염 및/또는 수산화물 및/또는 염화물 음이온 내에서, 마그네슘 및 나트륨, 나트륨 및 마그네슘 및 칼륨, 칼륨 및 마그네슘 및 칼슘, 칼슘 및 마그네슘 및 리튬, 리튬 및 마그네슘, 나트륨 및 칼륨, 나트륨 및 칼슘, 나트륨 및 리튬, 칼륨 및 칼슘, 칼륨 및 리튬, 나트륨 및 칼륨 및 칼슘 및 리튬, 나트륨 및 칼륨 및 칼슘 및 리튬 및 마그네슘, 마그네슘 및 리튬 및 칼슘, 칼슘 및 칼륨 및 나트륨, 칼륨 및 나트륨 및 마그네슘 및 칼슘 및 리튬의 금 속 양이온 혼합물 조합 중 어느 하나의 조합을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 내연 기관 및/또는 전기 발전기에서 사용될 때, 전기-화학 셀 및/또는 전기-화학 셀 물 레벨 조절기를 자체-평탄화 짐발 장치 내에 위치시킴으로써, 평평하지 않은 지면 및/또는 평평한 지면에서 사용될 때 전기-화학 셀 및/또는 전기-화학 셀 물 레벨 조절기 내의 최적의 물 레벨을 보장하고 그리고/또는 유지하는 방법.
  14. 내연 기관 및/또는 전기 발전기에서 사용될 때, 전기-화학 셀 내에서 수소 및/또는 산소 및/또는 염소 및/또는 공기의 생산을 위한 전해질로서 사용되기 위한, 금속 양이온 및 중탄산염 음이온 및/또는 금속 양이온 및 수산화물 음이온 및/또는 금속 양이온 및 염화물 음이온으로 구성된, 금속 중탄산수 및/또는 금속 수산화물 수용액 및/또는 금속 염화물 수용액을 사용하는 방법.
  15. 내연 기관 및/또는 전기 발전기에서 사용될 때, 전기-화학 셀 내에서 수소 및/또는 산소 및/또는 염소 및/또는 공기의 생산을 위하여, 금속 양이온 및/또는 중탄산염 음이온 및/또는 수산화물 음이온 및/또는 염화물 음이온으로 구성된 알칼리 수용액을 사용하는 방법.
  16. 내연 기관 및/또는 전기 발전기에서 사용될 때, 상기 내연 기관 및/또는 발전기 장치 내의 탄소 퇴적물을 제거하고 그리고/또는 상기 탄소 퇴적물의 형성을 방지하기 위하여, 수소 및/또는 산소 및/또는 염소 및/또는 공기의 혼합물을 연소시키는 방법.
  17. 내연 기관 및/또는 전기 발전기에서 사용될 때, 전해질 저장 물 탱크 내의 분배 장치를 사용하여, 수소 및 산소 및/또는 공기 및/또는 염소의 연소로부터 생산된 새로이 응축된 탈 이온화된 물 내의 제4항의 금속 중탄산염 및/또는 금속 수산화물 및/또는 금속 염화물을 사용하고 통합시키는 방법.
  18. 내연 기관 및/또는 전기 발전기에서 사용될 때, 생산된 가스 압력이 예정된 레벨 이상 및/또는 이하로 측정되고 그리고/또는 감지되었을 때, 전기-화학 셀 및/또는 그와 관련된 장치로의 전류 및/또는 전압의 불활성화 및/또는 재활성화 방법.
  19. 내연 기관 및/또는 전기 발전기에서 사용될 때, 재생 및/또는 재광물화를 위해, 수소 및/또는 산소 및/또는 염소 및/또는 공기의 연소로부터 새로이 생산된 탈 이온화된 물의 진공 주입에 의하여, 새로이 응축된 탈 이온화된 물을 응축하고 그리고/또는 물 저장 탱크 및/또는 전기-화학 셀로 수송하는 방법.
  20. 내연 기관 및/또는 전기 발전기에서 사용될 때, 금속 중탄산염 및/또는 금속 수산화물 및/또는 금속 염화물 수용액의 전기 분해/가수 분해로부터의 수소 및/또는 산소 및/또는 염소 가스 수율을 증가시키기 위하여, 금속 중탄산염 및/또는 금 속 수산화물 및/또는 금속 염화물 수용액을 추가함으로써, 전기 전도도 및/또는 전해질 수용액의 이온화도를 증가시키는 방법.
  21. 내연 기관 및/또는 전기 발전기에서 사용될 때, 수소 및/또는 산소 및/또는 염소 가스를 냉각 환경 및/또는 장치에 노출시킴으로써, 수소 및/또는 산소 및/또는 염소의 온도를 낮추고 그리고/또는 수소 및/또는 산소 및/또는 염소를 건조시키는 방법.
  22. 내연 기관 및/또는 전기 발전기에서 사용될 때, 수소 및/또는 산소 및/또는 염소 및/또는 질소 및/또는 공기의 온도를 낮춤으로써 주어진 공간 내의 수소 및/또는 산소 및/또는 염소 및/또는 질소 및/또는 공기 분자 밀도 및/또는 농도를 증가시켜서, 내연 기관 및/또는 전기 발전기 매니폴드 내에서의 수소의 조기 폭발을 방지하는 방법.
  23. 내연 기관 및/또는 전기 발전기에서 사용될 때, 수소 및/또는 염소 및 산소를 생산하기 위해, 비정제 천연 바다 소금 수용액을 전기 분해/가수 분해에 사용하는 방법.
  24. 내연 기관 및/또는 전기 발전기에서 사용될 때, 연소 및/또는 밸브 챔버의 포함을 위해, 전기-화학 셀 및/또는 다른 수소 유지 장치로부터의 수소 및/또는 산 소 및/또는 질소 및/또는 염소 및/또는 공기의 증기-포트 주입 공정.
  25. 내연 기관 및/또는 전기 발전기에서 사용될 때, 연료 온도를 변화시키기 위하여 수증기 분무 분사 시스템을 두 개의 사용 응용을 가지고 사용하고,
    상기 조립체는, 수소 밸브 포트 주입 시스템과 함께 사용하고 그리고/또는 수소 밸브 포트 주입 시스템을 통하여 사용하는 것과, 주 해제 압력이 0.04bar(1/16psi) 에서 1034bar(1500psi) 사이인 저압 수소 가스 조절기 내에서 사용하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  26. 구멍의 직경이 0.001mm 및/또는 12mm 사이이고 상기 구멍의 호칭 번호가 1에서 12000 사이인 망 그릴을 포함하는, 내연 기관 및/또는 전기 발전기 및/또는 기화기 및/또는 전자 연료 주입 시스템 및/또는 공기 필터/클리너 시스템 및/또는 연료 전지 기술 조립체 내에서 사용될 때, 수소 점화 화염이 흡입 밸브로부터 역화되는 것을 방지하기 위해 미세 망 그릴을 사용하는 방법.
  27. 내연 기관 및/또는 전기 발전기에서 사용될 때, 수소 온도의 증가 및/또는 수소의 조기 폭발/점화를 방지하기 위해, 내연 기관 매니폴드 및/또는 가스 조절기의 가열 특성을 제거함으로써, 수소 및/또는 산소 및/또는 질소 및/또는 염소 및/또는 공기의 사전 폭발을 방지하는 방법.
  28. 내연 기관 및/또는 전기 발전기에서 사용될 때, 스파크 플러그 및/또는 점화 타이밍을 피스톤 행정의 상사점 이후 0에서 25도 사이로 지연시키는 방법.
  29. 내연 기관 및/또는 전기 발전기에서 사용될 때, 흡입 밸브의 닫힘을 앞당기고 그리고/또는 흡입 밸브의 열림을 늦추고 그리고/또는 전체 흡입 밸브 및/또는 흡입 밸브들의 행정 작동 기간을 단축함으로써, 수소 점화 화염의 역류를 방지하는 방법.
  30. 내연 기관 및/또는 전기 발전기에서 사용되고 연료 혼합물 내의 연소성 요소로서 수소를 사용할 때, 태핏의 타이밍을 변화시킴으로써 밸브 로커 암의 행정 거리를 조절하여, 흡입 밸브의 닫힘을 앞당기고 그리고/또는 흡입 밸브의 열림을 늦추는 것을 특징으로 하는 제21항에 기재된 방법.
  31. 내연 기관 및/또는 전기 발전기에서 사용될 때, 연료 및/또는 수소를 포함한 연료 혼합물로서 수소를 사용할 때, 캠 벨트 타이밍 및/또는 캠 축 행정 거리를 조절하여, 흡입 밸브 닫힘을 앞당기고 그리고/또는 흡입 밸브의 열림을 늦추는 것을 특징으로 하는 제21항에 기재된 방법.
  32. 내연 기관 및/또는 전기 발전기에서 사용될 때, 캠 축 타이밍 및/또는 캠 축 행정 거리의 조절을 통하여 배출 밸브 행정 작동 기간을 감축하여 배출 밸브 및/또 는 배출 밸브들의 열림을 늦춤으로써, 수소 점화 역화를 제거하고 그리고/또는 방지하는 방법.
  33. 내연 기관 및/또는 전기 발전기에서 사용될 때, 수소 및/또는 산소 및/또는 염소를 냉각 환경 및/또는 냉각 장치를 통하게 하여, 수소 가스 발화점을 낮추는 방법.
  34. 전기 분해/가수 분해 전에 전해질 수용액을, 내연 기관 및/또는 전기 발전기에서 사용될 때 H20 클러스터 크기를 급격하게 감소시키고 수소 및/또는 산소 및/또는 염소의 수율 증가를 촉진하는 전자기 진동 처리함으로써, 수용액의 전기 분해/가수 분해를 통한 수소 및 산소 및/또는 염소 생산량을 증가시키는 방법.
  35. 내연 기관 및/또는 전기 발전기에서 사용될 때, 전기 분해/가수 분해 전에 수용액 및/또는 전해액 안으로 전자기 진동을 전송함으로써, 수용액 및/또는 전해액 및/또는 금속 중탄산염 및/또는 금속 수산화물 및/또는 금속 염화물 수용액의 극성을 바꾸어서 수소와 산소 및/또는 수소와 염소의 생산량을 증가시키는 방법.
  36. 내연 기관 및/또는 전기 발전기 내에서 사용될 때, 수소 및/또는 산소 및/또는 염소의 생산량을 증가시키기 위하여, 금속 중탄산염 및/또는 금속 수산화물 및/ 또는 금속 염화물 및/또는 산을 포함한 수용액을, 지구의 북반구에서 상기 수용액을 통하여 시계 방향으로 이동시킴으로써, 전자기 진동 처리하고 그리고/또는 전자기 진동 시키는 방법.
  37. 내연 기관 및/또는 전기 발전기에서 사용될 때, 수소 및/또는 산소 및/또는 염소의 생산량을 증가시키기 위하여, 금속 중탄산염 및/또는 금속 수산화물 및/또는 금속 염화물 및/또는 산을 포함한 수용액을, 지구의 남반구에서 상기 수용액을 통하여 반시계 방향으로 이동시킴으로써, 전자기 진동 처리하고 그리고/또는 전자기 진동시키는 방법.
  38. 내연 기관 및/또는 전기 발전기에서 사용될 때, 두 개의 목적으로 저압 공기를 사용하고,
    상기 공정은, 새로이 생산된 수소 가스를 공기와 사전 혼합시키기 위하여, 전기-화학 셀의 음극 측을 통하여 공기를 이동시키기 위한 공기 저압 장치와,
    새로이 생산된 산소 및/또는 염소 가스를 공기와 사전 혼합시키기 위하여, 전기-화학 셀의 양극 측을 통하여 공기를 이동시키기 위한 공기 저압 장치와,
    수소 및/또는 산소 및/또는 염소 수율의 증가를 촉진하고 모든 새로이 생산된 가스 기포를 상기 전극 표면으로부터 제거하기 위한, 전기-화학 셀의 음극 및/또는 양극 표면 위로 공기를 이동시키기 위한 공기 저압 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  39. 내연 기관 및/또는 전기 발전기에서 사용될 때, 가스 생산량의 증가를 촉진하기 위하여, 전해액 및/또는 금속 중탄산염 수용액 및/또는 금속 수산화물 수용액 및/또는 금속 염화물 수용액 및/또는 산성 수용액을 섭씨 0도 및/또는 60도 사이에서 가열시키고 그리고/또는 온도를 증가시켜서, 전기 분해/가수 분해를 통한 수소 및/또는 산소 및/또는 수소 및 염소의 생산량을 증가시키는 방법.
  40. 내연 기관 및/또는 전기 발전기에서 사용될 때, 수소 및/또는 산소 및/또는 염소 및/또는 질소 및/또는 공기를 연료로서 사용하고, 상기 연료 대 공기의 비율이 1 대 1과 1 대 36 사이인 것을 특징으로 하는 방법.
  41. 내연 기관 및/또는 전기 발전기에서 사용될 때, 터어빈에 의하여 전기 에너지로 전환되는 역학적 에너지를 생산하기 위하여, 터어빈의 원주 둘레에 배열된 일련의 블레이드 및/또는 블레이드를 구비한 회전자 및/또는 패들 및/또는 버킷으로 연소 배출 가스를 유도하여, 내연 기관 및/또는 전기 발전기 내의 수소 및/또는 산소 및/또는 염소 및/또는 질소 및/또는 공기의 점화 및/또는 연소로부터 생산된 운동 에너지의 충격 및/또는 반작용을 유도하여 전기 에너지를 생산하는 방법.
  42. 분당 회전수가 증가하는 내연 기관에서 사용될 때, 전압 및/또는 전류의 증가를 조절하기 위한 전자 회로와 공기 감압 장치를 사용하여, 수소 및/또는 산소 및/또는 염소의 수율을 증가시키는 방법.
  43. 분당 회전수가 감소하는 내연 기관에서 사용될 때, 전압 및/또는 전류의 감소를 조절하기 위한 전자 회로와 공기 감압 장치를 사용하여, 수소 및/또는 산소 및/또는 염소의 수율을 감소시키는 방법.
  44. 물 및/또는 수용액과, 내연 기관 및/또는 전기 발전기 작동에 의해 생산된 에너지로부터, 내연 기관 및/또는 전기 발전기에서 사용하기 위한 연료를 생산하는, 상기 연료는 수소 및/또는 산소 및/또는 염소 및/또는 질소 및/또는 공기 및/또는 물을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  45. 내부 연소 및/또는 전기 발전기 작동 중 생산된 제44항의 연료로, 내연 기관 및/또는 전기 발전기를 작동시키는 방법.
  46. 내연 기관 및/또는 전기 발전기에서 사용될 때, 전기 에너지를 생산하는 역학적 에너지를 생산하는 터어빈을 움직이기 위한 배출 수증기의 운동 에너지의 작용을 사용할 때, 전기 에너지를 생산하는 방법.
  47. 실시예들 및/또는 도면들 중 임의의 수의 것을 참고하여 본 명세서에 실질적으로 기재된 제1항 내지 제46항 중 어느 한 항에 따른 모든 방법 및/또는 공정 및/ 또는 장치.
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