KR20140030268A

KR20140030268A - 가연성 연료 그리고 그 형성 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20140030268A
Application number: KR1020137034175A
Authority: KR
Inventors: 개리 제이. 베써럼
Original assignee: 어드밴스드 컴버스턴 테크놀로지스, 아이엔씨.
Priority date: 2011-05-23
Filing date: 2012-05-23
Publication date: 2014-03-11
Also published as: EA201391748A1; JP2016172920A; CA2837189A1; EP2714966A4; WO2012162434A3; WO2012162434A2; CN103917695A; US10066304B2; US10590547B2; IL229589A0; BR112013030156A2; US20190062930A1; MX2013013723A; US20140090986A1; EP2714966A2; JP2014517877A

Abstract

수성 반응기를 위한 특성은 전기장 발생기를 포함한다. 전기장 발생기는 일련의 중간의 중립 플레이트들을 포함하는 일련의 평행한 전도성 플레이트들을 포함한다. 중간의 중립 플레이트들은 양극과 음극 사이에 삽입된 형태들로 배열되어진다. 수성 반응기의 다른 형태들은 밀폐된 반응 용기, 다양한 연료 순환, 전력 변조기, 진공 포트 및 장벽을 포함한다. 수소 및 산소 기체들을 생성하기 위해 전기장을 사용하는 방법은 전해질 용액으로 담금, 외부 전압의 인가 및 진공 상태를 포함한다. 반응기 및 관련된 구성품들은 기체 연료 또는 액체 연료를 제조하기 위해 배치된다. 한가지 이용법으로, 탄소계 물질 및 탄화수소 용액의 혼합물이 추가된다. 선호되는 탄소계 물질은 가루석탄이다.

Description

가연성 연료 그리고 그 형성 장치 및 방법{COMBUSTIBLE FUEL AND APPARATUS AND PROCESS FOR CREATING SAME}

본 발명에 따른 기술은 가연성 연료 분야에 관한 것으로, 깨끗하고 효율적인 가연성 연료들을 형성하기 위해 요구되는 장치 및 방법에 관한 것이다.

장치의 다양한 형태를 이용하여 인가된 전기장 하에서 수소 및 산소를 생성하기 위해 물의 전기분해가 잘 알려져 있다. 또한, 물은 그 구성원소들로 변환시키지만, 느슨하게된(released) 수소와 산소를 분리하지는 않는 전기 분해법을 사용하는 HHO발생기(HHO generators)들도 잘 알려져 있다. 게다가, 수소 가스 또는 수소 강화 가스로 탄화수소들의 개질(reformation)도 일어난다. 그러나, 그러한 연료들의 형성을 위해 더 효과적인 공정이 요구되어진다.

본 발명은 깨끗한 연소 연료가 만들어지는 반응의 시작 및 유지를 위해서, 인가된 전기장을 이용하는 수성 반응기(aqueous reactor)의 형태 및 용도에 관한 것이다.

본 발명의 제 1 형태에 있어서, 자기장 발생기는 수성 반응기에서 사용을 위해 제공된다. 자기장 발생기는 일련의 전기 전도성을 가지며, 일렬로 병렬 이격된 플레이트들을 포함한다. 배열의 제 1 단에 형성된, 배열의 하나 또는 하나 이상의 제 1 플레이트들은 제 1 극성(예를 들면, 양극 또는 음극)의 인가 전력 소스(source)와 연결된다. 제 1 단에서 반대편 배열의 단부에 위치한 하나 또는 하나 이상의 배열의 제 2 플레이트들은, 제 1 극성과 반대인 제 2 극성의 인가된 전력원과 연결된다. 배열 중 일련의 제 3 플레이트들은 하나 또는 하나 이상의 제 1 플레이트들(“음극 플레이트들”이라고 함) 및 하나 또는 하나 이상의 제 2 플레이트들(“양극 플레이트들”이라고 함) 사이에 삽입되는 것이 바람직하다. 제 3 플레이트들은 중립 전극으로 형성되도록 인가된 전력과 연결되지 않는 것이 바람직하다. 제 3 플레이트들은 적어도 세 개의 배열로 각각 구성되는 서브세트들로 배열될 수 있다. 각각의 서브세트들에서 모든 플레이트들은 다른 플레이트들과 전기적으로 상호 연결될 수 잇다.

상술한 기술은 수성 반응기, 음극 플레이트들 및 양극 플레이트들에서 전기장을 통하지 않고, 서브세트들의 다른 플레이트들과 연결되지 않은 서브세트들을 더 포함할 수 있다. 서브세트들은 각 서브세트가 적어도 하나의 플레이트를 포함하도록 배열되는 것이 바람직히다. 그리고, 적어도 하나의 플레이트는 인접한 서브세트, 음극 플레이트들 또는 양극 플레이트들 중에서 두 플레이트 사이에 삽입된다. 또한, 다른 인접한 서브세트, 음극 플레이트들 또는 양극 플레이트들 중에서 하나의 플레이트 주변(즉, 두 플레이트 사이 삽입된 것)에 배열된 적어도 두 개의 플레이트들을 포함한다. 그러한 플레이트 서브세트들의 배열은 “삽입하기(interleaving)” 또는 “삽입되기(interleaved)”로 불러진다. 세 개의 플레이트들로 구성된 서브세트는 “삼중창(triplet)”으로 불러진다.

상술된 기술은 전력 변조기의 반대 극들과 결합된 양극 및 음극 플레이트들을 더 포함할 수 있다. 전력 변조기는 변조 단계 또는 전기장 발생기로 직류 파형을 100% 듀티 사이클 보다 작게 변환하는 단계를 제공할 수 있다. 예를 들면, 전력 변조기는 50% 듀티 사이클로 직류 파형을 변조하는 단계를 제공할 수 있다. 파형은 상대적으로 낮은 피크 전압을 가지는 특징이 있을 수 있다. 예를 들면, 피크전압은 14 내지 24 볼트의 범위를 가지며, 제로 및 피크 전압 사이를 번갈아 형성하는 특징이 있을 수 있다. 그러나, 본 발명은 이 범위로 피크 전압을 제한하지 않는다.

상기 기술은 상술된 바와 같이, 전기장 발생기, 반응 용기, 및/또는 다른 형태들에 적용되는 HHO와 같이, 수소 및 산소 기체들을 형성하기 위해 수성의 작동 유체를 포함한다. 상술된 바와 같이, 전기장 발생기는 작동 유체에 잠기게 하고, 전력을 전기장의 반대 극성들로 인가하는 것이 바람직하다. 수성 작동 유체는 순수 증류수 및 수산화 염으로 구성되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 수산화 염은 수산화 칼륨(KOH: potassium hydroxide)일 수 있다. 수산화 염은 전해질로써 역할을 하며, 소비되지 않는다. 증류수는 1 155F 및 1305F 사이에서 온도에서 수소 및 산소로 전기 분해 된다. 물은 일정한 양을 유지하기 위해, 소비된 물의 양만큼 물이 추가된다. 비증류수(Non- distilled water)는 사용되는 것이 바람직하지만, 장치의 부식 또는 오염을 증가시키는 원인이 될 수 있다.

상술한 기술은 비전기 전도성 및 충분한 기체 불투과성 차단막을 포함한다. 예를 들면, 기체 불투과성 차단막은 고분자 필름 또는 시트 재료일 수 있으며, 양극 및 음극 사이 액체의 높이이상으로 연장되어 형성된다. 막은 양극 및 음극으로부터 형성된 기체의 혼합을 방지하기 위해 차단하는 역할을 한다.

수소 및 산소 기체의 혼합은 진공 펌프를 이용하여 반응 용기로부터 방출될 수 있다. 반응기의 생산은 동작하는 동안 용기 내에서 유지되는 압력 및 온도에 따라 다양해질 수 있다. 그러므로, 약 0.2 내지 0.9 기압 범위에서, 반응 용기가 진공 상태를 유지하는 것은 바람직하다. 그리고, 바람직하게, 유체 재순환을 이용하여, 작동 유체의 온도가

내지

사이의 범위로 유지되는 동안 약 0.2 내지 0.5 기압을 유지하는 것은 더 바람직하다. 진공상태 및 온도는 물이 끓거나 실질적으로 물이 공정 과정에서 기화되는 점에 도달한 것을 유지하도록 균형을 맞춘다.

상술된 기술은 탄소를 포함하는 용액을 기반으로 한 물질로부터 액체의 탄화수소 연료를 제조하기 위해 상술된 바와 같이, 전기장 발생기, 반응 용기 및/또는 다른 형태들에 적용된 수성의 작동 유체를 포함하기 위해 대체하여 사용될 수 있다. 바람직하게, 탄소 또는 석탄 가루와 같은 물질을 기초로한 탄소는 상술된 바와 같이, 수성의 작동 유체에서 현탁액으로 분산된다. 수성의 작동 유체는 현탄액으로 유지되는 탄소 기초 물질과 함께 가솔린의 분자량을 포함하며, 등유, 경유 또는 다른 기타 연료들과 같은 탄화수소 연료의 초기 장전량(initial charge of fuel)을 포함한다.

상술된 바와 같이, 반응기의 생산은 작동하는 동안 용기안에서 유지되는 압력 및 온도에 의해 다양해질 수 있다. 작동 유체의 온도는 다시 끓거나 증기압이 실질적으로 생산되는 것을 방지하기 위해 압력 없이 유체 순환를 이용하여

내지

사이의 범위로 정의되고, 유지된다. 이에 따라 압력하에서 온도는 상단 범위 쪽으로 상승할 수 있다.

탄소계 물질로부터 탄화수소 연료를 형성하는 것에 있어서, 조건들은 평균 분자량을 감소하여, 공정 과정 중에 탄화수소 연료의 감소하도록 실험적으로 조절할 수 있다. 예를 들면, 대부분의 탄화수소들은 여덟개 이하의 탄소 원자를 가지는 탄화수소로 개질(reforme)될 수 있다. 기술된 실시예들은 본원의 참고로 인용되는 일련번호 제 12/885,617의 출원에 의해 관련된 미국특허출원에 기술된 과정에 따라 이용되는 것이 바람직하다.

본 발명의 다른 실시예에서, 양극 및 음극 플레이트들은 구멍들의 패턴을 포함하며, 구멍들의 패턴은 플레이트 점유 면적보다 더 큰 개방 공간을 제공하기 위해 전체 플레이트를 실질적으로 가로질러 확장한다. 양극 및 음극 플레이트들의 기준 치수(nominal size)는 중립 플레이트의 사이즈와 유사하다. 모든 플레이트들은 높은 전도성의 금속으로부터 형성되는 것이 바람직하다. 그리고, 높은 전도성 금속은 열을 감소하며 충분한 전도성을 가진 구리-텅스텐과 같은 금속일수 있다. 또한, 플레이트들은 전기분해 과정에서 상호작용하는 니켈과 같은 촉매로 도금된다. 팔라듐(Palladium), 백금(platinum) 또는 다른 촉매제들은 전기분해로 더 낮은 온도에서 원하는 반응을 촉진하는데 유용할 수 있다.

상술된 기술은 실시예들이 더 나은 결과로 결합될 수 있는 것을 더 포함할 수 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 새로운 기능을 제공할 수 있으며, 반응기에서 화학 반응 또는 플라스마의 생성을 시작하거나 유지하는 인가된 전기장을 이용하여 수성 반응기의 장치를 강화시키는 조합을 제공할 수 있다. 예를 들어, 물로부터 수소 및 산소 기체의 생성 또는 탄소 또는 유기화합물의 수산화/수소첨가, 이러한 특징 및 조합들을 이용하기 위한 기술 및 방법을 통한 연료 생산이 있을 수 있다.

도 1은 전기장 발생기와 관련된 본 발명의 일 실시예를 도시한 개략도이다.
도 2는 전기장 발생기의 일 실시예를 위한 중립 부분들(neutral subsets), 음극 플레이트들 및 양극 플레이트들의 배열을 도시한 블록도이다.
도 3은 전기장 발생기의 사용을 위한 플레이트의 일 실시예를 보여주는 평면도이다.
도 4a 내지 도 4b는 전기장의 플레이트들을 위한 대체 구성품들을 도시한 개략도들이다.
도 5는 전기장 발생기를 포함하는 수성 반응기의 일부 절단 사시도이다.
도 6a는 수성 작동 유체로부터 수소 및 산소를 발생시키기 위한 수성 반응기를 포함하는 장치의 개략적이 블록도이다.
도 6b는 가스 분리기를 위한 중간 장벽을 포함하는 수성 반응기의 다른 구성을 보여주는 세부적인 설계도이다.
도 7은 수성 작동 유체로부터 수소 및 산소를 형성하기 위한 수성 반응기를 작동시키기 위한 방법의 예를 보여주는 순서도이다.
도 8은 도 7에 도시된 방법과 함께 사용될 수 있는 추가적인 방법을 보여주는 순서도이다.
도 9는 본 발명의 다른 구성의 실시예를 도시한 개략도이다.
도 10은 양극 플레이트 또는 음극 플레이트의 일 실시예의 평면도이다.

도 1를 참조하면, 바람직하게, 수성 반응기에서 사용하기 위한 전기장 발생기(field generator)(100)는 전기 전도성이 있으며, 병렬 이격된 플레이트들(104a 내지 104j)의 배열(102)을 포함하며, 병렬 이격된 플레이트들(104a 내지 104j)의 배열(102)은 비전기 전도성 프레임워크 또는 부재(106)에 의해 지지된다.플레이트들의 배열(102)은 배열의 제 1 단으로써 하나 또는 하나 이상의 음극 플레이트들(104a, 104c)(집합적으로, 108)을 포함할 수 있다. 그리고, 플레이트들의 배열(102)은 제 1 단 반대편으로 배열(102)의 제 2 단으로써 하나 또는 하나 이상의 양극 플레이트들(104h, 104j)(집합적으로, 110)을 포함할 수 있다. 플레이트들의 배열은 음극 플레이트들(108) 및 양극 플레이트들(110) 사이에 삽입된 다수의 중립 플레이트들(neutral plates)(104b, 104d 내지 104g, 104i)를 더 포함할 수 있다. 중립 플레이트들(104b, 104d 내지 104g, 104i)는 적어도 세 개가 전기적으로 연결된 플레이트들을 각각 포함하여 끼워 넣은(interleaved) 중립 서브세트들(neutral subsets)(112, 114)로 배열될 수 있다. 상술한 바와 같이, 중립 서브세트들의 끼워 넣기는, 각 서브세트(112, 114)가 음극 플레이트 또는 양극 플레이트들의 인접한 서브 세트의 두 플레이트들 사이 끼워 넣어진 적어도 하나의 플레이트(예를 들면, 104b, 104f, 104i)를 포함하고, 어느 하나의 음극 플레이트들 또는 양극 플레이트들 중에서, 다른 인접한 서브세트의 플레이트 주위에 배치된 적어도 두 개의 플레이트들(예를 들면, 서브세트 112의 104d와 104f 또는, 서브 세트 114의 104e와 104g)도 포함한다는 것을 의미한다. 중립 서브세트들(112, 114)의 각각은 전기적으로 다른 중립 서브세트들, 음극 플레이트들 및 양극 플레이트들로부터 절연될 수 있다. 예를 들면, 중립 서브세트들(112, 114)의 각각은 중립 서브세트들의 다른 하나마다로부터 전기적으로 절연될 수 있다.

낮은 전력 모드에서, 음극 플레이트들(108)은 수소를 생성하기 위해서 인가된 전력의 음극 소스와 연결되도록 구성될 수 있다. 양극 플레이트들(110)은 산소를 생성하기 위해 인가된 전력의 양극 소스와 연결되도록 구성될 수 있다. 중립 서브세트들은 전력의 어떤 소스와도 연결되지 않는다.

바람직하게, 플레이트들(104a 내지 104j)은 구리-텅스텐 또는 다른 높은 전도성을 가지는 물질이다. 탄화수소를 기반의 연료들의 형성을 위하여, 높은 전도성 물질은 니켈 도금에 의해 제공되는 것과 같은 촉매 표면을 포함한다. 전도성 플레이트들의 표면을 니켈 도금으로 처리하는 것은 수송 반응기의 작용에 촉매 효과를 형성하도록 한다.

바람직하게, 플레이트들(104a 내지 104j)은 실질적으로 평면이며, 두께 "t"는 실질적으로 균일하다. 반응기가 동작하는 동안, 내구성 및 강성이 유지되기 위해 플레이트들은 충분히 두꺼운 것이 바람직하다. 그리고, 광학적 두께는 선택된 플레이트 물질 및 플레이트 설치 정보에 따라 달라질 수 있다. 만약 구리-텅스텐을 사용한다면, 플레이트들은 부드러운 물질에서 발생될 수 있는 휘어짐을 방지하기 위해 .1 25”가 바람직하다. 바람직하게, 배열에서 플레이트들은 약 0.125인치의 범위로 거리 "d"만큼 떨어져 실질적으로 규칙성 있게 이격될 것이다. 전기장 발생기 “플레이트”의 추가적인 양상은 도 3 및 도 10과 연결하여 더 설명된다.

비전기 전도성 프레임워크 또는 부재(106)는 플레이트들의 주변부 가까이에 이격된 모서리 지지부들을 포함한다. 모서리 지지부들은 각 플레이트가 작동하는 동안 제자리에서 유지되도록하는 이점이 있다. 지지부는 바람직하게 다른 기능을 포함하고 있다. 예를 들면, 재순환을 위한 노즐(106)은 본 발명에서 언급된 바와 같이 다양성을 가진다. 일 실시예에서, 플레이트 모서리들은 플레이트 모서리들의 주변부의 배열을 지지하기 위해 고분자 재료의 블록상에 형성된 슬롯들에 의해 지원된다. 그러나, 임의의 적절한 지지 구조가 사용될 수 있다.

전기장 발생기는 플레이트(104a 내지 104j)의 정해진 수로 제한되지 않는다.

일 실시예에서, 바람직하게 장치는 9개 이상 48개 이하의 중립 플레이트들을 포함한다. 상기 표사된 바와 같이, 고유의 성질을 가지는 배열은 효율적이며, 7개의 삼중창(triplet)(206a 내지 206g), 두 개의 음극 플레이트들(202), 두 개의 양극 플레이트들(204) 및 21개의 중립 플레이트들을 포함하는 총 25개의 플레이트를 이용하여 최적의 효과를 얻을 수 있다. 이러한 배열(200)은 도 2에서 매우 개략적으로 도시되며, 전기장 발생기(200)를 위해 끼워 넣어진 플레이트의 기하학적인 예를 도시하기 위해 확장하지 않고, 대부분 그려졌다. 삼중창, 양극 또는 음극에서 플레이트들을 연결하는 설명된 방법은 매우 개략적이며, 도면으로 이해되지 않거나, 도시되고 설명된 기하학적 관점으로부터 구분되는 실제 물리적인 구성을 설명되지 않는다.

중립 서브 세트들(206a 내지 206g)의 각각은 플레이트들의 홀수로 구성되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 세 개 내지 다섯 개일 수 있다. 세 개 이상의 다른 홀수개가 중립 서브 세트들의 끼워 넣기가 가능할지라도, 도 1 및 도 2에 명확하게 도시된 바와 같이, 중립 서브 세트(즉, 삼중창) 마다 세 개의 플레이들이 바람직하게 여겨진다. 적어도 본 발명에서 설명된 인가된 전력 파형들과 함께 이용되기 위해 끼워 넣기는 물 및 다른 반응물들의 전기 분해를 위한 전기장 발생기의 동작에 이점이 될 것으로 여겨진다. 도 2에 도시된 끼워 넣기의 실시예에서, 음극 플레이트들(202)은 제 1 중립 삼중창(206a)으로 끼워 넣어지고, 양극 플레이트들(204)은 마지막 중립 삼중창(206g)으로 끼워 넣어진다. 제 1 및 마지막 삼중창들(206a, 206g)는 인접하는 삼중창들(206b, 206f) 각각으로 끼워 넣어진다. 중간 부분의 삼중창들(206b 내지 206f)은 인접하는 삼중창으로 각각 끼워 넣어 진다. 도 1을 비슷한 배열을 보여준다.

배열(200)은 삼중창(206a 내지 206g)과 같은 중립 서브세트들의 홀수 또는 짝수로 구성될 수 있다. 홀수의 중립 서브세트들은 본 발명에서 설명되는 인가 전력 파형들로 사용되기 위한 이점이 있다.

도 3은 설명된 바와 같이, 전기장 발생기를 구성하기 위해 사용되는 플레이트(300)의 예를 들기위한 평면도 및 치수이다. 도시된 바와 같이, 플레이트(300)는 도 1. 도 10의 중립 플레이트(104b, 104d 내지 104g, 104i)를 위해 사용된다. 전도성이 높은 물질들이 적합하며, 예를 들면, 구리, 니켈로 도금된 구리, 니켈, 플라티늄 또는 플라티늄으로 도금된 금속, 또는 흑연일 수 있다. 또한, 다른 금속들도 사용된다. 다른 구조적으로 전도성 있는 물질은 사용하는 동안 수성 반응기의 동작 유체에 의해 많이 부식되지 않거나 코팅된 것으로 사용될 수 있다. 정해진 어떤 표면 물질은 전기장 발생기의 작동에 효과적일 수 있다. 전기 분해 과정에서, 니켈 도금이 플레이트들(104a 내지 104j)를 덮고 있을 때 촉매적 효과가 발생되는 것을 나타내고 있다. 추가적으로, 니켈, 팔라듐, 백금 또는 다른 촉매들의 존재는 더 낮은 온도에서 반응이 용이하도록 도울 수 있다. 수산화 칼륨 용액에 물의 강력한 가수분해가 미처리된 316L 스테인리스 스틸(stainless steel)를 이용하여도 수행되지만, 다양한 표면 처리는 전기장 발생기의 작동을 강화시킬 수 있다.

플레이트(300)은 일반적으로 마주보는 평행한 주 표면들에 의해 특성을 가질 수 있다. 세 개의 표면들(302) 중 하나는 도 3에 평면도로 보여주고 있다. 플레이트(300)의 반대편 표면은 제 2 표면을 포함한다. 상기 특성은 전기장 발생기의 구조가 도 1 및 도 2와 연결되어 설명되어질 수 있다. 이 주 표면들은 반드시 평평한 평면은 아닐지라도, 가장 인접한 플레이트의 인접 표면에 대하여 일반적으로 평행한 방향을 유지하면서 윤곽을 이룰 수 있다.

도 3에 도시된 치수 및 모양은 단지 예일 뿐이며, 제한되지 않는다. 도시된 치수 및 모양은 유용하지만, 전기장 발생기의 구조로써, 결정된 것은 아니다. 플레이트(300)는 전기장 발생기에서 플레이트들을 지지하기 위해 사용되는 비전도성 지지 부재를 수용하기 위해 중심 구멍(304)를 포함한다. 플레이트(300)는 구멍들 또는 컷아웃(cutout)들을 포함하며, 다양한 형태로 구성될 수 있다. 플레이트(300)는 인접한 플레이트, 외부 전력원, 또는 둘 다와 전기적 연결되는 탭(306)을 포함할 수 있다. 본 실시예에서 사용된 것처럼, “플레이트”는 일반적으로 평평한 구성요소들 또는 플레이트 축적(stock)으로 구성된 구성요소들로 제한되지 않는다. 대신, 바람직하게, “플레이트”는 전체적으로 평평하고, 윤곽이 있거나 관통 구멍들의 임의의 수를 가지고 접어지며, 어떤 적합한 물질로 형성된다. 예를 들면, 동작하는 동안 모양을 유지하기 위해 충분히 단단한 격자 또는 철망 소재가 본 발명에서 설명된 바와 같은 전기장 발생기에서 “플레이트”로 구성될 수 있다.

실질적으로, 플레이트(300)에 관해 상기 기술된 모든 사항은 양극 플레이트들(104h, 104j) 및 음극 플레이트들(104a, 104c)에 적용된다. 기술된 과정의 일부로, 양극 플레이트(104h, 104j) 및 음극 플레이트(104a, 104c)는 플레이트들에서 구멍들을 이용하여 더 효율적으로 작동한다. 이것은 탄화수소 및 탄소 변환 과정을 위해 특별히 적용된다. 상기 양극 및 음극 플레이트들은 개략적으로 도 10에 도시된다. 대표적인 플레이트(310)는 구멍(312)들의 패턴을 포함한다. 그러나, 이것은 적용할 수 있는 구멍들의 거의 무한한 패턴 중 하나이다. 이것의 목적은 구멍(312)들과 함께 플레이트(310)를 상당 부분 덮는 것이다. 양극 및 음극을 위한 플레이트의 이러한 유형의 사용은 전력 요구를 줄이며, 가스 생성을 증가시키도록 한다. 이러한 구체적인 실시예에서, 구리-텅스텐 플레이트는 니켈로 도금되며, 사각형의 5/16” 인 구멍들로 도금하기 전에, 공칭으로 6"x6"x1 /8"의 높이/넓이/깊이로 균일하게 구멍을 형성한다. 구멍(312)들은 1 /8"로 이격되며, 인접한 구멍 사이에서, 구멍의 중심간 거리를 7/16"로 가진다. 약간 넓은 구조적 테두리(314)는 플레이트(310)의 주변부 주위에 연장된다.

플레이트들(300, 310)이 일반적으로 평평하거나 평면일 수 있지만, 전기장 발생기는 평면 플레이트 요소들로 제한되지 않는다. 예를 들면, 인접한 플레이트와 일반적으로 평행한 관계를 유지하는 하면서, 윤곽 형성 또는 접힘은 플레이트의 표면 부분을 증가하기 위해 사용될 수 있다. 도 4a는 구성(400)에서 두 개의 인접한 윤곽 플레이트들(402, 404)들의 평면도를 보여주고 있다. 각 플레이트들(402, 404)은 실질적으로 전체 각각의 넓이를 위해 동일 선상(또는 선상 근처)의 상태를 유지하는 각 윤곽이 형성된 표면들(406, 408)를 포함한다. 이 구성의 단점은 동일한 영역의 플레이트들로 구성된 배열에서, 각 플레이트의 개별적 윤곽없이 인접한 플레이트들 사이에서 정확한 병렬이 형성될 수 없다. 이것은 도 4b에 보여진 다른 구성(450)을 사용함으로써 피할 수 있다. 접혀진 인접한 플레이트들(452, 456)은 각각의 가상적 표면들(456, 458)을 정의하며, 여러 겹으로 겹친 구조를 나타내고, 실질적으로 평행하다. 그러므로, 인접한 플레이트들(452, 456)은 실질적으로 동일하게 나누어 지거나, 동일한 윤곽의 형태를 형성하며, 인접한 플레이트들 사이 평행한 상태를 제공한다. 대체 가능한 다른 구성(400, 450)은 현재 실험되지 않았으며, 균형상 평평한 플레이트들보다 이점을 가지지 않을 수도 있다. 평평한 플레이트의 장점은 제조의 단순화, 비용절감이 가능하며, 쉽게 평행 상태를 달성하며, 인접한 플레이트들 사이 유체 흐름에 대한 저항이 적다.

도 5는 수성 반응기(500)기로 조립된 전기장 발생기(502)의 실시예를 보여주고 있다. 반응기(500)은 밀폐 용기 또는 컨테이너(504)을 포함한다. 그리고, 밀폐 용기 또는 통(504)은 전기장 발생기를 넣기 위한 작동 유체를 수용하기 하기 위해 형성된다. 전기장 발생기(502)는 플레이트들의 배열을 포함한다. 예를 들면, 플레이트들의 배열은 비전기 전도성 프레임워크(506)에 의해 지지되는 도 3에서 보여지는 중립 플레이트(300) 및 도 10에서 보여지는 양극/음극 플레이트(310)일 수 있다. 원통형 비전도성 지지 부재(미도시)는 지지하는 프레임워크에 대한 플레이트들을 고정하기 위해 플레이트들에 중앙 구멍(507)을 관통하며 지날 수 있다. 상술된 바와 같이, 플레이트들은 발생기(502)의 상부 끝단에 선택된 탭들을 연결하도록 가로질러 놓여진 커넥터(connector)(미도시)를 이용하여 음극 플레이트 세트들, 양극 플레이트 세트들 및 중립 세트들을 제공하도록 연결될 수 있다. 동작이 이루어지는 동안, 컨테이너(container)(504) 내의 액체는 탭들을 연결하는 플레이트 아래에서 유지될 수 있다. 예를 들어, 탭은 전기장 발생기(502)로 전력을 공급하는 전기 케이블(510)과 연결되는 탭(508)일 수 있다. 도면에 표시되지 않은 상보적 관계의 전기 케이블은 배열(502)의 반대 끝단에 위치된 반대 극성의 플레이트와 비슷하게 연결될 수 있다.

케이블(510) 또는 한 쌍의 케이블 중 다른 한 쪽은 밀폐 상태를 유지하기 위해 설계된 관통구(512)를 이용하여 컨테이너(504)의 벽을 통과하도록 할 수 있다. 여기서, 전선들은 전류를 분배하기 위해 용기에서 사용되며, 니켈로 코팅되어 있는 높은 전도성 물질이므로, 열 축적을 감소시키고, 촉매 표면 영역을 제공한다. 실질적으로, 용기(504)는 제어 투입구 및 배출구 포트들을 제외하고 실질적으로 밀폐될 수 있다. 실시예들이 하술된다. 도시된 장치(500)에서, 오링씰(O-ring seal) (514)은 베이스(516)의 둘레에 형성되지만, 임의의 적절한 밀봉이 사용될 수 있다.

베이스(516)에서 액체 흡입구(518) 및 배출구(520)는 순환 시스템으로 연결하기 위해 제공될 수 있다. 순환 시스템은 펌프, 열 교환기 및 연결선들을 포함할 수 있다. 다른 장치들 사이에서, 순환 시스템은 베이스(516)에서 노즐들의 배열을 통해 작동 유체를 순환시킬 수 있다. 노즐들은 전기장 발생기(502)에서 개별적인 플레이트들 사이로 작동 유체를 주입하는데 바람직하다. 플레이트들 사이 유체 주입은 플레이트들 사이에서 유체의 움직임, 열 전달 및 혼합이 강화되도록 하며, 스트립(strip)이 플레이트 표면으로부터 기체 기포들을 축적되게 한다. 상단 포트들은 작동 유체 성분들 및 추가 형성하기 위한 하나 또는 하나 이상의 액체 추가 포트들(524 및 526) 및 고체 입구/검사 포트(528)를 포함한다.

상술된 바와 같은 수성 반응기는 도 6a에 도시된 형태이며, 전기장에서 수성의 작동 유체를 반응시키기 위한 장치(600)로 이용될 수 있다. 장치(600)은 상술된 수성 반응기(601)의 음극 플레이트들 및 양극 플레이트들과 연결된 인가 전력원(602)를 포함한다. 전력원(602)은 파형 발생기라고 불리어지는 펄스 폭 변조기(modulator)(604)를 포함하는 것이 바람직하다. 그리고, 펄스 폭 변조기는 피엘씨(PLC: programmable logic controller) 또는 전자 제어 장치(EUC: electronic control unit)(611)를 포함한다. 바람직하게, 파형 생성기(604)는 삼상(three-phase) 발전기(610)의 계자권선(field winding)(608)으로 직류(DC) 구동 신호(606)를 공급할 수 있다. 바람직하게, 직류 구동 신호(606)는 약 10% 내지 90%범위의 듀티 사이클, 약 1 내지 32 kHz 범위의 주파수, 5 내지 50 V 범위의 피크 전압을 가진다. 더 바람직하게, 직류 구동 신호(606)은 전기장 발생기(603)의 크기에 따라 약 50%의 듀티 사이클, 약 14 내지 24V 의 전압 피크를 가진다. 단계 및 펄스가 바뀌어질 때, 50%의 듀티 사이클은 소스(604)에서 전류 소모의 25%로 전기장 발생기를 위한 구동 신호를 제공한다.

예를 들면, 피엘씨 또는 다른 소스(611)는 SSR(solid state relay)과 같은 스위칭 장치(613)를 구동시키기 위해 제 1 주파수 및 제 1 듀티 사이클로 구동 신호(605)를 바람직하게 발생시킨다. 바람직하게, 소스(611)는 스위칭 장치(613)의 입력에 대하여 제 2 주파수 및 제 2 듀티 사이클로 펄스 폭 변조(PWM: pulse width modulated) 전력 신호(607)를 제공한다. 일 실시예에서, 제 1 및 제 2 듀티 사이클들은 같을 수 있고, 50% 또는 50%정도 조정될 수 있다. 그리고 제 2 주파수는 제 1 주파수보다 더 높으며, 예를 들어 적어도 10번 더 많다. 예를들면, 일 실시예에서, 1 kHz 의 제 1 주파수는 24V에서 50%의 듀티 사이클로 구동 신호(605)를 위해 사용될 수 있다. 그리고, 12 V, 50% 듀티 사이클에서, 60 kHz 의 제 2 주파수는 펄스 폭 변조(PMW) 전력 신호(607)로 사용될 수 있다. 그러므로, 스위칭 장치는 주파수 및 듀티 사이클이 제 1 주파수 및 듀티 사이클과 같도록 하는 직류 구동 신호(606)를 발생시킨다. 캐패시터(capacitor)(609)는 소스(611)로부터 전류 소모를 감소시키고, 높은 제 2 주파수를 필터링하기 위해 스위칭 장치(613)의 입력 및 출력 단자들과 연결되는 것이 바람직하다. 예를 들어 12V에서 피크 전압 및 구동 신호(606)의 전력은 전력 신호(607)에 의해 결정된다.

삼상 발전기(610)의 계자권선(608)으로 구동 신호(606)을 인가함으로써, 켜짐/꺼짐 스위치는 접합 스위치 대신, 자기장을 형성 및 붕괴함으로써 수행될 수 있다. 그러므로, 전력 소스(602)는 금속-산화물-반도체 전계-효과 트랜지스터들(MOSFETs: metal-oxide-semiconductor field-effect transistors) 또는 다른 정밀한 스위칭 장치의 사용을 요구하지 않고, 수성 반응기(601)로 강력하고 신뢰할 수 있는 전력을 공급하는 것이 바람직하다. 바람직하게, 삼상 발전기(610)으로부터 AC 신호는 전기장 발생기(603)의 전극용 직류(DC) 구동 출력을 제공하기 위해 삼상 전파 정류기(612)를 이용하여 정류된다. 예를 들어, 팬 및 냉각 타워와 같은 냉각 장치(615)는 구동 출력을 통해 연결되거나, 발전기(610)을 냉각하기 위한 다른 전력원과 연결된다.

장치(600)는 예를 들면, 전기장 발생기(601) 상의 헤드 공간(head space)(616)에서 도출하며, 반응기(601)를 위한 밀폐 용기의 내부로 유체 소통(fluid communication)에 투입구를 가지는 진공 펌프(614)를 더 포함하는 것이 바람직하다. 진공 게이지(vacuum gauge)는 반응기(601)로 압력을 측정하기 위해 사용될 수 있다. 물의 작동 온도를 위한 증기의 적절한 생산 또는 비등을 유도하는 크기 이하를 가지는 헤드 공간(616)을 진공으로 유지하는 것은 물의 전기 분해를 위해 바람직하다. 하나의 예로 진공상태는 약 0.5기압의 진공으로 진행되며, 보다 강력한 전기분해 반응을 시작하거나 유지하도록 작동된다. 또한, 진공 펌프(614)는 반응기(601)로부터 발생된 기체들을 빼는데 사용된다. 수성의 작동 유체(620)를 사용하는 것은 전기장 발생기(603)를 담그는 순수한 물에 수산화염의 전해액으로 구성되어 있다. 공간이 형성되지 않은 헤드 공간(616)에서 방출된 기체는 약 60% 수소 분자, 산소 분자 및 수증기 또는 기타 불순물을 포함해야 한다. 바람직하게, 저장 또는 최종 사용을 위한 배출전 기체를 냉각 및 건조시키기 위해 방출된 기체는 열 교환기(622) 또는 냉각기를 통해 전달된다. 흐름율은 적합한 유량계(624)를 이용하여 측정될 수 있다.

수소 및 산소 혼합을 위한 사용은 연소 조건 또는 배출을 변경하는 종래의 탄화수소 연소 엔진에서 다른 연료들을 혼합하는 것을 포함할 수 있다. 또한, 수소 및 산소 혼합을 위한 사용은 생산품을 생산하기 위해 화학적 과정에서 원료로써 공급하지만, 정제된 물로 제한하지는 않는다. 만약 수소가 산소로부터 분리된다면, 모바일 또는 고정된 응용프로그램에 대해서 전기를 생산하기 위해 분리된 수소 및 산소는 양성자 교환 막(PEM: proton exchange membrane) 연료셀이 제공될 수 있다. 추가적으로, 전기 또는 동력을 생산하기 위해, 수소는 수소 연소 엔진 또는 가스 터빈으로 연소될 수 있다. 예를 들면, 수소는 태양, 바람 또는 파형 에너지와 같은 다양한 듀티 사이클과 함께 재생 가능한 자원을 이용하여 생산될 수 있다. 그리고 목적에 적합한 수요충족을 위한 수소는 수소 엔진 또는 게스 터빈에 연소를 위해 저장된다. 본 발명은 반응기(601)로부터 방출된 기체를 위한 특정한 최종 사용에 제한되지 않는다.

도 6b에 도시된 바와 같이, 수성 반응기(650)의 다른 실시예들에서, 하나 또는 하나 이상의 비전도성 차단막(652) 또는 격막(diaphragms)들은 양극 플레이트들 및 음극 플레이트들 사이의 전기장 발생기(654)의 적어도 두 개의 플레이트들 사이에 배치된다. 그리고, 하나 또는 하나 이상의 비전도성 차단막(652) 또는 격막(diaphragms)들은 두 개 또는 두 개 이상의 구성품들(660, 662)로 머리 공간(658)을 나눈다. 차단막은 유체 아래로 연장되고, 전기장 발생기(654)의 플레이트 배열에 연장되지만 유체 아래 배열에서 바닥을 통해 전체적으로 연장되지는 않는다. 차단막은 배열의 대략 가운데에 설치되거나 다른 중간 위치에 설치된다. 예를 들면, 25-플레이트 배열에서, 12번째 및 13번째 플레이트들 사이 또는 13번째 및 14번째 사이에 설치된다. 슬롯 또는 다른 컷아웃은 차단막(652)을 지나는 배열의 중립 서브세트에서 점퍼(jumper) 또는 전기적 커넥터(664)를 플레이트들에 연결할 수 있는 차단막으로 만들어질 수 있다. 각 머리부분의 분리된 부분(660, 662)는 별도의 흐름에서 회피될 수 있다. 낮은 전력에서, 수소는 음극을 포함하는 구성품(660)으로 집중 형성되며, 산소는 양극을 포함하는 구성품(662)으로 집중 형성된다.

다른 실시예에서, 수소 및 산소의 분리가 수행되지 않는 실시예들에 관련된 구동신호의 피크 전압을 감소시키는 이점이 있다. 예를 들면, 단일 차단막(652)과 함께 상술된 것처럼 구성된 반응기(650)에 대하여, 수소 및 산소의 분리를 더 잘 이루어 지게 하기 위해 약 6내지 8V의 범위에서 구동 신호의 전압을 감소시키는 것이 유용하다. 이러한 실시예들에서, 기체 기포들은 차단막(652)근처 중간 부분의 플레이트들 상부를 제외한 양극 또는 음극 플레이트들 근처에 설치된 플레이트들 상부에 형성된다. 양극 또는 음극 어느 것도 포함하지 않은 중간 구성품이 두 개 또는 두 개 이상 차단막들(미도시)를 이용하도록 제공된 경우, 수소 및 산소의 혼합물이 포함되며, 혼합물은 분리되어 방출된다.

도 6a를 참조하면, 장치(600)는 반응기(620)에서 다양한 재순환으로 조합되는 배출구를 가지는 액체 펌프(626)를 더 포함하는 것이 바람직하다. 다양한 재순환은 도 1 내지 5와 연결하여 상기 설명되었다. 다양한 재순환은 전기장 발생기(603)의 플레이트 배열에서 플레이트들 사이에서 재순환된 작동 유체의 하나 또는 하나 이상의 분출구들을 관리하기 위해 위치될 수 있다. 또한, 펌프(626)은 작동 유체의 온도 조절을 위한 열 교환기(628) 또는 다른 장치를 통해 재순환된 작동 유체를 구동할 수 있다. 다양한 반응들을 위해, 가열 또는 냉각 과정을 조절하는 설정점을 통해 작동 유체의 온도를 조절하는 것은 바람직하다. 예를 들면, 상술된 수성의 전기 분해 과정에서, 주변 온도 또는 다른 요인들에 의존하여 온도 설정점을 유지하기 위한 작동 유체를 냉각하거나 가열하는 것은 바람직하다. 전해질의 높은 농도는 지속되는 더 낮은 온도의 값으로 사용되는 것이 바람직하다.

장치(600) 증류수의 저장소(reservoir)(630)를 포함하고, 수성 반응기(601)가 작동하는 동안 작동 유체(620)가 일정한 양을 유지하도록 반응용기의 물을 구성하여 공급하기 위한 조절밸브(632)를 포함한다. 증류수는 작동 유체를 준비하기 위해 사용되지만, 본 발명에서는 증류수의 사용만으로 제한하지 않는다. 예를 들어, 필터링된 물 또는 바닷물로부터 사용 가능한 작동유체를 준비하는 것이 가능하다. 작동유체에 있어서 바닷물을 사용하면서, 순수한 물을 얻기 위해 방출된 수소 및 산소를 연소함으로써 연소열이 별도로 사용되며, 물의 증류 및 정화를 위한 과정에서 수성 반응기를 작동시키는 것이 가능하다.

상술된 바에 따르면, 물에서 수소 및 산소를 분해하기 위한 방법(700)은 도 7에 도시된다. 바람직하게, 방법(700)은 상술된 수성의 작동 유체에 전기장 발생기를 담그는 단계를 포함한다(702). 수성의 작동 유체는 순수한 증류수 또는 탈이온수로 수산화염으로 구성된 용액을 포함한다.

바람직하게, 방법(700)은 상술된 바와 같이, 전기 전도성을 가지며, 평행하게 이격된 플레이트들의 배열을 포함하는 전기장 발생기의 단부들 반대편에 하나 또는 하나 이상의 음극 플레이트들 및 하나 또는 하나 이상의 양극 플레이트들로 전력을 공급하는 단계를 포함한다(704). 플레이트들의 배열은 상술된 유형의 음극 플레이트들 및 양극 플레이트들 사이에 삽입된 다수의 중립 플레이트들를 포함하는 것이 바람직하다. 중립 플레이트들은 적어도 세 개의 전기적으로 연결된 플레이트들로 각각 구성한 삽입 중립 서브세트들로 배열되는 것이 바람직하다. 중립 서브세트들의 각각은 중립 서브세트들, 음극 플레이트들, 양극 플레이트들의 다른 것들로부터 전기적으로 격리될 수 있다. 예를 들면, 중립 서브세트들의 각각은 중립 서브세트들의 다른 하나마다로부터 전기적으로 격리될 수 있다.

방법(700)는 전력을 공급하는 동안, 기체상을 가지는 수소 및 산소를 발생시키기 위해 플레이트들 배열 주변에 배치된 물을 포함하는 유체를 분리하는 것을 포함한다(706).

추가적으로, 도 8은 방법(700)을 형성하는 장치의 이용하여 수행될 수 있는 선택적인 작업들(800)을 더 보여주고 있다. 작업들(800)은 수행과정의 특정한 시간순서를 요구하지 않고, 어떤 작동순서로 수행될 수 있거나, 동시적으로, 부분적으로 또는 전체적으로 수행될 수 있다. 작업들은 독립적으로 수행되고 상호 배타적이지 않다. 그러므로 작업들 중 어떤 하나는 별도의 다운스트림(downstream) 또는 업스트림(upstream) 작업이 수행되는 것에 관계없이 수행될 수 있다. 예를 들면, 방법(700)이 도 8의 적어도 하나의 작업을 포함하며, 방법(700)은 설명되는 어떤 다음의 다운스트립 작업(들)을 반드시 포함하는 것 없이 적어도 하나의 작동 후 종료될 수 있다.

작업들(800)은 10% 내지 90% 범위의 듀티 사이클, 1 kHz 내지 32 kHz 범위의 주파수 및 5 V 내지 50V 범위의 피크 접압을 포함하는 직류 파형을 공급함으로써 전력을 공급하는 단계를 포함한다(802). 예를 들면, 50%의 듀티 싸이클들은 바람직하다. 주파수는 수성 반응기의 정해진 구성에 대해 생산을 최대로 하기 위해 조정될 수 있으며, 정해진 범위는 제한되지 않는다. 마찬가지로, 피크 전압은 작동 조건하에서 반응기의 크기 및 임피던스(impedance)에 의존할 수 있다.

작업들(800)은 순수한 증류수에서 수산화염 용액을 구성하는 작동 유체의 조성(formulation)을 유지하는 단계를 포함한다(804). 일 실시예에서, 예를 들어 수산화칼륨(KOH)염 약 120그램, 120 내지 220 그램은 작동 유체의 초기 체적을 제공하기 위해 증류수의 1.5갤런(gallon)에 용해된다. 기체가 방출되는 동안, 조성은 반응 용기에서 작동 유체의 일정한 체적을 유지하도록 물을 추가함으로써 유지될 수 있다. 작동 유체에서 기설정된 범위 이하로 수산화칼륨(KOH)(또는 다른 수산화염)을 감소시키는 것은 발생된 기체의 체적을 감소시키고, 전기장 발생기를 통해 전류흐름을 감소시킨다.

작업들(800)은 예를 들어, 상술한 바와 같이, 다양한 순환 및 펌프를 이용하여 배열에서 플레이트들 사이에 유체의 적어도 하나의 분출구를 관리하는 단계를 포함한다(806). 작업들(800)는 대체로 밀폐된 반응 용기내에서 전기 발생기를 구성하는 플레이트들의 배열을 유지하는 단계(808)를 포함한다(808). 추가적으로, 작업들(800)은 대체로 밀폐된 반응 용기 내에서 대기압보다 작게 플레이트들의 배열을 유지하는 것을 포함한다(810). 예를 들면, 진공 압력을 유지하는 것은 0.3 내지 0.8 기압의 범위에서 압력으로 대체로 밀폐된 반응 용기의 내부압을 낮추는 것을 포함할 수 있다. 더 예를 들면, 약 0.5기압의 진공은 전기장 발생기에서 방출된 기체의 강력한 발생을 시작 및 유지하도록 한다.

작업들(800)은 유체를 분리하는 동안 설정점으로 유체의 온도를 유지하는 단계를 포한한다(812). 일 실시예에서, 유체는 처음에 작동하기 전에, 작동 유체의 어는점 이상 및 작동 유체의 끓는점 이하인 주위 온도(ambient temperature)를 유지할 수 있다. 그리고 수성 반응기가 작동하는 동안 약 1205 F의 설정점 또는 설정점 근처로 유지될 수 있다.

작업들(800)은 펌프를 이용하여 반응 용기에서 수소 및 산소의 혼합물을 제거하는 것을 포함한다(814). 저전력 실시예들에서, 양극 플레이트들에서 말단에서부터 음극 플레이트들 근처까지 반응 용기의 제 1 부분에서 주로 수소로 구성된 제 1 스트림을 제거하는 것을 포함한다. 실시예에서, 또한 제거는 음극 플레이트들의 말단에서 근처 양극 플레이트 근처까지 반응 용기의 제 2 부분에서 주로 산소로 구성된 제 2 스트림을 제거하는 것을 포함한다. 이것은 반응 용기에서 물 위의 머리공간의 제 1 및 제 2 부분들이 적어도 배열의 두 개의 플레이트들 사이 배치된 비전도성 차단막에 의해 분리된다. 이것을 포함한 다른 실시예에서, 수소 및 산소의 혼합은 결합된 머리공간에서 함께 배출될 수 있다.

상술된 바와 같이, 물이 HHO를 만들기 위한 탄소계 물질 없이 사용될 때, 수성 반응기 내부의 온도는

및

사이에서 관찰된다. 수성 반응기(900) 내부의 진공 상태는 1.5기압까지 다양하게 관찰된다. 시작 과정에서 약 0.67 내지 0.8 기압의 크기로 관찰된다. 과정이

내지

사이에서 작동할 경우, 진공의 기압 약 0.33 내지 0.5의 크기로 관찰된다. 정상 상태에서, 자기장을 발생시키는 전력은 적절한 온도 설정점에 도달하기 위해 다양화될 수 있다. 작동중에, 수성 반응기 내부의 전기장은 12 및 24V(volt)사이, 1 및 25 A(amp) 사이에서 전력으로 공급되는 것이 관찰된다. 반응기(900)에서 전력 도출은 12 내지 14V에서 약 6 내지 6.5A로 관찰된다. 연료의 유사한 출력 생산은 시리즈로 4개의 반응기들(900)을 전기적으로 연결함으로써 달성될 수 있으며, 12V에서 2.4A를 가지고 반응기들(900)에 공급하는 것은 12V에서 전력의 6.5A를 가지고 공급된 하나의 반응기(900)을 이용하여 생산된다. 기존의 엔진 응용 프로그램에서 사용되기 위해, 4개의 반응기들(900)에서 연료의 충분한 생산을 만들어내어, 잘 알려진 종래의 디자인을 포함하고, 타워형 증폭기들을 증폭하는 두 개의 발전기들과 두 개의 브릿지(bridge)에서 필수 전력을 공금함으로써 전지(cell)들이 배열된다.

본 발명의 다른 구성은 도 9에 도시된다. 이 구성에서, 장치는 전기 플레이트 세트(902a 및 902b)의 시리즈와 수성의 작동 유체를 포함하며, 상술된 유형의 수성 반응기(900)를 이용한다. 바람직하게, 상기 서술되고, 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 과정을 위해 양극 및 음극 플레이트들은 각각의 플레이트(30)이며, 촉매 도금된 플레이트들이 사용될 수 있다. 상술된 바와 같이, 작동 유체는 연료함(904)에서 반응기(900)로 공급되는 것이 바람직하며, 탈 이온수(de-ionized water)를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 수성의 작동 유체는 탄화수소의 성분을 포함하면서, 성분은 수소 연료함(906)으로부터 공급되는 것이 바람직하다. 바람직하게, 작동 연료는 석탄가루와 같은 탄소계 물질의 현탁된 것이며, 하나 또는 하나 이상의 액체 탄화수소와 물이 혼합된 것이다. 액체 탄화수소는 석탄이 더 빠르게 용해되도록 한다. 그리고, 액체 탄화수소는 바람직하게, 등유, 경유 또는 다른 액체 탄화수소이며, 분자량으로 가솔린을 이하를 포함한다.

본 발명은 탄소계 물질을 사용하며, 하이드로 연료 혼합기(908) 수성 반응기 작동으로 액체 및 탄소계 물질의 혼합물을 공급하도록 제공된다. 바람직하게, 하이드로 연료함(906)은 하이드로 연료함(906)에서 유체내에 현탁으로 탄소계 물질을 유지하기 위해 교반기(908)을 포함한다. 바람직한 실시예에서, 탄소계 재료는 2마이크론과 50마이크론 사이의 평균 입자 직경을 가지는 미세 분말로 석탄일수 있으며, 바람직하게는 5마이크론 및 10마이크론일 수 있다. 본 발명의 향상된 결과들은 탄소 분말이 터빈의 회전 처리 또는 전하를 가지는 탄소 입자들의 결과를 가지는 다른 처리를 통해 제조되어 얻어진다. 하이드로 연료함(906)은 구동 모터(909)를 포함하며, 액체에서 현탁되는 탄소계 물질 입자를 반드시 유지하도록 교반기(908)을 작동시킨다.

바람직하게, 작동이 시작하자마자, 수성 반응기는 약2갤런의 물을 포함할 것이며, 석탄과 같은 8온스의 탄소계 물질 및 4 내지 6온스의 액체 탄화수소를 포함할 것이다. 등유, 경유 또는 분자량에 있어서 가솔린 이하의 다른 액체 탄화수소는 작동과정에서 동작된다. 수성 반응기의 도입 전에 액체 탄화수소는 탄소 물질로 혼합된다. 반응기에서, 혼합의 범위는 인가된 전기장에서 해리된 수소 및 산소와 함께 더 낫게 재구성 된다. 액체 탄화수소 및 탄소계 물질 둘 다 전기분해의 해리 성분의 존재 하에 소비된다. 수성 반응기에서 성분의 비율은 연료함(904)으로부터 추가적인 물 또는 탄화 수소들의 추가적인 액체 혼합물을 공급함으로써 조절된며, 조절기(910)의 명령으로 하이드로 연료함(906)에서 탄소계 물질을 현탁한다. 상술한 바와 같이, 바람직한 실시예에서, 제어기는 미쓰비시(Mitsubishi) GT1055 사용자 인터페이스(911)를 통해 연결되는 미쓰비시 (Mitsubishi) FX3PLC가 바람직하다. 또한, 제어기(910)는 하이드로 연료함(906)의 상태를 확인하며, 동시에 유지가 필요한 구동 모터(909)를 작동 시킨다.

상술된 바와 같이, 수성 반응기는 듀티 사이클들을 통해 전기장하에서 작동하는 것이 바람직하다. 도 9에 도시되고, 상술된 방법으로, 조절기(910)에 의해 조절되는 순환 펌프(912)의 사용 및 수성 반응기(900)를 통해 연료 움직임이 강화되도록 하는 것이 바람직하다. 수성 반응기의 연료 생산물은 기체 배출구(914 a, b)들을 통해 진공 펌프(920)에 의해 반응기(900)로부터 방출된다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 반응기(900)에서 제거되는 연료 생산물은 기체에서 임의의 액체를 제거하기 위해 건조장치(916)을 통해 지나가며, 반응기(900)에서 휘발성 연료 배출에 의해 나타나는 잠재적 위험을 감소시키기 위해 플래시 억제기(flash suppressor)(918)를 통해 지나간다. 또한, 바람직하게 본 발명은 폭발할 경우 파열되도록 설계된 버스트 챔버(burst chamber)(922), 수성 반응기(900)에 이르는 것으로부터 점화원을 방지하기 위한 일련의 확인-밸브(928a, b, c)와 같은 다른 안전 장비를 포함한다.

반응기(900)의 연료 생산은 기체 또는 액화 형태로 사용될 수 있다. 연료가 기체 형태로 사용되는 경우, 기체 연료는 열 교환기(924)에 의해 가열되고, 하강 필터(926)를 통해 통과된다. 그리고 나서, 기체 연료로 채워지기 위한 연소실(combustion chamber)로 공급된다. 따라서, 기체 연료가 액화 연료로 사용되는 경우, 기체 연료는 냉각장치(chiller)(925)에 의해 냉각된다. 그리고 나서, 액화 연료로 채워지기 위한 연소실로 공급된다. 두 경우에서, 니들 밸브(needle valve)(또는 적절히 기설정된 압력 등급에 대한 확인 밸브)(930)는 압력을 조절하기 위해 연소실 및 냉각장치(925)/열 교환기(924) 사이에 삽입된다. 또한, 압력 펌프(920) 및 냉각기(925) 또는 열 교환기(924)는 주 조절기(910)에 의해 조절된다.

상술된 바와 같이, 도 9에 도시된 기술을 이용하여 수성 반응기(900)에서 탄소계 물질 및 탄화수소 연료가 작동유체로 추가될 경우, 실험결과는 시스템이 0.5기압의 진공상태로 작동할 수 있다는 것을 나타낸다. 시스템이 동작하는 동안, 진공 또는 압력은 수성 반응기(900)에 가해진다. 수성 반응기 초기 작동은에서, 실험적 결과들은 12V에서 전력의 약3.8A가 반응기 셀에서 반응을 시작하기에 적합하다는 것을 나타낸다. 반응기 내부의 유체의 온도가 약

와

사이에 도달할 경우, 전력 요구량은 12v에서 약 2.8A로 감소한다. 수성 반응기 내부에서 형성된 플라즈마는 전력 입력이 플라즈마 소멸까지 종료된 후에도 기체 생산을 계속한다. 도 9에 도시된 기술은 상기 생산량에 시간당 석탄의 약 8온스를 소비하는 것이 관찰된다.

도 9에 도시된 본 발명의 배출의 다양함은 수성 반응기 내부의 온도 및 압력을 조절함으로써 조절될 수 있다. 또한, 수산화 칼륨의 양 및 내용물 및/또는 탄소계 물질의 양이 조절될 수 있다. 예를 들면, 반응기 용기에서 수산화 칼륨의 양을 증가시키는 것은 시스템에서 추가적인 전력을 얻어내지만, 배출은 적게 생산될 수 있다. 작동 유체의 온도는 수증기 또는 비등의 상당한 생산을 피하게 위해서, 압력 없이 유체 재순환을 이용하여

내지

내의 한정된 범위로 유지된다. 압력하에서, 온도의 높은 범위는 적절히 상승되며, 생산을 증가시킨다.

상업적인 생산 장치를 위해서, 수성 반응기(900)은 약 2bar 및

으로 작동하며, 도 9에서 도시된 기술을 이용하여 산업적인 질의 연료를 형성하도록 구성될 수 있다.

연료 출력 특성의 다른 변화들은 다른 파라미터들을 조절함으로서 조절될 수 있다. 예를 들면, 압력에 의해 조절될 수 있다. 더 높은 압력은 도 9에서 도시된 기술로부터 기체 생산을 강화하는 것이 관찰된다. 더 높은 압력에서 생산되는 기체는 수소의 높은 분자수를 가지는 경향이 있을 수 있다. 그러나, 가벼운 연료는 반응 용기 내에서 압력을 낮춤으로써 생산될 수 있다. 도 9에 도시된 기술은 어떤 구체적인 온도, 압력, 전기장 전압 및/또는 암페어수의 조합에 의해 제한되지 않는다. 임의로 선택된 탄소계 물질의 농축, 크기 또는 선택도 제한되지 않는다.

도 3을 참조하면, 스테인레스 강철 플레이트로 이루어진 두 개의 25-플레이트 전기장 발생기들 각각은 밀폐된 반응 용기에서 도2처럼 토폴로지(topology)에 따라 구성되며, 전력원과 평행하게 연결된다. 진공 펌프는 각 용기로부터 발생된 기체들을 끌어 당기도록 배치된다. 수산화 칼륨염의 120 gram과 순수한 증류수 1.5 gallon 으로 구성된 작동 유체는 각 반응 용기로 배합 및 공급되며, 전기장 발생기들을 잠기게 한다. 차단막은 존재하지 않는다. 진공펌프는 각 수성 반응기에서 대기압(즉, 진공 7인치) 이하 약 7인치(수은)로 머리공간을 방출하는데 사용된다. 그리고, 진공펌프는 12V에서 약 600W 도출한다. 220V에서 약 400W를 도출하는 순환 펌프를 이용하여 작동 유체의 온도는 약

로 유지된다. 상술했듯, 전기장 발생기하에서 냉각기 및 방전을 통해 재순환 다양성으로 작동유체를 전달한다. 구형파, 50% 듀티 사이클 직류 입력은 전기장 발생기들에 공급되며, 15V피크로 약 7.8 암페어를 도출하면서, 관찰되는 기체 방출을 최대로 산출한다. 물을 구성하는 순사한 증류수는 반응 용기에서 액체 상태를 유지하기 위해 기체 방출동안 수성 방응기에 추가된다. 아주 격렬한 기체 발생은 전기장 발생기에서 모든 플레이트들에 동일하게 발생되는 것이 관찰된다. 방출된 기체는 진공 펌프를 이용하여 머리공간으로부터 회수된다. 진공펌프는 반응 용기에서 7인치 수은의 일정한 진공상태를 유지한다. 진공펌프로부터 방출은 볼-플로트 유량계를 통해 전달되고 대기로 방출된다. 배출의 샘플은 실험상의 기체 샘플백에 수집되고, 기체 크로마토그래피를 이용하여 분석된다. 약 60% 수소, 30% 산소의 샘플 결과를 얻는다. 기준 온도 및 압력(SPT)에서 약 100 L/min의 전체 흐름율는 수성 반응기들의 결합된 배출로부터 관찰되고, 시간당 60 L/min

또는 about 1/3 kg

로 등하다. 3킬로그램보다 적은 물은 장치에 의해 시간당 소모된다. 배출에서 물의 증기 또는 응축된 물의 존재 여부가 예상될 수 있다.

도 6b에 도시된 것과 같은 양극 플레이트들 및 음극 플레이트들을 분리하는 단일 기체 차단막를 이용한 다른 설치는 전항에서 기재된 바와 같이 다른 조건을 가지고 실험된다. 그러나, 직류 입력 전압은 6 내지 8V의 범위 내에서 조절된다. 이러한 조건하에서, 차단막의 음극 측면으로부터 기체의 약 40 L/min의 흐름율이 형성되며, 양극으로부터 기체의 약 20 L/min의 흐름이 형성된다. 음극측에서 얻어지는 기체는 공기 중에서 가연성이 관찰되었으나, 폭발하지는 않는다. 양극측에서 얻어진 기체는 가연성이 없다. 이러한 관찰들은 차단막(barrier)의 양측으로부터 분리된 수소 및 산소 기체들의 생산과 일치한다.

백금, 팔라듐 또는 니켈과 같은 촉매의 사용은 연료에서 탄화수소의 재구성하는 온도를 감소시킴으로써, 플라즈마를 형성하기 위한 온도를 감소시키는데 사용될 수 있다.

그러므로, 수성 반응기 및 반응기의 다양한 사용들은 공개되었다. 본 발명의 실시예들 및 적용이 보여주며, 서술된 반면, 본원 발명의 개념으로부터 벗어나지 않고, 더 많은 변형이 가능하다는 것은 당업자에게 명백할 것이다. 그러므로, 본 발명은 청구된 청구범위의 뜻으로만 제한되지 않는다.

Claims

전기장을 생성하기 위한 장치로서,
하나 이상 플레이트들의 배열들을 포함하고,
제1 배열은 비전기전도성 프레임워크(framework)에 의해 지지되고, 전기 전도성을 가지며 병렬로 이격된(parallel spaced-apart) 플레이트들을 포함하고,
상기 제1 배열은 상기 제1 배열의 제1 단에서 음극을 형성하는 하나 이상의 플레이트와, 상기 제1 단의 반대편에 있는 상기 제1 배열의 제2 단에서 양극을 형성하는 하나 이상의 플레이트와, 상기 양극과 음극을 형성할 수 있는 플레이트들 사이에 삽입되는 하나 이상의 중립 플레이트들을 포함하고,
상기 중립 플레이트들은 삽입된 중립 서브세트들 내에 배열되고,
제1 중립 서브세트는 전기적으로 상호 연결되면서 상기 음극과 양극을 형성하는 플레이트들 및 다른 중립 서브세트들과는 절연되는 적어도 3개의 중립 플레이트들을 포함하는 전기장을 생성하기 위한 장치.
제 1항에 있어서,
각 서브세트의 상기 플레이트들은 상기 서브세트들의 다른 플레이트들로 삽입되는 전기장을 생성하기 위한 장치.
제 1항에 있어서,
상기 플레이트들은
전기분해로 촉매 작용에 의해 도금되는 높은 전도성 물질로 실질적으로 구성되는 전기장을 생성하기 위한 장치.
제 1항에 있어서,
상기 사용하는 촉매는 니켈인 전기장을 생성하기 위한 장치.
제 1 항 내지 제 4항에 있어서,
상기 양극 및 음극 플레이트들은 상기 플레이트를 관통하는 구멍들의 패턴을 포함하며, 상기 플레이트들의 기준 치수가 작고, 각 양극 및 음극의 구멍들의 패턴 지역은 양극 및 음극 플레이트 각각의 남은 고체 지역보다 더 큰 전기장을 생성하기 위한 장치.
제 1항에 있어서,
파형 생성기를 포함하는 상기 음극 플레이트들 및 상기 양극 플레이트들과 연결되는 인가된 전력원을 더 포함하고, 상기 파형 생성기는 10% 내지 90%의 범위로 튜티 사이클(duty cycle), 1 kHz 내지 32 kHz 범위의 주파수 및 5 V 내지 50V 범위의 피크 전압을 가지는 직류파형을 생성하는 전기장을 생성하기 위한 장치.
제 1항에 있어서,
물위에 기체들이 혼합되는 것(comingling)을 방지하기 위해 연장되는 양극 및 음극 사이에서 배치되는 비전도성 차단 부재를 더 포함하는 전기장을 생성하기 위한 장치.
플레이트들의 상기 배열은 상기 음극 플레이트 및 상기 양극 플레이트 사이에 삽입된 복수의 중성 플레이트들을 포함하고, 상기 중성 서브세트들 각각이 삽입되어 배열되고, 상기 중성 플레이트들은 적어도 세 개의 전기적으로 연결된 플레이트들, 상기 중성 서브세트들 중 전기적으로 연결되지 않은 플레이트들, 전기적으로 연결되지 않은 음극 플레이트들 및 양극 플레이트들 각각을 포함하고,
전기 전도성이 있으며, 평행하게 이격된 플레이트들의 하나 또는 하나 이상의 배열들의 반대편 단부들에서 하나 또는 하나 이상의 음극 플레이트들 및 하나 또는 하나 이상의 양극 플레이트들로 전기적 전력을 공급하는 단계; 및
전력이 공급되는 동안, 수소 및 산소의 기체상으로 방출하기 위해 플레이트들의 배열로 배치된 전해물을 포함하는 물을 분해하는 단계를 포함하는 반응용기에서 물로부터 수소 및 산소를 분리하기 위한 방법.
제 8항에 있어서,
상기 전력을 공급하는 단계는,
10% 내지 90%의 범위의 듀티 사이클, 1 kHz t내지 32 kHz 범위의 주파수 및 5 V 내지 50V 범위의 피크 전압을 가지는 직류 파형을 공급하는 단계를 더 포함하는 반응용기에서 물로부터 수소 및 산소를 분리하기 위한 방법.
제 8항에 있어서,
물을 분해하는 동안 물의 끓는점 이하의 진공하에서, 약
내지
의 범위의 물 온도를 유지하는 단계를 더 포함하는 반응용기에서 물로부터 수소 및 산소를 분리하기 위한 방법.
전해질로써 물에서 탄소 기반의 물질의 현탁액을 포함하는 액체 연료 축적물을 유지하는 단계;
기체를 방출하기 위해 상기 액체 연료 축적물 방향으로 전류를 인가하는 단계;
상기 방출되는 기체를 추출하는 단계를 포함하는 가연성 유체를 준비하기 위한 방법.
제 11항에 있어서,
상기 탄소 기반의 물질이 상기 물에서 현탁되기 전에 전하를 포함하는 가연성 유체를 준비하기 위한 방법.
제 11항에 있어서,
상기 탄소 기반의 물질은 중간 입자 직경이 약 10마이트로보다 길지 않은 석탄을 포함하는 가연성 유체를 준비하기 위한 방법.
제 11항에 있어서,
상기 액체 연료 축적물은,
상기 전기장이 인가되는 동안 약 1805F 또는 1805F 이상의 온도를 유지하고,
상기 물을 분해하는 동안 상기 물의 끓는 점 이하로 액체 연료 축적물을 유지하기 위해 충분한 압력을 유지하는 가연성 유체를 준비하기 위한 방법.
제 11항에 있어서,
상기 액체 연료 축적물은 액체의 탄화수소 연료를 더 포함하는 가연성 유체를 준비하기 위한 방법.
제 15항에 있어서,
탄소 기반 물질로 탄화수소 액체의 체적의 비율은 약75:1 내지 1:1인 가연성 유체를 준비하기 위한 방법.