KR20160093642A - 발전 시스템 및 발전 방법 - Google Patents
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Abstract
직류 전기 또는 열과 같은 열 및 전력 중 적어도 하나를 전기에 제공하는 고체 연료 동력원이 추가로 동력 시스템을 구동하도록 제공되는데, 이러하 고체 연료 동력원은 (i) 하이드리노스를 형성하도록 원자 수소의 촉매 작용을 위한 적어도 하나의 반응 전지와, (ii) H20 촉매 공급원 또는 H20 촉매; a source of 수소 원자 공급원 또는 수소 원자; H20 촉매 공급원 또는 H20 촉매 및 수소 원자 공급워 또는 수소 원자를 형성하기 위한 반응물들; 수소 원자의 촉매 작용을 개시시키기 위한 하나 이상의 반응물들; 및 고체 연료를 높은 전도성으로 만들기 위한 물질로부터 선택된 적어도 두 개의 화합물을 함유한 화학적 연료 혼합물과, (iii) 하이드리노 반응의 급속한 동역학을 개시하기 위한 저전압 고전류 전기에너지의 쇼트 버스트(short burst) 및 하이드리노 형성으로 인한 에너지 게인(energy gai)을 제공하는 연료 및 전력 공급원을 한정하는 적어도 한 세트의 전극들과, (iv) 콘덴서와 같은 생성물 회복 시스템과, (v) 재장입 시스템과, (vi) 반응 생성물들로부터 연료를 재생시키기 위한 적어도 하나의 수화 작용, 열적, 화학적, 전기화학적 시스템들과, (vii) 동력 생성 반응들로부터 열을 수용하는 열 싱크(heat sink)와, (viii) 플라즈마동역학 변환기, 자기유체동역학 변환기, 전자기 직렬(교차 계자 또는 기류) 변환기, 직렬 변환기, 및 부하 기류 변환기와 같은 직렬 플라즈마-전기 변환기, 또는 랭킨 혹은 브레이턴 동력 발전소와 같은 열-전력 변환기를 포함하는 동력 변환 시스템을 포함한다.
Description
관련 출원의 상호 참조
본 출원은 2013년 11월 20일자로 출원된 미국 가출원 제 61/906,792 호; 2013년 11월 26일자로 출원된 제 61/909,216 호; 2013년 12월 4일자로 출원된 제 61/911,932 호; 2013년 12월 20일자로 출원된 제 61/919,496 호; 및 2014년 1월 7일자로 출원된 제 61/924,697 호의 우선권을 주장하며, 이들 가출원 모두는 전체가 여기서 참조로 포함된다.
본 발명은 발전 분야에 관한 것이며, 특히 발전 시스템들, 시스템들 및 방법들에 관한 것이다. 특히, 본 발명의 실시 예들은 플라즈마 및 열적 동력을 생성시키고 플라즈마를 통해서 전력 변환기로 또는 열을 통해서 전력 변환기로 전력을 생성시키는 발전 방법들뿐만 아니라 발전 시스템들 및 시스템들에 관한 것이다. 또한, 본 발명의 실시 예들은 기계적 동력 및/또는 열 에너지를 발생시키기 위해서 물 및 수계 연료 공급원의 점화를 이용하는 시스템들, 시스템들 및 방법들을 개시한다. 더욱이, 본 발명은 전력 및/또는 열 에너지를 발생시키는 전기화학적 전력 시스템에 관한 것이다. 이 실시 예들 및 다른 관련된 실시 예들은 본 명세서에서 상세하게 설명된다.
발전은 플라즈마로부터 나오는 동력를 동력원으로 이용하는 많은 형태를 취할 수 있다. 플라즈마의 성공적인 상업화는 플라즈마를 효율적으로 형성할 수 있고 생성된 플라즈마의 동력를 포획할 수 있는 발전 시스템에 의존할 것이다.
플라즈마 어느 연료의 점화과정 동안에 형성될 것이다. 이 연료들은 수계 연료 공급원을 포함할 수 있다. 점화과정 동안에, 과열 전자-제거 원자들의 플라즈마 구름이 형성되고, 고에너지 입자들이 외부로 방출된다. 방출된 최고 에너지 입자들은 플라즈마의 운동에너지를 본 발명의 전기컨버터로 전달할 수 있는 수소 이온들이다.
동력은 반응용기나 연소실에서 연료의 점화로부터 생성된 에너지를 활용하는 시스템 또는 시스템의 이용에 의해 또한 발생될 수 있다. 상기한 바와 같이, 이 연료들은 수계 연료 공급원을 포함할 수 있다. 그러한 시스템 또는 시스템의 예들은 내연기관들을 포함하는데, 이것들은 가스를 압축하고 연료와 가스를 혼합하기 위한 하나 또는 그 이상의 기구들을 통상적으로 포함한다. 연료와 가스는 연소실에서 점화된다. 연소가스들의 팽창은 피스톤이나 터빈 블레이드와 같은 가동 요소로 힘을 가하게 된다. 팽창하는 연소가스에 의해서 생성된 고압 및 고온은 피스톤이나 블레이드를 이동시켜서 기계적 동력을 생성하게 된다.
내연기관은 연소방식의 형태 및 상기 연소방식을 이용하는 엔진의 형태에 의해서 분류할 수 있다. 연소방식은 왕복, 회전 및 연속적인 연소를 포함할 수 있다. 왕복 연소 기관의 다른 형태들은 2행정, 4행정, 6행정, 디젤, 아트킨슨 사이클, 및 밀러 사이클을 포함한다. 방켈 엔진은 회전식 엔진의 한 형태이고, 연속적인 연소는 가스 터빈 및 제트 엔진을 포함한다. 이러한 엔진들의 다른 형태들은 위에서 열거한 엔진들의 형태와 하나 또는 그 이상의 특징들을 공유할 수 있고, 엔진들의 다른 변종들이 해당 기술분야의 숙련된 당업자에 의해서 고려될 수 있다. 이것들은 예를 들어 모터제트 엔진을 포함할 수 있다.
왕복엔진들은 일반적으로 다중 행정들을 수반하는 사이클들을 운영한다. 흡기행정은 하나 또는 그 이상의 가스들을 연소실 내로 끌어들일 수 있다. 연료는 가스와 혼합되고, 압축행정은 가스를 압축한다. 그러면, 가스-연료 혼합물이 점화되는데, 이것은 부수적으로 팽창하여 폭발행정 동안에 기계적 동력을 생성한다. 그러면, 생성 가스들은 배기행정 동안에 연소실로부터 배출된다. 다음에는 전체 사이클이 반복된다. 단일 피스톤을 밸런싱하거나 다중 피스톤을 이용함으로써, 그 과정은 연속적인 회전력을 제공할 수 있다.
다른 형태의 왕복 엔진들은 몇몇 변형을 수반하되 상기 사이클로 일반적으로 작동한다. 예를 들면, 위에서 언급한 4행정 대신에, 2행정 엔진은 흡기행정과 압축행정을 하나의 행정으로 결합하고, 팽창 및 배기 과정들은 다른 행정으로 결합한다. 4행정 또는 2행정 엔진과는 다르게, 디젤엔진은 점화플러그를 사용하지 않으며 압력만으로 공기-연료 혼합물을 점화시킨다. 아트킨슨 엔진은 보다 높은 효율을 제공하기 위해서 변형된 크랭크축을 이용하고, 반면에 밀러 사이클은 과급기 및 변형된 압축행정을 통해서 작동한다.
피스톤 행정 대신에, 방켈엔진은 연소실 내에서 비대칭적으로 회전하는 회전자를 사용한다. 회전자의 회전은 대체로 삼각형상으로 이루어지고, 흡기포트를 지나고 가스를 연소실 내로 끌어들인다. 회전자가 회전함에 따라서, 비대칭적인 운동은 가스를 압축하고, 그러면 이것은 연소실의 다른 구간에서 점화된다. 회전자가 계속 회전함에 따라서 가스들은 연소실의 다른 구간 내로 팽창된다. 끝으로, 회전자는 배기 가스들을 배출포트를 거쳐서 배출하고, 사이클이 다시 시작된다.
연속적인 연소 엔진은 기계적 동력을 생성하기 위해 터빈 블레이드들을 이용하는 가스 터빈 및 제트엔진을 포함한다. 앞서 설명한 엔진들을 사용함에 따라서, 가스가 먼저 압축되고 다음에는 압축된 가스로 연료가 추가된다. 그러면 혼합물이 연소되고, 그것이 터빈 블레이드들을 통과함에 따라서 팽창될 수 있고, 이것은 축을 회전시킨다. 축은 프로펠러, 압축기 또는 이들 모두를 구동시킬 수 있다. 다른 형태의 연속적인 연소는 예를 들어 산업용 가스터빈, 보조 동력 유닛들, 압축공기 저장소, 원심 가스터빈, 마이크로터빈, 터보제트, 터보팬, 터보프롭, 터포샤프트, 프롭팬, 램제트, 및 스크램제트 엔진을 포함한다.
다른 형태의 엔진들은 폭연작용에 의존하는 전술한 바와 같은 엔진들과는 대조적으로 점화 프로세스에 의해서 또한 구동된다. 폭연작용은 아음속 연소를 거쳐서 열에너지를 방출하고, 반면에 폭발은 초음속 프로세스이다. 예를 들면, 펄스제트와 펄스 폭발 엔진은 폭발 프로세스를 이용한다. 이러한 형태의 엔진들은 적은 가동 부품들을 가지며, 작동에 있어서 상대적으로 단순하다. 일반적으로, 연료 및 가스 혼합물이 개방된 밸브들을 거쳐서 연소실 내로 도입되고, 다음에는 밸브들이 닫히고, 혼합물이 반응하여 스러스트를 생성한다. 다음에는, 밸브들이 개방되고 신선한 연료와 가스가 배기가스를 몰아내고, 그 과정이 반복된다. 몇몇 엔진들은 밸브들을 이용하지 않으며, 그 대신에 동일한 효과를 달성하기 위해서 엔진 기하학에 의존한다. 반복된 반응들은 박동성 힘을 야기한다.
동력은 전력 및/또는 열에너지의 형태로 동력을 발생시킬 수 있는 전기화학적 동력 시스템의 사용을 통해서 또한 발생될 수 있다. 그러한 전기화학적 동력 시스템은 통상적으로 전자유동을 야기하여 동력원으로서 이용하는 전극들 및 반응물들을 포함한다.
본 발명은 다양한 형태의 동력을 발생시키는 많은 시스템들을 상세하게 설명한다.
일 실시 예에서, 본 발명은,
용기를 포함하며 전기에너지와 열에너지 중 적어도 하나를 발생시키는 전기화학적 전력 시스템로서,
상기 용기는,
적어도 하나의 음극과:
적어도 하나의 양극과;
적어도 하나의 이극성 판과;
반응물들로서,
a) 적어도 하나의 H20 공급원;
b) 산소 공급원;
c) 적어도 하나의 촉매 공급원 또는 nH, O, O2, OH, OH", 및 발생기 H20
로부터 선택된 그룹 중 적어도 하나를 함유하는 촉매(여기에서 상기 n
은 정수); 및
d) 적어도 하나의 원자 수소 공급원 또는 원자 수소;
로부터 선택된 적어도 2개의 성분들을 함유한 반응물들을 포함하며,
하나 이상의 반응물들이 촉매 공급원, 촉매, 원자 수소 공급원, 및 원자 수소 중 적어도 하나를 형성하며,
하나 이상의 반응물들이 원자 수소의 촉매작용을 개시시키며,
전기분해 시스템 및 양극 재생 시스템을 더 포함하는 전기화학적 전력 시스템에 관한 것이다.
다른 실시 예에서, 본 발명은,
전기에너지와 열에너지 중 적어도 하나를 발생시키는 전력 시스템으로서,
적어도 하나의 용기와,
반응물들로서,
a) 적어도 하나의 촉매 공급원 또는 발생기 H20을 함유한 촉매;
b) 적어도 원자 수소 공급원 또는 원자 수소; 및
c) 적어도 하나의 전도체 및 전도성 매트릭스;
를 함유한 반응물들과;
하이드리노 반응물들(hydrino reactants)을 제한하기 위한 적어도 한 세트의 전극들과;
고-전류 전기에너지의 단기간 버스트(short burst)를 전달하기 위한 전원과;
재장입 시스템과;
반응 생성물로부터 초기 반응물을 재생하기 위한 적어도 하나의 시스템과; 그리고
적어도 하나의 직접 플라즈마-전기 변환기 및 적어도 하나의 열-전기 전력변환시스템을 포함하는 전력 시스템에 관한 것이다.
또 다른 실시 예에서, 본 발명은,
용기를 포함하는 전기화학적 전력 시스템으로서,
상기 용기는,
적어도 하나의 음극과;
적어도 하나의 양극과;
적어도 하나의 전해질과;
적어도 두 개의 반응물들로서,
a) 적어도 하나의 촉매 공급원 또는 발생기 H2O를 함유하는 촉매;
b) 적어도 하나의 원자 수소 공급원 또는 원자 수소;
c) 전도체 공급원, 전도성 매트릭스 공급원, 전도체, 및 전도성 매트
릭스 중 적어도 하나;
로부터 선택된 적어도 두 개의 반응물들과;
내부 전류 공급원 및 외부 전류 공급원으로부터 선택된 높은 이온 및 전자 전류 중 적어도 하나를 포함하는 전류를 생성하기 위한 적어도 하나의 전류 공급원을 포함하며,
전기 및 열에너지 중 적어도 하나를 발생시키는 전기화학적 전력 시스템에 관한 것이다.
추가의 실시 예에서, 본 발명은, 워터 아크 플라즈마 동력 시스템으로서, 적어도 하나의 폐쇄된 반응 용기; 적어도 하나의 H20 공급원 및 H20를 함유하는 반응물들; 적어도 한 세트의 전극; H2O의 초기 높은 항복전압을 운반하고 부수적인 고전류를 제공하기 위한 전원; 및 열교환기를 포함하며, 아크 플라즈마, 빛, 및 열에너지를 발생시키는 워터 아크 플라즈마 동력 시스템에 관한 것이다.
또 다른 실시 예에서, 본 발명은, 기계적인 동력 시스템으로서,
내연기관의 적어도 하나의 피스톤 실린더와;
연료로서,
a) 적어도 하나의 촉매 공급원 또는 발생기 H2O을 함유한 촉매;
b) 적어도 원자 수소 공급원 또는 원자 수소; 및
c) 적어도 하나의 전도체 및 전도성 매트릭스;
를 함유한 연료와;
적어도 하나의 밸브를 구비한 적어도 하나의 연료 유입구와;
적어도 하나의 밸브를 구비한 적어도 하나의 배기구와;
적어도 하나의 피스톤과;
적어도 하나의 크랭크축과;
고전류원과; 그리고
상기 연료를 통해서 고전류를 제한하고 안내하는 적어도 2개의 전극들;을 포함하는 기계적인 동력 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 몇몇 실시 예들은, 발전 시스템으로서, 적어도 약 2,000A/㎠의 전원; 상기 전원에 전기적으로 연결된 다수의 전극들; 고체연료를 수용하도록 구성된 연료 장입 영역 - 상기 다수의 전극들은 플라즈마를 생성하기 위해 상기 고체연료로 전력을 운반하도록 구성됨 -; 및 상기 플라즈마의 적어도 일부를 수용하도록 위치된 플라즈마 전력 변환기;를 포함하는 발전 시스템에 관한 것이다. 다른 실시 예들은, 발전 시스템로서, 다수의 전극들; 상기 다수의 전극들 사이에서 위치하고 전도성 연료를 수용하도록 구성된 연료 장입 영역 - 상기 다수의 전극들은 상기 전도성 연료를 점화시키기에 충분한 전류를 상기 전도성 연료에 공급하여 플라즈마 및 화력 중 적어도 하나를 발생시키도록 구성됨 -; 상기 전도성 연료를 상기 연료 장입 영역 내로 이동시키기 위한 운반기구; 및 플라즈마를 비-플라즈마 형태의 동력으로 변환시키도록 구성된 플라즈마-전력 변환기, 또는 화력을 전력이나 기계적 동력을 포함한 비-화력 형태의 동력으로 변환시키기 위한 열-전기 또는 기계적 변환기;를 포함하는 발전 시스템에 관한 것이다. 또 다른 실시 예들은, 발전 방법으로서, 일정량의 연료를 연료 장입 영역으로 운반하는 단계 - 상기 연료 장입 영역은 다수의 전극들 사이에 위치함 -; 플라즈마, 빛 및 열 중 적어도 하나를 생성하기 위해 상기 다수의 전극들로 전류를 공급함에 의해 상기 연료를 통해서 적어도 약 2,000A/㎠의 전류를 유동시킴으로써 상기 연료를 점화시키는 단계; 플라즈마-전기 변환기에서 플라즈마의 적어도 일부를 수용하는 단계; 상기 플라즈마-전기 변환기를 사용하여 플라즈마를 다른 형태의 동력으로 변환시키는 단계; 그리고 상기 다른 형태의 동력을 출력하는 단계;를 포함하는 발전 방법에 관한 것이다.
추가의 실시 예들은 발전 시스템으로서, 적어도 약 5,000kW의 전원; 다수의 이격된 전극들 - 상기 다수의 전극들은 연료를 적어도 부분적으로 에워싸고, 상기 전원에 전기적으로 연결되고, 상기 연료를 점화시키기 위한 전류를 수용하도록 구성되고, 상기 다수의 전극들 중 적어도 하나는 이동이 가능함 -; 상기 연료를 운반하기 위한 운반기구; 및 상기 연료의 점화로부터 발생된 플라즈마를 비-플라즈마 형태의 동력으로 변환하도록 구성된 플라즈마-전력 변환기;를 포함하는 발전 시스템에 관한 것이다. 본 발명에서 추가적으로 제공된 것은 발전 시스템로서, 적어도 약 2,000A/㎠의 전원; 다수의 이격된 전극들 - 상기 다수의 전극들은 연료를 적어도 부분적으로 에워싸고, 상기 전원에 전기적으로 연결되고, 상기 연료를 점화시키기 위한 전류를 수용하도록 구성되고, 상기 다수의 전극들 중 적어도 하나는 이동이 가능함 -; 상기 연료를 운반하기 위한 운반기구; 및 상기 연료의 점화로부터 발생된 플라즈마를 비-플라즈마 형태의 동력으로 변환하도록 구성된 플라즈마-전력 변환기;를 포함하는 발전 시스템이다.
다른 실시 예들은 발전 시스템으로서, 적어도 약 5,000kW의 전원; 다수의 이격된 전극들 - 상기 다수의 전극들은 압축기구를 포함함 -; 연료를 수용하도록 구성된 연료 장입 영역 - 상기 연료 장입 영역은 상기 다수의 전극들에 의해서 에워싸여서 상기 적어도 하나의 전극의 상기 압축기구는 상기 압축 장입 영역을 지향하게 되고, 상기 다수의 전극들은 상기 전원에 전기적으로 연결되고, 상기 연료를 점화시키기 위해 상기 연료 장입 영역에 수용된 연료로 동력을 공급하도록 구성됨 -; 상기 연료를 상기 연료 장입 영역 내로 운반하기 위한 운반기구; 및 상기 연료의 점화로부터 발생된 플라즈마 동력을 비-플라즈마 형태의 동력으로 변환하도록 구성된 플라즈마 동력 변환기;를 포함하는 발전 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 다른 실시 예들은 발전 시스템로서, 발전 시스템로서, 적어도 약 2,000A/㎠의 전원; 다수의 이격된 전극들 - 상기 다수의 전극들은 압축기구를 포함함 -; 연료를 수용하도록 구성된 연료 장입 영역 - 상기 연료 장입 영역은 상기 다수의 전극들에 의해서 에워싸여서 상기 적어도 하나의 전극의 상기 압축기구는 상기 연료 장입 영역을 지향하게 되고, 상기 다수의 전극들은 상기 전원에 전기적으로 연결되고, 상기 연료를 점화시키도록 상기 연료 장입 영역에 수용된 상기 연료에 동력을 공급하도록 구성됨 -; 상기 연료를 상기 연료 장입 영역 내로 운반하기 위한 운반기구; 및 상기 연료의 점화로부터 발생된 플라즈마 동력을 비-플라즈마 형태의 동력으로 변환하도록 구성된 플라즈마 동력 변환기;를 포함하는 발전 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 실시 예들은, 또한 발전 시스템로서, 다수의 전극들; 상기 다수의 전극들에 의해서 에워싸이고 연료를 수용하도록 구성된 연료 장입 영역 - 상기 다수의 전극들은 상기 연료 장입 영역에 위치된 연료를 점화시키도록 구성됨 -; 상기 연료를 상기 연료 장입 영역 내로 이동시키기 위한 운반기구; 상기 연료의 점화로부터 발생된 플라즈마를 비-플라즈마 형태의 동력으로 변환시키도록 구성된 플라즈마 동력 변환기; 점화된 연료의 부산물을 제거하기 위한 제거시스템; 및 점화된 연료의 제거된 부산물을 재생된 연료로 재활용하기 위해 상기 제거시스템에 작동 가능하게 연결된 재생시스템;를 포함하는 발전 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 실시 예들은 또한 발전 시스템로서, 적어도 약 2,000A/㎠의 전류를 출력하도록 구성된 전원; 상기 전원에 전기적으로 연결된 다수의 이격된 전극들; 연료를 수용하도록 구성된 연료 장입 영역 - 상기 연료 장입 영역은 상기 다수의 전극들에 의해서 에워싸이고, 상기 다수의 전극들은 상기 연료가 상기 연료 장입 영역에 수용되는 경우 상기 연료를 점화시키기 위해 상기 연료에 동력을 공급하도록 구성됨 - 상기 연료를 상기 연료 장입 영역 내로 운반하기 위한 운반기구; 상기 연료의 점화로부터 발생된 플라즈마를 전력으로 변환하도록 구성된 플라즈마-전력 변환기; 상기 플라즈마-전력 변환기에 작동 가능하게 연결된 하나 또는 그 이상의 출력 동력 터미널; 및 축전시스템;를 포함하는 발전 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 추가의 실시 예들은, 발전 시스템로서, 적어도 약 5,000kW의 전원; 상기 전원에 전기적으로 연결된 다수의 이격된 전극들; 연료를 수용하도록 구성된 연료 장입 영역 - 상기 연료 장입 영역은 상기 다수의 전극들에 의해서 에워싸이고, 상기 다수의 전극들은 상기 연료가 상기 연료 장입 영역에 수용되는 경우 상기 연료를 점화시키기 위해 상기 연료에 동력을 공급하도록 구성됨 -; 상기 연료를 상기 연료 장입 영역 내로 운반하기 위한 운반기구; 상기 연료의 점화로부터 발생된 플라즈마를 비-플라즈마 형태의 동력으로 변환하도록 구성된 플라즈마 동력 변환기; 상기 발전 시스템와 연관된 적어도 하나의 매개변수를 측정하도록 구성된 센서; 및 적어도 상기 발전 시스템와 연관된 프로세스를 제어하도록 구성된 컨트롤러;를 포함하는 발전 시스템에 관한 것이다. 또 다른 실시 예들은, 발전 시스템로서, 적어도 2,000A/㎠의 전원; 상기 전원에 전기적으로 연결된 다수의 이격된 전극들; 연료를 수용하도록 구성된 연료 장입 영역 - 상기 연료 장입 영역은 상기 다수의 전극들에 의해서 에워싸이고, 상기 다수의 전극들은 상기 연료가 상기 연료 장입 영역에 수용되는 경우 상기 연료를 점화시키기 위해 상기 연료에 동력을 공급하도록 구성됨 -; 상기 연료를 상기 연료 장입 영역 내로 운반하기 위한 운반기구; 상기 연료의 점화로부터 발생된 플라즈마를 비-플라즈마 형태의 동력으로 변환하도록 구성된 플라즈마 동력 변환기; 상기 발전 시스템와 연관된 적어도 하나의 매개변수를 측정하도록 구성된 센서; 및 적어도 상기 발전 시스템와 연관된 프로세스를 제어하도록 구성된 컨트롤러;를 포함하는 발전 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 몇몇 실시 예들은, 발전 시스템로서, 적어도 약 5,000kW의 전원; 상기 전원에 전기적으로 연결된 다수의 이격된 전극들; 연료를 수용하도록 구성된 연료 장입 영역 - 상기 연료 장입 영역은 상기 다수의 전극들에 의해서 에워싸이고, 상기 다수의 전극들은 상기 연료가 상기 연료 장입 영역에 수용되는 경우 상기 연료를 점화시키기 위해 상기 연료에 동력을 공급하도록 구성되고, 상기 연료 장입 영역의 압력은 부분적인 진공임 -; 상기 연료를 상기 연료 장입 영역 내로 운반하기 위한 운반기구; 및 상기 연료의 점화로부터 발생된 플라즈마를 비-플라즈마 형태의 동력으로 변환하도록 구성된 플라즈마-전력 변환기;를 포함하는 발전 시스템에 관한 것이다. 다른 실시 예들은, 발전 시스템로서, 적어도 약 2,000A/㎠의 전원; 상기 전원에 전기적으로 연결된 다수의 이격된 전극들; 연료를 수용하도록 구성된 연료 장입 영역 - 상기 연료 장입 영역은 상기 다수의 전극들에 의해서 에워싸이고, 상기 다수의 전극들은 상기 연료가 상기 연료 장입 영역에 수용되는 경우 상기 연료를 점화시키기 위해 상기 연료에 동력을 공급하도록 구성되고, 상기 연료 장입 영역의 압력은 부분적인 진공임 -; 상기 연료를 상기 연료 장입 영역 내로 운반하기 위한 운반기구; 및 상기 연료의 점화로부터 발생된 플라즈마를 비-플라즈마 형태의 동력으로 변환하도록 구성된 플라즈마-전력 변환기;를 포함하는 발전 시스템에 관한 것이다.
또 다른 실시 예들은, 발전 전지로서, 진공펌프에 연결된 배출 포트; 적어도 5,000kW의 전원에 전기적으로 연결된 다수의 전극들; 다수의 H2O를 함유한 수계 연료를 수용하도록 구성된 연료 장입 영역 - 상기 다수의 전극들은 아크 플라즈마와 화력 중 적어도 하나를 생성하기 위해 상기 수계 연료에 동력을 전달하도록 구성됨 -; 및 아크 플라즈마와 화력 중 적어도 하나의 적어도 일부를 전력으로 변환하도록 구성된 동력 변환기;를 포함하는 발전 전지에 관한 것이다. 또한, 발전 시스템로서, 적어도 5,000A/㎠의 전원; 상기 전원에 전기적으로 연결된 다수의 전극들; 다수의 H2O를 함유한 수계 연료를 수용하도록 구성된 연료 장입 영역 - 상기 다수의 전극들은 아크 플라즈마와 화력 중 적어도 하나를 생성하기 위해 상기 수계 연료에 동력을 전달하도록 구성됨 -; 및 아크 플라즈마와 화력 중 적어도 하나의 적어도 일부를 전력으로 변환하도록 구성된 동력 변환기;를 포함하는 발전 시스템가 개시되어 있다.
추가의 실시 예들은, 발전 방법으로서, 연료를 연료 장입 영역 내로 장입하는 단계 - 상기 연료 장입 영역은 다수의 전극들을 포함함 -; 아크 플라즈마 및 화력 중 적어도 하나를 생성하기 위해 상기 연료를 점화시키도록 적어도 약 2,000A/㎠의 전류를 상기 다수의 전극들에 공급하는 단계; 전력을 발생시키도록 아크 플라즈마를 플라즈마-전기 변환기에 통과시키는 과정과, 전력을 발생시키도록 화력을 열-전기 변환기에 통과시키는 과정 중 적어도 하나를 수행하는 단계; 그리고 발생된 전력의 적어도 일부를 출력하는 단계;를 포함하는 발전 방법에 관한 것이다. 또한, 발전 시스템로서, 적어도 5,000kW의 전원; 상기 전원에 전기적으로 연결된 다수의 전극들 - 상기 다수의 전극들은 화력을 생성하기 위해 다수의 H2O를 함유한 수계 연료로 전력을 전달하도록 구성됨 -; 및 화력의 적어도 일부를 전력으로 변환하도록 구성된 열교환기;를 포함하는 발전 시스템가 개시되어 있다. 또한, 또 다른 실시 예는, 발전 시스템로서, 적어도 5,000A/㎠의 전원; 다수의 이격된 전극들 - 상기 다수의 전극들 중 적어도 하나는 압축기구를 포함함 -; 다수의 H2O를 함유한 수계 연료를 수용하도록 구성된 연료 장입 영역 - 상기 연료 장입 영역은 상기 다수의 전극들에 의해서 에워싸여서 상기 적어도 하나의 전극의 상기 압축기구는 상기 압축 장입 영역을 지향하게 되고, 상기 다수의 전극들은 상기 전원에 전기적으로 연결되고, 상기 연료를 점화시키기 위해 상기 연료 장입 영역에 수용된 연료로 동력을 공급하도록 구성됨 -; 상기 수계 연료를 상기 연료 장입 영역 내로 운반하기 위한 운반기구; 및 상기 연료의 점화로부터 발생된 플라즈마 동력을 비-플라즈마 형태의 동력으로 변환하도록 구성된 플라즈마 동력 변환기;를 포함하는 발전 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 몇몇 실시 예들은, 기계적 동력을 생성하기 위한 시스템로서, 적어도 약 5,000A의 전원; 플라즈마 및 화력 중 적어도 하나를 생성하도록 구성된 점화 챔버; 고체연료를 상기 점화 챔버로 운반하도록 구성된 연료 운반 기구; 상기 전원에 연결되고, 플라즈마 및 화력 중 적어도 하나를 생성하도록 상기 고체연료에 동력을 공급하도록 구성된 한쌍의 전극; 및 상기 점화 챔버 내에 위치하고, 기계적 동력을 출력하도록 상기 점화 챔버에 대해 이동하도록 구성된 피스톤;을 포함하는 시스템에 관한 것이다.
추가의 실시 예들은, 기계적 동력을 생성하기 위한 시스템로서, 적어도 약 5,000A의 전원; 플라즈마 및 화력 중 적어도 하나를 생성하도록 구성된 점화 챔버 - 상기 점화 챔버는 배출 포트를 포함함 -; 플라즈마 및 화력 중 적어도 하나를 생성하기 위해 상기 점화 챔버에 고체연료를 공급하도록 구성된 연료 운반 기구; 상기 전원에 연결되고, 상기 점화 챔버에 동력을 공급하도록 구성된 한쌍의 전극; 및 상기 배출 포트와 유체 연결되고, 기계적 동력을 출력하기 위해서 회전하도록 구성된 터빈;을 포함하는 시스템에 관한 것이다.
다른 실시 예들은, 기계적 동력을 생성하기 위한 시스템로서, 적어도 약 5,000A의 전원; 기계적 동력을 출력하기 위해 회전하도록 구성된 임펠러 - 상기 임펠러는 플라즈마 및 화력 중 적어도 하나를 생성하도록 구성된 중공 영역을 포함하고, 상기 중공 영역은 동작 유체를 수용하도록 구성된 흡입 포트를 포함함 -; 상기 중공 영역으로 고체 연료를 운반하도록 구성된 연료 운반 기구; 및 상기 전원에 연결되고, 플라즈마 및 화력 중 적어도 하나를 생성하도록 상기 고체연료를 점화시키기 위해서 상기 중공 영역에 동력을 공급하도록 구성된 한쌍의 전극;을 포함하는 시스템에 관한 것이다.
추가의 실시 예들은, 기계적 동력을 생성하기 위한 시스템로서, 적어도 약 5,000A의 전원; 기계적 동력을 출력하기 위해 회전하도록 구성된 가동 요소 - 상기 가동 요소는 플라즈마 및 화력 중 적어도 하나를 생성하도록 구성된 점화 챔버를 적어도 부분적으로 한정함 -; 상기 점화 챔버로 고체 연료를 운반하도록 구성된 연료 운반 기구; 및 상기 전원에 연결되고, 플라즈마 및 화력 중 적어도 하나를 생성하도록 상기 고체연료에 동력을 공급하도록 구성된 한쌍의 전극;을 포함하는 시스템에 관한 것이다.
다른 실시 예들은, 기계적 동력을 생성하기 위한 시스템로서, 적어도 약 5,000A의 전원; 다수의 점화 챔버들 - 상기 다수의 점화 챔버들 중 각각은 플라즈마 및 화력 중 적어도 하나를 생성하도록 구성됨 -; 상기 다수의 점화 챔버들로 고체 연료를 운반하도록 구성된 연료 운반 기구; 및 상기 전원에 연결된 다수의 전극들 - 상기 다수의 전극들 중 적어도 하나는 상기 다수의 챔버들 중 적어도 하나와 연관되고, 플라즈마 및 화력 중 적어도 하나를 생성하기 위해 상기 고체 연료에 전력을 공급하도록 구성됨 -;을 포함하는 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 실시 예들은, 기계적 동력을 생성하기 위한 시스템로서, 적어도 약 5,000A의 전원; 플라즈마 및 화력 중 적어도 하나를 생성하도록 구성된 점화 챔버; 상기 점화 챔버로 수계 연료를 운반하도록 구성된 연료 운반 기구; 상기 전원에 연결되고, 아크 플라즈마 및 화력 중 적어도 하나를 생성하기 위해 상기 연료에 전력을 공급하도록 구성된 한쌍의 전극; 및 상기 점화 챔버에 유체 연결되고, 기계적 동력을 출력하도록 상기 점화 챔버에 대해 이동하도록 구성된 피스톤;을 포함하는 시스템에 관한 것이다.
또한, 본 발명은, 기계적 동력을 생성하기 위한 시스템로서, 적어도 약 5,000A의 전원; 아크 플라즈마 및 화력 중 적어도 하나를 생성하도록 구성된 점화 챔버 - 상기 점화 챔버는 배출 포트를 포함함; 상기 점화 챔버로 수계 연료를 운반하도록 구성된 연료 운반 기구; 상기 전원에 연결되고, 아크 플라즈마 및 화력 중 적어도 하나를 생성하기 위해 상기 연료에 전력을 공급하도록 구성된 한쌍의 전극; 및 상기 배출 포트와 유체 연결되고, 기계적 동력을 출력하도록 회전 가능하게 구성된 터빈;을 포함하는 시스템에 관한 것이다.
실시 예들은, 또한, 기계적 동력을 생성하기 위한 시스템로서, 적어도 약 5,000A의 전원; 기계적 동력을 출력하기 위해 회전하도록 구성된 임펠러 - 상기 임펠러는 아크 플라즈마 및 화력 중 적어도 하나를 생성하도록 구성된 중공 영역을 포함하고, 상기 중공 영역은 동작 유체를 수용하도록 구성된 흡입 포트를 포함함 -; 상기 중공 영역으로 수계 연료를 운반하도록 구성된 연료 운반 기구; 및 상기 전원에 연결되고, 아크 플라즈마 및 화력 중 적어도 하나를 생성하도록 상기 수계 연료를 점화시키기 위해서 상기 중공 영역에 전력을 공급하도록 구성된 한쌍의 전극;을 포함하는 시스템에 관한 것이다.
본 발명은, 또한, 기계적 동력을 생성하기 위한 시스템로서, 적어도 약 5,000A의 전원; 다수의 점화 챔버들 - 상기 다수의 점화 챔버들 중 각각은 아크 플라즈마 및 화력 중 적어도 하나를 생성하도록 구성됨 -; 상기 다수의 점화 챔버들로 수계 연료를 운반하도록 구성된 연료 운반 기구; 및 상기 전원에 연결된 다수의 전극들 - 상기 다수의 전극들 중 적어도 하나는 상기 다수의 챔버들 중 적어도 하나와 연관되고, 아크 플라즈마 및 화력 중 적어도 하나를 생성하기 위해 상기 수계 연료에 전력을 공급하도록 구성됨 -;를 포함하는 시스템에 관한 것이다.
또한, 점화 챔버로서, 플라즈마, 아크 플라즈마, 및 화력 중 적어도 하나를 생성하도록 구성된 중공 챔버를 한정하는 쉘(shell); 상기 중공 챔버와 유체 연결된 연료 리셉터클 - 상기 연료 리셉터클은 한쌍의 전극들에 전기적으로 연결됨 -; 및 상기 중공 챔버와 유체 연결되는 가동 요소;를 포함하는 점화 챔버가 여기에 제공된다. 추가적으로, 점화 챔버로서, 중공 챔버를 한정하는 쉘(shell); 상기 중공 챔버와 유체 연결된 분사 시스템 - 상기 분사 시스템는 상기 중공 챔버 내로 연료를 분사하도록 구성됨 -; 상기 중공 챔버에 전기적으로 연결되고, 상기 중공 챔버에서 플라즈마, 아크 플라즈마 및 화력 중 적어도 하나를 생성하기에 충분한 전력을 상기 연료에 공급하도록 구성된 한쌍의 전극; 및 상기 중공 챔버와 유체 연결되는 가동 요소;를 포함하는 점화 챔버가 개시된다.
본 발명의 실시 예들은, 기계적 동력을 생성하기 위한 방법으로서, 고체 연료를 점화 챔버로 운반하는 단계; 상기 고체 연료를 점화시키고 플라즈마 및 화력 중 적어도 하나를 생성하기 위해서 상기 고체 연료를 통해서 적어도 약 5,000A의 전류를 통과시키고, 약 10V보다 작은 전압을 상기 고체 연료에 공급하는 단계; 플라즈마 및 화력 중 적어도 하나를 동작 유체와 혼합하는 단계; 그리고 상기 가동 요소를 이동시키고 기계적 동력을 출력하기 위해서 상기 동작 유체를 상기 가동 요소를 향하게 하는 단계;를 포함하는 방법에 관한 것이다.
본 발명의 또 다른 실시 예들은, 기계적 동력을 생성하기 위한 방법으로서, 수계 연료를 점화 챔버로 운반하는 단계; 아크 플라즈마 및 화력 중 적어도 하나를 생성하기 위해서 상기 수계 연료를 점화시키도록 상기 수계 연료를 통해서 적어도 약 5,000A의 전류를 통과시키고, 적어도 약 2kV의 전압을 상기 수계 연료에 공급하는 단계; 아크 플라즈마 및 화력 중 적어도 하나를 동작 유체와 혼합하는 단계; 그리고 상기 가동 요소를 이동시키고 기계적 동력을 출력하기 위해서 상기 동작 유체를 상기 가동 요소를 향하게 하는 단계;를 포함하는 방법에 관한 것이다.
기계적 동력을 생성하기 위한 방법으로서, 점화 챔버로 고체 연료를 공급하는 단계; 상기 고체 연료에 전기적으로 연결된 전극에 적어도 약 5,000A를 공급하는 단계; 상기 점화 챔버에서 플라즈마 및 화력 중 적어도 하나를 생성하기 위해 상기 고체 연료를 점화시키는 단계; 그리고 상기 플라즈마 및 화력 중 적어도 하나의 적어도 일부를 기계적 동력으로 변환시키는 단계;를 포함하는 방법이 또한 개시된다. 기계적 동력을 생성하기 위한 방법으로서, 점화 챔버로 수계 연료를 공급하는 단계; 상기 수계 연료에 전기적으로 연결된 전극에 적어도 약 5,000A를 공급하는 단계; 상기 점화 챔버에서 아크 플라즈마 및 화력 중 적어도 하나를 생성하기 위해 상기 수계 연료를 점화시키는 단계; 그리고 상기 아크 플라즈마 및 화력 중 적어도 하나의 적어도 일부를 기계적 동력으로 변환시키는 단계;를 포함하는 방법이 개시된다.
본 발명의 추가의 실시 예는, 육상 수송을 위해 구성된 기계 시스템로서, 적어도 약 5,000A의 전원; 플라즈마, 아크 플라즈마, 및 화력 중 적어도 하나를 생성하도록 구성된 점화 챔버; 상기 점화 챔버로 연료를 운반하도록 구성된 연료 운반 기구; 플라즈마, 아크 플라즈마, 및 화력 중 적어도 하나를 생성하기 위해 상기 전원에 연결되고 상기 연료에 동력을 공급하도록 구성된 한쌍의 전극; 상기 점화 챔버에 유체 연결되고, 상기 점화 챔버에 대해 이동하도록 구성된 가동 요소; 및 상기 가동 요소에 기계적으로 연결되고, 수송 요소로 기계적 동력을 제공하도록 구성된 구동축;을 포함하는 기계 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 추가의 실시 예는 항공 수송을 위해 구성된 기계 시스템로서, 적어도 약 5,000A의 전원; 플라즈마, 아크 플라즈마, 및 화력 중 적어도 하나를 생성하도록 구성된 점화 챔버; 상기 점화 챔버로 연료를 운반하도록 구성된 연료 운반 기구; 플라즈마, 아크 플라즈마, 및 화력 중 적어도 하나를 생성하기 위해 상기 전원에 연결되고 상기 연료에 동력을 공급하도록 구성된 한쌍의 전극; 상기 점화 챔버에 유체 연결되고, 상기 점화 챔버에 대해 이동하도록 구성된 가동 요소; 및 상기 가동 요소에 기계적으로 연결되고, 항공 환경에서 추진력을 제공하도록 구성된 항공 요소;를 포함하는 기계 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 실시 예들은, 선박 수송을 위해 구성된 기계 시스템로서, 적어도 약 5,000A의 전원; 플라즈마, 아크 플라즈마, 및 화력 중 적어도 하나의 적어도 하나를 생성하도록 구성된 점화 챔버; 상기 점화 챔버로 연료를 운반하도록 구성된 연료운반 기구; 플라즈마, 아크 플라즈마, 및 화력 중 적어도 하나를 생성하기 위해 상기 전원에 연결되고 상기 연료에 전력을 공급하도록 구성된 한쌍의 전극; 상기 점화 챔버에 유체 연결되고, 상기 점화 챔버에 대해 이동하도록 구성된 가동요소; 및 상기 가동요소에 기계적으로 연결되고, 선박환경에서 추진력을 제공하도록 구성된 선박요소;를 포함하는 기계 시스템에 또한 관한 것이다.
본 발명의 추가의 실시 예들은, 작업 기계 시스템로서, 적어도 약 5,000A의 전원; 플라즈마, 아크 플라즈마, 및 화력 중 적어도 하나의 적어도 하나를 생성하도록 구성된 점화 챔버; 상기 점화 챔버로 연료를 운반하도록 구성된 연료운반 기구; 플라즈마, 아크 플라즈마, 및 화력 중 적어도 하나를 생성하기 위해 상기 전원에 연결되고 상기 연료에 전력을 공급하도록 구성된 한쌍의 전극; 상기 점화 챔버에 유체 연결되고, 상기 점화 챔버에 대해 이동하도록 구성된 가동요소; 및 상기 가동요소에 기계적으로 연결되고, 기계 동력을 제공하도록 구성된 작업요소;를 포함하는 작업 기계 시스템에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 CIHT 전지를 개략적으로 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 CIHT 전지 이극성 판을 개략적으로 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 캐러셀(carrousel) 재장입 시스템를 보여주는 도면으로서, SF-CIHT 전지 발전기의 개략도.
도 4A는 본 발명의 실시 예에 따른 호퍼 재장입 시스템를 보여주는 도면으로서, SF-CIHT 전지 발전기의 개략도.
도 4B는 본 발명의 실시 예에 따른 구조물 요소들로서 기능하는 전극들 및 기동 동력원으로서 기능하는 전원을 보여주는 도면으로서, SF-CIHT 전지 발전기의 개략도.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 자기유체역학적 동력 변환기의 작동을 개략적으로 나타낸 도면.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 자기유체역학적 동력 변환기의 개략도.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 전기적 SF-CIHT 전지 응용을 위한 시스템 통합을 개략적으로 나타낸 도면.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 열적 및 하이브리드 전기-열적 SF-CIHT 전지 응용을 위한 시스템 통합을 개략적으로 나타낸 도면.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 내부 SF-CIHT 전지 엔진을 개략적으로 나타낸 도면.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 아크 플라즈마 용기의 내부를 보여주는 도면으로서, H2O 아크 플라즈마 전지 발전기의 개략도.
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 실험적인 H2O 아크 플라즈마 전지 발전기의 개략도.
도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 바람직한 발전 시스템를 나타낸 도면.
도 13A는 본 발명의 실시 예에 따른 바람직한 발전 시스템의 개방된 상태를 나타낸 도면.
도 13B는 도 13A의 바람직한 발전 시스템의 폐쇄된 상태를 나타낸 도면.
도 13C는 본 발명의 실시 예에 따른 바람직한 발전 시스템의 개방된 상태를 나타낸 도면.
도 13D는 도 13C의 바람직한 발전 시스템의 폐쇄된 상태를 나타낸 도면.
도 14A 및 14B는 본 발명의 실시 예에 따른 바람직한 발전 시스템의 다양한 상태를 나타낸 도면.
도 15A는 본 발명의 실시 예에 따른 발전 시스템 내의 부품들의 바람직한 형상을 나타낸 도면.
도 15B는 본 발명의 실시 예에 따른 발전 시스템 내의 부품들의 바람직한 구성을 나타낸 도면.
도 15C는 본 발명의 실시 예에 따른 발전 시스템 내의 부품들의 바람직한 구성을 나타낸 도면.
도 15D는 본 발명의 실시 예에 따른 발전 시스템 내의 부품들의 바람직한 구성을 나타낸 도면.
도 16은 본 발명의 실시 예에 따른 바람직한 발전 시스템를 나타낸 도면.
도 17A는 본 발명의 실시 예에 따른 바람직한 발전 시스템를 나타낸 도면.
도 17B는 도 17A의 바람직한 발전 시스템의 부품들의 대안적인 구성을 나타낸 도면.
도 18A는 본 발명의 실시 예에 따른 발전 시스템의 바람직한 전극들을 나타낸 도면.
도 18B는 도 18A의 바람직한 전극들의 대안적인 구성을 나타낸 도면.
도 19는 본 발명의 실시 예에 따른 바람직한 플라즈마 변환기를 나타낸 도면.
도 20은 본 발명의 실시 예에 따른 바람직한 발전 시스템를 나타낸 도면.
도 21은 본 발명의 실시 예에 따른 바람직한 발전 시스템를 나타낸 도면.
도 22는 본 발명의 실시 예에 따른 바람직한 발전 시스템를 나타낸 도면.
도 23은 본 발명의 실시 예에 따른 바람직한 발전 시스템를 나타낸 도면.
도 24는 본 발명의 실시 예에 따른 바람직한 발전 시스템를 나타낸 도면.
도 25는 본 발명의 실시 예에 따른 바람직한 발전 시스템를 나타낸 도면.
도 26은 본 발명의 실시 예에 따른 기계적 동력 발전 시스템를 나타낸 도면.
도 27은 본 발명의 실시 예에 따른 기계적 동력 발전 시스템의 일부분의 확대도.
도 28은 본 발명의 실시 예에 따른 기계적 동력 발전 시스템의 일부분을 개략적으로 나타낸 도면.
도 29는 본 발명의 실시 예에 따른 기계적 동력 발전 시스템의 일부분을 개략적으로 나타낸 도면.
도 30은 본 발명의 실시 예에 따른 한쌍의 전극을 나타낸 도면.
도 31은 본 발명의 실시 예에 따른 한쌍의 전극을 나타낸 도면.
도 32는 본 발명의 실시 예에 따른 전극을 나타낸 도면.
도 33A 및 33B는 본 발명의 실시 예에 따른 임펠러의 다른 도면들.
도 34는 본 발명의 실시 예에 따른 기계적 동력 발전 시스템를 나타낸 도면.
도 35A 및 35B는 본 발명의 실시 예에 따른 연료운반 기구 및 점화챔버의 다른 도면들.
도 36은 본 발명의 실시 예에 따른 챔버 어레이 및 연료운반 기구를 나타낸 도면.
도 37A, 37B, 및 37C는 본 발명의 실시 예에 따른 연료 리셉터클 및 전극들의 다른 실시 예들을 나타낸 도면.
도 38은 본 발명의 실시 예에 따른 점화챔버를 나타낸 도면.
도 39는 본 발명의 실시 예에 따른 점화챔버를 나타낸 도면.
도 40은 본 발명의 실시 예에 따른 점화챔버를 나타낸 도면.
도 41은 본 발명의 실시 예에 따른 점화챔버를 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 CIHT 전지 이극성 판을 개략적으로 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 캐러셀(carrousel) 재장입 시스템를 보여주는 도면으로서, SF-CIHT 전지 발전기의 개략도.
도 4A는 본 발명의 실시 예에 따른 호퍼 재장입 시스템를 보여주는 도면으로서, SF-CIHT 전지 발전기의 개략도.
도 4B는 본 발명의 실시 예에 따른 구조물 요소들로서 기능하는 전극들 및 기동 동력원으로서 기능하는 전원을 보여주는 도면으로서, SF-CIHT 전지 발전기의 개략도.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 자기유체역학적 동력 변환기의 작동을 개략적으로 나타낸 도면.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 자기유체역학적 동력 변환기의 개략도.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 전기적 SF-CIHT 전지 응용을 위한 시스템 통합을 개략적으로 나타낸 도면.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 열적 및 하이브리드 전기-열적 SF-CIHT 전지 응용을 위한 시스템 통합을 개략적으로 나타낸 도면.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 내부 SF-CIHT 전지 엔진을 개략적으로 나타낸 도면.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 아크 플라즈마 용기의 내부를 보여주는 도면으로서, H2O 아크 플라즈마 전지 발전기의 개략도.
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 실험적인 H2O 아크 플라즈마 전지 발전기의 개략도.
도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 바람직한 발전 시스템를 나타낸 도면.
도 13A는 본 발명의 실시 예에 따른 바람직한 발전 시스템의 개방된 상태를 나타낸 도면.
도 13B는 도 13A의 바람직한 발전 시스템의 폐쇄된 상태를 나타낸 도면.
도 13C는 본 발명의 실시 예에 따른 바람직한 발전 시스템의 개방된 상태를 나타낸 도면.
도 13D는 도 13C의 바람직한 발전 시스템의 폐쇄된 상태를 나타낸 도면.
도 14A 및 14B는 본 발명의 실시 예에 따른 바람직한 발전 시스템의 다양한 상태를 나타낸 도면.
도 15A는 본 발명의 실시 예에 따른 발전 시스템 내의 부품들의 바람직한 형상을 나타낸 도면.
도 15B는 본 발명의 실시 예에 따른 발전 시스템 내의 부품들의 바람직한 구성을 나타낸 도면.
도 15C는 본 발명의 실시 예에 따른 발전 시스템 내의 부품들의 바람직한 구성을 나타낸 도면.
도 15D는 본 발명의 실시 예에 따른 발전 시스템 내의 부품들의 바람직한 구성을 나타낸 도면.
도 16은 본 발명의 실시 예에 따른 바람직한 발전 시스템를 나타낸 도면.
도 17A는 본 발명의 실시 예에 따른 바람직한 발전 시스템를 나타낸 도면.
도 17B는 도 17A의 바람직한 발전 시스템의 부품들의 대안적인 구성을 나타낸 도면.
도 18A는 본 발명의 실시 예에 따른 발전 시스템의 바람직한 전극들을 나타낸 도면.
도 18B는 도 18A의 바람직한 전극들의 대안적인 구성을 나타낸 도면.
도 19는 본 발명의 실시 예에 따른 바람직한 플라즈마 변환기를 나타낸 도면.
도 20은 본 발명의 실시 예에 따른 바람직한 발전 시스템를 나타낸 도면.
도 21은 본 발명의 실시 예에 따른 바람직한 발전 시스템를 나타낸 도면.
도 22는 본 발명의 실시 예에 따른 바람직한 발전 시스템를 나타낸 도면.
도 23은 본 발명의 실시 예에 따른 바람직한 발전 시스템를 나타낸 도면.
도 24는 본 발명의 실시 예에 따른 바람직한 발전 시스템를 나타낸 도면.
도 25는 본 발명의 실시 예에 따른 바람직한 발전 시스템를 나타낸 도면.
도 26은 본 발명의 실시 예에 따른 기계적 동력 발전 시스템를 나타낸 도면.
도 27은 본 발명의 실시 예에 따른 기계적 동력 발전 시스템의 일부분의 확대도.
도 28은 본 발명의 실시 예에 따른 기계적 동력 발전 시스템의 일부분을 개략적으로 나타낸 도면.
도 29는 본 발명의 실시 예에 따른 기계적 동력 발전 시스템의 일부분을 개략적으로 나타낸 도면.
도 30은 본 발명의 실시 예에 따른 한쌍의 전극을 나타낸 도면.
도 31은 본 발명의 실시 예에 따른 한쌍의 전극을 나타낸 도면.
도 32는 본 발명의 실시 예에 따른 전극을 나타낸 도면.
도 33A 및 33B는 본 발명의 실시 예에 따른 임펠러의 다른 도면들.
도 34는 본 발명의 실시 예에 따른 기계적 동력 발전 시스템를 나타낸 도면.
도 35A 및 35B는 본 발명의 실시 예에 따른 연료운반 기구 및 점화챔버의 다른 도면들.
도 36은 본 발명의 실시 예에 따른 챔버 어레이 및 연료운반 기구를 나타낸 도면.
도 37A, 37B, 및 37C는 본 발명의 실시 예에 따른 연료 리셉터클 및 전극들의 다른 실시 예들을 나타낸 도면.
도 38은 본 발명의 실시 예에 따른 점화챔버를 나타낸 도면.
도 39는 본 발명의 실시 예에 따른 점화챔버를 나타낸 도면.
도 40은 본 발명의 실시 예에 따른 점화챔버를 나타낸 도면.
도 41은 본 발명의 실시 예에 따른 점화챔버를 나타낸 도면.
전자 쉘이 핵에 대해 근접한 위치에 있는 저에너지 상태를 형성하도록 원자 수소로부터 에너지를 방출하는 촉매시스템가 여기에 개시되어 있다. 방출된 동력은 발전을 위해서 이용되고, 추가적으로 새로운 수소 종들과 화합물들이 바람직하게 형성된다. 이러한 에너지 상태들은 고전적인 물리적 법칙들에 의해서 예측되고, 상응하는 에너지-방출 천이를 수행하기 위해서는 수소로부터 에너지를 수용하기 위한 촉매를 필요로 한다.
고전 물리학은 수소 원자, 수소화 이온, 수소 분자 이온, 및 수소 분자의 폐쇄형 솔루션을 제공하고, 분수의 주 양자수를 갖는 대응하는 종들을 예측한다. 맥스웰의 방정식을 사용하여, 전자의 구조가 경계값 문제로서 유도되었는데, 여기에서 전자는 바닥 n = 1 상태 전자가 에너지를 방사할 수 없는 제한으로 천이 동안에 시변 전자기장의 소스 전류를 포함한다. H 원자의 솔루션에 의해서 예측된 반응은 예전에 가능하다고 생각했던 것보다 낮은 에너지 상태로 수소를 형성하도록 에너지를 수용할 수 있는 다른 안정한 원자 수소로부터 촉매로의 공진, 비복사 에너지 전달을 수반한다. 특히, 고전 물리학은 원자 수소가 어떤 원자들, 엑시머들, 이온들 및 이원자 수소화물과의 촉매반응(반응에 원자 수소의 퍼텐셜 에너지의 정수배, 
(여기에서, 
는 1하트리(Hartree))의 순수 엔탈피를 제공함)을 수행하을 것으로 예측하고 있다. 그들의 알려진 전자에너지 수준을 기초로 식별할 수 있는 특정 종들(예를 들면, He+, Ar+, Sr+, K, Li, HCl, 및 NaH, OH, SH, SeH, 발생기 H20, nH (n=정수))은 프로세스를 촉진하기 위해서 원자 수소와 함께 존재하여야 한다. 그 반응은 비-방사 에너지 전달을 수반하는데, 여기에는 이례적으로 높은 여기된 상태의 H, 및 분수의 주 양자수에 대응하는 반응하지 않은 원자 수소보다 에너지가 낮은 수소 원자를 형성하기 위해서, H로의 q·13.6eV 연속 방사 또는 q·13.6eV 전달이 잇따른다. 즉, 수소 원자의 주요 에너지 준위에 대한 식에 있어서:
n = 1,2,3,.... (2)
여기에서 
는 수소원자(52.947pm)에 대한 보어 반지름이고, e는 전자의 전하의 크기이고, 
는 진공 유전율이며, 분수의 양자수들은:
여기된 상태의 수소에 대해 리드베르크 방정식에서 잘 알려진 매개변수 n = 정수를 대체하고, 소위 "하이드리노스(hydrinos)"로 일컬어진 저에너지 상태 수소 원자들을 나타낸다. 그러면, 맥스월 벵정식의 분석적인 솔루션을 갖는 여기된 상태와 유사하게, 하이드리노 원자는 또한 전자, 양성자, 및 광자를 또한 포함한다. 그런데, 후자의 전기장은 여기된 상태에서와 같이 에너지의 흡수에 따른 중앙 필드에서 감소하는 것보다 에너지의 흡수에 대응하는 결합력을 증가시키고, 하이드리노의 결과적인 광자-전자 상호작용은 방사보다 안정적이다.
n = 1 수소상태와 
수소상태는 비-방사이고, 두 비-방사 상태 사이의 천이, 즉 n = 1 내지 n = 1/2는 비-방사 에너지 전달을 통해서 가능하다. 수소는 방정식 (1) 및 (3)에 의해서 주어진 안정한 상태들의 특별한 경우이고, 여기에서 수소 또는 하이드리노 원자의 대응하는 반경은
에 의해서 주어지고, 여기에서 p = 1, 2, 3,...이다.
에너지를 보존하기 위해서, 에너지는 단위
m·27.2 eV, m = 1,2,3,4,.... (5)
와 
에 대한 반경 변화의 단위로 수소원자로부터 촉매로 전달되어야만 한다. 촉매 반응들은 촉매로의 비-방사 에너지 전달에 이어서 반경이 대응하는 안정한 최종 상태로 감소함에 따라서 추가의 에너지 방출의 2단계의 에너지 방출을 수반한다. 촉매반응의 비율은 반응의 순수 엔탈피가 m·27.2eV에 보다 근접하여 부합됨에 따라서 증가되는 것으로 믿고 있다. m·27.2eV의 ±10%, 바람직하게는 ±5% 내에서 반응의 순수 엔탈피를 갖는 촉매들이 대부분의 응용에 대해 적당한 것으로 밝혀졌다. 낮은 에너지 상태로의 하이드리노 원자들의 촉매반응의 경우에 있어서, m·27.2eV (방정식 (5))의 반응의 엔탈피는 하이드리노 원자의 퍼텐셜 에너지와 동일한 요소에 의해서 상대론적으로 보정된다.
그러므로, 일반적인 반응은,
Cat(q+r)+ + re- → Catq+ + m·27.2eV (8)
에 의해서 주어지고,
전체적 반응은,
이고, q, r, m 및 p는 정수이다. 
는 수소 원자(분모에서 1에 대응함)의 반경 및 양성자의 (m+p)배와 동등한 중앙 필드를 가지며, 
은 H의 
반경을 갖는 대응하는 안정한 상태이다. 전자가 수소 원자의 반경으로부터 이 거리의 
의 반경으로 방사상 가속을 수행하음에 따라서, 특징적인 광 방출 또는 개재체 운동에너지로서 에너지가 방출된다. 그 방출은 
또는
에서 에지를 가지며 긴 파장으로 확장되는 극단-자외선 연속방사의 형태가 될 것이다. 방사에 추가하여, 빠른 H를 형성하기 위해서 공진 운동에너지가 발생할 것이다. 이렇게 빠른 H(n = 1) 원자들과 배경 H2와의 충돌로 인한 부수적인 여기와, 이어서 대응하는 H(n = 3) 빠른 원자들의 방출은 확대된 발머 α방출을 야기한다. 이와는 달리, 빠른 H는 촉매로서 기능하는 하이드리노나 H의 직적이고, 공진 에너지 전달의 수락은 이온화 에너지보다는 퍼텐셜 에너지에 관련한다. 에너지의 보존은 전자의 경우에 있어서 퍼텐셜 에너지의 1/2에 대응하는 운동에너지의 양성자 및 후자의 경우에 있어서 필수적으로 남아있는 촉매를 제공한다. 빠른 양성자들의 H 재조합 방사선은 과도한 동력 밸런스에 일치하는 고온 수소의 목록에 어울리지 않는 확대된 확대된 발머 α방출을 야기한다.
본 발명에 있어서, 하이드리노 반응, H 촉매반응, 수소를 참조하는 경우의 촉매반응, 하이드리노스를 형성하기 위한 수소의 반응, 하이드리노 형성 반응과 같은 용어들 모두는, 방정식 (1)과 (3)에 의해서 주어지는 에너지 준위을 갖는 수소의 상태들을 형성하기 위해서 원자 H와 방정식 (5)에 의해서 한정된 촉매의 방정식 (6~9)에서와 같은 반응을 언급한다. 하이드리노 반응물들, 하이드리노 반응 혼합물, 촉매 혼합물, 하이드리노 형성을 위한 반응물들, 저에너지 상태의 수소나 하이드리노들을 생성 또는 형성하는 반응물들은, 방정식 (1) 및 (3)에 의해서 주어진 에너지 준위을 갖는 H 내지 H 상태들 또는 하이드리노 상태들의 촉매반응을 수행하는 반응 혼합물을 언급하는 경우에 교대해서 사용될 수 있다.
본 발명의 촉매 저에너지 수소 천이들은 비촉매 원자 수소의 퍼텐셜 에너지, 27.2eV의 정수 m의 흡열 화학반응의 형태로 있는, 즉 천이를 야기하도록 원자 H로부터 방출되는 에너지를 수용하는 촉매를 요구한다. 흡열 촉매반응은 원자 또는 이온과 같은 종들로부터 하나 또는 그 이상의 원자들의 이온화(예를 들면, Li → Li2 +에 대해 m = 3)가 될 것이며, 초기 결합의 파트너들 중 하나 또는 그 이상으로부터 하나 또는 그 이상의 전자들의 이온화(예를 들면, NaH → Na2 + + H에 대해 m = 2)를 통한 결합절단의 동시반응을 더 포함할 것이다. He+는 그것이 2·27.2eV인 54.417eV하에서 이온화 하므로, 27.2eV의 정수배와 동등한 엔탈피 변화로 촉매 기준 화학적 또는 물리적 프로세스를 이행한다. 정수의 수소 원자들은 또한 정수배의 27.2 eV 엔탈피의 촉매로서 또한 기능할 것이다. 수소 원자들 H(1/p) p = 1,2,3,...137은 방정식 (1)과 (3)에 의해서 주어지는 저에너지 상태로의 추가의 천이들을 수행하을 수 있고, 여기에서 한 원자의 천이는 그것의 퍼텐셜 에너지에서의 수반되는 반대 변화로, m·27.2eV를 공명하여 비-방사적으로 수용하는 하나 또는 그 이상의 추가의 H 원자에 의해 촉매화된다. H(1/p')로 m·27.2eV의 공진 전달에 의해서 유도된 H(1/p) 내지 H(1/(m+p))의 천이에 대한 전체적인 일반적인 방정식은,
에 의해서 주어진다.
수소 원자들은 촉매로서 기능할 것이며, 여기에서 다른 것에 대해 촉매로서 작용하는 각각 하나, 둘 및 세개의 원자에 대해 m = 1, m= 2 및 m = 3이다. 2개-원자-촉매 2H에 대한 비율은, 엄청나게 빠른 H가 2H를 형성하도록 분자와 충돌하는 경우에 높을 것이며, 이때 2개의 원자들은 충돌 파트너들의 세번째의 수소 원자로부터 54.4 eV를 공진적으로 비-방사적으로 수용한다. 동일한 메카니즘에 의해서, 2개의 고온 H의 충돌은 네번째에 대하여 3·27.2eV의 촉매로서 기능하도록 3H를 제공한다. 22.8nm 및 10.1nm에서의 EUV 연속, 보기 드문(＞100eV) 발머 α 라인 확장, 고도로 여기된 H 상태들, 생성가스 H2(1/4), 큰 에너지 방출이 예측과 일치하게 관찰된다.
H(l/4)은 그것의 다극성 및 그것의 형성을 위한 선택 규칙을 기초하여 바람직한 하이드리노 상태이다. 그러므로, H(l/3)이 형성되는 경우에 있어서, H(l/4)로의 천이는 방정식 (10)에 따라서 H에 의해 급속히 촉진하여 일어날 것이다. 마찬가지로, H(l/4)는 방정식 (5)에서 m=3에 대응하는 81.6eV와 같거나 그보다 큰 촉매 에너지에 대하여 바람직한 상태이다. 이 경우에 있어서, 촉매에 대한 에너지 전달은 방정식 (7)의 H*(1/4) 중간 결과물을 형성하는 81.6eV 및 상기 중간 결과물의 쇠퇴로부터 얻어진 정수배의 27.2eV를 포함한다. 예를 들면, 108.8eV의 엔탈피를 갖는 촉매는 122.4eV의 H*(1/4) 쇠퇴 에너지로부터 얻은 27.2eV 뿐만아니라 81.6eV를 수용함으로써 H*(1/4)을 형성할 것이다. H2(1/4)를 형성하도록 반응하는 바람직한 상태 H(1/4)를 형성하기 위해서 95.2eV의 잔여 쇠퇴 에너지가 환경으로 방출된다.
그러므로, 적당한 촉매는 m·27.2eV의 반응의 순수 포지티브 엔탈피를 제공할 수 있다. 즉, 촉매는 수소원자들로부터 비-방사성 에너지 전달을 공명하여 수용하고, 분수의 양자 에너지 준위에 대한 전자적 천이에 영향을 끼치도록 주위로 에너지를 방출한다. 비-방사성 에너지 전달의 결과로서, 수소 원자는 불안정해지고, 방정식 (1)과 (3)에 의해서 주어지는 주 에너지 준위를 갖는 저에너지 비-방사성 상태를 달성할 때까지 에너지를 더 방출한다. 그러므로, 촉매반응은 
(여기에서, n은 방정식 (3)에 의해서 주어짐)에 따른 수소원자의 크기에서의 감소에 부합하게 수소원자로부터 에너지를 방출한다. 예를 들면, H(n = 1) 내지 H(n = 1/4)의 촉매반응은 204eV를 방출하고, 수소반경은 
로부터 
로 감소한다.
촉매 생성물, H(1/P)는 하이드리노 수소화 이온 H-(1/P)를 형성하도록 전자와 또한 반응할 것이며, 또는 2개의 H(1/p)가 대응하는 분자 하이드리노 H2(1/p)를형상하도록 반응할 것이다. 특히, 촉매 생성물, H(1/P)는 결합에너지 EB:
를 갖는 신규한 수소화 이온 H-(1/P)를 형성하도록 전자와 또한 반응할 것이며, 여기에서 p = 정수＞1, s = 1/2, ħ는 플랑크 상수 바이고, 
는 진공의 투자율, me는 전자의 질량, 
는 
에 의해서 주어진 감소된 전자 질량이고, 이때 mp는 양성자의 질량, 
는 보어 반경이며, 이온 반경은 
이다. 방정식 (11)로부터, 수소화 이온의 계산된 이온화 에너지는 0.75418eV이고, 실험적인 값은 6082.99±0.15cm-1(0.75418eV)이다. 하이드리노 수소화 이온들의 결합에너지는 X-선 광전자 분광법(XPS)에 의해서 측정될 것이다.
높은장 이동(Upfield-shifted) NMR 피크들은 보통의 수소화 이온에 비해 감소된 반경을 가지며 양성자의 반자성 차폐에서의 증가를 나타내는 저에너지 상태 수소의 존재의 직접적인 증거이다. 그 이동은 크기 p의 광자 분야와 2개 전극들의 반자성의 기여들의 합에 의해서 다음과 같이 주어진다(Mills CUTCP Eq. (7.87)):
여기에서, 첫번째 항목은 H-에 대해 p=1 및 H-(1/p)에 대해 p=정수＞1로 적용하고, α는 미세 구조 상수이다. 예측된 하이드리노 수소화 피크들은 보통의 수소화 이온에 비해서 이례적으로 높은장 이동을 나타낸다. 일 실시 예에 있어서, 피크들은 TMS의 높은장에 있다. TMS에 대한 NMR 이동은 보통의 H-, H, H2 또는 H+ 단독 또는 화합물을 포함하여 그중 적어도 하나에 대해 알려진 것보다 클 것이다. 그 이동은 0, -1, -2, -3, -4, -5, -6, -7, -8, -9, -10, -1 1 , -12, -13, -14, -15, -16, -17, -18, -19, -20, -21, - 22, -23, -24, -25, -26, -27, -28, -29, -30, -31, -32, -33, -34, -35, -36, -37, -38, -39, 및 -40ppm의 적어도 하나보다 클 것이다. 기본 양성자에 비해 절대적인 이동의 범위는, 여기에서 TMS의 이동이 기본 양성자에 비해 약 -31.5이고, ±5ppm, ±10ppm, ±20ppm, ±30ppm, ±40ppm, ±50ppm, ±60ppm, ±70ppm, ±80ppm, ±90ppm, 및 ±100ppm 중 적어도 하나의 범위 내에서 -(p29.9 + p22.74)ppm (방정식 (12))이 될 것이다. 기본 양성자 대비 절대적 이동의 범위는 약 0.1% 내지 99%, 1% 내지 50%, 및 1% 내지 10% 중 적어도 하나의 범위 내에서 -(p29.9 + p21.59×10- 3)ppm (방정식 (12))이 될 것이다. 다른 실시 예에 있어서, NAOH나 KOH와 같은 수산화물의 매트릭스와 같은 고체 매트릭스에 있는 하이드리노 원자, 수소화 이온, 또는 분자와 같은 하이드리노 종들의 존재는 매트릭스 양성자가 높은장 이동하는 결과를 초래하게 된다. NAOH나 KOH의 것과 같은 매트릭스 양성자들은 교환될 것이다. 일 실시 예에 있어서, 그 이동은 매트릭스 피크가 TMS 대비 약 -0.1ppm 내지 -5ppm의 범위에 있게할 것이다. NMR 결정은 매직 앵글 스피닝 1H 핵 자기 공명 분광법(MAS 1H NMR)으로 이루어질 것이다.
H(1/p)은 양성자와 반응할 것이며, 2개의 H(1/p)은 각각 H2(1/p)+ 및 H2(1/p)를 형성하도록 반응할 것이다. 수소분자이온 및 분자전하 및 전류밀도 함수, 결합거리, 및 에너지는 비방사선의 제약조건 하에서 타원형 좌표에서 라플라시안(Laplacian)으로부터 해결되었다.
장축 타원체 분자궤도 함수의 각 포커스에서 +pe의 중앙 필드를 갖는 수소분자의 총 에너지 ET는,
= -p216.13392eV -p30.118755eV 이고, 여기에서 p는 정수, c는 진공에서 빛의 속도, 및 μ는 감소된 핵질량이다. 장축 타원체 분자궤도 함수의 각각의 포커스에서 +pe의 중앙 필드를 갖는 수소분자의 총 에너지는,
= -p231.351eV -p30.326469eV 이다.
수소분자 H2(1/p)의 결합 소산 에너지, ED는 대응하는 수소 원자들의 전체 에너지와 ET 사이의 차이이다.
H2(1/p)은 X-선 광전자 분광법(XPS)에 의해서 확인될 것이며, 이때 이온화된 전자에 추가하여 이온화 생성물은 2개의 양성자 및 전자, H 원자, 하이드리노 원자들, 분자 이온, 수소분자 이온 및 H2(1/p)+을 포함하는 것과 같이 가능한 것들 중 적어도 하나가 될 것이며, 에너지들은 매트릭스에 의해서 이동될 것이다.
촉매반응-생성 가스의 NMR은 H2(1/p)의 이론적으로 예측된 화학적 이동의 확정적인 테스트를 제공한다. 일반적으로, H2(1/p)의 1H NMR 공명은 타원좌표에서 분수 반경으로 인해 H2의 것으로부터 높은장 이동될 것으로 예측된다. H2(1/p)에 대해 예측된 이동, 
은 2개 전자들의 반자성 및 크기 p의 양성자 필드의 기여들의 합에 의해서 주어진다(Mills GUTCP 방정식들(11.415~11.416):
여기에서, 첫번째 항목은 H2에 대해 p=1 및 H2(1/p)에 대해 p=정수＞1로 적용한다. -28.0ppm의 실험적인 절대 H2 가스상 공명 이동은 -28.01ppm의 예측된 절대 가스상 이동(방정식 (20))과 훌륭하게 부합한다. 예측된 분자 하이드리노 피크들은 보통의 H2에 비해서 이례적으로 높은장 이동을 나타낸다. 일 실시 예에 있어서, 피
크들은 TMS의 높은장에 있다. TMS에 대한 NMR 이동은 보통의 H-, H, H2 또는 H+ 단독 또는 화합물을 포함하여 그중 적어도 하나에 대해 알려진 것보다 클 것이다. 그 이동은 0, -1, -2, -3, -4, -5, -6, -7, -8, -9, -10, -1 1 , -12, -13, -14, -15, -16, -17, -18, -19, -20, -21, - 22, -23, -24, -25, -26, -27, -28, -29, -30, -31, -32, -33, -34, -35, -36, -37, -38, -39, 및 -40ppm의 적어도 하나보다 클 것이다. 기본 양성자에 비해 절대적인 이동의 범위는, 여기에서 TMS의 이동이 기본 양성자에 비해 약 -31.5이고, ±5ppm, ±10ppm, ±20ppm, ±30ppm, ±40ppm, ±50ppm, ±60ppm, ±70ppm, ±80ppm, ±90ppm, 및 ±100ppm 중 적어도 하나의 범위 내에서 -(p28.01 + p22.56)ppm (방정식 (20))이 될 것이다. 기본 양성자 대비 절대적 이동의 범위는 약 0.1% 내지 99%, 1% 내지 50%, 및 1% 내지 10% 중 적어도 하나의 범위 내에서 -(p28.01 + p21.49×10-3)ppm (방정식 (20))이 될 것이다.
수소타입 분자들 H2(1/p)의 υ= 0 내지 υ= 1 천이에 대한 진동에너지 
는,
여기에서, p는 정수이다.
수소타입 분자들 H2(1/p)의 J 내지 J+1에 대한 회전에너지 
는,
여기에서, p는 정수이고 I는 관성모멘트이다. H2(1/4)의 Ro-진동 방출은 가스들에 존재하고 고체 매트릭스에 포획된 e-빔 여기 분자들에서 관찰되었다.
회전에너지의 p2 의존도는 핵간 거리와 관성모멘트 I에 대한 대응 충격에 의존하여 p에 역비례하여 얻어진다. H2(1/p)에 대해 예측된 핵간 거리 2c'는,
H2(1/p)의 회전에너지와 진동에너지 중 적어도 하나는 전자-빔 여기 방출 분광법, 라만분광법, 및 퓨리에 변환 적외선(FTIR) 분광법 중 적어도 하나에 의해서 측정될 것이다. H2(1/p)는 MOH, MX 및 M2CO3(M=알칼리; X=할로겐화물) 매트릭스 중 적어도 하나에서와 같이 측정을 위한 매트릭스에 포획될 것이다.
Ⅰ. 촉매
He+, Ar, Sr, Li, K, NaH, nH (n = 정수), 및 H20는, 원자 수소의 퍼텐셜 에너지 27.2eV의 정수배와 같은 엔탈피 변화로 화학적 또는 물리적인 프로세스에서 촉매 기준을 충족시키므로, 촉매로서 기능할 것으로 예측된다. 특히, t 전자들의 이온화 에너지의 합이 약 m·27.2eV(m은 정수)이 되도록 각 원자로부터 t 전자들의 연속 에너지 준위로의 이온화에 의해서 촉매 시스템이 제공된다. 또한, 이 경우에서와 같이 추가의 촉매 천이들이 발생하는데, 여기에서는 H(1/2)가 먼저 형성된다: 
등. 일단, 촉매반응이 시작되면, 불균화반응으로 불리우는 프로세스에서 하이드리노스 자체촉매작용을 하게 되고, 이때 H 또는 H(1/p)는 다른 H 또는 H(1/p')(p는 p'와 같을 것이다)에 대한 촉매로서 기능한다.
수소 및 하이드리노스는 촉매로서 기능할 것이다. 수소 원자들 H(1/p) p=1,2,3,...137은 방정식 (1) 및 (3)에 의해서 주어지는 저에너지 상태로의 천이를 수행하을 수 있고, 이때 한 원자의 천이는 퍼텐셜 에너지에서 부수적인 반대의 변화를 통해 m·27.2eV를 공명하고 비-방사적으로 수용하는 두번째에 의해서 촉매화된다.
H(1+P')로 m·27.2eV의 공명 전달에 의해서 유도된 H(1/p)에서 H(1/(m + p))로의 천이에 대한 전체적인 일반적 방정식은 방정식 (10)에 의해서 나타내었다. 그러므로, 수소 원자들은 촉매로서 기능할 것이며, 이때 하나, 둘 및 3개의 원자들에 대해 각각 m=1, m=2 및 m=3이고, 이것들은 다른 것에 대한 촉매로서 작용한다. 둘 또는 3개 원자 촉매 경우에 대한 비율은 H 밀도가 높은 경우에만 고려할 수 있을 것이다. 그러나, 높은 H 밀도는 일반적이지 않다. 제 3 또는 제 4에 대한 에너지 억셉터로서 기능하는 2H 또는 3H의 높은 수소 원자 농도 허용은, 온도 및 중력 구동 밀도로 인해 태양이나 별의 표면, 다중 단층들을 지지하는 금속 표면들, 및 고도로 소산된 플라즈마, 특히 궁핍한 수소 플라즈마에서와 같이 몇몇 상황하에서 달성될 것이다. 또한, 삼체 H 상호작용은 고온 H와 H2의 충돌로 인해 2개의 H 원자들이 발생할 때 쉽게 달성된다. 이것은 수많은 보기드물게 빠른 H를 갖는 플라즈마에서 일반적으로 일어날 수 있다. 이것은 원자 H 방출의 비정상적인 세기에 의해서 입증된다. 그러한 경우에 있어서, 에너지 전달은 통상적으로 수 옹스트롬의 충분한 근접거리 내에서 다극 커플링을 거쳐서 수소원자로부터 2개의 다른 수소 원자들 진행될 수 있다. 그러면, 3개의 수소 원자들 사이에서 2개의 원자들이 2H가 촉매로서 기능하도록 제 3 수소 원자로부터 54.4eV를 공명하여 비-방사적으로 수용하게 되는 반응은,
2H+ fast+2e-→ 2H + 54.4eV (26)
에 의해서 주어진다. 그리고, 전체 반응은,
여기에서 
은 수소 원자의 반경 및 양성자의 반경에 대해 1/3배 반경을 가지며, 
은 H의 반경에 대해 1/3배 반경을 갖는 대응하는 안정한 상태이다. 전자가 수소 원자의 반경으로부터 이 거리의 1/3의 반경으로 방사상 가속을 수행하게 됨에 따라서, 특징적인 빛 방출 또는 개재체 운동에너지로서 에너지가 방출된다.
3H+ fast+3e-→ 3H + 81.6eV (30)
에 의해서 주어진다. 그리고, 전체 반응은,
방정식 (28)의 
중간결과물로 인한 극단-자외선 연속 방사 대역은 122.4eV(10.1nm)의 단파장 컷오프를 가지며 긴 파장으로 확장될 것으로 예측되었다. 이러한 연속적인 대역은 실험적으로 확인되었다. 일반적으로, m·27.2eV의 수용으로 인한 H에서 
로의 천이는,
에 의해서 주어지고 대응하는 컷오프보다 긴 파장으로 연장되는 단파장 컷오프를 갖는 연속적인 대역과 에너지 
를 제공한다. 10.1nm, 22.8nm 및 91.2nm의 수소방출 시리즈들이 성간물질, 태양 및 백색 왜성에서 실험적으로 관찰되었다.
H2O의 퍼텐셜 에너지는 81.6eV이다(방정식 (43))[Mills GUT]. 동일한 메카니즘에 의해서, 발생기 H2O 분자(고체, 액체 또는 기체상태에서 결합된 수소가 아님)는 촉매로서 기능할 것이다(방정식 (44~47)). 10.1nm에서 그리고 소위 "하이드리노" 상태로 일컬어지는 저에너지로의 H의 이론적으로 예측된 천이에 대해 긴 파장으로 진행하는 연속적인 방사 대역은, BlackLight Power, Inc.(BLP) 시판되어 Harvard Center for Astrophysics(CfA)에서 재생산되는 맥동 결핍된 수소 방전으로부터 야기되는 것으로 관찰되었다. H에서 하이드리노 상태로의 예측된 천이에 부합하는 10 내지 30nm 영역에서의 연속적인 방사는, HOH 촉매를 형성하도록 H 환원을 수행하는 것에 대해 열역학적으로 유리한 금속 산화물들을 이용한 맥동 결핍된 수소 방전으로부터 야기되는 것으로 관찰된 반면, 바람직하지 않은 것들은 심지어 테스트한 저융점 금속들이 보다 강력한 플라즈마 공급원에서 강한 단파장 연속으로 금속 이온 플라즈마 형성에 매우 유리할지라도 어느 정도의 연속성을 보이지는 않았다.
이와는 달리, 빠른 H를 형성하기 위한 공명의 운동에너지 전달은 높은 운동에너지 H에 대응하는 보기 드문 발머 α라인 확장의 관찰에 부합하여 일어날 것이다. 2개 H에 대한 에너지 전달은 여기된 상태 촉매의 펌핑을 야기하고, 빠른 H는 바람직한 방정식 (24),(28) 및 (47)에 의해서 그리고 공명의 운동에너지 전달에 의해서 주어짐에 따라서 직접적으로 생성된다.
Ⅱ. 하이드리노스(Hydrinos)
에 의해서(여기에서, p는 1보다 큰 정수, 바람직하게는 2 내지 137) 주어진 결합에너지를 갖는 수소 원자는, 본 발명의 H 촉매반응의 생성물이다. 이온화에너지로서 또한 알려진 원자, 이온 또는 분자의 결합에너지는, 원자, 이온 또는 분자로부터 하나의 전자를 제거하는데 필요한 에너지이다. 방정식 (34)에서 주어진 결합에너지를 갖는 수소 원자는 하기에서는 "하이드리노 원자" 또는 "하이드리노"로서 언급된다. 반경 
(여기에서, 
는 보통의 수소 원자의 반경이고, p는 정수)의 하이드리노에 대한 표기는 
이다. 반경 
를 갖는 수소 원자는 하기에서는 "보통의 수소 원자" 또는 "정상적인 수소 원자"로서 언급된다. 보통의 수소 원자는 그것의 결합에너지가 13.6eV인 것으로 특징지워진다.
하이드리노들은,
m·27.2eV (35)
의 반응(여기에서, m은 정수)의 순수 엔탈피를 갖는 적당한 촉매와 보통의 수소 원자의 반응에 의해서 형성된다. 촉매 반응율은 반응의 순수 엔탈피가 m·27.2eV에 보다 근접하게 부합됨에 따라서 증가되는 것으로 믿고 있다. m·27.2eV의 ±10%, 바람직하게는 ±5% 내의 반응의 순수 엔탈피를 갖는 촉매들이 대부분의 응용에 대하여 적합하다는 것이 밝혀졌다. 이 촉매반응은 수소 원자의 크기 
에 있어서 부합하는 감소에 따라 수소 원자로부터 에너지를 방출한다. 예를 들면, H(n=1) 내지 H(n=1/2)의 촉매반응은 40.8eV를 방출하고, 수소반경은 
로부터 
로 감소한다. 촉매 시스템은, t 원자들의 이온화에너지의 합이 약 m·27.2eV (여기에서, m은 정수)가 되도록 각각의 원자로부터 연속적인 에너지 준위로의 t 전자들의 이온화에 의해서 제공된다. 동력원으로서, 촉매반응 동안에 방출된 에너지는 촉매로 손실된 에너지보다 훨씬 크다. 방출된 에너지는 종래의 화학반응에 비해서 크다. 예를 들면, 수소와 산소 가스들이 물을 형성하기 위해서 연소를 수행하는 경우에,
물의 형성의 공지된 엔탈피는 △Hf = -286kJ/mole 또는 수소 원자당 1.48eV이다. 그에 반해서, 촉매반응을 수행하는 각각의 (n=1) 보통의 수소 원자는 40.8eV의 순수 에너지를 방출한다. 또한, 추가의 촉매 천이들이 일어날 것이다: 
등등. 일단 촉매반응이 시작되면, 하이드리노스는 불균화반응으로서 일컬어지는 프로세스에서 자동 촉매화된다. 이 메카니즘은 무기 이온 촉매반응의 그것과 유사하다. 그런데, 하이드리노 촉매반응은 m·27.2eV에 대한 엔탈피의 양호한 부합으로 인해 무기 이온 촉매보다 높은 반응율을 가져야 한다.
Ⅲ. 하이드리노 촉매 및 하이드리노 생성물
약 m·27.2eV의 반응의 순수 엔탈피를 제공할 수 있는 수소 촉매들이 표 1에 나타나 있다(여기에서, m은 하이드리노를 생성하기 위한 정수(이에 의해 t 전자들이 원자로부터 이온으로 이온화됨)). 첫번째 열에 주어진 원자들이나 이온들은 10번째 열에 주어진 m·27.2eV의 반응(여기에서, m은 11번째 열에 주어짐)의 순수 엔탈피를 제공하도록 이온화된다. 이온화에 참여한 전자들은 이온화 퍼텐셜(이온화 에너지 또는 결합에너지로도 일컬어짐)을 갖는다. 원자나 이온의 n번째 전자의 이온화 퍼텐셜은 IPn으로 나타내고, CRC에 의해 주어진다. 즉, 예를 들면, Li + 5.39172eV → Li++e- 및 Li+ + 75.6402eV → Li2 ++e-. 첫번째 이온화 퍼텐셜 IP1 = 5.39172eV, 및 두번째 이온화 퍼텐셜 IP2 = 75.6402eV가 각각 두번째 및 세번째 열에 각각 주어진다. Li의 이중 이온화에 대한 반응의 순수 엔탈피는 10번째 열에 주어진 것과 같이 81.0319eV이고, 11번째 열에서 주어진 바와 같이 방정식 (5)에서 m = 3이다.
본 발명의 하이드리노 수소화 이온은 하이드리노, 즉 약 
(여기에서, 
이고 p는 1보다 큰 정수)의 결합에너지를 갖는 수소 원자와 전원의 반응에 의해서 형성될 수 있다. 하이드리노 수소화 이온은 
또는 
로 나타낸다.
하이드리노 수소화 이온은 보통의 수소 핵 및 약 0.8eV의 결합에너지를 갖는 2개의 전자들을 포함하는 보통의 수소화 이온과는 구별된다. 후자는 하기에서는 "보통의 수소화 이온" 또는 "정상적인 수소화 이온"로서 언급된다. 하이드리노 수소화 이온은 프로테움(proteum), 중수소, 또는 삼중수소를 포함하는 수소 핵 및 방정식 (39) 및 (40)에 따른 결합에너지의 구별하기 어려운 전자들을 포함한다.
하이드리노 수소화 이온의 결합에너지는 다음 식에 의해서 나타낼 수 있다:
여기에서, p는 1보다 큰 정수, s=1/2, π는 pi, ħ는 플랑크 상수 바, 
는 진공의 투자율, me는 전자의 질량, 
는 
에 의해서 주어진 감소된 전자 질량이고, 이때, mp는 양성자의 질량, 
는 수소원자의 반경이며, 
는 보어 반경이고, e는 기본 전하이다. 반경들은,
에 의해서 주어진다.
하이드리노 수소화 이온, p의 함수로서
(여기에서 p는 정수)의 결합에너지들이 표 2에 나타나 있다.
표 2. p, 방정식 (39)의 함수로서 하이드리노 수소화 이온 
의 대표적인 결합에너지.
본 발명에 따르면, p = 2 내지 23 및 p = 24 (H-) 보다 작은 것에 대한 보통의 수소화 이온의 결합에너지(약 0.75eV)보다 큰 방정식 (39) 및 (40)에 따른 결합에너지를 갖는 하이드리노 수소화 이온(H-)이 제공된다. 방정식 (39) 및 (40)의 p = 2 내지 p = 24에 대해, 결합에너지들은 각각 3, 6.6, 11.2, 16.7, 22.8, 29.3, 36.1, 42.8, 49.4, 55.5, 61.0, 65.6, 69.2, 71.6, 72.4, 71.6, 68,8, 64,0, 56,8, 47.1, 34,7, 19,3, 및 0.69 eV이다. 신규한 수소화 이온을 함유하는 예시적인 조성들이 여기에 또한 제공된다.
하나 또는 그 이상의 하이드리노 수소화 이온들 및 하나 또는 그 이상의 다른 요소들을 함유하는 예시적인 화합물들이 또한 제공된다. 그러한 화합물은 "하이드리노 수소화 화합물"로서 언급된다.
보통의 수소 종들은 다음의 결합에너지들 (a) 수소화이온, 0.754eV("보통의 수소화 이온"); (b) 수소 원자("보통의 수소 원자), 13.6eV; (c) 이원자 수소 분자, 15.3eV("보통의 수소 분자"); (d) 수소 분자 이온, 16.3eV("보통의 수소 분자 이온"); 및 (e) H3 +, 22.6eV("보통의 삼수소 이온")에 의해서 특징지워진다. 여기에서는, 수소의 형태를 참조하고, "정상적인"와 "보통의"은 동의어이다.
본 발명의 다른 실시 예에 따르면, (a) 
(여기에서, p는 2 내지 137 범위의 정수)의 약 0.9 내지 1.1배 범위와 같이 약 
의 결합에너지를 갖는 수소 원자;
(b) 
(여기에서, p는 2 내지 24 범위의 정수)의 약 0.9 내지 1.1배 범위와 같이
상기 결합에너지를 갖는 수소화 이온(H-); (c) H4 +(1/p); (d) 
(여기에서, p는 2 내지 137 범위의 정수)의 약 0.9배 내지 1.1배 범위와 같이 약 
의 결합에너지를 갖는 트리하이드리노 분자 이온, H3 +(1/p); (e) 
(여기에서, p는 2 내지 137 범위의 정수)의 약 0.9배 내지 1.1배 범위 와 같이 약 
의 결합에너지를 갖는 디하이드리노; 및 (f) 
(여기에서, p는 2 내지 137 범위의 정수)의 약 0.9배 내지 1.1배 범위와 같이 약 
의 결합에너지를 갖는 디하이드리노 분자 이온;과 같은 적어도 하나의 증가된 결합에너지 수소 종들을 포함하는 화합물이 제공된다.
본 발명의 다른 실시 예에 따르면, (a)
(여기에서, p는 정수, ħ는 플랑크 상수 바, me는 전자의 질량, c는 진공에서 빛의 속도 및 μ는 감소된 핵 질량)
= -p216.13392eV - p30.118755eV의 약 0.9배 내지 1.1배의 범위와 같이 상기 전체 에너지를 갖는 디하이드리노 분자 이온; 및 (b)
= -p231.351eV - p30.326469eV (여기에서, p는 정수이고 a0는 보어 반경)의 약 0.9배 내지 1.1배의 범위와 같이 상기 전체 에너지를 갖는 디하이드리노 분자;와 같은 적어도 하나의 증가된 결합에너지 수소 종들을 포함하는 화합물이 제공된다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 화합물은 음전하의 증가된 결합에너지 수소 종들을 포함하고, 상기 화합물은 양성자, 보통의 H2 +, 또는 보통의 H3 +와 같은 하나 또는 그 이상의 양이온들을 더 포함한다.
적어도 하나의 하이드리노 수소화 이온을 포함하는 화합물들을 준비하기 위한 방법이 여기에 제공된다. 그러한 화합물들은 하기에서는 "하이드리노 수소화 화합물"로서 언급된다. 상기 방법은 약 
(여기에서, p는 정수, 바람직하게는 2 내지 137 범위의 정수)의 결합에너지를 갖는 증가된 결합에너지 수소 원자를 생성하기 위해서, 원자 수소를 약 
(여기에서, m은 1보다 크고 바람직하게는 400보다 작은 정수)의 반응 순수 엔탈피를 갖는 촉매와 반응시키는 단계를 포함한다.
촉매의 후속 생성물은 에너지이다. 증가된 결합에너지 수소화 이온을 생성하기 위해서, 증가된 결합에너지 수소 원자는 전자 공급원과 반응할 수 있다. 증가된 결합에너지 수소화 이온은 적어도 하나의 증가된 결합에너지 수소화 이온을 포함하는 화합물을 생성하기 위해서 하나 또는 그 이상의 양이온과 반응할 수 있다.
물질의 신규한 수소 조성들은,
(a) (ⅰ) 대응하는 보통의 수소 종들의 결합에너지보다 크거나, 또는
(ⅱ) 대응하는 보통의 수소 종들은 불안정하거나 또는 보통의 수소 종들의 결합에너지는 주위 조건(표준온도와 압력, STP)하에서 열에너지보다 작기 때문에 관찰되지 않거나, 또는 네거티브인 어느 수소 종들의 결합에너지보다 큰 결합에너지를 갖는 적어도 하나의 중성, 양성 또는 음성의 수소 종들(하기에서는, "증가된 결합에너지 수소 종들"로서 언급함); 및
(b) 적어도 하나의 다른 요소를 포함할 수 있다. 본 발명의 화합물들은 하기에서 "증가된 결합에너지 수소 화합물들"로서 언급된다.
본 문맥에서 "다른 요소"는 증가된 결합에너지 수소 종들 이외의 요소를 의미한다. 그러므로, 다른 요소는 보통의 수소 종들 또는 수소 이외의 어느 요소가 될 수 있다. 화합물들의 한 그룹에 있어서, 다른 요소 및 증가된 결합에너지 수소 종들은 중성이다. 화합물들의 다른 그룹에 있어서, 다른 요소 및 증가된 결합에너지 수소 종들은 다른 요소가 중성 화합물을 형성하도록 밸런싱 전하를 제공하도록 대전된다. 화합물들의 전자 그룹은 분자 및 배위 결합에 의해서 특징지워지고, 후자 그룹은 이온 결합에 의해서 특징지워진다.
신규한 화합물들 및 분자 이온들이 또한 제공되는데, 이것들은,
(a) (ⅰ) 대응하는 보통의 수소 종들의 전체 에너지보다 크거나, 또는
(ⅱ) 대응하는 보통의 수소 종들은 불안정하거나 또는 보통의 수소 종들의 전체 에너지는 주위 조건하에서 열에너지보다 작기 때문에 관찰되지 않거나, 또는 네거티브인 어느 수소 종들의 전체 에너지보다 큰 전체 에너지를 갖는 적어도 하나의 중성, 양성 또는 음성의 수소 종들(하기에서는, "증가된 결합에너지 수소 종들"로서 언급함); 및
(b) 적어도 하나의 다른 요소를 포함한다.
수소 종들의 전체 에너지는 수소 종들로부터 전자들 모두를 제거하기 위한 에너지들의 합이다. 본 발명에 따른 수소 종들은 대응하는 보통의 수소 종들의 전체 에너지보다 큰 전체 에너지를 갖는다. 본 발명에 따른 증가된 전체 에너지를 갖는 수소 종들은 비록 증가된 전체 에너지를 갖는 수소 종들의 몇몇 실시 예들이 대응하는 보통의 수소 종들의 제 1 전자 결합에너지보다 작은 제 1 전자 에너지를 가질지라도, "증가된 결합에너지 수소 종들"로서 또한 언급된다. 예를 들면, p = 24일 때 방정식 (39) 및 (40)의 수소화 이온은 보통의 수소화 이온의 제 1 결합에너지보다 작은 제 1 결합에너지를 가지며, p = 24일 때 방정식 (39) 및 (40)의 수소화 이온의 전체 에너지는 대응하는 보통의 수소화 이온의 전체 에너지보다 훨씬 크다.
신규한 화합물들 및 분자 이온들이 또한 제공되는데, 이것들은,
(a) (ⅰ) 대응하는 보통의 수소 종들의 결합에너지보다 크거나, 또는
(ⅱ) 대응하는 보통의 수소 종들은 불안정하거나 또는 보통의 수소 종들의 결합에너지는 주위 조건하에서 열에너지보다 작기 때문에 관찰되지 않거나, 또는 네거티브인 어느 수소 종들의 결합에너지보다 큰 결합에너지를 갖는 다수의 중성, 양성 또는 음성의 수소 종들(하기에서는, "증가된 결합에너지 수소 종들"로서 언급함); 및
(b) 임의의 하나의 다른 요소를 포함한다. 본 발명의 화합물들은 하기에서는 "증가된 결합에너지 수소 화합물들"로서 언급된다.
증가된 결합에너지 수소 종들은 하나 또는 그 이상의 하이드리노 원자들을 전자, 하이드리노 원자, 상기 증가된 결합에너지 수소 종들 중 적어도 하나를 함유하는 화합물, 및 적어도 하나의 다른 원자, 분자, 또는 증가된 결합에너지 수소 종들과는 다른 이온의 하나 또는 그 이상과 반응시킴으로써 형성될 수 있다.
신규한 화합물들 및 분자 이온들이 또한 제공되는데, 이것들은,
(a) (ⅰ) 보통의 분자 수소의 전체 에너지보다 크거나, 또는
(ⅱ) 대응하는 보통의 수소 종들은 불안정하거나 또는 보통의 수소 종들의 전체 에너지는 주위 조건하에서 열에너지보다 작기 때문에 관찰되지 않거나, 또는 네거티브인 어느 수소 종들의 전체 에너지보다 큰 전체 에너지를 갖는 다수의 중성, 양성 또는 음성의 수소 종들(하기에서는, "증가된 결합에너지 수소 종들"로서 언급함); 및
(b) 임의의 하나의 다른 요소를 포함한다. 본 발명의 화합물들은 하기에서는 "증가된 결합에너지 수소 화합물들"로서 언급된다.
일 실시 예에 있어서, (a) p = 2 내지 23, 및 p = 24 일때 보통의 수소화 이온의 결합에너지(약 0.8eV)보다 큰 방정식 (39) 및 (40)에 따른 결합에너지를 갖는 수소화 이온("증가된 결합에너지 수소화 이온" 또는 "하이드리노 수소화 이온");
(b) 보통의 수소 원자의 결합에너지(약 13.6eV)보다 큰 결합에너지를 갖는 수소 원자("증가된 결합에너지 수소 원자" 또는 "하이드리노"); (c) 약 15.3eV보다 큰 제 1 결합에너지를 갖는 수소 분자("증가된 결합에너지 수소 분자" 또는 "디하이드리노"); 및 (d) 약 16.3eV보다 큰 결합에너지를 갖는 분자 수소 이온("증가된 결합에너지 분자 수소 이온" 또는 "디하이드리노 분자 이온");으로부터 선택된 적어도 하나의 증가된 결합에너지 수소 종들을 포함하는 화합물이 제공된다. 본 발명에 있어서, 증가된 결합에너지 수소 종들 및 화합물들은 저에너지 수소 종들 및 화합물들로서 또한 언급된다. 하이드리노스는 증가된 결합에너지 수소 종들 또는 등가의 저에너지 수소 종들을 포함한다.
Ⅳ. 추가의
MH
-타입 촉매 및 반응
일반적으로, t 전자들의 결합에너지와 이온화 에너지의 합이 약 m·27.2eV (여기에서, m은 정수)가 되도록 M-H 결합의 파괴와 각각의 원자 M으로부터 연속적인 에너지 준위로 t 전자들의 이온화를 더하는 것에 의해서 제공된 하이드리노스를 생성하기 위한 MH 타입 수소 촉매반응이 표 3A에 주어진다. 각각의 MH 촉매가 첫번째 열에 주어지고, 대응하는 M-H 결합에너지는 두번째 열에 주어진다. 첫번째 열에 주어진 MH 종들의 원자 M은 m·27.2eV의 반응의 순수 엔탈피에 두번째 열의 결합에너지의 추가를 제공하도록 이온화된다. 촉매의 엔탈피는 여덟번째 열에 주어지는데, 이때 m은 아홉번째 열에 주어진다. 이온화에 참여한 전자들에게는 이온화 퍼텐셜(또한 이온화에너지 또는 결합에너지로 일컬어짐)이 주어진다. 예를 들면, NaH의 결합에너지, 1.9245eV가 두번째 열에 주어진다. 원자나 이온의 n번째 전자의 이온화 퍼텐셜은 IPn으로 나타내고, 이것은 CRC에 의해서 주어진다. 즉, 예를 들면, Na + 5.13908eV → Na+ + e- 및 Na+ + 47.2864eV → Na2 + + e-. 첫번째 이온화 퍼텐셜, IP1 = 5.13908eV 및 두번째 이온화 퍼텐셜, IP2 = 47.2864eV가 각각 두번째와 세번째 열에 주어진다. NaH 결합의 파괴 및 Na의 이중 이온화에 대한 반응의 순수 엔탈피는 여덟번째 열에서 주어진 바와 같이 54.35eV이고, 9번째 열에서 주어진 바와 같이 방정식 (35)에서 m = 2이다. BaH의 결합에너지는 1.98991eV이고, IP1, IP2 및 IP3는 각각 5.2117eV, 10.00390eV, 및 37.3eV이다. BaH 결합의 파괴 및 Ba의 삼중 이온화에 대한 반응의 순수 엔탈피는 여덟번째 열에서 주어진 바와 같이 54.5eV이고, 9번째 열에서 주어진 바와 같이 방정식 (35)에서 m = 2이다. SrH의 결합에너지는 1.70eV이고, IP1, IP2, IP3, IP4 및 IP5는 각각 5.69484eV, 11.03013eV, 42.89eV, 57eV 및 71.6eV이다. SrH 결합의 파괴 및 Sr 내지 Sr5 +의 이온화에 대한 반응의 순수 엔탈피는 여덟번째 열에서 주어진 바와 같이 190eV이고, 9번째 열에서 주어진 바와 같이 방정식 (35)에서 m = 7이다.
표 3A. 약 m·27.2eV의 반응의 순수 엔탈피를 제공할 수 있는 MH 타입 수소 촉매들. 에너지들은 eV로 나타낸다.
다른 실시 예에 있어서, MH와 A의 전자 친화력(EA)의 차이, M-H 결합에너지, 및 M으로부터 t 전자들의 이온화 에너지를 포함하는 전자 열전달 에너지의 합이 약 m·27.2eV (여기에서, m은 정수)가 되도록 M-H 결합의 파괴와 각각의 원자 M으로부터 연속적인 에너지 준위로 t 전자들의 이온화를 더하는 것에 의해서 제공된 하이드리노스를 생성하기 위한 MH- 타입 수소 촉매들이 표 3B에 주어진다. 각각의 MH- 촉매, 억셉터 A, MH의 전자 친화력, A의 전자 친화력, M-H 결합에너지가 각각 첫번째, 두번째, 세번째 및 네번째 열에 주어진다. 이온화에 참여한 MH의 대응하는 원자 M의 전자들에게는 후속 열들에서 이온화 퍼텐셜(또한 이온화 에너지 또는 결합에너지로 일컬어짐)이 주어지고, 촉매의 엔탈피 및 대응하는 정수 m이 마지막 열에 주어진다. 예를 들면, 전자 전달 에너지가 다섯번째 열에서 주어진 바와 같이 1.07345가 되도록 OH 및 H의 전자 친화력은 각각 1.82765eV 및 0.7542eV이다. OH의 결합에너지는 여섯번째 열에서 주어진 바와 같이 4.4556eV이다. 원자나 이온의 n번째 전자의 이온화 퍼텐셜은 IPn으로 나타낸다. 즉, 예를 들면, O + 13.61806eV → O+ + e- 및 O+ + 35.11730eV → O2+ + e-. 첫번째 이온화 퍼텐셜, IP1 = 13.61806eV 및 두번째 이온화 퍼텐셜, IP2 = 35.11730eV가 각각 일곱째와 여덟번째 열에 주어진다. 전자 전달 반응, OH 결합의 파괴 및 O의 이중 이온화에 대한 반응의 순수 엔탈피는 열한번째 열에서 주어진 바와 같이 54.27eV이고, 열두번째 열에서 주어진 바와 같이 방정식 (35)에서 m = 2이다. 다른 실시 예들에 있어서, 그것의 EA와 하나 또는 그 이상의 전자들의 이온화 에너지의 합이 약 m·27.2eV(여기에서 m은 정수)가 되도록 음이온의 이온화에 의해서 하이드리노스를 형성하기 위한 H에 대한 촉매가 제공된다. 이와는 달리, 음이온의 제 1 전자가 억셉터로 전달되고, 이어서 전자 전달 에너지와 하나 또는 그 이상의 전자들의 이온화 에너지의 합이 약 m·27.2eV(여기에서 m은 정수)가 되도록 적어도 하나 이상의 전자의 이온화가 진행된다. 전자 억셉터는 H가 될 것이다.
표 3B. 약 m·27.2eV의 반응의 순수 엔탈피를 제공할 수 있는 MH- 타입 수소 촉매들. 에너지들은 eV이다.
다른 실시 예들에 있어서, 하이드리노스를 생성하기 위하여 음전하가 될 도너 A로부터 전자의 전달, M-H 결합의 파괴, 그리고 MH와 A의 이온화 에너지들의 차이, 결합 M-H 에너지, M으로부터 t 전자들의 이온화 에너지를 포함한 전자 전달 에너지의 합이 약 m·27.2eV (여기에서, m은 정수)가 되도록 각각의 M 원자로부터 연속적인 에너지 준위로 t 전자들의 이온화에 의해서 MH+ 타입 수소 촉매가 제공된다.
일 실시 예에 있어서, 촉매는 m·27.2eV, m = 1,2,3,4,...(방정식 (5))의 에너지를 받아들일 수 있는 접지 또는 여기된 상태의 원자, 양전하 또는 음전하 이온, 양전하 또는 음전하의 분자 이온, 분자, 엑시머, 화합물 또는 이들의 조합과 같은 어느 종들을 포함한다. 반응의 순수 엔탈피가 m·27.2eV에 근접하여 부합함에 따라서 촉매반응의 비율이 증가된다고 믿고 있다. m·27.2eV의 ±10%, 바람직하게는 ±5% 내에서 반응의 순수 엔탈피를 갖는 촉매들이 대부분의 응용에 대해 적당한 것으로 밝혀졌다. 낮은 에너지 상태로의 하이드리노 원자들의 촉매반응의 경우에 있어서, m·27.2eV (방정식 (5))의 반응의 엔탈피는 하이드리노 원자의 퍼텐셜 에너지와 동일한 요소에 의해서 상대론적으로 보정된다. 일 실시 예에 있어서, 촉매는 원자 수소로부터 에너지를 공명하여 비복사로 받아들인다. 일 실시 예에 있어서, 받아들인 에너지는 촉매의 퍼텐셜 에너지의 크기를 원자 수소로부터 전달된 양으로 감소시킨다. 초기에 결합된 전자들의 운동에너지의 보존으로 인하여 강력한 이온이나 전자들이 생기게 된다. 적어도 하나의 원자 H가 적어도 하나의 다른 것에 대한 촉매로서 기능하고, 이때 억셉터의 27.2eV 퍼텐셜 에너지는 전달에 의해서 또는 촉매화될 도너 H 원자로부터 나오는 27.2eV에 의해서 취소된다. 억셉터 촉매 H의 운동에너지는 빠른 양성자나 전자로서 보존될 것이다. 또한, 촉매화된 H에 형성된 중간 상태(방정식 (7))는 개재체에서 방사선 또는 유도된 운동에너지의 형태로 연속적인 에너지의 방출로 쇠퇴한다. 이러한 에너지 방출은 본 발명의 CIHT 전지에서 전류 유동을 초래할 것이다.
일 실시 예에 있어서, 분자 또는 양으로 대전되거나 음으로 대전된 이온 중 적어도 하나는 분자 또는 양으로 대전되거나 음으로 대전된 이온의 퍼텐셜 에너지의 크기에서 약 m27.2eV로 감소함에 따라서 원자 H로부터 약 m27.2eV를 받아들이는 촉매로서 기능한다. 예를 들면, Mills GUTCP에서 주어진 H2O의 퍼텐셜 에너지는,
분자의 퍼텐셜 에너지의 크기에서 동일한 에너지로의 감소에 따라 원자 H로부터 약 m27.2eV를 받아들이는 분자는 촉매로서 기능한다. 예를 들면, H2O의 퍼텐셜 에너지와 관련한 촉매반응(m = 3)은,
2Hfast + + O- + e- → H2O + 81.6eV (46)
그리고, 전체적인 반응은,
여기에서, 
는 수소 원자의 반경 및 양성자의 것에 4배와 같은 중앙 필드를 가지며, 
는 H의 1/4의 반경을 갖는 대응하는 안정한 상태이다. 전자가 원자 수소의 반경으로부터 이 거리의 1/4의 반경으로 방사상 가속을 수행하음에 따라서, 특징적인 빛 방출 또는 개재체 운동에너지로서 에너지가 방출된다.
0℃의 얼음으로부터 100℃의 물로 진행하는 증발 열에 있어서 10% 에너지 변화를 기초하여, 끓는 물에서 물 분자당 H 결합의 평균 개수는 3.6이다. 그러므로, 실시 예에 있어서, H2O는 하이드리노스를 형성하도록 촉매로서 기능하기 위해서 적당한 활성화 에너지를 이용하여 고립형 분자로서 화학적으로 형성되어야만 한다. 일 실시 예에 있어서, H2O 촉매는 발생기 H2O이다.
일 실시 예에 있어서, nH, O, nO2, OH, 및 H2O (n = 정수)중 적어도 하나는 촉매로서 기능할 것이다. 촉매로서 H와 OH 생성물은 H(1/5)가 될 것이며, 이때 촉매 엔탈피는 약 108.8eV이다. 촉매로서 H와 H2O 반응의 생성물은 H(1/4)가 될 것이다. 하이드리노 생성물은 낮은 상태로 반응하게 될 것이다. 촉매로서 H(1/4)와 H의 생성물은 H(1/5)가 될 것이며, 이때 촉매 엔탈피는 약 27.2eV이다. 촉매로서 H(1/4)와 OH의 생성물은 H(1/6)가 될 것이며, 이때 촉매 엔탈피는 약 54.4eV이다. 촉매로서 H(1/5)와 H의 생성물은 H(1/6)가 될 것이며, 이때 촉매 엔탈피는 약 27.2eV이다.
또한, OH의 퍼텐셜 에너지는,
이므로, OH는 촉매로서 기능할 것이다.
H 상태 p =1과 p = 2 사이에서 에너지의 차이는 40.8eV이다. 그러므로, OH는 H(1/2)을 형성하기 위한 촉매로서 기능하도록 H로부터 약 40.8eV를 받아들인다.
H2O와 유사하게, Mills GUTCP에서 주어진 아미드 작용기 NH2의 퍼텐셜 에너지는 -78.77719eV이다. CRC로부터, 각각의 대응하는 △Hf로부터 계산된 KNH2를 형성하기 위한 NH2의 반응에 대한 △H는 (-128.9-184.9)kJ/mole = -313.9kJ/mole(3.20eV)이다. CRC로부터, 각각의 대응하는 △Hf로부터 계산된 LiNH2를 형성하기 위한 NH2의 반응에 대한 △H는 (-179.5-184.9)kJ/mole = -364.4kJ/mole(3.78eV)이다. 그러므로, 하이드리노스를 형성하도록 H 촉매들로서 기능하는 알칼리 아미드 MNH2(M = K, NA, Li)에 의해서 수용될 순수 엔탈피는 각각 약 82.03eV, 81.98eV 및 82.56eV(방정식 (5)에서, m = 3)이고, 이것들은 아미드 그룹의 퍼텐셜 에너지와 아미드 그룹으로부터 아미드를 형성하기 위한 에너지의 합에 대응한다. 분자 하이드리노와 같은 하이드리노 생성물은 MAS NMR과 같은 수단에 의해서 관찰되는 높은장 매트릭스 이동을 야기할 것이다.
H2O와 유사하게, Mills GUTCP에서 주어진 H2S 작용기의 퍼텐셜 에너지는 -72.81eV이다. 이러한 퍼텐셜 에너지의 취소는 3p 쉘의 하이브리디제이션과 연관된 에너지를 또한 제거한다. 7.49eV의 이러한 하이브리디제이션 에너지는 수소화물 궤도 반경과 초기 원자 궤보 반경의 비율을 쉘의 전체 에너지에 곱한 것으로 주어진다. 또한, 1.10eV의 2개 S-H 결합들의 형성으로 인한 S3p 쉘의 에너지 변화는 촉매 에너지에 포함된다. 그러므로, H2S 촉매의 순수 엔탈피는 81.40eV(방정식 (3)에서, m = 3)이다. H2S 촉매는, 하기 반응
2MHS to M2S + H2S (49)
에 의해서 MHS(M = 알칼리)로부터 형성될 것이다.
이러한 가역적인 반응은 H를 하이드리노로 촉매화할 H2S를 생성하기 위해 천이상태에서 활성 촉매 상태에서 H2S를 형성할 것이다. 반응 혼합물은 H2S와 원자 H의 공급원을 형성하는 반응물들을 포함할 것이다. 분자 하이드리노와 같은 하이드리노 생성물은 MAS NMR과 같은 수단에 의해서 관찰되는 높은장 매트릭스 이동을 야기할 것이다.
또한, 원자 산소는 원자 수소의 보어 반경과 같은 동일한 반경의 쌍을 이루지 않은 2개의 전자들을 갖는 특별한 원자이다. 원자 H가 촉매로서 기능하는 경우, 다른 것에 대해서 촉매로서 기능하는 각각의 이온화된 H의 운동에너지가 13.6eV가 되도록 27.2eV의 에너지가 받아들여진다. 마찬가지로, 쌍을 이루지 않은 2개의 외부 전자들의 부수적인 이온화와 함께 OH의 O-H 결합의 파괴에 대한 순수 엔탈피가 표 3에 주어진 바와 같이 80.4eV가 되도록 O 이온에 전달된 운동에너지의 13.6eV에 의해서 O의 2개 전자들 각각이 이온화될 수 있다. OH" 내지 OH의 이온화 동안에, H(1/4) 및 O2+ + 2e-에 대하여 추가 반응에 대한 에너지 부합이 일어나고, 이때 방출된 에너지의 204eV가 CIHT 전지의 전력에 기여한다. 그 반응은 다음과 같이 주어진다:
Ofast 2 + + 2e- → O + 80.4eV (51)
그리고, 전체적인 반응은,
이고, 여기에서 방정식 (5)에서 m = 3이다. 운동에너지는 고온 전자들에서 또한 보존될 수 있다. 수증기 플라즈마에서 H 추진 역전의 관찰은 이 메카니즘의 증거이다. 분자 하이드리노와 같은 하이드리노 생성물은 MAS NMR과 같은 수단에 의해서 관찰된 높은장 이동을 야기할 것이다. FTIR, 라만, 및 XPS와 같이 분자 하이드리노 생성물을 확인하기위한 다른 방법들이 본 발명에서 주어진다.
일 실시 예에 있어서, 산소 또는 산소를 포함하는 화합물이 산화 및 환원 반응에 참여하는데, O2는 촉매 또는 촉매의 공급원으로서 기능한다. 산소 분자들의 결합에너지는 5.165eV이고, 산소원자의 제 1, 제 2 및 제 3 이온화 에너지는 각각 13.61806eV, 35.11730eV, 및 54.9355eV이다. 반응들, O2 → O + O2+, O2 → O + O3+, 2O → 2O+은 각각 Eh의 2배, 4배 및 1배의 순수 엔탈피를 제공하고, 하이드리노스의 형성을 야기하도록 H로부터 이러한 에너지들을 수용함으로써 하이드리노를 형성하기 위한 촉매 반응을 포함한다.
일 실시 예에 있어서, 분자 하이드리노 생성물은 역 라만 효과(IRE) 피크에서 약 1950cm-1로서 관찰된다. 이 피크는 IRE 피크를 보여주기 위해서 표면 증강 라만 산란(Surface Enhanced Raman Scattering; SERS)을 지지하는 라만 레이저 파장의 것과 비교할 수 있는 거칠기 특성이나 입자 크기를 포함하는 전도성 물질에 의해서 향상된다.
V. 촉매유기하이로전환 ( CIHT ) 셀
도 1에 도시된 촉매유기하이로전환(CIHT) 셀(400)은 음극(405)을 가진 음극격실(401), 양극(410)을 가진 양극격실(402), 선택적인 염다리(420) 및 적어도 하나의 쌍극성판을 포함하는 반응물들을 포함한다. 반응물들은 분리된 전자유동과 이온질량이동을 가진 셀 작동 중 전기와 열에너지 중 적어도 하나를 발생시키기 위한 하이드리노 반응물들을 구성한다. 반응물들은 다음 중에서 선택된 적어도 두 개의 성분들을 포함한다: (a) 적어도 하나의 H20공급원; (b) 산소 공급원, (c) 적어도 하나의 촉매 공급원 또는 nH, O, 02, OH, OH" 및 초기상태 H20로 선택된 그룹 중 적어도 하나를 포함하는 촉매(n은 정수); 그리고 (d) 적어도 하나의 원자수소 공급원 또는 원자수소. 상기 하나 또는 그 이상의 반응물은 적어도 하나의 촉매 공급원, 촉매, 원자수소 공급원 및 원자수소를 형성하고; 상기 하나 또는 그 이상의 반응물은 원자수소의 촉매작용을 촉발시키며(여기서 음극, 양극, 반응물 및 쌍극성판의 조합은 원자수소의 촉매작용이 하이드리노의 전파를 일으켜 로드(425)를 통해 외부전류 흐름을 일으키도록 각 음극 및 상응하는 양극 사이에 화학 퍼텐셜 또는 전압을 유지시킨다.), 상기 시스템은 전기분해 시스템을 더 포함한다. 다른 실시 예에서, CIHT 셀은 전극들(405, 410)을 통해 적용된 전기분해 전력 이상의 적어도 하나의 전기 및 열전력 이득을 생산한다. 일 실시 예에서, 전기화학 전력시스템은 가스를 살포할 수 있는 다공성 전극, 가스 확산 전극 및 수소 투과성 양극 중 적어도 하나를 포함한다. 여기서 적어도 하나의 산소와 H20는 공급원(430)으로부터 통로(430)를 통하여 음극(405)로 공급되며, H2는 공급원(431)으로부터 통로(461)을 통하여 양극(420)으로 공급된다.
어떤 실시 예들에서, 적어도 하나의 전기 및 열에너지를 생성하는 전기화학 전력시스템은 용기을 포함하고, 상기 용기은 적어도 하나의 음극; 적어도 하나의 양극; 적어도 하나의 쌍극성판; 그리고 (a) 적어도 하나의 H20 공급원; (b) 산소 공급원; (c) 적어도 하나의 촉매 공급원 또는 nH, O, 02, OH, OH- 및 초기상태 H20로 선택된 그룹 중 적어도 하나를 포함하는 촉매(n은 정수) 및 (d) 적어도 하나의 원자수소 공급원 또는 원자수소: 로 선택된 그룹 중 적어도 2개의 성분들을 포함하는 반응물들; 을 포함하며, 상기 하나 또는 그 이상의 반응물들은 적어도 하나의 촉매 공급원, 촉매, 원자수소 공급원 및 원자수소로 형성되고, 상기 하나 또는 그 이상의 반응물들은 원자수소의 전기분해를 촉발시키며, 상기 전기화학 전력시스템은 전기분해 시스템과 양극 재생 시스템을 더 포함한다.
다른 실시 예에서, 전압과 전기와 열에너지 중 적어도 하나를 생성하는 전기화학 전력시스템은 용기을 포함하고, 상기 용기은 적어도 하나의 음극; 적어도 하나의 양극; 적어도 하나의 쌍극성판; 그리고 (a) 적어도 하나의 H20 공급원; (b) 산소 공급원; (c) 적어도 하나의 촉매 공급원 또는 nH, O, 02, OH, OH- 및 초기상태 H20로 선택된 그룹 중 적어도 하나를 포함하는 촉매(n은 정수) 및 (d) 적어도 하나의 원자수소 공급원 또는 원자수소: 로 선택된 그룹 중 적어도 2개의 성분들을 포함하는 반응물들; 을 포함하며, 상기 하나 또는 그 이상의 반응물들은 적어도 하나의 촉매 공급원, 촉매, 원자수소 공급원 및 원자수소로 형성되고; 상기 하나 또는 그 이상의 반응물들은 원자수소의 전기분해를 촉발시킨다.
일 실시 예에서, 적어도 하나의 반응물은 분리된 전자 유동과 이온 질량 이동을 가진 셀 작동 중 형성된다. 한 실시 예에서, 음극, 양극, 반응물들 및 쌍극성판의 조합은 각 음극 및 상응하는 양극 사이에 화학 포텐셜 또는 전압이 유지되도록 원자수소의 촉매작용이 하이드리노의 전파를 일으키게 한다. 또한 상기 시스템은 개시되지 않은 경우 전기분해 시스템을 더 포함할 수 있다. 한 실시 예에서, 전기화학 전력시스템은 다공성 전극, 가스 확산 전극 및 수소 투과성 양극 중 적어도 하나를 포함하며, 여기서 산소와 H20 중 적어도 하나는 음극에 공급되고 H2는 양극에 공급된다. 전기화학 전력시스템은 수소화 양극과 수소 투과성 양극을 포함하는 적어도 하나의 표면을 가진 폐쇄형 수소 저장소 중 적어도 하나를 포함한다. 전기화학 전력시스템은 적어도 직렬과 병렬 중 하나의 방법으로 전기적으로 연결된 셀 적층 유닛을 포함한다. 일 실시 예에서, 전기화학 전력시스템은 전극에 연결된 매니폴드, 가스라인 및 가스채널을 각각 포함하는 적어도 하나의 가스공급시스템을 더 포함한다. 일 실시 예에서, 양극은 충전과정 중 다음의 재생 반응 단계들을 수행하여 전해질 반응물들로부터 재생되는 Mo로 구성된다:
MoO3 + 3MgBr2 to 2MoBr3 + 3MgO (-54 kJ/mole (298 K) -46 (600K))
MoBr3 to Mo + 3/2Br2 (284 kJ/mole 0.95V/3 electrons)
MoBr3 + Ni to MoNi + 3/2Br2 (283 kJ/mole 0.95V/3 electrons)
MgO + Br2 + H2 to MgBr2 + H2O (-208 kJ/mole (298 K) -194 kJ/mole (600 K)).
일 실시 예에서, 양극은 충전과정 중 Mo02, Mo03, Li20 및 Li2Mo04 중 적어도 하나를 포함하는 전해질 반응물들로부터 재생되는 Mo를 포함한다.
본 명세서에 개시된 전기화학 전력시스템은 수소 투과성 양극을 포함하는 적어도 하나의 표면을 가진 폐쇄형 수소 저장소를 포함할 수 있다. 현재 개시된 전기화학 전력시스템은 직렬과 병렬 중 적어도 하나의 방법으로 전기적으로 연결된 셀 적층 유닛을 포함하는 상대 음극들을 가진 백투백(back-to-back) 수소 투과성 양극들을 포함할 수 있다. 일 실시 예에서, 전기화학 전력시스템은 원주변에서 셀 중심을 향해 H20와 O2 중 적어도 하나를 이송하기 위하여 모세관 시스템과 방사상 가스 채널들 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 상기 방사상 가스 채널은 원주상 구멍들, 다공성 전극 및 다공층을 가진다. 수소 투과성 양극은 Mo, Mo 합금, MoNi, MoCu, TZM, HAYNES® 242® 합금, Ni, Co, Ni 합금, NiCo, 다른 전이와 내부 전이 금속 및 합금, 그리고 CuCo 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 실시 예들에서, 막 두께는 약 0.0001 cm에서 0.25 cm까지, 0.001 cm에서 0.1 cm까지, 그리고 0.005 cm에서 0.05 cm까지 중에서 선택된 적어도 하나의 범위 내에 있다. 투과성 또는 가스 살포 양극에 공급되는 수소 압력은 약 1 Torr에서 500 atm까지, 10 Torr에서 100 atm까지, 그리고 100 Torr에서 5 atm까지 중 적어도 어느 하나의 범위에서 유지될 수 있으며, 수소 침투 또는 살포 속도는 약 1 X 10-13 mole s-1 cm-2 내지 1 X 10-4 mole s-1 cm-2, 1 X 10-12 mole s-1 cm-2 내지 1 X 10-5 mole s-1 cm-2, 1 X 10-11 mole s-1 cm-2 내지 1 X 10-6 mole s-1 cm-2, 1 X I0-10 mole s-1 cm-2 내지 1 X 10-7 mole s-1 cm-2, 그리고 1 X I0-9 mole s-1 cm-2 내지 1 X 10-8 mole s-1 cm-2 중 적어도 하나의 범위 내에 있을 수 있다. 일 실시 예에서, 수소 투과성 양극은 하이드리노를 형성하기 위해 원자수소의 촉매작용을 촉진시키는데 효과적인 금속으로 피복된 투과성이 매우 높은 막을 포함할 수 있다. 수소 투과성 양극의 피복금속은 Mo, Mo 합금, MoNi, MoCu, MoCo, MoB, MoC, MoSi, MoCuB, MoNiB, MoSiB, Co, CoCu, CoNi 및 Ni 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, Ni과 H 투과성 금속은 Ni(H2), V(H2), Ti(H2), Nb(H2), Pd(H2), PdAg(H2), Fe(H2), Ta(H2), 스테인레스강 (SS) 및 430 SS (H2) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 일 실시 예에서, 전기화학 전력시스템의 전기분해 시스템은 원자수소 공급원 또는 원자수소를 제공하도록 간헐적으로 전기분해하며, 사이클의 정미 에너지 밸런스에 이득이 존재하도록 셀을 방전시킨다.
일 실시 예에서, 셀 반응물들은 다음에서 선택된 적어도 하나의 전해질을 포함한다: 적어도 하나의 용융 수산화물, 적어도 하나의 공융 염 혼합물; 적어도 하나의 용융 수산화물의 혼합물과 적어도 하나의 다른 화합물; 적어도 하나의 용융 수산화물과 염의 혼합물; 적어도 하나의 용융 수산화물과 할로겐 염의 혼합물; 적어도 하나의 알칼리 수산화물과 알칼리 할로겐화물의 혼합물; LiOH-LiBr, LiOH-NaOH, LiOH-LiBr-NaOH, LiOH-LiX-NaOH, LiOH-LiX, NaOH-NaBr, NaOH-NaI, NaOH-NaX 및 KOH-KX(여기서 X는 할로겐화물을 표현한다), 적어도 하나의 매트릭스, 그리고 적어도 하나의 첨가제. 첨가제는 적어도 하나의 양극 부식 생성물의 공통 이온 공급원인 화합물을 포함하며, 여기서 상응하는 공통 이온 효과는 양극의 부식을 적어도 부분적으로 방지한다. 공통 이온 공급원은 of CoO, NiO 및 Mo02 중 적어도 하나의 형성을 방지할 수 있다. 일 실시 예에서, 첨가제는 양극의 금속 양이온과 음이온, 수산화물, 할로겐화물, 산화물, 황화물, 인화물, 질화물, 탄화물, 크롬화물, 과염소산염, 그리고 과옥소산염을 포함하는 적어도 하나의 화합물과, 매트릭스와 산화물, 코발트 마그네슘 산화물, 니켈 마그네슘 산화물, 구리 마그네슘 산화물, CuO, CrO4, ZnO, MgO, CaO, MoG2, TiO2, ZrO2, SiO2, Al2O3, NiO, FeO 또는 Fe2O3, TaO2, Ta2O5, VO, VOv, V2O3, V2O5, P2O3, P2O5, B2O3, NbO, NbO2, Nb2O5, SeO2, SeO3, TeO2, TeO3, WO2, WO3, Cr3O4, Cr2O3, CrO2, 및 CrO3를 포함하는 화합물을 포함한다. 일 실시 예에서, 첨가제는 양극의 금속 양이온과 음이온을 포함하는 화합물, 수산화물, 할로겐화물, 산화물, 황산염, 인산염, 질산염, 탄산염, 크롬산염, 과염소산염 및 과옥소산염 중 적어도 하나와, 화합물은 매트릭스와 산화물, 코발트 마그네슘 산화물, 니켈 마그네슘 산화물, 동 마그네슘 산화물, CuO, CrO4, ZnO, MgO, CaO, MoG2, TiO2, ZrO2, SiO2, Al2O3, NiO, FeO 또는 Fe2O3, TaO2, Ta2O5, VO, VO2, V2O3, V2O5, P2O3, P2O5, B2O3, NbO, NbO2, Nb2O5, SeO2, SeO3, TeO2, TeO3, WO2, WO3, Cr3O4, Cr2O3, CrO2, 및 CrO3를 포함하는 화합물을 포함한다. 실시 예들에서, 전해질의 용융상태와 수소투과성 상태에 있는 박막 중 적어도 하나를 유지하는 셀 온도는 약 25℃ 내지 2000℃, 약 100℃ 내지 1000℃, 약 200℃ 내지 750℃ 및 약 250℃ 내지 500℃로 선택된 적어도 하나의 범위 내에 있으며, 전해질 용융점 위의 셀 온도는 용융점보다 높은 약 0℃ 내지 1500℃, 용융점보다 높은 0℃ 내지 1000℃, 0℃ 내지 500℃, 0℃ 내지 250℃ , 그리고 0℃ 내지 100℃ 중에서 적어도 하나의 범위 내에 있다. 실시 예들에서, 전해질은 수용성이고 알칼리성이며, 전해질의 pH와 셀 전압 중 적어도 하나는 양극의 안정성을 얻기 위하여 제어된다. 간헐적 전기분해와 방전 동안에 셀 당 셀 전압은 양극이 실질적으로 산화되는 것을 방지하는 포텐셜 보다 높게 유지될 수 있다.
일 실시 예에서, 셀은 충전과 방전상태 사이에서 간헐적으로 전환되는데, 여기서 (i) 충전상태는 적어도 반대 전압 극성의 전극에서 물의 전기분해를 포함하고, (ii) 방전 상태는 적어도 전극들 중 한 쪽 또는 양 쪽에서 H20 촉매의 형성을 포함하며; 여기서 (i) 음극 또는 양극과 같은 각 셀 내 각 전극의 역할은 충전과 방전상태 사이에서 전후로 전환되도록 반전되고, (ii) 전류 극성은 충전과 방전상태 사이에서 전후로 전환되도록 반전되며, 여기서 충전은 응용 전류 및 전압의 적용 중 적어도 하나를 포함한다. 실시 예들에서, 응용 전류 및 전압 중 적어도 하나는 약 0.001% 내지 약 95%의 범위의 사용률(duty cycle)을 포함하는 파형을 가지는데; 셀 당 피크 전압은 약 0.1 V 내지 10 V의 범위 내에 있고, 피크 전력 밀도는 0,001 W/cm2 내지 1000 W/ cm2, 평균 전력은 0.0001 W/cm2 내지 100 W/ cm2이다. 여기서, 응용 전류 및 전압은 직류전압과 직류 중 적어도 하나와, 그리고 교류와 전압 파형 중 적어도 하나를 포함한다. 또한 여기서, 파형은 약 1 Hz 내지 약 1000 Hz 범위내의 주파수를 포함한다. 간헐적 사이클의 파형은 전기분해와 간헐적 사이클의 방전상태 중 적어도 하나를 위하여 정전류, 전력, 전압 및 저항, 그리고 가변전류, 전력, 전압 및 저항 중 적어도 하나를 포함한다. 실시 예들에서, 사이클 중 적어도 하나의 상태에 대한 매개변수들은 다음을 포함한다: 간헐적 상태의 주파수는 약 0.001 Hz 내지 10 MHz, 약 0.01 Hz 내지 100 kHz 및 약 0.01 Hz 내지 10 kHz 중에서 선택된 적어도 하나의 범위에 있고; 셀 당 전압은 약 0.1 V 내지 100 V, 약 0.3 V 내지 5 V, 약 0.5 V 내지 2 V 및 약 0.5 V 내지 1.5 V 중에서 선택된 적어도 하나의 범위에 있고; 하이드리노를 형성하는데 작용하는 전극 면적 당 전류는 약 1 μA cm-2 내지 10 A cm-2, 약 0.1 mA cm-2 내지 5 A cm-2 및 약 1 mA cm-2 내지 1 A cm-2 중에서 선택된 적어도 하나의 범위에 있고; 하이드리노를 형성하는데 작용하는 전극 면적 당 전력은 약 1 μW cm-2 내지 10 W cm-2, 약 0.1 mW cm-2 to 5 W cm-2 및 약 1 mW cm-2 내지 1 W cm-2 중에서 선택된 적어도 하나의 범위에 있고; 하이드리노를 형성하는데 작용하는 전극 면적당 정전류는 약 1 μA cm-2 내지 1 A cm-2의 범위에 있고; 하이드리노를 형성하는데 작용하는 전극 면적 당 정전력은 약 1 mW cm-2 내지 1 W cm-2의 범위에 있고; 시간 간격은 약 10-4 s 내지 10,000 s, 10-3 s 내지 1000 s, and 10-2 s 내지 100 s, 및 10-1 s 내지 10 s 중에서 선택된 적어도 하나의 범위에 있고, 셀 당 저항은 약 1 mΩ 내지 100 MΩ, 약 1 Ω 내지 1 MΩ 및 10 Ω 내지 1 KΩ 중에서 선택된 적어도 하나의 범위에 있으며; 하이드리노를 형성하는데 작용하는 전극 면적당 적정 부하의 전도율은 약 10-5 Ω-1cm-2 내지 1000 Ω-1cm-2, 10-4 Ω-1cm-2 내지 100 Ω-1cm-2, 10-3 Ω-1cm-2 내지 10 Ω-1cm-2 및 10-2 Ω-1cm-2 내지 1 Ω-1cm-2 중에서 선택된 적어도 하나의 범위에 있고, 방전 전류, 전압, 전력 또는 시간간격 중 적어도 하나는 전력 또는 에너지 이득 중 적어도 하나가 사이클 이상이 되도록 하기 위해 전기분해 상태에서보다 더 크다. 방전 동안의 전압은 양극이 지나치게 부식되지 않도록 하는 범위 이상으로 유지될 수 있다.
일 실시 예에서, CIHT 셀은 Mo, MoPt, MoCu, MoNi, MoC, MoB 및 MoSi와 같은 Mo를 포함한다. 전해질은 용융염 또는 수용성 수산화물이나 탄산염과 같은 알칼리 수용성 전해질을 포함한다. 용융염은 공융염 혼합물과 같은 염 혼합물 또는 공융염 혼합물과 거의 같은 조성을 가진 혼합물, 또는 용융점이 가장 높은 화합물로부터 용융점을 낮춘 다른 혼합물을 포함한다. 수산화물은 알칼리 또는 알칼리 토류 수산화물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 혼합물은 알칼리성 또는 알칼리 토류 할로겐화물과 같은 할로겐화 화합물을 포함할 수 있다. 적절한 모범적 용융 전해질은 LiOH-LiBr 혼합물을 포함한다. 공융 혼합물과 같은 용융 혼합물이 될 수 있는 추가적인 적절한 전해질은 표 4에 주어진다. 용융염은 용융점 근처 500℃ 이상까지의 온도범위에서 실행될 수 있다. 양극은 H2를 침투 또는 살포와 같은 수단으로 표면에 공급함으로써 보호될 수 있다. 수소는 약 1 내지 100 atm의 압력범위에서 공급될 수 있다. 공급속도는 0.001 nmoles/cm2양극표면 내지 1,000,000 nmoles/cm2양극표면 의 범위에 있을 수 있다. 일 실시 예에서, 압력은 침투 및 살포속도 중 적어도 하나를로 제어한다. 속도는 셀에 의해 정미 전기에너지가 발생될 수 있도록 상응 H2 소모를 최소화하는 동안 양극을 산화부식과 같은 부식으로부터 보호하도록 선택된다.
표 4. 용융염 전해질들.
일 실시 예에서, 수소 전극 및 선택적 산소 전극은 도 2에 도시된 바와 같이 쌍극판(507) 요소에 의해 대체된다. 셀은 평면 정사각형 기하학적 형상으로 이루어질 수 있는데, 여기에 셀들은 전압을 형성하기 위해 적층될 수 있다. 각 셀은 양극 전류 컬렉터, 다공성 양극, 전해질 매트릭스, 다공성 음극 및 음극 전류 컬렉터를 포함하는 순환 유닛을 형성할 수 있다. 하나의 셀은 가스 분리기와 직렬 전류 컬렉터 모두로 작동하는 쌍극판을 구성할 수 있는 분리기 옆에 분리될 수 있다. 판은 직교류 가스 형상 또는 내부 다지관을 가질 수 있다. 도 2에 개시된 바와 같이, 인터컨넥션 또는 쌍극판(507)은 다수의 개별적인 CIHT 셀들을 포함하는 CIHT 셀 적층(500) 내에서 양극(501)을 인접한 음극(502)과 분리시킨다. 양극 또는 H2 판(504)은 주름지게 하거나 또는 포트(503)를 가진 다지관을 통해 공급되는 수소를 분배하는 채널(505)를 포함할 수 있다. 채널(505)를 가진 판(504)은 다른 실시 예들에서 수소 투과성 막 또는 간헐적 전기분해 음극(방전 양극)으로 대체된다. 포트들은 탱크와 같은 수소 공급원에 의해 공급되는 수소를 다지관으로부터 포트(503)을 통해 차례로 공급받는다. 판(504)은 수소를 전기화학 반응이 발생하는 능동 구역 내에 거품화 또는 살포하여 더 이상적 및 균등하게 분배할 수 있다. 쌍극판은 능동 구역에 산소를 배분하도록 H2 판과 유사한 구조를 가진 쌍극판의 산소판을 더 포함할 수 있으며, 여기서 산소 다지관은 산소 다지관과 포트(506)들을 따라 산소를 공급한다. 이 주름지거나 또는 채널화된 판들은 전기 전도되고, 능동 구역 내에서 양극과 음극 전류 컬렉터와 연결되며, 전기접속이 유지된다. 일 실시 예에서, 모든 인터컨넥션 또는 쌍극판은 양극과 음극 가스의 분리를 허용하도록 가스 분배 네트워크를 구성한다. 용융 밀봉은 두 개의 개별 판들 사이에 압착된 LiOH-LiBr-Li2AlO3 or MgO 타일과 같은 전해질/매트릭스의 연장으로 형성될 수 있다. 밀봉은 반응 가스들의 누설을 방지할 수 있다. 전해질은 현재 개시된 압착된 펠릿을 포함할 수 있다. LiOH과 같은 알칼리 수산화물 등의 수산화물과 LiBr과 같은 알칼리 할로겐화합물 등의 할로겐화합물과 MgO과 같은 매트릭스를 포함하는 전해질 펠릿을 형성하기 위한 압력은 제곱 인치 당 약 1톤 내지 500톤의 범위 내에 있다. 적층은 타이 로드를 더 포함할 수 있는데, 상기 타이 로드는 펠릿 전해질과 같은 전해질과 전극 사이에 바람직한 접촉을 유지하도록 적층의 단부에 압력판을 가진다. 전해질 또는 LiOH와 같은 수산화물 등의 성분이 증발과 같은 방법으로 이동하는 일 실시 예에서, 전해질은 수집되고 재순환될 수 있다. 이동하는 성분은 수집 구조 또는 전해질을 흡수하는 심지 구조 등의 구조로 수집될 수 있으며, 재순환은 역 이동을 일키도록 수집 또는 심지 구조를 가열하는 등의 열적인 방법으로 얻어질 수 있다.
CIHT 셀 시스템은 수정된 알칼리성 또는 용융 탄산염-타입과 같은 수정된 재래식 연료 셀을 포함할 수 있다. 일 실시 예에서, CIHT 셀은 도 2에 예시된 바와 같은 쌍극성판들의 적층을 포함하며, 여기서 산소와 H2O 중 적어도 하나는 음극으로 공급되고 H2는 양극으로 공급된다. 가스는 다공성 또는 확산 전극을 통해 확산으로 공급될 수 있으며, 또한 H2는 적절한 수소 투과성 전극을 통해 침투로 공급될 수 있다. 수소 투과성 전극은 Mo, MoNi, MoCu, TZM 및 HAYNES®242® 합금과 같은 Mo 합금, 그리고 Ni, Co, NiCo와 같은 Ni 합금, 그리고 다른 전이 및 내부 전이 금속과 CuCo와 같은 합금 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. H2의 적용은 전기 전력 이득이 유지되는 동안 양극 부식을 늦추는데 충분한 양으로 한다. 투과성 양극은 전류 밀도를 증가시킴에 따라 수소 투과 속도가 비례적으로 증가되도록 가동시킬 수 있다. 수소투과 속도는 박막에 수소압력을 증가시키는 것, 셀 온도를 높이는 것, 박막 두께를 감소시키는 것, 그리고 Mo 합금 등의 합금 중 금속 wt%와 같은 박막성분을 변화시키는 것 중 적어도 하나에 의해 제어될 수 있다. 일 실시 예에서, Pt나 Pd 등의 귀금속과 같은 수소 는 투과 속도를 증가시키기 위해 원자 H의 양이 증가되도록 Mo나 MoCu 양극과 같은 투과성 양극의 내부에 피복된다. 가스 압력은 각 셀로부터 요구되는 전력 출력, H2 투과 속도, 양극의 H2 보호, 음극에서의 산소 환원 속도 중 적어도 하나를 유지하는데 요구될 수 있다. 수소와 산소 압력 중 적어도 하나는 약 0.01 atm 내지 1000 atm, 0.1 atm 내지 100 atm 및 1 atm 내지 10 atm 중 적어도 하나의 범위 내에 있을 수 있다.
양극이 부식을 겪는 경우, 금속은 전해질로부터 전기도금될 수 있다. Mo 부식 생성물은 전해질 내에 용해될 수 있다. 일 실시 예에서, 전해질은 재생 화합물을 더 포함하며, 상기 재생 화합물은 전해질에서 양극으로 Mo 부식 생성물의 전착을 촉진시키고 재생 화합물을 재형성하기 위한 열역학적 사이클을 수행한다. 재생 화합물은 전해질에 용해될 수 있고 양극 상에 전기도금될 수 있는 전착 화합물을 형성하도록 Mo 부식 생성물과 반응할 수 있다. 상기 반응은 산화물-할로겐화물 교환반응과 같은 음이온 교환반응에 더하여 산화물 생성물을 추가적으로 형성하는 것을 포함할 수 있다. 전착 화합물은 양극의 원래상태 재생에 유리한 열역학적 사이클을 촉진시킬 수 있다. 수소는 사이클을 열역학적으로 유리하게 만들도록 양극에 부가될 수 있다. 일 실시에에서, 단계들은 다음 단계를 포함한다. (1) 재생 화합물을 재생시키는 산화제 반응물을 형성하도록 양극 금속의 양이온 및 산화될 수 있는 반대쪽 이온을 포함하는 전착 화합물을 형성하는 전해질의 재생 화합물에 의한, 부식 생성물, 양극 금속의 금속 산화물의 반응. 반응은 산화물 생성물을 추가적으로 형성할 수 있다. 전형적인 양극 금속은 Mo와 Mo 합금이다. 전형적인 재생 화합물은 MgBr2와 MgI2이다. (2) 적절한 전압과 전류를 적용하여 산화제 반응물을 형성하도록 양극 금속의 전착과 반대 이온의 산화를 일으키는 양이온의 환원; 전형적인 산화제 반응물은 Br2와 I2이며, 그리고 (3) 적어도 산화제 반응물과 선택적 H2의 반응. 여기서 재생 화합물과 열역학적으로 유리한 반응을 일으키는데 추가적으로 필요한 H2O를 형성하도록 산화물 생성물과 함께 열역학적으로 필요하다. 일 실시 예에서, MgBr2와 MgI2 중 적어도 하나와 같은 재생 화합물은 약 0.001 mole% 내지 50 mole%의 집중 범위 내에 유지된다. H2 공급 속도는 0.001 nmole/㎠양극표면 내지 1,000,000 nmole/㎠양극표면의 범위에 있을 수 있다.
일 실시 예에서, LiOH-LiBr과 같은 용융 전해질은 Mo 양극을 갖는 셀의 양극에 Mo를 전기증착시키기 위해 첨가물로서 MgBr2를 포함하는데, 여기서 본래의 재생 반응은 다음과 같다:
MoO3 + 3MgBr2 to 2MoBr3 + 3MgO (-54 kJ/mole (298 K) -46 (600K)) (53)
MoBr3 to Mo + 3/2Br2 (284 kJ/mole 0.95V/3 electrons) (54)
MoBr3 + Ni to MoNi + 3/2Br2 (283 kJ/mole 0.95V/3 electrons) (55)
MgO + Br2 + H2 to MgBr2 + H2O (-208 kJ/mole (298 K) - 194 kJ/mole (600 K)) (56)
일 실시 예에서, 최대 충전 전압은 Mo나 양극 상의 다른 양극 금속 위에 전착을 일으키는 것보다 높다. 전압은 약 0.4 V 내지 10 V, 0.5 V 내지 2 V 및 0.8 V 내지 1.3 V 중 적어도 하나의 범위에 있을 수 있다. 양극은 MoPt, MoNi, MoCo 및 MoCu와 같은 합금 또는 금속 혼합물 형태의 Mo를 포함할 수 있다. 합금 또는 혼합물은 Mo의 전기증착을 개선할 수 있다. 일 실시에에서, Mo와 H2O의 반응은 전해질의 OH-에 더하여 H2를 생성한다; 그래서, 충전 전압은 전해질 내의 Mo이온들로부터 Mo를 양극 위에 뚜렷하게 전착시키는 정도 이상으로 가동된다. 일 실시 예에서, 연속적인 방전과 연속적인 충전의 개별적인 긴 지속 기간은 충전보다 방전동안 더 많은 에너지가 방출되도록 유지된다. 충전시간은 약 0.1초 내지 10일, 60초 내지 5일 및 10분 내지 1일 중 적어도 하나의 범위내에 있을 수 있다. 방전시간은 상응하는 충전시간보다 길다. 일 실시 예에서, 충전동안 Mo와 같은 충분한 양극 금속이 부식에 의해 손실된 것을 대체하도록 증착되어서, 전극은 정상상태에서 Mo화합물의 전해질 농도에 따라 일정한 Mo내용물로 유지된다.
일 실시 예에서, LiOH-LiBr와 같은 용융 전해질은 Mo 양극을 가진 셀의 양극에 Mo를 전기증착시키기 위한 첨가제로서 MgI2를 포함하며, 여기서 본래 상태의 재생 반응은 다음과 같다:
Mo02 + 2MgI2 to M0I + I2 + 2MgO (16 kJ/mole (298K) -0.35 kJ/mole (600K)) (57)
M0I2 to Mo + (103 kJ/mole 0.515 V/2 electrons) (58)
M0I2 + Ni to MoNi + I2 (102 kJ/mole 0.51 5 V/2 electrons) (59)
MgO + I2 + H2 to MgI2 + H20 (-51 kJ/mole (298K) 5 kJ/mole (600 K)) (60)
양극은 MoPt, MoNi, MoCo 및 MoCu와 같은 합금 또는 금속 혼합물의 형태인 Mo를 포함한다. 합금 또는 금속 혼합물은 Mo의 전기증착을 개선할 수 있다. 일 실시 예에서, LiOH-LiBr와 같은 용융 전해질은 Mo 양극을 가진 셀의 양극에 Mo를 전기증착시키기 위한 첨가제로서 MgSO4를 포함한다. 황산염은 Mo를 양극 상에 전착되도록 허용하는 몰리브덴 황산염을 형성하기 위하여 산화몰리브덴의 산화물과 교환반응을 수행한다.
일 실시 예에서, LiOH-LiBr와 같은 용융 전해질은 Mo 양극을 가진 셀의 양극에 Mo를 전착시키기 위한 첨가제로서 MoS2, MoSe2 및 Li2MoO4 중 적어도 하나를 포함한다. 일 실시 예에서, 황화물과 셀렌화물 중 적어도 하나는 양극에 Mo의 전착을 허용하는 황화몰리브덴 또는 셀렌화몰리브덴을 형성하기 위하여 산화몰리브덴의 산화물과 교환반응을 수행한다. 황화물이 황산염으로 또는 셀렌화물이 셀렌산염으로 산화되는 것을 방지하기 위하여, 산소 환원 음극은 FeOOH 또는 NiOOH 등의 옥시수산화물 음극과 같이 산소를 필요로 하지 않는 수산화물을 포함하는 산화-환원 화학반응에 참여하는 용융-수산화물-전해질-안정성 음극으로 대체될 수 있다. 전형적인 셀들은 밀봉된 [Mo/LiOH -LiBr-MoS2/FeOOH], [Mo/LiOH-LiBr-MoSe2/FeOOH], [Mo/LiOH-LiBr-MoS2-MoSe2/FeOOH], [Mo/LiOH-LiBr-Li2MoO4-MoS2/FeOOH] 및 [Mo/LiOH-LiBr-Li2MoO4-MoSe2-MoS2/FeOOH] 또는 아르곤 환경과 같은 비활성 환경을 가지는 것들이다.
다른 실시 예에서, 화합물은 전해질에 용해될 수 있고 양극에 전착될 수 있는 화합물을 형성하도록 양극의 금속산화물 부식산물과 반응하는 전해질에 부가된다. Mo를 포함하는 양극을 가진 셀의 실시 예에서,, Li2O는 LiOH-LiBr 전해질에 부가된다. Li2O는 전해질에 용해될 수 있고 양극 상에 재도금되는 Li2MoO를 형성하도록 MoO3 부식산물과 반응한다. 일 실시 예에서, 밀봉된 셀은 O2가스 또는 건공기와 같은 건조한 산소공급원을 공급받아서, Li2O가 LiOH로 수화되지 않고 남는다. H2O는 운행 중 셀 내에 생성된다; 그래서, 건조한 O2 공급원의 유동속도는 Li2MoO4를 형성하는 반응에 Li2O를 이용할 수 있게 하기 위해 셀 내에 H2O의 집중이 얻어지도록 유지된다. 일 실시 예에서, Li2O 농도는 약 0.001 mole% 내지 50 mole% 범위에서 유지된다. H2O는 셀을 H2O가 Mo와 반응하는 온도 이하로 냉각시키고, H2O의 요구되는 양을 부가한 다음, 셀 온도를 다시 높임으로써 소모된 H2O를 보충하도록 셀에 부가된다. 전형적인 셀들은 [Mo/LiOH-LiBr-Li2MoO4/NiO (O2)] 및 [Mo/LiOH-LiBr-Li2MoO4-MoS2/NiO (O2)] 이다.
일 실시 예에서, 셀은 니켈과, LiOH-LiBr 같은 용융 전해질과, NiBr2와 같은 니켈 할로겐화물 등의 양극의 할로겐화물로서 전이금속 할로겐화물과 같은 금속 할로겐화물 전해질 첨가제를 더 포함한다. 일 실시 예에서, 셀은 산소 첨가없이 밀봉된다. 셀은 가열된 저장소와 같은 H2O 공급원을 가지고 H2O의 부가를 지속시킨다. 음극 반응은 내부 전기분해 반응으로부터의 수산화물과 산소에 대한 H2O의 환원반응일 수 있다. 추가적인 외부 공급 산소의 부재는 양극 부식을 방지할 것이다. 산소 음이온의 형성은 하이드리노 반응을 촉진시키는 옥시수산화물의 형성을 차례로 일으킬 수 있다.
촉매 형성 반응과 방전 중 발생되는 다음으로 주어진 상대 단극-셀 반응을 고려한다.
양극:
OH- + H2 → H2O + e- + H(1/p) (61)
음극:
O2 + 2H2O + 4e- → 4OH- (62)
전체 반응은 다음과 같이 될 수 있다.
2H2 + 1/2O2 → H2O + 2H(1/p) (63)
여기서, H2O는 촉매로 작용한다. 전형적인 이온-전달, 또한 H2O를 발생하는 전해질- H2O 반응은 다음과 같다.
양극:
20OH- → 2H + O2 - + e- (64)
음극:
O2 - + H2O + e- → 1/2O2 + 2OH- (65)
양극:
2OH- → H + HOO- + e- (66)
음극:
HOO- + 1/2H2O + e- → 2OH- + 1/4O2 (67)
양극:
3OH- → O2 + H2O + H + 3e- (68)
음극:
3/4O2 + 3/2H2O + 3e- → 3OH- (69)
여기서, 식 (64), (66), 및 (68)의 수소는 하이드리노를 형성하도록 반응할 수가 있다:
2H → 2H(1/4) (70)
전체 반응은 다음과 같다.
H2O → 1/2O2 + 2H(1/4) (71)
H2O → 1/2O2 + H2 (72)
여기서 식 (64), (66) 및 (68)은 부가적으로 H20 촉매를 형성하도록 작용할 수 있고, 식 (65), (67) 및 (69)의 산소는 각각 식 (61)과 (62)에 따라 작용하고 OH-를 형성할 수 있다. 산화물, 과산화물, 초과산화물 및 HOO-와 같은 다른 산소 종과 그에 상응하는 산화-환원 반응은 하이드리노 형성으로부터 발생된 에너지에 의해 생성된 초과 전류가 흐르는 동안 H, 촉매 및 하이드리노 중 적어도 하나를 형성하도록 H2O의 자발적 전기분해에 포함될 수 있다. 다른 실시 예에서, 양극은 Mo를 포함하고 전해질 첨가제는 몰리브덴 할로겐화물을 포함한다.
일 실시 예에서, 전해질, 양극 및 음극 중 적어도 하나는 중간에 금속 옥시수산화물을 통하여 HOH 촉매와 H를 형성시키는 재료와 화합물을 포함한다. 셀은 LiOH-LiBr와 같은 용융염 전해질과 KOH와 같은 수용성 전해질을 포함한다. 양극에서 HOH 촉매를 형성하기 위한 Ni 또는 Co 등의 수산화물 및 옥시수산화물의 전형적인 반응은 다음과 같다.
Ni(OH)2 + OH- to NiOOH + H20 + e- (73)
그리고
Ni(OH)2 to NiO +H20 (74)
반응 또는 반응들은 적어도 부분적으로는 열적으로 구동될 수 있다. 일 실시 예에서, 양극의 표면은 부분적으로 산화된 상태로 유지된다. 산화된 상태는 수산기, 옥시수산기 및 산화물 그룹 중 적어도 하나를 포함한다. 산화된 표면 그룹은 HOH와 원자수소 같은 하이드리노를 형성하기 위한 촉매 중 적어도 하나의 형성에 참여할 수 있는데, 여기서 원자 수소는 하이드리노 촉매와 하이드리노들 중 적어도 하나를 형성하기 위해 양극과 전해질 중 적어도 한 종과 반응할 수 있다. 일 실시 예에서, 양극과 전해질 중 적어도 하나는 부분적 산화를 지원하는 종 또는 재료를 포함한다. 양극은 금속, 합금 또는 산화된 표면을 이루는 혼합물을 포함할 수 있는데, 산화된 표면은 실질적으로 부식되지 않을 수 있다. 양극은 산화 피복을 가역적으로 형성하는 희귀금속, 귀금속, Pt, Pd, Au, Ir, Ru, Ag, Co, Cu 및 Ni 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 다른 적절한 재료는 산화시키는 것들이며, 산화되는 유형은 수소와 즉시 환원된다. 일 실시 예에서, 적어도 하나의 화합물 또는 종이 양극의 산화 상태를 유지하도록 전해질에 부가된다. 전형적인 첨가제는 LiF와 KX (X = F, CI, Br, I)와 같은 알칼리와 알칼리토류 할로겐화물이다. 일 실시 예에서, 셀은 양극을 하이드리노 반응 전파를 위한 적절한 산화 상태로 유지하는 전압 범위에서 작동된다. 전압 범위는 두드러진 양극 부식 없이 작동을 더 허용할 수 있다. 간헐적 전기분해 파형은 적절한 전압 범위를 유지할 수 있다. 그 범위는 약 0.5V 내지 2V, 약 0.6V 내지 1.5V, 약 0.7V 내지 1.2V, 약 0.75V 내지 1.1V, 약 0.8V 내지 0.9V, 그리고 약 0.8V 내지 0.85V 중 적어도 하나가 될 수 있다. 간헐적 사이클의 각 충전 및 방전 단계 동안 파형은 제한된 전압 또는 제어된 전압 중 적어도 하나, 제어된 시간제한, 그리고 제어된 전류일 수 있다. 일 실시 예에서, 산소 환원에 의해 음극에 형성된 산소 이온들은 셀의 이온 전류를 운반한다. 산소 이온 전류는 양극의 필요한 산화상태를 유지하도록 제어된다. 산소 이온 전류는 음극과 양극 산소 압력 중 적어도 하나를 증가시키는 방법으로 셀 전류를 증가시키는 것 및 산소 환원 속도를 증가시키는 것 중 적어도 하나에 의해서 증가될 수 있다. 산소 유동은 NiO, 리튬산화 NiO, CoO, Pi 및 희토류 산화물과 같은 음극 산소 환원 촉매를 사용하여 음극에서 산소 환원 속도를 증가시킴으로써 증가될 수 있으며, 증가된 산소 전류는 양극에서의 옥시수산화물의 형성을 지원한다. 일 실시 예에서, CIHT 셀 온도는 높은 온도를 선호하는 하이드리노 반응 속도가 최대화되도록 조절되는 반면, 더 낮은 온도를 선호하는 옥시수산화물 분해를 피하게 된다. 일 실시 예에서, 온도는 약 25℃ 내지 1000℃, 300℃ 내지 800℃, 그리고 400℃ 내지 500℃ 중 적어도 하나의 범위에 있다.
일 실시 예에서, 간헐적 또는 연속적 방전 사이클의 충전과 방전 중 적어도 하나의 전류 밀도는 매우 높아서 하이드리노 형성 속도를 증가시킨다. 피크 전류밀도는 0.001 mA/㎠ 내지 100,000 A/㎠, 0.1 mA/㎠ 내지 10,000 A/㎠, 1 mA/㎠ 내지 1000 A/㎠, 10 niA/㎠ 내지 100 A/㎠, 그리고 100 mA/㎠ 내지 1 A/㎠ 중 적어도 하나의 범위에 있을 수 있다. 셀은 정미 전력이 셀에 의해 발생하도록 충전과 방전 전압범위 사이에 수용할 수 있는 차이를 유지하기 위해 사이클의 각 과정을 짧은 시간 지속시킴으로써 고전류에서 간헐적으로 충전 및 방전될 수 있다. 시간 간격은 약 10-6s 내지 10s 및 10-3s 내지 1s 에서 선택된 적어도 하나의 범위 내에 있다. 전류는 AC, DC 또는 AC-DC 혼용일 수 있다. 일 실시 예에서, 전기 전력 컨버터에 자기유체역학 플라즈마를 포함하면, 전류는 DC 여서 DC 자기장이 전류에 의해 생산된다. 일 실시 예에서 충전과 방전 전류 중 적어도 하나는 AC 변조를 포함한다. AC 주파수는 약 0.1Hz 내지 10GHz, 1Hz 내지 1MHz, 10Hz 내지 100kHz, 그리고 100Hz 내지 10kHz의 범위에 있을 수 있다. 변조의 피크 전압은 약 0.001V 내지 10V, 0.01V 내지 5V, 0.1V 내지 3V, 0.2V 내지 2V, 0.3V 내 지1.5V, 그리고 0.5V 내지 1V 에서 선택된 적어도 하나 안에 있을 수 있다. 일 실시 예에서, 전류 펄스는 더 높은 전압 또는 전류 중 적어도 하나를 얻도록 전송라인을 따라 전달된다. 적용된 고전류 펄스가 AC인 전형적인 경우에, 가장 빠른 속도는 전류가 약 0 A에서 최대 율로 변할 때 얻어질 수 있으며, 이는 샘플로부터 충전을 끌어낼 수 있는 최대 능력에 상응한다. 전극 분리는 고전류 밀도를 허용하도록 셀 저항 감소를 최소화시킬 수 있다. 분리 거리는 전류 밀도, 셀 저항, 전압과 다른 전기적 매개변수들을 모니터링함으로써 그리고 분리를 조절하는 그 값들을 하나 이상 사용함으로써 동적으로 제어될 수 있다. 전극은 모서리나 뾰족한 부분과 같은 표면의 특정지역에 전류가 집중되도록 설계될 수 있다. 일 실시 예에서, 전극은 약 500mA/㎠ 또는 그 이상과 같이 고전류 밀도를 얻기 위해 자기장과 전류 밀도가 집중되도록 큐브 또는 바늘 또는 다른 모서리를 가진 기하학적 형상을 포함한다.
일 실시 예에서, 양극은 수소화물과 수소결합물 중 적어도 하나를 형성하는 희귀, 전이 및 내부 전이 금속 중 적어도 하나와 같은 금속 재료를 포함한다. 재료는 양극의 표면에 유효한 원자 수소를 증가시킬 수 있다. 증가된 표면 수소는 하이드리노 반응의 필요한 속도와 양극 부식으로부터의 보호 중 적어도 하나를 유지하기 위하여 수소 살포 또는 침투 속도의 감소를 허용할 수 있다. 전형적인 금속은 Pt, Pd, Au, Ir, Ru, Co, Cu, Ni, V 및 Nb 와, 단독이나 혼합물 또는 합금으로 필요한 양이 존재할 수 있는 혼합물들이다. 금속과 같은 재료는 수소 해리체로서 작용할 수 있다. 증가된 원자 수소는 하이드리노 반응 속도의 증가와 부식 방지에 대한 수소의 유효성 개선 중 적어도 하나를 제공하도록 작용할 수 있다. 전형적인 해리 금속은 Pt, Pd, Ir, Ru, Co, Ni, V 및 Nb 이다. 일 실시 예에서, 화합물 또는 재료는 양극 및 셀 전압을 증가시키는 전해질 중 적어도 하나에 부가된다. 증가는 전극 과전압, 하이드리노 반응 속도 및 양극의 페르미 준위 중 적어도 하나를 변화시킬 수 있다. 해리 금속은 수소 투과성 양극을 가로지르는 수소의 유동속도를 증가시킬 수 있다. 전형적인 양극 금속 첨가제는 Pt와 Au이며, 여기서 첨가제는 합금 또는 혼합물을 형성하도록 지배적으로 Ni 양극 쪽에 있을 수 있다. 전형적인 전해질 첨가제는 MgI2, CaI2, MgO 및 Zr02이다. 일 실시 예에서, 귀금속 또는 PtNi나 PtAuPd 등의 혼합물이나 합금 같은 귀금속을 첨가한 금속을 포함하는 양극은 낮은 과전압을 가지면서 충전 과정 동안 전기분해로부터 수소의 더 높은 수율을 제공하기 때문에 귀금속이 없어도 Ni과 같은 베이스 금속보다 더 높은 작동 전압을 가진다. 편평한 고전압 밴드를 유지하기 위한 H2는 전기분해로 인해 방전 동안 외부로 투과되는 저장소에 저장될 수 있다. 일 실시 예에서, 양극 표면에 공급되는 H2는 전기분해로부터만 발생한다.
일 실시 예에서 화합물은 음극 표면에서의 반응 속도를 증가시키고 양극을 안정시키기 위하여 LiOH-LiBr 와 같은 전해질에 부가될 수 있다. 적절한 첨가제는 CsOH와 NaOH 중 적어도 하나와 같은 알칼리 수산화물, 알칼리 토류 수산화물, 알칼리성이나 알칼리성 토류 할로겐화물, 그리고 CoO, NiO, LiNi02, CoO, LiCo02 와 같은 산화물, 그리고 ZrO, MgO 와 같은 희귀 토류 산화물, 염기성을 증가시키는 다른 화합물, CeO2, La20 , MoOOH, MoCl4, CuCl2, CoCl2, TiOOH, GdOOH, CoOOH, InOOH, FeOOH, GaOOH, NiOOH, AlOOH, CrOOH, MoOOH, CuOOH, MnOOH, ZnOOH 및 SmOOH 와 같은 옥시수산화물, Fe compound such as an oxide such as Fe203 or a halide such as FeBr2와 같은 산화물이나 FeBr2와 같은 할로겐화물, Li2S04와 같은 황산염, Li3PQ4와 같은 인산염, Li2W04와 같은 텅스텐산염, Li2C03와 같은 탄산염, 양극에 LiNi02를 형성할 수 있는 NiO 또는 Ni(OH)2, 양극에 LiFe02를 형성하는 Fe203와 같은 철 화합물, 양극에 MgNiOx를 형성하는 MgO, 크고 안정된 분자 양이온과 같은 큰 양이온 또는 l-부틸-3-메틸리미다졸-3-이움 헥사플루오포스페이트, 베타인 비스(트리플루오로메탄술폰닐)이미드 또는 N-부틸-N-메틸 피롤리디늄 비스(트리플루오로메탄술포닐)이미드와 같은 안정된 금속 화합물, 그리고 LiHS와 같은 HS-를 포함하는 화합물와 같은 안정된 금속 컴플렉스를 가진 화합물 중 적어도 하나이다. 일 실시 예에서, 첨가제는 CsOH의 Cs+ 이온과 같은 큰 양이온을 가진 화합물 또는 알칼리 토류화합물 또는 비스무스 화합물의 Bi3 +와 같이 더 큰 전하를 가진 것을 포함한다. 농도는 지나친 부식을 피하기 위해 조절된다. 전형적인 낮은 농도는 약 1mole% 보다 작거나 5 mole% 보다 작다. 일 실시 예에서, 음극에서 환원될 수 있고 양극으로 이동하며 양극에서 산화될 수 있는 첨가제가 부가된다. 따라서 화합물은 식(61) 내지 (63)으로 주어진 반응들에서의 전류에 더하여 암 전류를 일으킨다. 첨가제는 배수의 안정된 산화 상태를 가질 수 있다. 전형적인 적절한 첨가제는 FeBr2, FeBr3, FeO, Fe203, Fe(OH)2 및 Fe(GH)3, 그리고 전이금속이 Fe를 대체한 것 등의 다른 금속들이다. 첨가제는 하이드리노 반응의 속도를 증가시키도록 고전류를 일으킬 수 있다.
일 실시 예에서, 양극은 1차 금속과 첨가제를 포함하는데, 상기 첨가제는 Ag, Ce02 또는 La203와 같은 희토류 산화물, 그리고 Pt, Ir, Re, Pd 또는 AuPdPt와 같은 귀금속 또는 귀금속의 혼합물이나 합금 중 적어도 하나이다. Li2C03, Li20, NiO 또는 Ni(OH)2 중 하나는 양극에서 LiNi02를 형성하는 첨가제로서 작용할 수 있다. LiNi02는 전도성을 변화시킬 수 있고, 전기화학 작동 중 산화물-수산화물의 상호전환, 또는 하이드리노 반응을 용이하게 하는 Li+ + 전자 반응을 촉진시킨다. 첨가제는 각 충전과 방전 동안 양극에서 H2 또는 H20의 변화 중 적어도 하나에 대한 과전압을 낮출 수 있다. 실시 예들에서, Pt 양극 첨가제와 CsOH 전해질 첨가제를 포함하는 셀들은 [NiPt(H2)/LiOH-LiBr-CsOH)/NiO], [CoPt(H2)/LiOH-LiBr-CsOH)/NiO] 및 [MoPt(H2)/LiOH-LiBr-CsOH)/NiO]이다. 실시 예들에서, 테이브 주조된 것과 같은 양극과 전해질 중 적어도 하나에 대한 첨가제는 고체-산화물 연료 셀 전해질, 산화물 전도체, Sr도 포함할 수 있는 이트리아 안정화 지르코니아(YSZ)(common 8%가 Y8SZ을 형성하는 것처럼), 스칸디아 안정화 지르코니아(ScSZ)(common 9mol%Sc203-9ScSZ), 가돌리움 첨가 산화세륨(GDC) 또는 가돌리니아 첨가 산화세륨(CGO), 란타늄 몰식자산염, BiCuVOx, MgO, ZrO2, La203, Ce02와 같은 비스무스 구리 바나듐 산화물, La1 - xSrxCoy03 -와 같은 페로브스카이트 재료, 양성자 전도체들, 첨가 바륨 납고들과 지르곤산염들, 그리고 스트론튬 세륨 이트륨 니오븀 산화물과 HxW03와 같은 SrCe03-타입 양성자 전도체들을 포함한다. 추가적으로, 첨가제는 Al, Mo, 전이, 내부 전이 금속 또는 희토류 금속과 같은 금속을 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 양극, 음극 또는 전해질 중 적어도 하나는 고전류로 하이드리노 촉매 반응을 증가시키는 동일한 기능을 얻는 첨가제를 포함한다. 첨가제는 H 촉매작용 동안 형성되는 전자를 제거할 수 있다. 첨가제는 전자 교환 반응을 겪을 수 있다. 전형적인 실시 예에서, 첨가제는 양극 또는 음극에 부가될 수 있는 탄소를 포함한다. 전자는 전해질로부터 Li+를 삽입하여 중립을 유지하는 Cx-를 형성하도록 탄소와 반응한다. 따라서 탄소는 고전류와 유사한 방법으로 전자를 제거하는 싱크로서 작용한다.
CIHT 셀의 실시 예에서, 양극은 침투 또는 살포에 의해 H2를 제공하는 H2 저장소를 포함하는데, 외부 벽은 전극과 접촉하며 양극 표면을 이룬다. 양극은 저장소의 내부에 부가되는 화합물 또는 재료를 구성하는 첨가제를 포함한다. 첨가제는하이드리노 반응을 더 높은 속도로 가능하게 하도록 그리고/또는 필수적으로 양극의 부식을 방지하도록 양극에서의 전압을 변화시킬 수 있다. 첨가제는 H와 가역적으로 반응할 수 있는 화합물을 포함하는데, 여기서 H는 저장소의 벽을 가로질러 이동할 수 있다. 이동은 충전 동안 저장소 내부로 및 방전 동안 저장소 외부로 될 수 있다. 양극의 내부에 수소화물 또는 수소 저장 물질을 포함하는 첨가제는 방전 동안 충전에 의해 재생되는 수소 공급원으로 작용한다. Pt 등의 귀금속과 같은 수소 해리체는 수소 해리 및 수소투과성 양극을 가로지르는 수소 유동을 증가시킨다. 첨가제는 LiH, 티타늄 수소화물, MgH2, ZrH2, VH, NbH, LaNi6Hx, LiH + LiNH2, 또는 Li3N 혹은 양극 내 전도액을 만드는 알칼리 질화물들 혹은 알루미늄 또는 마그네슘 등의 다른 금속 질화물의 공융 혼합물과 같은 혼합물과 같은 수소 저장 물질을 포함한다. H 투과성 양극을 가로질러 이동하는 H와 반응하는 첨가제는 양극 전압에 기여할 수 있다. 전압은 양극을 가로지르는 H의 이동 중 H와 첨가제의 반응 의존성 때문일 수 있으며, 여기서 양극 표면에서의 외부 전기화학 반응은 H를 생산 혹은 소비한다. 추가적인 적절한 첨가제는 Mo02, MoS2, Co 등의 전이금속과 같은 금속, 그리고 Pd와 같은 귀금속이다. 내부 첨가제와 외부의 상호반응에 의해 전압에 기여하는 첨가제의 전형적인 반응은
V. 촉매유기하이로전환 ( CIHT ) 셀
도 1에 도시된 촉매유기하이로전환(CIHT) 셀(400)은 음극(405)을 가진 음극격실(401), 양극(410)을 가진 양극격실(402), 선택적인 염다리(420) 및 적어도 하나의 쌍극성판을 포함하는 반응물들을 포함한다. 반응물들은 분리된 전자유동과 이온질량이동을 가진 셀 작동 중 전기와 열에너지 중 적어도 하나를 발생시키기 위한 하이드리노 반응물들을 구성한다. 반응물들은 다음 중에서 선택된 적어도 두 개의 성분들을 포함한다: (a) 적어도 하나의 H20공급원; (b) 산소 공급원, (c) 적어도 하나의 촉매 공급원 또는 nH, O, 02, OH, OH" 및 초기상태 H20로 선택된 그룹 중 적어도 하나를 포함하는 촉매(n은 정수); 그리고 (d) 적어도 하나의 원자수소 공급원 또는 원자수소. 상기 하나 또는 그 이상의 반응물은 적어도 하나의 촉매 공급원, 촉매, 원자수소 공급원 및 원자수소를 형성하고; 상기 하나 또는 그 이상의 반응물은 원자수소의 촉매작용을 촉발시키며(여기서 음극, 양극, 반응물 및 쌍극성판의 조합은 원자수소의 촉매작용이 하이드리노의 전파를 일으켜 로드(425)를 통해 외부전류 흐름을 일으키도록 각 음극 및 상응하는 양극 사이에 화학 퍼텐셜 또는 전압을 유지시킨다.), 상기 시스템은 전기분해 시스템을 더 포함한다. 다른 실시 예에서, CIHT 셀은 전극들(405, 410)을 통해 적용된 전기분해 전력 이상의 적어도 하나의 전기 및 열전력 이득을 생산한다. 일 실시 예에서, 전기화학 전력시스템은 가스를 살포할 수 있는 다공성 전극, 가스 확산 전극 및 수소 투과성 양극 중 적어도 하나를 포함한다. 여기서 적어도 하나의 산소와 H20는 공급원(430)으로부터 통로(430)를 통하여 음극(405)로 공급되며, H2는 공급원(431)으로부터 통로(461)을 통하여 양극(420)으로 공급된다.
어떤 실시 예들에서, 적어도 하나의 전기 및 열에너지를 생성하는 전기화학 전력시스템은 용기을 포함하고, 상기 용기은 적어도 하나의 음극; 적어도 하나의 양극; 적어도 하나의 쌍극성판; 그리고 (a) 적어도 하나의 H20 공급원; (b) 산소 공급원; (c) 적어도 하나의 촉매 공급원 또는 nH, O, 02, OH, OH- 및 초기상태 H20로 선택된 그룹 중 적어도 하나를 포함하는 촉매(n은 정수) 및 (d) 적어도 하나의 원자수소 공급원 또는 원자수소: 로 선택된 그룹 중 적어도 2개의 성분들을 포함하는 반응물들; 을 포함하며, 상기 하나 또는 그 이상의 반응물들은 적어도 하나의 촉매 공급원, 촉매, 원자수소 공급원 및 원자수소로 형성되고, 상기 하나 또는 그 이상의 반응물들은 원자수소의 전기분해를 촉발시키며, 상기 전기화학 전력시스템은 전기분해 시스템과 양극 재생 시스템을 더 포함한다.
다른 실시 예에서, 전압과 전기와 열에너지 중 적어도 하나를 생성하는 전기화학 전력시스템은 용기을 포함하고, 상기 용기은 적어도 하나의 음극; 적어도 하나의 양극; 적어도 하나의 쌍극성판; 그리고 (a) 적어도 하나의 H20 공급원; (b) 산소 공급원; (c) 적어도 하나의 촉매 공급원 또는 nH, O, 02, OH, OH- 및 초기상태 H20로 선택된 그룹 중 적어도 하나를 포함하는 촉매(n은 정수) 및 (d) 적어도 하나의 원자수소 공급원 또는 원자수소: 로 선택된 그룹 중 적어도 2개의 성분들을 포함하는 반응물들; 을 포함하며, 상기 하나 또는 그 이상의 반응물들은 적어도 하나의 촉매 공급원, 촉매, 원자수소 공급원 및 원자수소로 형성되고; 상기 하나 또는 그 이상의 반응물들은 원자수소의 전기분해를 촉발시킨다.
일 실시 예에서, 적어도 하나의 반응물은 분리된 전자 유동과 이온 질량 이동을 가진 셀 작동 중 형성된다. 한 실시 예에서, 음극, 양극, 반응물들 및 쌍극성판의 조합은 각 음극 및 상응하는 양극 사이에 화학 포텐셜 또는 전압이 유지되도록 원자수소의 촉매작용이 하이드리노의 전파를 일으키게 한다. 또한 상기 시스템은 개시되지 않은 경우 전기분해 시스템을 더 포함할 수 있다. 한 실시 예에서, 전기화학 전력시스템은 다공성 전극, 가스 확산 전극 및 수소 투과성 양극 중 적어도 하나를 포함하며, 여기서 산소와 H20 중 적어도 하나는 음극에 공급되고 H2는 양극에 공급된다. 전기화학 전력시스템은 수소화 양극과 수소 투과성 양극을 포함하는 적어도 하나의 표면을 가진 폐쇄형 수소 저장소 중 적어도 하나를 포함한다. 전기화학 전력시스템은 적어도 직렬과 병렬 중 하나의 방법으로 전기적으로 연결된 셀 적층 유닛을 포함한다. 일 실시 예에서, 전기화학 전력시스템은 전극에 연결된 매니폴드, 가스라인 및 가스채널을 각각 포함하는 적어도 하나의 가스공급시스템을 더 포함한다. 일 실시 예에서, 양극은 충전과정 중 다음의 재생 반응 단계들을 수행하여 전해질 반응물들로부터 재생되는 Mo로 구성된다:
MoO3 + 3MgBr2 to 2MoBr3 + 3MgO (-54 kJ/mole (298 K) -46 (600K))
MoBr3 to Mo + 3/2Br2 (284 kJ/mole 0.95V/3 electrons)
MoBr3 + Ni to MoNi + 3/2Br2 (283 kJ/mole 0.95V/3 electrons)
MgO + Br2 + H2 to MgBr2 + H2O (-208 kJ/mole (298 K) -194 kJ/mole (600 K)).
일 실시 예에서, 양극은 충전과정 중 Mo02, Mo03, Li20 및 Li2Mo04 중 적어도 하나를 포함하는 전해질 반응물들로부터 재생되는 Mo를 포함한다.
본 명세서에 개시된 전기화학 전력시스템은 수소 투과성 양극을 포함하는 적어도 하나의 표면을 가진 폐쇄형 수소 저장소를 포함할 수 있다. 현재 개시된 전기화학 전력시스템은 직렬과 병렬 중 적어도 하나의 방법으로 전기적으로 연결된 셀 적층 유닛을 포함하는 상대 음극들을 가진 백투백(back-to-back) 수소 투과성 양극들을 포함할 수 있다. 일 실시 예에서, 전기화학 전력시스템은 원주변에서 셀 중심을 향해 H20와 O2 중 적어도 하나를 이송하기 위하여 모세관 시스템과 방사상 가스 채널들 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 상기 방사상 가스 채널은 원주상 구멍들, 다공성 전극 및 다공층을 가진다. 수소 투과성 양극은 Mo, Mo 합금, MoNi, MoCu, TZM, HAYNES® 242® 합금, Ni, Co, Ni 합금, NiCo, 다른 전이와 내부 전이 금속 및 합금, 그리고 CuCo 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 실시 예들에서, 막 두께는 약 0.0001 cm에서 0.25 cm까지, 0.001 cm에서 0.1 cm까지, 그리고 0.005 cm에서 0.05 cm까지 중에서 선택된 적어도 하나의 범위 내에 있다. 투과성 또는 가스 살포 양극에 공급되는 수소 압력은 약 1 Torr에서 500 atm까지, 10 Torr에서 100 atm까지, 그리고 100 Torr에서 5 atm까지 중 적어도 어느 하나의 범위에서 유지될 수 있으며, 수소 침투 또는 살포 속도는 약 1 X 10-13 mole s-1 cm-2 내지 1 X 10-4 mole s-1 cm-2, 1 X 10-12 mole s-1 cm-2 내지 1 X 10-5 mole s-1 cm-2, 1 X 10-11 mole s-1 cm-2 내지 1 X 10-6 mole s-1 cm-2, 1 X I0-10 mole s-1 cm-2 내지 1 X 10-7 mole s-1 cm-2, 그리고 1 X I0-9 mole s-1 cm-2 내지 1 X 10-8 mole s-1 cm-2 중 적어도 하나의 범위 내에 있을 수 있다. 일 실시 예에서, 수소 투과성 양극은 하이드리노를 형성하기 위해 원자수소의 촉매작용을 촉진시키는데 효과적인 금속으로 피복된 투과성이 매우 높은 막을 포함할 수 있다. 수소 투과성 양극의 피복금속은 Mo, Mo 합금, MoNi, MoCu, MoCo, MoB, MoC, MoSi, MoCuB, MoNiB, MoSiB, Co, CoCu, CoNi 및 Ni 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, Ni과 H 투과성 금속은 Ni(H2), V(H2), Ti(H2), Nb(H2), Pd(H2), PdAg(H2), Fe(H2), Ta(H2), 스테인레스강 (SS) 및 430 SS (H2) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 일 실시 예에서, 전기화학 전력시스템의 전기분해 시스템은 원자수소 공급원 또는 원자수소를 제공하도록 간헐적으로 전기분해하며, 사이클의 정미 에너지 밸런스에 이득이 존재하도록 셀을 방전시킨다.
일 실시 예에서, 셀 반응물들은 다음에서 선택된 적어도 하나의 전해질을 포함한다: 적어도 하나의 용융 수산화물, 적어도 하나의 공융 염 혼합물; 적어도 하나의 용융 수산화물의 혼합물과 적어도 하나의 다른 화합물; 적어도 하나의 용융 수산화물과 염의 혼합물; 적어도 하나의 용융 수산화물과 할로겐 염의 혼합물; 적어도 하나의 알칼리 수산화물과 알칼리 할로겐화물의 혼합물; LiOH-LiBr, LiOH-NaOH, LiOH-LiBr-NaOH, LiOH-LiX-NaOH, LiOH-LiX, NaOH-NaBr, NaOH-NaI, NaOH-NaX 및 KOH-KX(여기서 X는 할로겐화물을 표현한다), 적어도 하나의 매트릭스, 그리고 적어도 하나의 첨가제. 첨가제는 적어도 하나의 양극 부식 생성물의 공통 이온 공급원인 화합물을 포함하며, 여기서 상응하는 공통 이온 효과는 양극의 부식을 적어도 부분적으로 방지한다. 공통 이온 공급원은 of CoO, NiO 및 Mo02 중 적어도 하나의 형성을 방지할 수 있다. 일 실시 예에서, 첨가제는 양극의 금속 양이온과 음이온, 수산화물, 할로겐화물, 산화물, 황화물, 인화물, 질화물, 탄화물, 크롬화물, 과염소산염, 그리고 과옥소산염을 포함하는 적어도 하나의 화합물과, 매트릭스와 산화물, 코발트 마그네슘 산화물, 니켈 마그네슘 산화물, 구리 마그네슘 산화물, CuO, CrO4, ZnO, MgO, CaO, MoG2, TiO2, ZrO2, SiO2, Al2O3, NiO, FeO 또는 Fe2O3, TaO2, Ta2O5, VO, VOv, V2O3, V2O5, P2O3, P2O5, B2O3, NbO, NbO2, Nb2O5, SeO2, SeO3, TeO2, TeO3, WO2, WO3, Cr3O4, Cr2O3, CrO2, 및 CrO3를 포함하는 화합물을 포함한다. 일 실시 예에서, 첨가제는 양극의 금속 양이온과 음이온을 포함하는 화합물, 수산화물, 할로겐화물, 산화물, 황산염, 인산염, 질산염, 탄산염, 크롬산염, 과염소산염 및 과옥소산염 중 적어도 하나와, 화합물은 매트릭스와 산화물, 코발트 마그네슘 산화물, 니켈 마그네슘 산화물, 동 마그네슘 산화물, CuO, CrO4, ZnO, MgO, CaO, MoG2, TiO2, ZrO2, SiO2, Al2O3, NiO, FeO 또는 Fe2O3, TaO2, Ta2O5, VO, VO2, V2O3, V2O5, P2O3, P2O5, B2O3, NbO, NbO2, Nb2O5, SeO2, SeO3, TeO2, TeO3, WO2, WO3, Cr3O4, Cr2O3, CrO2, 및 CrO3를 포함하는 화합물을 포함한다. 실시 예들에서, 전해질의 용융상태와 수소투과성 상태에 있는 박막 중 적어도 하나를 유지하는 셀 온도는 약 25℃ 내지 2000℃, 약 100℃ 내지 1000℃, 약 200℃ 내지 750℃ 및 약 250℃ 내지 500℃로 선택된 적어도 하나의 범위 내에 있으며, 전해질 용융점 위의 셀 온도는 용융점보다 높은 약 0℃ 내지 1500℃, 용융점보다 높은 0℃ 내지 1000℃, 0℃ 내지 500℃, 0℃ 내지 250℃ , 그리고 0℃ 내지 100℃ 중에서 적어도 하나의 범위 내에 있다. 실시 예들에서, 전해질은 수용성이고 알칼리성이며, 전해질의 pH와 셀 전압 중 적어도 하나는 양극의 안정성을 얻기 위하여 제어된다. 간헐적 전기분해와 방전 동안에 셀 당 셀 전압은 양극이 실질적으로 산화되는 것을 방지하는 포텐셜 보다 높게 유지될 수 있다.
일 실시 예에서, 셀은 충전과 방전상태 사이에서 간헐적으로 전환되는데, 여기서 (i) 충전상태는 적어도 반대 전압 극성의 전극에서 물의 전기분해를 포함하고, (ii) 방전 상태는 적어도 전극들 중 한 쪽 또는 양 쪽에서 H20 촉매의 형성을 포함하며; 여기서 (i) 음극 또는 양극과 같은 각 셀 내 각 전극의 역할은 충전과 방전상태 사이에서 전후로 전환되도록 반전되고, (ii) 전류 극성은 충전과 방전상태 사이에서 전후로 전환되도록 반전되며, 여기서 충전은 응용 전류 및 전압의 적용 중 적어도 하나를 포함한다. 실시 예들에서, 응용 전류 및 전압 중 적어도 하나는 약 0.001% 내지 약 95%의 범위의 사용률(duty cycle)을 포함하는 파형을 가지는데; 셀 당 피크 전압은 약 0.1 V 내지 10 V의 범위 내에 있고, 피크 전력 밀도는 0,001 W/cm2 내지 1000 W/ cm2, 평균 전력은 0.0001 W/cm2 내지 100 W/ cm2이다. 여기서, 응용 전류 및 전압은 직류전압과 직류 중 적어도 하나와, 그리고 교류와 전압 파형 중 적어도 하나를 포함한다. 또한 여기서, 파형은 약 1 Hz 내지 약 1000 Hz 범위내의 주파수를 포함한다. 간헐적 사이클의 파형은 전기분해와 간헐적 사이클의 방전상태 중 적어도 하나를 위하여 정전류, 전력, 전압 및 저항, 그리고 가변전류, 전력, 전압 및 저항 중 적어도 하나를 포함한다. 실시 예들에서, 사이클 중 적어도 하나의 상태에 대한 매개변수들은 다음을 포함한다: 간헐적 상태의 주파수는 약 0.001 Hz 내지 10 MHz, 약 0.01 Hz 내지 100 kHz 및 약 0.01 Hz 내지 10 kHz 중에서 선택된 적어도 하나의 범위에 있고; 셀 당 전압은 약 0.1 V 내지 100 V, 약 0.3 V 내지 5 V, 약 0.5 V 내지 2 V 및 약 0.5 V 내지 1.5 V 중에서 선택된 적어도 하나의 범위에 있고; 하이드리노를 형성하는데 작용하는 전극 면적 당 전류는 약 1 μA cm-2 내지 10 A cm-2, 약 0.1 mA cm-2 내지 5 A cm-2 및 약 1 mA cm-2 내지 1 A cm-2 중에서 선택된 적어도 하나의 범위에 있고; 하이드리노를 형성하는데 작용하는 전극 면적 당 전력은 약 1 μW cm-2 내지 10 W cm-2, 약 0.1 mW cm-2 to 5 W cm-2 및 약 1 mW cm-2 내지 1 W cm-2 중에서 선택된 적어도 하나의 범위에 있고; 하이드리노를 형성하는데 작용하는 전극 면적당 정전류는 약 1 μA cm-2 내지 1 A cm-2의 범위에 있고; 하이드리노를 형성하는데 작용하는 전극 면적 당 정전력은 약 1 mW cm-2 내지 1 W cm-2의 범위에 있고; 시간 간격은 약 10-4 s 내지 10,000 s, 10-3 s 내지 1000 s, and 10-2 s 내지 100 s, 및 10-1 s 내지 10 s 중에서 선택된 적어도 하나의 범위에 있고, 셀 당 저항은 약 1 mΩ 내지 100 MΩ, 약 1 Ω 내지 1 MΩ 및 10 Ω 내지 1 KΩ 중에서 선택된 적어도 하나의 범위에 있으며; 하이드리노를 형성하는데 작용하는 전극 면적당 적정 부하의 전도율은 약 10-5 Ω-1cm-2 내지 1000 Ω-1cm-2, 10-4 Ω-1cm-2 내지 100 Ω-1cm-2, 10-3 Ω-1cm-2 내지 10 Ω-1cm-2 및 10-2 Ω-1cm-2 내지 1 Ω-1cm-2 중에서 선택된 적어도 하나의 범위에 있고, 방전 전류, 전압, 전력 또는 시간간격 중 적어도 하나는 전력 또는 에너지 이득 중 적어도 하나가 사이클 이상이 되도록 하기 위해 전기분해 상태에서보다 더 크다. 방전 동안의 전압은 양극이 지나치게 부식되지 않도록 하는 범위 이상으로 유지될 수 있다.
일 실시 예에서, CIHT 셀은 Mo, MoPt, MoCu, MoNi, MoC, MoB 및 MoSi와 같은 Mo를 포함한다. 전해질은 용융염 또는 수용성 수산화물이나 탄산염과 같은 알칼리 수용성 전해질을 포함한다. 용융염은 공융염 혼합물과 같은 염 혼합물 또는 공융염 혼합물과 거의 같은 조성을 가진 혼합물, 또는 용융점이 가장 높은 화합물로부터 용융점을 낮춘 다른 혼합물을 포함한다. 수산화물은 알칼리 또는 알칼리 토류 수산화물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 혼합물은 알칼리성 또는 알칼리 토류 할로겐화물과 같은 할로겐화 화합물을 포함할 수 있다. 적절한 모범적 용융 전해질은 LiOH-LiBr 혼합물을 포함한다. 공융 혼합물과 같은 용융 혼합물이 될 수 있는 추가적인 적절한 전해질은 표 4에 주어진다. 용융염은 용융점 근처 500℃ 이상까지의 온도범위에서 실행될 수 있다. 양극은 H2를 침투 또는 살포와 같은 수단으로 표면에 공급함으로써 보호될 수 있다. 수소는 약 1 내지 100 atm의 압력범위에서 공급될 수 있다. 공급속도는 0.001 nmoles/cm2양극표면 내지 1,000,000 nmoles/cm2양극표면 의 범위에 있을 수 있다. 일 실시 예에서, 압력은 침투 및 살포속도 중 적어도 하나를로 제어한다. 속도는 셀에 의해 정미 전기에너지가 발생될 수 있도록 상응 H2 소모를 최소화하는 동안 양극을 산화부식과 같은 부식으로부터 보호하도록 선택된다.
표 4. 용융염 전해질들.
일 실시 예에서, 수소 전극 및 선택적 산소 전극은 도 2에 도시된 바와 같이 쌍극판(507) 요소에 의해 대체된다. 셀은 평면 정사각형 기하학적 형상으로 이루어질 수 있는데, 여기에 셀들은 전압을 형성하기 위해 적층될 수 있다. 각 셀은 양극 전류 컬렉터, 다공성 양극, 전해질 매트릭스, 다공성 음극 및 음극 전류 컬렉터를 포함하는 순환 유닛을 형성할 수 있다. 하나의 셀은 가스 분리기와 직렬 전류 컬렉터 모두로 작동하는 쌍극판을 구성할 수 있는 분리기 옆에 분리될 수 있다. 판은 직교류 가스 형상 또는 내부 다지관을 가질 수 있다. 도 2에 개시된 바와 같이, 인터컨넥션 또는 쌍극판(507)은 다수의 개별적인 CIHT 셀들을 포함하는 CIHT 셀 적층(500) 내에서 양극(501)을 인접한 음극(502)과 분리시킨다. 양극 또는 H2 판(504)은 주름지게 하거나 또는 포트(503)를 가진 다지관을 통해 공급되는 수소를 분배하는 채널(505)를 포함할 수 있다. 채널(505)를 가진 판(504)은 다른 실시 예들에서 수소 투과성 막 또는 간헐적 전기분해 음극(방전 양극)으로 대체된다. 포트들은 탱크와 같은 수소 공급원에 의해 공급되는 수소를 다지관으로부터 포트(503)을 통해 차례로 공급받는다. 판(504)은 수소를 전기화학 반응이 발생하는 능동 구역 내에 거품화 또는 살포하여 더 이상적 및 균등하게 분배할 수 있다. 쌍극판은 능동 구역에 산소를 배분하도록 H2 판과 유사한 구조를 가진 쌍극판의 산소판을 더 포함할 수 있으며, 여기서 산소 다지관은 산소 다지관과 포트(506)들을 따라 산소를 공급한다. 이 주름지거나 또는 채널화된 판들은 전기 전도되고, 능동 구역 내에서 양극과 음극 전류 컬렉터와 연결되며, 전기접속이 유지된다. 일 실시 예에서, 모든 인터컨넥션 또는 쌍극판은 양극과 음극 가스의 분리를 허용하도록 가스 분배 네트워크를 구성한다. 용융 밀봉은 두 개의 개별 판들 사이에 압착된 LiOH-LiBr-Li2AlO3 or MgO 타일과 같은 전해질/매트릭스의 연장으로 형성될 수 있다. 밀봉은 반응 가스들의 누설을 방지할 수 있다. 전해질은 현재 개시된 압착된 펠릿을 포함할 수 있다. LiOH과 같은 알칼리 수산화물 등의 수산화물과 LiBr과 같은 알칼리 할로겐화합물 등의 할로겐화합물과 MgO과 같은 매트릭스를 포함하는 전해질 펠릿을 형성하기 위한 압력은 제곱 인치 당 약 1톤 내지 500톤의 범위 내에 있다. 적층은 타이 로드를 더 포함할 수 있는데, 상기 타이 로드는 펠릿 전해질과 같은 전해질과 전극 사이에 바람직한 접촉을 유지하도록 적층의 단부에 압력판을 가진다. 전해질 또는 LiOH와 같은 수산화물 등의 성분이 증발과 같은 방법으로 이동하는 일 실시 예에서, 전해질은 수집되고 재순환될 수 있다. 이동하는 성분은 수집 구조 또는 전해질을 흡수하는 심지 구조 등의 구조로 수집될 수 있으며, 재순환은 역 이동을 일키도록 수집 또는 심지 구조를 가열하는 등의 열적인 방법으로 얻어질 수 있다.
CIHT 셀 시스템은 수정된 알칼리성 또는 용융 탄산염-타입과 같은 수정된 재래식 연료 셀을 포함할 수 있다. 일 실시 예에서, CIHT 셀은 도 2에 예시된 바와 같은 쌍극성판들의 적층을 포함하며, 여기서 산소와 H2O 중 적어도 하나는 음극으로 공급되고 H2는 양극으로 공급된다. 가스는 다공성 또는 확산 전극을 통해 확산으로 공급될 수 있으며, 또한 H2는 적절한 수소 투과성 전극을 통해 침투로 공급될 수 있다. 수소 투과성 전극은 Mo, MoNi, MoCu, TZM 및 HAYNES®242® 합금과 같은 Mo 합금, 그리고 Ni, Co, NiCo와 같은 Ni 합금, 그리고 다른 전이 및 내부 전이 금속과 CuCo와 같은 합금 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. H2의 적용은 전기 전력 이득이 유지되는 동안 양극 부식을 늦추는데 충분한 양으로 한다. 투과성 양극은 전류 밀도를 증가시킴에 따라 수소 투과 속도가 비례적으로 증가되도록 가동시킬 수 있다. 수소투과 속도는 박막에 수소압력을 증가시키는 것, 셀 온도를 높이는 것, 박막 두께를 감소시키는 것, 그리고 Mo 합금 등의 합금 중 금속 wt%와 같은 박막성분을 변화시키는 것 중 적어도 하나에 의해 제어될 수 있다. 일 실시 예에서, Pt나 Pd 등의 귀금속과 같은 수소 는 투과 속도를 증가시키기 위해 원자 H의 양이 증가되도록 Mo나 MoCu 양극과 같은 투과성 양극의 내부에 피복된다. 가스 압력은 각 셀로부터 요구되는 전력 출력, H2 투과 속도, 양극의 H2 보호, 음극에서의 산소 환원 속도 중 적어도 하나를 유지하는데 요구될 수 있다. 수소와 산소 압력 중 적어도 하나는 약 0.01 atm 내지 1000 atm, 0.1 atm 내지 100 atm 및 1 atm 내지 10 atm 중 적어도 하나의 범위 내에 있을 수 있다.
양극이 부식을 겪는 경우, 금속은 전해질로부터 전기도금될 수 있다. Mo 부식 생성물은 전해질 내에 용해될 수 있다. 일 실시 예에서, 전해질은 재생 화합물을 더 포함하며, 상기 재생 화합물은 전해질에서 양극으로 Mo 부식 생성물의 전착을 촉진시키고 재생 화합물을 재형성하기 위한 열역학적 사이클을 수행한다. 재생 화합물은 전해질에 용해될 수 있고 양극 상에 전기도금될 수 있는 전착 화합물을 형성하도록 Mo 부식 생성물과 반응할 수 있다. 상기 반응은 산화물-할로겐화물 교환반응과 같은 음이온 교환반응에 더하여 산화물 생성물을 추가적으로 형성하는 것을 포함할 수 있다. 전착 화합물은 양극의 원래상태 재생에 유리한 열역학적 사이클을 촉진시킬 수 있다. 수소는 사이클을 열역학적으로 유리하게 만들도록 양극에 부가될 수 있다. 일 실시에에서, 단계들은 다음 단계를 포함한다. (1) 재생 화합물을 재생시키는 산화제 반응물을 형성하도록 양극 금속의 양이온 및 산화될 수 있는 반대쪽 이온을 포함하는 전착 화합물을 형성하는 전해질의 재생 화합물에 의한, 부식 생성물, 양극 금속의 금속 산화물의 반응. 반응은 산화물 생성물을 추가적으로 형성할 수 있다. 전형적인 양극 금속은 Mo와 Mo 합금이다. 전형적인 재생 화합물은 MgBr2와 MgI2이다. (2) 적절한 전압과 전류를 적용하여 산화제 반응물을 형성하도록 양극 금속의 전착과 반대 이온의 산화를 일으키는 양이온의 환원; 전형적인 산화제 반응물은 Br2와 I2이며, 그리고 (3) 적어도 산화제 반응물과 선택적 H2의 반응. 여기서 재생 화합물과 열역학적으로 유리한 반응을 일으키는데 추가적으로 필요한 H2O를 형성하도록 산화물 생성물과 함께 열역학적으로 필요하다. 일 실시 예에서, MgBr2와 MgI2 중 적어도 하나와 같은 재생 화합물은 약 0.001 mole% 내지 50 mole%의 집중 범위 내에 유지된다. H2 공급 속도는 0.001 nmole/㎠양극표면 내지 1,000,000 nmole/㎠양극표면의 범위에 있을 수 있다.
일 실시 예에서, LiOH-LiBr과 같은 용융 전해질은 Mo 양극을 갖는 셀의 양극에 Mo를 전기증착시키기 위해 첨가물로서 MgBr2를 포함하는데, 여기서 본래의 재생 반응은 다음과 같다:
MoO3 + 3MgBr2 to 2MoBr3 + 3MgO (-54 kJ/mole (298 K) -46 (600K)) (53)
MoBr3 to Mo + 3/2Br2 (284 kJ/mole 0.95V/3 electrons) (54)
MoBr3 + Ni to MoNi + 3/2Br2 (283 kJ/mole 0.95V/3 electrons) (55)
MgO + Br2 + H2 to MgBr2 + H2O (-208 kJ/mole (298 K) - 194 kJ/mole (600 K)) (56)
일 실시 예에서, 최대 충전 전압은 Mo나 양극 상의 다른 양극 금속 위에 전착을 일으키는 것보다 높다. 전압은 약 0.4 V 내지 10 V, 0.5 V 내지 2 V 및 0.8 V 내지 1.3 V 중 적어도 하나의 범위에 있을 수 있다. 양극은 MoPt, MoNi, MoCo 및 MoCu와 같은 합금 또는 금속 혼합물 형태의 Mo를 포함할 수 있다. 합금 또는 혼합물은 Mo의 전기증착을 개선할 수 있다. 일 실시에에서, Mo와 H2O의 반응은 전해질의 OH-에 더하여 H2를 생성한다; 그래서, 충전 전압은 전해질 내의 Mo이온들로부터 Mo를 양극 위에 뚜렷하게 전착시키는 정도 이상으로 가동된다. 일 실시 예에서, 연속적인 방전과 연속적인 충전의 개별적인 긴 지속 기간은 충전보다 방전동안 더 많은 에너지가 방출되도록 유지된다. 충전시간은 약 0.1초 내지 10일, 60초 내지 5일 및 10분 내지 1일 중 적어도 하나의 범위내에 있을 수 있다. 방전시간은 상응하는 충전시간보다 길다. 일 실시 예에서, 충전동안 Mo와 같은 충분한 양극 금속이 부식에 의해 손실된 것을 대체하도록 증착되어서, 전극은 정상상태에서 Mo화합물의 전해질 농도에 따라 일정한 Mo내용물로 유지된다.
일 실시 예에서, LiOH-LiBr와 같은 용융 전해질은 Mo 양극을 가진 셀의 양극에 Mo를 전기증착시키기 위한 첨가제로서 MgI2를 포함하며, 여기서 본래 상태의 재생 반응은 다음과 같다:
Mo02 + 2MgI2 to M0I + I2 + 2MgO (16 kJ/mole (298K) -0.35 kJ/mole (600K)) (57)
M0I2 to Mo + (103 kJ/mole 0.515 V/2 electrons) (58)
M0I2 + Ni to MoNi + I2 (102 kJ/mole 0.51 5 V/2 electrons) (59)
MgO + I2 + H2 to MgI2 + H20 (-51 kJ/mole (298K) 5 kJ/mole (600 K)) (60)
양극은 MoPt, MoNi, MoCo 및 MoCu와 같은 합금 또는 금속 혼합물의 형태인 Mo를 포함한다. 합금 또는 금속 혼합물은 Mo의 전기증착을 개선할 수 있다. 일 실시 예에서, LiOH-LiBr와 같은 용융 전해질은 Mo 양극을 가진 셀의 양극에 Mo를 전기증착시키기 위한 첨가제로서 MgSO4를 포함한다. 황산염은 Mo를 양극 상에 전착되도록 허용하는 몰리브덴 황산염을 형성하기 위하여 산화몰리브덴의 산화물과 교환반응을 수행한다.
일 실시 예에서, LiOH-LiBr와 같은 용융 전해질은 Mo 양극을 가진 셀의 양극에 Mo를 전착시키기 위한 첨가제로서 MoS2, MoSe2 및 Li2MoO4 중 적어도 하나를 포함한다. 일 실시 예에서, 황화물과 셀렌화물 중 적어도 하나는 양극에 Mo의 전착을 허용하는 황화몰리브덴 또는 셀렌화몰리브덴을 형성하기 위하여 산화몰리브덴의 산화물과 교환반응을 수행한다. 황화물이 황산염으로 또는 셀렌화물이 셀렌산염으로 산화되는 것을 방지하기 위하여, 산소 환원 음극은 FeOOH 또는 NiOOH 등의 옥시수산화물 음극과 같이 산소를 필요로 하지 않는 수산화물을 포함하는 산화-환원 화학반응에 참여하는 용융-수산화물-전해질-안정성 음극으로 대체될 수 있다. 전형적인 셀들은 밀봉된 [Mo/LiOH -LiBr-MoS2/FeOOH], [Mo/LiOH-LiBr-MoSe2/FeOOH], [Mo/LiOH-LiBr-MoS2-MoSe2/FeOOH], [Mo/LiOH-LiBr-Li2MoO4-MoS2/FeOOH] 및 [Mo/LiOH-LiBr-Li2MoO4-MoSe2-MoS2/FeOOH] 또는 아르곤 환경과 같은 비활성 환경을 가지는 것들이다.
다른 실시 예에서, 화합물은 전해질에 용해될 수 있고 양극에 전착될 수 있는 화합물을 형성하도록 양극의 금속산화물 부식산물과 반응하는 전해질에 부가된다. Mo를 포함하는 양극을 가진 셀의 실시 예에서,, Li2O는 LiOH-LiBr 전해질에 부가된다. Li2O는 전해질에 용해될 수 있고 양극 상에 재도금되는 Li2MoO를 형성하도록 MoO3 부식산물과 반응한다. 일 실시 예에서, 밀봉된 셀은 O2가스 또는 건공기와 같은 건조한 산소공급원을 공급받아서, Li2O가 LiOH로 수화되지 않고 남는다. H2O는 운행 중 셀 내에 생성된다; 그래서, 건조한 O2 공급원의 유동속도는 Li2MoO4를 형성하는 반응에 Li2O를 이용할 수 있게 하기 위해 셀 내에 H2O의 집중이 얻어지도록 유지된다. 일 실시 예에서, Li2O 농도는 약 0.001 mole% 내지 50 mole% 범위에서 유지된다. H2O는 셀을 H2O가 Mo와 반응하는 온도 이하로 냉각시키고, H2O의 요구되는 양을 부가한 다음, 셀 온도를 다시 높임으로써 소모된 H2O를 보충하도록 셀에 부가된다. 전형적인 셀들은 [Mo/LiOH-LiBr-Li2MoO4/NiO (O2)] 및 [Mo/LiOH-LiBr-Li2MoO4-MoS2/NiO (O2)] 이다.
일 실시 예에서, 셀은 니켈과, LiOH-LiBr 같은 용융 전해질과, NiBr2와 같은 니켈 할로겐화물 등의 양극의 할로겐화물로서 전이금속 할로겐화물과 같은 금속 할로겐화물 전해질 첨가제를 더 포함한다. 일 실시 예에서, 셀은 산소 첨가없이 밀봉된다. 셀은 가열된 저장소와 같은 H2O 공급원을 가지고 H2O의 부가를 지속시킨다. 음극 반응은 내부 전기분해 반응으로부터의 수산화물과 산소에 대한 H2O의 환원반응일 수 있다. 추가적인 외부 공급 산소의 부재는 양극 부식을 방지할 것이다. 산소 음이온의 형성은 하이드리노 반응을 촉진시키는 옥시수산화물의 형성을 차례로 일으킬 수 있다.
촉매 형성 반응과 방전 중 발생되는 다음으로 주어진 상대 단극-셀 반응을 고려한다.
양극:
OH- + H2 → H2O + e- + H(1/p) (61)
음극:
O2 + 2H2O + 4e- → 4OH- (62)
전체 반응은 다음과 같이 될 수 있다.
2H2 + 1/2O2 → H2O + 2H(1/p) (63)
여기서, H2O는 촉매로 작용한다. 전형적인 이온-전달, 또한 H2O를 발생하는 전해질- H2O 반응은 다음과 같다.
양극:
20OH- → 2H + O2 - + e- (64)
음극:
O2 - + H2O + e- → 1/2O2 + 2OH- (65)
양극:
2OH- → H + HOO- + e- (66)
음극:
HOO- + 1/2H2O + e- → 2OH- + 1/4O2 (67)
양극:
3OH- → O2 + H2O + H + 3e- (68)
음극:
3/4O2 + 3/2H2O + 3e- → 3OH- (69)
여기서, 식 (64), (66), 및 (68)의 수소는 하이드리노를 형성하도록 반응할 수가 있다:
2H → 2H(1/4) (70)
전체 반응은 다음과 같다.
H2O → 1/2O2 + 2H(1/4) (71)
H2O → 1/2O2 + H2 (72)
여기서 식 (64), (66) 및 (68)은 부가적으로 H20 촉매를 형성하도록 작용할 수 있고, 식 (65), (67) 및 (69)의 산소는 각각 식 (61)과 (62)에 따라 작용하고 OH-를 형성할 수 있다. 산화물, 과산화물, 초과산화물 및 HOO-와 같은 다른 산소 종과 그에 상응하는 산화-환원 반응은 하이드리노 형성으로부터 발생된 에너지에 의해 생성된 초과 전류가 흐르는 동안 H, 촉매 및 하이드리노 중 적어도 하나를 형성하도록 H2O의 자발적 전기분해에 포함될 수 있다. 다른 실시 예에서, 양극은 Mo를 포함하고 전해질 첨가제는 몰리브덴 할로겐화물을 포함한다.
일 실시 예에서, 전해질, 양극 및 음극 중 적어도 하나는 중간에 금속 옥시수산화물을 통하여 HOH 촉매와 H를 형성시키는 재료와 화합물을 포함한다. 셀은 LiOH-LiBr와 같은 용융염 전해질과 KOH와 같은 수용성 전해질을 포함한다. 양극에서 HOH 촉매를 형성하기 위한 Ni 또는 Co 등의 수산화물 및 옥시수산화물의 전형적인 반응은 다음과 같다.
Ni(OH)2 + OH- to NiOOH + H20 + e- (73)
그리고
Ni(OH)2 to NiO +H20 (74)
반응 또는 반응들은 적어도 부분적으로는 열적으로 구동될 수 있다. 일 실시 예에서, 양극의 표면은 부분적으로 산화된 상태로 유지된다. 산화된 상태는 수산기, 옥시수산기 및 산화물 그룹 중 적어도 하나를 포함한다. 산화된 표면 그룹은 HOH와 원자수소 같은 하이드리노를 형성하기 위한 촉매 중 적어도 하나의 형성에 참여할 수 있는데, 여기서 원자 수소는 하이드리노 촉매와 하이드리노들 중 적어도 하나를 형성하기 위해 양극과 전해질 중 적어도 한 종과 반응할 수 있다. 일 실시 예에서, 양극과 전해질 중 적어도 하나는 부분적 산화를 지원하는 종 또는 재료를 포함한다. 양극은 금속, 합금 또는 산화된 표면을 이루는 혼합물을 포함할 수 있는데, 산화된 표면은 실질적으로 부식되지 않을 수 있다. 양극은 산화 피복을 가역적으로 형성하는 희귀금속, 귀금속, Pt, Pd, Au, Ir, Ru, Ag, Co, Cu 및 Ni 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 다른 적절한 재료는 산화시키는 것들이며, 산화되는 유형은 수소와 즉시 환원된다. 일 실시 예에서, 적어도 하나의 화합물 또는 종이 양극의 산화 상태를 유지하도록 전해질에 부가된다. 전형적인 첨가제는 LiF와 KX (X = F, CI, Br, I)와 같은 알칼리와 알칼리토류 할로겐화물이다. 일 실시 예에서, 셀은 양극을 하이드리노 반응 전파를 위한 적절한 산화 상태로 유지하는 전압 범위에서 작동된다. 전압 범위는 두드러진 양극 부식 없이 작동을 더 허용할 수 있다. 간헐적 전기분해 파형은 적절한 전압 범위를 유지할 수 있다. 그 범위는 약 0.5V 내지 2V, 약 0.6V 내지 1.5V, 약 0.7V 내지 1.2V, 약 0.75V 내지 1.1V, 약 0.8V 내지 0.9V, 그리고 약 0.8V 내지 0.85V 중 적어도 하나가 될 수 있다. 간헐적 사이클의 각 충전 및 방전 단계 동안 파형은 제한된 전압 또는 제어된 전압 중 적어도 하나, 제어된 시간제한, 그리고 제어된 전류일 수 있다. 일 실시 예에서, 산소 환원에 의해 음극에 형성된 산소 이온들은 셀의 이온 전류를 운반한다. 산소 이온 전류는 양극의 필요한 산화상태를 유지하도록 제어된다. 산소 이온 전류는 음극과 양극 산소 압력 중 적어도 하나를 증가시키는 방법으로 셀 전류를 증가시키는 것 및 산소 환원 속도를 증가시키는 것 중 적어도 하나에 의해서 증가될 수 있다. 산소 유동은 NiO, 리튬산화 NiO, CoO, Pi 및 희토류 산화물과 같은 음극 산소 환원 촉매를 사용하여 음극에서 산소 환원 속도를 증가시킴으로써 증가될 수 있으며, 증가된 산소 전류는 양극에서의 옥시수산화물의 형성을 지원한다. 일 실시 예에서, CIHT 셀 온도는 높은 온도를 선호하는 하이드리노 반응 속도가 최대화되도록 조절되는 반면, 더 낮은 온도를 선호하는 옥시수산화물 분해를 피하게 된다. 일 실시 예에서, 온도는 약 25℃ 내지 1000℃, 300℃ 내지 800℃, 그리고 400℃ 내지 500℃ 중 적어도 하나의 범위에 있다.
일 실시 예에서, 간헐적 또는 연속적 방전 사이클의 충전과 방전 중 적어도 하나의 전류 밀도는 매우 높아서 하이드리노 형성 속도를 증가시킨다. 피크 전류밀도는 0.001 mA/㎠ 내지 100,000 A/㎠, 0.1 mA/㎠ 내지 10,000 A/㎠, 1 mA/㎠ 내지 1000 A/㎠, 10 niA/㎠ 내지 100 A/㎠, 그리고 100 mA/㎠ 내지 1 A/㎠ 중 적어도 하나의 범위에 있을 수 있다. 셀은 정미 전력이 셀에 의해 발생하도록 충전과 방전 전압범위 사이에 수용할 수 있는 차이를 유지하기 위해 사이클의 각 과정을 짧은 시간 지속시킴으로써 고전류에서 간헐적으로 충전 및 방전될 수 있다. 시간 간격은 약 10-6s 내지 10s 및 10-3s 내지 1s 에서 선택된 적어도 하나의 범위 내에 있다. 전류는 AC, DC 또는 AC-DC 혼용일 수 있다. 일 실시 예에서, 전기 전력 컨버터에 자기유체역학 플라즈마를 포함하면, 전류는 DC 여서 DC 자기장이 전류에 의해 생산된다. 일 실시 예에서 충전과 방전 전류 중 적어도 하나는 AC 변조를 포함한다. AC 주파수는 약 0.1Hz 내지 10GHz, 1Hz 내지 1MHz, 10Hz 내지 100kHz, 그리고 100Hz 내지 10kHz의 범위에 있을 수 있다. 변조의 피크 전압은 약 0.001V 내지 10V, 0.01V 내지 5V, 0.1V 내지 3V, 0.2V 내지 2V, 0.3V 내 지1.5V, 그리고 0.5V 내지 1V 에서 선택된 적어도 하나 안에 있을 수 있다. 일 실시 예에서, 전류 펄스는 더 높은 전압 또는 전류 중 적어도 하나를 얻도록 전송라인을 따라 전달된다. 적용된 고전류 펄스가 AC인 전형적인 경우에, 가장 빠른 속도는 전류가 약 0 A에서 최대 율로 변할 때 얻어질 수 있으며, 이는 샘플로부터 충전을 끌어낼 수 있는 최대 능력에 상응한다. 전극 분리는 고전류 밀도를 허용하도록 셀 저항 감소를 최소화시킬 수 있다. 분리 거리는 전류 밀도, 셀 저항, 전압과 다른 전기적 매개변수들을 모니터링함으로써 그리고 분리를 조절하는 그 값들을 하나 이상 사용함으로써 동적으로 제어될 수 있다. 전극은 모서리나 뾰족한 부분과 같은 표면의 특정지역에 전류가 집중되도록 설계될 수 있다. 일 실시 예에서, 전극은 약 500mA/㎠ 또는 그 이상과 같이 고전류 밀도를 얻기 위해 자기장과 전류 밀도가 집중되도록 큐브 또는 바늘 또는 다른 모서리를 가진 기하학적 형상을 포함한다.
일 실시 예에서, 양극은 수소화물과 수소결합물 중 적어도 하나를 형성하는 희귀, 전이 및 내부 전이 금속 중 적어도 하나와 같은 금속 재료를 포함한다. 재료는 양극의 표면에 유효한 원자 수소를 증가시킬 수 있다. 증가된 표면 수소는 하이드리노 반응의 필요한 속도와 양극 부식으로부터의 보호 중 적어도 하나를 유지하기 위하여 수소 살포 또는 침투 속도의 감소를 허용할 수 있다. 전형적인 금속은 Pt, Pd, Au, Ir, Ru, Co, Cu, Ni, V 및 Nb 와, 단독이나 혼합물 또는 합금으로 필요한 양이 존재할 수 있는 혼합물들이다. 금속과 같은 재료는 수소 해리체로서 작용할 수 있다. 증가된 원자 수소는 하이드리노 반응 속도의 증가와 부식 방지에 대한 수소의 유효성 개선 중 적어도 하나를 제공하도록 작용할 수 있다. 전형적인 해리 금속은 Pt, Pd, Ir, Ru, Co, Ni, V 및 Nb 이다. 일 실시 예에서, 화합물 또는 재료는 양극 및 셀 전압을 증가시키는 전해질 중 적어도 하나에 부가된다. 증가는 전극 과전압, 하이드리노 반응 속도 및 양극의 페르미 준위 중 적어도 하나를 변화시킬 수 있다. 해리 금속은 수소 투과성 양극을 가로지르는 수소의 유동속도를 증가시킬 수 있다. 전형적인 양극 금속 첨가제는 Pt와 Au이며, 여기서 첨가제는 합금 또는 혼합물을 형성하도록 지배적으로 Ni 양극 쪽에 있을 수 있다. 전형적인 전해질 첨가제는 MgI2, CaI2, MgO 및 Zr02이다. 일 실시 예에서, 귀금속 또는 PtNi나 PtAuPd 등의 혼합물이나 합금 같은 귀금속을 첨가한 금속을 포함하는 양극은 낮은 과전압을 가지면서 충전 과정 동안 전기분해로부터 수소의 더 높은 수율을 제공하기 때문에 귀금속이 없어도 Ni과 같은 베이스 금속보다 더 높은 작동 전압을 가진다. 편평한 고전압 밴드를 유지하기 위한 H2는 전기분해로 인해 방전 동안 외부로 투과되는 저장소에 저장될 수 있다. 일 실시 예에서, 양극 표면에 공급되는 H2는 전기분해로부터만 발생한다.
일 실시 예에서 화합물은 음극 표면에서의 반응 속도를 증가시키고 양극을 안정시키기 위하여 LiOH-LiBr 와 같은 전해질에 부가될 수 있다. 적절한 첨가제는 CsOH와 NaOH 중 적어도 하나와 같은 알칼리 수산화물, 알칼리 토류 수산화물, 알칼리성이나 알칼리성 토류 할로겐화물, 그리고 CoO, NiO, LiNi02, CoO, LiCo02 와 같은 산화물, 그리고 ZrO, MgO 와 같은 희귀 토류 산화물, 염기성을 증가시키는 다른 화합물, CeO2, La20 , MoOOH, MoCl4, CuCl2, CoCl2, TiOOH, GdOOH, CoOOH, InOOH, FeOOH, GaOOH, NiOOH, AlOOH, CrOOH, MoOOH, CuOOH, MnOOH, ZnOOH 및 SmOOH 와 같은 옥시수산화물, Fe compound such as an oxide such as Fe203 or a halide such as FeBr2와 같은 산화물이나 FeBr2와 같은 할로겐화물, Li2S04와 같은 황산염, Li3PQ4와 같은 인산염, Li2W04와 같은 텅스텐산염, Li2C03와 같은 탄산염, 양극에 LiNi02를 형성할 수 있는 NiO 또는 Ni(OH)2, 양극에 LiFe02를 형성하는 Fe203와 같은 철 화합물, 양극에 MgNiOx를 형성하는 MgO, 크고 안정된 분자 양이온과 같은 큰 양이온 또는 l-부틸-3-메틸리미다졸-3-이움 헥사플루오포스페이트, 베타인 비스(트리플루오로메탄술폰닐)이미드 또는 N-부틸-N-메틸 피롤리디늄 비스(트리플루오로메탄술포닐)이미드와 같은 안정된 금속 화합물, 그리고 LiHS와 같은 HS-를 포함하는 화합물와 같은 안정된 금속 컴플렉스를 가진 화합물 중 적어도 하나이다. 일 실시 예에서, 첨가제는 CsOH의 Cs+ 이온과 같은 큰 양이온을 가진 화합물 또는 알칼리 토류화합물 또는 비스무스 화합물의 Bi3 +와 같이 더 큰 전하를 가진 것을 포함한다. 농도는 지나친 부식을 피하기 위해 조절된다. 전형적인 낮은 농도는 약 1mole% 보다 작거나 5 mole% 보다 작다. 일 실시 예에서, 음극에서 환원될 수 있고 양극으로 이동하며 양극에서 산화될 수 있는 첨가제가 부가된다. 따라서 화합물은 식(61) 내지 (63)으로 주어진 반응들에서의 전류에 더하여 암 전류를 일으킨다. 첨가제는 배수의 안정된 산화 상태를 가질 수 있다. 전형적인 적절한 첨가제는 FeBr2, FeBr3, FeO, Fe203, Fe(OH)2 및 Fe(GH)3, 그리고 전이금속이 Fe를 대체한 것 등의 다른 금속들이다. 첨가제는 하이드리노 반응의 속도를 증가시키도록 고전류를 일으킬 수 있다.
일 실시 예에서, 양극은 1차 금속과 첨가제를 포함하는데, 상기 첨가제는 Ag, Ce02 또는 La203와 같은 희토류 산화물, 그리고 Pt, Ir, Re, Pd 또는 AuPdPt와 같은 귀금속 또는 귀금속의 혼합물이나 합금 중 적어도 하나이다. Li2C03, Li20, NiO 또는 Ni(OH)2 중 하나는 양극에서 LiNi02를 형성하는 첨가제로서 작용할 수 있다. LiNi02는 전도성을 변화시킬 수 있고, 전기화학 작동 중 산화물-수산화물의 상호전환, 또는 하이드리노 반응을 용이하게 하는 Li+ + 전자 반응을 촉진시킨다. 첨가제는 각 충전과 방전 동안 양극에서 H2 또는 H20의 변화 중 적어도 하나에 대한 과전압을 낮출 수 있다. 실시 예들에서, Pt 양극 첨가제와 CsOH 전해질 첨가제를 포함하는 셀들은 [NiPt(H2)/LiOH-LiBr-CsOH)/NiO], [CoPt(H2)/LiOH-LiBr-CsOH)/NiO] 및 [MoPt(H2)/LiOH-LiBr-CsOH)/NiO]이다. 실시 예들에서, 테이브 주조된 것과 같은 양극과 전해질 중 적어도 하나에 대한 첨가제는 고체-산화물 연료 셀 전해질, 산화물 전도체, Sr도 포함할 수 있는 이트리아 안정화 지르코니아(YSZ)(common 8%가 Y8SZ을 형성하는 것처럼), 스칸디아 안정화 지르코니아(ScSZ)(common 9mol%Sc203-9ScSZ), 가돌리움 첨가 산화세륨(GDC) 또는 가돌리니아 첨가 산화세륨(CGO), 란타늄 몰식자산염, BiCuVOx, MgO, ZrO2, La203, Ce02와 같은 비스무스 구리 바나듐 산화물, La1 - xSrxCoy03 -와 같은 페로브스카이트 재료, 양성자 전도체들, 첨가 바륨 납고들과 지르곤산염들, 그리고 스트론튬 세륨 이트륨 니오븀 산화물과 HxW03와 같은 SrCe03-타입 양성자 전도체들을 포함한다. 추가적으로, 첨가제는 Al, Mo, 전이, 내부 전이 금속 또는 희토류 금속과 같은 금속을 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 양극, 음극 또는 전해질 중 적어도 하나는 고전류로 하이드리노 촉매 반응을 증가시키는 동일한 기능을 얻는 첨가제를 포함한다. 첨가제는 H 촉매작용 동안 형성되는 전자를 제거할 수 있다. 첨가제는 전자 교환 반응을 겪을 수 있다. 전형적인 실시 예에서, 첨가제는 양극 또는 음극에 부가될 수 있는 탄소를 포함한다. 전자는 전해질로부터 Li+를 삽입하여 중립을 유지하는 Cx-를 형성하도록 탄소와 반응한다. 따라서 탄소는 고전류와 유사한 방법으로 전자를 제거하는 싱크로서 작용한다.
CIHT 셀의 실시 예에서, 양극은 침투 또는 살포에 의해 H2를 제공하는 H2 저장소를 포함하는데, 외부 벽은 전극과 접촉하며 양극 표면을 이룬다. 양극은 저장소의 내부에 부가되는 화합물 또는 재료를 구성하는 첨가제를 포함한다. 첨가제는하이드리노 반응을 더 높은 속도로 가능하게 하도록 그리고/또는 필수적으로 양극의 부식을 방지하도록 양극에서의 전압을 변화시킬 수 있다. 첨가제는 H와 가역적으로 반응할 수 있는 화합물을 포함하는데, 여기서 H는 저장소의 벽을 가로질러 이동할 수 있다. 이동은 충전 동안 저장소 내부로 및 방전 동안 저장소 외부로 될 수 있다. 양극의 내부에 수소화물 또는 수소 저장 물질을 포함하는 첨가제는 방전 동안 충전에 의해 재생되는 수소 공급원으로 작용한다. Pt 등의 귀금속과 같은 수소 해리체는 수소 해리 및 수소투과성 양극을 가로지르는 수소 유동을 증가시킨다. 첨가제는 LiH, 티타늄 수소화물, MgH2, ZrH2, VH, NbH, LaNi6Hx, LiH + LiNH2, 또는 Li3N 혹은 양극 내 전도액을 만드는 알칼리 질화물들 혹은 알루미늄 또는 마그네슘 등의 다른 금속 질화물의 공융 혼합물과 같은 혼합물과 같은 수소 저장 물질을 포함한다. H 투과성 양극을 가로질러 이동하는 H와 반응하는 첨가제는 양극 전압에 기여할 수 있다. 전압은 양극을 가로지르는 H의 이동 중 H와 첨가제의 반응 의존성 때문일 수 있으며, 여기서 양극 표면에서의 외부 전기화학 반응은 H를 생산 혹은 소비한다. 추가적인 적절한 첨가제는 Mo02, MoS2, Co 등의 전이금속과 같은 금속, 그리고 Pd와 같은 귀금속이다. 내부 첨가제와 외부의 상호반응에 의해 전압에 기여하는 첨가제의 전형적인 반응은
4OH-(external) + Li3N(internal) 내지 LiNH2(internal) + 2LiH(internal) + 4e- + 202(external) (75)
OH-(external) + Li(internal) 내지 LiH(internal) + e- + l/202(external) (76)
그리고
60H-(external) + LaNi5(internal) 내지 LaNi5H6(internal) + 6e- + 302(external) (77)
일 실시 예에서, NH2 - 촉매와 H는 양극의 내부에 형성되며, 따라서 하이드리노는 양극의 외부와 마찬가지로 내부에도 형성된다. 후자 경우의 촉매는 HOH 일 수 있다. NH2 - 촉매 및 양극 내 H의 형성은 수소 투과성 양극을 가로지르는 H의 이동 때문일 수 있다. 이동을 수행하는 H의 형성은 OH-의 산화 때문이거나 혹은 하이드리노의 형성시 방출된 에너지에 의해 전기분해된 H2O로부터 나온 것일 수 있다. H는 양극에서의 산화와 음극에서의 환원 때문일 수 있으며, 큰 에너지를 방출하는 하이드리노의 이어지는 형성은 촉매로서 HOH 및 NH2 - 중 적어도 하나를 사용하는 다른 실시 예인 CIHT 셀을 포함한다. NH2 - 촉매를 형성하는 반응물들은 본 발명에 개시된 Li-N-H 시스템을 포함할 수 있다.
수용성 전해질을 포함하는 것과 같은 CIHT 셀의 일 실시 예에서, 양극은 베이스 에칭된 NiAl을 포함한다. 양극은 테이프 캐스트된 NiAl 합금을 포함할 수 있다. 베이스 에칭된 합금은 R-Ni를 포함할 수 있다. 대안으로서, 양극은 수용성 셀과 같은 H2 투과성 양극으로 작용하는 금속화된 폴리머를 포함할 수 있다. 일 실시 예에서 금속화된 폴리머 양극은 M, Co 및 Mo 중 적어도 하나를 포함한다. 수용성 전해질 셀과 마찬가지로 용융염 전해질 셀은 테프론과 같은 고 용융점을 가진 금속화된 양극 폴리머를 포함할 수 있다.
CIHT 셀의 일 실시 예에서, 하이드리노 반응 속도는 고전류 적용 또는 발달에 의존한다. CIHT 셀은 하이드리노 반응 속도를 증가시키도록 고전류에서 충전되고 방전될 수 있다. 셀은 간헐적으로 충전 및 방전될 수 있으며, 그에 따라 전기 에너지의 이득은 하이드리노 반응으로부터의 기여 덕분에 얻어진다. 고충전 및 방전 중 적어도 하나가 가능한 실시 예에서, 니켈-금속-수소화물-배터리-타입 (NiMH-타입 셀) CHIT 셀은 용기, 적어도 부분적으로 능동적 물질로서 니켈 옥시수산화물에 부과되는 니켈 수산화물을 포함하는 양극판, 능동적 물질로서 상응하는 수소화물에 부과되는 NiFe, MgNi 및 LaNi5와 같은 수소-흡수 합금들을 포함하는 음극판, 비직조 또는 직조될 수 있는 폴리올레핀과 같은 셀가아드나 다른 정교한 섬유질과 같은 분리기, 그리고 알칼리 전해질을 포함한다. 적절한 전해질은 KOH, NaOH 또는 LiOH 등의 알칼리 수산화물과 같은 수용성 수산염이다. LiBr 등의 알칼리 할로겐화물과 같은 다른 염은 전도성을 증진시키기 위해 부가될 수 있다. 일 실시 예에서, LiOH-LiBr와 같이 고전류를 운반하는 고전도성을 위한 전해질은 임의의 산소 환원 반을을 제한하고 부식을 제한하도록 선택된다.
일 실시 예에서, HOH 촉매는 하이드리노를 형성하는 H 촉매반응이 발생하도록 H 공급원 또는 H의 존재하에 음극 전극에 형성되된다. 일 실시 예에서, 능동적인 양극 물질은 H 공급원이고, 음극의 능동적 물질은 산소 공급원 또는 OH-와 같이 O를 포함하는 화합물이다. NiMH-타입 셀에 대하여, 적절한 능동적 양극 물질은 니켈 금속 수소화물이고, 적절한 능동적 음극 물질은 니켈 옥시수산화물, NiO(OH)이다. NiMH 타입 셀에서 발생하는 반응은 다음과 같다:
양극 반응(음전극):
OH- + MH to H20 + M + e- (78)
음극 반응(음전극):
NiO(OH) + H2O + e- to Ni(OH)2 + OH- (79)
NiMH-타입 셀의 음전극 내의 "금속" M은 금속 수소화물 화합물의 혼합물을 가역적으로 형성하는 역할을 하는 적어도 하나의 화합물을 포함한다. M은 AB5 중 적어도 하나와 같은 금속간 화합물(여기서 A는 란타늄, 세륨, 네오디뮴, 프라세오디뮴의 희토류 혼합물이고, B는 니켈, 코발트, 망간 및/또는 알루미늄이다.); 그리고 AB2 화합물을 기초한 고용량 음전극 물질(여기서 A는 티타늄 및/또는 바나듐이고, B는 크롬, 코발트, 철, 및/또는 망간으로 수정된 지르코늄 또는 니켈이다.)을 포함할 수 있다. M은 본 발명에 개시된 바와 같이 다른 적절한 수소화물을 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 수소 흡수 합금은, (A) 그 수소화물이 발열반응으로서 열을 발생시키는 금속을, (B) 그 수소화물이 흡열반응으로서 적절한 결합 에너지를 생성시키는 금속과 결합시킨다. 따라서 수소는 정상 압력과 온도 수준에서 또는 그 근처에서 흡수 및 방출될 수 있다. 금속이 결합되는 방법에 따라, 합금은 다음 형태들을 포함한다: TiFe와 같은 AB, ZnMn과 같은 AB2, LaNi5와 같은 AB5, 그리고 Mg2Ni와 같은 A2B. 전형적인 적절한 양극 합금은 니켈이 주 금속으로 작용하는 란타늄 그룹의 금속과 티타늄과 니켈이 주 금속으로 작용하는 AB2 타입 금속이다.
일 실시 예에서, 식 (78 내지 79)에서와 같은 수동적 내부 방전 반응에 더하여, 방전은 높은 하이드리노 반응 속도를 얻기 위해 고전류를 CIHT 셀에 통과시키도록 하는 외부 전류나 전력 공급원으로 구동된다. 높은 방전 전류 밀도는 0.1 A/㎠ 내지 100,000 A/㎠, 1 A/㎠ 내지 10,000 A/㎠, 1 A/㎠ 내지 1000 A/㎠, 10 A/㎠ 내지 1000 A/㎠, 그리고 10 A/㎠ 내지 100 A/㎠ 중 적어도 하나의 범위에 있을 수 있다. 하이드리노 반응은 방전 전력에 기여하여, 전력과 에너지 이득은 셀과 임의의 외부 전류 공급원을 재충전하는데 필요한 입력을 뺀 정미 출력으로 얻어진다. 일 실시 예에서, 외부전류 공급원은 다른 CIHT 셀을 포함할 수 있다. 식 (71)에 주어진 바와 같이, 하이드리노를 형성하는 반응은 산소를 셀내에 생성물로서 생성한다. 하이드리노 가스는 셀 밖으로 확산될 수 있고, 산소는 도 1과 2에 주어진 바와 같이 양극에서 공급될 수 있는 수소 가스의 부가에 의해 물로 변환될 수 있다.
일 실시 예에서, 전해질은 LiOH-LiBr 등의 본 발명의 개시 중 하나와 같은 용융염을 포함하며, 양극 H 공급원과 음극 산소 공급원은 용융염 전해질에 부과된 작동 온도에서 안정적이다. 전형적인 고-전류 구동 셀은 [MH/LiOH-LiBr/FeOOH]이며, 여기서 MH는 작동 온도와 조건에서 안정적인 금속 수소화물이다. 수소화물은 티타늄, 바나듐, 니오븀, 탄탈륨, 지르코늄과 하프늄 수소화물들, 희토류 수소화물들, 이트륨과 스칸듐 수소화물들, 전이요소 수소화물들, 이종합금 수소화물들, 그리고 아래에서와 같은 선행기술에서 알려진 그들의 합금들 등의 금속과 같은 수소 저장 물질을 포함한다. 상기 선행기술은 W. M. Mueller, J. P. Blackledge와 G. G, Libowitz, Metal Hydrides, Academic Press, New York, (1968), Hydrogen in Intermetallic Compounds I, Edited by L. Schlapbach, Springer-Verlag, Berlin, 그리고 Hydrogen in Intermetallic Compounds II, Edited by L. Schlapbach, Springer-Verlag, Berlin이며, 여기에 참고문헌으로 포함되어 있다. 금속 수소화물은 란타늄, 가돌리늄, 이테르븀, 세륨 및 프라세오디뮴 중 하나와 같은 희토류 수소화물, 스칸듐과 티타늄 중 하나와 같은 전이금속 수소화물, 그리고 지르코늄-티타늄(50%/50%)과 같은 합금 수소화물을 포함할 수 있다. 일 실시 예에서, H2 가스는 양극에 H의 공급원이 있다. 전형적인 셀은 [Ni(H2)/LiOH-LiBr/FeOOH]이다.
본 발명의 개시는 다음을 포함하는 열에너지를 발생하는 전력 시스템으로 더 진행된다: 대기, 대기 위 및 대기 아래 중 적어도 하나의 압력을 유지할 수 있는 적어도 하나의 용기; 적어도 하나의 히터, 다음 (a), (b) 및 (c)을 포함하는 하이드리노 반응물들을 구성하는 반응물들: (a) 초기 H20를 포함하는 촉매 공급원 또는 촉매; (b) 원자수소 공급원 또는 원자수소; (c) 촉매 공급원, 촉매, 원자수소 공급원 및 원자수소 중 적어도 하나를 형성하는 수산화 화합물과 할로겐 화합물, 그리고 원자수소의 촉매작용을 촉발시키는 하나 또는 그 이상의 반응물들. 여기서 반응은 반응물을 혼합하는 것과 가열하는 것 중 적어도 하나에서 발생한다. 수산화 화합물과 헬로겐 화합물 중 적어도 하나는 알칼리, 알칼리토류, 전이 내부전이, 그리고 희토류 금속, Al, Ga, In, Sn, Pb, Bi, Cd, Cu, Co, Mo, 그리고 Ni, Sb, Ge, Au, Ir, Fe, Hg, Mo, Os, Pd, Re, Rh, Ru, Se, Ag, Tc, Te, Tl, Sn, W, 그리고 Zn 중 적어도 하나를 포함한다. 일 실시 예에서, 반응물은 반응물을 재생하도록 생성물과 반응하는 H2O 공급원을 더 포함한다.
본 발명의 개시는 전기와 열에너지 중 적어도 하나를 발생시키며, 대기에 가까우며 적어도 하나의 음극을 포함하는 용기, 적어도 하나의 양극, 적어도 하나의 쌍극판, 그리고 셀 작동 중 하이드리노 반응물을 개별 전자 유동과 이온 질량 이동으로 구성하는 반응물을 포함하는 전기화학 전력시스템으로 진행된다. 상기 반응물은 다음으로부터 선택된 적어도 두 개의 성분들을 포함할 수 있다: (a) 적어도 하나의 H20 공급원; (b) nH, OH, OH-, 초기의 H20, H2S 또는 MNH2로 선택된 그룹 중 적어도 하나를 포함하는 적어도 하나의 촉매 공급원 또는 촉매(여기서 n은 정수이고 M은 알칼리 금속); (c) 적어도 하나의 원자수소 공급원 또는 원자수소와, 촉매 공급원, 촉매, 원자수소 공급원 및 원자수소 중 적어도 하나를 형성하는 하나 또는 그 이상의 반응물; 원자수소의 촉매작용을 촉발시키는 하나 또는 그 이상의 반응물; 그리고 지지대. 여기서, 음극, 양극, 반응물들 및 쌍극판의 조합은 원자수소 촉매작용의 전파를 허용하도록 각 음극과 대응 양극 사이에 화학 포텐셜을 유지하며, 상기 시스템은 전기분해 시스템을 더 포함한다. 일 실시 예에서, 전기화학 전력시스템의 전기분해 시스템은 원가수소 공급원 또는 원자수소를 제공하기 위해 H2O를 간헐적으로 전기분해하며, 사이클의 정미 에너지 밸런스 내에 이득이 존재하도록 셀을 방전한다. 반응물은 다음에서 선택된 적어도 하나의 전해질을 포함한다: 적어도 하나의 용융 수산화물; 적어도 하나의 공융 염 혼합물; 적어도 하나의 용융 수산화물과 적어도 하나의 다른 화합물; 적어도 하나의 용융 수산화물과 염; 적어도 하나의 용융 수산화물과 할로겐화 염; 적어도 하나의 알칼리 수산화물과 알칼리 할로겐화물; LiOH-LiBr, LiOH-LiX, NaOH-NaBr, NaOH-NaI, NaOH-NaX, 그리고 KOH-KX(여기서 X 는 할로겐화물을 나타냄), 적어도 하나의 매트릭스, 그리고 적어도 하나의 첨가제. 전기화학 전력시스템은 히터를 더 포함할 수 있다. 전해질 용융점 위의 전기화학 전력시스템의 셀 온도는 용융점보다 높은 약 0℃ 내지 1500℃, 용융점보다 높은 약 0℃ 내지 1000℃, 용융점보다 높은 약 0℃ 내지 500℃, 용융점보다 높은 약 0℃ 내지 250℃, 그리고 용융점보다 높은 약 0℃ 내지 100℃에서 선택된 적어도 하나의 범위에 있을 수 있다. 실시 예들에서, 전기화학 전력시스템의 매트릭스는 산화음이온 화합물, 알루민산염, 텅스텐산염, 지르콘산염, 티탄산염, 황산염, 인산염, 탄산염, 질산염, 크롬산염, 그리고 망간산염, 산화물, 질화물, 붕소화물, 칼코겐화물, 규화물, 인화물, 그리고 탄소화물, 금속, 금속 산화물, 비금속, 비금속 산화물; 알칼리, 알칼리 토류, 전이, 내부 전이, 그리고 토류 금속의 산화물, 그리고 Al, Ga, In, Sn, Pb, S, Te, Se, N, P, As, Sb, Bi, C, Si, Ge, 그리고 B, 그리고 산화물 또는 산화음이온을 형성하는 다른 요소들; 알칼리, 알칼리 토류, 전이, 내부 전이, 그리고 희토류 금속 중 하나와 같은 적어도 하나의 산화물, 그리고 Al, Ga, In, Sn, Pb, S, Te, Se, N, P, As, Sb, Bi, C, Si, Ge, 그리고 B, 그리고 산화물을 형성하는 다른 요소들, 그리고 하나의 산화음이온 중 적어도 하나를 포함하고,
알칼리, 알칼리 토류, 전이, 내부 전이 및 희토류 금속의 그룹으로부터 적어도 하나의 양이온, 그리고 Al, Ga, In, Sn 및 Pb 양이온; LiAl02, MgO, Li2Ti03 또는 SrTi03; 양극 물질의 산화물과 전해질 화합물; 전해질의 양이온과 산화물 중 적어도 하나; 전해질 MOH(M = 알칼리)의 산화물; 요소, 금속, 합금, 또는 Mo, Ti, Zr, Si, Al, Ni, Fe, Ta, V, B, Nb, Se, Te, W, Cr, Mn, Hf, Co, 그리고 M'(M'는 알칼리 토류 금속을 나타냄), Mo02, Ti02, Zr02, Si02, Al203, NiO, FeO 또는 Fe2Q3, Ta02, Ta205, VO, VO2, V203, V205, B203, NbO, Nb02, Nb205, Se02, Se03, Te02, Te03, WO2, W03, Cr304, Cr203, CrO2, Cr03, MnO, Mn3O4, Mn203, MnO2, Mn207, Hf02, CoO, Co2O3, Co304, 그리고 MgO; 양극 물질의 산화물과 선택적으로 전해질의 산화물; Li2Mo03 또는 Li2Mo04, Li2Ti03, Li2Zr03, Li2Si03, LiAlO2, LiNi02, LiFeO2, LiTa03, LiVO3, Li2B4O7, Li2Nb03, Li2P04, Li2Se03, Li2Se04, Li2Te03, Li2Te04, Li2W04, Li2Cr04, Li2Cr207, Li2Mn04, Li2Hf03, LiCo02, 그리고 M'O(M'는 알칼리 토류 금속을 나타냄), 그리고 MgO; 양극 요소 또는 같은 그룹 요소의 산화물, 그리고 Mo 양극을 가진 Li2Mo04, Mo02, Li2W04, Li2Cr04, 그리고 Li2Cr207을 더 포함하고, 첨가제는 S, Li2S, 산화물, MoO2, Ti02, Zr02, Si02, Al203, NiO, FeO 또는 Fe203, Ta02, Ta205, VO, V02, V203, V205, P203, P205, B203, NbO, Nb02, Nb205, Se02, Se03, Te02, Te03, W02, W03, Cr304, Cr203, Cr02, Cr03, MgO, Li2Ti03, LiA102, Li2Mo03 또는 Li2Mo04, Li2Zr03, Li2Si03, LiNi02, LiFe02, LiTa03, LiV03, Li2B407, Li2Nb03, Li2Se03, Li2Se04, Li2Te03, Li2Te04, Li2W04, Li2Cr04, Li2Cr207, Li2Mn03, 또는 LiCo02, MnO, 그리고 CeO2 중 적어도 하나를 포함한다. 다음 반응의 적어도 하나는 전기화학 전력시스템의 작동 중 발생할 수 있다: (a) H와 H2 중 적어도 하나는 H2O의 전기분해로부터 방전 양극에 형성된다; (b) O와 O2 중 적어도 하나는 H20의 전기분해로부터 방전 음극에 형성된다; (c) 수소 촉매는 반응 혼합물의 반응에 의해 형성되고, (d) 하이드리노는 전기전력과 열전력 중 적어도 하나로 생성되도록 방전 동안 형성된다; (e) OH-는 산화되며 하이드리노 촉매로 작용하는 최초 H2O를 형성하도록 H와 반응한다; (f) OH-는 산소이온과 H로 산화된다; (g) 산소이온, 산소 및 H2O 중 적어도 하나는 방전 음극에서 환원되고, (h) H와 최초 H20 촉매는 하이드리노를 형성하도록 반응하며, (i) 하이드리노는 방전 동안 전기전력과 열전력 중 적어도 하나를 생산하도록 형성된다. 전기화학 전력시스템의 일 실시 예에서 OH-의 산화 반응과 산소이온, 산소 및 H2O 중 적어도 하나의 환원 반응 중 적어도 하나는 셀 방전 동안 간헐적인 전기분해의 전기분해 과정 동안의 에너지를 초과하는 에너지를 생산하도록 발생된다. 시간 초과 방전 전류는 간헐적 전기분해의 전기분해 과정 동안 시간 초과 전류를 초과할 수 있다. 일 실시 예에서, 양극 반쪽-셀 반응은
OH- + 2H to H2O + e- + H(l/4)
로 될 수 있고, 여기서 H20 촉매와 e-를 형성하기 위한 첫째 H와 OH-의 반응은 둘째 H가 하이드리노로 되도록 H2O 촉매와 협력한다. 실시 예들에서, 방전 양극 반쪽-셀 반응은 표준 수소 전극에 대한 작동온도에 대해 열역학적으로 보정된 약 1.2 volts 중 적어도 하나의 전압과, 표준 수소 전극과 25℃에 대해 약 1.5V 내지 0.75V, 1.3V 내지 0.9V 및 1.25V 내지 1.1V의 범위들 중 적어도 하나의 전압을 가지며, 음극 반쪽-셀 반응은 작동온도에 대해 열역학적으로 보정된 약 0V 중 적어도 하나의 전압과, 표준 수소 전극과 25℃에 대해 약 -0.5 V 내지 +0.5V, -0.2 V 내지 +0.2V 및 -0.1V to +0.1V의 범위들 중 적어도 하나의 전압을 가진다.
본 발명에 개시된 전기화학 전력시스템의 일 실시 예에서, 음극은 NiO를 포함하고, 양극은 Ni, Mo, HAYNES®242® 합금 및 탄소 중 적어도 하나를 포함하며, 바이메탈 접점은 양극과 다른 금속인 하스텔로이, Ni, Mo 및 HAYNES®242® 합금 중 적어도 하나를 포함한다. 전기화학 전력시스템은 쌍극판이 양극과 음극을 분리하는 바이메탈 접점을 포함하는 적어도 한 층의 셀을 포함할 수 있다. 일 실시 예에서, 셀은 H20를 공급받으며, 여기서 H20 증기압력은 약 0.001 Torr 내지 100 atm, 약 0.001 Torr 내지 0.1 Torr, 약 0.1 Torr 내지 1 Torr, 약 1 Torr 내지 10 Torr, 약 10 Torr 내지 100 Torr, 약 100 Torr 내지 1000 Torr, 그리고 약 1000 Torr 내지 100 atm 에서 선택된 적어도 하나의 범위에 있으며, 최소한 대기압을 얻기 위한 압력 균형은 희귀 가스와 질소 중 적어도 하나를 포함하는 공급된 불활성 가스에 의해 제공된다. 일 실시 예에서, 전기화학 전력시스템은 시스템에 H2O를 공급하기 위한 수증기 발생기를 포함할 수 있다. 일 실시 예에서, 셀은 충전과 방전 과정 사이에서 간헐적으로 전환되며, 여기서 (i) 충전 과정은 적어도 반대 전압 극성의 전극에서 물의 전기분해를 포함하고, (ii) 방전 과정은 적어도 한쪽 또는 양쪽 전극에서 H2O 촉매의 형성을 포함하며; 여기서 (i) 음극 또는 양극과 같은 각 셀의 각 전극의 역할은 충전과 방전 과정 사이에서 전후 스위칭으로 뒤바뀌고, (ii) 전류 극성은 충전과 방전 과정 사이에서 전후 스위칭으로 뒤바뀌는데, 여기서 충전은 적용 전류와 전압의 지원 중 적어도 하나를 포함한다. 실시 예들에서, 적용 전류와 전압 중 적어도 하나는 약 0.001% 내지 약 95% 범위의 작동 주기; 약 0.1V 내지 10V 범위 내의 셀 당 피크 전압; 약 0.001 W/㎠ 내지 1000 W/㎠의 피크 전력 밀도, 약 0.0001 W/㎠ 내지 100 W/㎠ 범위 내의 평균 전력을 포함하는 파형을 가진다. 여기서 적용 전류와 전압은 직류전압, 직류전류, 교류전류 및 교류전압 파형들 중 적어도 하나를 더 포함하고, 파형은 약 1Hz 내지 약 1000Hz 범위 내의 주파수를 포함한다. 간헐적 사이클의 파형은 전해질과 간헐적 사이클의 방전 과정 중 적어도 하나에 대하여 정전류, 전력, 전압 및 저항과, 가변전류, 전력, 전압 및 저항 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 실시 예들에서, 사이클 중 적어도 한 과정에 대한 매개변수들은 다음을 포함한다: 간헐적 과정의 주파수는 약 0.001 Hz 내지 10 MHz, 약 0,01 Hz 내지 100 kHz 및 약 0.01 Hz 내지 10 kHz에서 선택된 적어도 하나의 범위 내에 있고;
셀 당 전압은 약 0.1 V 내지 100 V, 약 0.3 V 내지 5 V, 약 0.5 V 내지 2 V 및 약 0.5 V 내지 1.5 V에서 선택된 적어도 하나의 범위 내에 있고; 하이드리노를 형성하는데 능동적인 전극 면적당 전류는 약 1 μA cm-2 내지 10 A cm-2, 약 0.1 mA cm-2 내지 5 A cm-2 및 약 1 mA cm-2 내지 1 A cm-2에서 선택된 적어도 하나의 범위 내에 있고; 하이드리노를 형성하는데 능동적인 전극 면적당 전력은 약 1 μW cm-2 내지 10 W cm-2, 약 0.1 mW cm-2 내지 5 W cm-2 및 약 I mW cm-2 내지 I W cm-2에서 선택된 적어도 하나의 범위 내에 있고; 하이드리노를 형성하는데 능동적인 전극 면적당 상전류는 약 1 μA cm-2 내지 1 A cm-2의 범위 내에 있고; 하이드리노를 형성하는데 능동적인 전극 면적당 상전력은 약 1 mW cm-2 내지 1 W cm-2의 범위 내에 있고; 시간 간격은 약 10-4s 내지 10,000s, 10-3s 내지 1000s, 10-2s 내지 100s 및 10-1s 내지 10s에서 선택된 적어도 하나의 범위 내에 있고; 셀 당 저항은 약 lmΩ 내지 100MΩ, 약 1Ω 내지 1MΩ 및 10Ω 내지 1kΩ에서 선택된 적어도 하나의 범위 내에 있고; 하이드리노를 형성하는데 능동적인 전극 면적당 적절한 전하의 전도율은 약 lO-5 내지 1000 Ω-1cm-2, 10-4 내지 100 Ω-1cm-2, 10-3 내지 10 Ω-1cm-2 및 10-2 내지 1 Ω-1cm-2에서 선택된 적어도 하나의 범위 내에 있으며, 방전 전류, 전압, 전력 또는 시간 간격 중 적어도 하나는 사이클에 대한 전력이나 에너지 이득 중 적어도 하나를 발생시키는 전기분해 과정에서보다 크다. 방전 동안의 전압은 양극을 과도한 부식을 막는 정도 이상으로 유지될 수 있다.
전기화학 전력시스템의 일 실시 예에서, 촉매-형성 반응은 다음으로 주어지고;
02 + 5H+ + 5e- to 2H2O + H(l/p)
반대 측 반쪽-셀 반응은 다음으로 주어지며;
H2 to 2H+ + 2e-
그리고 전체 반응은 다음으로 주어진다.
3/2H2 + 1/202 to H2O + H(l/p)
다음 생성물의 적어도 하나는 전기화학 전력시스템의 작동 중 수소로부터 형성될 수 있다: (a) a hydrogen product with a Raman peak at integer multiple of 0.23 내지 0.25cm-1의 정수배에서의 라만 피크에 더하여 0cm-1 내지 2000cm-1의 범위에서의 매트릭스 이동을 가진 수소 생성물; (b) 0.23cm-1 내지 0.25cm-1의 정수배에서의 적외선 피크에 더하여 0cm-1 내지 2000cm-1의 범위에서의 매트릭스 이동을 가진 수소 생성물; (c) 475 eV 내지 525 eV 또는 257 eV, 509 eV, 506 eV, 305 eV, 490 eV, 400 eV, 또는 468 eV의 범위에서 에너지의 엑스선 광전자 분광 피크에 더하여, 0 eV 내지 10 eV의 범위에서의 매트릭스 이동을 가진 수소 생성물; (d) 업필드 MAS NMR 매트릭스 이동을 일으키는 수소 생성물, (e) 업필드 MAS NMR 또는 TMS에 대해 -5 ppm 이상의 액체 NMR 이동을 가진 수소 생성물; (f) 0.23cm-1 내지 0.3cm-1의 정수배 간격을 가진 200nm 내지 300nm 범위 내에서의 적어도 두 개의 전자-빔 방출 스펙트럼 피크에 더하여 0cm-1 내지 5000cm-1 범위 내에서의 매트릭스 이동을 가진 수소 생성물; 그리고 (g) 0.23cm-1 내지 0.3cm-1의 정수배 간격을 가진 200nm 내지 300nm 범위 내에서의 적어도 두 개의 자외선 형광 방출 스펙트럼 피크에 더하여 0cm-1 내지 5000cm-1 범위 내에서의 매트릭스 이동을 가진 수소 생성물.
본 발명의 개시는 수소 투과성 전극을 포함하는 수소 양극; 수산화물을 포함하는 용융염 전해질; 그리고 O2와 H20 음극 중 적어도 하나를 포함하는 전기화학 전력시스템에 대해 더 진행한다. 실시 예들에서, 수소 투과 상태에서 전해질과 박막의 용융상태 중 적어도 하나를 유지하는 셀 온도는 약 25℃ 내지 2000℃, 약 100℃ 내지 1000℃, 약 200℃ 내지 750℃ 및 약 250℃ 내지 500℃에서 선택된 적어도 하나의 범위 내에 있으며, 상기 셀 온도는 용융점보다 높은 약 0℃ 내지 1500℃, 용융점보다 높은 0℃ 내지 1000℃, 용융점보다 높은 0℃ 내지 500℃, 용융점보다 높은 0℃ 내지 250℃, 그리고 용융점보다 높은 0℃ 내지 100℃ 중 적어도 하나의 범위 내에서 전해질 용융점 위에 있고; 박막 두께는 약 0.0001cm 내지 0.25cm, 0.001cm 내지 0.1cm 및 0.005cm 내지 0.05cm에서 선택된 적어도 하나의 범위 내에 있고; 수소 압력은 약 1 Torr 내지 500 atm, 10 Torr 내지 100 atm, 그리고 100 Torr 내지 5 atm 에서 선택된 적어도 하나의 범위로 유지되고; 수소 투과 속도는 약 1 X 10-13 mole s-1cm-2 내지 1 X 10-4 mole s-1cm-2, 1 X 10-12 mole s-1cm-2 내지 1 X 10-5 mole s-1cm-2, 1 X 10-11 mole s-1cm-2 내지 1 X 10-6 mole s-1cm-2, 1 X 10-10 mole s-1cm-2 내지 1 X 10-7 mole s-1cm-2, 그리고 1 X 10-9 mole s-1cm-2 내지 1 X 10-8 mole s-1cm-2 에서 선택된 적어도 하나의 범위 내에 있다. 일 실시 예에서, 전기화학 전력시스템은 수소-확산 전극을 포함하는 수소 양극; 수산화물을 포함하는 용융염 전해질, 그리고 O2와 H20 음극 중 적어도 하나를 포함한다. 실시 예들에서, 전해질의 용융상태를 유지하는 셀 온도는 전해질 용융점보다 높은 약 0℃ 내지 1500℃, 전해질 용융점보다 높은 약 0℃ 내지 1000℃, 전해질 용융점보다 높은 약 0℃ 내지 500℃, 전해질 용융점보다 높은 약 0℃ 내지 250℃, 그리고 전해질 용융점보다 높은 약 0℃ 내지 100℃에서 선택된 적어도 하나의 범위 내에 있고, H2 버블링 또는 살포 전극의 기하학적 면적당 수소 유동 속도는 약 1 X 10-13 mole s-1cm-2 내지 1 X 10-4 mole s-1cm-2, 1 X 10-12 mole s-1cm-2 내지 1 X 10-5 mole s-1cm-2, 1 X 10-11 mole s-1cm-2 내지 1 X 10-6 mole s-1cm-2, 1 X 10-10 mole s-1cm-2 내지 1 X 10-5 mole s-1cm-2, 그리고 1 X 10-9 mole s-1cm-2 내지 1 X 10-8 mole s-1cm-2에서 선택된 적어도 하나의 범위 내에 있고; 반대 전극에서의 반응 속도는 수소가 반응하는 전극에서의 속도와 일치하거나 초과하며; H20와 02 중 적어도 하나의 환원 속도는 H 또는 H2의 반응 속도를 유지하는데 충분하고, 반대 전극은 충분한 속도를 유지하는데 충분한 표면적과 물질을 가진다.
본 발명의 개시는 다음을 포함하는 열 에너지를 생성하는 전력시스템으로 더 진행된다: 대기, 대기 위 및 대기 아래 중 적어도 하나의 압력을 유지할 수 있는 적어도 하나의 용기; 적어도 하나의 히터; (a) 최초 H2O를 포함하는 촉매 공급원 또는 촉매, (b) 원자수소 공급원 또는 원자수소 및 (c) 촉매 공급원, 촉매, 원자수소 공급원, 그리고 원자수소 중 적어도 하나를 형성하는 반응물을 포함하는 하이드리노 반응물을 구성하는 반응물들; 그리고 반응물들의 혼합 및 가열 중 적어도 하나에서 반응이 발생하도록 원자수소의 촉매작용을 촉발시키는 하나 또는 그 이상의 반응물. 실시 예들에서, 촉매 공급원, 촉매, 원자수소 공급원, 그리고 원자수소 중 적어도 하나를 형성하는 전력시스템의 반응은 탈수 반응; 연소 반응; 루이스 산 또는 베이스와 브론스테드-로우리 산 또는 베이스의 반응; 산화-베이스 반응; 산 무수물-베이스 반응; 산-베이스 반응; 베이스-능동 금속 반응; 산화-환원 반응; 분해 반응; 교환 반응, 및 할로겐화물, O, S, Se, Te, NH3의 적어도 하나의 OH를 가진 화합물과의 교환 반응; O를 포함하는 화합물의 수소 환원 반응에서 선택된 적어도 하나의 반응을 포함하고, H 공급원은 반응물이 반응을 겪어 수소화물로부터 또는 가스 공급원과 해리체로부터 형성된 최초 H 중 적어도 하나이다.
VI. 화학 반응기
본 발명의 개시는 또한 증가된 결합 에너지 수소 종 및 디하이드리노 분자와 하이드리노 수소화합물과 같은 본 발명에 개시된 화합물을 생성시키기 위한 반응기로 진행한다. 촉매의 다른 생성물은 전력과 셀 타입에 따라 선택적으로 플라즈마와 빛이다. 그러한 반응기는 이후 "수소 반응기" 또는 "수소 셀"로 언급된다. 수소 반응기는 하이드리노를 만드는 셀을 포함한다. 하이드리노를 만드는 셀은 가스 방전 셀, 플라즈마 토치 셀, 또는 마이크로웨이브 전력 셀, 그리고 전기화학 셀과 같은 화학 반응기 또는 가스 연료 셀의 형태를 취할 수 있다. 하이드리노를 만드는 셀의 전형적인 실시 예는 액체-연료 셀, 고체-연료 셀, 불균질-연료 셀, CIHT 셀, 그리고 SF-CIHT 셀의 형태를 취할 수 있다. 이런 셀들의 각각은 다음을 포함한다: (i) 원자 수소의 공급원; (ii) 고체 촉매, 용융 촉매, 액체 촉매, 기체 촉매, 또는 하이드리노를 만들기 위한 그의 혼합물; 그리고 (iii) 하이드리노를 만들기 위해 수소와 촉매를 반응시키는 용기. 여기서 사용되고 본 발명의 개시에 의해 고려된 바와 같이, 용어 "수소"는 구체적으로 특정하지 않는 한 프로테움(1H) 뿐만 아니라 듀테륨(2H)과 트리튬(3H)도 포함한다. 전형적인 화학 반응 혼합물과 반응기는 SF-CIHT, CIHT, 또는 본 발명 개시의 열적 셀 실시 예를 포함할 수 있다. 추가적인 전형적 실시 예들은 여기 화학 반응기 섹션에 주어진다. 혼합물의 반응 동안 형성된 촉매로서 H2O를 가진 반응 혼합물의 예들은 본 발명의 개시에 주어진다. 표 1과 3에 주어진 것과 같은 다른 촉매들은 증가된 결합 에너지 수소 종과 화합물을 형성하도록 작용할 수 있다. 표 3의 전형적인 M-H 타입 촉매는 NaH이다. 반응과 조건은 반응물들, 반응물 wt%'s, H2 압력, 그리고 반응 온도와 같은 매개변수들로 이 전형적인 케이스를 조정할 수 있다. 적절한 반응물, 조건 및 매개변수 범위가 본 발명에 개시된다. 하이드리노와 분자 하이드리노는 13.6 eV의 정수배의 예견된 연속 방사 밴드에 의해, 그 외에는 H 라인들로 펼쳐진 도플러 라인에 의해 측정된 설명할 수 없는 이례적으로 높은 H 동적 에너지, H 라인의 역전, 브레이크다운 필드 없는 플라즈마의 형성, 그리고 이례적으로 Mills Prior Publications에서 보고된 바와 같은 플라즈마 애프터글로의 지속기간에 의해, 본 발명의 공개된 반응기의 생성물임을 보여주며, CIHT 셀과 고체 연료에 관해서는 각각 다른 연구자들에 의해 증명되어왔다. 본 발명에 개시된 셀에 의한 하이드리노의 형성은 또한 전기에너지에 의해 확인되었는데, 상기 전기 에너지는 긴-지속기간에 걸쳐 연속적으로 출력되며, 대부분의 경우 대체 공급원 없이 입력을 10배 이상 초과하는 전기입력의 배수였다. 예견되는 분자 하이드리노 H2(l/4)는 예견된 바와 같이 약 -4.4 ppm의 업필드로 이동된 매트릭스 피크를 보여준 MAS H NMR, m/e = M + n2 피크로서 게터 매트릭스에 집합된 H2(l/4)를 보여준 ToF-SIMS와 ESI-ToFMS(여기서 M은 어미 이온이고 n은 정수), 16 또는 양자수 p=4의 제곱 배인 H2 에너지를 가진 H2(l/4)의 예견된 회전 및 진동 스펙트럼을 보여준 전자-빔 여기 방사 분광 및 광루미네선스 방사 분광, 16 또는 양자수 p=4의 제곱 배인 H2의 회전 에너지를 가진 1950 cm-1의 H2(l/4)의 회전 에너지를 보여준 라만과 FTIR 분광, 500 eV의 H2(l/4)의 예견된 총 결합 에너지를 보여준 XPS, 그리고 H(1/4)에 대해 예견된 H를 위한 에너지 방출을 제3체 H에 전달되는 에너지와 일치시키는 약 204 eV의 동적 에너지를 가진 H에 상응하는 m/e=l 피크 전 도달 시간을 가진 ToF-SIMS 피크에 의해, CIHT 셀과 고체 연료의 생성물로 확인되었는데, 이는International Journal of Energy Research의 "촉매 유도 하이드리노 트랜지션(CHIT) 전기화학 셀"(Mills Prior Publications, R. Mills X Yu, Y. Lu, G Chu, J. He, J. Lotoski, 2013)과, 전체가 참고로 여기에 포함된 "고-전력-밀도 촉매 유도 하이드리노 트랜지션(CHIT) 전기화학 셀"(R. Mills, J. Lotoski, J. Kong, G Chu, J. He, J. Trevey, 2014)에 보고된 바와 같다.
물 유동 열량계와 세타람 DSC 131 시차 주사 열량계(DSC)를 모두 사용하여, 열동력을 발생시키는 고체 연료를 포함하는 등 본 발명으로 개시된 셀에 의한 하이드리노 형성은 하이드리노-형성 고체 연료에서 이론적인 최대 에너지를 60배 만큼 초과한 열에너지를 관측함으로써 확인되었다. MAS H NMR은 예견된 H2(l/4)의 약 -4.4 ppm의 업필드 매트릭스 이동을 보여주었다. 1950 cm-1에서 시작한 라만 피크가 H2(1/4)의 자유공간 회전 에너지와 일치하였다(0.2414 eV). 이 결과들은 "Solid Fuels that Form HGH Catalyst"(Mills Prior Publications, R. Mills, J. Lotoski, W. Good, J. He, 2014)에 보고되었고, 전체가 여기에 참고로 포함되었다.
일 실시 예에서, 고체 연료 반응은 생성물 또는 중간 반응 생성물로서 H20와 H를 형성한다. H20는 하이드리노를 형성하는 촉매로서 작용할 수 있다. 반응물은 적어도 하나의 산화제와 하나의 환원제를 포함하며, 반응은 적어도 하나의 산화-환원 반응을 포함한다. 환원제는 알칼리 금속과 같은 금속을 포함할 수 있다. 반응 혼합물은 수소 공급원과 H2O 공급원을 더 포함하며, 탄소, 탄화물, 붕소화물, 질화물, TiCN과 같은 카르보니트릴, 또는 니트릴 등의 서포트를 선택적으로 포함할 수 있다. 서포트는 금속 파우더를 포함할 수 있다. 일 실시 예에서, 수소 서포트는 MoPt, MoNi, MoCu 및 MoCo와 같은 본 발명 개시의 것과 같은 Mo 또는 Mo 합금을 포함한다. 일 실시 예에서, 서포트의 산화는 서포트를 산화시키지 않는 반응 혼합물의 다른 성분을 선택하는 것, 비산화 반응 온도와 조건을 선택하는 것, 그리고 선행기술의 하나에 알려진 것처럼 H2 대기와 같은 환원 대기를 유지하는 것과 같은 방법으로 피할 수 있다. H의 공급원은 알칼리, 알칼리 토류, 전이, 내부 전이, 희토류 수소화물, 그리고 본 발명에 개시된 수소화물의 그룹으로부터 선택될 수 있다. 수소 공급원은 탄소 또는 알루미나와 본 발명에 개시된 다른 것과 같이 서포트 상의 귀금속과 같은 해리체를 더 포함할 수 있는 수소 가스일 수 있다. 물 공급원은 수산화물 또는 Al, Zn, Sn, Cr, Sb 및 Pb의 복합물과 같은 수산화물 복합물처럼 탈수시키는 화합물을 포함할 수 있다. 산소 공급원은 산소를 포함하는 화합물을 포함할 수 있다. 전형적인 화합물 또는 분자는 02, 알칼리 또는 알칼리 토류 산화물, 과산화물, 또는 초산화물, Te02, Se02, PO2, P205, SO2, SO3, M2SO4, MHSO4, CO2, M2S208, MMnO4, M2Mn204, MxHyP04(x, y = 정수), POBr2, MClO4, MnO3, NO, N20, N02, N2O3, Cl2O7, 그리고 O2(M = 알칼리; 그리고 알칼리 토류 또는 다른 양이온은 M으로 대체될 수 있다)이다. 다른 전형적인 반응물은 Li, LiH, LiNO3, LiNO, LiNO2, Li3N, Li2NH, LiNH2, LiX, NH3, LiBH4, L1AlH4, Li3AlH6, LiOH, Li2S, LiHS, LiFeSi, Li2C03, LiHCO3, Li2S04, LiHS04, Li3P04, Li2HP04, LiH2PO4, Li2Mo04, LiNb03, Li2B407(사붕산리튬), LiB02, Li2W04, LiAlCl4, LiGaCl4, Li2Cr04, Li2Cr207, Li2Ti03, LiZr03, LiA102, LiCo02, LiGa02, Li2Ge03, LiMn2O4, Li4Si04, Li2SiO3, LiTaO3, LiCuCl4, LiPdCl4, LiV03, LiI03, LiBr03, LiX03(X = F, Br, Cl, I), LiFeO2, LiIO4, LiBr04, LiIO4, LiXO4(X = F, Br, Cl, I), LiScOn, LiTiOn, LiVOn, LiCrOn, LiCr2On, LiMn2On, LiFeOn, LiCoOn, LiNiOn, LiNi2On, LiCuOn, 그리고 LiZnOn(여기서 n = l, 2, 3 또는 4), 옥시아니온, 강산의 옥시아니온, 산화제, V203, I205, Mn02, Re2O7, Cr03, Ru02, AgO, PdO, PdO2, PtO, Pt02, 그리고 NH4X와 같은 분자 산화제(여기서 X는 질산염 또는 CRC에 주어진 다른 적당한 음이온), 그리고 환원제의 그룹에서 선택된 시약을 포함한다. 다른 알칼리 금속 또는 다른 양이온은 Li로 대체될 수 있다. 산소의 추가적인 공급원은 MCoO2, MGaO2, M2Ge03, MMn204, M4Si04, M2Si03, MTa03, MV03, MI03, MFe02, MIO4, MC104, MScOn, MTiOn, MVOn, MCrOn, MCr2On, MMn20n, MFeOn, MCoOn, MNiOn, MNi2On, MCuOn, 그리고 MZnOn(여기서 M은 알칼리, n = 1, 2, 3 또는 4), 옥시아니온, 강산의 옥시아니온, 산화제, V203, I205, Mn02, Re2O7, Cr03, Ru02, AgO, PdO, PdO2, PtO, Pt02, I204, I205, I209, SO2, S03, C02, N20, NO, N02, N2O3, N204, N205, Cl2O, ClO2, Cl2O3, Cl206, Cl207, P02, P203, 그리고 P205와 같은 분자 산화제의 그룹에서 선택될 수 있다. 반응물은 하이드리노를 형성하는 어떤 필요한 비율일 수 있다. 전형적인 반응 혼합물은 LiH 0.33 g, LiN03 1.7g 및 MgH2 1g과 활성화된 C 파우더 4g의 혼합물이다. 또 다른 전형적인 반응 혼합물은 KN03(75 wt%), 연재 목탄(공식 C7H40를 포함)(15 wt%) 및 S(10 wt%); KNO3(70.5 wt%)와 연재 목탄(29.5 wt%) 또는 약 ±1-30 wt% 범위 내의 이 비율들과 같은 화약의 혼합물이다. 수소 공급원은 공식 C7H40를 포함하는 목탄일 수 있다.
일 실시 예에서, 반응 혼합물은 질소, 이산화탄소, 그리고 H2O를 형성하는 반응물을 포함하며, 여기서 후자는 반응에서도 형성되는 H에 대한 하이드리노 촉매로 작용한다. 일 실시 예에서, 반응 혼합물은 수소 공급원과 질산염, 황산염, 과염소산염, 과산화수소와 같은 과산화물, 트리아세톤-트리페록사이드(TATP) 또는 특히 O2 또는 니트로셀룰로즈(APNC) 등의 니트로 화합물과 같은 다른 산소 공급원의 부가로 H 공급원으로도 작용할 수 있는 디아크테온-디페록사이드(DADP)와 같은 과산화 화합물, 산소 또는 산소나 옥시아니온 화합물을 포함하는 다른 화합물을 포함할 수 있는 H2O 공급원을 포함한다. 반응 혼합물은 화합물 공급원 또는 화합물, 혹은 수소, 탄소, 탄화수소, 그리고 질소에 결합된 산소 중 적어도 두 개를 포함하는 기능성 그룹의 공급원 또는 기능성 그룹을 포함할 수 있다. 반응물은 질산염, 아질산염, 니트로 그룹, 그리고 니트라민을 포함할 수 있다. 질산염은 알칼리 질산염과 같은 금속을 포함할 수 있고, 질산암모늄, 혹은 알칼리, 알칼리 토류, 전이, 내부 전이, 또는 희토류 금속, 또는 Al, Ga, In, Sn, 또는 Pb 질산염들과 같은 선행기술로 알려진 다른 질산염들을 포함할 수 있다. 니트로 그룹은 니트로메탄, 니트로글리세린, 트리니트로톨루엔 또는 선행기술로 알려진 유사한 화합물의 기능성 그룹을 포함할 수 있다. 전형적인 반응 혼합물은 H4NO3이며, 당밀 또는 설탕과 같이 산소를 포함하거나 또는 니트로메탄과 같이 니트로를 포함할 수 있는 가열 오일, 디젤 연료, 등유 등의 긴 체인 탄화수소(CnH2n + 2)와 같은 탄소 공급원 또는 석탄가루와 같은 탄소 공급원을 포함할 수 있다. H 공급원은 또한 NH4, 연료 오일과 같은 탄화수소, 또는 설탕을 포함하며, 여기서 탄소에 결합된 H는 H의 제어된 방출을 제공한다. H방출은 자유 래디칼 반응에 의할 수 있다. C는 H를 방출하도록 O와 반응할 수 있으며, CO, CO2 및 포름산염과 같은 탄소-산소 화합물을 형성한다. 일 실시 예에서, 단일 화합물은 질소, 이산화탄소 및 H20를 형성하는 기능을 포함할 수 있다.
탄화수소 기능을 포함하는 니트라민은 보통 시클로니트로 또는 코드 명칭 RDX로 언급되는 시클로트리메틸렌-트리니트라민이다. H의 공급원과, O와 H 중 적어도 하나를 공급하는 H2O 촉매의 공급원 중 적어도 하나로 작용할 수 있는 다른 전형적인 화합물은 질산암모늄(AN), 흑색회약(75% KN03 + 15% 목탄 + 10% S), 질산암모늄/연료유(ANFO)(94.3 % AN + 5.7% 연료유), 에리트리톨 4질산염, 트리니트로톨루엔(TNT), 아마톨(80% TNT + 20% AN), 테트리톨(70% 테트릴 + 30% TNT), 테트릴(2,4,6-트리니트로페닐메틸니트라민(C7H5N5O8)), C-4(91% RDX), C-3(RDX 베이스), 컴포지션 B(63% RDX + 36% TNT), 니트로글리세린, RDX(시클로트리메틸렌트리니트라민), 셈텍스(94.3% PETN + 5.7% RDX), PETN(펜타에리스리톨 4질산염), HMX 또는 옥소겐(옥타히드로-1,3,5,7-테트라니트로-1,3,5,7-테트라조신), HNIW(CL-20)(2,4,6,8,10,12-헥사니트로-2,4,6,8, 10,12-헥사아자이스지탄), DDF, (4,4'-디니트로-3,3'-디아제노푸록산), 헵타니트로쿠반, 옥타니트로쿠반, 2,4,6-트리스(트리니트로메틸)-l,3,5-트리아진, TATNB(1,3,5-트리니트로벤젠, ,3,5-트리아지도-2,4,6-트리니트로벤젠), 트리니트로아날린, TNP(2,4,6-트리니트로페놀 또는 피크르산), 두나이트(암모늄 피크레이트), 메틸 피크레이트, 에틸 피크레이트, 피크레이트 클로라이드(2-클로로-1,3,5-트리니트로벤젠), 트리니토크레솔, 스티픈산납(리드 2,4,6-트리니트로레소르시네이트, C6HN3O8Pb), TATB(트리아미노트리니트로벤젠), 메틸 니트레이트, 니트로글리콜, 마니톨, 헥사니트레이트, 에틸에네디니트라민, 니트로구아니딘, 테트라니트로글리콜우릴, 니트로셀룰로스, 우레아 니트레이트, 그리고 헥사메틸렌 트리퍼록사이드 디아민(HMTD)의 그룹에서 선택된 적어도 하나이다. 수소, 탄소, 산소 및 질소의 비율은 어떤 필요한 비율일 수 있다. 질산암모늄/연료유(ANHO)로 알려진 질산암모늄(AN)과 연료유(FO)의 반응 혼합물의 일 실시 예에서, 균형잡힌 반응으로 주어진 적절한 화학식량은 약 94.3 wt% AN과 5.7 wt% FO이지만, FO는 초과될 수 있다. AN과 니트로메탄의 전형적인 균형잡힌 반응은
3NH4N03 + 2CH3NO2 to 4N2 + 2C02 + 9H20 (80) 이며, 여기서 H 중 일부는 p=4처럼 H2(1/p) 및 H-(1/p)와 같은 저에너지 수소 종으로 전환된다. 일실시 예에서, 수소, 질소 및 산소의 몰 비율은 식 C3H6N606을 가진 RDX에서와 유사하다.
일 실시 예에서, 에너제틱스는 H2 가스 또는 알칼리, 알칼리 토류, 전이, 내부 전이 및 희토류 금속 수화물 등의 수화물과 같은 원자 수소 공급원을 추가적으로 사용하고, Ni, Mb, 또는 귀금속 등의 해리체를 탄소, 탄화물, 붕소화물, 또는 질화물 또는 실리카 또는 알루미나와 같은 서포트 상에 추가적으로 사용함으로써 증가된다. 반응 혼합물은 H2O 촉매와 원자 H를 형성하는 반응 동안 하이드리노를 형성하는 동역학을 증가시키도록 압축 또는 충격파를 생성할 수 있다. 반응 혼합물은 H와 H2O 촉매를 형성하는 반응 동안 열을 증가시키는 적어도 하나의 반응물을 포함할 수 있다. 반응 혼합물은 고체연료의 그래뉼과 프릴 사이로 분산될 수 있는 공기와 같은 공급원을 포함할 수 있다. 예컨대 AN 프릴은 약 20% 공기를 포함할 수 있다. 반응 혼합물은 공기-충전 유리구슬과 같은 증감제를 더 포함할 수 있다. 전형적인 실시 예에서, Al과 같은 파우더 금속은 열과 반응의 동역학을 증가시키도록 추가된다. 예컨대, Al 금속 파우더는 ANFO에 추가된다. 다른 반응 혼합물은 H 공급원과 H2O와 같은 촉매 공급원도 가진 불꽃(pyrotechnic) 물질을 포함한다. 일 실시 예에서, 하이드리노의 형성은 에너지 또는 불꽃 물질의 것과 같은 에너지 반응에 의해 제공될 수 있는 높은 활성 에너지를 가지며, 여기서 하이드리노의 형성은 반응 혼합물의 자기-가열 덕분이다. 대안으로, 활성 에너지는 CIHT 셀의 것과 같은 전기화학 반응에 의해 제공될 수 있는데, 상기 CIHT 셀은 11,600K/eV에 상응하는 높은 등가 온도를 가진다.
또 다른 전형적인 반응 혼합물은 약 0.01 atm 내지 100 atm 의 압력 범위에 있을 수 있는 H2 가스, NO3와 같은 알칼리 질화물 등의 질화물, 그리고 Pt/C, Pd/C, Pt/Al203 또는 Pd/Al203와 같은 수소 해리체이다. 혼합물은 그라파이트 또는 Grade GTA Grafoil(유니온 카바이드)와 같은 탄소를 더 포함한다. 반응 비율은, 전형적인 실시 예에서 5 내지 10배로 변경될 수 있지만, 약 50 wt%의 질산염을 혼합한 혼합물의 약 0.1 내지 10 wt% 탄소 상의 약 1 내지 10% Pt 또는 Pd 등과 같은 것이 바람직할 수 있다. 탄소가 서포트로 사용되는 경우, 온도는 낮게 유지되어서, 알칼리 탐산염과 같은 탄산염 화합물을 형성하는 C 반응을 초래한다. 일 실시 예에서, 온도는 NH3가 N2 위에 형성되도록 약 50℃ - 300℃ 또는 약 100 ℃ - 250 ℃의 범위로 유지된다.
반응물과 재생 반응과 시스템은 본발명에 개시된 것 또는 본 출원인의 선행 특허출원에 포함되어 있으며, 상기 선행출원은 다음과 같다. Hydrogen Catalyst Reactor, PCT/US08/61455, filed PCT 4/24/2008; Heterogeneous Hydrogen Catalyst Reactor, PCT/US09/052072, filed PCT 7/29/2009; Heterogeneous Hydrogen Catalyst Power System, PCT/US10/27828, PCT filed 3/18/2010; Electrochemical Hydrogen Catalyst Power System, PCT/US11/28889, filed PCT 3/17/2011; H20-Based Electrochemical Hydrogen-Catalyst Power System, PCT/US12/31369 filed 3/30/2012, 그리고 CIHT Power System, PCT/US13/041938 filed 5/21/13 ("Mills 선행 출원")(여기에 그 전체가 참고로 포함됨).
일 실시 예에서, 반응은 질산염보다는 N203, N02 또는 NO와 같은 질소산화물을 포함할 수 있다. 대체적인 가스도 반응 혼합물에 추가된다. NO, N02 및 N20 그리고 알칼리 질산염은 오스왈드 프로세스로 이어지는 하버 프로세스에 의한 것처럼 공지된 산업적 방법들에 의해 생성될 수 있다. 일 실시 예에서, 전형적인 일련의 단계는 다음과 같다.
(하버 프로세스) (오스왈드 프로세스)
특히, 하버 프로세스는 약간의 산소를 포함하는 α-철과 같은 촉매를 사용하여 높아진 온도와 압력에서 N2와 N2로부터 NH3를 생산하는데 사용될 수 있다. 오스왈드 프로세스는 뜨거운 백금 또는 백금-로듐 촉매와 같은 촉매에서 암모니아를 NO, N02 및 N20로 산화시키는데 사용될 수 있다. 일 실시 예에서, 생성물은 암모니아롸 알탈리 화합물 중 적어도 하나이다. N02는 NH3로부터 산화에 의해 형성될 수 있다. NO2는 M 질산염을 형성하는 M20, MOH, M2C03 또는 MHC03과 같은 알칼리 화합물과 반응하는 질산을 형성하도록 물에 용해될 수 있으며, 여기서 M은 알칼리이다.
일 실시 예에서, H20 촉매를 형성하는 MN03(M = 알칼리)와 같은 산소 공급원의 반응, (ii) H2와 같은 공급원으로부터 원자 H의 형성, 그리고 (iii) 하이드리노를 형성하는 반응 중 적어도 하나의 반응은 가열될 수 있는 Pt와 같은 귀금속 등의 전통적인 촉매에 의해 또는 그 위에 일어난다. 가열된 촉매는 뜨거운 필라멘트를 포함할 수 있다. 필라멘트는 뜨거운 Pt 필라멘트를 포함할 수 있다. MN03와 같은 산소 공급원은 적어도 부분적으로 기체일 수 있다. 기체 상태와 그 증기 압력은 KNO3와 같은 MNO3를 가열함으로써 제어될 수 있다. MNO3와 같은 산소 공급원은 기체 MNO3를 방출하도록 가열되는 개방된 보트에 있을 수 있다. 가열은 뜨거운 필라멘트와 같은 히터로 될 수 있다. 전형적인 실시 예에서, MNO3는 석영 보트에 배치되고, Pt 필라멘트는 히터로 작용하는 보트 둘레에 감긴다. MNO3의 증기압력은 약 0.1 Torr 내지 1000 Torr 혹은 약 1 Torr 내지 100 Torr의 압력 범위에서 유지될 수 있다. 수소 공급원은 약 1 Torr 내지 100 atm, 약 10 Torr 내지 10 atm, 또는 약 100 Torr 내지 1 atm 의 압력 범위에서 유지되는 기체일 수 있다. 또한 필라멘트는 가스 라인을 통해 셀에 공급될 수 있는 수소 가스를 해리시키도록 작용한다. 또한 셀은 진공 라인을 포함할 수 있다. 셀 반응은 하이드리노를 형성하도록 반응하는 H2O촉매와 원자 H를 발생시킨다. 반응은 진공, 주위 압력, 또는 대기보다 큰 압력 중 적어도 하나에서 유지될 수 있는 용기 내에서 유질될 수 있다. H3와 MOH 같은 생성물은 셀로부터 제거되어 재생될 수 있다. 전형적인 실시 예에서, MN03는 H2O 촉매와 NH3를 형성하도록 수소 공급원과 반응하며, 상기 NH3는 분리된 용기에서 또는 별개의 단계에서 산화에 의해 재생된다. 일 실시 예에서, H2 가스와 같은 수소 공급원은 물로부터 전기분해 또는 열적으로 중 적어도 하나에 의해 생성된다. 전형적인 열적 방법은 산화철 사이클, 세륨(IV) 산화-세륨(III) 산화 사이클, 아연 아연-산화 사이클, 황-요오드 사이클, 구리-염소 사이클 및 하이브리드 황 사이클 그리고 선행기술에 공지된 다른 것들이다. 하이드리노를 형성하는 H와 더 반응하는 H2O 촉매를 형성하기 위한 전형적인 셀 반응은 다음과 같다.
KNO3 + 9/2H2 → K + NH3 + 3H20. (82)
KN03 + 5H2 → KH + NH3 + 3H20. (83)
KNO3 + 4H2 → KOH + NH3 + 2H20. (84)
KN03 + C + 2H → KOH + NH3 + C02. (85)
2KNO3 + C + 3H2 → K2CO3 + 1/2N2 + 3H2O. (86)
질소산화물을 형성하는 전형적인 재생 반응은 식 (81)에 주어진다. K, KH, KOH 및 K2C03와 같은 생성물은 KN02 또는 KN03를 형성하도록 질소산화물에 물을 첨가함으로써 형성된 질산과 반응할 수 있다. H20 촉매와 H2 중 적어도 하나를 형성하는 추가적인 적절한 전형적 반응은 표 5, 6, 및 7에 주어진다.
표 5. H20 촉매와 H2에 관한 열적 가역 반응 사이클들. [L.C. Brown, G.E. Besenbruch, K.R. Schultz, A.C. Marshall, S.K. Showalter, P.S. Pickard and J.F. Funk, Nuclear Production of Hydrogen Using Thermochemical Water- Splitting Cycles, a preprint of a paper to be presented at the International Congress on Advanced Nuclear Power Plants (ICAPP) in Hollywood, Florida, June 19-13, 2002, and published in X Proceedings.]
* T = 열화학적, E = 전기화학적
표 6. H20 촉매와 H2에 관한 열적 가역 반응 사이클들. [C. Perkins and A.W, Weimer, Solar-Thermal Production of Renewable Hydrogen, AIChE Journal, 55(2), (2009), pp.286-293.]
(싸이클)
(반응 단계들)
표 7, H20 촉매와 H2에 관한 열적 가역 반응 사이클들. [S. Abanades, P. Charvin, G. Flamant, P. Neveu, Screening of Water-Splitting Thermochemical Cycles Potentially Attractive for Hydrogen Production by Concentrated Solar Energy, Energy, 31, (2006), pp.2805-2822.]
H2O를 형성하는 반응물은 O 종과 같은 O 공급원 및 H 공급원을 포함할 수 있다. O 종의 공급원은 O2, 공기, 그리고 O를 포함하는 화합물 또는 화합물의 혼합물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 산소를 포함하는 화합물은 산화제를 포함할 수 있다. 산소를 포함하는 화합물은 산화물, 옥시수산화물, 수산화물, 과산화물, 그리고 초산화물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 적절한 전형적 금속산화물은 Li20, Na20 및 K20와 같은 알칼리 산화물, MgO, CaO, SrO 및 BaO와 같은 알칼리 토류 산화물, NiO, Ni203, FeO, Fe2O3 및 CoO와 같은 전이 산화물, 그리고 내부 전이 및 희토류 금속산화물, 그리고 다른 금속 산화물과 Al, Ga, In, Si, Ge, Sn, Pb, As, Sb, Bi, Se 및 Te와 같은 준금속 산화물, 그리고 산소를 포함하는 이 또는 다른 요소들의 혼합물이다. 산화물은 금속 산화물 음이온 같이 본 발명에 개시된 것과 같은 산화물 음이온과 알칼리, 알칼리 토류, 전이 내부 전이 및 희토류 금속 양이온, 그리고 MM'2x03x +1 또는 MM'2x04(M = 알칼리 토류, M' = Fe 또는 Ni 또는 Mn과 같은 전이 금속, x = 정수)와 M2M'2x03x +1 또는 M2M'2x04(M = 알칼리, M' = Fe 또는 Ni 또는 Mn과 같은 전이 금속, x = 정수)처럼 다른 금속과 Al, Ga, In, Si, Ge, Sn, Pb, As, Sb, Bi, Se 및 Te와 같은 준금속의 것과 같은 양이온을 포함할 수 있다. 적절한 전형적 금속 옥시수산화물은 AlO(OH), ScO(OH), YO(OH), VO(OH), CrO(OH), MnO(OH)(α-MnO(OH) 그루타이트와 γ-MnO(OH) 망가나이트), FeO(OH), CoO(OH), NiO(OH), RhO(OH), GaO(OH), InO(OH), Ni1 / 2Co1 /2O(OH), 그리고 N1/ 3Co1 / 3Mn1 /3O(OH)이다. 적절한 전형적 수산화물은 알칼리, 알칼리 토류, 전이, 내부 전이 및 희토류 금속, 그리고 다른 금속과 AS, Ga, In, Si, Ge, Sn, Pb, As, Sb, Bi, Se 및 Te와 같은 준금속, 그리고 혼합물의 것이다. 적절한 복합 이온 수산화물은 Li2Zn(OH)4, Na2Zn(OH)4, Li2Sn(OH)4, Na2Sn(OH)4, Li2Pb(OH)4, Na2Pb(OH)4, LiSb(OH)4, NaSb(OH)4, LiAl(OH)4, NaAl(OH)4, LiCr(OH)4, NaCr(OH)4, Li2Sn(OH)6, 그리고 Na2Sn(OH)6 이다. 추가적인 전형적 적절한 수산화물은 Co(OH)2, Zn(OH)2, Ni(OH)2, 다른 전이금속 수산화물, Cd(OH)2, Sn(OH)2 및 Pb(OH) 중 적어도 하나이다. 적절한 전형적 과산화물은 H202, 유기화합물의 과산화물, M이 Li202, Na202, K202와 같은 알칼리 금속인 M202 등의 금속 과산화물, Ca, Sr 또는 Ba 과산화물과 같은 알칼리 토류 과산화물 처럼 다른 이온 과산화물, 란탄 계열과 같이 양전성 금속의 과산화물, 그리고 Zn, Cd, and Hg과 같은 공유금속 과산화물이다. 적절한 전형적 초산화물은 M이 Na02, K02, Rb02 및 Cs02와 같은 알칼리 금속인 M02 금속의 초산화물, 그리고 알칼리 토류 금속 초산화물이다. 일 실시 예에서, 고체연료는 알칼리 과산화물과, 수소화물, 탄화수소와 같은 수소 공급원, 또는 BH3NH3와 같은 수소 저장 물질을 포함한다. 반응 혼합물은 알칼리, 알칼리 토류, 전이, 내부 전이 및 희토류 금속, Al, Ga, In, Sn, Pb 등의 수산화물, 알칼리, 알칼리 토류, 전이, 내부 전이 및 희토류 금속, Al, Ga, In, Sn, Pb을 포함하는 탄산염과 같이 적어도 하나의 산소음이온을 포함하는 화합물과 같은 수산화물과 산소 공급원을 형성하는 다른 요소들, 그리고 본 발명에 개시된 다른 것들을 포함할 수 있다. 산소를 포함하는 다른 적절한 화합물은 알루민산염, 텅스텐산염, 지르콘산염, 티탄산염, 황산염, 인산염, 탄산염, 질산염, 크롬산염, 중크롬산염, 망간산염, 산화물, 옥시수산화물, 과산화물, 초산화물, 규산염, 티탄산염, 텅스텐산염, 그리고 본 발명 개시의 다른 것들의 그룹에 대한 산소음이온 화합물 중 적어도 하나이다. 수산화물과 탄산염의 전형적인 반응은 다음으로 주어진다.
Ca(OH)2 + Li2CO3 to CaO + H20 + Li2O + CO2 (87)
다른 실시 예들에서, 산소 공급원은 기체상태이거나 N02, NO, N20, C02, P203, P205 및 S02와 같은 가스를 즉시 형성한다. C, N, NH3, P 또는 S와 같은 H2O 촉매의 형성으로부터 환원된 산화물 생성물은 Mills Prior Applications에 주어진 바와 같이 산소 또는 공급원과 연소에 의해 다시 산소로 전환될 수 있다. 셀은 가열 적용에 사용될 수 있는 초과 열을 생산할 수 있거나, 또는 랜킨이나 브레이튼 시스템 등의 수단으로 전기로 전환될 수 있다. 대안으로, 셀은 분자 하이드리노와 하이드리노 수소화물 이온 및 상응하는 화합물과 같은 저-에너지 수소 종을 합성하는데 사용될 수 있다.
일 실시 예에서, 저-에너지 수소 종 및 화합물의 생산과 에너지의 생산 중 적어도 하나를 위해 하이드리노를 형성하는 반응 혼합물은 원자 수소 공급원과 H2O 촉매와 같이 본 발명에 개시된 H와 O 중 적어도 하나를 포함하는 촉매 공급원을 포함한다. 반응 혼합물은 H2S03, H2S04, H2C03, HN02, HN03, HCIO4, H3PO3 및 H3PO4와 같은 산 또는 산 무수물이나 무수산과 같은 산의 공급원을 더 포함할 수 있다. 후자는 SO2, SO3, C02, NO2, N203, N2O5, C1207, PO2, P2O3 및 P205 의 그룹 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 반응 혼합물은 M20(M = 알칼리), M'O(M' = 알칼리 토류), ZnO 또는 다른 전이 금속 산화물, CdO, CoO, SnO, AgO, HgO 또는 A1203와 같은 베이스와 베이스 무수물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 다른 전형적 무수물은 Cu, Ni, Pb, Sb, Bi, Co, Cd, Ge, Au, Ir, Fe, Hg, Mo, Os, Pd, Re, Rh, Ru, Se, Ag, Tc, Te, Tl, Sn, W, Al, V, Zr, Ti, Mn, Zn, Cr 및 In와 같은 H2O에 안정적인 금속을 포함한다. 무수물은 알칼리 금속 또는 알칼리 토류 금속 산화물이 될 수 있으며, 수화 화합물은 수산화물을 포함할 수 있다. 반응 혼합물은 FeOOH, NiOOH 또는 CoOOH와 같은 옥시수산화물을 포함할 수 있다. 반응 혼합물은 H20 공급원과 H20 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. H20는 원자 수소의 존재 내에서 수화와 무수화 반응에 의해 가역적으로 형성될 수 있다. H20 촉매를 형성하는 전형적인 반응은 다음과 같다.
Mg(OH)2 to MgO + H20 (88)
2LiOH to Li20 + H20 (89)
HvCO3 to C02 + H20 (90)
2FeOOH to Fe203 + H20 (91)
일 실시 예에서, H20 촉매는 인산, 인산수소, 그리고 인산2수소와 같은 인산염, 알칼리, 알칼리 토류, 전이, 내부 전이 및 희토류 금속과 같은 금속을 포함하는 양이온의 인산, 그리고 Al, Ga, In, Si, Ge, Sn, Pb, As, Sb, Bi, Se 및 Te와 같은 다른 금속과 준금속의 것, 그리고 
와 같은 폴리포스페이트, 
와 같은 긴 사슬 메타포스페이트, 
와 같은 시클릭 메타포스페이트, 그리고 P4O10 과 같은 울트라포스페이트 등 다중 인산염 중 적어도 하나의 농축된 인산염을 형성하는 혼합물을 포함하는 적어도 하나의 화합물의 무수화에 의해 형성된다. 전형적인 반응은 다음과 같다.
(n-2)NaH2P04 + 2Na2HP04 
Nan + 2Pn03n +1(폴리포스페이트) + (n-1)H2O (92)
nNaH2P04 
(NaPO3)n(메타포스페이트) + nH2O (93)
무수화 반응의 반응물은 Al(OH)3와 A1203 중 적어도 하나를 포함할 수 있는 R-Ni를 포함할 수 있다. 반응물은 알칼리 금속, 금속 수소화물 MH, 알칼리 수산화물과 고유한 수소 H2와 같은 수소의 공급원으로 본 발명에 개시된 바와 같은 금속 수산화물 등 본 발명에 개시된 것과 같이 금속 M을 더 포함한다. 전형적인 반응은 다음과 같다.
2A1(0H)3 + to A1203 + 3H20 (94)
A1203 + 2NaOH to 2NaA102 + H20 (95)
3MH + Al(OH)3 + to M3A1 + 3H20 (96)
MoCu + 2MOH + 402 to M2Mo04 + CuO + H20(M=Li,Na,K,Rb,Cs) (97)
반응 생성물은 합금을 포함한다. R-Ni는 재수화에 의해 재생될 수 있다. H2O를 형성하는 반응 혼합물과 탈수 반응은 전형적인 반응에서 주어진 바와 같이 본 발명 개시의 것과 같이 옥시수산화물을 포함할 수 있다:
3Co(OH)2 to 2CoOOH + Co + 2H20 (98)
원자 수소는 H2 가스로부터 해리에 의해 형성될 수 있다. 수소 해리체는 탄소 또는 A1203 상의 Ni or Pt 또는 Pd와 같은 서포트 상에 R-Ni 또는 귀금속 또는 전이 금속과 같이 본 발명에 개시된 것 중 하나일 수 있다. 대안으로, 원자 H는 본 발명에 개시된 것처럼 박막을 통한 수소 침투로부터 있을 수 있다. 일 실시 예에서, 셀은 H20 확산을 방지하는 동안 선택적으로 H2를 확산시키도록 하는 세라믹 박막과 같은 박막을 포함한다. 일 실시 예에서, H2와 원자 H는 H2를 포함하는 수용성 또는 용융 전해질 등의 수소 공급원을 포함하는 전해질의 전기분해에 의해 셀에 공급된다. 일 실시 예에서, H20 촉매는 무수물 형태로 산 또는 베이스의 탈수소에 의해 가역적으로 형성된다. 일 실시 예에서, 촉매 H20와 하이드리노를 형성하는 반응은 셀 pH 또는 활성, 그리고 압력 중 적어도 하나를 변화시킴으로써 전파되며, 여기서 압력은 온도를 바꾸도록 변화될 수 있다. 산, 베이스 또는 무수물과 같은 종의 활성은 선행기술에 공지된 것처럼 염을 첨가함으로써 변화될 수 있다. 일 실시 예에서, 반응 혼합물은 탄소와 같은 물질을 포함할 수 있으며, 상기 탄소는 하이드리노를 형성하는 반응에 흡수될 수 있거나 H2 또는 무수물 가스와 같은 가스공급원이 될 수 있다.다. 반응물은 임의의 필요한 농도와 비율에 있을 수 있다. 반응 혼합물은 용융 또는 수용성 슬러리일 수 있다.
또 다른 실시 예에서, H2O 촉매의 공급원은 친수성 산, 질산, 황산 및 아질산 중 적어도 하나와 베이스 사이의 반응과 같이 산과 베이스 사이에서 반응한다. 다른 적당한 산 반응물은 H2S04, HCl, HX (X-할로겐), H3P04, HCl04, HN03, HNO, HN02, H2S, H2C03, H2Mo04, HNb03, H2B407 (M tetraborate), HB02, H2W04, H2Cr04, H2Cr207, H2Ti03, HZrG3, MA102, HMn204, HI03, HI04, HCIO4, 또는 개미산이나 아세트산 같은 유기산의 수용성 용액이다. 적절한 전형적 베이스는 수산화물, 옥시수산화물, 알칼리, 알칼리 토류, 전이 내부 전이 또는 희토류 금속, 또는 Al, Ga, In, Sn 또는 Pb를 포함하는 산화물이다.
일 실시 예에서, 반응물은 H2O 촉매와, 베이스의 양이온과 산 무수물의 음이온 또는 베이스 무수물의 양이온과 산 음이온의 화합물을 각각 형성하도록 베이스 또는 산 무수물과 각각 반응하는 산 또는 베이스를 포함할 수 있다.
베이스 NaOH를 가진 산 무수물 Si02의 전형적인 반응은 다음과 같으며,
4NaOH + Si02 to Na4Si04 + 2H20 (99)
여기서 상응하는 산의 탈수소 반응은 다음과 같다.
H4SiO4 to 2H20 + Si02 (100)
다른 전형적인 적절한 무수물은 Mo, Ti, Zr, Si, Al, Ni, Fe, Ta, V, B, Nb, Se, Te, W, Cr, Mn, Hf, Co 및 Mg의 그룹에서 하나와 같은 요소, 금속, 합금, 또는 혼합물을 포함할 수 있다. 상응하는 산화물은 Mo02, Ti02, Zr02, Si02, A1203, NiO, Ni203, FeO, Fe203, Ta02, Ta205, VO, V02, V203, V205, B203, NbO, Nb02, Nb205, Se02, Se03, Te02, Te03, W02, W03, Cr304, Cr203, Cr02, Cr03, MnO, Mn304, Mn203, Mn02, Mn207, HfO2, Co203, CoO, Co304, Co203 및 MgO 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 전형적인 실시 예에서, 베이스는 Li20와 같은 M20 등의 상응하는 베이스 산화물을 형성할 수 있는 LiOH와 같은 MOH(M = 알칼리) 등의 알칼리 수산화물과 같은 수산화물과, H20를 포함한다. 베이스 산화물은 생성 산화물을 형성하는 무수산화물과 반응할 수 있다. H20를 방출하는 LiOH와 무수산화물의 전형적인 반응에서, 생성 산화물 화합물은 Li2Mo03 또는 Li2Mo04, Li2Ti03, Li2Zr03, Li2Si03, LiA102, LiNi02, LiFe02, LiTa03, LiVO3, Li2B407, Li2Nb03, Li2Se03, Li3P04, Li2Se04, Li2Te03, Li2Te04, Li2W04, Li2Cr04, Li2Cr207, Li2Mn04, Li2Hf03, LiCo02 및 MgO를 포함할 수 있다. 다른 적절한 전형적 산화물은 As203, As205, Sb203, Sb2O4, Sb205, Bi203, SO2, S03, C02, NO2, N2O3, N2O5, Cl2O7, P02, P203, 그리고 선행기술에 공지된 다른 유사한 산화들의 그룹 중 적어도 하나이다. 다른 예가 식 (91)에 주어진다. 금속 산화물의 적절한 반응은 다음과 같다.
2LiOH + NiO to Li2Ni02 + H20 (101)
3LiOH + NiO to LiNi02 + H20 + Li20 + 1/2H2 (102)
4LiOH + Ni203 to 2Li2Ni02 + 2H20 + l/202 (103)
2LiOH + Ni2O3 to 2LiNi02 + H2O (104)
Fe, Cr 및 Ti과 같은 다른 전이 금속, 내부 전이, 그리고 희토류 금속과 다른 금속 또는 Al, Ga, In, Si, Ge, Sn, Pb, As, Sb, Bi, Se 및 Te와 같은 준금속은 Ni에 대체될 수 있고, Li, Na, Rb 및 Cs와 같은 다른 알칼리 금속은 K에 대체될 수 있다. 일 실시 예에서, 산화물은 Mo를 포함할 수 있는데, 여기서 H20를 형성하는 반응 동안 최초 H20 촉매와 H는 하이드리노를 더 형성하도록 반응한다. 전형적인 고체 연료 반응과 가능한 산화 환원 통로는 다음과 같다.
3Mo02 + 4LiOH → 2Li2MoO4 + Mo + 2H2O (105)
2Mo02 + 4LiOH → 2Li2Mo04 + 2H2 (106)
02- → 1/2O2 + 2e- (107)
2H2O + 2e- → 2OH- + H2 (108)
2H2O + 2e- → 2OH- + H + H(1/4) (109)
Mo4 + + 4e- → Mo (110)
반응물은 수소 가스와 같은 수소 공급원과 Pd/Al203와 같은 해리체를 더 포함할 수 있다. 수소는 프로테윰, 듀테륨, 또는 트리튬 또는 그 조합들 중 어떤 것일 수 있다. H2O 촉매를 형성하는 반응은 물을 형성하는 두 개의 수소 반응을 포함할 수 있다. 수산화물의 양이온은 알칼리 금속 산화물이 전이 금속 또는 알칼리 토류 수산화물과 반응하는 것과 같은 다른 산화 상태를 가질 수 있다. 반응 혼합물과 반응은 전형적인 반응으로 주어진 바와 같이 공급원으로부터 H2를 더 포함할 수 있다:
LiOH + 2Co(OH)2 + 1/2H2 to LiCo02 + 3H20 + Co (111)
반응 혼합물과 반응은 전형적인 반응으로 주어진 바와 같이 알칼리 또는 알칼리 토류 금속과 같은 금속 M을 더 포함할 수 있다:
M + LiOH + Co(OH)2 to LiCo02 + H20 + MH (112)
일 실시 예에서, 반응 혼합물은 H의 공급원으로 및 선택적으로 H의 다른 공급원으로 작용할 수 있는 금속 산화물과 수산화물을 포함하며, 여기서 금속 산화물의 Fe와 같은 금속은 하이드리노를 형성하도록 H와 반응하는 촉매로서 작용하는 H20를 형성하는 반응 동안 산화-환원을 겪도록 다중 산화 상태를 가질 수 있다. 일 예는 Fe2 +가 촉매형성 반응 중 Fe3 +로 산화를 겪는 FeO이다. 전형적인 반응은 다음과 같다.
FeO + 3LiOH to H20 + LiFe02 + H(l/p) + Li20 (113)
일 실시 예에서, 금속 산화물, 수산화물 또는 옥시수산화물과 같은 적어도 하나의 반응물은 산화제로 작용하며, 여기서 Fe, Ni, Mo 또는 Mn과 같은 금속 원자는 다른 가능한 산화상태보다 높은 산화상태에 있을 수 있다. 촉매와 하이드리노를 형성하는 반응은 원자가 적어도 하나의 낮은 산화상태로 환원을 겪도록 할 수 있다. H2O 촉매를 형성하기 위한 금속 산화물, 수산화물 및 옥시수산화물의 전형적인 반응은 다음과 같다.
2KOH + NiO to K2Ni02 + H2O (114)
3KOH + NiO to KNi02 + H20 + K20 + 1/2H2 (115)
2KOH + Ni203 to 2KNi02 + H20 (116)
4KOH + Ni203 to 2K2Ni02 + 2H20 + 1/2O2 (117)
2KOH + Ni(OH)2 to K2Ni02 + 2H20 (118)
2LiOH + Mo03 to Li2MoO4 + H20 (119)
3KOH + Ni(OH)2 to KNi02 + 2H20 + K2O + 1/2H2 (120)
2KOH + 2NiOOH to K2Ni02 + 2H20 + NiO + l/2O2 (121)
KOH + NiOOH to KNiO2 + H20 (122)
2NaOH + Fe203 to 2NaFe02 + H20 (123)
Ni, Fe, Cr 및 Ti와 같은 다른 전이 금속, 내부 전이, 그리고 희토류 금속 및 다른 금속 또는 AL Ga, In, Si, Ge, Sn, Pb, As, Sb, Bi, Se 및 Te와 같은 준금속은 Ni 또는 Fe로 대체될 수 있고, Li, Na, K, Rb 및 Cs와 같은 다른 알칼리 금속은 K 또는 Na로 대체될 수 있다. 일 실시 예에서, 반응 혼합물은 금속의 산화물과 수산화물 중 적어도 하나를 포함는데, 상기 금속은 Cu, Ni, Pb, Sb, Bi, Co, Cd, Ge, Au, Ir, Fe, Hg, Mo, Os, Pd, Re, Rh, Ru, Se, Ag, Tc, Te, Tl, Sn, W, Al, V, Zr, Ti, Mn, Zn, Cr 및 In와 같이 H2O에 안정적이다. 추가적으로, 반응 혼합물은 H2 가스와 같은 수소 공급원과 선택적으로 서포트 상의 귀금속과 같은 해리체를 포함한다. 일 실시 예에서, 고체 연료 또는 에너지 물질은 FeBr2와 같은 브롬화물 등의 전이금속 할로겐화물 중 적어도 하나와 같은 금속 할로겐화물과 옥시수산화물, 수산화물 또는 산화물과 H2O를 형성하는 금속 중 적어도 하나의 혼합물을 포함한다. 일 실시 예에서, 고체 연료 또는 에너지 물질은 Ni2O3와 H2O 등의 전이 금속 산화물 중 적어도 하나와 같은 금속 산화물, 수산화물 및 옥시수산화물 중 적어도 하나의 혼합물을 포함한다.
베이스 무수화물 NiO와 산 HCl의 전형적인 반응은 다음과 같다.
2HC1 + NiO to H20 + NiCl2 (124)
여기서 상응하는 베이스의 탈수화 반응은 다음과 같다.
Ni(OH)2 to H2O + NiO (125)
반응물은 루이스 산 또는 베이스와 브론스테트-로우리 산 또는 베이스 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 반응 혼합물과 반응은 산소를 포함하는 화합물을 더 포함할 수 있으며, 여기서 산은 전형적인 반응으로 주어진 바와 같이 물을 형성하는 산소를 포함하는 화합물과 반응한다:
2HX + POX3 to H20 + PX5 (X=할로겐화물) (126)
POX3 같은 유사한 화합물은 P를 S로 대체하는 것이 적당하다. 다른 적당한 전형적 무수화물은 수산화물, 옥시수산화물 또는 알칼리 알칼리 토류, 전이 내부 전이, 또는 희토류 금속과 같이 산에 녹는 요소, 금속, 합금 또는 혼합물, 또는 Mo, Ti, Zr, Si, Al, Ni, Fe, Ta, V, B, Nb, Se, Te, W, Cr, Mn, Hf, Co 및 Mg의 그룹 중 하나와 같은 Al, Ga, In, Sn, or Pb의 산화물을 포함할 수 있다. 상응하는 산화물은 Mo02, Ti02, Zr02, Si02, Al2O3, NiO, FeO 또는 Fe203, Ta02, Ta205, VO, V02, V203, V205, B203, NbO, Nb02, Nb2O5, Se02, Se03, Te02, Te03, W02, W03, Cr304, Cr203, Cr02, Cr03, MnO, Mn3O4, Mn203, Mn02, Mn207, HfO2, Co203, CoO, Co304, Co203 및 MgO를 포함할 수 있다. 다른 적당한 전형적 산화물은 Cu, Ni, Pb, Sb, Bi, Co, Cd, Ge, Au, Ir, Fe, Hg, Mo, Os, Pd, Re, Rh, Ru, Se, Ag, Tc, Te, Tl, Sn, W, Al, V, Zr, Ti, Mn, Zn, Cr 및 In 그룹의 산화물이다. 전형적인 일 실시 예에서, 산은 수소할로겐 산을 포함하고, 생성물은 H2O와 산화물의 금속 할로겐화물이다. 반응 혼합물은 H2 가스와 같은 수소 공급원과 Pt/C와 같은 해리체를 더 포함하며, 여기서 H와 H2O 촉매는 하이드리노를 형성하기 위하여 반응한다.
일 실시 예에서, 고체 연료는 투과성 박막과 같은 H2 공급원 또는 H2 가스와, Pt/C와 같은 해리체와, H2O로 환원되는 산화물 또는 수산화물을 포함하는 H2O 촉매 공급원을 포함한다. 산화물 또는 수산화물의 금속은 H의 공급원으로 작용하는 금속 수소화물을 형성할 수 있다. LiOH와 Li20와 같은 알칼리 수산화물과 산화물의 전형적인 반응식은 다음과 같다.
LiOH + H2 to H20 + LiH (127)
Li2O + H2 to LiOH + LiH (128)
반응 혼합물은 Cu, Ni, Pb, Sb, Bi, Co, Cd, Ge, Au, Ir, Fe, Hg, Mo, Os, Pd, Re, Rh, Ru, Se, Ag, Tc, Te, Tl, Sn, W, Al, V, Zr, Ti, Mn, Zn, Cr 및 In과 같은 H2O의 수소환원을 겪는 금속의 산화물 또는 수산화물과, H2와 같은 수소 공급원과, Pt/C와 같은 해리체을 포함할 수 있다.
또 다른 실시 예에서, 반응 혼합물은 H2와 같은 수소 공급원과, Pt/C와 같은 해리체와, H2O 촉매로 분해되는 H2O2와 같은 과산화 화합물과, O2와 같은 산소를 포함하는 다른 생성물을 포함한다. 또한 H2의 일부와 O2와 같은 분해 생성물은 H2O 촉매를 형성하도록 반응할 수 있다.
일 실시 예에서, H2O를 촉매로 형성하는 반응은 알데히드와 H2O에 대한 설탕과 같은 폴리알코올 등의 알코올처럼 유기 탈수소화 반응을 포함한다. 일 실시 예에서, 탈수소화 반응은 최종 알코올로부터 알데히드를 생성하기 위한 H2O의 방출을 포함한다. 최종 알코올은 설탕 또는 촉매로 작용할 수 있는 H2O가 방출되는 유도체를 포함할 수 있다. 적절한 전형적 알코올은 메소-에리스리톨, 갈락티톨 또는 둘시톨, 그리고 폴리비닐 알코올(PVA)이다. 전형적인 반응 혼합물은 Pd/Al203 + H2와 같은 설탕 + 수소 해리제를 포함한다. 대안으로, 반응은 적어도 한번 물이 수화되는 금속염의 탈수소화를 포함한다. 일 실시 예에서, 탈수소화는 아쿠아 이온과 같은 수화물과 BaI2 2H20와 EuBr2 nH20 같은 염 수화물에서 촉매로 작용함에 따른 H2O의 손실을 포함한다.
일 실시 예에서, H20촉매를 형성하는 반응은 CO처럼 산소를 포함하는 화합물, MN03(M=알칼리)와 같은 산소음이온, NiO, Ni203, Fe203 또는 SnO와 같은 금속 산화물, Co(OH)2와 같은 수산화물, FeOOH, CoOOH 및 NiOOH와 같은 옥시수산화물, 그리고 화합물, 산소음이온, 산화물, 수산화물, 옥시수산화물, 과산화물, 초산화물, 그리고 수소를 물로 환원시킬 수 있는 본 발명에 개시된 것과 같은 산소를 포함하는 물질의 다른 조성물을 포함하는 화합물의 수소 환원을 포함한다. 산소 또는 산소음이온을 포함하는 전형적인 화합물은 SOCl2, Na2S203, NaMn04, POBr3, K2S208, CO, C02, NO, N02, P205, N205, N20, S02, I205, NaC102, NaClO, K2S04 및 KHSO4이다. 수소 환원을 위한 수소 공급원은 H2 가스 및 본 발명에 개시된 바와 같은 금속 수소화물 등의 수소화물 중 적어도 하나일 수 있다. 반응 혼합물은 산소를 포함하는 화합물 또는 이온을 형성할 수 있는 환원제를 더 포함할 수 있다. 산소음이온의 양이온은 할로겐화물과 같은 또 다른 음이온, 다른 칼코겐화물, 인화물, 다른 산화음이온, 질화물, 규화물, 비소화물, 또는 본 발명에 개시된 다른 음이온을 포함하는 생성 화합물을 형성할 수 있다. 전형적인 반응식은 다음과 같다.
4NaNO3(c) + 5MgH2 (c) to 5MgO(c) + 4NaOH(c) + 3H2O(l) +2N2(g) (129)
P2O5(c) + 6NaH(c) to 2Na3PO4(c) + 3H2O(g) (130)
NaClO4(c) + 2MgH2(c) to 2MgO(c) + NaCl(c) + 2H2O(l) (131)
KHSO4 + 4H2 to KHS + 4H2O (132)
K2SO4 + 4H2 to 2KOH + 2HvO + H2S (133)
LiNO3 + 4H2 to LiNH2 + 2H2O (134)
GeO2 + 2H2 to Ge + 2H2O (135)
CO2 + H2 to C + 2H2O (136)
PbO2 + 2H2 to 2H2O + Pb (137)
V2O5 + 5H2 to 2V +5H2O (138)
Co(OH)2 + H2 to Co + 2H2O (139)
Fe2O3 + H2 to 2Fe + 3H2O (140)
3Fe2O3 + Hv to 2Fe3O4 + H2O (141)
Fe2O3 + H2 to 2FeO + H2O (142)
Ni203 + 3H2 to 2Ni + 3H2O (143)
3Ni203 + H2 to 2Ni3O4 + H2O (144)
Ni2O3 + H2 to 2NiO + H2O (145)
3FeOOH + 1/2H2 to Fe304 + 2H2O (146)
3FeOOH + l/2H2 to Ni304 + 2H2O (147)
3CoOOH + 1/2H2 to Co3O4 + 2H2O (148)
FeOOH + 1/2H2 to FeO + H2O (149)
NiOOH + 1/2H2 to NiO + H2O (150)
CoOOH + 1/2H2 to CoO + H2O (151)
SnO + H2 to Sn + H2O (152)
반응 혼합물은 산소를 포함하는 화합물과 같은 양이온 공급원 또는 양이온과 음이온 공급원과 음이온을 포함할 수 있는데, 여기서, H2O 촉매를 형성하는 반응은 H2O를 형성하도록 산소와 반응하는 공급원으로부터 H2와 선택적으로 반응하는 양이온-산소 교환 반응을 포함한다. 전형적인 반응식은 다음과 같다.
2NaOH + H2 + S to Na2S + 2H20 (153)
2NaOH + H2 + Te to Na2Te + 2H20 (154)
2NaOH + H2 + Se to Na2Se + 2H20 (155)
LiOH + NH3 to LiNH2 + H20 (156)
또 다른 실시 예에서, 반응 혼합물은 O와 S를 포함하는 반응물들 중 하나와 같은 칼코겐화물들 사이에 교환반응을 포함한다. 4면 암모늄 테트라티오몰리브데이트와 같은 전형적인 칼코겐화물 반응물은 ([M0S4]2-) 음이온을 포함한다. 발생기 H2O 촉매와 선택적으로 발생기 H를 형성하는 전형적인 반응은 암모니아의 존재 내에서 몰리브데이트 [M0S4]2-의 수소황화물과의 반응을 포함한다:
[NH4]2[Mo04] + 4H2S to [NH4]2[MoS4] + 4H20 (157)
일 실시 예에서, 반응 혼합물은 수소 공급원, 산소를 포함하는 화합물, 그리고 반응혼합물의 적어도 한 요소와 합금을 형성할 수 있는 적어도 하나의 요소를 포함한다. H2O 촉매를 형성하는 반응은 산소를 포함하는 화합물의 산소와 산소 화합물의 양이온과 합금을 형성할 수 있는 요소의 교환반응을 포함할 수 있으며, 여기서 산소는 H2O를 형성하도록 공급원으로부터의 수소와 반응한다. 전형적인 반응식은 다음과 같다.
NaOH + 1/2H2 + Pd to NaPb + H20 (158)
NaOH + 1/2H2 + Bi to NaBi + H20 (159)
NaOH + 1/2H2 + 2Cd to Cd2Na + H20 (160)
NaOH + 1/2H2 + 4Ga to Ga4Na + H20 (161)
NaOH + 1/2H2 + Sn to NaSn + H20 (162)
NaAlH4 + Al(OH)3 + 5Ni to NaA102 + Ni5Al + H20 + 5/2H2 (163)
일 실시 예에서, 반응 혼합물은 옥시수산화물과 같은 산소를 포함하는 화합물과 산화물을 형성하는 금속과 같은 환원제를 포함한다. H2O 촉매를 형성하는 반응은 금속 산화물을 형성하는 금속 및 H2O와 옥시수산화물의 반응을 포함한다. 전형적인 반응식은 다음과 같다.
2MnOOH + Sn to 2MnO + SnO + H20 (164)
4MnOOH + Sn to 4MnO + Sn02 + 2H20 (165)
2MnOOH + Zn to 2MnO + ZnO + H2O (166)
일 실시 예에서, 반응 혼합물은 수산화물과 같은 산소를 포함하는 화합물, 수소 공급원, 그리고 할로겐화물 또는 다른 요소와 같은 다른 음이온을 포함하는 적어도 하나의 다른 화합물을 포함한다. H2O 촉매를 형성하는 반응은 수산화물의 다른 화합물 또는 음이온과의 반응을 포함할 수 있으며, 여기서 음이온 또는 요소는 다른 화합물로부터 수산화물과 교환되고, H2O는 수산화물과 H2의 반응으로 형성된다. 음이온은 할로겐화물을 포함할 수 있다. 전형적인 반응식은 다음과 같다.
2NaOH + NiCl2 + H2 to 2NaCl + 2H2O + Ni (167)
2NaOH + I2 + H2 to 2NaI+ 2H20 (168)
2NaOH + XeF2 + H2 to 2NaF+ 2H20 + Xe (169)
BiX3(X=할라이드) + 4Bi(OH)3 to 3BiOX + Bi203 + 6H20 (170)
수산화물과 할로겐화물 화합물은 H2O와 다른 할로겐화물을 형성하는 반응이 열적으로 가역적이도록 선택될 수 있다. 일 실시 예에서, 일반적인 교환 반응은 다음과 같다.
NaOH + 1/2H2 + l/yMxCly = NaCl + 6H20 + x/yM (171)
여기서, 전형적인 화합물 MxCly는 AlCl3, BeCl2, HfCl4, KAgCl2, MnCl2, NaAlCl4, ScCl3, TiCl2, TiCl3, UC13, UCl4, ZrCl4, EuCl3, GdCl3, MgCl2, NdCl3 및 YCl3이다. 약 100℃ 내지 2000℃의 범위에서와 같은 높은 온도에서 식 (171)의 반응은 약 0kJ의 엔탈피와 자유에너지 중 적어도 하나를 가지며, 가역적이다. 가역적 온도는 서로 상응하는 열역학적 매개변수로부터 계산된다. 대표적인 온도범위는 NaCl-ScCl3가 약 800K-900K, NaCl-TiCl2가 약 300K-400K, NaCl-UCl3가 약 600K-800K, NaCl-UCl4가 약 250K-3Q0K, NaCi-ZrCl4가 약 250K-300K, NaCl-MgCl2가 약 900K-1300K, NaCl-EuCl3가 약 900K-1000K, NaCl-NdCl3가 약 1000K 이상, 그리고 NaCl-YCl3가 약 1000K 이상 이다.
일 실시 예에서, 반응 혼합물은 알칼리, 알칼리 토류, 전이, 내부 전이 금속 산화물, 그리고 희토류 금속 산화물과 다른 금속 산화물 및 Al, Ga, In, Si , Ge, Sn, Pb, As, Sb, Bi, Se 및 Te와 같은 준금속 산화물, M202(M은 Li202, Na202 및 K202와 같은 알칼리 금속)와 같은 과산화, MO2(M은 Na02, K02, Rb02 및 Cs02와 같은 알칼리 금속)와 같은 초산화물, 그리고 알칼리 토류 금속 초산화물 등의 산화물, 그리고 수소 공급원을 포함한다. 이온 과산화물은 Ca, Sr 또는 Ba 과산화물을 더 포함할 수 있다. H2O 촉매를 형성하는 반응은 H2O를 형성하기 위하여 산화물, 과산화물 또는 초산화물의 수소환원을 포함할 수 있다. 전형적인 반응식은 다음과 같다.
Na2O + 2H2 to 2NaH + H2O (172)
Li2O2 + H2 to Li2O + H2O (173)
KO2 + 3/2H2 to KOH + H2O (174)
일 실시 예에서, 반응 혼합물은 적어도 하나의 H2와 같은 수소 공급원, 알칼리, 알칼리 토류 전이, 내부 전이 중 적어도 하나와 같은 수소화물, 그리고 희토류금속 수소화물과 본 발명에 개시된 것들과 수소 공급원 또는 금속 아미드와 같은 연소성 수소를 포함하는 다른 화합물, 그리고 O2와 같은 산소 공급원을 포함한다. H2O 촉매를 형성하는 반응은 H2, 수소화물, 그리고 H2O를 형성하는 금속 아미드와 같은 수소 화합물의 산화를 포함할 수 있다. 전형적인 반응식은 다음과 같다.
2NaH + 02 to Na20 + H20 (175)
H2 + 1/202 to H20 (176)
LiNH2 + 202 to LiN03 + H20 (177)
2LiNH2 + 3/202 to 2LiOH + H20 + N2 (178)
일 실시 예에서, 반응 혼합물은 수소 공급원과 산소 공급원을 포함한다.
H2O 촉매를 형성하는 반응은 H2O를 형성하기 위하여 적어도 하나의 수소 공급원과 적어도 하나의 산소 공급의 분해를 포함할 수 있다. 전형적인 반응식은 다음과 같다.
NH4NO3 to N20 + 2H2O (179)
NH4NO3 to N2 + l/2O2 + 2H2O (180)
H2O2 to 1/2O2 + H2O (181)
H2O2 + H2 to 2H20 (182)
여기 화학 반응기 섹션에 개시된 반응 혼합물은 하이드리노를 형성하는 수소 공급원을 더 포함한다. 공급원은 수소 해리제와 H2 가스 같은 원자 수소 또는 본 발명에 개시된 해리제와 금속 수소화물들 같은 금속 수소화물의 공급원이 될 수 있다. 원자 수소를 제공하는 수소 공급원은 수산화물 또는 옥시수산화물과 같은 수소를 포함하는 화합물일 수 있다. 하이드리노를 형성하기 위해 반응하는 H는 하나 또는 그 이상의 반응물들에 의해 형성되는 최초 H 일 수 있으며, 여기서 수산화물과 산화물의 반응처럼 수소 공급원을 포함한다. 반응은 또한 H2O 촉매를 형성할 수 있다. 산화물과 수산화물은 같은 화합물을 이를 수 있다. 예컨대, FeOOH와 같은 옥시수산화물은 H2O를 제공하기 위해 탈수소화될 수 있고, 또한 탈수소화 동안 하이드리노 반응에 대해 최초 H를 제공할 수 있다:
4FeOOH to H20 + Fe203 + 2FeO + 02 + 2H(l/4) (183) 여기서 반응 동안 형성된 최초 H는 하이드리노에 반응한다. 다른 전형적인 반응은 NaFe02 + H20 같은 알칼리 금속 산화물을 형성하기 위한 수산화물과 옥시수산화물 또는 NaOH + FeOOH or Fe203과 같은 산화물의 반응이며, 여기서 반응 동안 형성된 최초 H는 H2O가 촉매로 작용하는 하이드리노를 형성할 수 있다. 산화물과 수산화물은 같은 화합물을 구성한다. 예컨대, FeOOH와 같은 옥시수산화물은 H2O 촉매를 제공하도록 탈수소될 수 있으며, 또한 탈수소 중 최초 H를 하이드리노 반응에 제공한다:
4FeOOH to H20 + Fe203 + 2FeO + 02 + 2H(l/4) (184) 여기서 반응 중 형성된 최초 H는 하이드리노에 반응한다. 다른 전형적인 반응은 NaFe02 + H20와 같은 알칼리 금속 산화물을 형성하기 위하여 NaOH + FeOOH or Fe203와 같이 수산화물과 옥시수산화물 또는 산화물의 반응이며, 여기서 반응 중 형성된 최초 H는 하이드리노를 형성할 수 있고, H2O는 촉매로 작용한다. 수산화물 이온은 H2O와 산화물 이온을 형성함에 환원과 산화 모두를 겪는다. 산화물 이온은 OH-를 형성하도록 H2O와 반응할 수 있다. 동일한 경로가 다음과 같이 수산화물-할로겐화물 교환 반응에 얻어질 수 있다.
2M(OH)2 + 2M'X2 → H20 + 2MX2 + 2M'O + 1/202 + 2H(1/4) (185)
여기서 전형적인 M과 M' 금속은 각각 Cu(OH) + FeBr2, Cu(OH)2 + CuBr2 또는 Co(OH)2 + CuBr2와 같은 알칼리 토류와 전이 금속이다. 일 실시 예에서, 고체 연료는 금속 수산화물과 금속 할로겐화물을 포함할 수 있는데, 적어도 하나의 금속은 Fe이다. H20와 H2 중 적어도 하나는 반응물을 재생하는데 추가될 수 있다. 일 실시 예에서, M과 M'는 알칼리, 알칼리 토류, 전이, 내부 전이, 그리고 희토류 금속, Al, Ga, In, Si, Ge, Sn, Pb, 그룹 13, 14, 15, 그리고 16 요소들, 그리고 본 발명에 개시된 바와 같은 수산화물 또는 할로겐화물의 양이온 그룹에서 선택될 수 있다. HOH 촉매 최초 H, 및 하이드리노 중 적어도 하나를 형성하는 전형적인 반응은 다음과 같다.
4MOH + 4M'X → H2O + 2M'2O + M20 + 2MX + X2 + 2H(l/14) (186)
일 실시 예에서, 반응 혼합물은 본 발명에 개시된 바와 같은 수산화물과 할로겐화물 중 적어도 하나를 포함한다. 일 실시 예에서, 할로겐화합물은 최초 HOH 촉매와 H 중 적어도 하나의 형성과 유지 중 적어도 하나를 촉진시키도록 작용할 수 있다. 일 실시 예에서, 혼합물은 반응 혼합물의 용융점을 낮추도록 작용할 수 있다.
일 실시 예에서, 고체 연료는 Mg(OH)2 + CuBr2의 혼합물을 포함한다. 비휘발성인 MgO에서 분리되는 생성물 CuBr는 CuBr 응축 생성물을 형성하는데 극단적일 수 있다. Br2는 콜드 트랩으로 포집된다. CuBr은 CuBr2를 형성하기 n이해 Br2와 반응될 수 있고, MgO는 Mg(OH)2를 형성하기 위해 H2O과 반응될 수 있으며, Mg(OH)2는 재생 고체 연료를 형성하기 위해 CuBr2와 결합될 수 있다.
산-베이스 반응은 H2O 촉매에 대한 다른 접근이다. 그래서, 열화학 반응은 하이드리노를 형성하는 전기화학 반응과 유사하다. 전형적인 할로겐화물과 수산화물 혼합물은 Bi, Cd, Cu, Co, Mo 및 Cd 혼합물과 Cu, Ni, Pb, Sb, Bi, Co, Cd, Ge, Au, Ir, Fe, Hg, Mo, Os, Pd, Re, Rh, Ru, Se, Ag, Tc, Te, Tl, Sn, W 및 Zn 그룹의 각 낮은 물 반응을 가진 금속의 수산화물과 할로겐화물의 혼합물이다.
일 실시 예에서, 반응 혼합물은 H와 최초 H2O와 같은 촉매 중 적어도 하나의 공급원으로 작용할 수 있는 H2O을 더 포함한다. 물은 반응 중 분해하거나 반응하는 수화물의 형태로 존재할 수 있다. 일 실시 예에서, 고체 연료는 최초 H와 최초 H2O를 형성하는 H2O와 무기 화합물의 반응 혼합물을 포함한다. 무기 화합물은 H2O와 반응하는 금속 할로겐화물과 같은 할로겐화물을 포함할 수 있다. 반응 생성물은 수산화물, 옥시수산화물, 산화물, 옥시할로겐화물, 수산화할로겐화물 및 수화물 중 적어도 하나일 수 있다. 다른 생성물은 XO-, XO2 - , XO2 - 및 XO2 -(X는 할로겐)와 같은 산소와 할로겐을 포함하는 음이온을 포함할 수 있다. 생성물은 또한 환원된 양이온과 할로겐 가스 중 적어도 하나일 수 있다. 할로겐화물은 알칼리, 알칼리 토류, 전이, 내부 전이, 그리고 희토류 금속, 그리고 Ai, Ga, In, Sn, Pb, S, Te, Se, N, P, As, Sb, Bi, C, Si, Ge 및 B, 그리고 할로겐화물을 형성하는 다른 요소들 중 하나와 같은 금속 할로겐화물일 수 있다. 금속 또는 요소는 부가적으로 수산화물, 옥시수산화물, 산화물, 옥시할로겐화물, 수소화할로겐화물, 수화물, 그리고 XO-, XO2-, XO3-, and XO4-(X는 할로겐)와 같은 산소와 할로겐을 포함하는 음이온을 가진 화합물을 형성하는 것 중 적어도 하나를 형성하는 것일 수 있다.
적절한 전형적인 금속과 요소는 알칼리, 알칼리 토류, 전이, 내부 전이, 그리고 희토류 금속, 그리고 Ai, Ga, In, Sn, Pb, S, Te, Se, N, P, As, Sb, Bi, C, Si, Ge 및 B 중 적어도 하나일 수 있다. 전형적인 반응은 다음과 같다.
5MX2 + 7H2O to MX0H + M(OH)2 + MO + M203 + 11H(l/4) + 9/2X2 (187)
여기서, M은 Cu 등의 전이금속과 같은 금속이고, X는 Ci와 같은 할로겐이다.
일 실시 예에서, H2O는 최초 H2O를 제공하기 위해 저농도로 유지되는 촉매로 작용한다. 일 실시 예에서, 저농도는 고체, 액체 또는 기체와 같은 다른 물질 내 H2O 분자의 확산에 의해 얻어진다. H2O 분자는 초기 분자의 분리 한계까지 희석될 수 있다. 물질은 또한 H의 공급원을 포함한다. 물질은 KG 등의 포타슘 할로겐화물과 같은 알칼리 할로겐화물 또는 CuBr2과 같은 전이금속 할로겐화물의 이온 화합물을 포함할 수 있다. 초기 H를 형성하는 저농도는 동적으로 얻어질 수 있으며, 여기서 H2O는 반응으로 형성된다. 생성물 H2O는 초기 H와 초기 HOH 중 적어도 하나를 제공하도록 정상상태 저농도를 일으키는 형성 속도에 상대적인 속도로 제거될 수 있다. H2O를 형성하는 반응은 탈수소, 연소, 산-베이스 반응과 본 발명에 개시된 것과 같은 다른 것들을 포함할 수 있다. H2O는 증발과 응축과 같은 수단으로 제거될 수 있다. 전형적인 반응물은 철산화물과 H2O를 형성하는 FeOOH이며, 여기서 초기 H는 또한 하이드리노를 형성하는 다른 반응으로 형성된다. 다른 전형적인 반응 혼합물은 Fe203 + NaOH와 H2 중 적어도 하나, 그리고 FeOOH + NaOH와 H2 중 적어도 하나이다. 반응 혼합물은 약 100℃ 내지 600℃의 범위처럼 상승된 온도로 유지될 수 있다. H2O 생성물은 100℃ 아래로 유지되는 가스 라인과 같은 반응기의 냉점에서 증기 농축에 의해 제거될 수 있다. 다른 실시 예에서, KCl 등 포타슘 할로겐화물 등의 알칼리 할로겐화물과 같은 이온 화합물의 격자에 H2O가 살포 또는 흡수되는 혼합물 또는 화합물에 포함 또는 일부로 H2O를 포함하는 물질은 에너지 입자들의 포격에 의한 충격일 수 있다. 입자들은 광자, 이온 및 전자 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 입자들은 전자빔과 같은 빔을 포함할 수 있다. 충격은 H2O 촉매 H 및 하이드리노를 형성하는 반응의 활성화 중 적어도 하나를 제공할 수 있다. SF-CIHT 셀의 실시 예들에서, H2O 함유랑은 높을 수 있다. H2O는 고전류에서 높은 속도로 하이드리노를 형성하도록 점화될 수 있다.
반응 혼합물은 전기전도의, 고표면적 서포트와 같은 서포트를 더 포함한다. 적절한 전형적 서포트는 Ni 또는 R-Ni 등의 금속 파우더, Ni, Ni 셀멧 등의 금속 스크린, Ni 메시, 탄소, TiC과 WC 등의 탄화물 및 붕소화물과 같은 본 발명 개시의 서포트들이다. 서포트는 Pd/C 또는 Pd/C 등의 해리제를 포함할 수 있다. 반응물은 임의의 필요한 몰 비율에 있을 수 있다. 일 실시 예에서, 화학식량은 H2O 촉매를 형성하고 하이드리노를 형성하도록 H를 제공하는 바람직한 반응을 완성한다. 반응 온도는 약 주위온도 내지 1500℃와 같은 임의의 필요한 범위에 있을 수 있다. 압력 범위는 약 0.01 Torr 내지 500 atm의 범위와 같은 임의의 필요한 범위에 있을 수 있다. 반응은 여기와 다음에 개시된 방법들에 의해 재생적 및 가역적 중 적어도 하나로 이루어지며 그 방법들의 개시는 다음과 같으며, Mills Prior Applications such as Hydrogen Catalyst Reactor, PCT/US08/6I455, filed PCT 4/24/2008; Heterogeneous Hydrogen Catalyst Reactor, PCT/US09/052072, filed PCT 7/29/2009, Heterogeneous Hydrogen Catalyst Power System, PCT/US 10/27828, PCT filed 3/18/2010; Electrochemical Hydrogen Catalyst Power System, PCT/US 1 1/28889, filed PCT 3/17/2011; H20-Based Electrochemical Hydrogen-Catalyst Power System, PCT/US 12/31369 filed 3/30/2012, and CIHT Power System, PCT/US 13/041938 filed 5/21 /13, 이들은 전부가 본 명세서에 참고로 포함된다. H2O를 형성하는 반응은 선행기술에 공지된 바와 같이 발생하는 H2O를 소모시키는 가역반응을 이루기 위해 온도와 압력 같은 반응조건을 변화시킴으로써 가역적으로 될 수 있다. 예컨대, H2O 압력은 탈수소에 의해 반응물을 생성물로부터 개선시키기 위해 역반응에서 증가될 수 있다. 다른 경우, 수소-환원 생성물은 산소와 H2O 중 적어도 하나와 반응시키는 것처럼 산소에 의해 재생될 수 있다. 일 실시 예에서, 가역반응 생성물은 가역 또는 재생반응이 진행되도록 반응으로부터 제거될 수 있다. 가역반응은 적어도 하나의 가역반응 생성물을 제거함으로써 평형 열역학을 기초로한 유리한 부재에 의해 바람직하게 될 수 있다. 전형적인 실시 예에서, 재생 반응물(가역 또는 재생 반응 생성물)은 알칼리 수산화물과 같은 수산화물을 포함한다. 수산화물은 용매화 또는 승화와 같은 방법으로 제거될 수 있다. 후자의 경우에, 알칼리 수산화물 승화는 약 350℃ 내지 400℃의 온도범위에서 변하지 않았다. 반응은 Mills Prior Applications의 전력 플랜트 시스템에서 유지될 수 있다. 전력 생산 셀로부터의 열 에너지는 앞서 개시된 것처럼 재생을 겪는 적어도 하나의 다른 셀에 열을 제공할 수 있다. 대안으로서, H2O 촉매를 형성하는 반응과 가역 재생 반응의 평형은 앞에서 개시된 것처럼 셀의 특정 지역을 냉각시키기 때문에 온도 구배를 가지는 시스템 디자인으로 수벽 온도를 변화시킴으로써 이동될 수 있다.
일 실시 예에서, 할로겐화물과 산화물은 교환반응을 겪을 수 있다. 교환반응의 생성물은 서로 분리될 수 있다. 교환반응은 생성 혼합물을 가열함으로써 형성될 수 있다. 분리는 가열과 진공 적용 중 적어도 하나로 발생할 수 있는 승화로 생길 수 있다. 전형적인 실시 예에서, CaBr2와 CuO는 CuBr2와 CaO를 형성하도록 약 700℃ 내지 900℃ 범위와 같은 높은 온도로 가열하기 때문에 교환반응을 겪을 수 있다. 어떤 다른 적당한 온도 범위는 약 100℃ 내지 2000℃와 같은 범위에서 사용될 수 있다. CuBr2는 열과 저압을 적용함으로써 얻어질 수 있는 승화에 의해 분리되고 수집될 수 있다. CuBr2는 분리 밴드를 형성할 수 있다. CaO는 Ca(OH)2를 형성하도록 H2O와 반응할 수 있다.
일 실시 예에서, 고체 연료 또는 에너지 물질은 싱글릿 산고 공급원을 포함한다. 싱글릿 산소를 발생시키는 전형적인 반응은 다음과 같다.
NaOCl + H2O2 to O2 + NaCl + H2O (188)
또 다른 실시 예에서, 고체 연료 또는 에너지 물질은 H2O2와 같은 펜톤 (Fenton) 반응의 공급원 또는 시약을 포함한다.
일 실시 예에서, 저에너지 수소 종과 화합물은 H2O와 같이 H와 O 중 적어도 하나를 포함하는 촉매를 사용하여 합성된다. 전형적인 저에너지 수소화합물 MHX를 합성하기 위한 반응 혼합물은 KCl 등 알칼리 할로겐화물과 같은 M과 X의 공급원, 그리고 알칼리 금속과 같은 금속 환원제, Ni 스크린 또는 R-Ni와 같은 수소 해리제와 선택적으로 탄소와 같은 서포트, M과 H2 가스를 대체할 수 있는 MH 등의 금속 수소화물 중 적어도 하나와 같은 수소 공급원, 그리고 금속 산화물 또는 산소를 포함하는 화합물과 같은 산소 공급원을 포함하며, 여기서 M은 알칼리이고 알칼리 토류와 같은 다른 금속이 될 수 있고, 화합물은 상응하는 화학식량을 가지며, H는 하이드리노 수소화물과 같은 하이드리노이며, X는 할로겐화물과 같은 음이온이다. 적절한 전형적 금속 산화물은 Fe203, Cr203 및 NiO이다. 반응온도는 약 200℃ 내지 100℃ 또는 400℃ 내지 800℃의 범위로 유지될 수 있다. 반응물은 임의의 필요한 비율로 존재할 수 있다. KHCl을 형성하는 반응 혼합물은 K, Ni 스크린, KC1, 수소 가스, 그리고 Fe203, Cr203 및 NiO 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 전형적인 질량과 조건은 1.6g K, 20g KCl, 40g Ni 스크린, 1.5g Fe203와 1.5g NiO과 같은 금속산화물로부터 K와 같은 몰의 산소, 1기압 H2, 그리고 약 550-600℃의 반응온도이다. 반응은 H와 금속 산화물로부터의 O의 반응에 의해 H2O 촉매를 형성하고, H는 하이드리노 및 생성물 KHCl을 형성하는 하이드리노 수소화물 이온을 형성하도록 촉매와 반응한다. KHI를 형성하는 반응 혼합물은 K, R-Ni, KI, 수소 가스, 그리고 Fe203, Cr203 및 NiO 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 전형적인 질량과 조건은 1g K, 20g KI, 15g R-Ni 2800, 1g Fe203와 1g NiO과 같은 금속산화물로부터 K와 같은 몰의 산소, 1기압 H2, 그리고 약 450-500℃의 반응온도이다. 반응은 H와 금속 산화물로부터의 O의 반응에 의해 H2O 촉매를 형성하고, H는 하이드리노 및 생성물 KHI를 형성하는 하이드리노 수소화물 이온을 형성하도록 촉매와 반응한다. 일 실시 예에서, CIHT 셀, SF-CIHT 셀, 고체 연료 또는 화학 연료 중 적어도 하나의 생성물은 H NMR 매트릭스 이동을 일으키는 H2(1/4)이다. 일 실시 예에서, NaOH 또는 KOH 등의 수산화물 매트릭스와 같은 고체 매트릭스 내의 하이드리노 원자 또는 분자 등의 하이드리노 종의 존재는 매트릭스 양성자의 업필드 이동을 일으킨다. NaOH 또는 KOH 등의 매트릭스 양성자는 교환될 수 있다. 일 실시 예에서, 이동은 매트릭스 피크가 TMS에 상대적인 약 -0.1 내지 -5 ppm의 범위에 있도록 한다.
일 실시 예에서, Cu(OH)2 + CuBr2 같은 수산화화합물과 할로겐화합물 혼합물의 재생 반응은 H2와 H20 중 적어도 하나를 추가할 수 있다. 할로겐화물과 산화물 같은 생성물은 할로겐화물의 승화에 의해 분리될 수 있다. 일 실시 예에서, H2O는 수산화물과 CuBr2와 Cu(OH)2와 같은 할로겐화물을 반응 생성물로부터 형성시키도록 가열 조건 하에 반응 혼합물에 부가될 수 있다. 일 실시 예에서, 재생은 열적 사이클링의 단계에 의해 얻어질 수 있다. 일 실시 예에서, CuBr2와 같은 할로겐화물은 H2O 용해성이 있는 반면, Cu(OH)2와 같은 수산화물은 불수용성이다. 재생 화합물은 필터링 또는 침전으로 분리될 수 있다. 화학물질은 열에너지가 반응에 존재할 수 있기 때문에 건조될 수 있다. 열은 도출되는 수증기로부터 회복될 수 있다. 회복은 가열을 위해 또는 예를 들어 터빈과 발전기를 사용하여 전기를 발생시키기 위해 열교환기에 의하거나 증기를 직접 사용함으로써 가능할 수 있다. 일 실시 예에서, CuO로부터 Cu(OH)2의 재생은 H2O 분열 촉매를 사용하여 얻어질 수 있다. 적절한 촉매는 Pt/Al2O3, 그리고 CuO와 Al2O3을 소결시켜 형성된 CuAlO2, 코발트-인산염, 코발트 붕산염, 코발트 메틸 붕산염, 니켈 붕산염, RuO2, LaMnO3, SrTiO3, TiO2, 그리고 WO3와 같은 서포드 상의 귀금속이다. H2O 분열 촉매를 형성하는 전형적인 방법은 pH 9.2이고, 각각 0.92와 1.15V의 전압(그에 비해, 보통의 수소 전극)에서, 약 0.1 M 포타슘 인산염 붕산염 전해액 내의 Co2 +와 Ni2 + 용액의 제어된 전기분해이다. 전형적으로, 열적으로 가역적인 고체 연료는 다음과 같다.
T 100 2CuBr2 + Ca(OH)2 → 2CuO + 2CaBr2 + H20 (189)
T 730 CaBr2 + 2H20 → Ca(OH)2 + 2HBr (190)
T 100 CuO + 2HBr → CuBr2 + Hㅍ0 (191)
T 100 2CuBr2 + Cu(OH)2 → 2CuO + 2CaBr2 + H20 (192)
T 730 CuBr2 + 2H20 → Cu(OH)2 + 2HBr (193)
T 100 CuO + 2HBr → CuBr2 + H20 (194)
일 실시 예에서, 반응물로서 H2, 생성물로서 H2O, 그리고 반응물과 생성물로서 H2 또는 H2O의 하나 또는 그 이상을 가지는 고체 연료의 반응 혼합물은 어떤 전통적인 반응의 최대 이론 자유 에너지가 한계 시약의 -500 to + 500 kJ/mole 범위 내에서 또는 바람직하게는 한계 시약의 -100 to + 100 kJ/mole 범위 내에서 약 영이 되도록 선택된다. 반응물과 생성물의 혼랍물은 약 최적온도의 하나 또는 그 이상으로 유지될 수 있으며, 그 온도에서 자유에너지는 약 영이고, 최적온도에서의 반응은 혼합물과 온도를 유지하지 못한 반응시간보다 적어도 더 긴 지속시간 동안 재생 또는 균일 전력을 얻는데 가역적이다. 온도는 약 +/- 500℃ 또는 최적으로 약 +/- 100℃ 범위내에 있을 수 있다. 전형적인 혼합물과 반응물 온도는 800K에서 Fe, Fe203, H2 및 H20와 800K에서 Sn, SnO, H2 및 H20의 화학식량 혼합물이다.
일 실시 예에서, K 또는 Li와 같은 알칼리 금속, 그리고 nH(n은 정수), OH, O, 20, O2, 그리고 H20가 촉매로 작용하는데 있어서, H 공급원은 MH와 같은 금속 수소화물의 적어도 하나이며, H를 형성하도록 금속 M과 금속 수산화물 MH 중 적어도 하나가 H 공급원과 반응한다. 하나의 생성물은 산화물 또는 수산화물과 같은 산화된 M일 수 있다. 원자 수소와 촉매 중 적어도 하나를 만드는 반응은 전자 전달 반응 또는 산화-환원 반응일 수 있다. 반응 혼합물은 H2, Ni 스크린 또는 R-Ni와 같은 본 발명 개시의 H2 해리제와, 본 해리제와 같은 전기전도 서포트와 다른 것들, 뿐만 아니라 탄소, 그리고 탄화물, 그리고 탄화질화물과 같은 본 발명 개시의 서포트 중 적어도 적어도 하나를 더 포함할 수 있다. M 또는 MH의 전형적인 산화반응은 다음과 같다.
4MH + Fe203 to + H20 + H(1/p) + M20 + MOH + 2Fe + M (195)
여기서, H20와 M 중 적어도 하나는 H(l/p)를 형성하는 촉매로 작용할 수 있다. 반응 혼합물은 KCl 또는 KI 등의 알칼리 할로겐화물 염과 같은 화합물인 하이드리노 게터를 포함한다. 생성물은 MHX일 수 있다(M은 알칼리와 같은 금속; X는 할로겐화물과 같은 카운터 이온; H는 is 하이드리노 종). 다른 하이드리노 촉매는 표 1의 본 발명 개시와 같은 M을 대체할 수 있다.
일 실시 예에서, 산소 공급원은 산소 공급원 화합물의 환원된 생성물과 수소 사이에서의 산소 교환이 최소 에너지 방출에서 일어나도록 물과 유사한 형성 열을 가진 화합물을 포함한다. 적절한 전형적 산소 공급원 화합물은 CdO, CuO, ZnO, S02, Se02 및 Te02이다. 금속 산화물과 같은 다른 것은 또한 H2O 촉매의 공급원이 MnOx, AlOx 및 SiOx 임에 따라 탈수소 반응을 겪을 수 있는 산 또는 베이스의 무수화일 수 있다. 일 실시 예에서, 산화물층 산소 공급원은 팔라듐 수소화물 등의 금속 수소화물과 같은 수소 공급원을 덮을 수 있다. 하이드리노를 형성하는데 더 반응하는 H2O 촉매와 원자 H를 형성하는 반응은 금속 산화물 피복 팔라듐 수소화물 처럼 산화물 피복 수소 공급원을 가열함으로써 촉발될 수 있다. 팔라듐 수소화물은 방출된 수소가 금속 산화물과 같은 산화물층인 산소 공급원에 선택적으로 이동하도록 금 필름 층과 같은 수소 불침투성 층에 의해 산소 공급원에서처럼 반대편에 피복될 수 있다. 일 실시 예에서, 하이드리노 촉매 및 재생 반응을 형성하는 반응은 산소 공급원과 수소 사이 및 물과 환원된 산소 공급원 화합물 사이에서의 각 산소교환을 포함한다. 적절한 환원 산소 공급원은 Cd, Cu, Zn, S, Se 및 Te이다. 일 실시 예에서, 산소 교환 반응은 수소 가스를 열적으로 형성하는데 사용되는 r서을 포함할 수 있다. 전형적인 열적 방법은 철 산화물 사이클, 세륨(IV) 산화물-세륨(III) 산화물 사이클, 아연 아연-산화물 사이클, 황-요오드 사이클, 구리-염소 사이클 및 선행기술에 공지된 다른 것들이다. 일 실시 예에서, 산소 교환 반응과 같은 하이드리노 촉매 및 재생 반응을 형성하는 반응은 같은 반응 용기 내에서 동시에 일어난다. 온도와 압력 같은 조건은 반응의 동시성을 얻도록 제어될 수 있다. 대안으로, 생성물은 본 발명 개시와 Mills Prior Applications에 주어진 바와 같이 전력 형성 반응과 다른 조건하에서 발생할 수 있는 적어도 하나의 별도의 용기에서 제거되고 재생될 수 있다.
일 실시 예에서, LiNH2와 같은 아미드의 NH2 그룹은 촉매로 작용하며, 여기서 포텐셜 에너지는 식 (5)의 m=3에 상응하는 약 81.6 eV이다. 가역적 H2O 제거 혹은 산 또는 베이스 대 무수물과 그 역 사이의 추가반응과 유사하게, 아미드와 이미드 또는 질화물 사이의 가역 반응은 하이드리노를 형성하도록 원자 H와 더 반응하는 NH2 촉매의 형성을 초래한다. 아미드와, 이미드와 질화물 중 적어도 하나의 가역 반응은 원자 H와 같은 수소 공급원으로도 작용할 수 있다.
일 실시 예에서, 분자 하이드리노 또는 하이드리노 수소화물 이온과 같은 하이드리노 종은 H와 OH나 H2O 촉매 중 적어도 하나의 반응으로 합성된다. 하이드리노 종은 알칼리, 알칼리 토류, 전이, 내부 전이 및 희토류 금속과 같은 금속 그룹 중 적어도 두 개, Al, Ga, In, Ge, Sn, Pb, As, Sb, 그리고 Te, LaNi5H6와 본 발명 개시의 다른 것과 같은 금속 수소화물, 0.1 M 내지 포화농도까지의 KOH 등의 알칼리 수산화물과 같은 수용성 수산화물, 탄소, Pt/C, 증기 탄소, 카본 블랙, 탄화물, 붕소화물, 또는 니트릴과 같은 서포트, 그리고 산소에 의해 생성될 수 있다. 분자 하이드리노와 같은 하이드리노 종을 형성하기 위한 적절한 전형적 반응 혼합물은 (1) Co PtC KOH (sat) (O2를 가진 및 가지지 않은), (2) Zn 또는 Sn + LaNi5H6 + KOH (sat), (3) Co, Sn, Sb 또는 Zn + O2 + CB + KOH (sat), (4) Al CB KOH (sat), (5) Sn Ni-코팅된 그래파이트 KOH (sat) (O2를 가진 및 가지지 않은), (6) Sn + SC 또는 CB + KOH (sat) + O2, (7) Zn Pt/C KOH (sat) O2, (8) Zn R-Ni KOH (sat) O2, (9) Sn LaNi5H6 KOH (sat) O2, (10) Sb LaNi5H6 KOH (sat) O2, (11) Co, Sn, Zn, Pb 또는 Sb + KOH (Sat aq) + K2CO3 + CB-SA, 그리고 (12) LiNH2 LiBr과 LiH 또는 Li와 H2 또는 그 공급원과 선택적으로 Ni 또는 R-Ni와 같은 수소 해리제이다. 추가적인 반응 혼합물은 용융 수산화물, 수소 공급원, 산소 공급원 및 수소 해리제를 포함한다.
분자 하이드리노와 같은 하이드리노 종을 형성하기 위한 적절한 전형적 반응 혼합물은 (1) Ni(H2) LiOH-LiBr 공기 또는 O2, (2) Ni(H2) NaOH-NaBr 공기 또는 O2, 그리고 (3) Ni(H2) KOH-NaBr 공기 또는 O2이다.
일 실시 예에서, 하이드리노를 형성하기 위한 케미칼, SF-CIHT 및 CIHT 셀 반응 중 적어도 하나의 생성은 하이드리노 혹은 하이드리노를 형성하는 화합물 또는 무기화합물과 결합된 H2(1/p)와 같은 저-에너지 수소 종을 포함하는 화합물이다. 화합물은 알칼리 또는 알칼리 토류 탄산염 또는 수산화물 또는 본 발명 개시의 다른 화합물과 같은 산소음이온을 포함할 수 있다. 일 실시 예에서, 생성물은 M2CO3·H2(1/4)와 MOH·H2(1/4)(M=알칼리 또는 본 발명의 다른 양이온) 복합물이다. 생성물은 M{M2CO3·H2(1/4)}n +와 M{KOH·H2(l/4)}n +를 각각 포함하는 양의 스펙트럼 내의 일련의 이온들로서 ToF-SIMS에 의해 확인될 수 있으며, 여기서 n은 정수이고, 정수 p＞1은 4로 대체될 수 있다. 일 실시 예에서, SiO2나 수정 같은 실리콘과 산소를 포함하는 화합물은 H2(l/4)에 대한 게터로 작용할 수 있다. H2(l/4)에 대한 게터는 전이 금속, 알칼리 금속, 알칼리 토류 금속, 내부 전이 금속, 희토류 금속, 금속들의 조합, MoCu와 같은 Mo 합금, 그리고 본 발명 개시처럼 수소 저장 물질을 포함할 수 있다.
본 발명 방법으로 합성된 저-에너지 수소 화합물은 식 MH, MH2 또는 M2H2를 가질 수 있으며, M은 알칼리 양이온이고, H는 결합에너지가 증가된 수소화물 이온 또는 결합에너지가 증가된 수소 원자이다. 회합물은 식 MHn을 가질 수 있으며, 여기서 n은 1 또는 2이고, M은 알칼리 토류 양이온이며, H는 결합에너지가 증가된 수소화물 이온 또는 결합에너지가 증가된 수소 원자이다. 회합물은 식 MHX를 가질 수 있으며, 여기서 M은 알칼리 양이온이고, X는 할로겐 원자, 분자 또는 할로겐 음이온 같은 단일 음전하 음이온과 같은 중성 원자의 하나이며, H는 결합에너지가 증가된 수소화물 이온 또는 결합에너지가 증가된 수소 원자이다. 화합물은 식 MHX를 가질 수 있으며, 여기서 M은 알칼리 토류 양이온이고, X는 단일 음전하 음이온이며, H는 결합에너지가 증가된 수소화물 이온 또는 결합에너지가 증가된 수소 원자이다. 화합물은 식 MHX를 가질 수 있으며, 여기서 M은 알칼리 토류 양이온이고, X는 이중 음전하 음이온이며, H는 결합에너지가 증가된 수소 원자이다. 화합물은 식 M2HX를 가질 수 있으며, 여기서 M은 알칼리 양이온이고, X는 단일 음전하 음이온이며, H는 결합에너지가 증가된 수소화물 이온 또는 결합에너지가 증가된 수소 원자이다. 화합물은 식 MHn을 가질 수 있으며, 여기서 n은 정수이고, M은 알칼리 양이온이며, 화합물의 수소 함유 Hn은 적어도 하나의 결합에너지가 증가된 수소 종을 포함한다. 화합물은 식 M2Hn을 가질 수 있으며, 여기서 n은 정수이고, M은 알칼리 토류 양이온이며, 화합물의 수소 함유 Hn은 적어도 하나의 결합에너지가 증가된 수소 종을 포함한다. 화합물은 식 M2XHn을 가질 수 있으며, 여기서 n은 정수이고, M은 알칼리 토류 양이온이고, X는 단일 음전하 음이온이며, 화합물의 수소 함유 Hn은 적어도 하나의 결합에너지가 증가된 수소 종을 포함한다. 화합물은 식 M2X2Hn을 가질 수 있으며, 여기서 n은 1 또는 2이고, M은 알칼리 토류 양이온이고, X는 단일 음전하 음이온이며, 화합물의 수소 함유 Hn은 적어도 하나의 결합에너지가 증가된 수소 종을 포함한다. 화합물은 식 M2X3Hn을 가질 수 있으며, 여기서 M은 알칼리 토류 양이온이고, X는 단일 음전하 음이온이며, H는 결합에너지가 증가된 수소화물 이온 또는 결합에너지가 증가된 수소 종이다. 화합물은 식 M2XHn을 가질 수 있으며, 여기서 N은 1 또는 2이고, M은 알칼리 토류 양이온이고, X는 이중 음전하 음이온이며, 화합물의 수소 함유 Hn은 적어도 하나의 결합에너지가 증가된 수소 종을 포함한다. 화합물은 식 M2XX'H를 가질 수 있으며, 여기서 M은 알칼리 토류 양이온이고, X는 단일 음전하 음이온이며, H는 결합에너지가 증가된 수소화물 이온 또는 결합에너지가 증가된 수소 종이다. 화합물은 식 MM'Hn을 가질 수 있으며, 여기서 N은 1 내지 3의 정수이고, M은 알칼리 토류 양이온이고, M'는 알칼리 금속 양이온이며, 화합물의 수소 함유 Hn은 적어도 하나의 결합에너지가 증가된 수소 종을 포함한다. 화합물은 식 MM'XHn을 가질 수 있으며, 여기서 N은 1 또는2이고, M은 알칼리 토류 양이온이고, M'는 알칼리 금속 양이온이고, X는 단일 음전하 음이온이며, 화합물의 수소 함유 Hn은 적어도 하나의 결합에너지가 증가된 수소 종을 포함한다. 화합물은 식 MM'XH를 가질 수 있으며, 여기서 M은 알칼리 토류 양이온이고, M'는 알칼리 금속 양이온이고, X는 이중 음전하 음이온이며, H는 결합에너지가 증가된 수소화물 이온 또는 결합에너지가 증가된 수소 원자이다. 화합물은 식 MM'XX'H를 가질 수 있으며, 여기서 M은 알칼리 토류 양이온이고, M'는 알칼리 금속 양이온이고, X와 X'는 단일 음전하 음이온이며, H는 결합에너지가 증가된 수소화물 이온 또는 결합에너지가 증가된 수소 원자이다. 화합물은 식 MXX'Hn을 가질 수 있으며, 여기서 N은 1 내지 5의 정수이고, M은 알칼리 또는 알칼리 토류 양이온이고, X는 단일 또는 이중 음전하 음이온이고, X'는 금속 또는 준금속, 전이 요소, 내부 전이 요소, 또는 희토류 요소이며, 화합물의 수소 함유 Hn은 적어도 하나의 결합에너지가 증가된 수소 종을 포함한다. 화합물은 식 MHn을 가질 수 있으며, 여기서 N은 정수이고, M은 전이 요소, 내부 전이 요소, 또는 희토류 요소이며, 화합물의 수소 함유 Hn은 적어도 하나의 결합에너지가 증가된 수소 종을 포함한다. 화합물은 식 MXHn을 가질 수 있으며, 여기서 N은 정수이고, M은 알칼리 양이온, 알칼리 토류 양이온이고, X는 전이 요소, 내부 전이 요소, 또는 희토류 요소와 같은 또 다른 양이온이며, 화합물의 수소 함유 Hn은 적어도 하나의 결합에너지가 증가된 수소 종을 포함한다. 화합물은 식 [KHmKC03]n을 가질 수 있으며, 여기서 m과 n은 각각 정수이고, 화합물의 수소 함유 Hm은 적어도 하나의 결합에너지가 증가된 수소 종을 포함한다. 화합물은 식 [KHmKNO3]n + nX-을 가질 수 있으며, 여기서 m과 n은 각각 정수이고, X는 단일 음전하 음이온이며, 화합물의 수소 함유 Hm은 적어도 하나의 결합에너지가 증가된 수소 종을 포함한다. 화합물은 식 [KHKNO3]n을 가질 수 있으며, 여기서 n은 정수이고, 화합물의 수소 함유 H는 적어도 하나의 결합에너지가 증가된 수소 종을 포함한다. 화합물은 식 [KHKOH]n을 가질 수 있으며, 여기서 n은 정수이고, 화합물의 수소 함유 H는 적어도 하나의 결합에너지가 증가된 수소 종을 포함한다. 화합물은 음이온과 양이온을 포함하는 식 [MHmM'X]n을 가질 수 있으며, 여기서 m과 n은 각각 정수이고, M과 M'는 각각 알칼리 또는 알칼리 토류 양이온이고, X는 단일 또는 이중 음전하 음이온이며, 화합물의 수소 함유 Hm은 적어도 하나의 결합에너지가 증가된 수소 종을 포함한다. 화합물은 음이온과 양이온을 포함하는 식 [MHmM'X']n +를 가질 수 있으며, 여기서 m과 n은 각각 정수이고, M과 M'는 각각 알칼리 또는 알칼리 토류 양이온이고, X와 X'는 단일 또는 이중 음전하 음이온이며, 화합물의 수소 함유 Hm은 적어도 하나의 결합에너지가 증가된 수소 종을 포함한다. 음이온은 본 발명에 개시된 것을 포함할 수 있다. 적절한 전형적 단일 음전하 음이온은 할로겐 이온, 수산화물 이온, 수소 탄산염 이온, 또는 질산염 이온이다. 적절한 전형적 이중음전하 음이온은 탄산염 이온, 산화물, 또는 황산염 이온이다.
일 실시 예에서, 결합에너지가 증가된 수소 화합물 또는 혼합물은 적어도 하나의 저에너지 수소 종, 하이드리노 원자, 하이드리노 수소화물 이온, 그리고 금속 또는 이온 격자 등의 크리스탈 격자와 같은 격자에 심어진 디하이드리노 분자를 포함한다. 일 실시 예에서, 격자는 저에너지 수소 종과 반응하지 않는다. 매트릭스는 내장된 하이드리노 수소화물 이온의 경우처럼 반 양성자성일 수 있다. 화합물 또는 혼합물은 할로겐화물 등의 알칼리 또는 알칼리 토류 염과 같은 염 격자에 내장된 H(l/p), H2(l/p) 및 H'(l/p) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 전형적인 알칼리 할로겐화물은 KCl과 KI이다. 염은 내장된 H"(1/p)의 경우 어떤 H2O도 없을 수 있다. 다른 적절한 염 격자는 본 발명에 포함된다. 저에너지 수소 종은 표 1에서처럼 반 양자성 촉매를 가진 수소의 촉매작용에 의해 형성될 수 있다.
본 발명의 화합물은 바람직하게 0.1 원자 퍼센트 퓨어(atmic percent pure)보다 크다. 더 바람직하게는, 화합물은 1 원자 퍼센트 퓨어보다 크다. 더더욱 바람직하게는, 화합물은 10 원자 퍼센트 퓨어보다 크다. 가장 바람직하게는, 화합물은 50 원자 퍼센트 퓨어보다 크다. 또 다른 실시 예에서, 화합물은 90 원자 퍼센트 퓨어보다 크다. 또 다른 실시 예에서, 화합물은 95 원자 퍼센트 퓨어보다 크다.
하이드리노를 형성하는 화학 반응기의 또 다른 실시 예에서, 하이드리노를 형성하고 열동력과 같은 동력을 방출하는 셀은 내연기관 엔진, 로켓 엔진, 또는 가스 터빈을 포함한다. 반응 혼합물은 촉매와 하이드리노를 생산하기 위해 수소 공급원과 산소 공급원을 포함한다. 촉매 공급원은 수소를 포함하는 종과 산소를 포함하는 종 중 적어도 하나일 수 있다. 종 또는 다른 반응은 H2, H, H+, 02, 03, O3 +, 03 -, O, 0+, H20, H30+, OH, OH+, OH-, HOOH, OOH-, O-, O2-, 02 - 및 02 2-와 같은 O와 H 중 적어도 하나를 포함하는 종 중 적어도 하나일 수 있다. 촉매는 H2O와 같은 산소 또는 수소 종을 포함할 수 있다. 또 다른 실시 예에서, 촉매는 nH, nO(n은 정수), 02, OH 및 H20 촉매 중 적어도 하나를 포함한다. 수소원자의 공급원과 같은 수소 공급원은 H2 가스 또는 탄화수소 같은 수소-포함 연료를 포함할 수 있다. 수소원자는 탄화수소 연소 중 탄화수소의 열분해에 의해 생성될 수 있다. 반응 혼합물은 본 발명에 개시된 것과 같은 수소 해리제를 더 포함할 수 있고, H 원자는 수소의 해리에 의해 형성될 수 있다. O의 공급원은 공기로부터 O2를 더 포함할 수 있다. 반응물은 H와 O 중 적어도 하나의 공급원으로 작용할 수 있는 H2O를 더 포함할 수 있다. 일 실시 예에서, 물은 셀 내에서 H2O의 열분해에 의해 공급될 수 있는 수소와 산소 중 적어도 하나의 다른 공급원으로 작용한다. 물은 실린더 또는 피스톤 헤드처럼 표면에서 열로 또는 촉매반응으로 수소로 해리될 수 있다. 표면은 물을 수소와 산소로 해리시키기 위한 물질을 포함할 수 있다. 물을 해리시키는 물질은 요소, 화합물, 합금, 또는 전이요소나 내부 전이 요소의 혼합물, 철, 백금, 팔라듐, 지르코늄, 바나듐, 니켈, 티타늄, Sc, Cr, Mn, Co, Cu, Zn, Y, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Ait Cd, La, Hf, Ta, W, Re, Os, Ir, Au, Hg, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Vb, Lu, Th, Pa, U, 활성 목탄(탄소), 또는 Cs 삽입 탄소(그라파이트)를 포함할 수 있다. H와 O는 하이드리노를 형성하는 촉매와 H를 형성하기 위해 반응할 수 있다. 수소와 산소의 공급원은 흡입밸브나 매니폴드처럼 상응하는 포트 또는 흡입구를 통해 유입될 수 있다. 생성물은 배기 포트나 출구를 통해 배출될 수 있다. 유동은 각 포트를 통과하는 유입 및 유출 속도를 조절함으로써 제어될 수 있다. 일 실시 예에서, 하이드리노는 본 발명의 고체 연료와 같은 촉매 공급원과 수소 공급원을 가열함으로써 형성된다. 가열은 열적 가열과 격발 가열 중 적어도 하나일 수 있다. 실험적으로, 라만 분광은 하이드리노가 수산화물과 Li 등 알칼리 금속을 포함하는 할로겐화물의 혼합물 등의 고체 연료를 볼 밀링함에 의해 형성되는 것을 확인시켜준다. 예컨대, 역 라만 효과 피크는 2308 cm-1에서 볼 밀링된 LiOH + LiI 와 LiOH + LiF 로부터 관찰된다. 그래서, 적절한 전형적 혼합물은 LiOH + LiI 또는 LiF 이다. 일 실시 예에서, 열적 및 격발 가열 중 적어도 하나는 급속한 반응에 의해 얻어진다. 이 경우, 추가적인 에너지 반응은 하이드리노 형성에 의해 제공된다.
일 실시 예에서, H2(l/p)는 1 퀀텀 수가 비제로(nonzero)이기 때문에 MRI 상자성 자기공명 조영제로 작용할 수 있다.
△J = 0,+1 규모의 회전 선택 규칙을 허용하는 비제로 1 퀀텀 수는 H2(l/p) 분자 레이저에 관대하다.
일 실시 예에서, H2(l/p)가 상자성이기 때문에, H2보다 더 높은 액화 온도를 가진다. 벌크 하이드리노 가스는 저온-분리 방법으로 수집될 수 있다.
일 실시 예에서, 고체 연료 또는 에너지 물질은 로켓 추진제를 포함한다. 고-전류 점화는 추진력을 제공할 수 있는 급격히 팽창하는 플라즈마를 발생시킨다. 본 발명의 또 다른 개시는 추진력을 제공하는 팽창 플라즈마를 안내하는 노즐을 제외한 폐쇄형 셀을 포함하는 추진기이다. 또 다른 실시 예에서, 추진기는 마그네틱 보틀 또는 다른 유사한 플라즈마 격리실 및 점화시키는 고전류를 제공하는 전극으로부터 직접적인 방법으로 플라즈마를 유동시키는 선행기술에 공지된 다이렉팅 마그네틱 필드 시스템을 포함한다. 또 다른 실시 예에서, 고도로 이온화된 플라즈마는 추진력을 제공하는 선행기술에 공지된 이온 모터 및 이온 추진기에 사용될 수 있다.
일 실시 예에서 점화되는 고체 연료로부터의 에너지 플라즈마는 적어도 하나의 플라즈마 에치와 같은 물질을 처리하고, 하이드리노 종을 포함하는 것과 같은 안정된 수소층으로 도핑 또는 피복함으로써 실리콘 표면을 안정화시키며, 그라파이크 탄소를 다이아몬드 유사 탄소와 다이아몬드 중 적어도 하나로 변환시키는데 는데 사용된다. 안정화를 위해 실리콘 등의 표면에 하이드리노 종을 도핑 또는 피복시키고 탄소를 다이아몬드 물질로 변환시키는 본 발명에 따른 방법 및 시스템은 다음과 같은 출원인의 전 간행물에 주어진다. R, L. Mills, J. Sankar, A. Voigt, J. He, P. Ray, B, Dhandapani, "Role of Atomic Hydrogen Density and Energy in Low Power CVD Synthesis of Diamond Films," Thin Solid Films, 478, (2005) 77-90, R. L. Mills, J. Sankar, A. Voigt, J. He, B. Dhandapani, "Spectroscopic Characterization of the Atomic Hydrogen Energies and Densities and Carbon Species During Helium-Hydrogen-Methane Plasma CVD Synthesis of Diamond Films," Chemistry of Materials, Vol.15, (2003), pp.1313-1321, R. L. Mills, B. Dhandapani, J. He, "Highly Stable Amorphous Silicon Hydride from a Helium Plasma Reaction," Materials Chemistry and Physics, 94/2-3, (2005), 298-307, R. L. Mills, B. Dhandapani, J. He, "Highly Stable Amorphous Silicon Hydride," Solar Energy Materials & Solar Cells, Vol.80, (2003), pp.1-20, 그리고 R. L. Mills, J. He, P. Ray, B. Dhandapani, X. Chen, "Synthesis and Characterization of a Highly Stable Amorphous Silicon Hydride as the Product of a Catalytic Helium-Hydrogen Plasma Reaction," Int. J. Hydrogen Energy, Vol.28, No.12, (2003), pp. 1401 -1424. 상기 전체가 참고로 포함된다.
일 실시 예에서, 점화되는 고체 연료로부터의 에너지 플라즈마는 역분포를 형성하는데 사용된다. 일 실시 예에서, 도 3과 4A 및 5B에 도시된 시스템의 고체 연료 플라즈마 성분은 레이저의 펌핑 소스와 레이저의 발사 매체 중 적어도 하나이다. 레이저 발사를 얻도록 역분포를 형성하는 방법 및 시스템은 다음과 같은 출원인의 전간행물에 주어진다. R. L. Mills, P. Ray, R. M. Mayo, "The Potential for a Hydrogen Water-Plasma Laser," Applied Physics Letters, Vol.82, No.11, (2003), pp.1679-1681 and R, L. Mills, P. Ray, R. M. Mayo, "CW HI Laser Based on a Stationary-Inverted Lyman Population Formed from Incandescently Heated Hydrogen Gas with Certain Group I Catalysts," IEEE Transactions on Plasma Science, Vol.31, No.2, (2003), pp.236-247 R. L. Mills, P. Ray, R. M. Mayo, "CW HI Laser Based on a Stationary Inverted Lyman Population Formed from Incandescently Heated Hydrogen Gas with Certain Group I Catalysts," IEEE Transactions on Plasma Science, Vol.31, No.2, (2003), pp.236-247. 상기 전체가 참고로 포함된다.
일 실시 예에서, 고체 연료 또는 에너지 물질은 가열에 의해 반응된다. 반응 혼합물은 전도체를 포함할 수 있으며 전도성이 떨어지도록 반응 중에 산화시키지 않는 등 전도성이 매우 큰 표면에 반응될 수 있다. 반응기의 적절한 표면은 Au와 Pt 같은 귀금속이다.
VII. 고체 연료 촉매형
하이드리노변환
(
SF
-
CIHT
) 셀(Cell) 및 전력 컨버터(Power Converter)
일 실시 예에서, 직류 전기에너지와 열 에너지 중 적어도 하나를 발생시키는 동력 시스템은 적어도 하나의 용기와, (a) 적어도 하나의 촉매 소스 또는 발생기 H2O를 포함하는 촉매; (b) 적어도 하나의 수소 원자 소스 또는 수소 원자; 및 (c) 적어도 하나의 전도체 및 전도성 매트릭스를 포함하는 반응물들과, 그리고 하이드리노 반응물들을 한정하는 적어도 하나의 전극 세트와, 고전류 전기에너지의 짧은 폭발을 제공하는 전력원과, 재장전 시스템과, 반응 생성물들로부터 초기 반응물들을 재생시키는 적어도 하나의 시스템과, 그리고 직렬식 플라즈마-전기 변환기 및 열-전력 변환기 중 어느 하나를 포함한다. 다른 실시 예에서, 용기는 압력을 대기압 수준, 대기압 이상의 수준 및 대기압 이하 수준으로 될 수 있다. 일 실시 예에서, 재생 시스템은 적어도 하나의 수화반응식(hydration), 열적(thermal), 화학적, 전기화학적 시스템을 포함할 수 있다. 다른 실시 예에서, 적어도 하나의 직렬식 플라즈마-전기 컨버터는 플라즈마다이나믹 동력 컨버터, 
직렬식 컨버터, 자기유체역학 동력 컨버터, 자기미러(magnetic mirror) 자기유체동역학 동력 컨버터, 전하-표류식(charge drift) 컨버터, 포스트 또는 베니스 블라인드형 동력 컨버터, 자이로트론, 광자무리 마이크로파 동력 컨버터, 및 광전 컨버터를 포함하는 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함할 수 있다. 다른 실시 예에서, 적어도 하나의 열-전기 컨버터는 열기관, 증기기관, 증기터어빈 및 제네레이터, 가스터어빈 및 제네레이터, 랭킨(Rankine)-사이클 기관, 브레이튼(Brayton)-사이클 기관, 스털링(Stirling) 기관, 테르미온 동력컨버터 및 더모일렉트릭 동력 컨버터로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, H20가 연소되어서 열, 플라즈마, 및 전자기(빛) 동력 중 적어도 하나의 형태로 높은 에너지 방출을 갖는 하이드리노를 형성한다(본 명세서에서 “점화(Ignition)”라는 용어는 폭발, 펄스 또는 다른 형태로 매우 높은 동력 방출이 일어날 수 있는, 히드리노에 대한 H의 높은 반응 비율을 나타낸다). H2O는 예컨대 2,000A 내지 100,000A 범위의 고전류를 적용시키면서 발화 연소시킬 수 있는 연료이다. 이러한 전류는 5,000V 내지 100,000V의 높은 전압을 적용하여 먼저 예컨대 아크 (arc)와 같은 고도의 전도성 플라스마를 형성하여 달성할 수 있다. 다른 방법으로는, 예컨대 고체 연료와 같은 생성된 연료의 전도성이 높은, H2O를 함유한 화합물 또는 혼합물을 통해서 고전류를 통과시키는 것이다. (본 명세서에서 고체 연료 또는 에너지 물질은 예컨대 HOH 및 H와 같은 촉매를 형성하여 반응함으로써 하이드리노를 형성시키는 반응혼합물을 지칭하는 것으로 한다. 그러나, 이 반응혼합물은 고체가 아닌 다른 물질상태일 수도 있다. 여러 실시 예에서, 반응혼합물은 기체, 액체, 고체, 슬러리, 졸, 겔, 용액, 혼합물, 기체상 서스펜션, 압축흐름상 및 당해 기술 분야에 숙련된 자에게 공지된 적어도 하나의 물리적 상태일 수 있다). 일 실시 예에서, 저항이 매우 낮은 고체 연료는 H2O를 포함하는 반응혼합물로 이루어진다. 낮은 저항은 반응 혼합물의 전도체 성분에 기인한다. 일 실시 예에서, 고체 연료의 저항은 dir 0- 9ohm 내지 1000 ohm, 0- 8ohm 내지 10 ohm, 0-3 ohm 내지 1 ohm, 0- 4ohm 내지 10-1 ohm, 및 0- 4ohm 내지 10-2 ohm의 범위 이내에서 적어도 하나의 범위이다. 다른 실시 예에서, 높은 저항을 가지는 연료는 미량 또는 적은 몰%의 추가 화합물 또는 추가 물질을 포함하는 H2O 로 이루어진다. 이 경우에 연료를 통해 높은 전류가 흘러서 브레이크-다운이 야기됨으로써 발화연소가 일어나게 되어 예컨대 아크 또는 아크 플라즈마와 같은 고도의 전도성 상태가 형성된다.
일 실시 예에서, 반응물은 H2O 소스와 전도성 매트릭스로 이루어져 촉매 소스, 촉매, 수소원자 소스 및 수소원자 중의 한가지 이상을 형성한다. 보다 구체적으로는, H2O 소스를 포함하는 반응물은, 벌크 상태의 H2O, 벌크 상태가 아닌 다른 상태의 H2O, 반응물중 한가지 이상이 H2O를 형성하여 결합상태의 H2O를 방출시키도록 하는 화합물 또는 화합물들을 포함한다. 또한, 결합된 H2O는 H2O와 상호작용을 하는 화합물을 포함할 수 있는데, 상기 H2O는 흡수된 H2O, 결합된 H2O, 물리흡착된 H2O, 그리고 수화작용의 수분중 한가지 이상의 상태일 수 있다. 이러한 실시 예들에 있어서, 반응물은 전도체를 포함할 수 있고, 벌크 상태의 H2O, 흡수된 H2O, 결합된 H2O, 물리흡착된 H2O, 그리고 수화작용의 수분중 한가지 이상의 상태의 방출을 수행하여 H2O를 반응생성물로서 가지게 되는 1종 이상의 화합물 또는 물질을 포함할 수 있다. 다른 실시 예에서, 발생기 H2O 촉매의 소스 및 수소 원자 소스 중 적어도 하나는 (a)적어도 하나의 H2O 소스; (b) 적어도 하나의 산소 소스; 및 (c) 적어도 하나의 수소 소스 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
추가의 실시 예들에서, 적어도 하나의 촉매 소스를 형성하는 반응물, 촉매, 수소원자 소스, 및 수소 원자는, H2O, H2O 소스, O2, H2O, HOOH, OOH-, 과산화이온, 초과산화 이온, 수화물, H2, 할로겐화물, 산화물, 옥시수산화물, 수산화물, 산소함유 화합물 및 전도성 매트릭스 중에서 1종 이상을 포함한다. 어떤 실시 예에서, 옥시수산화물은, TiOOH, GdOOH, CoOOH, InOOH, FeOOH, GaOOH, iOOH, AIOOH, CrOOH, MoOOH, CuOOH, MnOOH, ZnOOH 및 SmOOH로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있고; 산화물은 CuO, Cu20, CoO, Co203, Co304, FeO, Fe203, NiO 및 Ni203 로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있고; 수산화물은 Cu(OH)2, Co(OH)2, Co(OH)3, Fe(OH)2, Fe(OH)3 및 Ni(OH)2 로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있고; 산소를 포함하는 화합물은 황산염, 인산염, 질산염, 탄산염, 탄산수소, 크롬산염, 피로인산염, 과황산염, 과염소산염, 과붕산염 및 과옥소산염으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있고; MX03, MX04 (M = 금속으로서, 예컨대 Li, Na, K, Rb, Cs와 같은 알칼리금속; X = F, Br, Ci, I), 코발트마그네슘 산화물, 니켈마그네슘 산화물, 구리마그네슘 산화물, Li20, 알칼리금속 산화물, 알칼리토금속 산화물, CuO, Cr04, ZnO, MgO, CaO, Mo02, Ti02, Zr02, Si02, A1203, NiO, FeO, Fe203, Ta02, Ta2O5, VO, V02, V203, V205, P203, P202, B203, NbO, Nb02, Nb205, Se02, Se03, Te02, Te03, W02, W03, Cr304, Cr203, Cr02, Cr03, CoO, Co203, Co304, FeO, Fe203, NiO, Ni203, 희토류 산화물, Ce02, La203, 옥시수산화물, TiOOH, GdOOH, CoOOH, InOOH, FeOOH, GaOOH, NiOOH, AIOOH, CrOOH, MoOOH, CuOOH, MnOOH, ZnOOH 및 SmOOH; 그리고 전도성 매트릭스는 금속 분말, 카본, 카바이드, 붕화물, 질화물, 예컨대 TiCN과 같은 카르보니트릴, 또는 니트릴 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함할 수 있다.
실시 예들에서, 반응물은 금속, 금속 산화물 및 H2O의 혼합물일 수 있는데, 금속과 H2O의 반응은 열역학적으로 선호되지 않는다. 다른 실시 예들에서, 반응물은 금속, 금속할로겐화물 및 H2O의 혼합물일 수 있는데, 금속과 H2O의 반응은 열역학적으로 선호되지 않는다. 또다른 실시 예에서, 반응물은 전이금속, 알칼리토금속 할로겐화물 및 H2O의 혼합물일 수 있는데, 금속과 H2O의 반응은 열역학적으로 선호되지 않는다. 또다른 실시 예에서, 반응물은 전도체, 흡습성 물질 및 H2O의 혼합물일 수 있다. 이 실시 예에서, 흡습성 물질은 브롬화 리튬, 염화칼슘, 염화마그네슘, 연화아연, 탄산칼륨, 인산칼륨, 예컨대 KMgCl3·6(H2O)와 같은 카르날라이트, 구연산철 암모늄, 수산화칼륨, 수산화나트륨, 진한 황산, 진한 인산, 셀룰로오스 섬유, 당, 캐러멜, 벌꿀, 글리세롤, 에탄올, 메탄올, 디젤 연료, 메탐페타민, 화학비료, 염, 건조제, 실리카, 활성탄, 황산칼슘, 염화칼슘, 분자 시브(sieve), 제올라이트, 조해성 물질, 염화아연, 염화칼슘, 수산화칼륨, 수산화나트륨 및 조해성 염으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상으로 이루어진다. 구체예에 있어서, 본 발명에 따른 동력시스템는 전도성 물질, 흡습성 물질 및 H2O의 혼합물을 포함할 수 있고, 이 경우에 (금속/전도성 물질),(흡습성 물질),(H2O)의 상대적 몰 량의 범위는 대략 (0.000001 내지 100000), (0.000001 내지 100000), (0,000001 내지 100000); (0.00001 내지 10000), (0.00001 내지 10000), (0,00001 내지 10000); (0.0001 내지 1000), (0.0001 내지 1000), (0.0001 내지 1000); (0.001 내지 100), (0.001 내지 100), (0.001 내지 100); (0.01 내지 100), (0.01 내지 100), (0.01 내지 100); (0.1 내지 10), (0.1 내지 10), (0.1 내지 10); 및 (0.5 내지 1), (0,5 내지 1), (0.5 내지 1)중의 한가지 이상일 수 있다. 또다른 구체예에 있어서, H2O와 열역학적으로 순조롭지 않은 반응을 한 금속은 Cu, Ni, Pb, Sb, Bi, Co, Cd, Ge, Au, Ir, Fe, Hg, Mo, Os, Pd, Re, Rh, Ru, Se, Ag, Tc, Te, Tl, Sn, W, Al, V, Zr, Ti, Mn, Zn, Cr 및 In으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다. 추가의 구체예에서, 반응물은 H2O를 첨가하여 재생시킬 수 있다.
추가의 실시 예들에서, 반응물은 금속, 그 금속의 산화물 및 H2O의 혼합물일 수 있는데, 이 경우에 금속산화물은 1000℃ 미만의 온도에서 H2환원될 수 있는 것이다. 다른 구체예에서, 반응물은 H2와 미약한 열로는 쉽사리 환원되지 않는 산화물, 1000℃ 미만의 온도에서 상기 산화물이 금속으로 H2환원될 수 있도록 하는 금속 및 H2O의 혼합물일 수 있다. 상기 실시 예에서, 1000℃ 미만의 온도에서 산화물이 금속으로 H2환원될 수 있도록 하는 금속은, Cu, Ni, Pb, Sb, Bi, Co, Cd, Ge, Au, Ir, Fe, Hg, Mo, Os, Pd, Re, Rh, Ru, Se, Ag, Tc, Te, Tl, Sn, W, Al, V, Zr, Ti, Mn, Zn, Cr 및 In으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다. 실시 예에 서, H2와 미약한 열로는 쉽사리 환원되지 않는 금속 산화물은 적어도 하나의 알루미나, 알칼리토금속 산화물 및 희토류 산화물 이다.
실시 예들에서, 본 발명의 고체 연료는 탄소 또는 활성탄과 H2O로 이루어질 수 있는데, 이 경우에 혼합물은 H2O의 첨가 단계를 포함하는 재수화(rehydration) 과정에 의해 재생될 수 있다. 다른 실시 예에서, 반응물은 슬러리, 용액, 에멀션, 복합체 및 단일 합화물중 1종 이상의 형태일 수 있다. 구체예에 있어서, 높은 전류의 전기에너지를 짧은 폭발로 전달하기 위한 전력 소스의 전류는 하이드리노 반응물이 반응을 수행하여 매우 높은 비율로 하이드리노를 형성할 수 있도록 하기에 충분한 것이다. 실시 예에 있어서, 높은 전류의 전기에너지를 짧은 폭발로 전달하기 위한 전력 소스는 하기 대역중의 적어도 하나이다: 전압은, 100A 내지 1,000,000A, 1kA 내지 100,000A, 및 10kA 내지 50kA로 이루어지는 대역중 1개 이상으로 선택되는 높은 AC, DC 또는 AC-DC 혼합 전류가 일어나도록 선택되고; DC 또는 피크 AC 전류밀도는 100 A/cm2 내지 1,000,000 A/cm2, 1000 A/cm2 내지 100,000 A/cm2, 및 2000/cm2 내지 50,000 A/cm2 범위중 선택된 1개 이상일 수 있으며; 전압은 고체 연료 또는 에너지 물질의 전도성에 의해 결정되는데, 전압은 원하는 전류값에 고체 연료 또는 에너지 물질 샘플의 저항값을 곱하여 얻게 된다; DC 또는 피크 AC 전압은 0.1 V 내지 500 kV, 0.1 V 내지 100 kV 및 1 V 내지 50 kV로 이루어지는 범위들중 선택된 적어도 하나의 대역일 수 있고, AC 주파수는 약 0.1 Hz 내지 10 GHz, 1 Hz 내지 1 MHz, 10 Hz 내지 100 kHz 및 100 Hz 내지 10 kHz일 수 있다. 실시 예에서, 고체 연료 또는 에너지원 물질 샘플의 저항값은 0.001 Mohm 내지 100Mohm, 0.1 ohm 내지 1Mohm, 및 10 ohm 내지 1 kohm의 범위 이내에서 선택되는 1개 이상일 수 있으며, 하이드리노를 형성하기에 활성인 전극 면적 당 적합한 가중 전도성 값은 다음 대역 범위로부터 선택되는 1개 이상이다: 10- 10ohm-1cm-2 내지 106ohm-1cm-2; 10-5ohm-1cm-2 내지 106ohm-1cm-2; 10- 4ohm-1cm-2 내지 105ohm-1cm-2; 10- 3ohm-1cm-2 내지 104ohm-1cm-2; 10- 2ohm-1cm-2 내지 103ohm-1cm-2; 10- 1ohm-1cm-2 내지 102ohm-1cm-2; 1 ohm-1cm-2 내지 10 ohm-1cm-2.
일 실시 예에서, 본 발명에 따른 고체 연료는 전도성을 가진다. 구체예에 있어서, 고체 연료의 포션, 펠릿 또는 분취량의 저항값은 10- 9ohm 내지 100 ohm, 10-8ohm 내지 10 ohm, 10- 3ohm 내지 1 ohm, 10- 3ohm 내지 10-1 ohm, 및 10- 9ohm 내지 10-2 ohm으로 이루어진 범위중 1개 이상일 수 있다. 일 실시 예에서, 하이드리노 반응속도는 높은 전류의 인가 또는 증가에 의존적이다. 예컨대 에너지원 하이드리노 촉매반응과 같은 하이드리노 촉매반응은 저전압 고전류가 전도성 연료를 통해 흐르면서 개시될 수 있다. 에너지 방출은 매우 높고, 충격파가 형성될 수 있다. 일 실시 예에서, 전압은 100A 내지 1,000,000A, 1kA 내지 100,000A 및 10kA 내지 50kA 범위중 적어도 하나의 범위를 가지는 높은 전류와 같이 발화연소를 촉발하는 전류의 AC, DC 또는 AC-DC 혼합 전류를 야기하도록 선택된다. 전류밀도는 예컨대 압착 펠릿과 같은 펠릿 형태일 수 있는 연료에 대하여 100A/cm2 내지 1,000,000A/cm2, 1,000A/cm2 내지 100,000A/cm2 및 2,000A/cm2 내지 50,000,000A/cm2 범위 이내일 수 있다. DC 또는 피크 AC 전압은 약 0.1V 내지 100kV, 0.1V 내지 1kV, 0.1V 내지100V 및 0.1V 내지 15V에서 선택된 적어도 하나의 범위일 수 있다. AC 주파수는 약 0.1Hz 내지 10GHz, 1Hz 내지 1MHz, 10Hz 내지 100kHz 및 100Hz 내지 10kHz의 범위일 수 있다. 펄스 시간은 10-6s 내지 10s, 10-5s 내지 1s, 10-4s 내지 0.1 s 및 10-3s 내지 0.01 s 로부터 선택된 적어도 하나의 범위일 수 있다. 다른 실시 예로서, 높은 자기장 또는 플럭스 φ 또는 고속의 자기장 변화중 어느 한가지는 하이드리노 반응을 촉발시킨다. 자기 플럭스는 약 10G 내지 10T, 100G 내지 5T 또는 1kG 내지 1T 범위 이내에 있을 수 있다. dφ /dt는 10G 내지 10T, 100G 내지 5T 또는 1kG 내지 1T의 플럭스에 상응하여 주파수를 1Hz 내지 100kHz, 10Hz 내지 10kHz, 10Hz 내지 1000Hz 또는 10Hz 내지 100Hz 범위 이내에서 가변시킬 수 있다.
일 실시예에서, 고체 연료 또는 에너지원 물질은 H2O 소스 또는 H2O를 포함할 수 있다. H2O 몰% 함량은 약 0.000001% 내지 100%, 0.00001% 내지 100%, 0.0001% 내지 100%, 0.001% 내지 100%, 0.01% 내지 100%, 0.1% 내지 100%, 1% 내지 100%, 10% 내지 100%, 0.1% 내지 50%, 1% 내지 25% 및 1% 내지 10% 중의 적어도 하나의 범위이내일 수 있다. 일 실시 예에 있어서, 하이드리노 반응속도는 높은 전류의 인가 또는 증가에 의존적이다. 일 실시 예에 있어서, 전압은 100A 내지 1,000,000A, 1kA 내지 100,000A, 10kA 내지 50kA 중의 적어도 하나의 범위의 높은 AC, DC 또는 AC-DC 혼합전류를 야기할 수 있도록 선택된다. DC 또는 피크 AC 전류밀도는 100A/cm2 내지 1,000,000A/cm2, 1000A/cm2 내지 100,000A/cm2 및 2000A/cm2 내지 500,000A/cm2 중의 적어도 하나의 범위일 수 있다. 일 실시 예에 있어서, 전압은 고체 연료나 에너지원 물질의 전도성에 따라 결정될 수 있다. 고체 연료나 에너지원 물질의 저항값은 0.001 Mohm 내지 100 Mohm, 0.1 ohm 내지 1 Mohm 및 10 ohm 내지 10 kohm으로 이루어진 범위중 1개 이상일 수 있다. 하이드리노를 형성하기에 활성인 전극 면적 당 적합한 가중 전도성 값은 다음 대역 범위로부터 선택되는 1개 이상이다: 약 10- 10ohm-1cm-2 내지 106ohm-1cm-2; 10- 5ohm-1cm-2 내지 106ohm-1cm-2; 10- 4ohm-1cm-2 내지 105ohm-1cm-2; 10- 3ohm-1cm-2 내지 104ohm-1cm-2; 10- 2ohm-1cm-2 내지 103ohm-1cm-2; 10- 1ohm-1cm-2 내지 102ohm-1cm-2; 1 ohm-1cm-2 내지 10 ohm-1cm-2. 일 실시 예에 있어서, 전압은 원하는 전류값에 고체 연료 또는 에너지 물질 샘플의 저항값을 곱하여 얻게 된다. 저항값이 1 Mohm 규모인 예시적 경우에, 전압은 10V 미만일 정도로 낮았다. 저항값이 무한대인 순수 H2O의 경우에는, 발화연소를 위한 높은 전류를 달성하기 위해 인가된 전압이 예컨대 H2O의 파괴(breakdown) 전압 이상으로 높았는데, 예컨대 약 5kV 이상으로 높게 나타난다. 구체예에 있어서, DC 또는 피크 AC 전압은 약 0.1V 내지 500kV, 0.1V 내지 1kV, 0.1V 내지100kV 및 0.1V 내지 15kV 에서 선택된 적어도 하나의 범위일 수 있다. AC 주파수는 약 0.1Hz 내지 10GHz, 1Hz 내지 1MHz, 10Hz 내지 100kHz 및 100Hz 내지 10kHz의 범위일 수 있다. 일 실시 예에서는, DC 전압을 방출하여 이온화 H2O를 포함한 플라즈마를 발생시켰는데, 이 경우에는 그 붕괴에 따라 전류는 감쇄하고 요동하였다.
일 실시 예에서, 고전류 펄스는 캐패시터 예컨대 수퍼캐패시터의 방전에 의해 달성할 수 있으며, 이것들은 전류가 DC이거나 당업자에게 공지된 예컨대 저전압 트랜스포머와 같은 트랜스포머 등의 회로 부재와 조건화되어 있어서 일련적 및 병렬로 적어도 하나의 방식으로 연결되어 소기의 전압과 전류를 달성할 수 있게 된다. 캐패시터는 예컨대 그리드 전원, 제네레이터, 연료전지 또는 배터리와 같은 전원에 의해 하전된다. 일 실시예에 있어서는, 배터리가 전류를 공급한다. 일 실시예에서는 캐패시터나 배터리의 출력부의 동력를 조건화함으로써 적합한 주파수, 전압 및 전류 파형을 달성할 수 있게 된다. 일 실시 예에는, 900V에서 500A의 전류 펄스를 달성하기 위한 예시적 회로가 제공되었고(V. V. Nesterov, A. R. Donaldson, "High Current High Accuracy IGBT Pulse Generator", 1996 IEEE, pp. 1251-1253, https://accelconf.web cern.ch/AccelConf/p95/ARTICLES/WAA/WAAl1.PDF), 25kA를 달성하기 위한 회로가 제시되었는 바(P. Pribyi, W. Gekelman, "24 kA solid state switch for plasma discharge experiments," Review of Scientific Instruments, Vol. 75, No. 3, March, 2004, pp. 669-673), 상기 2가지 기술은 모두 전압분배기가 전류를 증가시키고 전압을 감소시킨 점에서 본 발명에 전적으로 참조하였다.
본 발명에 따른 고체 연료 또는 에너지원 물질은, 본 명세서에 기재한 바와 같이, 전도체, 전도성 매트릭스 또는 예컨대 금속, 카본 또는 카바이드와 같은 지지체; 그리고 H2O, H2O를 형성하는 반응을 할 수 있거나 결합 H2O를 방출할 수 있는 화합물과 같은 H2O 소스를 포함한다. 고체 연료는 H2O, H2O와 상호작용을 하는 화합물 또는 물질, 그리고 전도체를 포함한다. H2O는 벌크형 H2O가 아닌 다른 상태로, 즉 예컨대 물리흡착된 H2O 또는 수화물중의 수분처럼 흡수 또는 결합된 상태의 H2O와 같이 존재할 수 있다. 다른 방식으로는, H2O는, 고도의 전도성을 가지거나 적절한 전압을 인가하여 전도성이 고도화된 혼합물내에 벌크 상태의 H2O로 존재할 수 있다. 본 발명에 따르면, 고체 연료는, H2O, 높은 전도성을 제공하는 금속 분말이나 카본과 같은 물질 또는 화합물, 그리고 H를 형성하는 것을 촉진하는 금속산화물과 같은 산화물 등의 물질 또는 화합물, 그리고 가능하게는 HOH 촉매를 포함한다. 예시적 고체 연료로서는 단독물질로서의 R-Ni, 그리고 전이금속 및 Al의 첨가제가 들어있는 것이 있을 수 있는데, 여기에서 R-Ni는 수화된 Al2O3와 Al(OH)3 의 분해에 의해 H와 HOH를 방출한다. 적합한 예시적 고체 연료는, 예컨대 TiOOH, GdOOH, CoOOH, InOOH, FeOOH, GaOOH, NiOOH, AlOOH, CrOOH, MoOOH, CuOOH, MnOOH, ZnOOH 및 SmOOH와 같은 1종 이상의 옥시수산화물; 예컨대 금속 분말과 카본 분말중 1종 이상의 전도성 매트릭스; 그리고 선택적으로 H2O를 포함한다. 본 발명에 따른 고체 연료는, 예컨대 Cu(OH)2, Co(OH)2, Fe(OH)2 및 Ni(OH)2 중 1종 이상과 같은 전이금속 수산화물을 포함하는 수산화물; 예컨대 금속 분말과 카본 분말중 1종 이상의 전도체; 그리고 H2O를 포함한다. 본 발명에 따른 고체 연료는, 예컨대 CuO, Cu2O, NiO, Ni2O3, FeO 및 Fe2O3 중 1종 이상과 같은 전이금속 산화물을 포함하는 수산화물; 예컨대 금속 분말과 카본 분말중 1종 이상의 전도체; 그리고 H2O를 포함한다. 본 발명에 따른 고체 연료는, 예컨대 MgCl2 와 같은 알칼리토금속 할로겐화물을 포함하는 금속 할로겐화물을 포함하는 1종 이상의 할로겐화물; 예컨대 Co 또는 Fe와 같은 금속 분말과 카본 분말중 1종 이상의 전도체 또는 전도성 매트릭스; 그리고 H2O를 포함한다. 본 발명에 따른 고체 연료는, 예컨대 수산화물, 옥시수산화물, 산화물 및 예를 들어 금속 할로겐화물을 포함하는 할로겐화물 중에서 2종 이상을 포함하는 고체 연료들의 혼합물; 1종 이상의 전도체 또는 전도성 매트릭스; 그리고 H2O를 포함한다. 본 발명에 따른 전도체는, 고체연료; R-Ni; 예컨대 전이금속 분말, Ni 또는 Co Celmet, 카본 또는 카바이드와 같은 금속 분말; 또는 당업자에게 공지된 기타 전도체, 전도성 매트릭스 또는 전도성 지지체를 포함하는 반응 혼합물의 기타 성분들중 한가지 이상으로 코팅된 적어도 하나의 메탈 스크린을 포함한다.
일 실시 예에서, 본 발명에 따른 고체 연료는 예컨대 활성탄과 같은 카본 및 H2O를 포함한다. 플라즈마를 형성하는 발화연소가 진공 또는 비활성 대기하에서 일어나서 플라즈마에 따른 전기 발생이 일어나는 경우, 플라즈마로부터 응축된 카본은 재-수화되어 재생사이클에서 고체를 개질시킨다. 고체 연료는 산성, 염기성 또는 중성 H2O 및 활성 카본, 차콜, 흑탄, 스팀 및 수소로 처리된 카본, 및 금속 분말을 포함하는 혼합물중 1종 이상으로 이루어진다. 일 실시 예에 있어서, 카본-금속 혼합물의 금속은 적어도 부분적으로는 물과 비반응성이다. H2O와의 반응에서 적어도 부분적으로 안정한 금속으로서는, Cu, Ni, Pb, Sb, Bi, Co, Cd, Ge, Au, Ir, Fe, Hg, Mo, Os, Pd, Re, Rh, Ru, Se, Ag, Tc, Te, Tl, Sn, W, Al, V, Zr, Ti, Mn, Zn, Cr, 및 In이 적합하다. 상기 혼합물은 H2O를 첨가하는 단계를 포함하는 재-수화 공정에 의해 재생된다.
일 실시 예에서, 기본적으로 요구되는 반응물들은 H 소스, O 소스, 그리고 발화연소중에 높은 전류가 물질에 침투할 수 있도록 하는 양호한 전도성 매트릭스이다. 본 발명에 따른 고체 연료 또는 에너지원 물질은 밀봉된 용기, 바람직하게는 밀봉된 금속 용기, 더욱 바람직하게는 밀봉된 알루미나 용기에 봉입된다. 고체 연료 또는 에너지원 물질은 저전압 고전류 펄스에 의해 반응을 일으킬 수 있는데, 이 방법은 Winfield 모델 ND-24-75 점용접기(spot welder)의 2개 구리전극 사이에 봉입시킨 후 저전압 고전류 전기에너지를 순간-폭사(short burst)하여 수행할 수 있다. 60Hz 전압은 5 내지 20 V RMS이고 전류는 약 10,000~40,000 A/cm2이 바람직하다.
예시적인 에너지원 물질들 및 조건들은 TiOOH, GdOOH, CoOOH, InOOH, FeOOH, GaOOH, NiOOH, AlOOH, CrOOH, MoOOH, CuOOH, MnOOH, ZnOOH, SmOOH, Νi2Ο3·H2Ο, La2O3·H2Ο 및 La2SO4·H2Ο로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나 이며, 이것들은 Ni 메쉬 스크린에 슬러리 상태로 코팅하고 건조시킨 후 대략 60Hz, 8 V RMS 및 40,000 A/cm2의 전기 펄스로 처리한다.
고체 연료 또는 에너지 물질은 적어도 하나의 Mo, Ni, Co 및 Fe를 함유한 화합물과 같이 산소함유 화합물로서 복수의 안정한 산화 상태를 가질 수 있는 양이온을 포함할 수 있으며, Ni, Co 및 Fe의 경우에는 2+와 3+의 산화 상태를 가지게 되고, Mo의 경우 2+, 3+, 4+, 5+ 및 6+의 산화 상태를 가진다. 이러한 상태는 수산화물, 옥시수산화물, 산화물 및 할로겐화물의 형태일 수 있다는 것이다. 산화상태의 변화는 환원작용을 수행하는 양이온에 의한 반응과정중에 HOH 촉매의 이온화작용에 의해 자가한정성 하전의 증강을 배제시킴으로써 하이드리노 반응의 증강을 촉진시키게 된다.
일 실시 예에서, 고체 연료 또는 에너지원 물질은 발생기 H2Ο와 H를 생성할 수 있도록 H2Ο 및 분산제와 분해제를 포함할 수 있다. 분산제와 분해제의 적합한 예로서, 할로겐 화합물로서 바람직하게는 금속 할로겐화물, 더 바람직하게는 전이금속 할로겐화물, 더욱 바람직하게는 브롬화합물, 가장 바람직하게는 FeBr2이 있고, 수화물을 형성하는 화합물로서는 CuBr2가 바람직하며, 여러개의 산화상태를 가질 수 있는 금속과의 산화물 및 할로겐화물이 바람직하다. 다른 예로서는, 예컨대 CoO, C02O3, Co3O4, CoOOH, Co(OH)2, Co(OH)3, NiO, Ni203, NiOOH, Ni(OH)2, FeO, Fe203, FeOOH, Fe(OH)3, CuO, Cu20, CuOOH, 및 Cu(OH)2와 같이, 전이금속들의 산화물, 옥시수산화물, 또는 수산화물이 있다. 다른 실시 예에 있어서는, 전이금속은 예컨대 알칼리, 알칼리토류, 내측 전이원소, 및 희토류 금속과 제13족 및 제14족 금속들로 교체되었다. 적당한 예로서는 La203, Ce02 및 LaX3(X=할로겐화물)이 있다. 다른 실시 예에 있어서, 본 발명에 따른 고체 연료나 에너지원 물질로서는 무기화합물의 수화물로서 존재하는 H2Ο가 있으며, 상기 화합물은 산화물, 옥시수산화물 또는 할로겐화물이다. 기타 적당한 수화물로서는, 예컨대 sulfate, phosphate, nitrate, carbonate, hydrogen carbonate, chromate, pyrophosphate, persulfate, hypochlorite, chlorite, chlorate, perchlorate, hypobromite, bromite, bromate, perchlorate, hypoiodite, iodite, iodate, periodate, hydrogen sulfate, hydrogen or dihydrogen phosphate으로 이루어지는 군으로부터 선택된 것의 금속화합물; 및 옥시음이온과 다른 금속의 화합물, 그리고 금속할로겐화물이 있다. 예컨대 금속산화물이나 금속할로겐화물과 같은 분산제 또는 분해제의 몰비율은 발화연소를 촉발시킬 수 있는 범위이기만 하면 제한되는 바 없다. H2Ο의 몰에 대한 1종 이상의 화합물의 적당한 몰비율은 0.000001 내지 100000, 바람직하게는 0.00001 내지 10000, 더 바람직하게는 0.0001 내지 1000, 더욱 바람직하게는 0.01 내지 100, 더욱더 바람직하게는 0.1 내지 10, 가장 바람직하게는 0.5 내지 1 이다. 본 발명에 따른 고체 연료나 에너지원 물질에는 전도체 또는 전도성 매트릭스가 더 포함될 수 있는데, 바람직하게는 금속 분말, 더 바람직하게는 전이금속 분말일 수 있고 가장 바람직한 것은 Ni 또는 Co celmet, 카본 파우더 또는 카바이드이며, 당업자에게 공지된 기타의 전도체 및 전도성 지지체 또는 전도성 매트릭스를 사용할 수도 있다. 전도체의 몰수에 대한 1종 이상의 화합물과 H2Ο를 포함하는 수화 화합물의 적당한 몰비율은 0.000001 내지 100000, 바람직하게는 0.00001 내지 10000, 더 바람직하게는 0.0001 내지 1000, 더욱 바람직하게는 0.01 내지 100, 더욱더 바람직하게는 0.1 내지 10, 가장 바람직하게는 0.5 내지 1 이다(비율은 수화화합물의 몰 수/전도체의 몰 수).
일 실시 예에서, 반응물은 생성물에 H2Ο를 첨가하여 재생된다. 일 실시 예에서, 본 발명에 따른 고체 연료나 에너지원 물질로서는 H2Ο와 전도성 매트릭스가 있으며, 본 발명에 따르면, 저전압 고전류에 적합한 전도성 매트릭스의 수화된 물질을 통해 흘러서 발화연소를 일으키게 된다. 전도성 매트릭스 물질로서는 금속 계면, 금속분말, 카본, 카본 분말, 카바이드, 붕화물, 질화물, 예컨대 TiCN과 같은 카르보니트릴, 니트릴이 있으며, 본원에 개시된 다른 화합물이나 당업자에게 공지된 화합물도 사용가능하다. 반응생성물에 H2Ο를 첨가하여 고체 연료 또는 에너지원 물질을 형성하거나 재생시키는 공정은 연속적으로 부단히 수행될 수 있다.
고체 연료 또는 에너지원 물질은 전도성 매트릭스 물질과 H2Ο의 혼합물로서, 전도성 매트릭스 물질로서는 금속과 그 대응 산화물의 혼합물이 바람직하고, 전이금속과 그 대응 산화물의 혼합물이 더욱 바람직하며, Fe, Cu, Ni 또는 Co로부터 선택된 전이금속과 그 대응 산화물의 혼합물이 가장 바람직하다. H2Ο는 수화된 산화물의 형태일 수도 있다. 다른 실시 예에서, 금속/금속산화물 반응물에서 금속은 H2Ο와의 반응성이 낮고, 산화물은 쉽게 금속으로 환원되며, 금속은 하이드리노 반응 동안에는 산화가 일어나지 않는 것으로 나타났다. 낮은 H2Ο 반응성을 가지는 적당한 금속으로는 Cu, Ni, Pb, Sb, Bi, Co, Cd, Ge, Au, Ir, Fe, Hg, Mo, Os, Pd, Re, Rh, Ru, Se, Ag, Tc, Te, Tl, Sn, W, Al, V, Zr, Ti, Mn, Zn, Cr이 있다. 반응중에 금속은 산화물로 변환될 수도 있다. 금속 반응물에 대응되는 산화물 생성물은 당업자에게 공지된 시스템와 방법으로 수소환원에 의해 초기의 금속으로 재생될 수 있다. 수소환원 공정은 상승된 온도에서 수행할 수 있다. 수소는 H2Ο를 전기분해하여 공급할 수 있다. 다른 실시 예에서는, 산소와 반응성이 더 강한 금속과 같은 환원제를 사용하여, 바람직하게는 카보-환원에 의해서 환원시키거나, 전기분해법에 의해, 바람직하게는 예컨대 용융된 염 내에서 전기분해시킴으로써, 산화물로부터 금속을 재생시켰다. 산화물로부터 금속을 형성시키는 공정은 당업자에게 공지된 시스템와 방법으로 달성할 수 있다. 금속 : 금속산화물 : H2Ο의 몰량은 본원에 제시된 바와 같은 저전압 고전류의 전기펄스가 제공되어 발화연소가 일어나기만 한다면 범위에 제한되는 바 없다. (금속)(금속산화물)(H2Ο)의 상대적 몰량의 적당한 범위는, (0.000001 내지 100000), (0.000001 내지 100000), (0.000001 내지 100000); (0.00001 내지 10000), (0.00001 내지 10000), (0.00001 내지 10000); (0.0001 내지 1000), (0.0001 내지 1000), (0,0001 내지 1000); (0.001 내지 100), (0.001 내지 100), (0.001 내지 100); (0.01 내지 100), (0.01 내지 100), (0,01 내지 100); (0.1 내지 10), (0.1 내지 10), (0.1 내지 10); 및 (0.5 내지 1), (0.5 내지 1), (0.5 내지 1). 고체 연료 또는 에너지원 물질은 슬러리, 용액, 에멀션, 복합재 및 화합물중 적어도 하나의 형태로 제공될 수 있다.
고체 연료 또는 에너지원 물질은 전도성 매트릭스 물질, 할로겐화물 및 H2Ο의 혼합물일 수 있으며, 상기 할로겐화물은 제1금속 및 이에 대응되는 제1금속 할로겐화물 또는 제2금속 할로겐화물의 혼합물이다. H2Ο는 수화 할로겐화물의 형태로 제공될 수 있다. 제2금속 할로겐화물은 제1금속 할로겐화물보다 안정할 수 있다. 일 실시 예에서, 제1금속은 H2Ο와의 반응성이 낮고, 산화물은 쉽게 금속으로 환원되며, 금속은 하이드리노 반응 동안에는 산화가 일어나지 않는 것으로 나타났다. 낮은 H2Ο 반응성을 가지는 적당한 금속으로는 Cu, Ni, Pb, Sb, Bi, Co, Cd, Ge, Au, Ir, Fe, Hg, Mo, Os, Pd, Re, Rh, Ru, Se, Ag, Tc, Te, Tl, Sn, W, Al, V, Zr, Ti, Mn, Zn, Cr이 있다. (금속)(금속할로겐화물)(H2Ο)의 상대 몰량의 적당한 범위는, (0.000001 내지 100000), (0.000001 내지 100000), (0.000001 내지 100000); (0.00001 내지 10000), (0.00001 내지 10000), (0.00001 내지 10000); (0.0001 내지 1000), (0.0001 내지 1000), (0,0001 내지 1000); (0.001 내지 100), (0.001 내지 100), (0.001 내지 100); (0.01 내지 100), (0.01 내지 100), (0,01 내지 100); (0.1 내지 10), (0.1 내지 10), (0.1 내지 10); 및 (0.5 내지 1), (0.5 내지 1), (0.5 내지 1). 고체 연료 또는 에너지원 물질은 슬러리, 용액, 에멀션, 복합재 및 화합물중 적어도 하나의 형태로 제공될 수 있다.
본 발명에 따른 고체 연료 또는 에너지원 물질은 본원에 개시된 전도체, 바람직하게는 금속 또는 카본, 흡습성 물질 및 H2Ο를 포함한다. 적당한 흡습성 물질의 예로서는, 브롬화 리튬, 염화칼슘, 염화마그네슘, 연화아연, 탄산칼륨, 인산칼륨, 예컨대 KMgCl3·6(H2O)와 같은 카르날라이트, 구연산철 암모늄, 수산화칼륨, 수산화나트륨, 진한 황산, 진한 인산, 셀룰로오스 섬유(목면과 종이), 당, 캐러멜, 벌꿀, 글리세롤, 에탄올, 메탄올, 디젤 연료, 메탐페타민, 화학비료, 염(식염 포함), 건조제, 실리카, 활성탄, 황산칼슘, 염화칼슘, 분자 시브(sieve)(전형적으로, 제올라이트), 조해성 물질, 염화아연, 염화칼슘, 수산화칼륨, 수산화나트륨 및 당업자에게 공지된 다양한 조해성 염으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상으로 이루어진다. (금속),(흡습성 물질),(H2O)의 상대적 몰 량의 범위는 대략 (0.000001 내지 100000), (0.000001 내지 100000), (0,000001 내지 100000); (0.00001 내지 10000), (0.00001 내지 10000), (0,00001 내지 10000); (0.0001 내지 1000), (0.0001 내지 1000), (0.0001 내지 1000); (0.001 내지 100), (0.001 내지 100), (0.001 내지 100); (0.01 내지 100), (0.01 내지 100), (0.01 내지 100); (0.1 내지 10), (0.1 내지 10), (0.1 내지 10); 및 (0.5 내지 1), (0,5 내지 1), (0.5 내지 1)중의 한가지 이상일 수 있다. 고체 연료 또는 에너지원 물질은 슬러리, 용액, 에멀션, 복합재 및 화합물중 적어도 하나의 형태로 제공될 수 있다.
한 예시적인 에너지 물질에서, 0.05ml(50mg)의 H2O를, 알루미늄 DSC 팬 (Aluminum crucible 30μ, D:6.7x3 (Setaram, S08/HBB37408) and Aluminum cover D: 6,7, stamped, non-tight (Setaram, S08/HBB37409))에 밀봉한 20mg의 Co3O4 또는 CuO에 첨가하고, 약 8V RMS에서 Taylor-Winfield 모델 ND-24-75 점용접기를 사용하여 15,000 내지 25,000 A의 전류로 발화연소시켰다. 대량의 에너지가 터져나오는 것이 관찰되었는데, 샘플이 증발되고, 에너지 발출 및 고도로 이온화에 따른 플라즈마 확산이 관찰되었다. 이와 동일한 방식으로 발화연소시켜서 유사한 결과를 얻은 다른 고체 연료로서는, Cu (42.6 mg) + CuO (14.2 mg) + H20 (16.3 mg)를 예시할 수 있는데, 이 경우에는 알루미늄 DSC 팬(71.1 mg) (Aluminum crucible 30 μ, D:6.7x3 (Setaram, S08/HBB37408), 알루미늄 덮개 D: 6,7, stamped, tight (Setaram, S08/HBB37409))을 사용하였다.
일 실시 예에서, 고체 연료 또는 에너지원 물질은 발생기 H2O 촉매와 H 소스를 포함한다. 일 실시 예에서, 고체 연료 또는 에너지원 물질은 전도성이거나, 전도성 매트릭스 물질을 포함하여 발생기 H2O 촉매와 H 소스의 혼합물이 전도성을 가지도록 한다. 발생기 H2O 촉매 소스와 H 소스중 하나 이상의 소스는 적어도 O 및 H를 포함하는 화합물이나 물질의 혼합물이다. O를 포함하는 화합물이나 물질로서는, 산화물, 수산화물 및 옥시수산화물중 적어도 하나이 포함되며, 바람직하게는 예컨대 알칼리, 알칼리토류, 내측 전이원소, 및 희토류 금속과 제13족 및 제14족 금속들의 산화물, 수산화물 및 옥시수산화물이 포함된다. O를 포함하는 화합물 또는 물질로서는 황산염, 인산염, 질산염, 탄산염, 탄산수소, 크롬산염, 피로인산염, 과황산염, 과염소산염, 과붕산염 및 과옥소산염으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있고; MX03, MX04 (M = 금속으로서, 예컨대 Li, Na, K, Rb, Cs와 같은 알칼리금속; X = F, Br, Ci, I), 코발트마그네슘 산화물, 니켈마그네슘 산화물, 구리마그네슘 산화물, Li20, 알칼리금속 산화물, 알칼리토금속 산화물, CuO, Cr04, ZnO, MgO, CaO, Mo02, Ti02, Zr02, Si02, A1203, NiO, FeO, Fe203, Ta02, Ta2O5, VO, V02, V203, V205, P203, P202, B203, NbO, Nb02, Nb205, Se02, Se03, Te02, Te03, W02, W03, Cr304, Cr203, Cr02, Cr03, CoO, Co203, Co304, FeO, Fe203, NiO, Ni203, 희토류 산화물, Ce02, La203, 옥시수산화물, TiOOH, GdOOH, CoOOH, InOOH, FeOOH, GaOOH, NiOOH, AIOOH, CrOOH, MoOOH, CuOOH, MnOOH, ZnOOH 및 SmOOH 가 있다. 수소 소스의 예시로서는, H2O, 예컨대 수화물, 수산화물, 옥시수산화물과 같이 결합된 H2O 또는 흡수된 H2O 를 가지는 화합물, 또는 황산수소, 인산이수소 및 하이드로카본이 있다. 전도성 매트릭스 물질로서는 금속분말, 카본, 카본 분말, 카바이드, 붕화물, 질화물, 예컨대 TiCN과 같은 카르보니트릴, 니트릴이 있다. 본원에 개시된 전도체는, 예컨대 벌크, 과립상, 분말, 나노분말과 같이 상이한 물리적 형태를 가질 수 있고, 전도체와 혼합되었을 때 본 발명의 고체 연료와 에너지원 물질이 전도성을 가지도록 하기만 하면 어떤 형태이건 당업자에게 공지된 바에 따라 구현이 가능하다.
예시적인 고체 연료 또는 에너지원 물질로서는, H2O와 전도성 매트릭스가 있다. 예시적 실시 예에 있어서, 고체 연료는 H2O와 금속 전도체, 바람직하게는 전이금속 전도체, 더 바람직하게는 Fe 금속분말 전도체와 같은 형태 또는 예컨대 수산화철, 산화철, 옥시산화철 및 할로겐화철과 같은 Fe 화합물 형태의 Fe가 있고, 상기 화합물은 H2O의 소스로서 역할을 하는 수화물로서 H2O를 치환할 수 있다. 예컨대 벌크, 시트, 스크린, 메쉬, 와이어, 과립, 분말, 나노분말 및 고체, 액체 및 기체상과 같은 상태뿐만 아니라 금속 및 화합물과 같이 어떠한 물리적 형태로 되어 있거나 Fe를 다른 금속으로 치환할 수 있다. 전도체로서는 적어도 하나의 물리적 형태를 가지는 카본을 포함할 수 있으며, 벌크 카본, 카본 과립, 카본 분말, 카본 에어겔, 카본 나노튜브, 활성화 카본, 그라펜, KOH 활성화 카본 또는 나노튜브, 카바이드 유래의 카본이 있다. 적당한 예시적 고체 연료 또는 에너지원 물질로서는 다음의 것들이 있다: 적당한 고체 연료 또는 에너지원 물질로서는, CuBr2 + H20 + 전도성 매트릭스; Cu(OH)2 + FeBr2 + 전도성 매트릭스 물질, 바람직하게는 카본 또는 금속분말 ; FeOOH + 전도성 매트릭스 물질, 바람직하게는 카본 또는 금속분말; Cu(OH)Br + 전도성 매트릭스 물질, 바람직하게는 카본 또는 금속분말; AIOOH or Al(OH)3 + Al 분말, 여기에서, 반응에 추가의 H2를 제공하여, Al을 AlOOH 또는 Al(OH)3의 분해에서 형성된 H2O와 반응시킴으로써 하이드리노를 생성시키는데, 예컨대 스팀-활성화시킨 탄소나노튜브 및 풀러렌(fullerene)과 같은 전도성 나노입자내의 H20, 및 예컨대 카본과 같은 소수성 물질을 분산제를 사용하여 습윤화시킨 금속화 제올라이트내의 H20; NH4NO3 + H2O + NiAl 합금 분말; LiNH2 + LiNO3 + Ti 분말; LiNH2 + LiNO3 + Pt/Ti; LiNH2 + NH4NO3 + Ti 분말; BH3NH3 + NH4NO3; BH3NH3 + CO2, SO2, N02, 질산염, 카본산염, 황산염; LiH + NH4NO3 + 전이금속, 희토류 금속, Al 또는 기타 산화가능 금속; NH4N03 + 전이금속, 희토류 금속, Al 또는 기타 산화가능 금속; NH4N03 + R-Ni ; P205와 본원에 개시된 수산화물, LiNO3, LiCl04 및 S208 + 전도성 매트릭스; 및 예컨대 수산화물, 옥시수산화물, 본원에 개시된 1종 이상의 수소 저장물질과 같은 H 소스; 및 디젤 연료 및 예컨대 P205 및 기타 산무수물, 즉 C02, S02 또는 N02와 같은 전자수용체로서의 O 소스 이다.
하이드리노를 형성하기 위한 고체 연료 또는 에너지원 물질은, 예컨대 NH4NO3, 트리톤, RDX, PETN 및 본원에 개시된 것들과 같은 고도의 반응성 또는 에너지원성을 가지는 물질이 있다. 하이드리노를 형성하기 위한 고체 연료 또는 에너지원 물질로서는 추가로, 전도체, 전도성 매트릭스, 또는 예컨대 금속분말, 카본, 카본 분말, 카바이드, 붕화물, 질화물, 예컨대 TiCN과 같은 카르보니트릴 또는 니트릴 중에서 1종 이상, 그리고 예컨대 디젤연료, 옥시수산화물, 수산화물, 산화물과 같은 탄화수소, 및 H20를 포함할 수 있다. 예시적 실시 예에서, 고체 연료 또는 에너지원 물질로서는 예컨대 NH4NO3, 트리톤, RDX 및 PETN과 같이 고도의 반응성 또는 에너지원성을 가지는 물질; 그리고 Al이나 전이금속 분말 및 카본 분말과 같은 1종 이상의 금속 분말과 같은 전도성 매트릭스가 있다. 본 발명에 따른 고체 연료 또는 에너지원 물질은 본원에 개시된 높은 전류와 반응할 수 있다. 일 실시 예에서, 본 발명에 따른 고체 연료 또는 에너지원 물질에는 예컨대 글라스 마이크로스피어와 같은 증감제가 더 포함될 수 있다.
본 발명에 따른 에너지원 물질은 하이드리노 가스 수집용 소스일 수 있다.
일 실시 예에서, 고체 연료의 점화는 일부 이상이 이온화될 수 있는 팽창 가스, 팽창 서스펜션 및 팽창 플라스마 중 적어도 하나를 발생시킬 수 있다. 팽창은 진공내로 진행된다. 일 실시 예에서, 진공내로 팽창될 수 있는 가스, 서스펜션 또는 플라즈마는 가스, 서스펜션 또는 플라즈마중의 1종 이상의 나노입자를 냉각시킨다. 나노입자는 전자제품, 제약 및 표면과 같은 영역에 특수한 용도의 물질로 사용된다.
A.
플라즈마동역학
컨버터(PDC)
플라즈마의 양성 하전량은 전자의 1800배 이상이므로, 사이클로트론 궤도가 1800배 이상 크다. 이 결과로부터 전자가 자기력에 의해 자기장 라인에 갇히고 이온이 드리프트되는 것이 가능해진다. 하전의 분리가 발생하여 전압을 플라즈마동역학 컨버터에 제공하게 된다.
B.
자기유체동역학
(
MHD
) 컨버터
직교 자기장 내에서 이온의 질량 유동이 형성되는 것을 기반으로 하는 전하 분리는 당업자에게는 자기유체동역학(MHD) 동력 전환(conversion)으로 공지되어 있다. 양이온과 음이온은 대향으로 로렌쯔(Lorentz) 방향을 수행하고 대응 MHD 전극에 수용되어 그들간의 전압에 영향을 미친다. 이온의 매스 흐름을 형성하는 전형적인 MHD 방법에 따르면, 이온 시드를 준 고압 가스를 노즐을 통해 팽창시켜서, 직교의 자기장을 통해 고속의 플로(flow)를 발생시키고, 상기 편향 자기장을 중심으로 직교된 1개 세트의 MHD 전극들이 편향 이온들을 수용하게 된다. 본원에서, 필수적이지는 않지만, 압력은 대기압 이상인 것이 전형적이고, 편향 질량 유동은 고체 연료의 반응에 의해 달성되어 고도로 이온화된 방사상 팽창 플라즈마를 형성한다.
C. 전자기 방향(
직교장
또는 편향) 컨버터,
방향 컨버터
자기장 및 직교 전기장 내에서 하전 입자의 선회중심 편향을 활용하여, 공간적으로 분리된 
전극들에서 전하를 분리 및 수집하도록 한다. 상기 시스템는 선회(guide) 장에 수직인 입자 에너지를 추출하기 때문에, 플라즈마 팽창은 필요하지 않다. 이상적 
컨버터의 성능은 이온과 전자간 관성력의 차이, 즉 직교 필드방향에 대한 대향 
전극들에서의 하전 분리 소스와 전압 생성에 의존한다. 
편향 컬렉션(drift collection)도 독립적으로, 또는 E x B 컬렉션과 조합으로 사용될 수 있다.
D. 하전 편향 컨버터
Timofeev와 Glagolev가 개시한 직류 전원 컨버터(A. V. Timofeev, "A scheme for direct conversion of plasma thermal energy into electrical energy," Sov. J. Plasma Phys., Vol. 4, No. 4, July-August, (1978), pp. 464-468, V, M. Glagolev, and A. V. Timofeev, "Direct Conversion of thermonuclear into electrical energy a drakon system," Plasma Phys. Rep., Vol. 19, No. 12, December (1993), pp. 745-749)는, 플라즈마로부터 전력을 추출하기 위하여 편향 분리 양성 이온에 분사되는 하전 분사에 의존한다. 이 하전 편향 컨버터는 필드 라인의 곡률을 가지는 자기 플럭스 B의 소스의 방향에 횡단 방향으로 형성된 자기장 구배를 포함한다. 상기의 모든 경우에, 음성 및 양성 하전된 편향 이온은, B와 자기장 구배 방향에 의해 형성된 평면, 또는 B가 곡률을 가지는 평면에 수직인 대향 방향으로 움직인다. 각각의 경우에, 분리된 이온은 상기 평면에 평행인 대향 캐패시터에 전압을 발생시키는 동시에, 이온의 열에너지가 감소된다. 전자는 1개의 하전 편향 컨버터 전극에 수용되고 양성 이온들은 다른 곳에 수용된다. 이온의 움직임은 전자보다 현저히 적기 때문에, 전자의 주사는 직접 수행될 수도 있고, 가열된 하전 편향 컨버터 전극으로부터 증발시켜서 수행할 수도 있다. 전력손실은 적고, 동력 밸런스에 많은 비용이 소요되지 않는다.
E. 자기적 속박
하이드리노를 형성하는 H의 촉매 작용이 매우 높은 속도로 가속되는 기폭 또는 점화 상황을 상정해보자. 일 실시 예에서, 기폭 또는 점화 상황에서 생성된 플라즈마는 팽창 플라즈마이다. 이 경우에, 자기유체동역학(MHD)은 적합한 변환시스템 및 방법이다. 이와는 달리, 일 실시 예에서, 플라즈마는 속박된다. 이 경우에, 변환은 플라즈마동역학 변환기, 전자기유체역학 변환기, 전자기 직접(교차장 또는 드리프트) 변환기, 
직접 변환기, 및 전하 드리프트 변환기 중 적어도 하나를 이용하여 달성될 것이다. 이 경우에 있어서, 점화, 재장입, 재생, 연료 취급, 및 플라즈마-전력 변환시스템를 포함하는 플랜트의 SF-CIHT 셀 및 밸런스에 추가하여, 발전 시스템은 플라즈마 속박시스템를 더 포함한다. 속박은 비발산장(solenoidal fields)과 같은 자기장에 의해서 달성될 것이다. 액체 헬륨 듀어, 액체 질소 듀어, 구리, 고 진공 절연, 방사선 차폐를 포함하는 방사선 배플들, 및 하이드리노-기초 발전기의 동력 출력에 의해서 구동되는 크라이오펌프(cyropump) 및 압축기 중 적어도 하나를 포함하는 극저온 관리 시스템에 대응하여, 자석들은 영구자석, 및 비냉각식, 수냉각식, 및 초전도 자석중 하나와 같은 전자석들을 포함할 것이다. 자석들은 헬름홀쯔 코일(Helmholtz coils)과 같은 개방형 코일들이 될 수도 있다. 플라즈마는 해당 기술분야의 숙련된 당업자에게 알려진 다른 시스템들 및 방법들에 의해서 자기병에 한층 속박될 것이다.
하이드리노들을 형성하기 위해서 H의 촉매작용에 의해 형성된 플라즈마를 가두기 위해 둘 이상의 자기경들이 자기병을 형성할 것이다. 속박의 이론은 Microwave Power 전지, 화학적 Reactor, And Power 변환기라는 발명의 명칭으로 2002년 3월 7일자로 출원된 PCT/US02/06955(짧은 버전), 2002년 3월 7일자로 출원된 PCT/US02/06945(긴 버전), 및 2003년 9월 5일자로 출원된 미국출원번호 제 10/469,913 호와 같은 본 출원인의 이전 출원들에 나타나 있으며, 이것들은 전체가 여기에서는 참조로서 통합되었다. 중앙 영역에서 자기병에서 생성된 이온들은 축을 따라서 나선형을 이룰 것이며, 각 단부에서 자기경들에 의해 반사될 것이다. 원하는 축에 대하여 평행한 속도의 높은 성분들을 갖는 보다 활성화된 이온들은 자기경의 단부에서 빠져나갈 것이다. 그러므로, 일 실시 예에서, 자기경은 자기병의 단부로부터 전자기유체역학 변환기로 이온들의 필수적인 직선형 유동을 생성할 것이다. 전자들은 양이온들에 대한 그들의 저 질량으로 인하여 우선적으로 속박되므로, 본 발명의 플라즈마동역학 실시 예에서 전압이 발달된다. 동력은 속박된 전자들과 접촉하는 양극과 양이온들을 수집하는 속박 용기와 같은 음극 사이에서 유동한다. 동력은 외부 부하에서 소산될 것이다.
F. 고체 연료 촉매 유도
하이드리노
천이(
SF
-
CIHT
) 전지
본 발명의 화학적 반응물들은 고체 연료 또는 에너지 물질 또는 이들 모두로서 언급될 것이다. 하이드리노들을 형성하기 위해 매우 높은 반응 역학을 야기하기 위한 조건들이 조성되고 유지되는 경우, 고체 연료가 에너지 물질로서 기능하고 이에 의해 에너지 물질을 포함한다. 일 실시 예에서, 하이드리노 반응속도는 고 전류의 적용이나 발달에 의존한다. SF-CDIT 전지의 일 실시 예에서, 하이드리노들을 형성하기 위한 반응물들은, 저 전압, 고 전류, 및 매우 빠른 반응속도와 에너지 방출을 야기하는 고 전력 펄스를 겪는다. 반응속도는 충격파를 생성하기에 충분할 것이다. 바람직한 실시 예에서, 60Hz 전압은 15V 피크보다 작고, 전류 는 10,000A/㎠ 내지 50,000A/㎠ 피크 범위이고, 상기 동력은 150,000W/㎠ 내지 750,000W/㎠ 범위이다. 이러한 매개변수들의 약 1/100배 내지 100배 범위의 다른 주파수, 전압, 전류, 및 동력이 적합하다. 일 실시 예에서, 하이드리노 반응 속도는 고 전류의 적용이나 발달에 의존한다. 일 실시 예에서, 전압은 100A 내지 1,000,000A, 1kA 내지 100,000A, 10kA 내지 50kA 중 적어도 하나의 범위에 있는 전류의 높은 AC, DC, 또는 AC-DC 조합을 야기하도록 선택된다. DC 또는 피크 AC 전류 밀도는 100A/㎠ 내지 1,000,000A/㎠, 1000A/㎠ 내지 100,000A/㎠, 및 2000A/㎠ 내지 50,000A/㎠ 중 적어도 하나의 범위에 있다. DC 또는 피크 AC 전압은 약 0.1V 내지 1000kV, 0.1V 내지 100kV, 0.1V 내지 15V, 및 1V 내지 15V로부터 선택된 적어도 하나의 범위에 있다. AC 주파수는 약 0.1Hz 내지 10GHz, 1Hz 내지 1MHz, 10Hz 내지 100kHz, 및 100Hz 내지 10kHz 범위에 있다. 펄스 시간은 약 10-6s 내지 10s, 10-5s 내지 1s, 10-4s 내지 0.1s, 및 10-3s 내지 0.01s로부터 선택된 적어도 하나의 범위에 있다.
하이드리노에 의해서 형성된 플라즈마 동력은 전기로 직접 변환된다. 하이드리노들로의 H 촉매작용 동안에, 촉매화될 H로부터 HOH로 전달되는 에너지에 의해서 전자들이 HOH 촉매로부터 이온화된다. 이 전자들은 촉매반응이 전하 축적에 의해서 자체-제한되는 것을 방지하기 위해 기적용 고 회로 전류에서 유도될 것이다. 폭발이 빠른 반응속도에 의해서 발생하고 이것은 대규모 전자 이온화를 초래하게 된다. 적용된 전류로 인해 원주상의 높은 자기장에서 필수적으로 100% 이온화된 플라즈마를 포함하는 폭발 고체 연료의 고속의 방사상 외부 팽창은, 전자기유체역학 동력 변환을 초래한다. 이것은 전류 방향 및 대응하는 자기장 벡터 및 방사상 유동방향으로 인한 로렌시안(Lorentzian) 편향 방향이므로, 전압의 크기는 적용된 극성의 방향에서 증가한다. 전자기유체역학 동력 변환을 이용하는 일 실시 예에서, 적용된 고전류는 DC여서 그에 대응하는 자기장은 DC이다. 확장 플라즈마에서 공간 전하 전기장 및 적용된 전류로부터의 고 자기장은, 발생된 DC 전압 및 전류를 야기하는 
직접 변환을 또한 포함할 것이며, 이때 적용된 고전류는 실시 예에서 DC이다. 또한, 고 전류에 의해서 생성되는 고 자기장은 자기장 라인들에서 크기-경량 순위 전자들을 포획하며, 반면에 무거운 양이온들은 표류하여 이 효과에서 전극 바이어스가 존재한다면 플라즈마동역학 전압이 전극들 사이에 생성될 것이다. 다른 실시 예들에 있어서, 고체 연료의 점화로부터 얻은 플라즈마 동력은 적어도 하나의 전용 플라즈마를 사용하여 적어도 하나의 MHD, PDC, 및 
직접 변환기 중 적어도 하나와 같은 전기 변환기에서 전력으로 변환된다. 이러한 플라즈마 및 다른 플라즈마가 전력 변환기들로 제공되는 상세 내용들은, R. M. Mayo, R L. Mills, M. Nansteel, "Direct Plasmadynamic Conversion of Plasma Thermal Power to Electricity," IEEE Transactions on Plasma Science, October, (2002), Vol.30, No. 5, pp. 2066-2073; R. M. Mayo, R. L. Mills, M. Nansteel, "On the Potential of Direct and MHD Conversion of Power from a Novel Plasma Source to Electricity for Microdistributed Power Applications," IEEE Transactions on Plasma Science, August, (2002), Vol. 30, No. 4, pp. 1568-1578; R. M. Mayo, R. L. Mills, "Direct Plasmadynamic Conversion of Plasma Thermal Power to Electricity for Microdistributed Power Applications," 40th Annual Power Sources Conference, Cherry Hill, NJ, June 10-13, (2002), pp. 1-4 ("Mills Prior Plasma Power Conversion Publications")와 같이 전체가 여기에서는 참조로서 통합된 본 발명자의 예전 출판물에 나타나 있고, 또한 Microwave Power 전지, Chmical Reactor, And Power 변환기, PCT/US02/06955, filed 3/7/02 (짧은 버전), PCT/US02/06945 filed 3/7/02 (긴 버전), US case number 10/469,913 filed 9/5/03; Plasma Reactor And Process For Producing Lower-Energy Hydrogen Species, PCT/US04/010608 filed 4/8/04, US/ 10/552,585 filed 10/12/15; and Hydrogen Power, Plasma, and Reactor for Easing, and Power Conversion, PCT/US02/35872 filed 11/8/02, US/ 10/494,571 filed 5/6/04 ("Mills Prior Plasma Power Conversion Publications")와 같이 전체가 여기에서는 참조로서 통합된 본 발명자의 예전 출원들에 나타나 있다.
전기로 변환된 플라즈마 에너지는 외부 회로에서 소산 된다. Mills Prior Plasma Power Conversion Publications에서 계산 및 실험적으로 입증된 바와 같이, 플라즈마 에너지에서 전기로의 50% 이상의 변환이 달성될 수 있다. 플라즈마 뿐만 아니라 열이 각각의 SF-CIHT 전지에 의해서 생성된다. 그 열은 직접적으로 이용되거나, 또는 열기관, 증기기관, 또는 증기 또는 가스 터빈 및 발전기, 랭킨 또는 브레이턴-사이클 기관, 스털링 기관과 같이 해당 기술분야의 숙련된 당업자에게 알려진 변환기들을 사용하여 기계력 또는 전력으로 변환될 것이다. 동력 변환을 위해서, 각각의 SF CIHT 전지는 열기관, 증기 또는 가스 터빈시스템, 스털링 기관, 또는 열전자 또는 열전기 변환기와 같이 해당 기술분야의 숙련된 당업자에게 알려진 변환기들 뿐만아니라 Mills의 예전 출판물에 개시된 열에너지 또는 플라즈마를 기계력이나 전력으로 변환하는 변환기들의 어느 것과 인터페이스될 수 있다. 또한, 플라즈마 변환기들은 플라즈마동역학 동력 변환기, 
직접 변환기, 전자기유체역학 동력 변환기, 자기경 전자기유체역학 동력 변환기, 전하 드리프트 변환기, 포스트 또는 베네시안 블라인드(Post 또는 Venetian Blind) 동력 변환기, 자이로트론, 광자 무리 마이크로파 동력 변환기, 및 광전 변환기 중 적어도 하나를 포함한다. 일 실시 예에서, 전지는 Mills Prior Thermal Power Conversion Publications, Mills Prior Plasma Power Conversion Publications, and Mills Prior Applications에서 주어진 것과 같은 내연기관의 적어도 하나의 실린더를 포함한다.
도 3에 도시된 고체 연료 촉매 유도 하이드리노 천이 (SF-CIHT) 전지 발전기는 구조적인 지지 프레임(1a), 고체 연료(3)의 샘플, 펠렛, 일부분 또는 부분 표본을 속박하는 적어도 2개의 전극들(2), 상기 연료(3)를 통해서 저전압, 고전류 전기에너지의 단기간 버스트를 운반하기 위한 전원(4)을 갖는 적어도 하나의 SF-CIHT 전지(1)를 포함한다. 전류는 하이드리노를 형성하는 과정으로부터 에너지를 방출시키도록 연료를 점화시킨다. 상기 동력은 전기로 직접적으로 변환될 수 있는 연료(3)의 화력 및 고도로 이온화된 플라즈마의 형태이다. (여기에서, "점화 또는 폭발을 형성"은 연료에 적용된 고 전류로 인한 고 하이드리노 반응 동역학의 조성을 언급한다.) 전력의 바람직한 공급원은 a Taylor-Winfield model D-24-75 spot welder and an EM Test Model CSS 500N10 CURRENT SURGE GENERATOR, 8/20US UP TO 10KA의 것이다. 일 실시 예에서, 전원(4)은 DC이고, 플라즈마-전력 변환기는 DC 자기장에 대해 적합하다. DC 자기장과 함께 작동하는 적당한 변환기들은 전자기유체역학, 플라즈마동역학, 및 
동력 변환기들이다. 일 실시 예에서, 자기장은 고체 연료 펠렛(3) (도 3 및 4A와 4B) 뿐만아니라 추가의 전자석들을 통해서 유동하는 도 3 및 4A와 4B의 전원(4)의 전류에 의해서 제공된다. PDC 플라즈마-전기 변환기의 일 실시 예에서, 전극(2)의 전류로 인한 방사상 자기장은 자기장 라인들의 윤곽에 따라 형상화된 적어도 하나의 PDC 전극에서 자화될 것이다. 방사상 자기장 라인에 대해서 수직한 적어도 하나의 PDC 전극은 자화되지 않은 PDC 전극을 포함한다. PDC 변환기의 적어도 하나의 자화된 것과 자화되지 않은 PDC 전극 사이에서 전압이 발생된다.
일 실시 예에서, 전원(4)은 본 발명에서 주어진 것과 같이 고전류를 공급하거나 수용할 수 있으며, 이때 전류를 수용함으로써 하이드리노 반응으로부터 자체-한정 전하 축적이 개선될 것이다. 전류의 공급원 및 싱크는 적어도 하나의 버스트나 펄스의 형태가 될 큰 전류를 어떻게 생성하고 수용할 것인가에 대해 해당 기술분야의 숙련된 당업자에게 알려진 변압기 회로, LC 회로, RLC 회로, 캐패시터, 울트라-캐패시터, 인덕터, 배터리, 및 다른 저 임피던스 또는 저 저항회로 또는 회로 요소 및 전기 에너지 저장요소들 또는 시스템들이 될 것이다. 도 4B에 도시된 또 다른 실시 예에서, 기동 동력원으로서 또한 기능하는 점화 동력원(4)은 점화를 달성하는데 필요한 저전압, 고전류를 공급하는 저전압, 고 정전용량 캐패시터들의 뱅크(bank)와 같은 적어도 하나의 캐패시터를 포함한다. 캐패시터 회로는 캐패시터들의 수명을 증가시키기 위해서 방전중에 리플(ripple)과 링잉(ringing)을 회피하도록 설계될 것이다. 그 수명은 약 1년 내지 20년의 범위와 같이 매우 길 것이다.
일 실시 예에서, 전극들의 기하학적 면적은 점화될 전체 샘플로 고전류 밀도를 제공하기 위해서 고체 연료 면적의 것과 같거나 그보다 크다. 일 실시 예에서, 전극들은 표면의 산화로 인한 전도도의 손실을 피하기 위해서 탄소로 이루어진다. 다른 실시 예에서, 고체 연료의 점화는 진공에서 발생하고 그래서 전극들은 산화되지 않는다. 전극들은 고체 연료(3)의 성분으로부터 금속을 이용하여 연속적으로 재생되거나 또는 간헐적으로 재생될 것이다. 고체 연료는, 작동과정 동안에 부식되어 없어지거나 닳아 없어지는 금속과 같은 전극(2) 재료를 교체하기 위해 일부가 표면에 고착, 융합, 용접 또는 합금되도록 점화과정 동안에 용융되는 형태의 금속을 포함할 것이다. SF-CIHT 전지 발전기는 기어들(2a)의 치형과 같은 전극들의 형상을 보수하기 위한 수단을 더 포함한다. 이 수단은 주조 금형, 그라인더, 및 밀링머신 중 적어도 하나를 포함한다.
발전 시스템은 점화를 위한 다른 고체 연료 펠렛을 속박하기 위해 소모된 연료의 생성물들을 제거하고 전극들(2)을 재장입하기 위한 운반 재장입 기계시스템(5)를 더 포함한다. 일 실시 예에서, 연료(3)는 전류가 통과할 때만 점화되는 연속적인 스트립으로 이루어진다. 그러면, 본 발명에 있어서, 고체 연료 펠렛(3)은 일반적인 의미로 고체 연료의 스트립의 일부를 언급한다. 전극들(2)은 재장입 과정 동안에 개방 및 폐쇄될 것이다. 기계적인 작용은 공압, 솔레노이드 또는 전기모터 작용 시스템들과 같이 해당 기술분야의 숙련된 당업자에게 알려진 시스템들에 의해서 구현될 것이다. 운반 재장입 시스템은 생성물을 배출하고 연료를 전극들(2)에 의해서 속박된 위치로 이동시키는 직선형 컨베이어 벨트로 이루어질 수 있다. 이와는 달리, 운반 재장입 시스템은 캐러셀(carousel)(5)로 이루어질 수 있는데, 이것은 생성물들을 제거하고 다른 점화를 위해서 전극들(2)에 의해 속박되도록 연료(3)를 위치시키도록 각 점화시기 사이에서 회전한다. 캐러셀(5)은 내화합금, TiAlN와 같은 고온의 내산화성 합금, 또는 해당 기술분야의 숙련된 당업자에게 알려진 고온의 스테인레스강과 같이 용융 또는 부식에 대하여 저항성을 갖는 금속으로 이루어질 것이다. 일 실시 예에서, 도 3에 도시된 SF-CIHT 전지 발전기는 하나의 SF-CIHT 전지(1)로부터 하이드리노-생성 동력의 간헐적인 버스트들(bursts)을 생성한다. 이와는 달리, 발전기는 고체 연료 펠렛들(3)의 시간이 정해진 폭발 상황 동안에 개별적인 전지의 하이드리노-생성 동력의 중첩을 출력하는 다수의 SF-CIHT 전지들(1)을 포함한다. 일 실시 예에서, 다수의 전지 중에서 발생하는 상황들의 타이밍은 보다 연속적인 출력 동력를 제공할 것이다. 다른 실시 예들에 있어서, 연료는 연속적인 동력을 생성하기 위해서 전극들(2) 사이에서 고전류가 생성되도록 연속적으로 공급된다. 일 실시 예에서, 고체 연료를 속박하는 2개의 전극들(2)은 연장되어, 전극 세트(2)를 따라서 일련의 고-전류 유동 및 빠른 하이드리노 반응 동역학을 야기하기 위해 연장된 전극들(2) 세트의 길이를 따라서 대향하는 지점들에서 접촉이 이루어질 수 있다. 대향하는 전극들(2)에서 대향하는 접촉지점들은 대응하는 연결부들을 상기 위치로 기계적으로 이동시키거나 또는 상기 연결부들을 전자적으로 스위칭함으로써 형성될 것이다. 상기 연결부들은 전지 또는 다수의 전지들로부터 보다 정상상태의 동력 출력을 달성하기 위해서 동기방식으로 형성될 수 있다. 연료들 및 점화 매개변수들이 본 발명에서 주어진다.
간헐상태를 완화하기 위해서, 어느 정도의 동력이 캐패시터 및 임의의 고-전류 변환기, 배터리, 또는 다른 에너지 저장시스템에 저장될 것이다. 다른 실시 예에서, 하나의 전기로부터 나오는 전기 출력은 다른 전지의 연료를 점화시키는 저-전압, 고전류 전기에너지의 단기간 버스트(short burst)를 운반할 수 있다. 출력 전력은 전원 커넥터(8)에 의해서 연결된 출력 동력 컨디셔너(7)에 의해서 조절될 수 있다. 출력 동력 컨디셔너(7)는 배터리나 슈퍼캐패시터, DC-AC(DC/AC) 변환기 또는 인버터 및 변압기와 같은 동력 저장소와 같은 요소들을 포함할 것이다. DC 전력은 고전압을 갖는 것과 같은 DC 전력의 다른 형태로 변환될 것이며, 그 전력은 AC, 또는 DC와 AC의 혼합으로 변환될 것이다. 출력 전력은 60Hz AC 전력과 같이 원하는 파형으로 조절된 전력이 될 것이며, 출력 단자들(9)을 통해서 부하로 공급될 것이다. 일 실시 예에서, 출력 동력 컨디셔너(7)는, 플라즈마로부터 전기 변환기로 그리고 열적 동력으로부터 전기 변환기로 제공되는 동력을, 각각 미국 및 유럽에서 표준인 60 또는 50HZ 이외의 AC 주파수와 같이 원하는 주파수와 파형으로 변환시킨다. 다른 주파수는 자동차, 항공기, 선박, 가전제품, 공구, 기계시스템, 전기 가열 및 공간 공기조화, 통신 및 전자응용을 위한 모터들과 같이 다른 주파수에 대하여 설계된 정합 부하들에 적용될 것이다. 출력 단자들(9)에서 출력 전력의 일부는 약 5-10V, 10,000-40,000A DC 전력과 같은 전원(4)으로 공급하도록 사용될 것이다. MHD 및 PDC 전력 변환기들은 부수적으로 공급된 연료의 점화를 유도하기 위해서 전극들(2)에 동력을 재공급하기에 매우 적당한 저-전압, 고전류 DC 전력을 출력할 것이다. 저전압, 고전류의 출력이 DC 부하들에 공급될 것이다. DC는 DC/DC 변환기를 사용하여 조절될 것이다. 바람직한 DC 부하들은 자동차, 항공기, 선박, 가전제품, 공구, 기계시스템, DC 전기 가열 및 공간 공기조화, DC 통신 및 DC 전자응용을 위한 전기 정류 모터들과 같은 DC 모터들을 포함할 것이다.
전력이 분배되므로, 동력전달시스템은 불필요하고, 최소 손실의 고전압 DC 전달은 지역 그리드와 같이 전달을 필요로 하는 곳의 옵션이다. 전력 응용들은 고전류 DC로 구동될 것이며, DC 전력은 AC를 능가하는 장점을 가질 것이다. 실제로, 모터, 가전제품, 조명 및 전자제품들과 같이 대부분은 아닐지라도 많은 전력 부하들은 전달된 AC 그리드 동력로부터 변환된 DC 전력으로 작동된다. SF-CEHT 전지의 다이렉트 고전류 DC 전력 출력으로 혜택을 받을 다른 응용은, DC 브러쉬, 또는 브러시리스 전기 정류 DC 모터들을 이용하는 전기 동력이다. 많은 경우에 있어서, DC/AC 변환기, AC/DC 변환기, 및 대응하는 변환들은 SF-CEHT 전지의 다이렉트, 고전류 DC 전력 출력에 의해 제거된다. 이것은 설비비 및 전력의 절감을 제공하고, DC와 AC 사이의 변환과정 동안의 손실을 제거하게 한다.
일 실시 예에서, 슈퍼캐패시터 또는 배터리(16)(도 3 및 4A)는 초기 점화를 위한 전력을 공급함으로써 SF-CIHT 전지를 기동시키도록 사용되고, 부수적인 점화를 위한 전력은 플라즈마에 의해 구동되는 출력 동력 컨디셔너(7)에 의해서 전력 변환기(6)로 제공된다. 일 실시 예에서, 동력 컨디셔너(7)의 출력은 발전기를 재기동 시키기 위해서 참조부호 16과 같은 에너지 저장시스템로 유동한다. 에너지 저장은 전력을 저장하거나 또는 부하에서의 급격한 변화를 평준화하도록 전력을 제공하고, 이에 의해서 부하 평준화가 제공된다. 발전기는 캐러셀(5a)의 가변적이거나 중단 가능한 회전속도를 제어함으로써 연료가 전극들(2)로 공급되는 비율을 조절함으로써 연료가 소비되는 비율을 제어하여 가변 전력 출력을 제공할 것이다. 이와는 달리, 전극들(2)이 점화되는 비율은 가변적이고 제어된다.
점화는 출력 플라즈마와 열적 동력을 발생시킨다. 플라즈마 동력은 전력 변환기(6)로 제공되는 플라즈마에 의해서 전기로 직접적으로 변환될 것이다. 전지는 대기중으로 개방하여 작동될 것이다. 일 실시 예에서, 전지(1)는 대기압보다 낮은 압력이나 진공을 유지할 수 있다. 고체 연료(3)의 점화시 팽창하는 플라즈마 이온들이 대기가스와 충돌하지 않도록 하기 위하여, 대기압보다 낮은 압력이나 진공이 진공 펌프(13a)에 의해서 유지될 것이다. 일 실시 예에서, 플라즈마-발생 전지(1) 및 전기 변환기(6)에 대한 연결 플라즈마를 포함하는 시스템에서 대기압보다 낮은 압력이나 진공이 유지된다. 대기압보다 낮은 압력이나 진공은 플라즈마와 충돌하여 플라즈마-전기변환을 방해하게 되는 가스들을 제거한다. 일 실시 예에서, 고체 연료나 점화 생성물이 산소와 반응하지 않게 전지(1)는 불활성 가스로 채워질 것이다. 진공상태이거나 또는 불활성 가스로 채워진 무산소 전지(1)는 특히 연료가 산화될 수 있게 H2O와 바람직하지 않게 반응하는 금속이나 탄소와 같은 전도체를 포함할 때 연료 재생에 유리하다. 그러한 금속들은, Cu, Ni, Pb, Sb, Bi, Co, Cd, Ge, Au, Ir, Fe, Hg, Mo, Os, Pd, Re, Rh, Ru, Se, Ag, Tc, Te, Tl, Sn, W, Al, V, Zr, Ti, Mn, Zn, Cr, and In의 그룹의 적어도 하나이다. 플라즈마 이온 운동에너지의 플라즈마 이온-가스 충돌 및 열운동화(thermalization)가 회피되므로, 진공하의 전지가 플라즈마-전기 변환에 바람직하다.
냉각수가 그것의 전극 냉각수 유입 라인(11)과 전극 냉각수 배출 라인(12)을 통해서 유동하는 전극 열교환기(10), 및 냉각수가 그것의 MEED 냉각수 유입 라인(19)와 MEED 냉각수 배출 라인(20)을 통해서 유동하는 MEED 열교환기(18) 중 적어도 하나에 의해서 열적 동력이 추출될 것이다. 용기(1)의 적어도 하나의 벽, MEED 변환기의 적어도 하나의 다른 벽, 및 MHD 변환기의 전극들(17)의 뒤에 적용되도록 설계된 수벽 타입(water-wall type)의 하이드리노 반응으로부터 열적 동력을 수용하기 위해서 다른 열교환기들이 사용될 수 있다. 반응으로부터 나오는 열을 효율적으로 경제적으로 제거하기 위한 이러한 열교환기 및 다른 열교환기 디자인들이 해당 기술분야의 숙련된 당업자에게 알려져 있다. 열은 열 부하로 전달될 것이다. 그러므로, 발전 시스템은 열적 부하로 연장되는 냉각수 배출 라인(12) 및 (20) 중 적어도 하나에 의해서 열이 공급되는 히터 및 열을 열적 부하로 전달하는 열교환기를 포함할 것이다. 차가워진 냉각수는 냉각수 유입 라인들(11) 및 (19) 중 적어도 하나에 의해서 복귀할 것이다. 냉각수 배출 라인(12) 및 (20) 중 적어도 하나에 의해서 공급되는 열은, 열기관, 증기기관, 증기 터빈, 가스 터빈, 랭킨-사이클 기관, 브레이턴-사이클 기관, 스털링 기관으로 유동하여, 축, 바퀴, 발전기, 항공기 터보팬이나 터포프로펠러, 선박 프로펠러, 임펠러 및 회전축 기계시스템중 적어도 하나에서의 회전과 같은 기계력으로 변환될 것이다. 이와는 달리, 열적 동력은 냉각수 배출 라인(12) 및 (30) 중 적어도 하나로부터 본 발명의 것과 같은 열-전기 동력 변환기로 유동할 것이다. 적당한 모범적인 열-전기 변환기들은 열기관, 증기기관, 증기 터빈 및 발전기, 가스 터빈 및 발전기, 랭킨-사이클 기관, 브레이턴-사이클 기관, 스털링 기관, 열이온 동력 변환기, 및 열전기 동력 변환기의 그룹의 적어도 하나를 포함한다. 열-전기 변환기로부터 나오는 출력 동력은 부하를 구동시키도록 사용되고, 일부는 전원(4)과 같은 SF-CIHT 전지 발전기의 부품들을 구동시킬 것이다.
주어진 펠렛의 반응물들의 점화는 동력 및 생성물을 산출하고, 이때 그 동력은 생성물의 플라즈마 형태를 취할 것이다. 플라즈마-전기 변환기(6)는 플라즈마로부터 전기를 발생시킨다. 그것을 통과한 후, 플라즈마-전기 변환기(6)는 플라즈마 생성물의 응축기 및 재장입 시스템(5)에 대한 컨베이어를 더 포함할 것이다. 생성물들은 캐러셀(5)과 같은 재장입 시스템에 의해서 재장입 시스템(5)로부터 재생 시스템(4)로 생성물을 운반하는 생성물 제거기-연료 장입기(13)로 운반된다. 일 실시 예에서, SF-CIHT 전지 발전기는 어느 생성 산소 및 분자 하이드리노 가스를 제거할 진공 펌프(13a)를 더 포함한다. 일 실시 예에서, 산소 및 분자 하이드리노 중 적어도 하나는 상업적인 제품으로서 탱크에 수집된다. 펌프는 선택적인 멤브레인들, 밸브들, 체들, 크리오필터들(cryofilters), 또는 수소와 산소의 분리를 위해서 해당 기술분야의 숙련된 당업자에게 알려진 다른 수단들을 더 포함할 것이며, H2O 증기를 추가로 수집하고, 재생된 고체 연료에서 재활용되도록 재생시스템(14)로 H2O를 공급할 것이다. 여기에서, 소모된 연료는 H2O 공급원(14a)으로부터 제공된 H2O로 만든 하이드리노의 형성에서와 같이 소비되는 H 또는 H2O를 이용하여 원 반응물이나 연료로 재생된다. 급수원은 벌크 또는 기체상 H2O, 또는 H2O를 함유하는 물질이나 화합물 또는 H2 + O2와 같이 H2O를 형성하는 하나 또는 그 이상의 반응물 중 적어도 하나를 함유하는 탱크, 셀 또는 용기(14a)을 포함할 것이다. 이와는 달리, 급수원은 대기압 수증기, 또는 브롬화리튬, 염화칼슘, 염화마그네슘, 염화아연, 탄산칼륨, 인산칼륨, KMgCl3·6(H20)와 같은 카날라이트, 구연산철암모늄, 수산화칼륨 및 수산화나트륨 및 농축된 황산과 인산, (목화 및 종이와 같은) 셀룰로오스 섬유, 설탕, 캐러멜, 벌꿀, 글리세롤, 에탄올, 메탄올, 디젤 연료, 메탐페타민, 많은 비료 화학제품, 염(식탁용 소금을 포함)과 같은 흡습성 물질, 및 실리카와 같은 건조제, 활성탄, 황산칼슘, 염화칼슘, 모레큐레시브(통상적으로, 제올라이트) 또는 염화아연, 염화칼슘, 수산화칼륨, 수산화나트륨과 같은 조해성 물질, 그리고 해당 기술분야의 숙련된 당업자에게 알려진 많은 다른 조행성 염 뿐만아니라, 해당 기술분야의 숙련된 당업자에게 알려진 다양한 다른 물질들과 같이, 대기로부터 H2O를 추출하기 위한 수단을 포함할 것이다.
또 다른 실시 예에서, 캐러셀(5)과 같은 재장입 시스템은 생성물 제거기-연료 장입기(13)에 의해 재생시스템(14)로부터 공급되는 재생된 고체 연료로 채워지는 호퍼를 포함한다. 연료는 전극들(2) 사이에서 바닥 외부로 유동한다. 전극들(2)은 전극들(2) 사이에서 점화를 위한 위치로 유동하거나 스프레더에 의해서 위치되는 연료의 각 부분을 점화시키도록 개방 및 폐쇄될 것이다. 일 실시 예에서, 연료(3)는 볼 밀링에 의해서 재생되거나 재처리되는 고체 연료로 형성될 미세 분말을 포함하며, 이때 재생시스템(14)는 볼밀, 그라인더 또는 해당 기술분야의 숙련된 당업자에게 알려진 그라인딩 또는 밀링 수단과 같이 큰 입자들로부터 작은 입자들을 형성하는 다른 수단을 더 포함할 것이다. 바람직한 고체 연료 혼합물은 천이금속, 은, 또는 알루미늄의 분말과 같은 전도성 금속 분말의 전도체, 그것의 산화물 및 H2O를 포함한다. 다른 실시 예에서, 연료(3)는 재생시스템(14)에서 가압될 고체 연료의 펠렛들을 포함할 것이다. 고체 연료 펠렛은 분말형 금속, 또는 금속 산화물 및 H2O 그리고 임의의 금속 분말을 캡슐화하는 다른 금속의 박막을 더 포함할 것이다. 이 경우에 있어서, 재생시스템(14)는 진공에서의 가열, 감소된 수소분위기 하에서의 가열 및 용융 염 전해질과 같은 전해질로부터의 전기분해 중 적어도 하나에 의해서 금속 박막을 재생시킨다. 재생시스템(14)는 재생된 박막 금속 비축물로부터 박막을 형성하기 위해서 롤링이나 밀링 기계시스템와 같은 금속 처리시스템들을 더 포함한다. 스탬핑 기계나 프레스에 의해서 재킷이 형성되는데, 이때 캡슐화된 고체 연료가 내부로 각인되거나 가압된다.
일 실시 예에서, 바람직한 고체 연료 혼합물은 천이금속 분말, 그것의 산화물 및 H20를 함유한다. 전극들(2)이 개방될 때 그들 사이에 형성된 간격 내로 미세 분말이 공기압에 의해 분무될 것이다. 다른 실시 예에서, 연료는 분말 및 슬러리 중 적어도 하나를 포함한다. 그 연료는 고 전류에 의해서 점화되도록 전극들(2) 사이에서 한정될 원하는 지역 내로 분사될 것이다. 분말을 양호하게 속박하기 위해서, 전극들(2)은 연료를 고정시키도록 챔버를 형성하는 수컷-암컷 절반부들을 가질 것이다. 일 실시 예에서, 연료 및 전극들(2)은 반대로 정전기적으로 대전될 것며, 연료가 전극간 영역으로 유동하여 각각의 전극(2)의 연료가 점화되는 원하는 영역에 정전기적으로 고착된다.
도 4A 및 4B에 도시된 발전기의 일 실시 예에서, 전극들 표면들(2)은 중력축과 평행을 이룰 것이며, 고체 연료 분말(3)은 오버헤드 호퍼(5)로부터 자중에 의해 간헐적 흐름으로서 유동하게 될 것이며, 이때 전극들은 유동하는 분말형 연료(3)를 수용하도록 개방되고 연료 흐름을 점화시키기 위해서 폐쇄되므로, 간헐적 유동 흐름의 타이밍은 전극들(2)의 치수에 부합한다. 다른 실시 예에서, 전극들(2)은 그들의 단부에 롤러들(2a)을 더 포함하는데, 이들은 연료 유동으로 채워진 작은 간격에 의해서 분리된다. 전기 전도성 연료(3)는 전극들(2) 사이에서 회로를 완성하고, 연료를 통과하는 고전류 흐름이 그것을 점화시킨다. 연료 흐름(3)은 확장 플라즈마가 연료 흐름 유동을 방해하는 것을 방지하도록 간헐적이다.
다른 실시 예에서, 전극들(2)은 구조적인 요소(2b)에 의해서 지지되는 한세트의 기어들(2a)를 포함한다. 한세트의 기어들은 구동 기어 모터(2b)에 의해서 구동되는 드라이브 기어(2c)에 의해서 회전된다. 드라이브 기어(2c)는 각각의 기어(2a)에 대한 히트싱크로서 기능할 것이며, 이때 열은 드라이브 기어(2c)로부터 열을 수용하는 참조부호 10과 같은 전극 열교환기에 의해서 제거될 것이다. 헤링본 기어들과 같은 기어들(2a)은 정수 n 치형을 각각 포함하는데, 이때 n-1번째 내부-치형 갭에 있는 연료가 치형 n-1번째의 부합하는 기어에 의해서 가압됨에 따라, 연료는 n번째 내부-치형 갭이나 바닥 랜드 내로 유동한다. 기어들에 대한 다른 기하학 또는 기어들의 기능은 해당 기술분야의 숙련된 당업자에게 잘 알려진 서로 맞물린 다각형 또는 삼각형의 치형 기어들, 나선형 기어들 및 오거들과 같이 본 발명의 범위 내에 있다. 일 실시 예에서, 연료, 및 바닥 랜드와 같이 전극들(2a)의 기어 치형의 원하는 영역은, 치형이 맞물리는 경우에 연료가 점화되는 하나 또는 두 전극들(2a)의 원하는 영역으로 연료가 유동하여 정전기적으로 고착되도록 반대로 정전기적으로 대전될 것이다. 일 실시 예에서, 미세분말과같은 연료(3)는 기어들(2a)의 원하는 영역 내로 공기압에 의해 분무된다. 다른 실시 예에서, 연료(3)는, 고전류에 의해서 점화될 기어들(2a)의 치형이 서로 맞물리는 영역과 같이 전극들(2a) 사이에서 한정될 원하는 영역 내로 분사된다. 일 실시 예에서, 롤러들 또는 기어들(2a)은 스프링 장입되거나 공기압 작동이나 또는 유압 작동에 의해서 텐션을 서로를 향하도록 유지한다. 치형의 맞물림 및 압축은 부합하는 치형들 사이에서 전도성 연료를 통해 전기적인 접촉을 야기한다. 일 실시 예에서, 기어들은 맞물리는 동안에 연료와 접촉하는 서로 맞물리는 영역으로 안내되고, 전류가 연료를 통해서 선택적으로 유동하도록 다른 영역들에서 절연된다. 일 실시 예에서, 기어들(2a)은 서로 맞물리는 영역에서 전도성을 갖도록 금속 피복되거나 또는 접지경로 없이 전기적으로 절연된 세라믹 기어들로 이루어진다. 또한, 드라이브 기어(2c)은 접지경로 없이 비전도성이 되거나 전기적으로 절연될 것이다. 전극들(2)로부터 치형의 서로 맞물리는 영역들로의 전기적인 접촉 및 공급은 도 4A에 도시된 바와 같이 브러쉬들(2e)에 의해서 제공될 것이다. 바람직한 브러쉬는 예를 들어 스프링에 의해서 기어와 강제 접촉하게 되는 탄소 바 또는 로드를 포함한다.
도 4B에 도시된 다른 실시 예에서, 전극들(2)로부터 치형의 서로 맞물리는 영역들로의 전기적인 접촉 및 공급은 대응하는 기어 허브와 베어링들을 통해서 직접적으로 제공될 것이다. 도 4A의 구조적인 요소(2b)는 전극들(2)을 포함할 것이다. 도 4B에 도시된 바와 같이, 한쌍의 전극의 각각의 전극(2)은 각각의 기어 상에서 중앙에 위치하여 도 4A의 구조적인 요소(2b) 및 전극(2)으로서 기능하도록 각각의 기어의 중앙에 연결될 것이며, 이때 각각의 기어(2a)를 그것의 축이나 허브에 연결하는 기어 베어링들은 전기적인 접점으로서 기능하고, 단지 접지 경로만이 대향하는 기어들의 접촉 치형 사이에 존재하게 된다. 일 실시 예에서, 각각의 기어의 외부는 추가적인 베어링들을 통해서 큰 반경으로 전기적인 접촉을 갖기 위해서 그것의 중앙 허브 주위로 회전한다. 허브는 큰 히트싱크로서 또한 기능할 것이다. 전극 열교환기(10)는 기어들로부터 열을 제거하도록 허브에 부착될 것이다. 열교환기(10)는 다이아몬드나 다이아몬드형 탄소 필름과 같이 높은 열전도도를 갖는 전기적 절연체와 같은 절연체의 얇은 층을 통해서 허브로부터 전기적으로 절연될 것이다. 기어들의 전화(電化)는 컴퓨터 및 브러시리스 DC 전기모터에서 사용되는 것과 같은 스위칭 트랜지스터들을 사용하여 맞출 수 있다. 일 실시 예에서, 기어들은 기어들이 맞물릴때 고전류가 연료를 통해서 유동하도록 간헐적으로 활성화된다. 기어들이 맞물리고 전류가 연료를 통해 유동하게 됨에 따라서, 기어들로의 연료의 운반을 부합시키도록 연료의 유동을 맞출 수 있다. 결과적인 고전류 유동은 연료의 점화를 유발한다. 연료는 상기 간격을 통해서 연료를 추진하도록 회전하는 기어들이나 롤러들(2a)을 통해서 연속적으로 유동할 것이다. 한세트의 기어들의 맞물리는 영역들 또는 한세트의 롤러들의 대향하는 측면들을 포함하는 전극들(2) 사이의 공간을 채우도록 그것이 회전함에 따라서, 연료는 계속적으로 점화될 것이다. 이 경우에 있어서, 출력 동력은 정상상태가 될 것이다. 결과적인 플라즈마는 기어들의 측면들 외부로 팽창하고, 플라즈마-전기 변환기(6)로 유동할 것이다. 일 실시 예에서. 플라즈마 팽창 유동은 각각의 기어의 축과 평행하고 연료 흐름(3)의 유동의 방향에 대하여 횡방향인 축을 따를 것이다. 축방향 유동은 MHD 변환기를 통해서 이루어질 것이다. 또한, 방향성 유동은 헬렘홀즈 코일들이나 자기병의 것들과 같은 자석들을 제한하는 것에 의해서 달성될 것이다.
발전기는 가변 동력 출력을 위한 수단 및 방법을 더 포함한다. 일 실시 예에서, 발전기의 동력 출력은 전극들(2) 또는 롤러들이나 기어들(2a) 내로의 연료(3)의 가변적이거나 차단가능한 유량을 제어하고 전력원(4)에 의해서 가변적이거나 차단가능한 연료 점화를 제어함으로써, 조절된다. 롤러들이나 기어들의 회전율은 연료점화율을 제어하도록 조절될 것이다. 일 실시 예에서, 출력 동력 컨디셔너(7)는 DC가 될 출력을 제어하기 위한 동력 컨트롤러(7)를 포함한다. 동력 컨트롤러는 드라이브 기어(2c)를 회전시켜서 다음에는 기어들(2a)을 회전시키는 기어 드라이브 모터(2d)를 제어함으로써, 연료유량, 기어들의 회전속도를 제어할 것이다. 연료 소비율 또는 점화율 중 적어도 하나의 기계적 또는 전기적인 제어를 기초한 반응시간은 10ms 내지 1㎲의 범위와 같이 매우 빠르다. 그 동력은 플라즈마-전기 변환기의 변환기 전극들의 연결을 제어함으로써 조절될 것이다. 예를들면, MHD 전극들(17)이나 PDC 전극들을 직렬로 연결하면 전압이 증가하게 되고, 변환기 전극들을 병렬로 연결하면 전류가 증가한다. 플라즈마 전파방향 및 자기장 방향중 적어도 하나에 대한 다른 각도로 MHD 전극들(17)의 각도를 변화시키거나 또는 MHD 전극들(17)의 세트들을 선택적으로 연결하면, 전압과 전류중 적어도 하나를 변화시킴에 의해서 수집된 동력을 변화시키게 된다.
동력 컨트롤러(7)는 전압, 전류, 및 전력과 같은 입력 및 출력 매개변수들의 센서들을 더 포함한다. 센서들로부터 전달된 신호들은 발전기를 제어하는 프로세서 내로 제공될 것이다. 램프-업 타임(ramp-up time), 램프 다운 타임(ramp down time), 전압, 전류, 전력, 파형, 및 주파수 중 적어도 하나가 조절될 것이다. 발전기는 전력부하에 대하여 필요하거나 원하는 것보다 과도한 전력이 소산될 션트 레지스터(shunt resistor)와 같은 레지스터를 포함할 것이다. 션트 레지스터는 출력 동력 컨디셔너 또는 동력 컨트롤러(7)에 연결될 것이다. 발전기는 발전기를 쓰지 못하게 하는 용량을 갖게 되는지에 대한 원격 모니터링을 제공하기 위한 임베디드 프로세서 및 시스템을 포함할 것이다.
호퍼(5)는 생성물 제거기-연료 적재기(13)에 의해서 재생시스템(14)로부터 재생된 연료로 재충전될 것이다. 하이드리노의 형성에 있어서와 같이 소비된 H 또는 H2O는 H2O 공급원(14a)으로부터 제공되는 H2O를 이용하여 형성될 것이다. 일 실시 예에서, 연료 또는 연료 펠렛(3)은 하이드리노 반응 폭발 사건 동안에 플라즈마와 같은 기체상의 물리적인 상태로 부분적으로 대체로 증기화된다. 플라즈마는 플라즈마-전력 변환기(6)를 통과하고, 재결합된 플라즈마는 기체상 원자와 화합물을 형성한다. 이것들은 응축기(15)에 의해서 응축되고 수집되어 재생시스템(14)에 연결된 컨베이어 연결부 및 호퍼(5)에 대한 컨베이어 연결부를 더 포함하는 생성물 제거기-연료 적재기(13)에 의해서 재생시스템(14)로 운반된다. 응축기(16) 및 생성물 제거기-연료 적재기(13)는 정전기식 수집시스템, 적어도 하나의 오거, 컨베이어 또는 재료를 수집 및 이동시키기 위해 진공이나 흡입시스템와 같은 공압시스템 중 적어도 하나와 같은 시스템들을 포함할 것이다. 적당한 시스템들은 해당 기술분야의 숙련된 당업자에 의해서 알려져 있다. 일 실시 예에서, 전자기유체역학 변환기와 같은 플라즈마-전기 변환기(6)는 생성물 제거기-연료 적재기(13)내로 운반될 생성물을 위한 활송시스템나 채널(6a)를 포함한다. MHD 변환기(6), 활송시스템(6a) 및 MHD 전극(17)의 플로어의 적어도 하나는 생성물 유동이 중력유동에 의해서 적어도 부분적으로 이루어지도록 경사지게될 것이다. MHD 변환기(6), 활송시스템(6a) 및 MHD 전극(17)의 플로어의 적어도 하나는 유동을 지원하도록 기계적으로 요동하거나 진동될 것이다. 유동은 고체 연료의 점화에 의해서 형성된 충격파에 의해 지원될 것이다. 일 실시 예에서, MHD 변환기(6), 활송시스템(6a) 및 MHD 전극(17)의 플로어의 적어도 하나는 상기 대응하는 표면으로부터 생성물 제거기-연료 적재기(13)로 생성물을 이동시키기 위한 기계적인 스크레이퍼 또는 컨베이어를 포함한다.
일 실시 예에서, SF-CIHT 전지 발전기는 어느 생성물 산소 및 분자 하이드리노 가스를 제거할 진공 펌프(13a)를 더 포함한다. 펌프는 선택적인 멤브레인들, 밸브들, 체들, 크리오필터들(cryofilters), 또는 수소와 산소의 분리를 위해서 해당 기술분야의 숙련된 당업자에게 알려진 다른 수단들을 더 포함할 것이며, 재생된 고체 연료에서 재활용되도록 재생시스템(14)로 H2O를 공급할 것이다. 일 실시 예에서, 연료(3)는 볼 밀링에 의해서 재생되거나 재처리되는 고체 연료로 형성될 미세 분말을 포함하며, 이때 재생시스템(14)는 볼밀, 그라인더 또는 해당 기술분야의 숙련된 당업자에게 알려진 그라인딩 또는 밀링 수단과 같이 큰 입자들로부터 작은 입자들을 형성하는 다른 수단을 더 포함할 것이다. 일 실시 예에서, 단자(9)에 있는 전력출력의 일부는, 반응 생성물로부터 원래의 고체 연료를 재생하기 위한 화학적 반응들을 전파하도록 전력과 에너지를 제공하기 위해, 전원(4), 기어(롤러) 드라이브 모터(2d), 드라이브 모터(도 3)를 갖는 캐러셀(5a), 생성물 제거기-연료 적재기(13), 펌프(13a) 및 재생시스템(14) 중 적어도 하나로 공급된다. 일 실시 예에서, 전극 열교환기(10) 및 MI-ID 열교환기(18) 중 적어도 하나로부터 제공되는 열의 일부는, 반응 생성물로부터 원래의 고체 연료를 재생하기 위한 화학적 반응들을 전파하도록 전력과 에너지를 제공하기 위해, 냉각수 배출 라인들(12) 및 (20) 중 적어도 하나에 의해서 고체 연료 재생시스템로 입력되고, 냉각수 입력 라인들(11) 및 (19) 중 적어도 하나에 의해서 냉각수 복귀 순환이 이루어진다. 열-전기 변환기 (6)로부터 나오는 출력 동력의 일부는 SF-CIHT 전지 발전기의 다른 시스템들 뿐만아니라 재생시스템를 구동시키도록 사용될 것이다.
바람직한 실시 예에서, 고체 연료는 H2의 추가, H20의 추가, 열적 재생, 및 전해적 재생 중 적어도 하나의 추가와 같이 본 발명에서 주어진 것에 의해서 재생된다. 반응을 개시하기 위해서, NiOOH(바람직한 SF-CIHT 전지 테스트 결과 섹션에서 주어진 바와 같이 46J과 비교한 3.22kJ 출력)의 경우에 있어서 100배와 같은, 입력 에너지에 대한 하이드리노 반응의 매우 큰 에너지 이득으로 인해, Ni203 및 NiO와 같은 생성물들은 본 발명에서 주어지고 해당 기술분야의 숙련된 당업자에게 알려진 화학적 반응들 뿐만아니라 전기화학적 반응들에 의해서 수산화물 그리고 다음에는 옥시수산화물로 변환될 수 있다. 다른 실시 예들에 있어서, Ti, Gd, Co, In, Fe, Ga, Al, Cr, Mo, Cu, Mn, Zn, 및 Sm과 같은 다른 금속들, 및 본 발명의 것들과 같은 그에 대응하는 산화물, 수산화물, 및 옥시수산화물이 Ni를 대체할 것이다. 다른 실시 예에서, 고체 연료는 금속 산화물 및 H20 및 전도성 매트릭스로서 대응하는 금속을 함유한다. 생성물은 금속 산화물일 것이다. 고체 연료는 금속 산화물의 일부를 재수화된 산화물과 혼합되는 금속으로 수소환원시킴으로써 재생될 것이다. 1000℃보다 낮은 온도의 약한 열 및 수소에 의해서 금속으로 쉽게 환원될 수 있는 산화물들을 갖는 적당한 금속들은, Cu, Ni, Pb, Sb, Bi, Co, Cd, Ge, Au, Ir, Fe, Hg, Mo, Os, Pd, Re, Rh, Ru, Se, Ag, Tc, Te, Tl, Sn, W, Al, V, Zr, Ti, Mn, Zn, Cr, 및 In이다. 다른 실시 예에서, 고체 연료는, (1) 알루미나, 알칼리토 산화물, 및 희토 산화물 중 적어도 하나와 같이, H2와 약한 열에 의해서 쉽게 환원되지 않는 산화물, (2) 1000℃보다 낮은 적당한 온도에서 H2에 의해 금속으로 환원될 수 있는 산화물을 갖는 금속, 및 (3) H2O를 포함한다. 바람직한 연료는 MgO + Cu + H20이다. H2 환원가능 및 환원불가능 산화물의 생성물 혼합물은 단지 환원가능한 금속 산화물만이 금속으로 변환되는 온화한 조건에서 H2로 처리되고 가열된다. 이 혼합물은 재생된 고체 연료를 포함하도록 수화될 것이다. 바람직한 연료는 MgO + Cu + H20 이고; 이때 생성물 MgO + CuO는 고체 연료로 수호되는 MgO + Cu를 산출하도록 H2 환원 처리를 겪는다.
다른 실시 예, CuO 또는 AgO와 같은 산화물 생성물은 진공 및 불활성 가스 흐름 중 적어도 하나 하에서 가열에 의해 재생된다. 그 온도는 약 100℃ 내지 3000℃, 300℃ 내지 2000℃, 500℃ 내지 1O 1200℃, 및 500℃ 내지 1000℃ 중 적어도 하나의 범위에 있을 것이다. 일 실시 예에서, 재생시스템(14)는, 벌크 산화물과 금속 중 적어도 하나를 약 10nm 내지 1cm, 100nm 내지 10mm, 0.1㎛ 내지 1mm, 및 1㎛ 내지 100㎛(u = 마이크로)중 적어도 하나의 범위에 있는 입자 크기를 갖는 것과 같이 미세한 분말과 같은 분말로 갈기 위한 볼 밀 및 쉬레딩(shredding)/그라인딩(grinding) 밀 중 적어도 하나와 같은 밀(mill)을 더 포함할 것이다.
다른 실시 예에서, 재생시스템은 금속 이온들을 함유하는 용융 염 전해 셀과 같은 전해 셀을 포함하며, 여기에서 금속 산화물 생성물의 금속은 해당 기술분야의 숙련된 당업자에게 잘 알려진 시스템 및 방법을 이용하는 전착에 의해서 전해 셀 음극 위로 도금될 것이다. 상기 시스템은 전기도금된 금속으로부터 원하는 크기의 금속 입자들을 형성하기 위해 밀 또는 그라인더를 더 포함할 것이다. 재생된 고체 연료를 형성하기 위해서 H20와 같은 반응 혼합물의 다른 성분들에 금속이 추가될 것이다.
일 실시 예에서, 도 3 및 4A 및 4B의 전지(1)은 대기압보다 낮은 진공이나 압력을 유지할 수 있다. 대기압보다 낮은 진공이나 압력은 전지에서 펌프(13a)에 의해 유지되고, 플라즈마 소오스, 셀(1)로부터 활성 플라즈마 이온들을 수용하는 플라즈마-전기 변환기(6)에서 또한 유지될 것이다. 일 실시 예에서, 고체 연료는 산화금속이 되도록 H2O와 반응하기에 대체로 열역학적으로 안정한 금속을 포함한다. 이 경우에 있어서, 고체 연료의 금속은 생성물을 형성하기 위한 반응 동안에 산화되지 않는다. 바람직한 고체 연료는 금속, 산화금속 및 H2O의 혼합물을 함유한다. 초기 금속과 금속 산화물의 혼합물과 같은 생성물은 생성물 제거기-연료 적재기(13)에 의해서 제거되고 H2O의 추가에 의해서 재생된다. H2O와의 반응에 대체로 열역학적으로 유리하지 않은 안정한 금속은 Cu, Ni, Pb, Sb, Bi, Co, Cd, Ge, Au, Ir, Fe, Hg, Mo, Os, Pd, Re, Rh, Ru, Se, Ag, Tc, Te, Tl, Sn, W, AS, V, Zr, Ti, Mn, Zn, Cr, 및 In의 그룹으로부터 선택될 것이다. 다른 실시 예들에 있어서, 고체 연료는 H2O 비반응 금속 및 H2O, 금속 산화물, 수산화물, 동일한 금속 또는 적어도 하나의 다른 금속을 함유하는 옥시수산화물 중 적어도 하나를 포함한다.
일 실시 예에서, H2 환원, 진공하 환원, 및 재수화의 방법들은 고체 연료를 가능한한 신속하게, 효율적으로 그리고 경제적으로 재생하도록 수행된다.
일 실시 예에서, 고체 연료는 H2O와 전도체를 함유하는 흡습성 물질의 혼합물을 포함한다. 바람직한 연료는 MgX2(X = F, Cl, Br, I)와 같은 수화된 알칼리토 금속 할로겐화물 및 Co, Ni, Fe, 또는 Cu와 같은 천이금속과 같은 전도체이다.
일 실시 예에서, 고체 연료는 전도성 재킷에 캡슐화된 H2O 공급원을 포함한다. H2O 공급원은 본 발명의 물질 및 반응 혼합물을 포함할 것이다. 전도성 재킷은 본 발명의 금속, 탄소, 카바이드 및 다른 전도성 매트릭스 물질 중 적어도 하나를 포함할 것이다. 다른 실시 예에서, 고체 연료는 금속 산화물, H2O 및 금속 산화물과 H2O를 캡슐화하는 박막과 같은 대응하는 금속과 같은 물질을 포함한다. 흡습성 물질과 같은 다른 물질들은 금속 산화물을 대체할 것이며, H2O를 결합 및 흡수하기 위한 매트릭스로서 기능한다. 전도체로 캡슐화된 H2O 공급원은 펠렛으로 이루어질 것이다. 바람직한 고체 연료 펠렛은, 본 발명의 물질 및 반응 혼합물들과 같은 H2O 공급원이거나 H2O를 보유하는 물질을 캡슐화한, 천이금속, 은, 또는 알루미늄을 포함하는 것과 같은 박막 금속 재킷을 포함한다. 에너지 방출 다음에, 박막 금속과 같은 전도체는 사이클론 분리, 침전, 체질, 및 해당 기술분야의 숙련된 당업자에게 알려진 다른 수단에 의해서 회수될 것이다. 상기 박막은 롤링 또는 밀링 기계시스템와 같은 금속 처리시스템에 의해서 회수 금속 비축물로부터 형성될 것이다. 상기 재킷은 스탬핑 기계시스템 또는 프레스에 의해서 형성되고, 이때 캡슐화된 물질은 내부가 각인되거나 가압될 것이다. 그 경우에 있어서, 금속과 같은 전도체가 산화되고, 금속은 산화물의 환원에 의해서 재생될 것이다.
일 실시 예에서, 고체 연료는 1회 용으로 사용되고 재생되지 않는다. 스팀 카본 또는 활성 카본 그리고 H2O 습윤 카본과 같이 H 와 O를 포함하는 카본은 재생 없이 소모될 수 있는 적절한 표본 반응물 또는 고체 연료이다.
플라즈마 동력은 자기 공간 차지 분리(magnetic space charge separation)에 근거한 플라즈마동역학 동력 변환기(plasmadynamic power converter)(6)를 사용하는 전기로 변환될 수 있다. 양이온에 비해 작은 질량 때문에, 전자들은 원통형 PDC 전극 또는 PDC 전극과 같이 자기장에서 자기화된 PDC 전극의 자기 플럭스 라인(magnetic flux lines)에 우선적으로 제한된다. 따라서, 전자들은 이동성에 제한되는 반면에, 양이온들은 상대적으로 자유로워 내부적으로 또는 외부적으로 자기화된 PDC 전극과 충돌하게 된다. 전자와 양이온들은 비자기화된 PDC 전극과 완전하게 충돌한다. 플라즈마 동력 변환은 플라즈마의 열적 에너지와 잠재 에너지로부터 직접 동력를 뽑아내고 플라즈마 흐름에 의존하지 않는다. 대신, PDC에 의한 동력 추출은 플라즈마에 노출된 자기화된 PDC 전극과 비자기화된 PDC 전극 사이의 전위차를 이용해서 외부 부하에 전류를 유도시키며, 이에 의해서 축적된 플라즈마 열적 에너지로부터 직접 전력을 뽑아낸다. 열적 플라즈마 에너지를 전력으로 변환시키는 플라즈마 동력 변환은 고온 플라즈마의 본체로 적어도 두개의 부유성 전도체(floating conductor)를 직접 삽입시킴으로써 달성된다. 이들 중 하나의 전도체는 외부 전자기장 또는 영구 자석에 의해 자기화되거나 또는 본질적으로 자성을 띤다. 다른 전도체는 비자성이다. 전위차는 가벼운 전자에 비해 무거운 양이온의 전하 이동도(charge mobility)에서의 큰 전위차에 기인하여 발생한다. 이 전압은 전기 부하를 가로질러 작용된다.
실시 예들에서, 동력 시스템은 내부 또는 외부의 전자석 또는 영구자석을 부가적으로 포함하거나 또는 원통형 PDC 전극과 핀형 PDC 전극과 같은 다수의 본질적으로 자기화된 PDC 전극과 비자기화된 PDC 전극을 포함한다. PDC 전극 각각에 평행한 균일한 자기장(B)의 소스는 헬름홀츠 코일에 의한 전자석에 의해 제공될 수 있다. 전자석은 할바흐 어레이 자석(Halbach array magnet)와 같은 영구자석, 비냉각 전자석, 수냉식 전자석 및 초전도 전자석 중 적어도 하나일 수 있다. 모범적인 초전도 자석은 NbTi, NbSn 또는 고온 초전도성 재료로 이루어질 수 있다. 자기 전류는 점화를 촉진시키기 위하여 고체 연료 펠릿에 공급될 수 있다. 실시 예에서, 전력원(4)의 고전류에 의한 잔기장 생성은 고체 연료 펠릿을 통과하기 전에 전자석의 다수 권선을 통해 흐름으로써 증가된다. 자기장(B)의 세기는 최적의 양이온 대 전자의 회전 반경을 생성하도록 조정되어 PDC 전극의 전력을 극대화시킨다. 실시 예에서, 적어도 하나의 자기화된 PDC 전극은 인가된 자기장(B)에 평행한 반면에 적어도 하나의 대응하는 반대편 PDC 전극은 자기장(B)에 수직이어서 자기장(B)의 방향에 대해 상대적 배향때문에 비자기화 된다. 동력은 적어도 하나의 반대 PDC 전극에 연결되는 리드선(leads)을 통해서 부하에 전달될 수 있다. 실시 예에서, 셀 벽(cell wall)은 PDC 전극으로서 작용할 수 있다. 실시 예에서, PDC 전극은 고온 스테인레스 스틸과 기술분야의 당업자에게 공지된 다른 재료와 같이 고온 대기 환경에서 안정적인 내화성 금속으로 이루어진다. 실시 예에서, 플라즈마 동력 변환기는 플라즈마를 제한시키기 위하여 자기병(magnetic bottle) 또는 솔레노이달 필드(solenoidal field)의 소스와 같은 플라즈마 한정 구조체를 더 포함하고 더 많은 전력으로서 전기 이온의 동력을 추출한다. 플라즈마 동력 출력은 부하에서 소멸된다.
도 3, 도 4A 및 도 4B의 전력 변환기(6)에 대한 플라즈마는 도 5에 도시된 바와 같은 이온 흐름(102)의 방향인 Z-축을 가로지르는 자기 흐름(magnetic flux; 101)의 소스를 구성하는 자기유체동역학 동력 변환기(magnetohydrodynamic power converter)를 더 포함한다. 따라서, 이온들은 헬름홀츠 코일(104)에 의해 제공된 제한 필드(confinement field; 103)에 기인하여 Z-축을 따르는 선호하는 속도를 갖는다. 따라서, 이온들은 횡단하는 자기 흐름의 구역으로 진행한다. 진행하는 전자와 이온에 대한 로렌츠 힘(lorentzaian force)는 다음과 같다.
F = ev X B (196)
로렌츠 힘은 이온 속도와 자기장을 가로지르고 양이와 음이온의 반대방향이다. 따라서, 횡단 전력을 형성한다. 횡단 자기장의 소스는 평행 속도 확산을 갖는 후속 이온의 교차 편향(crossed deflection)(방정식 196)을 최적화시키기 위하여 z-축을 따르는 위치의 함수로서 다른 강도의 횡단 자기장을 제공하는 성분을 포함할 수 있다.
도 5에 도시된 자기유체동역학 동력 변환기는 자기장(B)을 가로지른 적어도 두개의 MHD 전극(105)을 더 포함하여 MHD 전극(105)에 전압을 형성하는 가로지른 로렌츠 편향 이온을 수용한다. MHD 동력은 전기적 부하(106)에서 소멸된다. 자기유체동역학 동력 변환기의 개략적인 도면은 도 6에 도시되고, 여기에서 헬름홀츠 코일의 MHD 세트 또는 자석 세트(110)는 자성 확장 구역(120)에서 후속 플라즈마에 로렌츠 평향 필드를 제공하여 부하(106)에 가로질러 인가되는 전압을 MHD 전극에서 발생시킨다. 도 4A와 도 4B를 참조하면, MHD 전극은 도면부호 17로서 표시된다. 도 3, 도 4A 및 도 4B의 전극(2)은 전극(2)을 연결하는 축에 가로지른 방향과 플라즈마 확장의 방향에서 적절하게 인가된 자기장을 구비한 MHD 전극으로서 작용한다. 전기 동력의 소스(4)로부터 전극(2)을 따르는 전류에 기인한 방사상 자기장은 로렌츠 편향을 제공한다. 자기유체동역학 생성은 왈시(Walsh)[E. M. Waslsh, Energy Conversion Electromechanical, Direct, Nuclear, Ronald Press Company, NY, NY, (1967), pp. 221~248]에 의해 기술되고, 그 개시내용은 참조문헌으로서 본 명세서에 합체된다.
전자석{110(도 6) 및 6f(도 4A 및 4B)}들은 할바흐 어레이 자석(Halbach array magnets)과 같은 영구 자석, 그리고 비냉각 전자석, 수냉식 전자석, 및 상응하는 극저온 취급(cryogenic management)을 이용한 초전도 전자석 중 어느 하나일 수 있다. 도 4A 및 4B 에 도시된 초전도 자석 시스템(6f)은 (i) NbTi 이나 NbSn, 또는 YBCO-123 혹은 간단히 YBCO 라고 통용되는 YBa2Cu307 과 같은 고온 초전도체(HTS)의 초전도 권선(superconductor wire windings)을 포함하는 초전도 코일(6b)과, (ii) 코일(6b)들의 양 측면들을 액체 헬륨(6c)을 제공하는 액체 헬륨 듀어(a liquid helium dewar)과, (iii) 솔레노이드 자석의 내부 및 외부 반경들 상에 액체 질소(6d)를 갖는 액체 질소 듀어(liquid nitrogen dewars)들과, (여기서, 상기 액체 헬륨과 액체 질소 듀어들은 벽들에 구리 및 고진공 절연물(6e)로 구성될 수 있는 방사 배플들 및 방사 차폐물들을 포함할 수 있음), 그리고 (iv) 출력 터미널(9)을 통하여 SF-CIHT 셀 동력 발생기(SF-CIHT cell power generator)의 출력에 의해서 작동될 수 있는 저온 펌프 및 압축기에 부착될 수 있는 각각의 자석(6f)용 유입구(6g)를 포함한다.
도 6의 MHD 전극(105)들 또는 이들 전극(105)에 대한 보호 방벽은 내화성 물질, 고체 연료의 성분인 물질, 및 탄소로 제조된 외부 층을 포함할 수 있어서, MHD 전극이나 보호 방벽의 부식 생성물들이 고체 연료 또는 활성 물질의 심각하게 해로운 오염물들이 되지는 않는다. MHD 컨버터와 같은 플라즈마-전기 컨버터는 MHD 열교환기(135)을 추가로 포함할 수 있는데, 이러한 MHD 열교환기는 MHD 냉각제 유입구(130)를 통하여 냉각제를 수용하여서, 100% 전기로 변환되지 않고 팽창 플라즈마에 함유되어 있는 동력과 같이 열의 형태인 동력을 MHD 냉각제 배출구(140)를 통하여 제거시킨다. 열교환기(135)는 도 6에 도시된 바와 같은 코일 방식, 수벽식(water-wall type), 또는 이 기술 분야의 당업자에 공지된 다른 방식으로 구성될 수 있다. 도 4A 및 도 4를 참조하면, MHD 열교환기(18)는 MHD 냉각제 유입구(19)를 통하여 냉각제를 수용하여서 열의 형태인 동력을 MHS 냉각제 배출구(20)를 통하여 제거시킨다. 이러한 열적 동력은 전극 냉각제 배출 라인(12)을 통하여 유출되는 전극 열교환기(10)로부터의 열적 동력과 결합된다. 이러한 열은 열적 부하의 공급, 도 3과, 도 4A 및 4B의 재생 시스템(14)에 의한 고체 연료의 재생, 및 본 명세서에 개시된 시스템들 및 방법들에 의한 기계적 또는 전기적 동력으로의 변환 중에서 적어도 어느 하나에 적용될 수가 있다.
일 실시 예에서, 자기유체동역학 동력 변환기는 분할식 패러데이 발전기(a segmented Faraday generator) 이다. 일 실시 예에서, 이온 유동의 로렌쯔 편향(Lorentzian deflection)에 의해 형성되는 횡단 전류(transverse current)가 이온들의 유입 유동에 평행한 (z-축선) 방향으로 추가의 로렌쯔 편향을 받아서 z-축선을 따라 상대 이동하는 적어도 하나의 제 1 MHD 전극과 제 2 MHD 전극 사이에 홀 전압(Hall voltage)을 생성시킨다. 이러한 장치는 자기유체동역학 동력 변환기의 홀 발전기 실시로 이 기술 분야에 공지된 것이다. xy-평면에서 z-축선에 대해 경사진 MHD 전극들을 갖춘 유사한 장치가 본 발명의 다른 실시예를 구성하며, "윈도우 프레임(window frame)"을 갖춘 소위 대각선식 발전기(a diagonal generator)로 불린다. 각각의 경우에, 전압이 전기 부하를 통해서 전류를 구동시킬 수 있다. 분할식 패러데이 발전기, 홀 발전기, 및 대각선식 발전기의 실시예들은 Petrick [J. F. Louis, V. I. Kovbasyuk, Open-cycle Magnetohydrodynamic Electrical Power Generation, M Petri ck, and B. Ya Shumyatsky, Editors, Argonne National Laboraton,', Argonne, Illinois, (1978), pp. 157-163]에 제공되어 있으며, 그 완전한 내용이 참조로 포함되어 있다.
자기 유체동역학적 동력 변환기의 다른 실시 예에서, z-축선을 따르는 이온들의 유동은 υ∥ >>υ⊥ 상황에서, 증가하는 축선방향 자계 구배 (magnetic field gradient)를 포함한 압축기로 유입될 수 있는데, z-축선의 방향에 대해 평행한 전자 운동 성분(υ∥)은 단열 불변량(adiabatic invariant)
υ2 / B = 항수(constant)
에 기인하여 적어도 부분적으로 수직방향 운동(υ⊥)으로 변환된다. 수직방향 운동(υ⊥)에 기인한 방위방향 전류(azimuthal current)가 z-축선 둘레로 형성된다. 이러한 전류는 축선방향 자계에 의해 운동 평면에서 반경방향으로 편향되어서, 원판형 발전기 자기동역학적 동력 변환기의 내부 링 및 외부 링 MHD 전극 사이로 홀 전압을 생성시킨다. 전압이 전기 부하를 통해서 전류를 구동시킬 수가 있다. 플라즈마 동력도 
직렬 변환기(10) 또는 본 명세서에 개시된 다른 플라즈마-전기 기구들을 이용하여 전기로 변환될 수가 있다.
동력 공급원(4) 및 동력 시스템에 의해서 전극(2)들에 공급되는 교류 전류(AC)와 같이 시간 가변 전류를 가지는 일 실시 예에서, 자기유체동역학 또는 플라즈마동역학과 같은 DC 자계를 포함하는 플라즈마-전력 변환기을 더 포함하는데, 공급원으로부터 시간 가변 전류에 기인한 시간 가변 자계는 뮤메탈 차폐물(mu-metal shield)과 같은 자기 차폐물에 의해서 플라즈마-전력 변환기의 DC 자계로부터 차폐될 수가 있다. 플라즈마는 시간 가변 자계 영역으로부터 자계 차폐물 내의 관통부를 통하여 전력 변환이 발생할 수 있는 DC 자계로 팽창할 수가 있다. 적절한 자기 차폐물들은 이 기술 분야의 당업자들에게 공지되어 있다. 공급원(4)으로부터 실질적으로 DC 전류의 공급원을 갖춘 일 실시 예에서, PDC 변환기와 같은 변환기에 대한 플라즈마 한정(confine), 적절하게 정렬된 PCD 전극들에 의해 PDC 변환을 통한 플라즈마-전기 변환, 및 플라즈마 유동의 방향성의 제어 중에서 적어도 하나를 목적으로 실질적으로 DC 자계가 이용될 수 있다. 예를 들어, 자계가 플라즈마를 실질적으로 선형으로 유동하게 할 수 있다. 선형 유동은 MHD 플라즈마-전기 변환기를 통해서 될 수 있다. 그 대신에, DC 자계가 자계에 의해서 다른 바람직한 자계를 갖춘 영역으로부터 차폐될 수도 있다. 플라즈마가 자계 내의 관통부를 통해서 다른 자계를 갖춘 영역으로 유동할 수도 있다.
각각의 전지도, 각각 유입 및 배출 냉각제 라인(11 및 12)들에 의해서 전극 열 팽창기(10)로부터, 그리고 각각 유입 및 배출 냉각제 라인(19 및 20)들에 의해서 MHD 열 팽창기(18)로부터 추출될 수 있는 열적 동력을 출력시킨다. 이러한 열적 동력은 직접적으로 열로서 또는 전기로 변환되어 이용될 수가 있다. 실시 예들에서, 동력 시스템은 열-전기 변환기를 더 포함한다. 보일러, 증기 터빈, 및 발전기를 포함하는 화력 발전소 와 같은 종래의 랭킨 또는 브레이턴 방식의 동력 장치, 또는 외부적으로 가열되는 가스 터빈 및 발전기와 같은 가스 터빈을 포함하는 동력 장치를 이용하여 변환이 제공될 수 있다. 적절한 반응물들, 재생 반응 및 시스템들, 그리고 동력 장치들은 본 발명의 개시된 내용들을 포함할 수 있으며, 하기 문헌들이 전체적으로 참조 문헌들로서 여기에 포함되는데, 본 발명자의 선출원된 미국 특허 출원들로서, 2008년 4월 24일자 PCT 출원 PCT/US08/61455(수소 촉매 반응), 2009년 07월 29일자 PCT 출원 PCT/US09/052072(이종 수소 촉매 반응, 2010년 3월 18일자 PCT 출원 PCT/US10/27828(이종 수소 촉매 동력 시스템), 2011년 3월 17일자 PCT 출원 PCT/US 11/28889(전기화학적 수소 촉매 동력 시스템), 2012년 3월 30일자 PCT 출원 PCT/US 12/3 369(H20-기저 전기화학적 수소 촉매 동력 시스템), 및 2013년 5월 21일자 PCT 출원 PCT/US 13/041938(CIHT 동력 시스템 - "Mills 의 선출원들")이 있으며, 본 발명자의 선공개 자료로서는 R. L. Mills, M. Nansteel, W. Good, G. Zhao 공저의 "Design for a BlackLight Power Multi-Cell Thermally Coupled Reactor Based on Hydrogen Catalyst Systems," Int. J. Energy Research, Vol. 36, (2012), 778-788; doi : 10.1002/er. l834; R. L. Mills, G. Zhao, W. Good, "Continuous Thermal Power System," Applied Energy, Vol. 88, (2011) 789-798, doi: 10.1016/j .apenergy .2010.08.024, and R. L. Mills, G. Zhao, K. Akhtar, Z. Chang, J. He, X. Hu, G. Wu, J. Lotoski, G. Chu, "Thermally Reversible Hydrino Catalyst Systems as a New Power Source," Int. J. Green Energy, Vol. 8, (201 1), 429-473 ("Mills Prior Thermal Power Conversion Publications")이 있다. 다른 실시 예들에서, 동력 시스템은 예를 들어 열적 및 전기화학적 동력 변환기들과 같은 직렬 동력 변환기들, 및 스털링 엔진과 같은 다른 열 엔진들과 같이 본 발명이 기술 분야의 당업자들에게 공지된 다른 열-전력 동력 변환기들 중 하나를 포함한다.
모범적인 일 실시 예에서, SF-CIHT 전지 동력 발전기는 열적 동력 뿐만 아니라 예를 들어 DC 또는 120 V 60 Hz AC 와 같DL 바람직한 파형으로 10MW의 연속적인 동력을 출력시킨다. 고체 연료는 진공에서 점화 및 플라즈마 팽창 중에 H2O에 의해 산화되지 않는 Cu, Ni, Pb, Sb, Bi, Co, Cd, Ge, Au, Ir, Fe, Hg, Mo, Os, Pd, Re, Rh, Ru, Se, Ag, Tc, Te, Tl, Sn, W, Al, V, Zr, Ti, Mn, Zn, Cr, 및 In 의 그룹 중에서 하나의 금속을 함유할 수 있다. 다른 실시 예에서, 고체 연료는 진공에서 그 산화물 AgO 이 가열에 의해 환원될 수 있는 Ag 와 같은 금속을 함유할 수 있다. 대안으로서, 고체 연료는 수소 대기(hydrogen atmosphere) 내에서 그 산화물 CuO 이 가열에 의해 환원될 수 있는 Cu 와 같은 금속을 함유할 수 있다. 고체 연료가 Cu + CuO + H20 를 함유하는 경우를 고려해 보자. 일 실시 예에서, 플라즈마는 Cu 금속이 산화되지 않도록 진공 하에서 형성된다. 그리하여, 점화에 후속하는 연료의 재생은 하이드리노스의 형성에 신경을 쓰지 않게 하도록 단지 H2O 의 추가만을 필요로 하며, H2(l/4) 및 l/202 에 대한 H2O 의 에너지는 50 MJ/mole H2O 이다. 따라서, 반응 생성물은 0.2 moles H20/s로 재수화 된다. Cu 가 산화되는 경우에, CuO 의 모범적인 질량 유량은 10 MJ/s 또는 10 kJ/ms 를 생성하기 위해서 200 kJ/g 에 상응하는 약 50 g CuO/s 이다. CuO 는 0.625 moles H2/s로 환원될 수 있으며, 이는 전해조(electrolyzer)를 이용한 H20 의 전기분해에 의해서 생성될 수가 있다. 이는 싸이클 중에 열로서 복귀되는 약 178 kW의 전력을 필요로 한다. 다른 실시 예에서, Cu20 가 CuO 를 대체하여서 Cu 는 Cu20 를 형성하기 위해서 CuO 와 반응하지 않는다. 고체 연료의 금속으로서 Ag 가 사용되는 경우에, AgO 를 금속 Ag 로 환원시키는데 H2 는 필요치 않고 단지 각각의 싸이클 중에 복귀되는 열 만이 필요하다.
고속으로 하이드리노스를 형성하기 위한 고체 연료의 점화는 0.2 kHz의 반복률(repetition rate)에서 20 kA 동력원에 의해서 개시된다. 동력원은 Miyachi ISA-500CR/IT-1320-3 또는 ISA- 1000CR/IT- 1400-3 와 같은 상용의 용접원이 될 수 있다. Miyachi ISA-500CR/IT-1320-3 장치의 변압기 용량은 34 리터 이며, 이는 고주파수에서 그 변압기를 작동시기는 것과 같은 수단에 의해서 더 소형화될 수가 있다. 동력 조절 용량도 고려되어야 하지만, 제어 전자 기술은 변압기 배수량(displacement)을 제한하도록 소형화될 수 있을 것으로 기대된다. 전원도 출력 동력 조절기로서 적어도 부분적으로 작용한다. 더욱이, 일단 시스템이 개시되면 MHD 또는 PDC 변환기의 발전기와 같은 SF-CIHT 전지 동력 발저기의 전기적 출력의 1% 와 같이 작은 부분이 연료 점화를 유지하기에 충분할 것이다. 따라서, 연료를 점화시키기 위한 고전류 동력원은 본질적으로 SF-CIHT 전지 동력 발전기의 규모에 기여하는 각각의 용량을 가지는 전지 SF-CIHT 전지 및 동력 변환기가 될 수 있다. 약 1 리터의 용량을 가지는 대전식 슈퍼캐퍼시터(charged supercapacitor)가 장치를 시동하는데 사용될 수 있다. 다른 실시 예에서, 시동 동력원은 물론이고 점화 동력원도 점화를 달성하는데 필요한 저전압 고전류를 공급하는 일련의 저전압 고용량 캐패시터들과 같이 적어도 하나의 캐패시터를 포함한다. 상응하는 캐패시터들의 용적은 1.5 리터와 같이 낮은 수준이다. 발전기 동력 출력은 동력 조절이 아주 조금 필요하거나 아예 필요치 않을 정도의 낮은 전압 DC 로 될 수 있다. 전자의 경우는 DC/DC 변환기를 사용하여 달성될 수가 있다.
점화 중에 연료와 접촉하는 표면들 상에 금속화된 세라믹 기어들과 같은 60-치형 기어들(60-teeth gears)을 서로 맞물리게 한 모범적인 경우를 고려하자. 200 RPMs 으로 작동하는 동안 상응하는 점화율은 점화 당 0.2 kHz 또는 5 ms 이다. 이러한 점화 시스템을 갖춘 SF-CIHT 전지는 약 2 리터의 배수량을 갖는다. RLN2 의 MHD 용적식 변환기 밀도가 700 MW/m3 라는 것을 고려하고[Yoshihiro Okuno, "Research activities on MHD power generation at Tokyo Institute of Technology", Tokyo Institute of Technology, 19 December 2013, http://vipsx>siitech.acjp/pdf/O90325--meetingOkuno.pdf], 하이드리노 구동 플라즈마의 상당한 크기의 고이온 밀도 및 초음속 입자 속도들을 고려하면, 변환 밀도는 MHD 배수량의 적어도 10 GW/m3 또는 107 W/liter 으로 되어야만 한다. 모범적인 SF-CIHT 전지 동력 발전기의 동력이 107 W 이고, 그러므로, 예상된 MHD 변환기 용적은 1 리터 이다. 초전도 자석들 및 듀어/극저온 운영 시스템이 다른 6 리터를 대체할 수 있다. 마지막으로, 생성물 회복 및 재생 시스템들이 적어도 약 2 리터를 대체할 것으로 예측되지만, 그러나 재생이 H2 환원을 필요로 한다면 배수량은 더 높아져서 20 리터 이상이 될 수 있을 것이다.
(1) 시동 동력원으로도 작용하며 1.5 리터의 배수량을 가지는 0,2 kHz 의 반복률에서 20 kA 의 전극들에 대한 캐패시터 기지의 동력원과, (2) MHD 또는 PDC 변환기의 발전기와 같이 연료 점화를 유지하기에 충분한 SF-CIHT 전지 동력 발전기의 소량의 전기적 출력과, (3) 200 RPMs 에서 작동하는 서로 맞물리는 60-치형 기어들을 포함하는 점화 시스템을 갖춘 약 2 리터 배수량을 가지는 SF-CIHT 전지와, (4) 2 리터의 보전적 배수량을 가지는 2 개의 섹션을 갖춘 MHD 변환기로서, 초전도 자석들 및 극적온 운영 시스템이 이 용적의 3배, 또 다른 6 리터를 차지하는 MHD 변환기와, (5) 약 2리터의 배수량을 가지는 생성물 회복 및 재생 시스템으로서, 생성물이 반응물들로 재수화되는 생성물 회복 및 재생 시스템과, 그리고 (6) MHD 변환기로부터의 직류 DC 출력을 포함하는 시스템을 고려해 보자. 이 모범적인 실시 예에서 10 MW 시스템의 전체 용적은 1.5 + 2 + 2 + 6 + 2 = 13.5 리터(약 24 cm X 24 cm X 24 cm 또는 약 9.4 ㅇ인치 X 9.4 인치 X 9.4 인치) 이다.
일 실시 예에서, SF-CIHT 전지 동력 발전기는 다수의 SF-CIHT 전지 동력 발전기들의 모듈 유닛으로서 작용할 수 있다. 이러한 모듈 유닛들은 전압, 전류, 및 동력을 소정의 출력으로 증가시키도록 평행하게, 연속적으로, 또는 평행하고 연속적으로 연결될 수 있다. 일 실시예에서, 다수의 모듈 유닛들이 중앙의 격자식 동력 시스템들을 대체하도록 동력을 제공할 수가 있다. 예를 들면, I MW to 10 MW 전기의 다수의 유닛들이 변전소 또는 중앙식 발전소의 동력 발전기를 대체할 수가 있다. SF-CIHT 전지 동력 발전기들은 서로에 대해서, 그리고 다른 전력 조절 및 저장 시스템들, 및 본 발명의 기술 분야의 당업자들에게 공지된 시스템들 및 방법들을 이용한 전기적 유틸러티 격자의 동력 기반 시설과 같은 동력 기반 시설과 서로 연결될 수가 있다.
G. 응용들
SF-CIHT 전지는 격자 및 화석 연료들 기반 시설의 자율적인 잇점을 갖지며 종래의 전기적 동력원들을 대체할 수가 있다. 통상적이고 모범적인 일반 응용들은 가열(공간 및 프로세스 가열 모두)과, 주거용, 상업용, 및 산업용과 같은 전력과, 전기 자동차들, 트럭들, 및 열차들과 같은 원동력과, 전기식 선박 및 잠수함과 같은 해양용과, 전기식 비행기 및 헬리콥터와 같은 항공용과, 그리고 전기 위성들과 같은 항공우주용 이다.
특정의 모범적 응용들은 가정용 및 사무용 전기화, 조명, 전기식 운송 수단, H20 의 전기 분해를 통한 H2 생성, 트럭 냉동, 통신 중계기(telecommunications repeaters), 염수 담수화(salt water desalination), 원격 채광 및 제련, 가정용 및 사무용 가열과 같은 가열, 경보 시스템과 같은 동력 가전용 응용들, 냉장/냉동, 식기 세척기, 오븐, 세탁기/건조기, 잔디 깍는 기계, 재단기, 분사식 제설기, 그리고 개인용 컴퓨터, TV, 및 비데오 플레이어와 같은 상업용 전자 제품들이다. 적절한 가변 치수의 SF-CIHT 전지는 가열기, 세탁기/건조기, 또는 에어컨과 같은 어떤 응용들에 대한 헌식적인 전원들로 구성될 수가 있다.
많은 등용들은 적어도 하나의 AC 및 DC 동력을 상응하는 부하로 출력시키는 SF-CIHT 전지에 의해서 실현될 수 있다, 전기적 SF-CIHT 전지 응용들(200)에 대한 시스템 통합의 개략도가 도 7에 도시되어 있다. 일 실시 예에서, SF-CIHT 전지(202)는 SF-CIHT 전지 제어기(201)에 의해서 제어된다. SF-CIHT 전지는 공급원(204)으로부터 H20를 수용하고, 재생 연료에 H20를 부가하고, 전기로 변환되는 매우 큰 방출력으로 H 를 하이드리노로 변환시킨다. 임의의 부산물 열이 열적 부하로 인도될 수 있고, 또는 열 냉각 시스템(203)에 의해 폐열로서 제거될 수 있다. 출력 전력은 배터리 또는 슈퍼캐패시터와 같은 동력 저장 수단(205)에 저장될 수 있으며, 다음으로 동력 분배 센터(206)로 유동할 수가 있다. 대안적으로, 출력 전기가 직접적으로 동력 분배 센터(206)로 유동할 수도 있다. 플라즈마로부터 MHD 또는 PDC 변환기와 같은 전기 변환기로의 DC 출력을 갖는 일 실시 예에서, 전력은 DC/AC 변환기(207)에 의해 DC로부터 AC 상태로 조절되거나, 또는 DC/DC 변환기(221)에 의해 다른 형태의 DC 전력으로 변경된다.
그리고 나서, 조절된 AC 또는 DC 전력은 AC 동력 제어기(208) 또는 DC 동력 제어기(222), 및 AC 동력 부하(209) 또는 DC 동력 부하(223)으로 각각 유입된다.
AC 또는 DC 모터(215)에 의해서 가동되는 모범적인 기계식 부하들은 가전 제품들(2016), 모터 싸이클, 스쿠터, 골프 카트, 자동차, 트럭, 열차, 트랙터, 및 불도저와 그 밖의 다른 굴착 기계와 같은 원동력 응용물에서와 같은 차량(217), 항공 전자프로펠러 또는 항공기에서와 같은 전자 팬(218), 선박이나 잠수함에서와 같은 해양 프로펠러(219), 회전식 샤프트 기계류(220) 이다. 다른 모범적인 AC 부하는 AC 전기 통신(210), AC 가전 제품9211), AC 전자 기술(212), AC 조명기(213), 그리고 가열 및 공기 조절과 같은 AC 공간 및 프로세스 조절기(214) 이다.
상응하는 적적한 모범적 DC 부하는 데이터 센터와 같은 DC 통신(224), DC 가전 제품(225), DC 전자 기술(226), 그리고 가열 및 공기 조절과 같은 DC 공간 및 프로세스 조절기(228) 이다.
H20와 같은 공급원으로부터 제공되는 H의 하이드리노로의 변환으로부터 파생된 전력 및 화력 중 적어도 하나를 이용하고 회전축계의 형태로 기계적인 동력을 출력하는 SF-CIHT 전지에 의해서, 엄청난 수의 전력 응용들이 실현될 수 있다. 열적 및 하이브리드 전기-열 SF-CIHT 전지 응용(300)을 위한 장치 통합의 개략도가 도 8에 도시되어 있다. 일 실시 예에 있어서, SF-CIHT 전지(302)는 SF-CIHT 전지 컨트롤러(31)에 의해서 제어된다. SF-CIHT 전지(302)는 공급원(303)으로부터 H20를 수용하여 재생 연료에 H20를 추가하고, 플라즈마-전기 변환기를 사용하여 전기로 직접적으로 변환되거나 열-전기 변환기를 사용하여 전기로 간접적으로 변환되거나 또는 또는 화력이 직접적으로 출력될 플라즈마 파워의 매우 큰 방출을 통해서 H를 하이드리노로 변환시킨다. 그 전기는 외부 열교환기(305)를 가열할 전기 히터(304)로 유동하게 될 것이다. 이와는 달리, 열은 SF-CIHT 전지(302)로부터 외부 열교환기(305)로 직접적으로 유동할 것이다. 공기와 같은 동작가스는 비직화식 터빈(306) 내로 유동하고, 외부 열교환기(305)에 의해서 가열되며, 이에 의해 이것은 SF-CIHT 전지(302)로부터 화력을 수용한다. 가열된 동작가스는 비직화식 터빈(306)의 블레이드들 상에서 압력-체적 일을 수행하고 터빈 축의 회전을 유발시킨다. 회전축계은 다수의 형식의 기계적인 부하들을 구동시킬 것이다. 적당한 바람직한 기계적인 부하들은 원동력 응용에서와 같은 바퀴들(307), 전력발전에서와 같은 발전기(308), 항공기에서와 같은 항공 전기프로펠러 또는 전기팬(309), 선박 및 잠수함에서와 같은 선박 프로렐러, 및 회전축 기계장치(311)를 포함한다. 발전기(308)로부터 제공되는 전력은 전기 동력 및 고정 전력과 같은 다른 응용을 위해서 사용될 것이다. 이러한 응용 및 다른 응용들은 상기 통합된 장치 또는 도 7에 도시된 통합장치의 일부를 사용하여 달성될 것이다.
일 실시 예에 있어서, SF-CIHT 전지로부터 제공되는 전력은 전달된 전력을 수용할 수 있는 안테나에 의해서 수신될 원하는 주파수 대역에서 안테나를 구동시키도록 사용된다. 그 전력은 MP3 플레이어나 비디오 플레이어와 같은 개인용 컴퓨터 또는 오락 시스템의 셀룰러폰과 같은 전자장치를 작동시키도록 사용될 것이다. 다른 실시 예에 있어서, 수신 안테나는 전송된 전력을 수집하여 전자장치들을 작동시키도록 배터리를 충전시킨다.
본 발명은 하이드리노 반응으로부터 전기로 방출된 에너지의 직접적인 변환을 제공하는 저에너지(하이드리노) 상태로 수소의 촉매반응으로부터 기전력(EMF)을 발생시키는 배터리 또는 연료전지 장치에 관한 것이며, 상기 장치는,
별도의 전자 유동과 이온 질량 전달로 전지 작동과정 동안에 하이드리노 반응물들을 구성하는 반응물들;
음극을 포함하는 음극 컴파트먼트;
양극을 포함하는 양극 컴파트먼트; 및
수소 공급원;을 포함한다.
본 발명의 다른 실시 예들은 하이드리노 반응으로부터 방출된 에너지의 전기로의 직접적인 변화를 제공하는 저 에너지 (하이드리노) 상태들로 상기 수소의 촉매작용으로부터 기전력(EMF)을 발생시키는 배터리 또는 연료전지장치에 관한 것이며, 상기 장치는, 촉매 또는 촉매 공급원; 원자수소 또는 원자수소 공급원; 상기 촉매 또는 촉매 공급원 및 상기 원자수소 또는 원자수소 공급원을 형성하기 위한 반응물들; 원자수소의 촉매반응을 개시하기 위한 하나 또는 그 이상의 반응물들; 상기 촉매반응을 가능하게 하기 위한 지지물 - 임의의 염다리, 별도의 전자 유동과 이온 질량 전달로 전지 작동과정 동안에 하이드리노 반응물들을 구성하는 반응물들, 및 수소 공급원을 더 포함할 수 있음 -;로부터 선택된 적어도 2개의 성분들을 포함한다.
본 발명의 일 실시 예에 있어서, 본 발명의 교환반응과 같은 하이드리노 반응을 개시하기 위한 반응 혼합물 및 반응은, 하이드리노들을 형성하기 위해서 수소의 반응에 의해 전력이 발달되는 연료전지를 기초로 한다.
산화-환원 전지 반쪽 반응으로 인하여, 하이드리노-생성 반응 혼합물은 전기회로를 완성하도록 외부 회로를 통한 전자들의 이주 및 별도 경로를 통한 이온질량 수송을 통해서 구성된다. 상기 반쪽-전지 반응들의 합에 의해서 주어지는 하이드리노들을 생성하는 전체 반응 및 대응하는 반응 혼합물은 반응 타입의 화력 및 본 발명의 하이드리노 화학 생성물을 포함할 것이다.
본 발명의 일 실시 예에 있어서, 다른 온도, 압력 및 농도 중 적어도 하나와 같은 다른 상태나 조건하에서 다른 반응물들 또는 같은 반응물들이 다른 전지 컴파트먼트들에 제공되는데, 이들은 컴파트먼트들 사이에서 전기회로를 완결하기 위해 전자 및 이온들을 위한 별도의 도관들에 의해서 연결된다. 별도 컴파트먼트들의 전극들 사이의 퍼텐셜 및 전력 이득 또는 장치의 열적 이득은 하나의 컴파트먼트로부터 다른 하나로 질량 유동에 대한 하이드리노 반응의 의존으로 인해 발생된다. 질량 유동은 하이드리노들을 생성하도록 반응하는 반응 혼합물의 형성 및 하이드리노 반응을 상당한 비율로 일어나도록 허용하는 조건들 중 적어도 하나를 제공한다. 이상적으로, 하이드리노 반응은 전자 유동 및 이온 질량 수송의 부재하에 주목할만한 비율로 일어나지 않는다.
또 다른 실시 예에 있어서, 상기 전지는 전극들을 통해 적용된 전기분해 파워에 걸쳐서 전력 및 화력 이득 중 적어도 하나를 생성한다.
일 실시 예에 있어서, 하이드리노들을 형성하기 위한 반응물들은 열적 재생 또는 전해 재생 중 적어도 하나이다.
본 발명의 실시 예들은, 음극, 양극, 및 별도의 전자 유동 및 이온 질량 수송으로 전지 작동과정 동안에 하이드리노 반응물들을 구성하는 반응물들을 포함하며 기전력 (EMF)과 열 에너지를 발생시키는 전기화학적 전력장치에 관한 것이며, 상기 전력장치는, (a) nH, OH, OH-, H20, H2S, 또는 MNH2의 그룹 중 적어도 하나를 함유하는 촉매 공급원 또는 촉매 - 여기에서 n은 정수이고 M은 알칼리 금속임 -; (b) 원자수소 공급원 또는 원자수소; (c) 촉매 공급원, 촉매, 원자수소 공급원, 및 원자수소 중 적어도 하나를 형성하기 위한 반응물; 원자수소의 촉매반응을 개시하기 위한 하나 또는 그 이상의 반응물들; 및 지지물로부터 선택된 적어도 두개의 성분들을 포함한다. 다음 조건들 중 적어도 하나는 상기 전기화학적 전력장치에서 일어날 것이다: (a) 원자수소 및 수소 촉매는 반응 혼합물의 반응에 의해서 형성됨; (b) 반응을 겪는 것에 의해서 한 반응물은 촉매반응이 활성화 되도록 함; 그리고 (c) 상기 촉매반응을 유발하는 반응은, (i) 발열반응; (ii) 결합반응; (iii) 자유 라디칼 반응; (iv) 산화-환원 반응; (v) 교환반응, 및 (vi) 게터, 지지물, 또는 매트릭스-지원 촉매반응;으로부터 선택된 반응을 포함함. 일 실시 예에 있어서, 적어도 하나의 (a) 다른 반응물들 또는 (b) 다른 상태나 조건하의 같은 반응물들 중 적어도 하나는, 컴파트먼트들 사이에서 전기회로를 완결하기 위해 전자 및 이온들을 위한 별도의 도관들에 의해서 연결되는 다른 전지 컴파트먼트들에 제공된다. 내부 질량 유동 및 외부 전자 유동 중 적어도 하나는, (a) 하이드리노들을 생성하도록 반응하는 상기 반응 혼합물들의 형성; 및 (b) 상기 하이드리노 반응이 상당한 비율로 진행되도록 허용하는 조건의 형성;이 일어나도록 이 조건들 중 적어도 하나를 제공할 것이다. 일 실시 예에 있어서, 하이드리노를 형성하기 위한 반응물들은, 열적으로 또는 전해적으로 재생되는 것 중 적어도 하나이다. 전기에너지 및 열에너지 출력 중 적어도 하나는 상기 생성물로부터 상기 반응물들을 재생하는데 필요한 것보다 많을 것이다.
본 발명의 다른 실시 예들은, 음극, 양극, 및 별도의 전자 유동 및 이온 질량 수송으로 전지 작동과정 동안에 하이드리노 반응물들을 구성하는 반응물들을 포함하며 기전력(EMF)과 열 에너지를 발생시키는 전기화학적 전력장치에 관한 것이며, 상기 전력장치는,
(a) 02, 03,,,O, 0+, H20, H30+, OH, OH+, OH-, HOOH, OOH-, O-, 02 - 로부터 선택되고 OH 및 H20 중 적어도 하나를 형성하기 위해서 H 종들과의 산화반응을 겪는 산소 종들 중 적어도 하나를 함유하는 촉매 공급원 또는 촉매 - 상기 H 종들은 H2, H, H+, H20, H30+, OH, OH+, OH-, HOOH, 및 OOH- 중 적어도 하나를 함유함 -; (b) 원자수소 공급원 또는 원자 수소; (c) 촉매 공급원, 촉매, 원자수소 공급원, 및 원자수소 중 적어도 하나를 형성하기 위한 반응물들; 및 원자수소의 촉매반응을 개시하기 위한 하나 또는 그 이상의 반응물들; 및 지지물로부터 선택된 적어도 두개의 성분들을 포함한다. 산소 종들의 공급원은, O, 02, 공기, 산화물, NiO, CoO, 알칼리금속 산화물, Li20, Na20, K20, 알칼리토 금속 산화물, MgO, CaO, SrO, 및 BaO, Cu, Ni, Pb, Sb, Bi, Co, Cd, Ge, Au, Ir, Fe, Hg, Mo, Os, Pd, Re, Rh, Ru, Se, Ag, Tc, Te, Tl, Sn, 및 W의 그룹으로부터 얻은 산화물, 과산화물, 알칼리금속 과산화물, 초과산화물, 알칼리 또는 알칼리토금속 초과산화물, 수산화물, 알칼리, 알칼리토, 천이 금속, 내부 천이 금속, 및 III, IV, 또는 V족, 수산화물, 옥시수산화물, AlO(OH), ScO(OH), YO(OH), VO(OH), CrO(OH), MnO(OH)(-MnO(OH) 그라우타이트 및 -MnQ(OH) 망가나이트), FeO(OH), CoO(OH), NiO(OH), RhO(OH), GaO(OH), InO(OH), Ni1/2Co1/2O(OH), 및 Ni1 / 3Co1 / 3Mn1 /3O(OH)를 함유하는 적어도 하나의 화합물 또는 화합물들의 혼합물을 포함할 것이다. H 종들의 공급원은 H, 금속 수산화물, LaNi5H6, 수산화물, 옥시수산화물, H2, H2 공급원, H2 및 수소 투과성 멤브레인, NiPt(H2), Ni(H2), V(H2), Ti(H2), Nb(H2), Pd(H2), PdAg(H2), Fe(H2), 및 430 SS (H2)와 같은 스테인레스강을 함유하는 적어도 하나의 화합물 또는 화합물들의 혼합물을 포함할 것이다.
또 다른 실시 예에 있어서, 전기화학적 전력장치는 수소 양극; 수산화물을 함유하는 용융염 전해질, 및 O2 및 H2O 음극 중 적어도 하나를 포함한다. 수소 양극은 NiPt(H2), Ni(H2), V(H2), Ti(H2), Nb(H2), Pd(H2), PdAg(H2), Fe(H2), 및 430 SS(H2)중 적어도 하나와 같은 수소 투과성 전극; H2를 살포할 다공성 전극; R-Ni, LaNi5H6, La2Co1Ni9H6, ZrCr2H3 .8, LaNi3 . 55Mn0 . 4Al0 . 3Co0 .75, ZrMn0 . 5Cr0 .2V0. 1Ni1 .2로부터 선택된 수소화물과 같은 수소화물; 수소를 저장할 수 있는 다른 합금들, AB5(LaCePrNdNiCoMnAl) 또는 AB2(VTiZrNiCrCoMnAlSn) 타입 - 여기에서, "ABx" 표시는 A-타입 요소들(LaCePrNd 또는 TiZr)의 비율 대 B-타입 요소들(VNiCrCoMnAlSn)의 비율을 나타냄 -; AB5 타입; MmNi3 . 2Co1 . 0Mn0 . 6Al0 . 11Mo0 .09(Mm = 미슈 메탈: 25wt% La, 50wt% Ce, 7wt% Pr, 18wt% Nd), AB2-타입: Ti0 . 51Zr0 .49V0. 70Ni1 . 18Cr0 .12 합금들, 마그네슘-기지 합금들, Mg1 . 9Al0 . 1Ni0 . 8Co0 . 1Mn0 . 1합금, Mg0 . 72Sc0 .28(Pd0 .012 + Rh0 .012), 및 Mg80Ti20, Mg80V20, La0 . 8Nd0 . 2Ni2 . 4Co2 . 5Si0 .1, LaNi5 - xMx (M= Mn, Al), (M=Al, Si, Cu), (M= Sn), (M= Al, Mn, Cu) 및 LaNi4Co, MmNi3 . 55Mn0 . 44Al0 . 3Co0 .75, LaNi3.55Mn0.44Al0.3Co0.75, MgCu2, MgZn2, MgNi2, AB 화합물, TiFe, TiCo, 및 TiNi, ABn 화합물 (n = 5, 2, 또는 1), AB3-4 화합물, ABx (A = La, Ce, Mn, Mg, B = Ni, Mn, Co, Al), ZrFe2, Zr0 . 5Cs0 . 5Fe2, Zr0 . 8Sc0 . 2Fe2, YNi5, LaNi5, LaNi4 . 5Co0 .5, (Ce, La, Nd, Pr)Ni5, 미슈메탈(Mischmetal)-니켈 합금, Ti0 . 9Zr0 .02V0. 43Fe0 . 09Cr0 . 05Mn1 .5, La2Co1Ni9, FeNi, 및 TiMn2 중 적어도 하나를 포함한다. 용융염은 하나 또는 그 이상의 다른 수산화물, 할로겐화물, 질화물, 황화물, 탄산염 및 인산염과 같은 적어도 하나의 다른 염과 수산화물을 포함할 것이다. 용융염은, CsN03-CsOH, CsOH-KOH, CsOH-LiOH, CsOH-NaOH, CsOH-RbOH, K2C03-KOH, KBr-KOH, KCl-KOH, KF-KOH, KI-KOH, KNO3-KOH, KOH-K2S04, KOH-LiOH, KOH-NaOH, KOH-RbOH, Li2C03-LiOH, LiBr-LiOH, LiCl-LiOH, LiF-LiOH, Lil-LiOH, LiN03-LiOH, LiOH-NaOH, LiOH-RbOH, Na2C03-NaOH, NaBr-NaOH, NaCl-NaOH, NaF-NaOH, Nal-NaOH, NaN03-NaOH, NaOH-Na2S04, NaOH-RbOH, RbCl-RbOH, RbN03-RbOH, LiOH-LiX, NaOH-NaX, KOM-KX, RbOH-RbX, CsOH-CsX, Mg(OH)2-MgX2, Ca(OH)2-CaX2, Sr(OH)2-SrX2, 또는 Ba(OH)2-BaX2(여기에서 X = F, CI, Br, 또는 I) 및 LiOH, NaOH, KOH, RbOH, CsOH, Mg(OH)2, Ca(OH)2, Sr(OH)2, 또는 Ba(OH)2 및 하나 또는 그 이상의 AIX3, VX2, ZrX2, TiX3, MnX2, ZnX2, CrX2, SnX2, InX3, CuX2, NiX2, PbX2, SbX3, BiX3, CoX2, CdX2, GeX3, AuX3, IrX3, FeX3, HgX2, MoX4, OsX4, PdX2, ReX3, RhX3, RuX3, SeX2, AgX2, TcX4, TeX4, TIX, 및 WX4(여기에서 X =F, CI, Br, 또는 I)로부터 선택된 적어도 하나의 염 혼합물을 포함할 것이다. 용융염은 염 혼합물 전해질의 음이온들에 대해 공통인 양이온; 또는 양이온들에 대해 공통인 음이온을 포함할 것이며, 상기 수산화물은 상기 혼합물의 다른 염에 대하여 안정적이다.
본 발명의 다른 실시 예에 있어서, 전기화학적 전력장치는 [M"(H2)/MOH-M'할로겐화물/M'''] 및 [M"(H2)/M(OH)2-M'할로겐화물/M"'] 중 적어도 하나를 포함하며, 여기에서, M은 알칼리 또는 알칼리토 금속, M'은 알칼리 또는 알칼리토 금속의 산화물보다 덜 안정적인 것들 중 적어도 하나이거나 또는 물에 대한 낮은 반응도를 갖는 수산화물과 산화물을 갖는 금속, M"는 수소 투과성 금속이고, M'"은 전도체이다. 일 실시 예에 있어서, M' 는 Cu, Ni, Pb, Sb, Bi, Co, Cd, Ge, Au, Ir, Fe, Hg, Mo, Os, Pd, Re, Rh, Ru, Se, Ag, Te, Te, Tl, Sn, W, Al, V, Zr, Ti, Mn, Zn, Cr, 및 In로부터 선택된 것과 같은 금속이다. 이와는 달리, M 및 M'는 Li, Na, K, Rb, Cs, Mg, Ca, Sr, Ba, Al, V, Zr, Ti, Mn, Zn, Cr, Sn, In, Cu, Ni, Pb, Sb, Bi, Co, Cd, Ge, Au, Ir, Fe, Hg, Mo, Os, Pd, Re, Rh, Ru, Se, Ag, Tc, Te, Ti, 및 W로부터 독립적으로 선택된 것과 같은 금속이 될 수 있다. 다른 바람직한 장치들은 [M'(H2)/MOH M"'X/M"']를 포함하는데, 여기에서 M, M', M", 및 M"'은 금속 양이온 또는 금속이고, X는 수산화물, 할로겐화물, 질화물, 황화물, 탄산염 및 인산염으로부터 선택된 하나와 같은 양이온이고, M'는 H2 투과성을 갖는다. 일 실시 예에 있어서, 수소 양극은 방전하는 동안에 전해질과 반응하는 V, Zr, Ti, Mn, Zn, Cr, Sn, In, Cu, Ni, Pb, Sb, Bi, Co, Cd, Ge, Au, Ir, Fe, Hg, Mo, Os, Pd, Re, Rh, Ru, Se, Ag, Tc, Te, Tl, 및 W로부터 선택된 적어도 하나와 같은 금속을 포함한다. 다른 실시 예에 있어서, 전기화학적 전력장치는 수소 공급원; OH, OH", 및 H20 촉매 중 적어도 하나를 형성할 수 있고 H를 제공할 수 있는 수소 양극; 02 및 H20 중 적어도 하나의 공급원; 02 및 H20 중 적어도 하나를 환원시킬 수 있는 음극; 알칼리 전해질; H20 증기, N2, 및 02 중 적어도 하나를 수집하고 재순환시킬 수 있는 선택적인 장치를 포함한다.
본 발명은 양극을 포함하는 전기화학적 전력장치에 관한 것이며, 상기 양극은, V, Zr, Ti, Mn, Zn, Cr, Sn, In, Cu, Ni, Pb, Sb, Bi, Co, Cd, Ge, Mi. Ir, Fe, Hg, Mo, Os, Pd, Re, Rh, Ru, Se, Ag, Tc, Te, Ti, 및 W로부터 선택된 하나와 같은 금속; R-Ni, LaNi5H6, La2Co1Ni9H6, ZrCr2H3 .8, LaNi3 . 55Mn0 . 4Al0 . 3Co0 .75, ZrMn0.5Cr0.2V0.1Ni1.2로부터 선택된 하나와 같은 금속 수소화물; AB5(LaCePrNdNiCoMnAl) 또는 AB2(VTiZrNiCrCoMnAlSn) 타입 - 여기에서, "ABx" 표시는 A-타입 요소들(LaCePrNd 또는 TiZr)의 비율 대 B-타입 요소들(VNiCrCoMnAlSn)의 비율을 나타냄 -; AB5 타입, MmNi3 . 2Co1 . 0Mn0 . 6Al0 . 11Mo0 .09(Mm = 미슈 메탈: 25wt% La, 50wt% Ce, 7wt% Pr, 18wt% Nd), AB2-타입: Ti0 . 51Zr0 .49V0. 70Ni1 . 18Cr0 .12 합금들로부터 선택된 하나와 같이 수소를 저장할 수 있는 다른 합금들; 마그네슘-기지 합금들, Mg1 . 9Al0 . 1Ni0 . 8Co0 . 1Mn0 . 1합금, Mg0 . 72Sc0 .28(Pd0 .012 + Rh0 .012), 및 Mg80Ti20, Mg80V20, La0.8Nd0.2Ni2.4Co2.5Si0.1, LaNi5 - xMx (M= Mn, Al), (M=Al, Si, Cu), (M= Sn), (M= Al, Mn, Cu) 및 LaNi4Co, MmNi3 . 55Mn0 . 44Al0 . 3Co0 .75, LaNi3 . 55Mn0 . 44Al0 . 3Co0 .75, MgCu2, MgZn2, MgNi2, AB 화합물, TiFe, TiCo, 및 TiNi, ABn 화합물 (n = 5, 2, 또는 1), AB3-4 화합물, ABx (A = La, Ce, Mn, Mg, B = Ni, Mn, Co, Al), ZrFe2, Zr0 . 5Cs0 . 5Fe2, Zr0.8Sc0.2Fe2, YNi5, LaNi5, LaNi4 . 5Co0 .5, (Ce, La, Nd, Pr)Ni5, 미슈메탈(Mischmetal)-니켈 합금, Ti0 . 9Zr0 .02V0. 43Fe0 . 09Cr0 . 05Mn1 .5, La2Co1Ni9, FeNi, 및 TiMn2; 분리기; 수성 알칼리 전해질; O2 및 H2O 환원 음극 중 적어도 하나, 및 공기 및 O2의 적어도 하나를 포함한다. 전기화학적 장치는 전지를 간헐적으로 충전 및 방전시켜서 순수 에너지 밸런스에서 이득이 존재하는 전기분해 장치를 더 포함할 것이다. 이와는 달리, 전기화학적 전력장치는 수소화물 양극을 재수화함으로써 전력장치를 재생하는 수소발생장치를 포함하거나 더 포함할 것이다.
또 다른 실시 예는 기전력(EMF) 및 열에너지를 발생시키는 전기화학적 전력장치를 포함하며, 상기 장치는 용융 알칼리 금속 양극; 베타-알루미나 고체 전해질(BASE), 및 수산화물을 함유한 용융염 음극을 포함한다. 용융염 음극은 표 4의 것들 중 하나와 같은 공융 혼합물, 및 수소 투과성 멤브레인 및 H2 가스와 같은 수소 공급원을 포함할 것이다. 촉매 또는 촉매 공급원은 OH, OH-, H20, NaH, Li, K, Rb+, 및 Cs로부터 선택될 것이다. 용융염 음극은 알칼리 수산화물을 포함할 것이다. 상기 장치는 수소 반응기 및 금속-수산화물 분리기를 더 포함할 것이며, 여기에서 알칼리 금속 음극 및 알칼리 수산화물 음극은 생성 산화물의 수소화 및 결과로서 생긴 금속과 금속 수산화물의 분리에 의해서 재생된다.
전기화학적 전력장치의 또 다른 실시 예는, 수소 투과성 멤브레인 및 H2 가스로부터 선택된 것과 같은 수소 공급원, 및 용융 수산화물을 더 함유하는 수소화물을 포함하는 양극; 베타-알루미나 고체 전해질(BASE); 및 용융 요소 및 용융 할로겐 염 또는 혼합물 중 적어도 하나를 함유하는 음극을 포함한다. 적당한 음극들은 In, Ga, Te, Pb, Sn, Cd, Hg, P, S, I, Se, Bi, 및 As 중 하나를 함유하는 용융 요소 음극을 포함한다. 이와는 달리, 음극은 NaX(X는 할로겐화물), 및 NaX, AgX, AlX3, AsX3, AuX, AuX3, BaX2, BeX2, BiX3, CaX2, CdX3, CeX3, CoX2, CrX2, CsX, CuX, CuX2, EuX3, FeX2, FeX3, GaX3, GdX3, GeX4, HfX4, HgX, HgX2, InX, InX2, InX3, IrX, IrX2, KX, KAgX2, KALX4, K3AlX6, LaX3, LiX, MgX2, MnX2, MoX4, MoX5, MoX6, NaAlX4, Na3AlX6, NbX5, NdX3, NiX2, OsX3, OsX4, PbX2, PdX2, PrX3, PtX2, PtX4, PuX3, RbX, ReX3, RhX, RhX3, RuX3, SbX3, SbX5, ScX3, SiX4, SnX2, SnX4, SrX2, ThX4, TiX2, TiX3, TIX, UX3, UX4, VX4, WX6, YX3, ZnX2, 및 ZrX4의 그룹의 하나 또는 그 이상을 포함하는 용융 염 음극이 될 것이다.
기전력(EMF) 및 열에너지를 발생시키는 전기화학적 전력장치의 또 다른 실시 예는, Li를 함유하는 양극; 유기 용제, 무기 Li 전해질과 LiPF6 중 적어도 하나를 함유하는 전해질; 올레핀 분리기; 및 옥시수산화물, AlO(OH), ScO(OH), YO(OH), VO(OH), CrO(OH), MnO(OH)(α-MnO(OH) 그라우타이트 및 γ -MnO(OH) 망가나이트), FeO(OH), CoO(OH), NiO(OH), RhO(OH), GaO(OH), InO(OH), Ni1 / 2Co1 /2O(OH), 및 Ni1/3Co1/3O(OH) 중 적어도 하나를 함유하는 음극을 포함한다.
다른 실시 예에 있어서, 전기화학적 전력장치는 Li, 리튬 합금, Li3Mg, 및 Li-N-H 계의 종들 중 적어도 하나를 함유하는 양극; 용융염 전해질, H2 가스와 다공성 음극을 함유하는 수소 음극; H2 및 수소 투과성 멤브레인; 금속 수소화물, 알칼리, 알칼리토, 천이 금속, 내부 천이 금속, 및 희토류 수소화물 중 하나를 포함한다.
본 발명은 전기화학적 전력장치에 관한 것으로, 상기 전기화학적 전력장치는,
(a) (i) NiPt(H2), Ni(H2), V(H2), Ti(H2), Fe(H2), Nb(H2)로부터 선택된 하나와 같은 수소 투과성 금속 및 수소 가스 또는 LaNi5H6, TiMn2Hx, 및 La2Ni9CoH6(x는 정수)로부터 선택된 하나와 같은 금속 수소화물을 함유하는 양극; (ii) MOH 또는 M(OH)2, 또는 M'X 또는 M'X2 타입의 MOH 또는 M(OH)2 - 여기에서, M 및 M'은 Li, Na, K, Rb, Cs, Mg, Ca, Sr, 및 Ba로부터 독립적으로 선택된 것들과 같은 금속이고, X는 수산화물, 할로겐화물, 황화물, 및 탄산염으로부터 선택된 하나와 같은 양이온 - 로부터 선택된 하나와 같은 용융 전해질; 및 (iii) 상기 양극의 것과 동일한 금속을 함유하고 공기 또는 O2를 더 함유하는 음극;
(b) (ⅰ) R-Ni, Cu, Ni, Pb, Sb, Bi, Co, Cd, Ge, Au, Ir, Fe, Hg, Mo, Os, Pd, Re, Rh, Ru, Se, Ag, Tc, Te, Tl, Sn, W, Al, V, Zr, Ti, Mn, Zn, Cr, 및 In으로부터 선택된 하나와 같은 적어도 하나의 금속을 함유하는 양극; (ii) 약 10M의 농도범위를 갖는 포화될 수성 알칼리 수산화물을 함유하는 전해질; (iii) 올레핀 분리기, 및 (iv) 탄소 음극, 그리고 공기 또는 O2를 더 함유함;
(c) (i) Ni 및 수소가스와 같은 수소 투과성 멤브레인 및 용융 NaOH를 포함하는 양극; (ii) 베타 알루미나 고체 전해질(BASE)로 이루어진 전해질, 및 (iii) NaCl-MgCl2, NaCl-CaCl2, 또는 MX-M'X2' (M은 알칼리, M'는 알칼리토, 및 X 와 X'는 할로겐화물)과 같은 용융 공융염을 함유하는 음극;
(d) (i) 용융 Na를 함유하는 양극; (ii) 베타 알루미나 고체 전해질(BASE)을 함유하는 전해질, 및 (iii) 용융 NaOH를 함유하는 음극;
(e) (i) LaNi5H6과 같은 수소화물을 함유하는 양극; (ii) 약 10M의 농도범위를 갖는 포화될 수성 알칼리 수산화물을 함유하는 전해질; (iii) 올레핀 분리기, 및 (iv) 탄소 음극, 그리고 공기 또는 O2를 더 함유함;
(f) (i) Li를 함유하는 양극; (ii) 올레핀 분리기; (ii) LP30 및 LiPF6를 함유하는 것과 같은 유기 전해질, 및 (ⅳ) CoO(OH)와 같은 옥시수산화물을 함유하는 음극;
(g) (i) Li3Mg와 같은 리튬합금을 포함하는 양극; (ii) LiCl-KCl 또는 MX-M'X' (M 및 M'은 알칼리, X 및 X'은 할로겐화물)과 같은 용융염 전해질, 및 (iii) CeH2, LaH2, ZrH2, 및 TiH2로부터 선택된 것과 같은 금속 수소화물을 함유하는 음극, 그리고 카본 블랙을 더 함유함; 및
(h) (i) Li를 함유하는 양극; (ii) LiCl-KCl 또는 MX-M'X' (M 및 M'는 알칼리, X 및 X'은 할로겐화물)와 같은 용융염 전해질, 및 (iii) CeH2, LaH2, ZrH2, 및 TiH2로부터 선택된 것과 같은 금속 수소화물을 함유하는 음극, 그리고 카본 블랙을 더 함유함;
의 상기 전지들 (a) 내지 (h) 중 적어도 하나를 포함한다.
본 발명은, 전지들 [Ni(H2)/LiOH-LiBr/Ni] - 여기에서, 수소 전극 지정된 Ni(H2)는 수소의 침투, 살포 및 간헐적 전기분해 소오스 중 적어도 하나를 포함함 -; [PtTi/H2S04 (약 5 M aq) 또는 H3PO4 (약 14.5 M aq)/PtTi] 간헐적 전기분해; 및 [NaOH Ni(H2)/BASE/NaCi MgCl2] - 여기에서, 수소 전극 지정된 Ni(H2)는 수소의 침투 소오스를 포함함 -;중 적어도 하나를 포함하는 전기화학적 전력장치에 관한 것이다. 적당한 실시 예들에 있어서, 수소 전극은 Nio와 같은 보호성 산화물 피복을 갖도록 준비된 니켈과 같은 금속을 포함한다. 산화물 피복은 산소를 함유하는 것과 같은 산화분위기에서의 아노다이징 또는 산화에 의해 형성될 것이다.
본 발명은 전기화학적 전력장치에 관한 것으로, 상기 전기화학적 전력장치는,
(a) (i) 수소의 침투, 살포 및 간헐적 전기분해 소오스 중 적어도 하나를 포함하는 수소 전극 지정된 Ni(H2)를 함유하는 양극; (ii) MOH 또는 M(OH)2, 또는 M'X 나 M'X2 타입의 MOH 또는 M(OH)2 - 여기에서 M 및 M'은 Li, Na, K, Rb, Cs, Mg, Ca, Sr 및 Ba로부터 독립적으로 선택된 것과 같은 금속이고, X는 수산화물, 할로겐화물, 황화물, 및 탄산염으로부터 선택된 하나와 같은 양이온 - 로부터 선택된 하나와 같은 용융 전해질; 및 (iii) 상기 양극의 것과 동일한 금속을 함유하고 공기 또는 O2를 더 함유하는 음극;
(b) (i) 수소의 침투, 살포 및 간헐적 전기분해 소오스 중 적어도 하나를 포함하는 수소 전극 지정된 Ni(H2)를 함유하는 양극; (ii) LiOH-LiBr, NaOH-NaBr, 또는 NaOH-NaI와 같은 용융 전해질, 및 (iii) 상기 양극의 것과 동일한 금속을 함유하고 공기 또는 O2를 더 함유하는 음극;
(c) (i) Pt/Ti와 같은 귀금속을 함유하는 양극; (ii) 각각 1M 내지 10 M, 및 5M 내지 15M의 농도범위를 갖는 H2S04 또는 H3P04와 같은 수성산 전해질; 및 (iii) 상기 양극의 것과 동일한 금속을 함유하고 공기 또는 O2를 더 함유하는 음극; 및
(d) (i) 수소의 침투 소오스를 함유하는 수소 전극 지정된 Ni(H2) 및 용융 NaOH를 포함하는 양극; (ii) 베타 알루미나 고체 전해질(BASE)로 이루어진 전해질, 및 (iii) NaCl-MgCl2, NaCl-CaCl2, 또는 ΜΧ-Μ'Χ2'(M은 알칼리, M'는 알칼리토, 그리고 X 및 X'는 할로겐화물);
의 상기 전지들 (a) 내지 (d) 중 적어도 하나를 포함한다.
본 발명의 다른 실시 예들은 저에너지 상태를 형성하기 위해서 n=1 상태인 원자 H를 유도할 수 있는 수소 촉매, 원자 수소 공급원, 및 저에너지 수소를 형성하도록 상기 반응을 개시하고 전파할 수 있는 다른 종들을 포함하는 전기화학적 전지의 것들과 같은 촉매장치에 관한 것이다. 몇몇 실시 예들에 있어서, 본 발명은 하이드리노스를 형성하기 위해 수소의 촉매반응을 지지하기 위해서 적어도 하나의 원자수소 공급원, 적어도 하나의 촉매 또는 촉매 공급원을 포함하는 반응 혼합물에 관한 것이다. 고체 및 액체 연료들에 대해 여기에서 설명한 반응물들과 반응은, 위상의 혼합을 포함하는 이종 연료들의 반응물들 및 반응들이다. 반응 혼합물은 수소 촉매 또는 수소 촉매 공급원 및 원자수소 또는 원자수소 공급원으로부터 선택된 적어도 두개의 성분들을 포함하며, 여기에서 원자수소 및 수소 촉매 중 적어도 하나는 반응 혼합물의 반응에 의해서 형성될 것이다. 추가적인 실시 예들에 있어서, 반응 혼합물은 지지물(몇몇 실시 예들에 있어서 전도성을 가짐), 환원제, 및 산화제를 더 포함하며, 여기에서 적어도 하나의 환원제는 반응을 거치는 것에 의해 촉매반응이 활성화되도록 한다. 상기 반응물들은 가열에 의해 어느 비-하이드리노 생성물을 위해 재생될 것이다.
본 발명은 또한 전원에 관한 것이며, 상기 전원은,
원자수소의 촉매반응을 위한 반응 전지;
반응 용기;
진공펌프;
상기 반응용기와 연결된 원자수소 공급원;
상기 반응용기와 연결되고 벌크재료를 함유한 수소촉매의 공급원 - 상기 원자수소 공급원 및 상기 수소촉매 공급원 중 적어도 하나의 공급원은 원자 수소와 수소촉매 중적어도 하나 및 적어도 하나의 다른 요소를 형성하는 요소 또는 요소들을 포함하는 적어도 하나의 반응물을 함유한 반응 혼합물을 포함하며, 이에 의해서 원자수소 및 수소촉매 중 적어도 하나는 상기 공급원으로부터 형성됨 -;
촉매반응을 유도하기 위한 적어도 하나의 다른 반응물; 및
용기를 위한 히터;를 포함하며,
이에 의해 원자수소의 촉매반응은 수소 몰당 약 300kJ 보다 큰 양의 에너지를 방출한다.
하이드리노를 형성하기 위한 반응은 하나 또는 그 이상의 화학반응에 의해서 활성화되거나 개시되거나 전파될 것이다. 이 반응들은, (i) 수소화물 교환반응; (ii) 할로겐화물-수소화물 교환반응; (iii) 발열반응 - 몇몇 실시 예들에서 하이드리노 반응을 위한 활성화 에너지를 제공함 -; (iv) 결합반응 - 몇몇 실시 예들에서 하이드리노 반응을 지원하기 위해 촉매 공급원 또는 원자수소 공급원 중 적어도 하나를 제공함 -; (v) 자유라디칼 반응 - 몇몇 실시 예들에서 하이드리노 반응 동안에 촉매로부터 제공되는 전자들의 억셉터로서 기능함 -; (vi) 산화-환원 반응 - 몇몇 실시 예들에서 하이드리노 반응 동안에 촉매로부터 제공되는 전자들의 억셉터로서 기능함 -; (ⅶ) 일 실시 예에서 할로겐화물, 황화물, 수소화물, 비화물, 산화물, 인화물 및 질화물 교환을 포함한 양이온 교환과 같은 다른 교환반응 - 하이드리노를 형성하기 위해서 원자수소로부터 에너지를 수용함에 따라서 이온화될 촉매의 작용을 용이하게 함 -, 및 (viii) 게터, 지지, 또는 매트릭스-지원 하이드리노 반응 - (a) 하이드리노 반응을 위한 화학적 환경, (b) H 촉매기능을 용이하게 하기 위하여 전자전달의 기능, (c) 가역적 위상 또는 다른 물리적인 변화 또는 그것의 전자적 상태에서의 변화를 겪음, 및 (d) 하이드리노 반응의 정도나 비율 중 적어도 하나를 증가시키기 위해 저에너지 수소 생성물을 결함시킴 중 적어도 하나를 제공함 -;로부터 선택될 수 있다. 몇몇 실시 예들에 있어서, 전도성 지지물은 활성화 반응을 가능하게 한다.
다른 실시 예에 있어서, 하이드리노들을 형성하기 위한 반응은, 2개의 금속과 같은 적어도 2개의 종들 사이에서 수소화물 교환 및 할로겐화물 교환 중 적어도 하나를 포함한다. 적어도 하나의 금속은 알칼리 금속이나 알칼리 금속 수소화물과 같은 하이드리노들을 형성하기 위해서 촉매 또는 촉매공급원이 될 것이다. 수소화물 교환은, 적어도 2개의 수소화물, 적어도 하나의 금속과 적어도 하나의 수소화물, 적어도 2개의 금속 수소화물, 적어도 하나 금속과 적어도 하나 금속 수소화물, 및 둘 또는 그 이상의 종들 사이 또는 이들을 수반하는 다른 그러한 조합 사이에서 이루어질 것이다.
본 개시의 다른 실시 예들은 반응물(reactant)들에 관한 것이고, 활성화 반응(activating reaction) 및/또는 전파 반응(propagation reaction)시 촉매(catalyst)는 층간 화합물(intercalation compound)을 형성하기 위한 재료 또는 화합물과 촉매 또는 촉매 공급원 및 수소의 공급원의 반응을 포함하고 여기서 반응물들은 삽입된(intercalated) 종들을 제거함으로써 재생된다. 실시 예에서, 탄소는 산화제(oxidant)로서 역할을 할 수 있고 탄소는 예컨대 가열, 치환 작용제(displacing agent), 전기 분해, 또는 용제를 사용함으로써 알칼리 금속 삽입 탄소로부터 재생성될 수 있다.
부가적인 실시 예들에서, 본 개시는 파워 시스템에 관한 것이고, 파워 시스템은:
(i) 촉매 또는 촉매 공급원; 원자 수소 또는 원자 수소 공급원; 촉매 또는 촉매 공급원 및 원자 수소 또는 원자 수소 공급원을 형성하기 위한 반응물들; 원자 수소의 촉매 작용(catalysis)을 개시하기 위한 하나 또는 그 초과의 반응물들; 및 촉매 작용을 가능하게 하기 위한 서포트(support)로부터 선택된 적어도 2개의 컴포넌트들을 포함하는 화학 연료 혼합물,
(ii) 복수의 반응 용기(vessel)들을 포함하는 반응 생성물들(products)로부터 연료를 열적으로 재생하기 위하여 교환(exchange) 반응을 리버싱(reversing)하기 위한 적어도 하나의 열적 시스템,
여기서 혼합 반응 생성물들로부터 초기 화학 연료 혼합물을 형성하는 반응물들을 포함하는 재생 반응들은 파워 반응들을 겪는 적어도 하나의 다른 반응 용기와 함께 복수의 반응 용기 중 적어도 하나의 반응 용기에서 수행되고,
적어도 하나의 파워-생성 용기로부터의 열은 열적 재생을 위한 에너지를 제공하기 위하여 재생을 겪는 적어도 하나의 용기로 흐르고,
용기들은 열 흐름을 달성하기 위하여 열 전달 매체에 임베딩(embed)되고,
적어도 하나의 용기는 진공 펌프 및 수소 공급원을 더 포함하고, 그리고 종들이 우선적으로 더 찬 챔버 내에 축적(accumulate)되도록 더 뜨거운 챔버와 더 찬 챔버 사이에 유지되는 온도 차이를 가지는 2개의 챔버들을 더 포함할 수 있고,
여기서 수소화물 반응은 더 뜨거운 챔버로 리턴되는 적어도 하나의 초기 반응물을 형성하기 위하여 더 찬 챔버에서 수행되고,
(iii) 열적 배리어(barrier)를 가로질러 파워-생성 반응으로부터 열을 수용하는(accept) 열적 싱크(heat sink), 및
(iv) 랭킨(Rankine) 또는 브레이튼(Brayton)-사이클 엔진, 스팀 엔진, 스털링(Stirling) 엔진 같은 열적 엔진을 포함할 수 있는 파워 변환 시스템을 포함하고, 여기서 파워 변환 시스템은 열전(thermoelectric) 또는 열전자 이온(thermionic) 변환기들을 포함할 수 있다. 특정 실시 예들에서, 열적 싱크는 전기를 생성하기 위하여 파워를 파워 변환 시스템에 전달할 수 있다.
특정 실시 예들에서, 파워 변환 시스템은 열적 싱크로부터 열의 흐름을 수용하고, 특정 실시 예들에서, 열적 싱크는 스팀 생성기를 포함하고 스팀은 전기를 생성하기 위하여 터빈 같은 열적 엔진으로 흐른다.
부가적인 실시 예들에서, 본 개시는 파워 시스템에 관한 것이고, 파워 시스템은:
(i) 촉매 또는 촉매 공급원; 원자 수소 또는 원자 수소의 공급원; 촉매 또는 촉매 공급원 및 원자 수소 또는 원자 수소의 공급원을 형성하기 위한 반응물들; 원자 수소의 촉매를 개시하기 위한 하나 또는 그 초과의 반응물들; 및 촉매 작용을 가능하게 하기 위한 서포트로부터 선택된 적어도 2개의 컴포넌트들을 포함하는 화학 연료 혼합물,
(ii) 적어도 하나의 반응 용기를 포함하는 반응 생성물들로부터 연료를 열적으로 재생하기 위한 교환 반응을 리버싱하기 위한 열적 시스템, 여기서 혼합 반응의 생성물들로부터 초기 화학 연료 혼합물을 형성하는 반응물들을 포함하는 재생 반응들은 파워 반응들과 함께 적어도 하나의 반응 용기에서 수행되고, 파워-생성 반응들로부터의 열은 열적 재생을 위한 에너지를 제공하기 위하여 재생 반응들로 흐르고, 적어도 하나의 용기는, 종들이 우선적으로 더 차가운 섹션에 축적되도록 각각 용기의 더 뜨거운 섹션과 더 차가운 섹션 사이에서 열적 기울기를 달성하기 위하여 다른 섹션 상의 열적 전도 매체와 접촉하고 하나의 섹션 상에서 절연되고, 적어도 하나의 용기는 진공 펌프 및 수소의 공급원을 더 포함하고, 여기서 수소화물 반응은 더 뜨거운 섹션으로 리턴되는 적어도 하나의 초기 반응물을 형성하기 위하여 더 차가운 섹션에서 수행되고,
(iii) 열적 전도 매체를 통하여 전달되고 선택적으로 적어도 하나의 열적 배리어를 가로지르는 파워-생성 반응들로부터의 열을 수용하는 열적 싱크, 및
(iv) 랭킨 또는 브레이튼-사이클 엔진, 스팀 엔진, 스털링 엔진 같은 열적 엔진을 포함할 수 있는 파워 변환 시스템을 포함하고, 여기서 파워 변환 시스템은 열전 또는 열전자 이온 변환기들을 포함할 수 있고, 변환 시스템은 열적 싱크로부터의 열의 흐름을 수용한다.
일 실시 예에서, 열적 싱크는 스팀 생성기를 포함하고 스팀은 전기를 생성하기 위하여 터빈 같은 열적 엔진으로 흐른다.
H. 전기화학
SF
-
ClHT
셀
SF-ClHT 셀의 전기화학 실시 예에서, 내부적으로 인가되거나 생성된 것에 대한 과도한 전압, 전류, 및 전기 파워 중 적어도 하나는 높은 전류의 흐름에 의해 HOH 촉매 및 H 중 적어도 하나의 형성에 의해 생성되고, 여기서 HOH는 높은 전류의 흐름의 존재 하에서 촉매 반응에 의해 크게 강화된 레이트로 하이드리노들(hydrinos)을 형성하기 위하여 H의 반응을 촉진시킨다. SF-ClHT 셀의 다른 전기화학 실시 예에서, 전압 및 전기 파워는 HOH 촉매, H, 및 적어도 하나의 전기화학 반응에 의한 높은 전류를 운반할 수 있는 전도체의 형성에 의해 생성되고, 여기서 HOH는 높은 전류의 흐름의 존재 안에서 촉매 반응에 의해 크게 강화된 레이트로 하이드리노들을 형성하기 위하여 H의 반응을 촉진시킨다. 전기화학 반응은 셀의 적어도 하나의 전극으로 전자 전달을 수반할 수 있다. 도 1에 도시된 것과 같은 실시 예에서, 셀은 셀 컴포넌트들, 반응물들, 및 전해질(electrolyte)을 포함할 수 있는 용기(400)을 포함하고, 셀 컴포넌트들은 캐소드(405) 및 애노드(410)를 포함하고, 반응물들은 HOH 촉매의 공급원 및 H의 공급원을 포함하고, 그리고 전해질은 이온 및 전자 전류 중 적어도 하나를 운반할 수 있는 고 전도성 매체의 공급원을 포함한다. 캐소드는 니켈 산화물, 리티에이티드(lithiated) 니켈 산화물, 니켈, 및 본 개시의 다른 것들을 포함한다. 애노드는 Ni, Mo, 또는 MoCu, MoNi, 또는 MoCo 같은 Mo 합금을 포함할 수 있다. HOH의 공급원은 H의 공급원일 수 있다. HOH 촉매 및 H 중 적어도 하나의 공급원은 산소 및 수소 중 적어도 하나의 공급원 이를테면 수화된(hydrated) 화합물 또는 재료 이를테면 본 개시의 수화된 흡습(hydroscopic) 재료 이를테면 수화된 산화물 또는 할로겐화물 이를테면 수화된 CuO, CoO, 및 MX2(M = Mg, Ca, Sr, Ba; X=F, Cl, Br, I), 산화물, 수산화물, 옥시수산화물, 02, H20, HOOH, OOH-, 과산화물(peroxide) 이온, 초과산화물 이온, 수소화물(hydride), 및 H2일 수 있다. 수화된 화합물의 H2O 몰% 함량은 약 0.000001% 내지 100%, 0.00001% 내지 100%, 0.0001% 내지 100%, 0,001% 내지 100%, 0.01 % 내지 100%, 0.1% 내지 100%, 1% 내지 100%, 10% 내지 100%, 0.1% 내지 50%, 1% 내지 25%, 및 1% 내지 10% 중 적어도 하나의 범위 내에 있을 수 있다. 실시 예에서, 전기화학 반응은 셀에 존재하는 H와 반응하는 HOH를 형성한다. 셀은 도 2에 도시된 것과 같은 바이폴라 플레이트(bipolar plate)(500)를 더 포함한다. 바이폴라 플레이트들은 더 큰 전압, 전류, 및 파워 중 적어도 하나를 달성하기 위하여 직렬 또는 병렬 또는 결합으로 적층 및 연결될 수 있다.
본 개시의 실시 예들에서, 전기화학 파워 시스템은 용기를 포함할 수 있고, 용기는 적어도 하나의 캐소드; 적어도 하나의 애노드; 적어도 하나의 전해질; 적어도 2개의 반응물들을 포함하고, 적어도 2개의 반응물들은: (1) 촉매의 적어도 하나의 공급원 또는 발생기(nascent) H2O를 포함하는 촉매; (b) 원자 수소의 적어도 하나의 공급원 또는 원자 수소; 및 (c) 전도체의 공급원, 전도 매트릭스의 공급원, 전도체, 및 전도 매트릭스 중 적어도 하나; 및 내부 전류 공급원 및 외부 전류 공급원로부터 선택된 높은 이온 및 전자 전류 중 적어도 하나를 포함하는 전류를 생성하기 위한 적어도 하나의 전류 공급원로부터 선택되고; 여기서 전기화학 파워 시스템은 전기 및 열적 에너지 중 적어도 하나를 생성한다. 특정 실시 예들에서, 캐소드, 애노드, 반응물들, 및 외부 전류 공급원의 결합은 각의 캐소드와 대응하는 애노드 사이의 전류에 기여를 유지하는 하이드리노들을 형성하기 위한 원자 수소의 촉매가 전파하는 것을 허용한다. 부가적인 실시 예들에서, 원자 H와 촉매의 반응은 셀 전류가 증가함에 따라 셀 전압의 감소를 유발할 수 있다.
실시 예에서, 전해질은 산소의 공급원, 수소의 공급원, H2O, HOH 촉매의 공급원, 및 H의 공급원 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 전해질은 녹은 수산화물의 혼합물 같은 본 개시의 것들과 같은 녹은 전해질 및 LiOH-LiBr 같은 알칼리 할로겐화물 및 알칼리 수산화물의 혼합물 같은 녹은 할로겐화물을 포함할 수 있다. 전해질은 MgO 같은 알칼리 어스 산화물(earth oxide) 같은 산화물 같은 본 개시의 것들 중 하나 같은 매트릭스 재료를 더 포함할 수 있다. 전해질은 본 개시의 것들과 같은 첨가물(additive)을 더 포함할 수 있다. 대안적으로, 전해질은 HOH 같은 알칼리 수산화물 같은 수산화물 같은 염기 또는 HC1, H3P04, 또는 H2S04 같은 산을 포함하는 것 같은 수용성(aqueous) 전해질을 포함할 수 있다. 게다가, 전해질은 적어도 하나의 수용성 알칼리 금속 수산화물; 포화된 수용성 KOH; 적어도 하나의 녹은 수산화물; 적어도 하나의 공융 염(eutectic salt) 혼합물; 녹은 수산화물과 적어도 하나의 다른 화합물의 적어도 하나의 혼합물; 녹은 수산화물 및 염의 적어도 하나의 혼합물; 녹은 수산화물 및 할로겐화 염의 적어도 하나의 혼합물; 알칼리 수산화물 및 알칼리 할로겐화물의 적어도 하나의 혼합물; 녹은 LiOH-LiBr, LiOH-NaOH, LiOH-LiBr-NaOH, LiOH-LiX-NaOH, LiOH-LiX, NaOH-NaBr, NaOH-NaL NaOH-NaX, 및 KOH-KX(여기서 X는 할로겐화물을 표현함)의 그룹의 적어도 하나; 적어도 하나의 산, 및 HQ, H3P04, 및 H2S04 중 적어도 하나로부터 선택된 적어도 하나의 전해질을 포함할 수 있다.
실시 예에서, 발생기 H2O 촉매의 공급원 및 원자 수소의 공급원 중 적어도 하나는: (a) H2O의 적어도 하나의 공급원; (b) 산소의 적어도 하나의 공급원, 및 (c) 수소의 적어도 하나의 공급원을 포함할 수 있다. 추가 실시 예들에서, 전기화학 파워 시스템은 전도체, 촉매 공급원, 촉매, 원자 수소의 공급원, 및 원자 수소 중 적어도 하나를 형성하기 위하여 하나 또는 그 초과의 고체 연료 반응물들을 더 포함할 수 있다. 부가적인 실시 예들에서, 반응물들은 외부 회로에서의 별도의 전자 흐름 및 반응물들 내에서 전자 흐름 및 이온 질량 수송을 갖는 셀 동작 동안 반응을 겪을 수 있다. 실시 예들에서, 내부에 인가되거나 생성된 것들에 과전압, 전류, 및 전기 파워 중 적어도 하나는 높은 전류의 흐름에 의해 HOH 촉매 및 H 중 적어도 하나의 형성에 의해 생성될 수 있다. 부가적인 실시 예들에서, 전압 및 전기 파워는 HOH 촉매, H, 및 적어도 하나의 전기화학 반응에 의한 높은 전류를 운반할 수 있는 전도체의 형성에 의해 생성될 수 있고 추가 실시 예들에서 높은 전류는 원자 H와의 촉매 반응 레이트를 강화한다. 실시 예들에서, 전기화학 반응은 셀의 적어도 하나의 전극으로 전자 전달을 수반할 수 있다.
실시 예에서, 높은 전류 및 높은 전류 밀도 중 적어도 하나는 하이드리노 반응이 높은 레이트로 발생하게 하도록 적용된다. 높은 전류 및 높은 전류 밀도 중 적어도 하나의 공급원은 외부 및 내부 공급원 중 적어도 하나일 수 있다. 내부 및 외부 전류 공급원 중 적어도 하나는 DC, AC, 또는 1 A 내지 50 kA, 10 A 내지 10 kA, 및 10 A 내지 1 kA 중 적어도 하나의 범위의 전류 및 DC 또는 1 A/cm2 내지 50 kA/cm2, 10 A/cm2 내지 10 kA/cm2, 및 10 A/cm2 내지 1 kA/cm2 중 적어도 하나의 범위의 피크 AC 전류 밀도의 AC-DC 혼합을 초래하도록 선택된 전압을 포함한다. 전압은 전해질의 전도도에 의해 결정될 수 있고 여기서 전압은 전도체를 포함할 수 있는 전해질의 저항 곱하기 원하는 전류에 의해 주어진다. DC 또는 피크 AC 전압은 약 0.1 V 내지 100 V, 0.1 V 내지 10 V, 및 1 V 내지 5 V로 선택된 적어도 하나의 범위 내에 있을 수 있고, 그리고 AC 주파수는 약 0.1 Hz 내지 10 GHz, 1 Hz 내지 1 MHz, 10 Hz 내지 100 kHz, 및 100 Hz 내지 10 kHz의 범위 내에 있을 수 있다. 실시 예에서, 전극들은, 전기 방전 아크가 이들 사이에서 형성될 수 있도록 매우 밀접하게 이격될 수 있다. 실시 예에서, 전해질의 저항은 약 O.OOl miliohm 내지 10 ohm 및 0.01 ohm 내지 1 ohm으로부터 선택된 적어도 하나의 범위이고, 그리고 하이드리노들을 형성하기 위하여 활성인 전극 영역당 전해질의 저항은 0.001 miliohm/cm2 내지 10 ohm/cm2 및 0.01 ohm/cm2 내지 1 ohm/cm2으로부터 선택된 적어도 하나의 범위 내에 있다.
실시 예에서, 이온 및 전자 전류 중 적어도 하나를 포함하는 전류는 전해질에 의해 운반된다. 전류는 전해질, 반응물들, 및 전극들 중 적어도 하나의 전기화학 반응들에 의해 운반될 수 있다. 특정 실시 예들에서, 전해질의 적어도 하나의 종들은 선택적으로 적어도 하나의 반응물을 포함한다. 전류는 전해질의 전도체를 통하여 흐를 수 있다. 전도체는 캐소드 같은 전극에서 환원 반응에 의해 형성될 수 있다. 전해질은 전도성인 금속을 형성하기 위하여 환원되는 금속 이온들을 포함할 수 있다. 실시 예들에서, 금속 이온들은 전도 금속을 형성하기 위하여 전류 흐름 동안 환원될 수 있다. 다른 실시 예들에서, 전류 운반 환원 전기화학 반응은 금속 이온 중 적어도 하나를 금속으로; H20 + 02를 OH-로; 금속 산화물 + H20를 금속 옥시수산화물 및 금속 수산화물 및 OH- 중 적어도 하나로, 그리고 금속 옥시산화물 + H20를 OH-로이고, 여기서 이온 전류 캐리어는 OH-이다. 실시 예들에서, 애노드는 H를 포함할 수 있고, H2O는 OH-의 산화 및 애노드에서 H와의 반응에 의해 형성될 수 있고, 및/또는 애노드에서 H의 공급원은 금속 수소화물, LaNi5Hx, 애노드 상에서 전기 분해에 의해 형성된 H2, 가스로서 공급된 H2, 및 수소 투과성 멤브레인(membrane)을 통하여 공급된 H2 중 적어도 하나를 포함한다.
실시 예에서, 전해질 및 반응물들 중 적어도 하나는 촉매 중 적어도 하나의 공급원 또는 발생기 H2O를 포함하는 촉매, 원자 수소의 적어도 하나의 공급원 또는 원자 수소를 포함하고, 그리고 전도체 및 전도 매트릭스 중 적어도 하나를 더 포함하는 본 개시의 하이드리노 반응물들을 구성하는 반응물들을 포함한다.
실시 예에서, 전해질 및 반응물들 중 적어도 하나는 본 개시의 고체 연료 또는 에너지 재료 및 본 개시의 고체 연료 또는 에너지 재료의 공급원 중 적어도 하나를 포함한다. 실시 예에서, 예시적 고체 연료들은 촉매의 공급원, 촉매, 원자 수소의 공급원, 및 원자 수소 중 적어도 하나를 형성하기 위하여 H2O의 공급원 및 전도 매트릭스를 포함한다. H2O 공급원은 벌크(bulk) H2O, 벌크 H2O와 상이한 상태, H2O를 형성하고 바운드(bound) H2O를 방출하기 위한 반응 중 적어도 하나를 겪는 화합물 또는 화합물들 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 바운드 H2O는 H2O와 반응하는 화합물을 포함하고 여기서 H2O는 흡수된 H2O, 바운드 H2O, 물리적으로 흡수된 H2O, 및 수화 물들 중 적어도 하나의 상태에 있다. 반응물들은 벌크 H2O, 흡수된 H2O, 바운드 H2O, 물리적으로흡수된 H2O, 및 수화 물들의 방출 중 적어도 하나를 겪는 하나 또는 그 초과의 화합물들 또는 재료들 및 전도체를 포함할 수 있다. 추가로 예시적인 고체 연료들은 수화된 흡습 재료 및 전도체; 수화된 탄소; 수화된 탄소 및 금속; 금속 산화물, 금속 또는 탄소의 혼합물, 및 H2O의 혼합물; 및 금속 할로겐화물, 금속 또는 탄소, 및 H2O의 혼합물이다. 금속 및 금속 산화물은 Co, Fe, Ni, 및 Cu 같은 전이 금속을 포함할 수 있다. 할로겐화물의 금속은 Mg 또는 Ca 같은 알칼리 어스 금속 및 F, Cl, Br 또는 I 같은 할로겐화물을 포함할 수 있다. 금속은 Cu, Ni, Pb, Sb, Bi, Co, Cd, Ge, Au, Ir, Fe, Hg, Mo, Os, Pd, Re, Rli, Ru, Se, Ag, Tc, Te, Ti, Sn, W, Al, V, Zr, Ti, Mn, Zn, Cr, 및 In의 그룹의 적어도 하나 같은 H2O와 열역학적으로 호의적이지 않은 반응을 가질 수 있고 여기서 반응물들은 H2O의 부가에 의해 재생성될 수 있다. 하이드리노 반응물들을 구성하는 반응물들은 슬러리(slurry), 용액, 에멀션(emulsion), 컴포지트(composite), 및 화합물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 개시의 부가적인 실시 예들에서 촉매의 공급원, 촉매, 원자 수소의 공급원, 및 원자 수소 중 적어도 하나를 형성하기 위한 반응물들은 H2O 및 H2O의 공급원; 02, H2O, HOOH, OOH-, 과산화물 이온, 초과산화물 이온, 수소화물, H2, 할로겐화물, 산화물, 옥시수산화물, 수산화물, 산소를 포함하는 화합물, 수화된 화합물, 할로겐화물, 산화물, 옥시수산화물, 수산화물, 산소를 포함하는 화합물 중 적어도 하나의 그룹으로부터 선택된 수화된 화합물, 및 전도 매트릭스 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 예시적인 실시 예들에서, 옥시수산화물은 TiOOH, GdOOH, CoOOH, InOOFL FeOOH, GaOOH, NiOOH, AlOOH, CrOOH, MoOOH, CuOOH, MnOOH, ZnOOH, 및 SmOOH의 그룹으로부터 적어도 하나를 포함할 수 있고; 산화물은 CuO, Cu20, CoO, Co203, C03O4, FeO, Fe203, NiO, 및 Ni2O3의 그룹으로부터 적어도 하나를 포함할 수 있고; 수산화물은 Cu(OH)2, Co(OH)2, Co(OH)3, Fe(OH)2, Fe(OH)3, 및 Ni(OH)2로부터 적어도 하나를 포함할 수 있고; 산소를 포함하는 화합물은 황산염, 인산염, 질산염, 탄산염, 탄산수소염, 크롬산염, 피로인산염, 과황산염, 과염소산염, 과브롬산염, 및 과옥소산염, MXO3, MXO4 (M = Li, Na, K, Rb, Cs 같은 알칼리 금속 같은 금속; X = F, Br, Cl, I), 코발트 마그네슘 산화물, 니켈 마그네슘 산화물, 구리 마그네슘 산화물, Li20, 알칼리 금속 산화물, 알칼리 어스 금속 산화물, CuO, Cr04, ZnO, MgO, CaO, Mo02, Ti02, Zr02, Si02, A1203, NiO, FeO, Fe203, Ta02, Ta205, VO, V02, V203, V205, P203, P205, B203, NbO, Nb02, Nb205, Se02, Se03, Te02, Te03, W02, W03, Cr304, Cr203, Cr02, Cr03, CoO, Co203, Co304, FeO, Fe203, NiO, Ni203, 희토류 산화물, Ce02, La203, 옥시수산화물, TiOOH, GdOOH, CoOOH, InOOH, FeOOH, GaOOH, NiOOH, AlOOH, CrOOH, MoOOH, CuOOH, MnOOH, ZnOOH, 및 SmOOH로부터 적어도 하나를 포함할 수 있고, 그리고 전도 매트릭스는 금속 파우더(powder), 탄소, 탄화물, 붕소화물, 질화물, TiCN 같은 카르보니트릴, 또는 니트릴로부터 적어도 하나를 포함할 수 있다.
실시 예들에서, 반응물들은 금속, 금속 할로겐화물, 및 중 H2O의 혼합을 포함하는 하이드리노 반응물들을 구성한다. 다른 실시 예들에서, 반응물들은 전이 금속, 알칼리 어스 금속 할로겐화물, 및 H2O의 혼합을 포함하는 하이드리노 반응물들을 구성한다. 추가 실시 예들에서, 반응물들은 전도체, 흡습 재료들, 및 H2O의 혼합을 포함하는 하이드리노 반응물들을 구성한다. 전도체의 비제한적 예들은 금속 파우더 또는 탄소 파우더를 포함하고, 그리고 흡습 재료의 비제한적 예들은 리튬 브롬화물, 칼슘 염화물, 마그네슘 염화물, 아연 염화물, 칼륨 탄산염, 칼륨 인산염, KMgCl3·6(H2O) 같은 카널라이트, 구연산 철 암모늄, 칼륨 수산화물 및 수산화나트륨 및 진한 황산 및 인산, 셀룰로스 섬유들, 설탕, 카메럴, 꿀, 글리세롤, 에탄올, 메탄올, 디젤 연료, 메탄암페타민, 비료 화학물, 염, 건조제, 실리카, 활성화된 목탄, 칼슘 황산염, 칼슘 염화물, 분자 체(molecular sive), 제롤라이트, 용해성 재료, 아연 염화물, 칼슘 염화물, 수산화칼륨, 수산화나트륨 및 용해성 염의 그룹 중 적어도 하나를 포함한다. 본 개시의 특정 실시 예들에서, 전기화학 파워 시스템은 전도체, 흡습 재료, 및 H2O의 혼합을 포함할 수 있고 여기서 (금속), (흡습 재료), (H2O)의 상대적 몰량의 범위들은 약 (0,000001 내지 100000 금속), (0.000001 내지 100000 흡습 재료), (0.000001 내지 100000 H2O), 약 (0.00001 내지 10000 금속), (0,00001 내지 10000 흡습 재료), (0.00001 내지 10000 H2O); 약 (0.0001 내지 1000 금속), (0.001 내지 1000 흡습 재료), (0.001 내지 1000 H2O); 약 (0.001 내지 100 금속), (0.001 내지 100 흡습 재료), (0.001 내지 100 H2O); 약 (0.01 내지 100 금속), (0.01 내지 100 흡습 재료), (0,01 내지 100 H2O); 약 (0.1 내지 10 금속), (0.1 내지 10 흡습 재료), (0.1 내지 10 H2O); 및 약 (0.5 내지 1 금속), (0.5 내지 1 흡습 재료), (0.5 내지 1 H2O) 중 적어도 하나이다.
이온 전류를 발생시키기 위하여 환원 반응을 겪을 수 있는 예시적 캐소드 재료들은 금속 옥시수산화물들, 금속 산화물, 금속 이온들, 산소, 및 산소와 H2O의 혼합물이다. 금속 산화물, 금속 옥시수산화물, 및 금속 수산화물 중 적어도 하나는 전이 금속을 포함할 수 있다. 금속 산화물, 금속 옥시수산화물, 및 금속 수산화물은 본 개시 중 하나를 포함할 수 있다. 예시적 전류 운반 환원 전기화학 반응들은 금속 이온을 금속으로; H2O + 02를 OH-로; 금속 산화물 + H2O를 금속 옥시수산화물 및 금속 순산화물 및 OH- 중 적어도 하나로; 그리고 금속 옥시수산화물 + H2O를 OH-로이다. 이온 전류 캐리어는 OH-일 수 있고 애노드는 OH-의 산화에 의해 H2O를 형성하기 위하여 H를 포함할 수 있다. 애노드에서 H의 공급원은 애노드 상의 전기 분해에 의해 형성된 LaNi5Hx 같은 금속 수산화물, 가스로서 공급된 H2, 및 수소 투과성 멤브레인을 통한 H2 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 다른 실시 예들에서, 이온 전류는 산소, 산소 및 수소를 포함하는 이온들, OH-, OOH-, O2-, 및 
중 적어도 하나에 의해 운반되고, 여기서 이온 운반 반응들은 방정식들(61-72)에 의해 주어진 것들일 수 있다.
실시 예에서, 본 개시의 전기화학 파워 시스템은 (a) 다공성 전극, (b) 가스 확산 전극, (ㅊ) 수소 투과 애노드(여기서 산소 및 H2O 중 적어도 하나는 캐소드에 공급되고 H2 는 애노드에 공급됨), (d) 옥시수산화물, 산화물, 니켈 산화물, 리티에이티드 니켈 산화물, 니켈 중 적어도 하나를 포함하는 캐소드, 및 (e) Ni, Mo, 또는 MoCu, MoNi, 또는 M0C0 같은 MO 합금, 및 수소화물을 포함하는 애노드 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 추가 실시 예들에서, 수소화물이 LaNi5Hx이고 캐소드가 TiOOH, GdOOH, CoOOH, InOOH, FeOOH, GaOOH, NiOOH, AlOOH, CrOOH, MoOOH, CuOOH, MnOOH, ZnOOH, SmOOH, 및 Mn02 중 적어도 하나일 수 있다. 다른 실시 예들에서, 본 개시의 전기화학 파워 시스템은 매니폴드(manifold), 가스 라인, 및 전극에 연결된 적어도 하나의 가스 채널을 포함하는 적어도 하나의 가스 공급 시스템을 포함할 수 있다.
실시 예에서, 셀은 하이드리노들의 형성으로 방출된 파워으로 인해 인가되는 것에 초과하여 전류를 생성한다. 실시 예에서, H로부터의 하이드리노들의 형성은 반응물들, 전해질, 전극들 중 적어도 하나 같은 적어도 하나의 종들의 이온화를 유발하는 에너지를 방출한다. 이온화는 인가된 것을 넘는 과도한 전류를 생성할 수 있다. 이온들에 비교될 때 전자들의 더 높은 이동성으로 인해, 이온화된 종들은 인가된 전류의 방향으로 전류에 기여를 초래한다. 실시 예에서, 인가된 전류는 외부 전압 및 전류 공급원 또는 내부적 전기화학적 생성 전류 중 적어도 하나로 인할 수 있다. 2 cm OD 셀[Ni, Ni 파우더 + LaNi5Hx/OH (포화된 수분)/Ni 파우더 + NiOOH, Ni], (50 wt% Ni 파워더는 캐소드 및 애노드 재료들과 혼합되고, 그리고 캐소드 전류 컬렉터들은 Ni임)을 포함하는 예시적인 실시 예에서, 셀은 전압-제한, 높은 전류 DC 파워 공급기(Kepco ATE6-100M, 0-6 V, 0-100 A)로 동작되었다. 전압 제한은 4 V로 설정되었다. 셀 전류는 처음에 3.8 V에서 20 A였지만, 전압이 2.25 V로 강하됨에 따라 100 A로 증가되었다. 셀은 더 높은 전류에서 이상 네거티브 저항, 감소하는 전압을 도시하고, 이는 하이드리노들의 형성으로부터 전기 파워 기여의 특성이고 상기 기여를 식별한다. 셀 온도는 또한 하이드리노 반응으로부터의 열적 에너지 방출로 인해 예상된 것을 초과하여 증가된다.
실시 예에서, 적어도 하나의 자석은 하이드리노들로의 H의 촉매 작용으로부터 방출되는 에너지에 의해 생성된 전자들의 로렌쯔 편향을 유발하도록 셀에 적용된다. 실시 예에서, 전자들은 우선적으로 네가티브 전극으로 편향되거나 바이어싱되고 포지티브 이온들은 우선적으로 포지티브 전극으로 편향되거나 바이어싱된다. 실시 예에서, 우선적인 편향은 전류 흐름 방향의 편향에 의한 더 큰 에너지 방출로 인한다.
실시 예에서, 전기화학 SF-ClHT 셀은 전기분해 시스템을 더 포함한다. 전기분해는 전해질, 반응물들 및 전극들 중 적어도 하나를 재생성하기 위하여 간헐적으로 인가될 수 있다. 시스템에는 하이드리노들 및 파워의 형성 동안 소비되는 반응물들이 공급될 수 있다. 공급된 반응물들은 HOH 및 H의 공급원 중 적어도 하나를 대체할 수 있다. 적당한 예시적 공급된 반응물들은 H2O, H2 및 O2의 그룹 중 하나 또는 그 초과이다. 실시 예에서, 전해질 및 고체 연료 중 적어도 하나는 적소에서 재생성될 수 있거나 간헐적으로 또는 연속적으로 셀에 공급될 수 있고 여기서 셀 반응물들의 생성물들은 초기 반응물들로 재생성될 수 있다. 재생성은 열적 재생성, H2 환원, 복원(rehydration), 또는 인용에 의해 본원에 포함된 본 종래 출원들에 개시되거나 본 개시의 방법들 중 임의의 방법에 의해 이루어질 수 있다. 전극들은 Ni, MO, 방정식들(53-60)의 반응들 같은 본 개시의 반응들 같은 반응(들)의 재생성 방식을 포함할 수 있는 Mo 합금 같은 금속 같은 애노드 재료들의 전기분해에 의해 재생성될 수 있다.
실시 예에서, 이온 캐리어는 H-를 포함할 수 있고 전해질은 LiCl-KCl 같은 녹은 알칼리 할로겐화물 염 혼합물 같은 녹은 할로겐화물 염 혼합물 같은 수소화물 이온들을 전도할 수 있다. 촉매는 방정식들 (6-9) 및 (24-31)의 반응들에 따라 적어도 하나의 H 원자를 포함할 수 있다. 셀은 수소 가스가 공급되는 수소 투과성 멤브레인 캐소드 및 및 Li 같은 알칼리 금속 같은 금속 같은 수소화물을 형성할 수 있는 반응물을 포함하는 애노드를 포함할 수 있다. 금속은 수소 투과성 애노드 내부에 있을 수 있다. 예시적인 수소 투과성 금속들은 Ni, V, Ti, Nb 및 Ta이다. 하이드리노들을 형성함으로써 파워를 형성하기 위한 수소화물 이온 전도 셀들의 셀들 및 방법들은 본원에 그리고 그 전체가 인용에 의해 본원에 포함된 Mills 종래 출원들 이를테면 2008년 4월 24일에 PCT 출원된 Hydrogen Catalyst Reactor, PCT/US08/61455; 2009년 7월 29일에 PCT 출원된 Heterogeneous Hydrogen Catalyst Reactor, PCT/US09/052072, 2010년 3월 18일 PCT 출원된 Heterogeneous Hydrogen Catalyst Power System, PCT/US10/27828; 2011년 3월 17일 PCT 출원된 Electrochemical Hydrogen Catalyst Power System, PCT/US11/28889; 2012년 3월 30일 출원된 H2O-Based Electrochemical Hydrogen-Catalyst Power System, PCT US 12/31369, 및 2013년 5월 21일에 출원된 ClHT Power System, PCT/US 13/041938에 개시된다. 실시 예에서, 외부 또는 내부 공급원로부터의 파워는 파워를 방전하기 위하여 셀에 인가되고 과도한 파워는 하이드리노들을 형성함으로써 형성된다. 전류는 본 개시의 것들 중 하나 같이 높을 수 있다. 실시 예에서, 셀은 재충전하기 위하여 역으로 간헐적으로 동작한다. 실시 예에서, 금속은 애노드에서 재생성되고, 수소 가스는 캐소드에서 재생성된다.
열뿐 아니라 전기는 SF-ClHT 셀의 전기화학 실시 예에 의해 생성된다. SF ClHT 셀의 전기화학 실시 예들은 셀에 의해 생성된 열을 제거하고 이를 로드에 전달하기 위하여 외부 셀 표면상에 있을 수 있는 열 교환기를 더 포함한다. 다른 실시 예에서, SF ClHT 셀은 보일러를 포함한다. 열 교환기 또는 보일러는 로드로부터 차가운 냉각재를 수신하기 위한 냉각재 입력부 및 뜨거운 냉각재를 로드에 공급하거나 리턴하기 위한 냉각재 출구를 포함한다. 열은 직접 사용되거나 스팀 엔진 또는 스팀 또는 가스 터빈 및 생성기, 랭킨 또는 브레이튼-사이클 엔진, 또는 스털링 엔진 같은 열적 엔진 같은 당업자들에 의해 알려진 변환기들을 사용하여 기계 또는 전기 파워로 변환될 수 있다. 파워 변환을 위하여, SF ClHT 셀의 각각의 전기화학 실시 예로부터의 열적 출력은 냉각재 출구 라인에서 Mills 종래 공개물들에서 설명된 기계 또는 전기 파워로 열적 에너지의 변환기들뿐 아니라 열적 엔진, 스팀 또는 가스 터빈 시스템, 스털링 엔진, 또는 열전자 이온 또는 열전 변환기 같은 당업자들에게 알려진 변환기들 중 임의의 변환기들로 흘러 나갈 수 있다. 실시 예에서, 전기화학 SF-ClHT 셀은 전기분해 셀로서 동작된다. 수소는 네거티브 전극에서 생성될 수 있고 산소는 포지티브 전극에서 생성될 수 있다. 셀은 H2O를 소비할 수 있다. H2O는 H2 및 O2로 전기 분해될 수 있다. H2O는 탱크 같은 공급원 또는 H2O 증기 공급부 또는 대기로부터 셀로 공급될 수 있다. 하이드리노들의 형성은 직접 사용되거나 기계 또는 전기 파워로 변환될 수 있는 열을 생성할 수 있다.
I. 내부
SF
-
ClHT
셀 엔진
SF-ClHT 셀 엔진을 포함하는 SF-ClHT 셀의 기계적 실시 예에서, 열 및 가스 압력 중 적어도 하나는 본 개시의 고체 연료 또는 에너지 재료의 점화에 의해 생성된다. 점화는 인가된 높은 전류의 흐름에 의해 HOH 촉매 및 H 중 적어도 하나의 형성에 의해 달성되고 여기서 HOH는 높은 전류의 흐름의 존재에서 촉매 반응에 의해 크게 강화된 레이트로 하이드리노들을 형성하기 위하여 H의 반응을 촉진시킨다. 본 개시의 특정 실시 예들은 기계적 파워 시스템에 관한 것이고, 기계적 파워 시스템은: 내연-타입 엔진의 적어도 하나의 피스톤 실린더; (a) 촉매의 적어도 하나의 공급원 또는 발생기 H2O를 포함하는 촉매; (b) 원자 수소의 적어도 하나의 공급원 또는 원자 수소를 포함하는 연료; (c) 전도체 및 전도성 매트릭스 중 적어도 하나; 적어도 하나의 밸브를 가진 적어도 하나의 연료 입구; 적어도 하나의 밸브를 가진 적어도 하나의 배출 출구; 적어도 하나의 피스톤; 적어도 하나의 크랭크샤프트; 높은 전류 공급원, 및 연료를 통하여 높은 전류를 한정 및 전도시키는 적어도 2개의 전극들을 포함한다.
파워 시스템은 왕복(reciprocating) 사이클의 상이한 위상들 동안 대기, 대기 초과, 및 대기 미만 중 적어도 하나의 압력을 가능하게 하는 적어도 하나의 피스톤 실린더, 높은 전류 및 선택적으로 높은 전압을 가능하게 하는 높은 파워 공급원, 본 개시의 고체 연료 또는 에너지 재료의 공급원, 적어도 하나의 밸브를 가진 적어도 하나의 연료 입구, 및 적어도 하나의 밸브, 적어도 하나의 밸브, 적어도 하나의 피스톤의 기계적 이동을 기계적 로드에 전달하기 위한 크랭크샤프트 같은 적어도 하나의 샤프트, 및 연료가 점화하게 하게 하기 위하여 연료를 통하여 높은 전류를 한정하는 적어도 2개의 전극들을 가지는 적어도 하나의 배출 출구를 포함할 수 있고, 여기서 피스톤 또는 실린더 중 적어도 하나는 다른 전극에 대한 카운터 전극으로서 역할을 할 수 있다. 게다가, 파워 시스템은 적어도 하나의 피스톤과 높은 전류 공급원 사이의 전기 콘택을 제공하기 위하여 적어도 하나의 브러시(brush)를 더 포함할 수 있다. 실시 예에서, 내부 SF-ClHT 셀 엔진은 높은 전류 공급원에 파워를 인가하고 차례로 고체 연료를 점화하게 하기 위하여 고체 연료를 통하여 높은 전류 흐름을 제공하는 전기 파워를 생성하도록 엔진의 기계적 파워에 의해 파워를 인가받는 생성기를 더 포함한다. 생성기는 엔진 크랭크샤프트 같은 샤프트에 의해 회전되거나 또는 그렇지 않으면 머시너리(machinery)를 크랭크샤프트에 커플링하는 기어들 또는 다른 기계부(mechanical)로 작동될 수 있다. 엔진은 생성물들을 다시 초기 고체 연료로 변환하거나 재생성하기 위한 연료 재생성기를 더 포함할 수 있다.
엔진 피스톤(들)은 왕복 운동을 겪을 수 있다. 엔진은 흡입 및 압축, 및 점화 및 배기 단계들을 포함하는 2-행정 사이클, 및 파워, 배기, 흡기, 또는 압축의 개별 단계들을 포함하는 4-행정 사이클을 포함할 수 있다. 회전 엔진들 같은 당업자들에게 알려진 다른 엔진들은 본 발명의 범위 내에 있다. 고체 연료는 변위되는 피스톤으로 인해 피스톤 챔버 내로 흐른다. 왕복 사이클의 파워 행정 동안, 압축된 연료는 생성물들 및 임의의 부가적인 부가된 가스 또는 가스의 공급원이 가열되게 하고 그리고 피스톤이 실린더 내에서 이동하게 하고 크랭크샤프트 같은 샤프트를 회전하게 하는 피스톤 상에서의 압력-볼륨(PV) 작업을 수행하는 높은 하이드리도 전이 레이트에 대응하는 높은 전류로 점화된다. 연료는 피스톤이 변위될 때 실린더 내로 흐르고, 연료는 점화 전에 리터닝 피스톤에 의해 압축되고, 그리고 생성물들은 리터닝 변위 피스톤에 의한 파워 단계 후 배기된다. 대안적으로, 배기 가스들은 배기되고 연료는 실린더 내로 흐르고, 피스톤은 다른 점화 이전에 배기 가스들을 압축한다. 배기된 생성물은 초기 연료로 재생성되도록 재생성 시스템으로 흐를 수 있다. 고체 연료의 점화로부터의 열의 PV 작업으로의 변환 성능을 돕기 위하여 임의의 부가적인 가스 또는 가스의 공급원은 복구되고, 재생성되고, 재활용될 수 있다.
실시 예에서, 연료는 촉매의 적어도 하나의 공급원 또는 발생기 H2O를 포함하는 촉매, 원자 수소의 적어도 하나의 공급원 또는 원자 수소를 포함하고, 그리고 전도체 중 적어도 하나 및 전도 매트릭스를 더 포함하는 본 개시의 하이드리노 반응물들을 구성하는 반응물들을 포함한다. 실시 예에서, 연료는 본 개시의 고체 연료 또는 에너지 재료의 공급원의 적어도 하나 및 본 개시의 고체 연료 또는 에너지 재료를 포함한다. 실시 예에서, 예시적 고체 연료들은 촉매의 공급원, 촉매, 원자 수소의 공급원, 및 원자 수소 중 적어도 하나를 형성하기 위하여 H2O의 공급원 및 전도 매트릭스를 포함한다. H2O 공급원은 벌크 H2O, 벌크 H2O와 상이한 상태, H2O를 형성하고 바운드 H2O를 방출하기 위한 반응 중 적어도 하나를 겪는 화합물 또는 화합물들을 포함할 수 있다. 바운드 H2O는 H2O와 반응하는 화합물을 포함할 수 있고 여기서 H2O는 흡수된 H2O, 바운드 H2O, 물리적 흡수된 H2O, 및 수화 물들 중 적어도 하나의 상태에 있다. 반응물들은 전도체 및 벌크 H2O, 흡수된 H2O, 바운드 H2O, 물리적 흡수된 H2O, 및 수화 물들 중 적어도 하나를 겪고, 그리고 반응 생성물로서 H2O를 가지는 하나 또는 그 초과의 화합물들 또는 재료들을 포함할 수 있다. 추가 예시적 고체 연료들은 수화된 흡습 재료 및 전도체; 수화된 탄소; 수화된 탄소 및 금속; 금속 산화물, 금속 또는 탄소, 및 H2O의 혼합; 및 금속 할로겐화물, 금속 또는 탄소, 및 H2O의 혼합이다. 금속 및 금속 산화물은 Co, Fe, Ni, 및 Cu 같은 전이 금속을 포함할 수 있다. 할로겐화물의 금속은 Mg 또는 Ca 같은 알칼리 어스 금속 및 F, Cl, Br 또는 I 같은 할로겐화물을 포함할 수 있다. 금속은 Cu, Ni, Pb, Sb, Bi, Co, Cd, Ge, Au, Ir, Fe, Hg, Mo, Os, Pd, Re, Rh, Ru, Se, Ag, Tc, Te, Tl, Sn, W, Al, V, Zr, Ti, Mn, Zn, Cr, 및 In의 그룹 중 적어도 하나 같은 H2O와 열역학적으로 호의적이지 않은 반응을 가질 수 있고 여기서 반응물들은 H2O의 부가에 의해 재생성될 수 있다. 하이드리노 반응물들을 구성하는 반응물들은 슬러리, 용액, 에멀션, 컴포지트, 및 화합물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다
특정 실시 예들에서, 발생기 H2O 촉매의 공급원 및 원자 수소의 공급원 중 적어도 하나는 (a) H2O의 적어도 하나의 공급원; (b) 산소의 적어도 하나의 공급원, 및 (c) 수소의 적어도 하나의 공급원 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 부가적인 실시 예들에서, 연료는 촉매의 공급원, 촉매, 원자 수소의 공급원 중 적어도 하나를 형성할 수 있고, 그리고 원자 수소는 (a) H2O 및 H2O의 공급원; (b) O2, H2O, HOOH, OOH-, 과산화물 이온, 초과산화물 이온, 수소화물, H2, 할로겐화물, 산화물, 옥시수산화물, 수산화물, 산소를 포함하는 화합물, 수화된 화합물, 할로겐화물, 산화물, 옥시수산화물, 수산화물, 산소를 포함하는 화합물 중 적어도 하나의 그룹으로부터 선택된 수화된 화합물, 및 (c) 전도 매트릭스 중 적어도 하나를 형성할 수 있다. 옥시수산화물의 비제한적 예들은 TiOOH, GdOOH, CoOOH, InOOFL FeOOH, GaOOH, NiOOH, AlOOH, CrOOH, MoOOH, CuOOH, MnOOH, ZnOOH, 및 SmOOH으로부터 선택된 적어도 하나의 그룹을 포함하고; 산화물의 비제한적 예들은 CuO, Cu20, CoO, Co203, C03O4, FeO, Fe203, NiO, 및 Ni2O3으로부터 선택된 적어도 하나의 그룹을 포함하고; 수산화물의 비제한적 예들은 Cu(OH)2, Co(OH)2, Co(OH)3, Fe(OH)2, Fe(OH)3, 및 Ni(OH)2로부터 선택된 적어도 하나의 그룹을 포함하고; 산소를 포함하는 화합물의 비제한적 예들은 황산염, 인산염, 질산염, 탄산염, 탄산수소염, 크롬산염, 피로인산염, 과황산염, 과염소산염, 과브롬산염, 및 과옥소산염, MXO3, MXO4 (M = Li, Na, K, Rb, Cs 같은 알칼리 금속 같은 금속; X = F, Br, Cl, I), 코발트 마그네슘 산화물, 니켈 마그네슘 산화물, 구리 마그네슘 산화물, Li20, 알칼리 금속 산화물, 알칼리 어스 금속 산화물, CuO, Cr04, ZnO, MgO, CaO, Mo02, Ti02, Zr02, Si02, A1203, NiO, FeO, Fe203, Ta02, Ta205, VO, V02, V203, V205, P203, P205, B203, NbO, Nb02, Nb205, Se02, Se03, Te02, Te03, W02, W03, Cr304, Cr203, Cr02, Cr03, CoO, Co203, Co304, FeO, Fe203, NiO, Ni203, 희토류 산화물, Ce02, La203, 옥시수산화물, TiOOH, GdOOH, CoOOH, InOOH, FeOOH, GaOOH, NiOOH, AlOOH, CrOOH, MoOOH, CuOOH, MnOOH, ZnOOH, 및 SmOOH로부터 선택된 적어도 하나의 그룹을 포함하고, 그리고 전도 매트릭스는 금속 파우더, 탄소, 탄화물, 붕소화물, 질화물, TiCN 같은 카르보니트릴, 또는 니트릴의 그룹으로부터 적어도 하나를 포함할 수 있다.
특정 실시 예들에서, 연료는 (a) 금속, 그의 금속 산화물, 및 H2O의 혼합물(여기서 H2O와 금속의 반응은 열역학적으로 호의적이지 않음); (b) 금속, 금속 할로겐화물, 및 H2O의 혼합물(여기서 H2O와 금속의 반응은 열역학적으로 호의적이지 않음); 및 (c) 전이 금속, 알칼리 어스 금속 할로겐화물, 및 H2O의 혼합물(여기서 H2O와 금속의 반응은 열역학적으로 호의적이지 않음)을 포함할 수 있다. 부가적인 실시 예들에서, H2O와 열역학적으로 호의적이지 않은 반응을 가지는 금속은 Cu, Ni, Pb, Sb, Bi, Co, Cd, Ge, Au, Ir, Fe, Hg, Mo, Os, Pd, Re, Rh, Ru, Se, Ag, Tc, Te, Tl, Sn, W, Al, V, Zr, Ti, Mn, Zn, Cr, 및 In 중 적어도 하나로부터 선택된다. 추가 실시 예들에서, 연료는 전도체, 흡습 재료, 및 H2O의 혼합물을 포함할 수 있다. 그런 실시 예들에서, 전도체는 금속 파우더 또는 탄소 파우더를 포함할 수 있고, 여기서 H2O와 금속 또는 탄소의 반응은 열역학적으로 호의적이지 않고, 그리고 흡습 재료는 리튬 브롬화물, 칼슘 염화물, 마그네슘 염화물, 아연 염화물, 칼륨 탄산염, 칼륨 인산염, KMgCl3·6(H2O) 같은 카널라이트, 구연산 철 암모늄, 칼륨 수산화물 및 수산화나트륨 및 진한 황산 및 인산, 셀룰로스 섬유들, 설탕, 카메럴, 꿀, 글리세롤, 에탄올, 메탄올, 디젤 연료, 메탄암페타민, 비료 화학물, 염, 건조제, 실리카, 활성화된 목탄, 칼슘 황산염, 칼슘 염화물, 분자 체, 제롤라이트, 용해성 재료, 아연 염화물, 칼슘 염화물, 수산화칼륨, 수산화나트륨 및 용해성 염의 그룹 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 특정 실시 예들에서, 연료는 전도체, 흡습 재료들, 및 H2O의 혼합을 포함할 수 있고 여기서 (금속), (흡습 재료), (H2O)의 상대적 몰량의 범위들은 약 (0,000001 내지 100000 금속), (0.000001 내지 100000 흡습 재료), (0.000001 내지 100000 H2O); (0.00001 내지 10000 금속), (0,00001 내지 10000 흡습 재료), (0.00001 내지 10000 H2O); (0.0001 내지 1000 금속), (0.001 내지 1000 흡습 재료), (0.001 내지 1000 H2O); (0.001 내지 100 금속), (0.001 내지 100 흡습 재료), (0.001 내지 100 H2O); (0.01 내지 100 금속), (0.01 내지 100 흡습 재료), (0,01 내지 100 H2O); (0.1 내지 10 금속), (0.1 내지 10 흡습 재료), (0.1 내지 10 H2O); 및 (0.5 내지 1 금속), (0.5 내지 1 흡습 재료), (0.5 내지 1 H2O) 중 적어도 하나이다.
추가 실시 예들에서, 연료는 금속, 그의 산화물, 및 H2O의 혼합물을 포함할 수 있고 여기서 금속 산화물은 1000℃ 미만의 온도에서 H2 환원할 수 있다. 실시 예들에서, 1000℃ 미만의 온도에서 H2로 금속으로 환원될 수 있는 산화물을 가지는 금속은 Cu, Ni, Pb, Sb, Bi, Co, Cd, Ge, Au, Ir, Fe, Hg, Mo, Os, Pd, Re, Rh, Ru, Se, Ag, Tc, Te, Tl, Sn, W, Al, V, Zr, Ti, Mil, Zn, Cr, 및 In 중 적어도 하나로부터 선택될 수 있다.
다른 실시 예들에서, 연료는 H2 및 약한 열로 쉽게 환원되지 않는 산화물; 1000℃ 미만의 온도에서 H2로 금속으로 환원될 수 있는 산화물을 가진 금속, 및 H2O의 혼합물을 포함할 수 있다. 실시 예들에서, H2 및 약한 열로 쉽게 환원되지 않는 금속 산화물은 알루미나, 알칼리 어스 산화물, 및 희토류 산화물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 추가 실시 예들에서, 연료는 탄소 또는 활성화된 탄소 및 H2O를 포함할 수 있고 여기서 혼합물의 H2O의 부가를 포함하는 복원에 의해 재생성된다.
특정 실시 예들에서, 파워 시스템에서 H2O 몰% 함량은 약 0.000001% 내지 100%, 0.00001% 내지 100%, 0.0001% 내지 100%, 0.001% 내지 100%, 0.01% 내지 100%, 0.1% 내지 100%, 1% 내지 100%, 10% 내지 100%, 0.1% 내지 50%, 1% 내지 25%, 및 1 % 내지 10% 중 적어도 하나의 범위 내에 있을 수 있다.
실시 예에서, 도 3 및 도 4a 및 도 4b에 도시된 것들과 같은 셀은 Mills 종래 Thermal Power Conversion Publications, Mills 종래 Plasma Power Conversion 공개물들, 및 Mills 종래 출원들에서 주어진 바와 같이 내연-타입 엔진의 적어도 하나의 실리더를 포함한다. 도 9에 도시된 내부 SF-CIHT 셀 엔진은 연료 공급원(63)로부터 연료 입구(56) 및 왕복 사이클의 연료 흡기 위상 동안 실린더 챔버로 통로를 개방하는 입구 밸브 어셈블리(60)를 통하여 연료를 수신하는 적어도 하나의 실린더(52)를 포함한다. 공기 같은 가스들 또는 재활용될 수 있는 아르곤 같은 노블(noble) 가스 같은 불활성 가스는 또한 연료 입구(56) 및 입구 밸브 어셈블리(60)를 통해서와 같은 수단에 의해 실린더(52) 내로 흐를 수 있다. 다른 실시 예에서, H2O 같은 파워 생성 동안 기화될 수 있는 유체 같은 가스의 공급원은 주입된다. H2O 같은 유체는 촉매 공급원 및 H 같은 연료를 적어도 부분적으로 포함할 수 있다.
각각의 실린더(52)는 본 개시에서 주어진 바와 같은 매우 높은 레이트로 하이드리노들을 형성하기 위하여 고체 연료를 점화하도록 높은 전류를 제공하기 위하여 약 1 kA 내지 100 kA를 제공할 수 있는 것과 같은 높은-전류 파워 공급부(58)에 전기 연결부들(65)에 의해 연결된 62 및 52 중 적어도 하나 및 적어도 2개의 전극들(54)을 포함한다. 실시 예에서, 연료는 적어도 2개의 전극들 사이에서 흐르고 뜨거운 가스들의 방출 및 실린더에서 기화될 수 있는 임의의 유체 및 가스들의 가열 및 팽창 중 적어도 하나를 유발하는 열적 에너지의 방출로 하이드리노들을 형성하기 위하여 점화된다. 다른 실시 예에서, 전극들은 본 개시에서 주어진 하이드리노들을 형성하기 위하여 H2O를 점화하기 위하여 H2O 또는 H2O를 포함하는 가스에서 아크 플라즈마를 유발한다. 실시 예에서, 하나의 전극은 절연된 피드-스로우(feed-throuhg)를 포함하고 다른 전극은 피스톤 및 실린더 중 적어도 하나를 포함한다. 전기 연결부들(65)은 높은 전류 파워 공급부(58) 및 피드-스로두(54) 및 실린더 전극들(52) 사이에 직접 이루어질 수 있다. 피스톤(62)이 카운터 전극인 실시 예에서, 실린더(52)는 비전도성이다. 예시적인 비-전도 실린더는 세라믹을 포함한다. 높은 전류 파워 공급부(58)로부터 피스톤 전극(62)으로의 전기 콘택은 피스톤 전극(62)에 전기적으로 연결되는 샤프트(51)와 콘택하는 것과 같은 브러시(64)를 통해서일 수 있다. 전도 연료(61) 및 피드-스로우 전극(54) 및 피스톤(62) 및 실린더 전극(52) 중 적어도 하나 사이의 콘택은 왕복 사이클의 압축 위상 또는 행정 동안 연료가 압축될 때 이루어질 수 있다. 매우 높은 레이트로 하이드리노들을 형성하기 위하여 압축된 H2O 또는 고체 연료(53)의 연료 점화 시, 뜨거운 실린더 가스들은 압력-볼륨 작업을 수행하기 위하여 팽창된다. 가열된 실린더 가스들은 피스톤(62)의 헤드 상에 압력을 가하여 피스톤이 파워 위상 동안 포지티브 변위에 대응하여 이동하게 한다. 피스톤(62)의 작용은 회전하는 크랭크샤프트(51)에 전달되고, 그리고 이 작용은 기술 분야에서 알려진 것들과 같은 기계적 로드에 인가된다. 실시 예에서, 엔진은 샤프트(51)에 연결된 내부 생성기(66)를 더 포함하고 출력 전기는 생성기 파워 연결기(67)에 의해 높은 파워 공급부(58)에 연결된다. 따라서, 기계적 에너지의 일부는 점화를 유지하기 위한 높은 파워를 제공하기 위해 사용되는 반면, 나머지는 샤프트, 휠들, 외부 생성기, 활성화 터보팬 또는 터보프로펠러, 잠수함 프로펠러, 임펠러(impeller), 및 회전 가능 샤프트 머시너리 중 적어도 하나를 스피닝(spinning)하는 것과 같은 다른 기계적 로드들에 인가된다.
높은-전류 전기 에너지의 짧은 버스트(burst)들을 전달하기 위한 높은 전류 파워 공급부는 하이드리노 반응물들이 매우 높은 레이트로 하이드리노들을 형성하기 위한 반응을 겪게 하기에 충분하다. 실시 예에서, 높은 전류 파워 공급부는 H2O 아크 플라즈마를 달성하기 위하여 높은 전압일 수 있다. 아크 플라즈마는 본 개시의 DC를 가지는 아크 및 높은-전류 하이드리노 플라즈마 셀들, AC, 및 혼합 섹션에서 주어진 특성들을 가진다. 실시 예에서, 높은-전류 전기 에너지의 짧은 버스트를 전달하기 위한 높은 전류 파워 공급부는: 100 A 내지 1,000,000 A, 1 kA 내지 100,000 A, 10 kA 내지 50 kA 중 적어도 하나의 범위 내에 있는 높은 AC, DC, 또는 AC-DC 혼합 전류; 100 A/cm2 내지 1,000,000 A/cm2, 1000 A/cm2 내지 100,000 A cm2, 및 2000 A/cm2 내지 50,000 A/cm2 중 적어도 하나의 범위 내의 DC 또는 피크 AC 전류 밀도를 유발하도록 선택된 전압을 포함하고, 여기서 전압은 고체 연료의 전도도에 의해 결정될 수 있고 전압은 원하는 전류 곱하기 고체 연료의 저항에 의해 주어지고; DC 또는 피크 AC 전압은 약 0.1 V 내지 500 kV, 0.1 V 내지 100 kV, 및 1 V 내지 50 kV로부터 선택된 적어도 하나의 범위 내에 있고, 그리고 AC 주파수는 약 0.1 Hz 내지 10 GHz, 1 Hz 내지 1 MHz, 10 Hz 내지 100 kHz, 및 100 Hz 내지 10 kHz의 범위 내에 있을 수 있다. 특정 실시 예들에서, 연료의 저항은 약 0,001 miliohm 내지 100 메가ohm, 0.1 ohm 내지 1 메가ohm, 및 10 ohm 내지 1 킬로ohm으로부터 선택된 적어도 하나의 범위 내에 있을 수 있고, 그리고 하이드리노들을 형성하기 위하여 활성인 전극 영역당 적당한 로드의 전도도는 약 10-10 ohm-1 cm-2 내지 106 ohm-1 cm-2, 10-5 ohm-1 cm-2 내지 106 ohm-1 cm-2, 10-4 ohm-1 cm-2 내지 105 ohm-1 cm-2, 10-3 ohm-1 cm-2 내지 104 ohm-1 cm-2, 10-2 ohm-1 cm-2 내지 103 ohm-1 cm-2, 10-1 ohm-1 cm-2 내지 102 ohm-1 cm-2, 및 1 ohm-1 cm-2 to 10 ohm-1 cm- 2으로부터 선택된 적어도 하나의 범위 내에 있을 수 있다.
실시 예에서, 실린더 가스들의 팽창에 대응하는 파워 행정 다음, 압축 배기 행정이 이어지고 여기서 피스톤은 반대 방향으로이동하고, 그리고 네거티브 변위는 출구 또는 배출 밸브 어셈블리(59)를 통하여 실린더(52)의 밖으로 강제될 수 있는 실린더 가스들을 압축한다. 가열된 실린더 가스들은 적어도 하나의 배출 밸브(59)를 통하여 실린더(52)의 밖으로 생성물들을 운송할 수 있다. 연료 생성물들 및 가스들 중 적어도 하나는 배출 출구(57)를 통하여 연료 재생성기(55)로 배출 밸브 어셈블리(59) 밖으로 운송될 수 있고 여기서 생성물들 및 선택적으로 가스들 또는 기화되는 유체는 초기 연료로 재생성되고 그 다음 연료 공급원로 리턴된다. 실시 예에서, 시스템은 배출 출구(57) 및 재생성기(55)를 통하여 배출될 수 있는 하이드리노들 및 산소를 형성하기 위하여 소비되는 H2O의 부가를 제외하고 폐쇄될 수 있다. 실시 예에서, 엔진은 재생성된 연료를 재생성기(55)로부터 연료 공급원(63)로 이동시키기 위한 컨베이어를 더 포함한다. 적당한 컨베이어들은 컨베이어 벨트, 오거(auger) 또는 나사, 공압식 컨베이어 또는 무버(mover), 중력 도움 흐름 채널, 및 당업자들에 의해 알려진 다른 것들 중 적어도 하나일 수 있다.
실시 예에서, 엔진은 포지티브 및 네거티브 변위를 가지는 왕복 타입이다. 적어도 2개의 실린더들은 왕복 사이클을 상호 돕기 위하여 서로 이위상으로 작동할 수 있다. 연료는 H2O를 포함하는 탄소 같은 적어도 상당히 가연성일 수 있다. 연료는 실시 예에서 공압식으로 주입되는 미세 파워더일 수 있다. 연료는 전도체 및 H2O를 포함할 수 있고 전도체는 압력 볼륨 작업을 수행할 수 있고 실린더로부터 쉽게 다 사용될 수 있는 가스 생성물을 형성한다. 실시 예에서, SF-CIHT 엔진은 본 개시의 고체 연료 또는 에너지 재료에 의해 대체된 화석 연료를 가진 수정된 내연 엔진을 포함하고, 그리고 스파크 플러그들 및 대응하는 파워 공급원은 전극들(54) 및 62 및 52 중 적어도 하나 및 본 개시의 것들 중 하나 같은 낮은 전압 또는 아크 플라즈마 파워 공급원일 수 있는 높은-전류 파워 공급원(58)에 의해 대체된다.
내연 엔진 및 파워 로드 시스템들의 설비 밸런스는 당업자들에게 잘 알려져 있다. 다른 실시 예들에서, 엔진은 회전 엔진 같은 다른 타입을 포함할 수 있고 여기서 압력-볼륨(PV) 작업은 운동적으로 폭발성일 수 있는 하이드리노 반응에 의해 방출된 에너지에 의해 형성되고 가열되는 가스들 중 적어도 하나에 의해 수행된다. 시스템 및 방법들은 종래 피스톤 엔진의 것들과 유사하다. 압축 챔버로의 연료 흐름들은 점화되고, PV 작업을 수행하기 위하여 팽창하고, 그 다음 가스들은 새로운 사이클을 시작하기 위하여 배기될 때 압축된다. 배기 가스는 재생성될 수 있고 재활용될 수 있다.
열뿐 아니라 기계적 파워는 SF-CIHT 셀의 기계적 실시 예에 의해 생성된다. SF-CIHT 셀 엔진은 셀에 의해 생성된 열을 제거하고 이를 로드에 전달하기 위하여 외부 실린더 표면 상에 있을 수 있는 열 교환기를 더 포함한다. 다른 실시 예에서, SF CIHT 셀은 보일러를 포함한다. 열 교환기 또는 보일러는 뜨거운 냉각재를 로드에 공급하거나 리턴하기 위하여 로드 및 냉각재 출구로부터 차가운 냉각재를 수신하기 위한 냉각재 입력을 포함한다. 열은 직접 사용될 수 있거나 스팀 엔진 또는 스팀 또는 가스 터빈 및 생성기, 랭킨 또는 브레이튼-사이클 엔진, 또는 스털링 엔진 같은 열 엔진 같은 당업자들에 의해 알려진 변환기들을 사용하여 기계 또는 전기 파워로 변환된다. 파워 변환을 위하여, SF CIHT 셀의 기계적 실시 예로부터의 열적 출력은 냉각재 출구 라인에서 Mills 종래 공개물들에서 설명된 기계 또는 전기 파워로 열적 에너지의 임의의 변환기들로 및 열적 엔진, 스팀 또는 가스 터빈 시스템, 스털링 엔진, 열전자 이온 또는 열전 변환기 같은 당업자들에게 알려진 변환기들로 흐를 수 있다.
VIII. 하이드리노 플라즈마 셀
실시 예에서, CIHT 셀은 플라즈마 셀을 포함하고 여기서 플라즈마는 외부 입력 파워의 간헐적 적용에 의해 간헐적으로 형성되고, 전기 파워는 외부 입력 파워가 오프인 위상 동안 인출되거나 출력된다. 플라즈마 가스들은 파워를 외부 로드에 제공하기 위하여 촉매와 H의 반응에 의해 하이드리노들을 형성하는 수소의 공급원, 수소, 촉매의 공급원, 및 촉매 중 적어도 두 개를 포함한다. 입력 플라즈마 파워는 적어도 외부 파워 오프 위상 동안 하이드리노들을 형성하는 반응물들을 생성한다. 플라즈마 셀은 플라즈마 전기분해 반응기, 배리어 전극 반응기, RF 플라즈마 반응기, rt-플라즈마 반응기, 가압된 가스 에너지 반응기, 가스 방출 에너지 반응기, 마이크로파 셀 에너지 반응기, 글로우 방전 셀 및 마이크로파 및/또는 RF 플라즈마 반응기의 결합을 포함할 수 있다. 촉매들 및 시스템들은 본 개시의 것들 및 그 전체가 인용에 의해 본원에 포함되는 종래 미국 특허 출원 이를테면 2008년 4월 24일 PCT 출원된 Hydrogen Catalyst Reactor, PCT/US08/61455, filed PCT 4/24/2008; 2009년 7월 29일 PCT 출원된 Heterogeneous Hydrogen Catalyst Reactor, PCT/US09/052072; 2010년 3월 18일 PCT 출원된 Heterogeneous Hydrogen Catalyst Power System, PCT/US 10/27828; 2011년 3월 17일 PCT 출원된 Electrochemical Hydrogen Catalyst Power System, PCT/US11/28889; 2012년 3월 30일 출원된 H2O-Based Electrochemical Hydrogen-Catalyst Power System, PCT/US12/31369, 및 2013년 5월 21일 출원된 ClHT Power System, PCT/US 13/041938("Mills 종래 출원들")일 수 있다.
하이드리노 반응 레이트는 H 및 HOH 같은 촉매를 포함하는 반응물들을 통하여 높은 전류의 인가에 의해 엄청 증가된다. H2O의 점화는 H2O 또는 H2O의 공급원을 포함하는 고체 연료들에 높은 전류를 인가함으로써 또는 H2O를 포함하는 아크 플라즈마를 형성 및 유지함으로써 달성된다. 아크 플라즈마는 마이크로파 셀들, DC 파워링된 셀들, AC 파워링된 셀들, 및 DC 및 AC의 혼합으로 파워링된 셀들로 달성될 수 있다. 다른 실시 예에서, 높은 전류는 플라즈마 흐름을 사용하여 달성되고 여기서 플라즈마는 정전기 및 자기장들 중 적어도 하나로 한정될 수 있다. 한정의 예시적 실시 예들은 Mills 출원들에서 주어진 바와 같은 헬름홀츠(Helmholtz) 코일들, 자기병 또는 미러에 의해 제공된 것 같은 솔레노이드 필드, 및 당업자들에 의해 알려진 핫 퓨전(hot fusion) 연구에 사용된 구성들을 포함한다. 플라즈마 흐름은 RF 커플링, 입자 주입, 및 플라즈마들의 당업자들에게 알려진 다른 방법들 및 수단에 의해 증가될 수 있다.
본 개시의 실시 예들에서, 물 아크 플라즈마 파워 시스템은 적어도 하나의 폐쇄된 반응 용기; H2O의 공급원 및 H2O 중 적어도 하나를 포함하는 반응물들; 전극들의 적어도 하나의 세트; H2O의 초기 높은-전압 브레이크 다운을 전달하고 추후 높은 전류를 제공하기 위한 전기 파워의 공급원, 및 열 교환기 시스템을 포함할 수 있고, 여기서 파워 시스템은 아크 플라즈마, 광, 및 열적 에너지를 생성한다. 실시 예들에서, 아크 플라즈마는 생성될 수 있고 반응물들이 매우 높은 레이트로 하이드리노들을 형성하기 위한 반응을 겪게 할 수 있다. 특정 실시 예들에서, H2O는 반응물의 역할을 하고 반응물은: (a) 발생기 H2O를 포함하는 촉매의 공급원 또는 촉매; (b) 원자 수소의 공급원 또는 원자 수소, 및 (c) 플라즈마 매체를 포함한다. 물 아크 플라즈마 파워 시스템은 H2O 및 트레이스(trace) 이온들 중 적어도 하나를 포함하는 플라즈마 매체를 더 포함할 수 있다. 특정 실시 예들에서, H2O는 아크 플라즈마에 의해 형성된 H 및 HOH 촉매의 공급원일 수 있다. H2O는 또한 각각 약 1℃ 내지 2000℃ 및 0.01 atm 내지 200 atm의 범위의 동작 온도들 및 압력들에 대해 H2O 위상 다이어그램에 따라 액체 및 가스 혼합물의 표준 조건들에서 액체 및 가스 상태들 중 적어도 하나로서 존재될 수 있다. 추가 실시 예들에서, 플라즈마 매체는 매체가 더 낮은 전압에서 아크 브레이크다운을 달성하기 위하여 더 전도적이게 하는 용해된 이온 및 염 화합물 중 적어도 하나를 포함하는 이온들의 공급원을 포함할 수 있다.
실시 예들에서, 높은 브레이크다운 전압은 약 50 V 내지 100 kV, 1 kV 내지 50 kV, 및 I kV 내지 30 kV 중 적어도 하나의 범위 내에 있을 수 있고, 그리고 높은 전류는 약 1 kA 내지 100 kA, 2 kA 내지 50 kA, 및 10 kA 내지 30 kA 중 적어도 하나의 범위 내로 제한을 가질 수 있다. 높은 전압 및 전류는 DC, AC 및 이들의 혼합들 중 적어도 하나일 수 있다. 게다가, 전기 파워의 공급원은 0.1 A/cm2 내지 1,000,000 A/cm2, 1 A/cm2 내지 1,000,000 A/cm2, 10 A/cm2 내지 1,000,000 A/cm2, 100 A/cm2 내지 1,000,000 A/cm2, 및 1 kA/cm2 내지 1,000,000 A/cm2 중 적어도 하나의 범위의 높은 방전 전류 밀도를 제공할 수 있다. 실시 예들에서, 아크 플라즈마를 형성하기 위한 전기 파워의 공급원은 약 1 kV 내지 50 kV 범위의 높은 전압 및 저항 및 전압이 감소함에 따라 증가하는 높은 전류를 공급할 수 있는 캐패시터들의 뱅크를 포함하는 복수의 캐패시터들을 포함한다. 추가 실시 예들에서, 물 아크 플라즈마 파워 시스템은 보조 파워 공급원을 포함할 수 있다. 게다가, 물 아크 플라즈마 파워 시스템은 부가적인 파워 회로 엘리먼트들 및 보조 높은 전류 파워 공급원 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 그런 실시 예들에서, 전기 파워의 공급원은 파워를 아크에 순차적으로 공급하는 복수의 캐패시터들의 뱅크들을 포함할 수 있고 여기서 캐패시터들의 각각의 방전된 뱅크는 캐패시터들의 주어진 충전된 뱅크가 방전될 때 보조 파워 공급원에 의해 재충전된다.
추가 실시 예들에서, 폐쇄된 용기는 스팀 출구, 리턴, 및 재순환 펌프를 포함하는 보일러를 더 포함하고 여기서 가열된 물, 초-과열된 물, 스팀, 및 초-가열된 스팀 중 적어도 하나를 포함하는 적어도 하나의 H2O 위상은 스팀 출구 밖으로 흐르고 열적 및 기계적 로드를 공급하고, 적어도 하나의 출구 흐름의 냉각 프로세스들 및 스팀의 응축은 로드로의 열적 파워 전달로 인해 발생하고, 냉각된 스팀 또는 물은 재순환 펌프에 의해 펌핑되고, 그리고 냉각된 스팀 또는 물은 리턴을 통하여 셀로 리턴된다. 부가적인 실시 예들에서, 물 아크 플라즈마 파워 시스템은 보일러 및 열 교환기 중 적어도 하나로부터 열적 파워를 수신하기 위하여 적어도 하나의 열-투-전기 변환기를 더 포함한다. 적어도 하나의 열-투-전기 변환기는 열적 엔진, 스팀 엔진, 스팀 터빈 및 생성기, 가스 터빈 및 생성기, 랭킨-사이클 엔진 또는 브레이튼-사이클 엔진, 스털링 엔진, 열전자 이온 변환기, 및 열전 파워 변환기로부터 선택된 그룹 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
A. 마이크로파 하이드리노 플라즈마 셀
실시 예에서, 플라즈마 셀은 Mills 종래 출원들 중 하나 같은 마이크로파 플라즈마 셀을 포함한다. 마이크로파 셀은 진공, 대기압, 및 대기 초과 압, 플라즈마 가스 공급원을 유지할 수 있는 용기, 가스 입구, 가스 출구, 및 플라즈마 가스의 흐름을 유지하기 위한 펌프 및 압력 게이지, 및 안테나 및 마이크로파 공동 중 적어도 하나, 마이크로파 생성기, 및 마이크로파 생성기로부터 안테나 및 마이크로파 공동 중 적어도 하나에 연결된 동축 케이블을 포함한다. 플라즈마 가스는 H2 및 H2O 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 플라즈마 셀은 안테나 또는 공동에 생성된 전압의 접지로의 단락을 제공하기 위하여 중앙 축 금속 로드 같은 플라즈마에 담겨지는 접지된 전도체를 더 포함할 수 있다. 단락은 하이드리노 반응을 점화하기 위하여 높은 전류를 초래한다. 단락은 안테나와 접지된 전도체 사이에 아크를 형성할 수 있다. 아크의 높은 전류는 하이드리노 반응이 상당히 증가하게 할 수 있다.
마이크로파 플라즈마 셀의 실시 예에서 플라즈마 가스는 적어도 질소 및 수소를 포함한다. 촉매는 아미드 이온일 수 있다. 압력은 적어도 약 0.001 Torr 내지 100 atm, 0.01 Torr 내지 760 Torr, 및 0.1 Torr 내지 100 Torr의 범위 내에 있을 수 있다. 질소 대 수소의 비율은 임의로 원해질 수 있다. 실시 예에서, 질소-수소 플라즈마 가스의 질소 퍼센티지는 약 1% 내지 99%의 범위 내에 있다.
B. DC, AC 및 혼합들을 가진 아크 및 높은-전류 하이드리노 플라즈마 셀들
실시 예에서, CIHT 셀은 하이드리노 플라즈마 셀이라 불리는 하이드리노-형성 플라즈마 셀을 포함한다. 높은 전류는 DC, AC, 또는 이들의 결합들일 수 있다. 실시 예에서, 셀은 Garolite 절연체를 포함하는 배리어 같은 유전체 배리어로 외장된 전도 전극 및 전도 카운터 전극을 포함하는 높은 전압 유전체 배리어 가스 방전 셀을 포함한다. 전도 전극은 축 중심 배리어 전극에 대한 원통형 원주부일 수 있다. 플라즈마 가스는 H2O 같은 HOH 촉매의 공급원 및 H의 공급원 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 부가적인 적당한 플라즈마 가스들은 H2O, H의 공급원, H2, 산소의 공급원, O2, 및 노블 가스 같은 불활성 가스 중 적어도 하나의 혼합물이다. 가스 압력은 약 0.001 Torr 내지 100 atm, I Torr 내지 50 atm, 및 100 Torr 내지 10 atm 중 적어도 하나의 범위 내에 있을 수 있다. 전압은 약 50 V 내지 100 kV, 1 kV 내지 50 kV, 및 1 kV 내지 30 kV 중 적어도 하나의 범위 내인 것과 같이 높을 수 있다. 전류는 약 0.1 mA 내지 100 A, 1 mA 내지 50 A, 및 1 mA 내지 10A 중 적어도 하나의 범위 내에 있을 수 있다. 플라즈마는 약 1 A 내지 100 kA, 100 A 내지 50 kA, 및 1 kA 내지 20 kA 중 적어도 하나의 범위 내에 있는 것들 같은 훨씬 더 높은 전류를 가지는 아크들을 포함할 수 있다. 실시 예에서, 높은 전류는 하이드리노 반응 레이트를 가속화한다. 실시 예에서, 전압 및 전류는 AC이다. 구동 주파수는 3 kHz 내지 15 kHz의 범위 내인 것과 같은 오디오 주파수일 수 있다. 실시 예에서, 주파수는 약 0.1 Hz 내지 100 GHz, 100 Hz 내지 10 GHz, 1 kHz 내지 10 GHz, I MHz 내지 1 GHz, 및 10 MHz 내지 1 GHz 중 적어도 하나의 범위 내에 있다. 예시적인 배리어 전극 플라즈마 셀은 그 전체가 인용에 의해 본원에 포함된 J, M. Nowak, "Examination of the Strontium Catalysis of the Hydrino Reaction in an Audio-Frequency, CapaCltively Coupled, Cylindrical Plasma Discharge", Master of SClence Thesis, North Carolina State University, Nuclear Engineering Department, (2009), http://repository.lib.ncsu.edu/ir/bitstream/1840.16/31/ 1/etd.pdf에 설명된다. 다른 실시 예에서, 유전체 배리어는 아크 플라즈마를 더 잘 지원하기 위하여 제거된다. 이에 의해 플라즈마 가스에 노출된 전도체는 아크 플라즈마를 지원하기 위하여 전자 열전자 및 필드 방출을 제공할 수 있다.
실시 예에서, 셀은 H의 공급원 및 HOH 촉매의 공급원을 포함하는 플라즈마 가스에서 브레이크다운을 달성하기 위하여 인가된 높은 전압 파워 공급원을 포함한다. 플라즈마 가스는 수증기, 수소, 산소의 공급원, 및 아르곤 같은 노블 같은 불활성 가스 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 높은 전압 파워는 직류(DC), 교류(AC), 및 이들의 혼합들을 포함할 수 있다. 플라즈마 가스의 브레이크다운은 전도도가 상당히 증가하게 한다. 파워 공급원은 높은 전류일 수 있다. 브레이크다운 전압보다 낮은 전압에서의 높은 전류는 HOH 촉매에 의해 하이드리노에 대한 H의 촉매 작용이 높은 레이트로 발생하게 하도록 적용된다. 높은 전류는 직류(DC), 교류(AC), 및 이들의 혼합들을 포함할 수 있다.
높은 전류 플라즈마 셀의 실시 예는 HOH 촉매 및 H를 형성할 수 있는 플라즈마 가스를 포함한다. 플라즈마 가스는 H2O 및 H2 가스들 같은 H의 공급원 및 HOH의 공급원을 포함한다. 플라즈마 가스는 HOH 촉매 및 H를 허용, 강화, 또는 유지하는 부가적인 가스들을 더 포함할 수 있다. 다른 적당한 가스들은 노블 가스들이다. 셀은 전극들은 적어도 하나의 세트, 적어도 하나의 안테나, 적어도 하나의 RF 코일, 및 안테나를 포함할 수 있고 플라즈마 가스의 전기 브레이크다운을 유발하기에 충분한 전압 또는 전자 또는 이온 에너지를 생성할 수 있는 것 같은 적어도 하나의 브레이크다운 파워 공급원을 더 포함하는 적어도 하나의 마이크로파 공동 중 적어도 하나를 포함한다. 전압은 약 10 V 내지 100 kV, 100 V 내지 50 kV, 및 1 kV 내지 20 kV 중 적어도 하나의 범위 내에 있을 수 있다. 플라즈마 가스는 처음에 액체 상태에 있거나 가스 상태일 수 있다. 플라즈마는 액체 H2O이거나 액체 H2O를 포함하는 매체로 형성될 수 있다. 가스 압력은 약 0.001 Torr 내지 100 atm, 0.01 Torr 내지 760 Torr, 및 0.1 Torr 내지 100 Torr 중 적어도 하나의 범위 내에 있을 수 있다. 셀은 브레이크다운이 달성되면 높은 전류를 제공하는 파워의 적어도 하나의 보조 공급원을 포함할 수 있다. 높은 전류는 브레이크다운 파워 공급원에 의해 또한 제공될 수 있다. 파워 공급원들 각각은 DC 또는 AC일 수 있다. 어느 하나의 주파수 범위는 약 0.1 Hz 내지 100 GHz, 100 Hz 내지 10 GHz, 1 kHz 내지 10 GHz, 1 MHz 내지 I GHz, 및 10 MHz 내지 1 GHz 중 적어도 하나의 범위 내에 있을 수 있다. 높은 전류는 약 1 A 내지 100 kA, 10 A 내지 100 kA, 1000 A 내지 100 kA, 10 kA 내지 50 kA 중 적어도 하나의 범위 내에 있을 수 있다. 높은 방전 전류 밀도는 0.1 A/cm2 내지 1,000,000 A/cm2, 1 A/cm2 내지 1,000,000 A/cm2, 10 A/cm2 내지 1,000,000 A/cm2, 100 A/cm2 내지 1,000,000 A/cm2, 및 1 kA/cm2 내지 1,000,000 A/cm2 중 적어도 하나의 범위 내에 있을 수 있다. 실시 예에서, 브레이크다운 및 보조 높은 전류 파워 공급원들 중 적어도 하나는 간헐적으로 인가될 수 있다. 간헐적 주파수는 약 0.001 Hz 내지 1 GHz, 0.01 Hz 내지 100 MHz, 0.1 Hz 내지 10 MHz, 1 Hz 내지 1 MHz, 및 10 Hz 내지 100 kHz 중 적어도 하나의 범위 내에 있을 수 있다. 듀티 사이클은 약 0.001% 내지 99.9%, 1 % 내지 99%, 및 10% 내지 90% 중 적어도 하나의 범위 내에 있을 수 있다. RF 파워 공급원 및 DC 파워 공급원 같은 AC를 포함하는 실시 예에서, DC 파워 공급원은 적어도 하나의 캐패시터에 의해 AC 파워 공급원로부터 절연된다. 실시 예에서, H2 및 H2O 중 적어도 하나 같은 하이드리노들을 형성하기 위한 H의 공급원은 하이드리노 파워 컴포넌트가 입력 전기 파워를 초과하는 것과 같은 원하는 셀 이득을 제공하는 출력 파워로 하이드리노 컴포넌트를 유지하는 레이트로 셀에 공급된다.
실시 예에서, 플라즈마 가스는 순수하거나 브라인(brine) 같은 수용성 염 용액을 포함할 수 있는 액체 H2O에 의해 대체된다. 용액은 RF 또는 마이크로파 여기 같은 높은 주파수 조사선 같은 AC 여기가 입사될 수 있다. 브라인 같은 H2O를 포함하는 여기된 매체는 RF 송신기와 수신기 사이에 배치될 수 있다. RF 송신기 또는 안테나는 H2O를 포함하는 매체에 의해 흡수될 수 있는 파워 및 주파수의 RF 신호를 생성할 수 있는 RF 생성기로부터 RF 파워를 수신한다. 셀 및 여기 파라미터들은 본 개시의 것들 중 하나일 수 있다. 실시 예에서, RF 주파수는 약 1 MHz 내지 20 MHz의 범위 내에 있을 수 있다. RF 여기 공급원은 송신기에 로드의 임피던스를 매칭하기 위한 튜닝 회로 또는 매칭 네트워크를 더 포함할 수 있다. 금속 입자들은 H2O 또는 염 용액에 현탁될 수 있다. 입사 파워는 금속 입자들과 입사 조사선의 상호작용으로 인해 플라즈마에서 아크들을 유발하기 위하여 약 0.1 W/cm2 내지 100 kW/cm2, 0,5 W/cm2 내지 10 kW/cm2, 및 0.5 W/cm2 내지 1 kW/cm2 중 적어도 하나의 범위 내 같이 높을 수 있다. 금속 입자들의 사이즈는 아크 형성을 최적화하기 위하여 조절될 수 있다. 적당한 입자 사이즈들은 약 0.1 ㎛ 내지 10 mm 범위이다. 아크들은 하이드리노 반응이 높은 운동으로 발생하게 하는 높은 전류를 운반한다. 다른 실시 예에서, 플라즈마 가스는 H2O 증기 같은 H2O를 포함하고, 셀은 RF 또는 마이크로파 같은 높은 주파수 조사선이 또한 입사되는 금속 물체들을 포함한다. 금속 물체들 상에서 날카로운 포인트들 상의 필드 농도는 하이드리노 반응 레이트의 큰 강화로 인해 H2O를 포함하는 ㅍf라즈마 가스에 아크들을 유발한다.
실시 예에서, 높은-전류 플라즈마는 아크를 포함한다. 아크 플라즈마는 글로우 방전 플라즈마와 구별되는 특성들을 가질 수 있다. 이전 경우에서, 전자 및 이온 온도들은 유사하고, 그리고 후자 경우에서, 전자 열적 에너지는 이온 열적 에너지보다 훨씬 클 수 있다. 실시 예에서, 아크 플라즈마 셀은 핀치(pinch) 플라즈마를 포함한다. H2O를 포함하는 것과 같은 플라즈마 가스는 아크 플라즈마를 형성하기에 충분한 압력으로 유지된다. 압력은 약 100 Torr 내지 100 atm의 범위 내에서와 같이 높을 수 있다. 실시 예에서, 브레이크다운 및 높은 전류 파워 공급부들은 동일할 수 있다. 아크는 약 1 kV 내지 50 kV 범위 내의 전압 같은 높은 전류 및 저항 및 전압이 아크 형성 및 유지관리로 감소함에 따라 증가할 수 있는 것과 같은 높은 전류(여기서 전류는 약 0.1 mA 내지 1000,000 A의 범위 내에 있을 수 있음)를 공급할 수 있는 캐패시터들의 뱅크를 포함하는 복수의 캐패시터들을 포함하는 파워 공급부에 의해 액체 H2O를 포함하는 높은 압력 H2O로 형성될 수 있다. 전압은 직렬로 캐패시터들을 연결함으로써 증가될 수 있고, 캐패시턴스는 원하는 높은 전압 및 전류를 달성하기 위하여 병렬로 캐패시터들을 연결함으로써 증가될 수 있다. 캐패시턴스는 0.1 초 내지 24 시간보다 더 큰 것 같은 오랜 지속시간 동안 플라즈마를 유지하기에 충분할 수 있다. 파워 회로는 보조 높은 전류 파워 공급원처럼 일단 형성된 아크를 유지하기 위하여 부가적인 엘리먼트들을 가질 수 있다. 실시 예에서, 파워 공급부는 파워를 아크에 순차적으로 공급할 수 있는 복수의 캐패시터들 뱅크들을 포함하고 여기서 캐패시터들의 각각의 방전된 뱅크는 캐패시터들의 주어진 충전된 뱅크가 방전될 때 충전한 파워 공급원에 의해 재충전될 수 있다. 복수의 뱅크들은 정상 상태 아크 플라즈마를 유지하기에 충분할 수 있다. 다른 실시 예에서, 플라즈마 브레이크다운 및 높은 전류 중 적어도 하나를 아크 플라즈마에 제공하기 위한 파워 공급부는 적어도 하나의 트랜스포머를 포함한다. 실시 예에서, 아크는 약 0.01 Hz 내지 1 MHz의 범위 내 같은 높은 DC 반복 레이트로 수립된다. 실시 예에서, 캐소드 및 애노드의 역할을 주기적으로 반전할 수 있다. 반전 레이트는 아크 플라즈마를 유지하기 위하여 낮을 수 있다. 교류 전류의 주기 레이트는 약 0 Hz 내지 1000 Hz, 0 Hz 내지 500 Hz, 및 0 Hz 내지 100 Hz 중 적어도 하나일 수 있다. 파워 공급부는 원하는 레이트로 하이드리노 반응 레이트를 유지하는 최대 전류 제한을 가질 수 있다. 실시 예에서, 높은 전류는 가변 파워 출력을 제공하기 위하여 하이드리노-생성 파워를 제어하기 위하여 가변한다. 파워 서플라이에 의해 제어되는 높은 전류 제한은 약 1 kA 내지 100 kA, 2 kA 내지 50 kA, 및 10 kA 내지 30 kA 중 적어도 하나의 범위 내에 있을 수 있다. 아크 플라즈마는 증가하는 전류로 인해 감소하는 전압을 포함하는 네거티브 저항을 가질 수 있다. 플라즈마 아크 셀 파워 회로는 원하는 레벨의 안정된 전류를 수립하기 위하여 전기 안정기 같은 포지티브 임피던스 형태를 포함할 수 있다. 전극들은 2개 사이의 전기장을 제공하기 위하여 원하는 기하구조로 있을 수 있다. 적당한 기하구조들은 중앙 실린더 전극 및 외부 동심원 전극, 평행-플레이트 전극들, 및 대향 핀들 또는 실린더들 중 적어도 하나이다. 전극들은 아크 플라즈마를 지원하기 위하여 캐소드에 전자 열전자 및 필드 방출 중 적어도 하나를 제공할 수 있다. 106 A/cm2 같이 높은 것들 같은 높은 전류 밀도들이 형성될 수 있다. 전극은 W 또는 Mo 및 탄소 같은 내화 금속의 그룹에서 하나 같은 높은 용융점을 가지는 재료 및 Cu, Ni, Pb, Sb, Bi, Co, Cd, Ge, Au, Ir, Fe, Hg, Mo, Os, Pd, Re, Rh, Ru, Se, Ag, Tc, Te, Ti, Sn, W, Al, V, Zr, Ti, Mn, Zn, Cr, 및 In의 그룹에서 하나 같은 물을 가진 낮은 반응성을 가진 재료 중 적어도 하나로 구성될 수 있다. 실시 예에서, 전극들은 이동 가능할 수 있다. 전극들은 서로 밀접하거나 직접 콘택하여 배치될 수 있고 그다음 아크 플라즈마를 개시하고 유지하기 위하여 기계적으로 분리될 수 있다. 이 경우, 브레이크다운 전압은, 전극들이 고정된 갭으로 영구적으로 분리된 경우보다 훨씬 작을 수 있다. 이동 가능 또는 갭 조절 가능 전극들로 아크를 형성하기 위하여 인가된 전압은 약 0.1 V 내지 20 kV, 1 V 내지 10 kV, 및 10 V 내지 1 kV 중 적어도 하나의 범위 내에 있을 수 있다. 전극 분리는 원하는 전류 또는 전류 밀도에서 안정된 아크를 유지하기 위하여 조절될 수 있다.
실시 예에서, OH, HOH, O2, nO, 및 nH(n은 정수임) 중 적어도 하나를 포함하는 촉매는 물-아크 플라즈마에서 생성된다. H2O 아크 플라즈마 셀 파워 생성기(700)의 개략도는 도 10에 도시된다. 아크 플라즈마 셀(709)은 진공, 대기압, 및 대기보다 큰 압력 중 적어도 하나가 가능할 수 있는 셀(709)의 아크 플라즈마 챔버를 정의할 수 있는 절연체 베이스(702) 및 셀 캡(711)을 가진 중앙 로드(rod) 같은 중앙 축 전극(703) 및 외부 원통형 전극(706) 같은 2개의 전극들을 포함한다. 셀(709)은 아크 플라즈마 가스 또는 H2O 같은 액체가 공급된다. 대안적으로, 전극들(703 및 706)은 용기(709)에 포함된 H2O 같은 액체 또는 아크 플라즈마 가스 내에 담가진다. H2O는 염 같은 용해할 수 있는 이온 화합물 같은 이온들의 공급원의 부가에 의해 보다 낮은 전압에서 아크 브레이크다운을 달성하기 위하여 더 전도적이될 수 있다. 염은 본 개시의 알칼리 수산화물 또는 할로겐화물 또는 다른 것들 같은 수산화물 또는 할로겐화물을 포함할 수 있다. 공급은 가스 또는 액체가 셀(709) 내로 흐르게 하고, 그리고 배기 가스들이 적어도 하나의 압력 게이지(715) 및 밸브(716)를 가지는 출구 라인(726)을 통하여 셀의 밖으로 흐르게 하는 밸브(708) 및 라인(710)을 가지는 탱크(707) 같은 공급원로부터 일 수 있고, 여기서 펌프(717)에서 원하는 흐름 및 압력 중 적어도 하나를 유지하기 위하여 셀(709)로부터 가스들이 제거된다. 실시 예에서, 플라즈마 가스는 원하는 레벨의 하이드리노-기반 파워를 생성하기 위하여 반응물들의 적당한 질량 흐름을 하이드리노 반응에 제공하기 위하여 대기압 및 더 높은 압력 같은 초음속 흐름 같은 높은 흐름 조건에서 유지된다. 적당한 예시적 흐름 레이트는 입력 파워를 초과하는 하이드리노-기반 파워를 달성한다. 대안적으로, 액체 물은 경계들로서 전극들을 가지는 저장소에서와 같은 셀(709) 내에 있을 수 있다. 전극들(703 및 706)은 셀 파워 연결기들(724)을 통하여 높은 전압-높은 전류 파워 공급부(723)에 연결된다. 중앙 전극(703)에 대한 연결은 베이스 플레이트(701)를 통해서일 수 있다. 실시 예에서, 파워 공급부(723)는 연결기들(722)을 통하여 충전 파워 공급부(721) 같은 다른 파워 공급부에 의해 공급될 수 있다. 높은 전압-높은 전류 파워 공급부(723)는 높은 전압을 제공하기 위하여 직렬로 그리고 높은 캐패시턴스 및 높은 전류를 제공하기 위하여 병렬로 있을 수 있는 캐패시터들의 뱅크를 포함할 수 있고, 파워 공급부(723)는 복수의 그런 캐패시터 뱅크들을 포함할 수 있고 뱅크들 각각은 연속적인 출력에 접근할 수 있는 파워 출력을 제공하기 위하여 일시적으로 방전 및 충전될 수 있다. 캐패시터 뱅크 또는 뱅크들은 충전 파워 공급부(721)에 의해 충전될 수 있다.
실시 예에서, 703 같은 전극은 테슬라 코일 같은 RF 생성기에 의해 제공되는 것과 같은 높은 파워일 수 있고 높은 주파수일 수 있는 AC 파워 공급원(723)에 의해 파워링될 수 있다. 다른 실시 예에서, 전극들(703)은 마이크로파 플라즈마 토치(torch)의 안테나를 포함한다. 파워 및 주파수는 각각 리터당 약 100 kHz 내지 100 MHz 또는 100 MHz 내지 10 GHz 및 100 W 내지 500 kW의 범위 내 같은 본 개시의 파워 및 주파수일 수 있다. 실시 예에서, 원통형 전극은 셀 벽만을 포함할 수 있고 석영, 세라믹, 또는 알루미나 같은 절연체로 구성될 수 있다. 셀 캡(711)은 접지되거나 접지되지 않은 전극 같은 전극을 더 포함할 수 있다. 셀은 아크 플라즈마 셀(709)의 내부의 전극(703)을 적어도 부분적으로 커버하는 원하는 레벨의 하이드리노-기반 파워를 생성하기 위하여 반응물들의 적당한 질량 흐름을 하이드리노 반응에 제공하기 위하여 의 스트리머(steamer)들 또는 플라즈마 아크들을 형성하기 위하여 동작될 수 있다. 아크들 또는 스트리머들은 하이드리노 반응 레이트를 크게 강화한다.
실시 예에서, 아크 플라즈마 셀(709)은 열적 에너지 방출을 한정하기 위하여 폐쇄된다. 그 다음 밀봉된 셀 내의 물은 당업자들에 의해 알려진 원하는 동작 온도 및 압력에 대한 원하는 레벨의 하이드리노-기반 파워를 생성하기 위하여 반응물들의 적당한 질량 흐름을 하이드리노 반응에 제공하기 위하여 H2O 위상 도에 따라 액체 및 가스 혼합의 표준 조건들에 있다. 동작 온도는 약 25℃ 내지 1000℃의 범위 내에 있을 수 있다. 동작 압력은 약 0.001 atm 내지 200 atm, 0.01 atm 내지 200 atm, 및 0.1 atm 내지 100 atm 중 적어도 하나의 범위 내에 있을 수 있다. 셀(709)은 보일러를 포함할 수 있고 가열된 물, 초 과열된 물, 스팀, 및 초 가열된 스팀을 포함하는 적어도 하나의 위상은 스팀 출구(714)로 흘러 나가고 전기를 생성하기 위하여 스팀 터빈 같은 열적 또는 기계적 로드를 공급한다. 적어도 하나의 출구 흐름의 냉각 프로세스들 및 스팀의 응축은 로드로의 열적 파워 전달로 발생하고, 냉각된 스팀 또는 물은 리턴(712)을 통하여 셀로 리턴된다. 대안적으로, 메이크업 스팀 또는 물은 리턴된다. 시스템은 폐쇄되게 되고 냉각재로서 역할을 하는 그의 물리적 위상에서 H2O를 순환하기 위하여 H2O 재순환 또는 리턴 펌프 같은 펌프(713)를 더 포함할 수 있다. 셀은 냉각재 입구(718)에서 콜드(cold)가 진입하고 냉각재 출구(720)에서 핫(hot)이 빠져나가는 냉각재로 열적 에너지를 제거하기 위하여 내부 또는 외부 셀 벽 상에 있을 수 있는 열 교환기(719)를 더 포함할 수 있다. 그 후, 뜨거운 냉각재는 열적 로드 리를테면 순수 열적 로드 또는 열 투 기계적 파워 변환기 또는 열 투 전기 파워 변환기 이를테면 스팀 또는 가스 터빈 또는 열적 엔진 이를테면 스팀 엔진 및 선택적으로 생성기로 흐른다. 열로부터 기계 또는 전기 파워로의 추가 예시적인 변환기들은 랭킨 또는 브레이튼-사이클 엔진들, 스털링 엔진들, 열전자 이온 및 열전 변환기들 및 기술 분야에서 알려진 다른 시스템들이다. 열 투 기계 및 전기 변환 중 적어도 하나로의 시스템 및 방법들은 그 전체가 인용에 의해 본원에 포함된 Mills 종래 출원들에 또한 개시된다.
실시 예에서, 전극들(703 및 706) 이를테면 탄소 또는 금속 전극들 이를테면 텅스텐 또는 구리 전극들은, 그들이 플라즈마로 인해 부식됨에 따라 셀(709) 내로 공급될 수 있다. 전극들은 충분히 부식될 때 교체되거나 연속으로 교체될 수 있다. 부식 생성물은 침전물 같은 형태로 셀로부터 수집될 수 있고 새로운 전극들로 재활용될 수 있다. 따라서, 아크 플라즈마 셀 파워 생성기는 전극 부식 생성물 복구 시스템(705), 전극 재생성 시스템(704), 및 재생성된 전극 연속 공급부(725)를 더 포함한다. 실시 예에서, 중앙 전극(703) 같은 캐소드 전극 같은 대부분 잘 부식되는 적어도 하나의 전극은 본 개시의 시스템들 및 방법들에 의해 재생성될 수 있다. 예컨대, 전극은 H2 처리, 가열, 및 진공 하에서의 가열 중 적어도 하나에 의해 환원될 수 있는 대응하는 산화물을 가진 Cu, Ni, Pb, Sb, Bi, Co, Cd, Ge, Au, Ir, Fe, Hg, Mo, Os, Pd, Re, Rh, Ru, Se, Ag, Tc, Te, Tl, Sn, W, Al, V, Zr, Ti, Mn, Zn, Cr, 및 In으로부터 선택된 하나의 금속을 포함할 수 있다. 재생성 시스템(704)은 산화물 및 금속 중 적어도 하나를 녹이고 재생성된 금속으로부터 전극을 캐스팅(cast) 또는 압출 성형(extrude)하기 위한 노를 포함할 수 있다. 금속 제련 및 성형 또는 밀링을 위한 시스템들 및 방법들은 당업자들에게 잘 알려져 있다. 다른 실시 예에서, 재생성 시스템(704)은 금속 이온들을 포함하는 녹은 염 전기 분해 같은 전기 분해 셀을 포함할 수 있고 여기서 전극 금속은 기술 분야에서 잘 알려진 시스템들 및 방법들을 사용하여 전착(electrodeposition)에 의해 전극 상에 도금될 수 있다.
실험 섹션에서 보고된 예시적인 플라즈마 시스템은 물을 포함하는 동심원 전극과 베이스플레이트-및-로드 전극 사이에 연결된 에너지 스토리지 캐패시터를 포함하고 여기서 베이스플레이트-및-로드 전극의 로드는 물 수주(water column) 아래에 있다. 로드는 베이스플레이트와 실린더 사이의 나일론 또는 세라믹 블록 및 원통형 섹션에서 나일론 또는 세라믹 슬리브(sleeve) 같은 절연체 내에 임베딩된다. 회로는 로드와 실린더 전극들 사이의 물의 진동 방전을 유발하기 위하여 저항기 및 인덕터를 더 포함한다. 캐패시터는 높은 전압 파워 공급부에 의해 충전될 수 있고 대기의 스파크 갭을 포함할 수 있는 스위치에 의해 방전된다. 전극들은 구리로 만들어질 수 있다. 높은 전압은 5 내지 25 kV의 범위 내에 있을 수 있다. 방전 전류는 5 내지 100 kA의 범위 내에 있을 수 있다. 높은 레이트로 하이드리노들을 형성하기 위한 H2O 점화는 트리거된 물 아크 방전에 의해 달성되고 여기서 아크는 높은 파워의 유리(liberation)를 가진 하이드리노들을 형성하기 위하여 반응하는 원자 수소 및 HOH 촉매의 형성을 유발한다. 하이드리노들의 형성으로부터의 파워는 열, 플라즈마, 및 광 에너지 형태일 수 있다. 실시 예에서, 모든 에너지 방출은 밀봉된 셀에서 캡처된 열적 에너지로 변환될 수 있고 공간 및 프로세스 가열 같은 열적 애플리케이션들에서 직접 사용될 수 있거나 열적 엔진을 사용하여 기계적 에너지로 또는 열 투 전기 변환기 이를테면 스팀 터빈 및 생성기들 뿐 아니라 당업자들에게 알려진 다른 시스템들을 사용하여 전기로 변환될 수 있다. 시스템은 증가된 바인딩 에너지 수소 종들 및 분자 하이드리노 H2(1/p) 같은 화합물들을 형성하기 위하여 또한 사용될 수 있다. 생성물들은 출구들(705 및 726)에서 제거될 수 있다.
실시 예에서, 하이드리노 셀은 하이드리노 컨티넘(continuum) 방사를 형성하기 위하여 핀칭(pinched)된 플라즈마 공급원을 포함한다. 셀은 핀칭된 플라즈마를 형성하기 위하여 캐소드, 애노드, 파워 공급부, 및 수소의 공급원 및 HOH 촉매의 공급원 중 적어도 하나를 포함한다. 플라즈마 시스템은 기술 분야에서 알려진 것들 같은 밀집된 플라즈마 포커스 공급원을 포함할 수 있다. 플라즈마 전류는 1 kA보다 큰 것과 같이 매우 높을 수 있다. 플라즈마는 아크 플라즈마일 수 있다. 구별되는 피처들은, 플라즈마 가스가 H 및 HOH 또는 H 촉매 중 적어도 하나를 포함하고 플라즈마 조건들이 수소 컨티넘 방사를 제공하기 위하여 최적화될 수 있다는 것이다. 방사는 EUV 리소그래피의 광 공급원로서 사용될 수 있다.
IX. 부가적인 전기 파워 생성 실시 예들
본 개시의 예시적 파워 생성 시스템들은 에너지를 연료 공급원에 전달하기 위하여 구성된 둘 또는 그 초과의 전극들, 에너지를 전극들에 전달하기 위하여 구성된 전기 파워 공급원, 및 플라즈마 파워 변환기를 포함할 수 있다. 연료는 둘 또는 그 초과의 전극들에 의해 정의된 영역에 로딩될 수 있고, 전기 파워의 공급원이 전극들에 파워를 공급할 때, 전극들은 연료가 점화하게 하여, 에너지가 방출된다. 연료의 점화로부터의 부산물들은 열 및 플라즈마를 포함할 수 있다. 따라서, 연료의 점화로부터 생성된 파워는 열적 파워의 형태일 수 있고 연료 공급원의 고도로 이온화된 플라즈마일 수 있고, 이는 전기로 직접적으로 또는 간접적으로 변환될 수 있다. 형성되면, 플라즈마는 플라즈마의 에너지를 캡처하기 위하여 플라즈마 파워 변환기로 지향될 수 있다.
본원에 사용된 바와 같이, 용어 "점화"들은 연료에 인가된 높은 전류에 의해 유발된 높은 반응 운동의 수립을 지칭한다. 점화는 대략 대기 압에서 발생할 수 있거나, 대략적으로 예컨대 최대 10-10 Torr 또는 그 초과의 범위의 압력들에서 진공에서 발생할 수 있다. 따라서, 연료, 전극들, 및/또는 플라즈마 변환기는 진공 환경에 존재할 수 있다. 추가로, 이들 컴포넌트들 중 하나 또는 그 초과는 진공 환경의 생성 및 유지를 가능하게 하기 위하여 적당한 진공 용기에 존재할 수 있다.
본 개시의 화학 반응물들은 대부분 H2O, 또는 고체 연료, 또는 에너지 재료들(예컨대, H2O를 포함하는 재료들 또는 H2O의 공급원 및 높은 인가된 전류를 전도시킴으로써 연료의 점화를 조장하기 위한 전도 재료를 더 포함함), 또는 이들의 결합을 포함할 수 있는 물-기반으로서 지칭될 수 있다. 고체 연료들(1003)은 플라즈마를 형성할 수 있는 임의의 재료들을 포함하고 예컨대, 펠릿(pellet), 부분, 분취량(aliquot), 파우더, 액적(droplet), 스트림, 미스트(mist), 가스, 현탁액, 또는 이들의 임의의 적당한 결합을 포함할 수 있다. 고체 실시 예들은 임의의 적당한 모양을 가질 수 있고; 예컨대, 고체 연료(1003)는 점화를 조장하기 위하여 고체 연료(1003)의 표면적을 증가시키도록 형상화될 수 있다. 용어 "고체 연료"는 액체 또는 증기 연료들을 포함할 수 있다. 적당한 고체 연료들의 예들은 본 개시의 화학 반응기 섹션 및 고체 연료 촉매 유도 하이드리노 전이(SF-CIHT) 셀 및 파워 변환기 섹션에 설명되지만, 기본적 요구된 반응물들은 여러 개들 중에서, H의 공급원 및 O의 공급원, 및 H2O 또는 H2O의 공급원; 및 전도체 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 고체 연료 및/또는 에너지 재료는 발생기 H2O 촉매의 공급원, H의 공급원, 및 전도체를 포함할 수 있다. 예시적 고체 연료는, 임의의 재료가 임의의 다른 재료들에 관하여 대략 2:1 또는 10:1의 비율로 포함될 수 있지만, 대략, 예컨대 전이 금속 산화물 대 전이 금속 대 물의 1:1:1 몰 비율들을 포함할 수 있다. 대부분 H2O를 포함하는 물-기반 연료들은 물 또는 물-기반 혼합물 또는 용액, 예컨대, 하나 또는 그 초과의 불순물들을 가진 물을 포함할 수 있다. 물은 다른 재료 내에 흡수될 수 있고 재료 내에 용해되거나 혼합된 전도 엘리먼트를 포함할 수 있다. 많은 예시적인 실시 예들이 "고체 연료"과 함께 사용하기 위하여 참조하지만, 물-기반 연료들을 포함하는 모든 화학 반응물들과 함께 사용하기 위한 디바이스들은 본원에서 고려된다.
연료 또는 에너지 재료는 전도성, 예컨대, 금속, 금속 산화물, 또는 전도 엘리먼트일 수 있다. 일부 실시 예들에서, 전도 매트릭스는 높은 전류가 점화 동안 고체 연료(1003)를 침투하게 하고 및/또는 혼합물이 전도되게 허용하기 위하여 사용될 수 있다. 예컨대, 화학 반응물들은 슬러리(slurry)로서 메쉬(mesh)에 미스팅되거나 코팅되고 전기 펄스에 영향을 받기 전에 건조될 수 있다. 화학 반응물들은 느슨할 수 있거나 밀봉된 용기, 예컨대, 밀봉된 금속 용기, 이를테면 밀봉된 알루미늄 용기에 포함될 수 있다. 일부 연료들은 예컨대 알칼리 어스 할로겐화물, 마그네슘 염화물, 몇몇 전이 금속들 및 금속 산화물들, 활성화된 탄소들, 또는 임의의 적당한 재료들 또는 이들의 결합들로 만들어진 예컨대 특정 연료 펠릿들을 포함하는 전도 용기와 함께 사용되지 않을 수 있다.
실시 예에서, 연료(1003)는 발생기 H2O, 원자 수소의 적어도 하나의 공급원 또는 원자 수소를 포함하고, 전도체 중 적어도 하나 및 전도 매트릭스를 더 포함하는 촉매의 적어도 하나의 공급원 또는 촉매를 포함하는 본 개시의 하이드리노 반응물들을 구성하는 반응물을 포함한다. 실시 예에서, 연료(1003)는 본 개시의 고체 연료의 공급원 또는 에너지 재료 및 본 개시으 고체 연료 또는 에너지 재료 중 적어도 하나를 포함한다. 실시 예에서, 예시적 고체 연료들(1003)은 촉매의 공급원, 촉매, 원자 수소의 공급원, 및 원자 수소 중 적어도 하나를 형성하기 위하여 H2O의 공급원 및 전도 매트릭스를 포함한다. H2O 공급원은 벌크 H2O, 벌크 H2O가 아닌 상태, H2O를 형성하고 바운드 H2O를 방출하기 위한 반응 중 적어도 하나를 겪는 화합물 또는 화합물들을 포함할 수 있다. 바운드 H2O는 H2O와 상호작용하는 화합물을 포함할 수 있고 여기서 H2O는 흡수된 H2O, 바운드 H2O, 물리적 흡수된 H2O, 및 수화 물들 중 적어도 하나의 상태에 있다. 연료(1003)는 전도체 및 하나 또는 그 초과의 화합물들 또는 벌크 H2O, 흡수된 H2O, 바운드 H2O, 물리적 흡수된 H2O, 및 수화 물들의 방출을 겪고, 그리고 반응 생성물로서 H2O를 가지는 재료들을 포함할 수 있다. 추가 예시적 고체 또는 에너지 재료 연료들(1003)은 수화된 흡습 재료 및 전도체; 수화된 탄소; 수화된 탄소 및 금속; 금속 산화물, 금속 또는 탄소, 및 H2O의 혼합물; 및 금속 할로겐화물, 금속 또는 탄소, 및 H2O의 혼합물이다. 금속 및 금속 산화물은 Co, Fe, Ni, 및 Cu 같은 전이 금속을 포함할 수 있다. 할로겐화물의 금속은 Mg 또는 Ca 같은 알칼리 어스 금속 및 F, Cl, Br 또는 I 같은 할로겐화물을 포함할 수 있다. 금속은 Cu, Ni, Pb, Sb, Bi, Co, Cd, Ge, Au, Ir, Fe, Hg, Mo, Os, Pd, Re, Rh, Ru, Se, Ag, Tc, Te, Ti, Sn, W, Al, V, Zr, Ti, Mn, Zn, Cr, 및 In의 그룹 중 적어도 하나 같은 H2O와 열역학적으로 호의적이지 않은 반응을 가질 수 있고 여기서 연료(1003)는 H2O의 부가에 의해 재생성될 수 있다. 하이드리노 반응물들을 구성하는 연료(1003)는 슬러리, 용액, 에멀션, 컴포지트, 및 화합물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
도 12에 도시된 바와 같이, 다수의 전극들(1002)은 고체 연료(1003)를 수용하고 및/또는 포함하기 위하여 전극들 사이의 공간(1017)을 정의한다. 전극들(1002)은 예컨대, 낮은-전압, 높은-전류 전기 에너지의 짧은 버스트로 전기 파워를 고체 연료(1003)에 전달하도록 구성될 수 있다. 예컨대, 고체 연료가 사용되는 일부 실시 예들에서, 더 낮은 전압 및 더 높은 전류는 점화를 조장하기 위하여 연료에 인가될 수 있다. 예컨대, 10 V(예컨대, 8 V) 미만 및 대략 14,000 A/cm2는 고체 연료에 인가될 수 있다. 더 높은 전압이 고체 연료에 인가되는 실시 예들에서, 전도체는 점화를 조장하기 위하여 필요하지 않을 수 있다. 더 낮은 전압이 연료에 인가될 때, 전도체는 점화를 조장하기 위하여 사용될 수 있다. 일부 실시 예들에서, 화학 반응물들을 플라즈마로 변환하는 반응 레이트는 적어도 부분적으로, 반응물들에 높은 전류의 적용 또는 전개에 따를 수 있다. 예컨대, 물-기반 연료가 사용되는 일부 실시 예들에서, 대략 4.5 kV 내지 대략 20,000 A/cm2는 연료에 인가될 수 있다. 전극들(1002)은 매우 빠른 반응 레이트 및 에너지 방출을 유발하는 낮은-전압, 높은-전류, 높은-파워 펄스를 고체 연료(1003)에 인가할 수 있다. 에너지 방출은 매우 높을 수 있고 초음속 속도들 같은 높은 속도들에서 반대 방향으로 밖으로 흐르는 플라즈마의 스트림들을 생성할 수 있다.
예시적인 실시 예에서, 전극(1002)은 15 V 피크 미만을 가지는 60 Hz 전압을 인가할 수 있고, 그리고 전류는 대략 10,000 A/cm2 및 50,000 A/cm2 피크 사이일 수 있고, 그리고 파워는 대략 50,000 W/cm2 및 750,000 W/cm2 사이일 수 있다. 넓은 범위의 주파수들, 전압들, 전류들, 및 파워들은 적당할 수 있고; 예컨대, 약 1/100 배 내지 100 배의 범위들, 상기 언급된 파라미터들은 또는 적당할 수 있다. 예컨대, 고체 연료 도는 에너지 재료는 Taylor-Winfield 모델 ND-24-75 스폿 웰더(spot welder)의 2개의 구리 전극들 사이의 한정에 의해 달성된, 스폿 웰더에 의해 생성된 것과 같은 낮은-전압, 높은-전류 펄스에 의해 점화될 수 있다. 일부 실시 예들에서, 60 Hz는 약 5 내지 20 V RMS일 수 있고, 전류는 약 10,000 A 내지 40,000 A일 수 있다.
전압은 예컨대, 대략 100 A 내지 1,000,000 A, 1 kA 내지 100,000 A, 또는 10 kA 내지 50 kA의 범위 내에 있는 높은 AC, DC 또는 AC-DC 혼합 전류를 유발하도록 선택될 수 있다. DC 또는 피크 AC 전류 밀도는 예컨대, 대략 100 A/cm2 내지 1,000,000 A/cm2, 1,000 A/cm2 내지 100,000 A/cm2, 2,000 A/cm2 내지 50,000 A/cm2, 10,000 A/cm2 내지 50,000 A/cm2, 또는 5,000 A/cm2 내지 100,000 A/cm2, 예컨대, 5,000 A/cm2, 10,000 A/cm2, 12,000 A/cm2, 14,000 A/cm2, 18,000 A/cm2, 또는 25,000 A/cm2 범위 내에 있을 수 있다. 높은 전도 연료들에 대해 DC 또는 피크 AC 전압은 예컨대, 약 0.1 V 내지 l k V, 1 V 내지 100 V, 1 V 내지 20 V, 또는 1 V 내지 15 V 범위 내에 있을 수 있다. 높은 저항성 고체 연료들, 이를테면 대부분 H2O를 포함하는 물-기반 고체 연료들에 대해, DC 또는 피크 AC 전압은 예컨대 약, 100 V 내지 50 kV, 1 kV 내지 30 kV, 2 kV 내지 15 kV, 또는 4 kV 내지 10 kV의 범위 내에 있을 수 있다. AC 주파수는 예컨대 대략 0.1 Hz 내지 10 GHz, 1 Hz 내지 1 MHz, 10 Hz 내지 100 kHz, 또는 100 Hz 내지 10 kHz의 범위 내에 있을 수 있다. 펄스 시간은 예컨대 약 10-6 s 내지 10 s, 10-5 s 내지 1 s, 10-4 s 내지 0.1 s, 또는 lO-3 s 내지 0.01 s의 범위 내에 있을 수 있다.
일부 실시 예들에서, 전류, 전압, 주파수, 또는 펄스 시간은 적어도 부분적으로, 사용된 고체 연료(1003) 또는 에너지 재료의 타입, 또는 사용된 연료 또는 에너지 재료의 전도도에 의해 결정될 수 있다. 전압은 연료 또는 에너지 재료 샘플의 저항에 의해 곱셈된 원하는 전류에 따라 결정될 수 있다. 예컨대, 고체 연료 또는 에너지 재료 샘플의 저항이 1 mohm 정도이면, 인가된 전압은 <10 V 같이 더 낮을 수 있다. 연료가 1 Mohm보다 큰 것과 같이 매우 높은 저항을 가지는 100% H2O 또는 필수적으로 100% H2O를 포함하는 예시적인 경우에서, 전압은 높을 수 있고, ㅇ일부 실시 예들에서 H2O의 브레이크다운 전압(예컨대, >5 kV) 초과일 수 있다. 2개의 극단 경우들을 포괄하는 실시 예들에서, DC 또는 피크 AC 전압은 약 0.1 V 내지 500 kV, 0.1 V 내지 100 kV, 및 1 V 내지 50 kV로부터 선택된 적어도 하나의 범위 내에 있을 수 있다. AC 주파수는 약 0.1 Hz 내지 10 GHz, 1 Hz 내지 MHz, 10 Hz 내지 100 kHz, 또는 100 Hz 내지 10 kHz의 범위 내에 있을 수 있다. 일 실시 예에서, DC 전압은 이온화된 H2O를 포함하는 아크 플라즈마 같은 플라즈마를 생성하기 위하여 방전될 수 있고 여기서 전류는 미급감쇠되고 디케이(decay) 할 때 진동한다.
일부 실시 예들에서, 원하는 전압 및 전류를 가진 높은-전류 펄스는 직렬로 또는 병렬로 연결될 수 있는 슈퍼패캐시터들 같은 캐패시터들의 방전을 사용하여 달성될 수 있다. 전류는 DC일 수 있거나 예컨대 트랜스포머(낮은 전압 트랜스포머 같은)를 포함하는 회로 엘리먼트들로 컨디셔닝될 수 있다. 캐패시터는 예컨대, 파워 그리드, 생성기, 연료 전지, 배터리, 또는 파워 생성기 시스템(1020)의 전기 출력의 일부 또는 예컨대 다른 그런 파워 생성기 시스템을 포함할 수 있는 전기 파워 공급원(1004)에 의해 충전되거나 포함될 수 있다. 예시적인 실시 예에서, 적당한 주파수, 전압, 및 전류 파형은 캐패시터들 또는 배터리의 출력을 컨디셔닝하는 파워에 의해 달성될 수 있다. 실시 예에서, 예시적 회로는 8 V에서 15,000 A의 전류 펄스를 달성한다.
대부분 H2O를 포함하는 일부 예시적인 물-기반 연료 실시 예들에서, 생성된 높은 전류 플라즈마는 아크 플라즈마 형태일 수 있다. H2O를 포함하는 것과 같은 플라즈마 가스는 아크 플라즈마를 형성하기에 충분한 압력으로 유지될 수 있다. 아크는 저항 및 전압이 아크 형성 및 유지로 감소함에 따라 증가할 수 있는 그런 높은 전압(예컨대, 약 1 kV 내지 50 kV의 범위) 및 높은 전류(예컨대, 약 0.1 mA 내지 100,000 A의 범위)를 공급할 수 있는 파워 서플라이에 의해, 액체 H2O를 포함하는 높은-압력(예컨대, 약 100 Torr 내지 100 atm의 범위) H2O에서 형성될 수 있다. 예시적인 파워 공급부들은 전압을 증가시키기 위하여 직렬로 그리고 캐패시턴스 및 전류를 증가시키기 위하여 병렬로 연결될 수 있는 일련의 캐패시터들을 포함할 수 있다. 캐패시터들의 선택적 동적 재충전을 가지는 캐패시턴스는 더 긴 지속시간, 예컨대, 대략 0.1 내지 24 시간보다 큰 동안 플라즈마를 유지하기에 충분할 수 있다. 일부 실시 예들에서, 브레이크다운 및 높은 전류 파워 공급부들은 동일할 수 있다. 시스템은 캐패시터들을 동적으로 재충전하기 위하여 제 2 파워 공급부를 포함할 수 있다.
예시적인 파워 생성 시스템은 일단 형성된 아크를 유지하는 것을 돕기 위하여 부가적인 엘리먼트들, 이를테면 높은-전류 파워 공급원을 포함할 수 있다. 일부 실시 예들에서, 파워 공급부는 파워를 아크에 순차적으로 공급할 수 있는 직렬 또는 병렬의 복수의 캐패시터들을 포함할 수 있다. 복수의 캐패시터들은 정상 상태 아크 플라즈마를 유지하기에 충분할 수 있다. 일부 실시 예들에서, 아크는 더 높은 DC 반복 레이트, 예컨대 약 0.01 Hz 내지 1 MHz 범위 내에서 수립될 수 있고, 캐소드 및 애노드의 역할은 주기적으로 반전할 수 있다. 반전 레이트는 아크 플라즈마를 유지하기에 낮을 수 있다. 교류의 사이클 레이트는 약 0 Hz 내지 1000 Hz, 0 Hz 내지 500 Hz, 및 0 Hz 내지 100 Hz 중 적어도 하나일 수 있다. 파워 공급부는 원하는 레이트로 플라즈마 반응 레이트를 실질적으로 유지하는 최대 전류 제한을 가질 수 있다. 일부 실시 예들에서, 높은 전류는 가변 파워 출력을 제공하기 위하여 플라즈마-생성 파워를 제어하도록 가변할 수 있다. 파워 공급부에 의해 제어된 높은 전류 제한은 약 1 kA 내지 100 kA, 2 kA 내지 50 kA, 및 10 kA 내지 30 kA 중 적어도 하나의 범위 내에 있을 수 있다.
물-기반 연료 실시 예에 대한 촉매들은 물-아크 플라즈마들의 생성을 조장하기 위하여 OH, H2O, O2, nO, 및 nH(n은 정수임) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 예시적 파워 생성 시스템은 에너지 스토리지 캐패시터를 포함할 수 있다. 캐패시터는 높은-전압 파워 공급부에 의해 충전될 수 있고 대기에서 스파크 갭을 포함할 수 있는 스위치에 의해 방전될 수 있다. 높은 전압은 예컨대 약 4 내지 25 kV의 범위 내에 있을 수 있다. 방전 전류는 예컨대 5 내지 100 kA의 범위 내에 있을 수 있다. 높은 레이트로 플라즈마를 형성하기 위하여 H2O의 점화는, 아크가 높은 파워의 유리로 플라즈마를 형성하기 위하여 반응하는 원자 수소 및 HOH 촉매의 형성을 유발하도록 트리거된 물 아크 방전에 의해 달성될 수 있다. 반응으로부터의 파워는 열, 플라즈마, 및 광 에너지 형태일 수 있다. 모든 에너지 방출은 열적 애플리케이션들(예컨대, 공간 및 프로세스 가열 같은)에서 직접 사용될 수 있거나 열적 엔진(예컨대 스팀 터빈 같은)을 사용하여 전기로 변환될 수 있는 열 에너지로 변환될 수 있다.
전극들(1002)은 실질적으로 연료 점화 및 결과적인 열 생성을 견디기에 충분한 임의의 재료로 형성될 수 있다. 예컨대, 전극들(1002)은 표면에서 산화로 인해 발생할 수 있는 전도도의 손실을 감소시키거나 실질적으로 방지할 수 있는 탄소로 형성될 수 있다. 전극들은 높은-온도 대기 환경에서 안정된 내화 금속, 예컨대, 높은-온도 스테인레스 스틸, 구리, 또는 임의의 다른 적당한 재료 또는 재료들의 결합들로 형성될 수 있다. 전극들(1002)은 점화 프로세스로부터 전극들(1002)을 보호하기 위한 코팅을 포함할 수 있다. 전극들(1002)은 용융 또는 부식에 저항하는 적당한 전도 재료, 예컨대 내화 합금, 높은-온도, 산화-저항 합금[TiAlN 같은], 또는 높은-온도 스테인레스 스틸 강철, 또는 이들의 임의의 적당한 결합으로 코팅되거나 형성될 수 있다. 부가적으로, 전극들(1002)은 수분 환경에서 실질적으로 비반응인 재료로 형성될 수 있다. 하나 또는 그 초과의 전극들은 예컨대 Cu, Ni, Pb, Sb, Bi, Co, Cd, Ge, Au, Ir, Fe, Hg, Mo, Os, Pd, Re, Rh, Ru, Se, Ag, Tc, Te, Tl, Sn, W, Al, V, Zr, Ti, Mn, Zn, Cr, 및 In 중 하나 또는 그 초과를 포함할 수 있다.
전극들의 기하학적 영역은 점화될 연료 샘플, 및 일부 예들에서 전체 연료 샘플에 대한 높은 전류 밀도를 가능하게 할 수 있다. 2개의 전극들(1002)이 예시적 도면들에서 묘사되지만, 임의의 수의 전극들이 예컨대 사용될 수 있고 3 또는 그 초과의 전극들은 고체 연료(1003)를 수용하기 위한 영역을 함께 정의할 수 있고 전극들(1002)의 다수의 세트들은 파워 생성 시스템(1020)에 포함될 수 있고 연료를 수용하기 위한 다수의 구역들을 정의할 수 있다.
연료 로딩 구역(1017)로서 도 12에 도시된 고체 연료(1003)를 수용하기 위한 전극들 사이의 공간은 각각 영역을 정의하는 전극들 각각의 사이즈보다 작을 수 있거나, 전극들의 사이즈와 동일하거나 더 클 수 있다. 도 13a 및 도 13b에 도시된 바와 같이, 연료 로딩 구역(1017)의 사이즈는 가변할 수 있다. 예컨대, 전극들(1002)은 서로 더 멀어지게(도 13a) 또는 서로 더 밀접하게(도 13b) 이동하도록 구성될 수 있다. 도 13c 및 도 13d에 묘사된 바와 같이, 파워 생성 시스템(1020)은 또한 서로에 관련하여 이동할 수 있거나, 대안적으로 고정될 수 있는 복수의 연료 로딩 구역들(1017)을 정의하는 복수의 전극들을 포함할 수 있다. 예컨대, 전극들의 하나의 세트는 이동 가능할 수 있고 하나의 세트는 고정될 수 있거나, 또는 양쪽 세트들은 이동 가능할 수 있거나 양쪽 세트들은 고정될 수 있다. 이동 가능 실시 예들에서, 연료 로딩 구역(1017)의 사이즈의 변동은 고정될 수 있고, 예컨대 전극들(1002)은 서로에 관련하여 고정된 거리에서 이동할 수 있다. 다른 실시 예들에서, 연료 로딩 구역(1017)의 사이즈 변동은 예컨대 상이한 사이즈들의 연료 샘플들을 수용하거나 전극들(1002)에 의해 고체 연료(1003)에 전달된 전압 또는 전류의 양 또는 파워 생성을 증가 또는 감소시키기 위해 변화할 수 있다.
도 13a 및 도 13c에 도시된 바와 같이, 전극들(1002)은 고체 연료(1003)를 수용할 때 서로 멀어지게 추가로 이동할 수 있고 도 13b 및 도 13d에 도시된 바와 같이, 고체 연료(1003)가 연료 로딩 구역(1017) 내에 있다면 함께 더 밀접하게 이동할 수 있다. 상기 논의된 바와 같이, 전극들(1002)은 연료 로딩 구역(1017)을 정의하기 위하여 협력할 수 있다. 전극들(1002)은 예컨대 전달, 연료 로딩 구역(1017) 내에 연료를 유지, 및/또는 연료 로딩 구역(1017) 내에 고체 연료(1003)를 포지셔닝하기 위하여 연료 로딩 구역(1017)의 사이즈를 증가시키거나 감소시키기 위해, 서로 멀어지게 이동할 수 있거나 서로 함께 더 밀접하게 이동할 수 있다. 일부 실시 예들에서, 하나의 전극은 다른 전극에 더 밀접하게 또는 추가로 이동할 수 있는 반면, 다른 전극은 그대로 유지되고, 다른 실시 예들에서 양쪽 전극들(1002)은 이동 가능할 수 있다. 서로에 관하여 전극들(1002)의 이동은 연료 로딩 구역(1017) 내의 고체 연료(1003)의 점화를 가능하게 할 수 있다. 예컨대, 전극 표면들의 부식은 점화를 촉진할 수 있거나, 하나 또는 양쪽 전극들의 회전 또는 마찰-생성 이동은 점화를 촉진할 수 있다. 다른 실시 예들에서, 전극들(1002)은 각각 고정될 수 있다.
도 14a 및 도 14b에 도시된 바와 같이, 고체 연료(1003)를 더 한정하기 위하여, 전극들(1002) 중 하나는 구역 A로서 묘사된 메일(male) 부분을 포함할 수 있고, 그리고 전극들(1002) 중 하나는 구역 B로서 묘사된 피메일(female) 부분을 포함할 수 있다. 메일 및 피메일 부분들은 도 14b에 도시된 바와 같이, 하우징 고체 연료(1003)를 수용할 수 있는 챔버를 협력하여 형성하도록 구성될 수 있다. 챔버, 및 따라서 연료 로딩 구역(1017)은 주위 환경으로부터 개방되거나 완전히 또는 부분적으로 폐쇄될 수 있다. 부가적으로, 챔버는 서로에 관하여 추가로 또는 밀접하게 전극들(1002)의 이동으로 또는 이동 없이 개방 및/또는 폐쇄하도록 구성될 수 있다. 예컨대, 메일 및 피메일 부분들은 전극들(1002)에 의해 정의된 챔버 내에 고체 연료(1003)를 로딩하기 위하여 개구 또는 이동 가능 패널 또는 도어(door)를 포함할 수 있다.
추가로, 로딩 구역(1017)에서 달성된 압력들은 또한 연료 점화 및/또는 플라즈마 생성 및 조작을 가능하게 할 수 있다. 고체 연료(1003)의 점화로부터 생성된 플라즈마는 고도로 반응성일 수 있고, 진공 환경 내에 플라즈마를 포함하는 것은 플라즈마 생성 및 변환 프로세스를 통해 제어를 증가시킬 수 있다. 예컨대, 진공 환경은 주위 공기와 이온들의 충돌을 감소시키고 및/또는 주위 산소와 플라즈마 반응을 제어할 수 있다. 다양한 실시 예들에서, 로딩 구역(1017)은 적당한 진공 용기, 또는 전극들(1002) 내에 인클로징(enclose)될 수 있고, 플라즈마-투-전기 변환기(1006), 및/또는 시스템(1020)의 임의의 다른 적당한 컴포넌트들은 진공 용기 내에 포함될 수 있다. 일부 실시 예들에서, 시스템(1020) 모두는 진공 용기 내에 포함될 수 있다. 적당한 압력들은 대략 대기압으로부터 대략 10-10 Torr 또는 그 초과 범위일 수 있다. 진공 압력들을 생성 및 유지하기 위하여, 파워 생성 시스템(1020)은 예컨대, 임의의 적당한 진공 펌프들, 밸브들, 입구들, 출구들을 포함할 수 있다. 추가로, 진공 용기는 실질적으로 단단하거나 실질적으로 가요적(예컨대, 백 또는 다른 변형 가능 재료)일 수 있고, 그리고 예컨대 금속 또는 플라스틱을 포함하는 임의의 적당한 재료로 형성될 수 있다. 적당한 용기들은 환원된-산소 또는 산소-없는 환경들, 환원된-가스 또는 가스-없는 환경들을 생성하거나 유지할 수 있거나, 또는 플라즈마의 반응을 제어하는 것을 돕기 위하여 상당한 양의 불활성 가스, 예컨대, 아르곤, 질소, 또는 다른 노블 가스들을 포함할 수 있다.
도 15에서, 연료 로딩 구역(1017)은 전극들(1002) 옆에 배치되고, 그리고 전극들(1002) 및 고체 연료(1003)는 주위 환경에 개방된다. 도 15b에서, 전극들(1002) 각각은 더 폐쇄된 연료 로딩 구역(1017)을 형성하도록 협력하게 구성된 반-원 부분들을 포함한다. 전극들(1002)은 연료 로딩 구역(1017)을 완전히 폐쇄할 수 있거나 예컨대 개방 부분들을 포함할 수 있고, 개방 부분들을 통하여 팽창하는 플라즈마가 탈출할 수 있다. 전극들(1002)은 로딩 구역(1017)을 개방 및 폐쇄하기 위하여 서로 함께 더 밀접하게 그리고 추가로 멀리 이동할 수 있거나, 고정되어 있을 수 있다. 도 15c에서, 전극들(1002) 및 연료 로딩 구역(1017) 둘 다는 셀(1001)에 부분적으로 또는 완전히 인클로징된다. 셀(1001)은 연료 로딩 구역(1017) 내의 고체 연료(1003)의 전달을 허용하기 위하여 개방 및 폐쇄되도록 구성될 수 있다. 상기 논의된 바와 같이, 셀(1001)은 진공 셀을 포함할 수 있고, 그리고 전극들(1002) 및 연료 로딩 구역(1017)은 네거티브 압력들에 노출될 수 있다. 도 15d에 도시된 바와 같이, 셀(1001)은 연료 로딩 구역(1017), 전극들(1002), 및 플라즈마-투-전기 변환기들(1006)을 인클로징할 수 있다. 셀(1001) 내의 압력들은 대략 대기압일 수 있거나 연료 로딩 구역(1017), 전극들(1002), 및 플라즈마-투-전기 변환기들(1006)을 진공 압력들에 노출시키기 위하여 네거티브일 수 있다. 도 15c와 마찬가지로, 셀(1001)은 내부 컴포넌트들을 부분적으로 또는 완전히 인클로징할 수 있고 연료 로딩 영역(1017) 내에 고체 연료(1003)의 전달을 허용하기 위하여 개방 및 폐쇄되도록 구성될 수 있다.
전극들(1002)은 독립형일 수 있거나 파워 생성 시스템(1020) 내에 더 큰 컴포넌트의 일부일 수 있다. 예컨대, 도 12의 실시 예에서, 전극들(1002)는 촉매-유도 하이드리노 전이 셀의 부분으로서 포함될 수 있다. 파워 생성 시스템은 하나 또는 그 초과의 셀들을 포함할 수 있다. 각각의 셀은 차례로 적어도 2개의 전극들(1002)을 포함할 수 있다. 도 12에 도시된 바와 같이, 셀(1001) 내에서, 2 또는 그 초과의 전극들(1002)은 연료 로딩 구역(1017)을 정의하기 위하여 서로 협력할 수 있다. 셀(1001)을 통합하는 일부 실시 예들에서, 전극들(1002)은 매우 빠른 반응 레이트 및 에너지 방출을 유발하는 낮은-전압, 높은-전류, 높은-파워 펄스를 연료 전지(1003)에 인가할 수 있다. 부가적으로, 셀(1001) 내의 압력들은 플라즈마 생성 및 조작을 가능하게 하고 생성된 플라즈마의 반응성을 제어하기 위하기 위하여 네거티브일 수 있다. 예컨대, 연료 로딩 구역(1017) 및/또는 전극들(1002)은 대략 10-10 Torr 또는 그 초과까지의 대기압 바로 아래의 진공에 존재할 수 있다. 따라서, 임의의 적당한 진공 펌프들, 밸브들, 입구들, 출구들 등은 진공 압력들을 생성 및 유지하기 위하여 시스템(1020)에 포함될 수 있다.
일부 실시 예들에서, 연료(1003) 및 전극들(1002)은 고체 로딩 구역(1017)에 고체 연료(1003)의 로딩을 가능하게 하도록 반대로 정전기적으로 충전될 수 있고, 이는 고체 연료(1003)가 연료가 점화되는 각각의 전극(1002)의 미리 결정된 구역에 정전기적으로 고착하게 할 수 있다. 도 16에 도시된 실시 예에서, 전극들(1002)의 표면들은 중력 축과 평행할 수 있다. 이것은 고체 연료(1003)가 전극들(1002) 위 구역으로부터 연료 로딩 구역(1017)으로 전달되게 할 수 있다. 추가로, 연료 로딩 구역(1017)을 정의하는 전극들(1002)의 구역들은 예컨대 고체 연료(1003)의 점화를 가능하게 하기 위하여 매끄럽거나(smooth) 또는 텍스처링(texture)될 수 있다.
일부 실시 예들에서, 전극들(1002)은 예컨대 고체 연료(1003)의 점화를 조장하기 위하여 이동 가능 부분들을 포함할 수 있다. 하나의 전극은 하나 또는 그 초과의 다른 전극들의 표면과 상호작용하도록 구성된 이동 가능 부분을 포함할 수 있거나, 전극은 하나 또는 그 초과의 다른 전극들의 이동 가능 부분과 상호작용하도록 구성된 이동 가능 부분을 포함할 수 있다.
도 16의 실시 예에서, 전극들(1002)은 고체 연료(1003) 상에 압축력을 인가하기 위하여 서로 상호 작용하도록 구성된 이동 가능 압축 메커니즘들(1002a)을 포함할 수 있다. 예컨대, 하나 또는 그 초과의 전극들(1002)은 연료 로딩 구역(10017)에 인접한 기어들을 포함할 수 있다. 적당한 기어들은 예컨대 베벨(bevel) 기어들, 스퍼(spur) 기어들, 헬리컬(helical) 기어들, 이중 헬리컬 기어들(예컨대, 헤링본(herringbone) 기어들), 및 크로스(cross)된 기어들을 포함할 수 있고, 기어들은 임의의 적당한 수 또는 배향의 치부들을 포함할 수 있다. 도 17a에 도시된 바와 같이, 고체 연료(1003)는 기어들 사이의 연료 로딩 구역(1017) 내에 수용될 수 있다. 고체 연료(1003)는 기어의 치부들 사이에 형성된 갭들에 놓여질 수 있고 메이팅(mating) 기어의 치부에 의해 압축될 수 있다. 예컨대, 도 17b에 도시된 바와 같이, 기어들은 상호작용할 수 있고, 그리고 n개의 치부들(여기서 n은 정수임)을 가진 기어는 n번째 인터(inter)-치부 갭 내에 고체 연료(1003)를 수용할 수 있고, 그리고 n-1 인터-치부 갭 내의 연료는 메이킹 기어의 치부(n-1)에 의해 압축될 수 있다. 일부 실시 예들에서, 전극들(1002)의 기어 치부들의 연료-수용 구역 및 고체 연료(1003)는, 치부들이 메싱(mesh)할 때 연료가 점화되는 하나 또는 양쪽 전극들의 구역에, 전극들에 전달될 때의 고체 연료(1003)가 정전기적으로 고착하도록, 반대로 정전기적으로 충전될 수 있다.
도 17a 및 도 17b에서, 압축 메커니즘들(1002a)은 전극들(1002)의 구역으로서 도시된다. 다른 압축에서, 압축 메커니즘들(1002a)은 전극(1002) 모두를 구성할 수 있다. 그런 실시 예는 도 18a 및 도 18b에 도시된다. 추가로, 압축 메커니즘들(1002a)이 이동할 수 있는 반면(이들 실시 예들에서, 회전함), 전극들(1002)은 또한, 도 17a 및 도 17b 및 도 18a 및 도 18b에 보여지는 바와 같이, 각각의 압축으로 더 밀접하게 그리고 더 멀리 이동할 수 있다. 대안으로, 압축 메커니즘(1002a)은 이동(이 경우, 회전) 할 수 있고 전극들(1002)은 고정되어 있을 수 있다.
일부 실시 예들에서, 하나 또는 그 초과의 전극들(1002)은 압축 메커니즘들(1002a)로서 기어들 대신, 또는 추가하여 롤러(roller)들을 포함할 수 있다. 예컨대, 도 24에 묘사된 실시 예는 기어들 대신 롤러들을 포함한다. 롤러들은 전극들(1002)의 단부 구역들에 위치될 수 있고 전극들 사이에서 고체 연료(1003)의 전달을 가능하게 하기 위해 갭에 의해 분리될 수 있고 고체 연료(1003)가 연료 상에 압축력을 인가하기 위하여 연료 로딩 구역(1017)으로 전달되면 서로 밀접하게 이동할 수 있다. 다른 실시 예들에서, 전극들(1002) 및 롤러들은 그대로 있도록 구성될 수 있고 고체 연료(1003)는 서로를 향하여 서로로부터 멀어지게 전극들(1002)의 이동 없이 일 측으로부터 롤러들로 공급될 수 있고, 예컨대 롤러들로 하향으로 공급될 수 있다. 전극들(1002)의 롤러들의 연료 수용 구역 및 고체 연료(1003)는 롤러들이 만나고 연료가 점화하는 하나 또는 양쪽 전극들의 구역에, 전극들로 전달될 때 고체 연료(1003)가 정전기적으로 고착하도록 반대로 충전될 수 있다.
이동 가능 실시 예들에서, 전극들(1002)은 서로를 향하여 또는 멀어지게 바이어싱될 수 있다. 예컨대, 일부 이동 가능 실시 예들에서, 전극들(1002)의 롤러들 또는 기어들은 서로를 향하여 바이어싱될 수 있다. 전극들(1002) 또는 전극들(1002)의 이동 가능 부분들의 바이어싱은 예컨대 스프링들 또는 공기 또는 유압 메커니즘을 사용하여 달성될 수 있다.
롤러들 또는 기어들에 대해 고체 연료(1003)의 압축은 점화를 도울 수 있고, 기어들을 포함하는 실시 예들에서 치부들의 메싱 및 고체 연료(1003)의 압축은 전도 연료를 통하여 메이팅 치부들 사이의 전기 콘택을 유발할 수 있다. 일부 실시 예들에서, 기어들은 메싱 동안 연료를 콘택하는 인터디지테이션(interdigitation) 구역에 전도 재료를 포함할 수 있고 전류가 선택적으로 연료를 통하여 흐르도록 다른 구역들에 절연 재료를 포함할 수 있다. 예컨대, 기어들은 비전도 또는 절연 재료, 예컨대 세라믹, 석영, 다이아몬드 박막, 또는 임의의 다른 적당한 재료 또는 재료들의 결합으로 형성되거나 코팅될 수 있고, 인터디지테이션 구역에서 전도 재료, 예컨대 전도 금속으로 코팅될 수 있다. 다른 실시 예들에서, 기어들은 전도 재료로 형성될 수 있고 인터디지테이션 구역의 외측이 비전도 또는 절연 재료로 코팅될 수 있다. 메이팅 치부들 및 연료 사이의 전기 콘택에 의해 생성된 높은-전류 흐름은 고체 연료(1003)의 점화를 조장할 수 있다. 기어들 또는 롤러들은 예컨대 마찰을 증가시키고 점화를 조장하기 위하여 텍스추어링될 수 있다. 일부 실시 예들에서, 고체 연료(1003)의 전달은 기어들 또는 롤러들의 이동에 타이밍(time)될 수 있다.
고체 연료(1003)의 점화에 의해 형성된 플라즈마는 기어들 측, 롤러들 측, 또는 전극들(1002)의 단부 구역들 측 밖으로 팽창할 수 있고, 플라즈마-투-전기 변환기는 플라즈마를 수용하기 위하여 흐름 경로에 놓여질 수 있다. 플라즈마의 2 또는 그 초과의 스트림들이 전극들(1002)로부터 반대 축 방향으로 배출(eject)되는 실시 예들에서, 변환기는 각각의 스트림의 흐름 경로에 배치될 수 있다. 축 방향 흐름은 자기 유체 역학(MHD) 변환기를 통하여 발생할 수 있거나 플라즈마는 고정될 수 있거나 플라즈마 역학(PDC: plasmadynamic) 파워 변환기와 콘택하여 흐를 수 있다. 추가 방향성 흐름은 예컨대 헬름홀츠 코일들 또는 자기병의 것들 같은 자석들을 한정하여 달성될 수 있다.
예컨대, 이동 가능 실시 예에서, 플라즈마 팽창 흐름은 또한 연료 로딩 구역(1017)로 연료 전달 방향에 횡단할 수 있는, 기어들(만약 포함되면)의 샤프트와 평행한 축을 따라 발생할 수 있다. 고체 연료(1003)는 갭을 통하여 연료를 나아가게 하기 위하여 회전하는 기어들 또는 롤러들에 연속적으로 전달될 수 있다. 고체 연료(1003)는 기어들의 세트의 메싱 구역들을 따른 전극들 또는 롤러들의 세트의 대향 측들 사이의 공간을 채우기 위하여 회전될 때 연속으로 점화될 수 있다. 전기 전도 고체 연료(1003)는 전극들(1002) 사이의 회로를 완성할 수 있고 고체 연료(1003)를 통한 높은-전류 흐름은 연료를 점화할 수 있다. 일부 실시 예들에서, 출력 파워는 일반적으로 정상 상태에 있을 수 있다. 일부 실시 예들에서, 고체 연료(1003)는 팽창하는 플라즈마 연료 스트림 흐름을 방해하는 것을 방지하기 위하여 간헐적으로 전달될 수 있다. 예컨대, 고체 연료(1003)의 전달은 타이밍 간격들에서 발생할 수 있거나 예컨대 피드백 메커니즘의 사용을 통하여 자동으로, 또는 수동으로 출력 파워에 기초하여 개시될 수 있다. 예시적인 전달 메커니즘들은 이하에 추가로 상세히 설명될 것이다.
예시적인 실시 예에서, 전극들(1002)(파워 생성기의 부분으로서 동작함)은 셀(1001)로부터 파워의 간헐적 버스트들을 생성할 수 있다. 대안적으로, 파워 생성 시스템(1020)은 고체 연료(1003)의 타이밍된 블래스트(blast)이벤트들 동안 개별 셀의 파워의 중첩을 출력하는 복수의 셀들(1001)을 포함할 수 있다. 복수의 셀들 사이의 이벤트들의 타이밍은 보다 연속적인 출력 파워를 제공할 수 있다.
전극들(1002)은 주어진 위치에서 전극 세트를 따라 높은-전류 흐름 및 빠른 반응 운동의 시퀀스를 유발하기 위하여 전극들의 길이를 따라 대향 포인트들에서 서로 콘택하게 되도록 포지셔닝될 수 있다. 대향 전극들 상의 대향 콘택 포인트는 콘택 위치로 대응하는 연결들을 기계적으로 이동시키거나 연결들을 전기적으로 스위칭함으로써 이루어질 수 있다. 연결들은 셀 또는 복수의 셀들로부터 보다 정상적 파워 출력을 달성하기 위하여 동기 방식으로 이루어질 수 있다.
점화 다음, 그 다음 형성된 플라즈마 파워는 적당한 플라즈마 변환기에 의해 전기로 변환될 수 있다. 플라즈마 변환기는 플라즈마를, 예컨대 기계적, 원자력, 화학, 열적, 전기 및 전자기 파워, 또는 이들의 임의의 적당한 결합을 포함하는 임의의 적당한 형태의 비-플라즈마 파워로 변환할 수 있다. 예시적인 적당한 플라즈마 파워의 설명들은 플라즈마역학 변환기(PDC) 섹션, 자기 유체 역학(MHD) 변환기 섹션, 전자기 지향(크로싱된 필드 또는 드리프트(drift)) 변환기, 
지향성 변환기 섹션, 전하 드리프트 변환기 섹션, 자기 한정 섹션, 및 고체 연료 촉매 유도 하이드리노 전이(SF-CIHT) 셀 섹션에 제공된다. 이들 및 다른 플라즈마 투 전기 파워 변환기들의 상세들은 그 전체가 인용에 의해 본원에 포함되는 본원의 종래 공개물들 이를테면 R. M. Mayo, R. L. Mills, M. Nansteel, "Direct Plasmadynamic Conversion of Plasma Thermal Power to ElectriClty," IEEE Transactions on Plasma Science, October, (2002), Vol. 30, No. 5, pp. 2066-2073; R. M, Mayo, R. L. Mills, M. Nansteel, "On the Potential of Direct and MHD Conversion of Power from a Novel Plasma Source to ElectriClty for Microdistributed Power Applications," IEEE Transactions on Plasma Science, August, (2002), Vol. 30, No, 4, pp. 1568-1578; R. M. Mayo, R. L. Mills, "Direct Plasmadynamic Conversion of Plasma Thermal Power to ElectriClty for Microdistributed Power Applications," 40th Annual Power Sources Conference, Cherry Hill, NJ, June 10-13, (2002), pp. 1-4 ("Mills Prior Plasma Power Conversion Publications") 및 그 전체가 인용에 의해 본원에 포함된 본원의 종래 출원들 이를테면 Microwave Power Cell, Chemical Reactor, And Power Converter, PCT/US02/06955, filed 3/7/02 (short version), PCT/US02/06945 filed 3/7/02 (long version), US case number 10/469,913 filed 9/5/03; Plasma Reactor And Process For ProduClng Lower-Energy Hydrogen SpeCles, PCT/US04/010608 filed 4/8/04, US/10/552,585 filed 10/12/15; 및 Hydrogen Power, Plasma, and Reactor for Easing, and Power Conversion, PCT/US02/35872 filed 11/8/02, US/ 10/494,571 filed 5/6/04 ("Mills 종래 플라즈마 파워 변환 공개물들")에 제공된다. 열뿐 아니라 플라즈마는 연료 점화의 부산물들로서 각각의 셀에 의해 생성될 수 있다. 열은 직접 사용될 수 있거나 예컨대 열적 엔진, 이를테면 스팀 엔진 또는 스팀 또는 가스 터빈 및 생성기, 랭킨 또는 브레이튼-사이클 엔진, 또는 스털링 엔진을 포함하는 임의의 적당한 변환기 또는 변환기들의 결합을 사용하여 기계 도는 전기 파워로 변환될 수 있다. 파워 변환을 위하여, 각각의 셀은 열 파워 또는 플라즈마 파워 투 기계 또는 전기 파워 중 임의의 변환기 이를테면, 예컨대 플라즈마-투-전기 변환기, 열적 엔진, 스팀 또는 가스 터빈 시스템, 스털링 엔진, 또는 열전자 이온 또는 열전 변환기와 인터페이싱될 수 있다. 예시적 플라즈마 변환기들은 플라즈마역학 파워 변환기, 
지향 변환기, 자기 유체 역학 파워 변환기, 자기 미러 자기 유체 역학 파워 변환기, 전하 드리프트 변환기, 포스트 또는 베니션 블라인드(Post 또는 Venetian Blind) 파워 변환기, 자이로트론(gyrotron), 광자-번칭(bunching) 마이크로파 파워 변환기, 광전자 변환기 또는 변환기들의 결합을 포함할 수 있다. 일부 실시 예들에서, 셀은 내연 엔진의 적어도 하나의 실린더를 포함할 수 있다. 예시적인 셀들은 본원에서 추가로 상세히 설명된다.
전기로 변환된 플라즈마 에너지는 일부 실시 예들에서, 외부 회로에서 소산될 수 있다. 계산들 및 실험적으로 입증된 바와 같이, 플라즈마 에너지 투 전기의 50% 초과의 변환은 일부 예들에서 달성될 수 있다.
일부 실시 예들에서, 형성된 플라즈마 파워더는 직접 전기로 변환될 수 있다. H 촉매 작용 동안, 전자들은 HOH로 촉진되는 H로부터 전달된 에너지에 의해 HOH 촉매로부터 이온화된다. 이들 전자들은 촉매 반응이 충전 빌드업(buildup)에 의해 자기-제한되는 것을 방지하기 위하여 인가된, 높은-전류 회로에서 수행될 수 있다. 버스트는 빠른 운동에 의해 생성되고 그 다음 빠른 운동은 대량 전자 이온화를 유발한다. 일부 실시 예들에서 인가된 전류로 인해 주위 높은 자기장에서 필수적으로 100% 이온화된 플라즈마를 포함할 수 있는 폭발하는 연료의 고속의 방사상 외측 팽창은 크로싱된 전극들에서 자기 유체 역학 파워 변환을 초래할 수 있다. 전압의 크기는 인가된 극성의 방향으로 증가할 수 있는데, 그 이유는 이것이 현재 방향 및 대응하는 자기장 벡터 및 방사상 흐름 방향들로 인한 로렌쯔 편향 방향이기 때문이다. 자기 유체 역학 파워 변환 및 DC 전류를 사용한 실시 예에서, 인가된 높은 DC 전류는 대응하는 자기장 DC이도록 할 수 있다.
자기 공간 전하 분리의 원리들을 사용하는 실시 예에서, 플라즈마역학 파워 변환기(1006)가 사용될 수 있다. 포지티브 이온들에 관하여 더 낮은 질량으로 인해, 전자들은 자화된 전극, 예컨대 원통형 자화된 전극 또는 인가된 자기장 내 전극의 자속 라인들에 한정될 수 있다. 따라서, 전자들은 이동성이 제한되는 반면, 포지티브 이온들은 본질적으로 또는 외부적으로 자화된 전극과 충돌되게 비교적 자유롭다. 양쪽 전자들 및 포지티브 이온들은 외부적으로 자화된 전극에 인가된 자기장에 수직 방향으로 배향된 전도체를 포함할 수 있는 자화되지 않은 카운터 전극과 완전히 충돌한다. 플라즈마역학 변환("PDC")는 플라즈마의 열적 및 전위 에너지로부터 직접 파워를 추출하고 플라즈마 흐름에 의존하지 않는다. 대신, PDC에 의한 파워 여기는 외부 로드의 전류를 구동하기 위하여 플라즈마에 담겨진 자화된 전극과 자화되지 않은 전극 사이의 전위 차이를 이용하고 이에 의해 저장된 플라즈마 열 에너지로부터 직접 전기 파워를 추출한다. 열적 플라즈마 에너지 투 전기의 PDC는 높은 온도 플라즈마의 바디에 직접 적어도 2개의 플로팅 전도체들을 삽입함으로써 달성될 수 있다. 이들 전도체들 중 하나는 외부 전자기장 또는 영구 자석에 의해 자화될 수 있거나, 본질적으로 자석일 수 있다. 다른 전도체는 자화되지 않을 수 있다. 전위 차이는 무거운 포지티브 이온들 대 가벼운 전자들의 전하 이동성의 차이로 인해 발생한다. 이 전압은 전기 로드 양단에 인가된다.
파워 생성 시스템(1020)은 또한 부가적인 내부 또는 외부 전자석 또는 영구 자석들을 포함할 수 있거나 다수의 본질적으로 자화된 전극과 자화되지 않은 전극들, 예컨대 원통형 전극들, 이를테면 핀(pin) 전극들을 포함할 수 있다. 각각의 전극에 평행한 균일한 자기장(B)의 공급원은 전자석, 예컨대 초전도 또는 영구 자석일 수 있는 하나 또는 그 초과의 헬름홀츠 코일들에 의해 제공될 수 있다.
자석 전류는 또한 점화를 개시하기 위하여 고체 연료(1003)에 공급될 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 전기 파워(1004)의 공급원은 고체 연료(1003)를 점화하기 위하여 파워를 전극들(1002)에 공급할 수 있다. 그런 실시 예들에서, 전기 파워 공급원(1004)의 높은 전류에 의해 생성된 자기장은 고체 연료(1003)를 통하여 흐르기 전에 전자석의 다수의 턴(turn)들을 통하여 흐름으로써 증가될 수 있다. 자기장(B)의 세기는 전극들에서 파워를 최대화하기 위하여 미리 결정된 포지티브 이온 대 전자 회전 반경을 생성하도록 조절될 수 있다. 일부 실시 예들에서, 적어도 하나의 자화된 전극은 인가된 자기장(B)에 평행하게 배향될 수 있고 적어도 하나의 대응하는 카운터 전극은, B의 방향에 관한 자신의 배향으로 인해 자화되지 않도록 자기장(B)에 수직으로 배향될 수 있다. 파워는 적어도 하나의 카운터 전극에 연결된 리드(lead)들을 통하여 로드에 전달될 수 있다. 일부 실시 예들에서, 셀 벽은 전극으로 역할을 할 수 있다.
일부 실시 예들에서, 점화 이벤트로부터 생성된 플라즈마는 팽창하는 플라즈마일 수 있다. 팽창하는 플라즈마가 생성될 때, 자기 유체 역학(MHD)은 적당한 변환 방법일 수 있다. 대안적으로, 일부 실시 예들에서, 플라즈마는 한정될 수 있다. 플라즈마 파워 변환 시스템에 더하여, 파워 생성 시스템은 또한 플라즈마를 한정하고 에너지 이온들의 파워 중 하나를 전기로서 추출하기 위하여, 플라즈마 한정 시스템, 예컨대 솔레노이드 필드들 또는 자기병을 포함할 수 있다. 자석들은 하나 또는 그 초과의 전자석 및 영구 자석들을 포함할 수 있다. 자석들은 개방 코일들, 예컨대 헬름홀츠 코일들일 수 있다. 플라즈마는 추가로 자기병에 그리고 당업자들에게 알려진 임의의 다른 시스템들 및 방법들에 의해 한정될 수 있다.
도 12, 도 15a-도 15c 및 도 16의 플라즈마-투-전기 파워 변환기(1006)는 자기 유체 역학 파워 변환기를 포함할 수 있다. 포지티브 및 네거티브 이온들은 반대 방향들로 로렌찌안 방향을 겪고 이들 사이의 전압에 영향을 주기 위하여 대응하는 전극들에서 수신된다. 따라서, 2개의 자기 유체 역학 파워 변환기들은 사용될 수 있다 - 하나가 각각의 이온 경로에 배치됨. 이온들의 질량 유량을 형성하기 위한 통상적인 MHD 방법은 편향된 이온들을 수용하도록 편향 필드에 관하여 크로싱되는 전극들의 세트를 사용하여 크로싱된 자기장을 통한 높은-속도 흐름을 생성하기 위해 노즐을 통하여 이온들이 시딩되는(seed) 높은-압력 가스를 팽창시키는 것이다. 본 개시에서, 압력은 통상적으로 대기보다 크고(그러나 반드시 그렇지 않음), 지향성 질향 유량은 고도로 이온화되고, 방사상으로 팽창하는 플라즈마를 형성하기 위하여 고체 연료의 점화에 의해 달성될 수 있다.
일 실시 예에서, 자기 유체 역학 파워 변환기는 세그먼트화된 패러데이 생성기이다. 다른 실시 예에서, 이온 흐름의 로렌찌안 편향에 의해 형성된 횡단 전류는 적어도 제 1 전극과 z-축을 따라 상대적으로 변위된 제 2 전극 사이의 홀 전압을 생성하기 위하여 이온들의 입력 흐름에 평행한 방향(z-축)으로 로렌찌안 편향을 추가로 겪는다. 그런 디바이스는 자기 유체 역학 파워 변환기의 홀 생성기 실시 예로서 기술 분야에서 알려져 있다. 일부 실시 예들에서, 파워 생성 시스템(1020)은 xy-평면의 z-축에 관하여 각도를 가진 전극들을 가지는 "윈도우 프레임" 구성을 가진 대각 생성기(diagonal generator)를 포함할 수 있다.
각각의 경우에, 전압은 전기 로드를 통하여 전류를 구동할 수 있다. 도 19에 도시된 바와 같이, 자기 유체 역학 변환기(1006)는 z-축에 횡단하는 자속(1101)의 공급원을 포함할 수 있고, 이온들은 방향(1102)로 흐를 수 있다. 따라서, 이온들은 헬름홀츠 코일들(1104)에 의해 제공된 한정 필드(1103)로 인해 z-축을 따라 우선적인 속도를 가질 수 있고, 이는 이온들이 횡단 자속의 구역으로 전파하게 한다. 전파하는 전자들 및 이온들 상의 로렌찌안 힘은 F = ev × B에 의해 주어진다. 힘은 이온 속도 및 자기장 및 포지티브 및 네거티브 이온들에 대해 반대 방향으로 횡단한다. 이것은 횡단 전류를 형성할 수 있다. 횡단 자기장의 공급원은 평행 속도 분산을 가지는 흐르는 이온들의 크로싱 편향을 최적화하기 위하여 z-축을 따라 포지션의 함수로서 상이한 강도들의 횡단 자기장들을 제공하는 컴포넌트들을 포함할 수 있다.
도 19에 도시된 자기 유체 역학 파워 변환기(1006)는 또한 전극들(1105) 양단 전압을 생성하는 횡단 로렌찌안 편향 이온들을 수용하기 위하여 자기장에 횡단할 수 있는 적어도 2개의 전극들(1105)을 포함할 수 있다. MHD 파워는 전기 로드(1106)에서 소산될 수 있다. 도 12-도 16의 전극들(1002)은 또한 MHD 전극들로서 역할을 할 수 있다. 도 19에 도시된 자기 유체 역학 파워 변환기(1006)는 또한 로드(1106) 양단에 인가된 전극들(1105)의 전압을 생성하기 위하여 자기 팽창 섹션에 흐르는 플라즈마에 로렌찌안 편향 필드를 제공하도록 헬름홀츠 코일들(도시되지 않음)의 부가적인 세트를 포함할 수 있다.
자기 유체 역학 파워 변환기(1006)의 일부 실시 예들에서, 
을 가지는 z-축을 따른 이온들의 흐름은 그 다음 압축 섹션에 진입할 수 있다. 압축 섹션은 증가하는 축 자기장 기울기를 포함할 수 있고 여기서 z-축 
의 방향에 평행한 전자 이동의 컴포넌트는 단열 불변량(adiabatic invariant) 
= 상수로 인해 수직 움직임(
)으로 적어도 부분적으로 변환된다. 
로 인한 방위각 전류는 z-축 둘레에 형성될 수 있다. 전류는 예컨대, 디스크 생성기 자기 유체 역학 파워 변환기의 내부 링 전극 및 외부 링 전극 사이에 홀 전압을 생성하기 위하여 축방향 자기장에 의한 이동 평면에서 방사상으로 편향될 수 있다. 전압은 전기 로드를 통하여 전류를 구동할 수 있다. 일부 실시 예들에서, 플라즈마 파워는 또한 
지향 변환기, 또는 임의의 다른 적당한 플라즈마 변환기 디바이스들을 사용하여 전기로 변환될 수 있다.
상기 논의된 바와 같이, 플라즈마 및 이온 조작 및 변환을 가능하게 하기 위하여, 자기 유체 역학 파워 변환기(1006)의 부분들 또는 모두는 진공에 존재할 수 있다. 예컨대, 자기 유체 역학 파워 변환기(1006) 내의 압력들은 대략 대기압으로부터 대략 10-10 Torr 또는 그 초과의 네거티브 압력들까지의 범위일 수 있다. 일부 실시 예들에서, 예컨대 한정 필드(1103) 및/또는 헬름홀츠 코일들(1104)들은 진공 환경에 존재할 수 있다.
자기 유체 역학 파워 변환기(1006)의 자기장은 고체 연료(1003)로 흐르는 것에 더하여, 부가적인 전자석들을 통하여 흐를 수 있는 전기 파워 공급원(1004)의 전류에 의해 제공될 수 있다. 일부 실시 예들에서, 자기 유체 역학 파워 변환기(1006)의 자기장은 별개의 파워 공급원에 의해 파워링될 수 있다.
상기 짧게 설명된 바와 같이, 파워 생성 시스템(1020)은 낮은-전압, 높은-전류 전기 에너지의 짧은 버스트를 전극들(1002)을 통하여 고체 연료(1003)로 전달하도록 구성된 전기 파워 공급원(1004)를 포함할 수 있다. 임의의 적당한 전기 파워 공급원(1004) 또는 전기 파워 공급원들(1004)의 결합들, 예컨대 파워 그리드, 생성기, 연료 셀, 태양, 바람, 화학, 원자력, 조수(tidal), 열, 수력발전, 또는 기계적 공급원, 배터리, 파워 공급원(1020), 또는 다른 파워 공급원(1020)가 사용될 수 있다. 파워 공급원(104)는 Taylor-Winfield 모델 ND-24-75 스폿 웰더 및 EM Test Model CSS 500N10 CURRENT SURGE GENERATOR, 8/20US UP TO 10KA를 포함할 수 있다. 일부 실시 예들에서, 전기 파워 공급원(1004)는 DC이고, 플라즈마 파워 변환기는 예컨대 자기 유체 역학 또는 
파워 변환기를 사용하여 DC 자기장에 적합하다.
전기 파워 공급원(1004)는 높은 전류들을 전극들(1002)(및 만약 포함되면 셀(1001))에 공급할 수 있고, 고체 연료 점화의 생성물들을 재활용될 수 있는 초기 고체 연료로 변환하기 위하여 파워를 파워 생성 시스템(1020)의 다른 컴포넌트들, 예컨대, 임의의 플라즈마 변환기들 또는 재생성 시스템들에 공급할 수 있다.
일부 실시 예들에서, 전기 파워 공급원(1004)는 본 개시에 주어진 높은 전류들 같은 전류들을 또한 수용할 수 있다. 전류를 수용함으로써, 반응으로부터 자기-제한 전하 빌드-업은 개선될 수 있다. 전류의 하나 또는 그 초과의 공급원들 및 싱크(sink)들은 또한 포함될 수 있다. 예컨대, 파워 생성 시스템(1020)은 트랜스포머 회로, LC 회로, RLC 회로, 캐패시터들, 울트라-캐패시터들, 인덕터들, 배터리들, 및 다른 낮은 임피던스 또는 낮은 저항 회로들 또는 회로 엘리먼트들 및 전기 에너지 스토리지 엘리먼트들 또는 전류들을 수용하기에 적당한 임의의 다른 디바이스들 또는 디바이스들의 결합을 포함할 수 있다.
도 20 및 도 21의 예시적인 실시 예들로 돌아가서, 파워 생성 시스템(1020)은 도 12-도 19를 참조하여 논의된전극들, 전기 파워 공급원, 및 플라즈마-투-전기 변환기들(1006)에 더하여 다른 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 예컨대, 파워 생성 시스템(1020)은 전극들(1002) 사이의 연료 로딩 구역(1017)에 고체 연료(1003)를 전달하기 위한 전달 메커니즘(1005)을 포함할 수 있다. 파워 생성 시스템(1020)에 포함된 전달 메커니즘의 타입은 적어도 부분적으로, 예컨대, 연료 로딩 구역(1017)에 전달되는 연료의 상태, 타입, 사이즈, 또는 모양에 따를 수 있다. 예컨대, 도 20의 실시 예에서, 고체 연료(1003)는 필릿 형태로 묘사된다. 연료의 펠릿을 전달하기에 적당한 전달 메커니즘(1005)은 펠릿을 연료 로딩 구역(1017)에 전달하기 위해 회전하도록 구성된 캐러셀(carousel)을 포함할 수 있다. 도 20의 예시적인 실시 예에서, 전달 메커니즘(1005)은 캐러셀의 주변 구역을 따라 이격된 다수의 연료 펠릿들을 운반할 수 있다. 캐러셀이 회전함에 따라, 연이은 펠릿들이 전극들(1002) 사이의 연료 로딩 구역(1017)으로 전달될 수 있다.
일부 실시 예들에서, 캐러셀은 미리 결정된 수의 연료 펠릿들로 미리 로딩될 수 있다. 8개의 펠릿들이 도 20의 캐러셀 상에 미리 로딩된 것으로 묘사되지만, 임의의 수의 펠릿들은 전달 메커니즘(1005)에 미리 로딩될 수 있다. 캐러셀은 제거 및 교체를 위하여 구성된 변위 가능 카트리지의 형태를 취할 수 있다. 그런 실시 예들에서, 전달 메커니즘(1005)은 나머지 펠릿들의 수, 사용된 펠릿들의 수, 또는 카트리지가 교체될 필요가 있는 시기를 시그널링하기 위한 표시기를 더 포함할 수 있다. 일부 실시 예들에서, 카트리지는 적소에 있다면 펠릿들과 함께 로딩될 수 있거나, 미리 로딩될 수 있고 그 다음 펠릿들이 사용될 때 다시 로딩될 수 있다. 예컨대, 별개의 스토리지 및/또는 로딩 메커니즘은 펠릿들이 사용되면 펠릿들을 교체하기 위하여 전달 메커니즘(1005)과 함께 동작할 수 있다. 그런 재로딩 가능하거나 로딩 가능한 실시 예들에서, 카트리지는 교체 가능하거나, 변위가능하거나, 영구적일 수 있다.
부가적으로, 연료 로딩 구역(1017)로의 고체 연료(1003)의 펠릿들 전달은 캐러셀에서 펠릿을 없애도록 이동하는 것을 포함하거나, 펠릿이 캐러셀 상에 있는 동안 간단히 전극들(1002) 사이에 펠릿을 포지셔닝하는 것을 포함할 수 있다. 추가로, 도 20에서 캐러셀의 펠릿들은 커버되지 않은 것으로 묘사되지만, 펠릿들은 또한 캐러셀 내에 하우징될 수 있거나 예컨대 외부 벽에 의해, 펠릿들 사이의 개별 파티션(partition)들에 의해, 또는 오버행(overhang)에 의해 부분적으로 둘러싸일 수 있다. 연료 로딩 구역(1017)으로의 펠릿의 전달은 예컨대 전달된 펠릿을 언커버링(uncovering) 또는 캐러셀로부터 펠릿을 내놓는 것을 포함할 수 있다. 다른 실시 예에서, 펠릿을 포함하는 도 20의 캐러셀은 또한 전극들(1002), 연료 로딩 구역(1017), 및 플라즈마 투 전기 변환기(1006)를 하우징할 수 있는 진공 챔버에 하우징될 수 있다.
일부 실시 예들에서, 한번에 하나의 펠릿은 연료 로딩 구역(1017)로 전달될 수 있다. 다른 실시 예들에서, 하나보다 많은 펠릿은 고체 연료(1003)의 점화 전에 연료 로딩 구역(1017)으로 전달될 수 있다. 고체 연료(1003)는 일정한 레이트 또는 가변 레이트로 전달될 수 있다. 전달 레이트는 예컨대 파워 출력을 가변하거나 실질적으로 일정한 출력을 유지하기 위하여 수동으로 또는 자동으로(예컨대, 피드백 또는 타이밍 스케쥴에 기초함) 변화될 수 있다. 연료의 전달은, 전극들(1002)이 연료를 수용하기 위하여 개방 및 폐쇄될 때 또는 전극들(1002)이 연료를 점화하기 위하여 이동할 때(이동 가능 실시 예들 또는 이동 가능 압축 메커니즘들(1002a)을 가진 실시 예들에서) 전극들(1002)의 이동에 타이밍화될 수 있다.
도 21의 실시 예에서, 전달 메커니즘(1005)는 고체 연료(1003)를 전달하기 위하여 호퍼(hopper) 또는 스토리지 탱크로서 묘사된다. 호퍼는 도 20에 도시된 펠릿들 같은 연료 샘플들을 전달할 수 있거나, 예컨대, 고체 연료(1003)가 파워링된 형태인 실시 예들에서 고체 연료(1003) 알갱이(granule)들을 전달할 수 있다. 파워링된 연료는 펠릿들이 전달되는 방법과 유사한 방식으로 개별 캡슐들로 전달될 수 있거나, 또는 적은 양들의 파워드로서 전달될 수 있다. 액체 연료는 캡슐들로 전달될 수 있거나, 예컨대 스트림들, 증기, 스프레이들, 또는 액적들로서 전달될 수 있다. 호퍼는 하나 또는 그 초과의 펠릿들을 연료 로딩 구역(1017)으로 전달할 수 있거나 파우더 또는 액체의 측정된 양 또는 스트림을 연료 로딩 구역(1017)에 전달할 수 있다. 도 20을 참조하여 상기 논의된 바와 같이, 연료 로딩 구역(1017)에 연료 전달의 양 또는 레이트는 일정하거나 가변할 수 있고 임의의 적당한 수단에 의해 제어될 수 있다.
호퍼는 연료 로딩 구역(1017)로 고체 연료(1003)의 흐름을 지향 및/또는 조절하기 위한 활송 장치(chute), 밸브, 드로퍼(dropper), 또는 임의의 적당한 구조(들)를 포함할 수 있다. 일부 실시 예들에서, 호퍼는 유체 디스펜서(dispenser)의 형태를 취할 수 있고 액체 또는 가스 형태의 고체 연료(1003)를 분배할 수 있다. 게다가, 호퍼, 또는 임의의 전달 메커니즘(1005)은 고체 연료 또는 전달 메커니즘의 파라미터를 검출하기 위한 하나 또는 그 초과의 센서들을 포함할 수 있다. 예컨대, 전달 메커니즘(1005)은 예컨대 압력, 온도, 충전 레벨, 이동, 흐름 속도, 또는 임의의 다른 적당한 파라미터들을 검출하기 위하여 하나 또는 그 초과의 센서들에 동작 가능하게 커플링될 수 있다. 센서들은 디스플레이, 미터(meter), 제어 시스템, 또는 측정 데이터를 외부 판독기에 통신하기 위한 임의의 적당한 수단 또는 측정된 파라미터에 기초하여 파워 생성 시스템(1020)을 조절하기 위한 수단에 동작 가능하게 커플링될 수 있다. 하나 또는 그 초과의 센서들은 연료 영역(1017)로 연료 양의 전달을 결정 또는 제어하고, 남아있는 또는 사용된 고체 연료(1003)의 전체 양, 또는 예컨대 그 내부의 고체 연료(1003) 조건을 검출하는 것을 도울 수 있다.
일부 실시 예들에서, 호퍼는 연료 로딩 구역(1017) 위에 포지셔닝될 수 있어서, 고체 연료(1003)의 샘플이 전달될 때, 중력은 고체 연료가 연료 로딩 구역(1017)로 떨어지게 한다. 다른 실시 예들에서, 호퍼는 연료 로딩 구역(1017) 다음 또는 아래에 위치될 수 있고 고체 연료(1003)를 연료 로딩 구역(1017)로 전달하기 위하여 중력에 대항하여 고체 연료의 샘플을 측면으로 또는 상향으로 탈출하거나 푸시하도록 구성될 수 있다. 예컨대, 호퍼는 레버, 피스톤, 스프링, 공기압, 오거, 컨베이어, 유압, 또는 전기 디바이스 또는 트리거 디바이스, 또는 고체 연료(1003)를 연료 로딩 구역(1017)으로 능동적으로 푸싱(중력을 통하여 수동으로 떨어지는 것과 반대됨)하기 위한 임의의 다른 적당한 메커니즘 또는 메커니즘들의 결합을 포함할 수 있다.
일부 파워링된 실시 예들에서, 고체 연료(1003)는 간헐적 스트림으로서 오버헤드 호퍼로부터 흐를 수 있고, 간헐적 흐름 스트림의 타이밍은, 전극들이 흐르는 파우더 또는 액체 고체 연료(1003)를 수용하기 위하여 서로로부터 멀어지게 이동하고 연료 스트림을 점화하기 위하여 서로 밀접하게 이동할 때 전극들(1002)의 치수들을 수용하기 위하여 동기화될 수 있다. 대안적으로, 연료 전달은 연속적일 수 있다.
일부 파우더 실시 예들에서, 고체 연료(1003)는 미세 파우더, 예컨대 재생성되거너 재프로세싱된 연료를 볼 밀링(ball milling)(또는 임의의 다른 적당한 기술)에 의해 형성되는 파우더 형태일 수 있다. 예시적인 연료 혼합물은 예컨대 전이 금속, 이의 산화물, 및 H2O를 포함할 수 있다. 그런 실시 예들에서, 전달 메커니즘(1005)은 분무기(예컨대, 공압, 에어로졸, 기계적, 또는 전기 분무기)를 포함할 수 있고, 미세 파우더 고체 연료(1003)(예컨대, 현탁액 또는 미스트)는 연료 로딩 구역(1017)으로 분무될 수 있다.
도 22의 실시 예에서, 컨베이어 벨트는 고체 연료(1003)를 전달하기 위하여 사용될 수 있다. 예컨대, 캐러셀보다 오히려, 컨베이어 벨트가 연료를 로딩 구역(1017)로 이동시킬 수 있다. 컨베이어 벨트는 미리 로딩될 수 있거나 고체 연료 로더(loader)(1013)에 의해 연료 공급원(1014)로부터 로딩될 수 있고 고체 연료(1003)를 공급원로부터 연료 로딩 구역(1017)으로 전달할 수 있다. 예컨대, 로더(1013)는 고체 연료(1003)의 샘플들을 공급원(1014)로부터 컨베이어 벨트(1005)로 놓을 수 있거나, 또는 컨베이어 벨트(1005)는 고체 연료가 공급원에 의해 또는 공급원을 통하여 통과할 때 공급원로부터 다량의 고체 연료(1003)를 철회하기 위하여 연료 공급원와 상호작용할 수 있다. 컨베이어 벨트는 연료 로딩 구역(1017)에 측면으로(연료 로딩 구역(1017)과 일적선으로, 위로, 또는 아래로) 연장될 수 있거나 연료 로딩 구역(1017)에 관하여 수직으로 연장될 수 있다. 수직 실시 예들에서, 컨베이어 벨트는 벨트를 따라 연료 로딩 구역(1017)으로 고체 연료(1003)의 샘플을 운반하도록 구성된 일련의 구획부(compartment)들, 스쿠프(sccop)들, 또는 돌출부들을 포함할 수 있다. 게다가, 연료 로딩 구역(1017)으로 고체 연료(1003)의 전달은 고체 연료(1003)가 벨트 상에 남아있게 하거나 고체 연료(1003)를 벨트 밖으로 그리고 로딩 구역으로 이동시키는 것을 포함할 수 있다.
또 다른 실시 예들에서, 전달 메커니즘(1005)은 고체 연료(1003)를 이동시키도록 구성된 스레드(thread)들을 가진 나사식 컨베이어를 포함할 수 있거나, 하나 또는 그 초과의 기어들, 밸브들, 레버들, 도르래들, 분무기들, 유체 분배기들, 드롭퍼들, 또는 임의의 다른 적당한 전달 메커니즘을 포함할 수 있다.
추가로, 임의의 적당한 전달 메커니즘(1005), 또는 전달 메커니즘(1005)의 결합은 고체 연료(1003)를 연료 로딩 구역(1017)으로 전달하기 위하여 사용될 수 있다. 예컨대, 호퍼는 전달된 연료를 교체하기 위하여 캐러셀 또는 컨베이어 벨트를 로딩 또는 재로딩하도록 캐러셀 또는 컨베이어 벨트와 함께 사용될 수 있거나, 컨베이어 벨트는 고체 연료(1003)를 호퍼 또는 캐러셀에 전달할 수 있다.
부가적으로, 도 23에 도시된 바와 같이, 전달 메커니즘(1005)은 예컨대, 시스템(1020)이 전극들(1002)의 다수의 세트들 및/또는 다수의 셀들(1001)을 포함하는 실시 예들에서, 연료(1003)를 다수의 연료 로딩 구역들(1017)에 전달할 수 있다. 다른 실시 예들에서, 다수의 전달 메커니즘들(1005)은 다수의 연료 로딩 구역들(1017) 역할을 할 수 있거나, 다수의 전달 메커니즘들(1005)은 단일 연료 로딩 구역(1017) 역할을 할 수 있다. 그런 실시 예들은 시스템(1020)에 의해 증가된 파워 생성을 허용할 수 있다.
파워 생성 시스템(1020)은 또한 연료 로딩 구역(1017)로부터 소비된 연료의 부산물들을 제거하기 위한 제거 시스템을 포함할 수 있다. 부산물들은 소비된 연료, 반응되지 않은 연료, 또는 고체 연료(1003)에 반응할 때 형성된 임의의 생성물들을 포함할 수 있다. 제거 시스템은 또한 전달 메커니즘(1005)과 별개일 수 있거나, 또는 전달 메커니즘(1005)은 점화를 위한 연료로 전극들을 로딩하는 것에 부가하여 소비된 연료를 제거하는 기능을 수행할 수 있다.
전달 메커니즘(1005)이 또한 제거 기능을 수행하는 실시 예들에서, 전달 메커니즘(1005)은 예컨대, 또한 연료를 연료 로딩 구역(1017)로 이동시키는 컨베이어 벨트를 포함할 수 있는 연료 로딩 구역(1017)에서 소비된 연료를 이동시키는 컨베이어의 형태를 취할 수 있다. 일부 실시 예들에서, 고체 연료(1003) 및 컨베이어 벨트는 전류가 흐르는 경우에만 점화되는 연속적인 스트립(strip) 형태로 도입될 수 있다. 그런 실시 예들에서, 고체 연료(1003)는 일반적으로 고체 연료의 스트립의 부분을 지칭할 수 있고, 스트립의 새로운, 아직 점화되지 않은 부분들은 연료 로딩 구역(1017)으로 이동할 수 있고 점화되면 그 다음 연료 로딩 구역(1017) 밖으로 이동할 수 있다. 다른 스트립 실시 예들에서, 스트립은 파워링된 연료의 패킷들을 포함할 수 있거나 스트립에 부착된 연료의 펠릿들을 포함할 수 있고, 스트립이 컨베이어를 따라 이동할 때, 패킷들 또는 펠릿들은 점화를 위하여 로딩 구역(1017)으로 이동할 수 있고 그 다음 소비되면 로딩 구역(1017) 밖으로 이동할 수 있다.
일부 실시 예들에서, 전달 메커니즘(1005)은 고체 연료(1003)를 연료 로딩 구역(1017)으로 전달하기 위하여 회전하고, 점화를 일시중지하고, 그 다음 소비된 연료를 영역 밖으로 제거하기 위하여 회전하고 새로운 고체 연료(1003)를 다음 점화 프로세스를 위하여 전극들(1002) 사이의 연료 로딩 구역(1017)에 포지셔닝하는 캐러셀을 포함할 수 있다. 제거 및 전달 기능들 둘 다를 수행하는 캐러셀, 또는 컨베이어 벨트, 또는 임의의 전달 메커니즘은 녹음 또는 부식에 저항하는 적당한 재료, 예컨대 세라믹, 석영, 다이아몬드 박막, 또는 금속(내화 합금, 높은-온도, 산화-저항 합금[TiAlN 같은], 또는 높은-온도 스테인레스 스틸 같은), 또는 이들의 임의의 적당한 결합으로 코팅되거나 형성될 수 있다. 그런 재료들은 고체 연료(1003)가 전달 메커니즘(1005)의 무결성을 실질적으로 절충함이 없이 점화 동안 전달 메커니즘(1005) 상에 있게 한다. 전달 또는 제거 기능들 중 하나만을 제공하는 전달 및/또는 제거 메커니즘들은 또한 예컨대 부가적인 보호를 제공하거나 마모를 감소시키기 위한 유사한 코팅들 또는 재료들로 형성될 수 있다.
제거 시스템이 전달 메커니즘(1005)으로부터 분리되는 실시 예들에서, 제거 시스템은 캐러셀, 컨베이어 벨트, 또는 전달 메커니즘(1005)을 참조하여 설명된 임의의 메커니즘들을 포함할 수 있고, 전달 메커니즘(1005)과 상호작용하거나, 전달 메커니즘(1005)으로부터 별개로 동작할 수 있다. 일부 실시 예들에서, 제거 시스템은, 소비된 연료가 연료 로딩 구역(1017)으로부터 배출되도록 유체(예컨대, 물 또는 공기)의 블래스트가 지향되게 할 수 있다. 다른 실시 예들에서, 진공은 연료 로딩 구역(1017)으로부터 소비되는 석션(suction)일 수 있고, 자석들은 연료 로딩 구역(1017)으로부터 소비된 연료를 밀어내거나 끌어당길 수 있거나, 또는 정전기 집합 시스템은 로딩 구역(1017)으로부터 소비된 연료를 이동시킬 수 있다. 전극들(1002)은 또한, 소비된 연료가 예컨대 중력으로 인해 연료 로딩 구역(1017) 밖으로 떨어질 수 있도록 이동할 수 있다. 레버, 스위퍼(sweeper), 레이크(rake), 후크, 스크레이퍼(scraper) 또는 다른 기계적 디바이스는 연료 로딩 구역(1017)으로부터 소비된 연료를 푸싱하거나, 풀링(pull)하거나, 들어올릴 수 있다. 소비된 연료 또는 생성물들은 또한 플라즈마로부터, 유사한 메커니즘에 의해 MHD 변환기 같은 전기 변환기(1006)로 제거될 수 있다.
또 다른 실시 예들에서, 고체 연료(1003)의 점화 후 남아있는 소비된 연료가 거의 없거나 무시 가능하도록 소비된 고체 연료(1003)가 실질적으로 말살되거나, 기화되거나, 그렇지 않으면 '완전히 사용'되면, 어떠한 제거 시스템도 필요하지 않을 수 있다.
도 20의 예시적 실시 예에서, 캐러셀은 연료 로딩 구역(1017)의 밖으로 소비된 연료를 제거하기 위한 부분 제거 시스템으로서 동작할 수 있지만, 소비된 연료가 로딩 구역(1017)으로부터 제거되면 캐러셀로부터 소비된 연료를 제거하기 위하여 부가적인 제거 시스템(1013)과 함께 작동할 수 있다. 제거 시스템(1013)은 컨베이어 벨트, 또는 상기 설명된 임의의 다른 전달 메커니즘(1005)과 함께 유사하게 사용될 수 있다. 제거 시스템(1013)은 또한 로딩 구역(1017)에 도입을 위한 미사용된 고체 연료(1003)를 캐러셀 또는 다른 전달 메커니즘(1005)에 재로딩할 수 있다.
제거 시스템(1013)은 또한 소비된 연료를 재활용할 수 있는(예컨대, 연료 및 에너지 재료들 같은 사용 가능 컴포넌트들로) 재생성 시스템(1014)과 함께 작동할 수 있다. 게다가, 전달 메커니즘(1005)은 도 20의 예시적 실시 예에 도시된 바와 같이, 제거 시스템(1013) 및 재생성 시스템(1014)과 함께 작동할 수 있다. 소비된 고체 연료는 전달 시스템(1005)에 의해 연료 로딩 구역(1017)으로부터 제거되고, 제거 시스템(1013)에 의해 전달 시스템(1005)으로부터 제거되고, 재생성 시스템(1014)에 의해 프로세싱될 수 있고, 그 다음 전달 시스템(1005)은 또한 재로딩 시스템으로서 동작할 수 있는 예컨대 제거 시스템(1013)을 통하여 재생성 시스템(1014)로부터 재생성된 연료로 재충전될 수 있다. 대안적으로, 재로딩 시스템은 제거 시스템(1013)으로부터 분리될 수 있다.
도 21의 실시 예에서, 고체 연료(1003)는 호퍼 전달 메커니즘(1005)으로부터 연료 로딩 존(1017)으로 분배될 수 있다. 전극(1002)에 의한 점화 시, 고체 연료(1003)는 결과저인 버스트 또는 블래스트 반응 이벤트 동안 플라즈마를 형성하기 위하여 가스 물리적 상태로 부분적으로 또는 완전히 기화될 수 있다. 일단 형성되면, 플라즈마는 플라즈마-투-전기 파워 변환기(1006)를 통과할 수 있고, 재결합된 플라즈마는 가스 원자들 및 화합물들을 형성할 수 있다. 이들 가스 원자들 및 화합물들은 응축기(1015)에 의해 응축되고 수집되고 제거 시스템(1013)에 의해 재생성 시스템(1014)에 전달될 수 있다. 예컨대, 제거 시스템(1013)은 호퍼 전달 메커니즘(1005)에 추가로 연결될 수 있는 재생성 시스템(1014)에 컨베이어 연결을 포함할 수 있다. 소비된 연료는 연료 로딩 존(1017)으로부터 응축기(1015) 및/또는 제거 시스템(1013), 재생성 시스템(1014), 스토리지 컴포넌트 및/또는 전달 메커니즘(1005), 및 다시 존(1017)으로 이동할 수 있다. 응축기(1015) 및 제거 시스템(1013)은 예컨대 정전기 수집 시스템, 오거, 컨베이어, 캐러셀, 또는 공압(예컨대, 진공 또는 포지티브 압력) 시스템을 포함하는, 재료들을 수집 및 이동시키기 위한 임의의 적당한 시스템 또는 시스템들의 결합을 포함할 수 있다.
일부 실시 예들에서, 전기 파워 공급원(1004)는 파워 제거 시스템(1013) 및/또는 재생성 시스템(1014)일 수 있다. 파워 생성 시스템(1020)은 플라즈마-투-전기 파워 변환기(1006)에 의해 생성된 파워를 지향시키도록 구성된 출력 파워 단자들(1009)을 더 포함할 수 있다. 단자들(1009)에서 전기 파워 출력의 일부는 반응 생성물들로부터 본래의 고체 연료(1003)를 재생성하기 위하여 필요한 화학 반응들을 전파하기 위한 전기 파워 및 에너지를 제공하도록 제거 시스템(1013) 및/또는 재생성 시스템(1014) 및/또는 응축기(1015)에 공급될 수 있다. 출력 단자들(1009)로부터 파워는 또한 파워 생성 시스템(1020)의 임의의 적당한 컴포넌트를 공급하기 위하여 사용될 수 있다. 금속 산화물, 및 H2O와의 반응에 저항하는 금속, 및 H2O를 포함하는 고체 연료의 예시적인 실시 예에서, 재생성은 생성물의 복원을 포함한다.
파워 생성 시스템(1020)은 또한 온도 조절 시스템을 포함할 수 있다. 예컨대, 냉각 시스템은 고체 연료(1003)의 점화에 의해 생성된 시스템(1020)으로부터 열을 제거할 수 있다. 도 20-도 25에 도시된 바와 같이, 시스템(1020)은 열 교환기(1010)를 선택적으로 포함한다. 도 24의 예시적인 실시 예에서, 열 교환기(1010)로부터 열의 일부는 냉각재 라인들(1011 및 1012)에 의해 재생성 시스템(1014)로 전달될 수 있다. 재생성 시스템(1014) 내의 열은 반응 생성물들로부터 본래의 고체 연료(1003)를 재생성하기 위한 화학 반응들을 전파하기 위한 열적 파워 및 에너지를 제공할 수 있다. 일부 실시 예들에서, 플라즈마-투-전기 변환기(1006)로부터의 출력 파워의 일부는 또한 재생성 시스템(1014)에 파워를 공급하기 위하여 사용될 수 있다.
재생성 시스템(1014)은 화학 반응기 섹션 및 고체 연료 촉매 유도 하이드리노 전이(SF-CIHT) 셀 섹션에서 설명된 것들 중 임의의 것, 예컨대 H2, H2O, 열적 재생성, 또는 전해질 재생성의 부가를 포함하는 임의의 적당한 반응들 또는 반응들의 결합을 사용하여 고체 연료(1003)를 재생성할 수 있다. 일부 실시 예들에서 NiOOH의 경우의 100 배(예컨대, 46 J 입력에 비교될 때 5.5 kJ 출력)일 수 있는 반응을 개시하기 위하여 입력 에너지에 관하여 반응의 매우 큰 에너지 이득으로 인해, 생성물들(Ni2O3 및 MO)은 전기화학 반응들 및/또는 화학 반응들에 의해 수산화물로, 그 다음 옥시수산화물로 변환될 수 있다. 다른 실시 예들에서, Ti, Gd, Co, In, Fe, Ga, Al, Cr, Mo, Cu, Mn, Zn, 및 Sm 같은 금속들, 및 대응하는 산화물들, 수산화물들, 옥시수산화물들은 예컨대 Ni를 치환할 수 있다. 고체 연료(1003)는 또한 금속 산화물 및 H2O, 및 전도 매트릭스 같은 대응하는 금속을 포함할 수 있다. 생성물은 금속 산화물일 수 있다. 고체 연료는 금속으로의 금속 산화물의 일부의 수소 환원에 의해 재생성될 수 있고 그 다음 복원된 산화물과 혼합된다. 대략 1000℃ 미만 같은 약한 열, 및 수소로 금속들로 쉽게 환원될 수 있는 산화물들을 가진 적당한 금속들은 예컨대 Cu, Ni, Pb, Sb, Bi, Co, Cd, Ge, Au, Ir, Fe, Hg, Mo, Os, Pd, Re, Rh, Ru, Se, Ag, Tc, Te, Tl, Sn, W, Al, V, Zr, Ti, Mn, Zn, Cr, 및 In 또는 이들의 결합을 포함한다.
다른 실시 예에서, 고체 연료(1003)는 (1) H2 및 약한 열로 쉽게 환원되지 않는 산화물, 예컨대, 알루미나, 알칼리 어스 산화물, 및 희토류 산화물, (2) 예컨대 대략 1000 ℃미만의 중간 온도들에서 H2로 금속으로 환원될 수 있는 산화물을 가진 금속, 및 (3) H2O를 포함할 수 있다. 예시적 연료는 MgO + Cu + H2O이다. H2 환원 가능 및 비환원 가능 산화물의 혼합물은 H2로 처리될 수 있고 단지 환원 가능 금속 산화물만이 금속으로 변환되도록 약한 조건들에서 가열된다. 이 혼합물은 재생성된 연료를 포함하도록 수화될 수 있다. 예시적 연료는 MgO + Cu + H2O이고; 여기서 생성물 MgO + CuO는 연료에 수화되는 MgO + Cu를 생성하기 위하여 H2 환원 처리를 겪는다.
다른 실시 예들에서, 반응물은 H2O의 부가에 의해 생성물로부터 재생성될 수 있다. 예컨대, 연료 또는 에너지 재료는 H2O 및 전도 매트릭스를 포함할 수 있고, 재생성은 소비된 연료에 H2O의 부가를 포함할 수 있다. 소비된 연료를 재생성하고 고체 연료(1003)를 형성하기 위하여 H2O의 부가는 연속적이거나 간헐적일 수 있다. 다른 실시 예들에서, 금속/금속 산화물 반응물은 금속으로 환원될 수 있는 산화물에 대응하는 H2O와 낮은 반응성을 가지는 금속을 포함할 수 있다. 낮은 H2O 반응성을 가지는 적당한 예시적 금속은 예컨대, Cu, Ni, Pb, Sb, Bi, Co, Cd, Ge, Au, Ir, Fe, Hg, Mo, Os, Pd, Re, Rh, Ru, Se, Ag, Tc, Te, Tl, Sn, W, Al, V, Zr, Ti, Mn, Zn, Cr, 또는 이들의 임의의 결합으로부터 선택된 것이다. 금속은 점화 반응 동안 산화물 형태로 변환될 수 있다. 금속 반응물에 대응하는 산화물 생성물은 예컨대 시스템들, 및 다른 적당한 시스템들에 의한 수소 환원을 포함할 수 있는 재생성 시스템(1014)에 의해 초기 금속으로 다시 재생성될 수 있다. 수소는 H2O으 전기분해에 의해 공급될 수 있다. 다른 실시 예에서, 금속은 탄소 환원, 환원제(예컨대, 더 많은 산소 활성 금속)에 의한 환원, 또는 전기분해(예컨대 녹은 염에서의 전기분해 같은)에 의해 산화물로부터 재생성된다. 산화물로부터 금속의 형성은 당업자들에 의해 알려진 임의의 적당한 시스템들 및 방법들에 의해 달성될 수 있다.
다른 실시 예들에서, 수화된 금속/금속 산화물 고체 연료는 점화 동안 형성되지 않는 산화물에 대응하는 H2O와 낮은 반응성을 가지는 금속을 포함할 수 있다. 낮은 H2O 반응성을 가지는 적당한 예시적 금속은 예컨대, Cu, Ni, Pb, Sb, Bi, Co, Cd, Ge, Au, Ir, Fe, Hg, Mo, Os, Pd, Re, Rh, Ru, Se, Ag, Tc, Te, Tl, Sn, W, Al, V, Zr, Ti, Mn, Zn, Cr, 및 In 또는 이들의 임의의 결합으로부터 선택된 것이다. 반응되지 않은 금속 및 금속 산화물을 포함하는 생성물은 재생성된 고체 연료를 형성하기 위하여 복원된다. 다른 실시 예에서, 고체 연료는 H2O를 포함하는 탄소를 포함한다. 플라즈마로부터 응축된 탄소 생성물은 재생성 사이클에서 고체를 재형성하기 위하여 복원될 수 있다.
고체 연료(1003)를 사용하는 것은 일단 가능할 수 있지만 재생성 단계를 사용하는 것은 가능하지 않다. 예컨대, H 및 O(예컨대, 스팀 탄소 또는 활성화된 탄소)를 포함하는 탄소는 재생성 없이 소비될 수 있는 적당한 예시적 반응물 또는 고체 연료(1003)일 수 있다. 그런 실시 예들에서, 파워 생성 시스템(1020)은 재생성 시스템(1014) 또는 응축기(1015)를 포함하지 않을 수 있다.
전달 메커니즘(1005), 제거 시스템(1013), 또는 재생 시스템(1014)에 관한 상기 기재된 기계적인 작용은, 예를 들어, 공압 시스템, 솔레노이드 시스템 또는 전기 모터 작용 시스템을 포함한 당업자에게는 공지된 어떠한 적합한 시스템에 의해서 수행될 수 있다. 또한, 전달 메커니즘(1005), 제거 시스템(1013), 또는 재생 시스템(1014)은 전기 동력 공급원(1004), 외부 동력 단자(1009), 및 동력 생산 시스템(1020)에서의 다른 부품 중 어떠한 부품을 위한 어떠한 추가의 동력 공급원와는 별도로 또는 그들과 함께 동력 공급될 수 있다.
예시적인 동력 생산 공정은 다음과 같이 진행될 수 있다. 주어진 고체 연료(1003)의 반응물의 점화가 플라즈마를 생성시킨다. 플라즈마-투-전기 컨버터(plasma-to-electric converter: 1006)가 플라즈마로부터 전기를 생성시킬 수 있다. 플라즈마-투-전기 컨버터(1006)는 플라즈마 생성물의 응축기 및 전달 메커니즘(1005)에 대한 컨베이어(conveyor)를 추가로 포함할 수 있다. 이어서, 생성물은 전달 메커니즘(1005), 예를 들어, 캐러셀(carousel)에 의해서 제거 시스템(1013)으로 수송될 수 있고, 그러한 제거 시스템은 전달 메커니즘(1005)으로부터의 생성물을 재생 시스템(1014)으로 수송한다. 재생 시스템(1014)에서, 사용된 고체 연료는 최초 반응물 또는 고체 연료(1003)로 재생될 수 있고, 이어서, 제거 시스템(1013) 또는 별도의 재로딩 부품을 통해서 전달 메커니즘(1005)으로 다시 유도된다.
고체 연료(1003)의 점화는 출력 플라즈마 동력(plasma power) 및 열적 동력(열적 동력)를 생성시킨다. 플라즈마 동력 상기 논의된 바와 같은 플라즈마-투-전기 동력 컨버터(1006)에 의해서 전기로 직접적으로 전환될 수 있다. 도 25의 실시 예에서 도시되고 있는 바와 같이, 적어도 일부의 동력이 또한 우회되고 시스템(1020)에 포함된 저장 장치(1018)에 저장될 수 있다. 저장 장치(1018)는, 예를 들어, 전기, 화학물질, 또는 기계적 에너지를 포함하는 어떠한 적합한 에너지 형태를 저장할 수 있다. 저장 장치(1018)는, 예를 들어, 캐패시터, 고전류 변압기(high-current transformer), 배터리, 플라이휠(flywheel), 또는 어떠한 다른 적합한 동력 저장 장치 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 저장 장치(1018)는, 예를 들어, 시스템(1020)에 포함되어 시스템(1020)에 의한 차후의 사용을 위해서, 다른 장치에 의한 차후의 사용(예, 외부 로드)을 위해서, 또는 어떠한 단속(intermittence)을 줄이기 위해서 플라즈마-투-전기 동력 컨버터(1006)에 의해서 생성된 동력을 저장할 수 있다. 시스템(1020)은 저장 장치(1018)를 재충전하거나 전충(fill)시키도록 구성될 수 있고, 이어서, 그러한 시스템은 전충되면 제거되어 동력을 전달하기 위한 별도의 장치에 연결될 수 있다. 시스템(1020)은 임의로 시스템(1020)에 의한 차후의 사용을 위해서 시스템(1020)에 의해서 생성된 동력의 일부 또는 전부를 받아서 저장하도록, 예를 들어, 백업 동력 서플라이(back-up power supply)로서 구성된 저장 장치를 포함할 수 있다. 도 25에 도시된 바와 같이, 저장 장치(1018)는 출력 동력 컨디셔너(output power conditioner: 1007) 및 전기 동력 공급원(1004)에 전기적으로 연결될 수 있다. 이것은 시스템(1020)에 의해서 생성된 동력의 일부가 동력 공급원(1004)를 통해서 시스템(1020)에 다시 공급되게 하며, 그곳에서, 동력, 예를 들어, 전극(1002) 또는 시스템(1020)의 어떠한 다른 적합한 부품에 동력을 공급하기 위해서 사용될 수 있다. 다른 실시 예에서, 저장 장치(1018)는 시스템(1020)에 의해서 생성된 동력을 받지 않을 수 있고, 그 대신에 동력을 시스템(1020)에 공급만 수 있다. 추가로, 저장 장치(1018) 대신에 또는 그에 추가로, 시스템(1020)은 외부 장치 또는 동력 그리드(power grid)에 전기적으로 연결되어서 시스템(1020)에 의해서 생성된 동력이 별도의 장치에 직접적으로 동력을 공급하거나 별도의 동력 그리드에 동력을 직접적으로 공급할 수 있게 할 수 있다. 일부 실시 예에서, 시스템(1020)의 셀(1001)로부터의 전기적 출력은 또 다른 셀의 연료를 점화시키는 저전압의 고전류 전기 에너지의 짧은 버스트(short burst)를 전달하여 저장 장치(1018)의 사용 없이 생성된 동력을 연료 시스템(1020)에 재사용할 수 있다. 추가로, 전기적 동력 공급원(1004), 도 25의 실시 예에서와 같이, 동력을 시스템(1020)에 공급하는 때에 사용하기 위해서 시스템(1020)으로부터의 동력을 받기 위한 그 자신의 저장 장치(1018)를 포함할 수 있다.
각각의 전극(1002) 및/또는 셀(1001)은 또한 각각 유입 및 유출 냉매 라인(inlet and out coolant line: 1011 및 1012)에 의해서 열 교환기(1010)로부터 추출될 수 있는 열적 동력을 생성시킨다. 열적 동력 직접적으로 열로서 사용될 수 있거나, 전기로 전환될 수 있다. 발전 시스템(1020)은 추가로 열적-투-전기적 컨버터(thermal-to-electric converter)를 포함할 수 있다. 전환은 어떠한 적합한 동력 컨버터, 예를 들어, 발전 장치(예, 통상의 Rankine 또는 Brayton), 보일러가 구비된 스팀 플랜트(steam plant), 스팀 터빈(steam turbine), 발전기, 또는 발전기가 구비된 가스 터빈을 사용함으로써 달성될 수 있다. 예시적인 반응물, 재생 반응 및 시스템, 및 동력 컨버터가, 예를 들어, 국제출원 PCT/US08/61455호, PCT/US09/052072호, PCT/US10/27828호, PCT/US11/28889호, PCT/US12/31369호, 및 PCT/US13/041938호에 기재되어 있으며, 이들 각각은 그 전체 내용이 본원에 참고로 포함된다. 또 다른 적합한 동력 컨버터는, 예를 들어, 열이온(thermionic) 및 열전기(thermoelectric) 동력 컨버터 및 열기관(heat engine)(예컨대, 스털링 엔진(Stirling engine))을 포함할 수 있다. 열 교환기(1010)가 전극(1002), 플라즈마-투-전기 컨버터(1006), 연료 로딩 부위(1017), 또는 시스템(1020)의 어떠한 적합한 부품을 냉각시키기 위해서 사용될 수 있다.
동력 생성 시스템(1020)에 의해서 생성된 동력 동력 커넥터(power connector: 1008)에 의해서 플라즈마-투-전기 컨버터(1006)에 연결된 출력 동력 컨디셔너(1007)에 의해서 추가로 컨디셔닝될 수 있다. 출력 동력 컨디셔너(1007)는 생산된 동력의 품질을 동력이 전달되는 내부 또는 외부 전기 로드 장비와 상용 가능하게 할 수 있다. 생산된 동력의 품질은 전류, 전압, 주파수, 노이즈/코히어런스(noise/coherence), 또는 어떠한 다른 적합한 품질을 포함할 수 있다. 출력 동력 컨디셔너(1007) 및 동력 커넥터(1008)에 의해서 연결된 플라즈마-투-전기 컨버터(1006)로부터의 동력 흐름은, 동력의 컨디셔닝을 변화기시키 위해서, 예를 들어, 시스템(1020)에 의해서 생산된 동력 또는 전기적 로드 장비에서의 변화를 반영하도록 조절 가능할 수 있다. 컨디셔너는, 예를 들어, 동력 수준, 전압 조절, 역률 보정(power factor correction), 노이즈 억제, 또는 일시적인 임펄스 보호(transient impulse protection)를 포함한 하나 이상의 기능을 수행할 수 있다. 예시적인 실시 예에서, 출력 동력 컨디셔너(1007)는 시스템(1020)에 의해서 생산된 동력을 요망되는 파형, 예를 들어, 60 Hz AC 동력로 컨디셔닝하여 변화하는 로드 전체에 걸쳐서 더욱 일정한 전압을 유지시킬 수 있다.
컨디셔닝되면, 생산된 동력 컨디셔너(1007)로부터 로드 쓰로우 출력 단자(load through output terminal: 1009)로 전달될 수 있다. 두 개의 플라즈마 투 전기 컨버터(1006) 및 하나의 출력 동력 컨디셔너(1007)에 대한 두 개의 동력 커넥터(1008)가 예시적인 도면에서 도시되고 있지만, 어떠한 적합한 수 및 배열의 이들 장치가 시스템(1020)에 포함될 수 있다. 추가로, 어떠한 수 및 배열의 출력 동력 단자(1009)가 동력 생산 시스템(1020)에 포함될 수 있다.
일부 실시 예에서, 상기 논의된 바와 같이, 동력 출력 단자(1009)에서의 동력 출력의 일부가, 예를 들어, 약 5-10 V, 10,000-40,000 A DC 동력을 제공하는, 전기적 동력 공급원(1004)에 동력을 공급하기 위해서 사용될 수 있다. MHD 및 PDC 동력 컨버터는 후속적으로 공급된 연료의 점화를 유발시키기 위해서 전극(1002)에 다시 동력을 공급할 수 있는 저전압의 고전류 DC 동력을 출력할 수 있다. 일부 실시 예에서, 수퍼캐패시터(supercapacitor) 또는 배터리가 초기 점화를 위한 동력을 공급함으로써 셀(1001)을 시동시키기 위해서 사용되어, 후속 점화를 위한 동력이 플라즈마-투-전기 동력 컨버터(1006)에 의해서 또한 동력 공급될 수 있는 출력 동력 컨디셔너(1007)에 의해서 제공되게 할 수 있다.
추가로, 열적 동력 유입 라인(1011) 및 유출 라인(1012)을 통해서 흐르는 냉매가 구비된 열 교환기(1010)에 의해서 추출될 수 있다. 추가의 열 교환기가 용기(1001)의 벽 또는 플라즈마 투 전기 컨버터, 예컨대, MHD 컨버터(1006) 상에 하나 이상으로 관여될 수 있다. 열 교환기는 각각이 수관벽(water-wall) 타입을 포함할 수 있거나, 냉매가 라인, 파이프 또는 채널에 함유되고 그안에서 순환되는 타입을 포함할 수 있다. 열은 열 로드(heat load)에 또는 열-투-전기 동력 컨버터(thermal-to-electric power converter)에 전달될 수 있다. 열-투-전기 컨버터로부터의 출력 동력 로드에 동력을 공급하기 위해서 사용될 수 있고, 일부는 전기 동력 공급원(1004)에 동력을 공급하기 위해서 사용될 수 있다.
동력 생산 시스템(1020)은 시스템(1020)의 일부일 수 있거나 별도일 수 있고/거나 시스템(1020)으로부터 제거될 수 있는 제어 시스템(1030)을 추가로 포함할 수 있다. 제어 시스템(1030)은 시스템(1020)을 모니터링할 수 있고/거나 시스템(1020)의 일부 또는 전부를 자동화시킬 수 있다. 예를 들어, 제어 시스템(1030)은 점화 시간, 점화를 유발시키기 위해서 사용되는 전류 또는 전압의 크기, 전달 메커니즘(1005)의 속도 및/또는 연료 로딩 부위(1017)로부터 전달되거나 제거되는 연료의 시간 또는 양, 전극(1002)의 정위 및/또는 이동, 연료의 재생, 시스템(1020) 내의 생산된 동력의 흐름(예, 하나 이상의 부품에 동력을 공급하거나 저장 장치에 저장하기 위해서), 시스템(1020)으로부터 나오는 생산된 동력의 흐름, 시스템(1020)의 냉각 또는 가열을 개시시키는 것, 시스템(1020)의 하나 이상의 파라미터(예, 온도, 압력, 충전 수준, 전류 및 전압과 같은 동력 생산 파라미터, 자기장, 움직임, 유지 지표(maintenance indicator), 또는 어떠한 다른 적합한 파라미터)를 모니터링하는 것, 시스템(1020)을 가동시키거나 중단시키는 것, 안전 메커니즘(safety mechanism) 또는 스탠바이 모드(standby mode)를 개시시키는 것, 또는 시스템(1020)의 어떠한 다른 적합한 기능을 조절하는 것을 제어할 수 있다.
동력 생산 시스템(1020)은 시스템(1020)의 하나 이상의 부품에 작동 가능하게 결합되어 있고 적합한 파라미터를 측정하도록 구성된 하나 이상의 측정 장치(1025)를 또한 포함할 수 있다. 도 20이 동력 출력 단자(1009) 상에 위치하는 하나의 측정 장치(1025)를 도시하고 있지만, 하나 이상의 측정 장치(1025)가 시스템(1020) 내의 어떠한 적합한 부품에 작동 가능하게 결합될 수 있고, 동력 생산 시스템(1020)의 어떠한 적합한 부품 내에, 그 위에, 또는 어떠한 적합한 위치에서 그 근처에 자리할 수 있다. 측정 장치(1025)는 디스플레이(display), 계량기(meter), 제어 시스템(1030), 또는 측정 데이터를 외부 리더(reader)에 전송하기 위한 어떠한 적합한 수단에 작동 가능하게 결합될 수 있다. 측정 장치(1025)는 센서, 예컨대, 온도, 압력, 충전 수준, 동력 생산 라파미터(예, 전류, 전압), 자기장, 움직임, 유지 지표, 또는 어떠한 다른 적합한 파라미터를 검출하기 위한 것들을 포함할 수 있다. 이들 센서는, 예를 들어, 청각적 또는 시각적 경고에 의해서, 시스템(1020)과 관련하여 존재하거나 가능한 특정의 상태를 시스템(1020) 또는 제어 시스템(1030)의 작업자에게 경고를 주도록 구성될 수 있다. 일부 실시 예에서, 시스템(1020)과 결부되어 작동하는 센서는 피드백 시스템을 형성하여 하나 이상의 감지된 파라미터를 기반으로 한 시스템(1020)의 자동화를 용이하게 할 수 있다. 일부 실시 예에서, 예를 들어, 하나 이상의 파라미터가 소정의 컷오프 한계치(cutoff threshold) 위이거나 그 아래인 것으로 검출되면, 측정 장치(1025)에 의해서 측정된 하나 이상의 파라미터는 시스템(1020) 또는 그 주변 부위에 대한 손상을 방지하기 위해서 또는 유지 또는 복구를 용이하게 하기 위해서, 비상 차단 또는 스탠바이 모드를 개시시킬 수 있다.
제어 시스템(1030) 및/또는 측정 장치(1025)는 시스템(1020)의 어떠한 적합한 부품과, 자동화를 용이하게 하기 위한 시스템(1020) 내의 제어 메커니즘과, 또는 프로세서(processor) 또는 디스플레이와 소통관계에 있을 수 있다. 제어 시스템(1030)은 동력 생산 시스템(1020)에 작동 가능하게 연결된 프로세서를 포함할 수 있다. 프로세서는, 예를 들어, 프로그래머블 로직 컨트롤러(Programmable Logic Controller: PLC), 프로그래머블 로직 릴레이(Programmable Logic Relay: PLR), 원격 단말 장치(Remote Terminal Unit: RTU), 분산 제어 시스템(Distributed Control System: DCS), 인쇄 회로 기판(printed circuit board: PCB), 또는 동력 생산 시스템(1020)을 제어할 수 있는 어떠한 다른 유형의 프로세서를 포함할 수 있다. 디스플레이가 제어 시스템(1030)에 작동 가능하게 연결될 수 있고, 정보를 그래픽으로 도시할 수 있는 어떠한 유형의 장치(예, CRT 모니터, LCD 스크린 등)를 포함할 수 있다. 측정 장치(1025) 및/또는 제어 시스템(1030)은 서로 및/또는 시스템(1020)의 부품에 (예를 들어, 하드 와이어링(hard wiring)을 통해서) 직접적으로 연결될 수 있거나 무선으로 연결(예, WiFi, 블루투스)될 수 있다. 추가로, 동력 생산 시스템(1020), 측정 장치(1025), 및/또는 제어 시스템(1030)은 원격 장치, 예를 들어, 스마트 폰 또는 원격 동력 제어 설비와 통신하여 시스템(1020)의 원격 모니터링 및/또는 제어가 가능하도록 구성될 수 있다. 추가로, 동력 생산 시스템(1020)이 전체적으로 또는 부분적으로 자동화되면, 시스템(1020)은 또한 원격 및/또는 현장 작동될 수 있는 수동 오버라이드(manual override)를 포함할 수 있다.
일부 실시 예에서, 동력 생산 시스템(1020)은 자치적(autonomous)으로 또는 반-자치적으로 작동할 수 있다. 예를 들어, 시스템(1020)은 연속된 작동을 위해서 자체에 동력을 공급하도록 충분한 동력을 생산할 수 있다. 시스템(1020)은, 주된 동력 서플라이가 중단되는 경우에 또는 공급된 동력이 낮은 때에 백업 동력 서플라이로서 사용될 수 있는, 시스템(1020)에 포함된 저장 장치에 동력을 공급하기에 충분한 동력을 생산할 수 있다. 시스템(1020)은 또한 충분한 동력을 자체에 제공하는 동안에 외부 동력 공급원로부터 동력을 수용하지 않으면서 일정시간 동안 작동을 계속되게 하기 위해서 외부 로드 장치(external load device)에 동력을 공급하기에 충분한 동력을 생산할 수 있다. 그러한 시스템(1020)의 실시 예, 특히, 제어 시스템(1030)과 조합되는 때의 그러한 실시 예는 동력 생산 시스템(1020)이 부분적으로 또는 전체적으로 자급(self-sufficient) 및 자치가 되게, 예컨대, 임의로 그리드(grid) 또는 통상의 화석연료 기반시설과 무관하게 할 수 있다.
그러한 자급 실시 예는 접근하기 힘든 위치 또는 동력 공급이 일관되지 않거나 예측 불가능한 위치에 동력을 공급하는데 유용할 수 있거나, 다른 독립형 또는 가정 사용에 유용할 수 있다. 예를 들어, 동력 생산 시스템(1020)은 원격 지역에 설치될 수 있고, 일단 그렇게 하면, 이어서, 그곳에 두고 원격으로 모니터링될 수 있으면서, 시스템(1020)은 시간이 흐름에 따라 계속 작동(필요에 따라 간헐적으로 또는 연속적으로)하기에 충분한 동력을 생산하고, 또한 로드에 공급하기 위한 가외의 동력을 생산한다. 제어 시스템(1030)은 시스템(1020)의 하나 이상의 부품을 제어하여, 예를 들어, 외부 동력 공급원와는 독립적으로 작동하도록 동력 생산을 완충시킬 수 있다. 그러한 자치 및/또는 반-자치 실시 예에서, 동력 생산 시스템(1020)은 상기 논의된 바와 같은 재생 시스템을 포함하여 연료 반응물의 모두 또는 대부분이 재사용되게 하여, 반응물이 보충될 필요가 있다 하더라도 덜 빈번하게 보충되게 할 수 있다. 또한, 고체 연료 또는 에너지 생성 물질의 재생을 위한 연료 또는 반응물로서 물을 필요로 하는 실시 예에서, 동력 생산 시스템(1020)은, 예를 들어, 주변 환경으로부터의 물을 연료 시스템(1020)에 수집하도록 구성된 채수 부품(water collection component)을 포함할 수 있다. 채수 부품은 흡수성 물질, 예컨대, 주위 대기로부터 H2O를 추출하기 위한 개시물질(disclosure) 중 하나를 포함할 수 있다.
본 개시사항의 자치, 반-자치, 또는 비-자치 실시 예는 외부 로드에 동력을 공급하기 위해서 사용될 수 있다. 본 개시사항의 실시 예는 가정용품(예, 난방 또는 냉방 시스템, 가전, 전자제품 등), 운송수단(예, 차(car), 트럭, 비행기, 지게차, 열차, 보트, 모터사이클 등), 산업용으로, 국소 발전소 또는 발전기로서, 통신, 예컨대, 데이터 센터(data center) 용으로, 또는 어떠한 적합한 적용을 위해서 동력을 공급하기 위해 사용될 수 있다. 다양한 예시적인 실시 예는, 다양한 외부 로드에 상이한 적용 동력을 공급하기 위한 적절한 양의 동력을 생산하기 위해서, 상이한 유형의 연료(예, 대체로 H2O와 고체 연료의 전도성 성분으로 인해서 매우 전도성인 것들을 포함하는 물-기반 고체 연료), 상이한 점화 파라미터, 및/또는 상이한 형태의 시스템 부품을 사용할 수 있다. 일부 예시적인 장치 및 이들의 일반적인 예시 동력 사용이 이하 제공되어 동력 생산 시스템(1020)이 출력하도록 구성될 수 있는 동력의 예시적인 범위를 입증하고 있다. 추가로, 자치 또는 반-자치 동력 생산 시스템(1020)은 시스템의 작동에 동력을 공급하도록 시스템(1020)에 다시 재유도시키기 위한 과도한 동력을 공급하기 위해서 주어진 사용에 요구되는 전력보다 더 많은 동력을 생산할 수 있다. 복수의 모듈러 동력 생산 시스템(1020)을 구성시키거나 연결시킴으로써 더 큰 동력 시스템이 달성될 수 있다. 연결은 집합된 유닛의 요망되는 전압, 전류, 및 동력을 달성하기 위해서 직렬, 병렬, 또는 이의 조합으로 이루어질 수 있다.
X. 추가의 기계적인 동력 생산 실시 예
본 개시내용의 한 가지 실시 예에서, 시스템은 기계적인 동력을 생산하기 위해서 제공된다. 시스템은 적어도 약 5,000 A의 전기 동력 공급원, 플라즈마 및 열적 동력 중 적어도 하나를 생산하도록 구성된 점화 챔버, 및 본 개시내용의 고체 연료를 점화 챔버에 전달하도록 구성된 연료 전달 장치를 포함할 수 있다. 기계적인 동력을 생산하기 위한 물 또는 물-기반 연료 공급원(고체 연료 또는 본 개시내용의 에너지 생성 물질을 나타냄)의 점화에 적합한 예시적인 고체 연료는 본 개시내용의 내부 SF-CIHT 셀 엔진 섹션(Internal SF-CIHT Cell Engine section)에 주어져 있다. 이러한 섹션에서 개시된 실시 예의 각각은 본 개시내용의 고체 연료를 사용할 수 있다. 시스템은 또한 동력 공급원에 결합되어 있고 동력을 고체 연료에 공급하여 플라즈마를 생산하도록 구성된 한 쌍의 전극, 및 점화 챔버 내에 위치되고 점화 챔버에 상대적으로 운동하여 기계적인 동력을 출력하도록 구성된 피스톤을 포함할 수 있다.
또 다른 양태에서, 시스템은 적어도 약 5,000 A의 전기적 동력 공급원, 플라즈마 및 열적 동력 중 적어도 하나를 생산하도록 구성된 점화 챔버, 및 본 개시내용의 고체 연료를 점화 챔버에 전달하도록 구성된 연료 전달 장치를 포함할 수 있다. 시스템은 또한 전기 동력 공급원에 결합되어 있고 전기적 동력을 고체 연료에 공급하여 플라즈마를 생산하도록 구성된 한 쌍의 전극, 및 출구 포트(outlet port)와 유체 소통관계에 있으며 회전하여 기계적인 동력을 출력하도록 구성된 터빈을 포함할 수 있다.
또 다른 실시 예에서, 시스템은 적어도 약 5,000 A의 전기적 동력 공급원 및 회전하여 기계적인 동력을 출력하도록 구성된 임펠러(impeller)를 포함하고, 여기서, 임펠러는 플라즈마 및 열적 동력 중 적어도 하나를 생산하도록 구성된 중공 영역을 포함하고, 그러한 중공 영역은 작업 유체를 수용하도록 구성된 유입 포트(intake port)를 포함할 수 있다. 시스템은 추가로 본 개시내용의 고체 연료를 중공 영역에 전달하도록 구성된 연료 전달 장치, 및 전기적 동력 공급원에 결합되고 동력을 중공 영역에 공급하여 고체 연료를 점화하고 플라즈마를 생산하도록 구성된 한 쌍의 전극을 포함할 수 있다.
또 다른 실시 예에서, 시스템은 적어도 약 5,000 A의 전기적 동력 공급원 및 회전하여 기계적인 동력을 출력하도록 구성된 운동 가능한 부재를 포함할 수 있으며, 여기서, 운동 가능한 부재는 플라즈마 및 열적 동력 중 적어도 하나를 생산하도록 구성된 점화 챔버를 적어도 부분적으로 한정한다. 또한, 시스템은 고체 연료를 점화 챔버에 전달하도록 구성된 연료 전달 장치, 및 동력 공급원에 결합되고 동력을 고체 연료에 공급하여 플라즈마를 생산하도록 구성된 한 쌍의 전극을 포함할 수 있다.
또 다른 실시 예에서, 시스템은 적어도 약 5,000 A의 전기적 동력 공급원, 및 복수의 점화 챔버를 포함할 수 있고, 여기서, 복수의 점화 챔버의 각각은 플라즈마 및 열적 동력 중 적어도 하나를 생산하도록 구성된다. 시스템은 또한 고체 연료를 복수의 점화 챔버에 전달하도록 구성된 연료 전달 장치, 및 동력 공급원에 결합된 복수의 전극을 포함할 수 있고, 여기서, 복수의 전극 중 하나 이상이 복수의 점화 챔버 중 하나 이상과 연관되어 있고 동력을 고체 연료에 공급하여 플라즈마를 생산하도록 구성되어 있다.
또 다른 실시 예에서, 시스템은 적어도 약 5,000 A의 전기적 동력 공급원, 아크 플라즈마(아크 플라즈마) 및 열적 동력 중 적어도 하나를 생산하도록 구성된 점화 챔버, 물-기반 연료를 점화 챔버에 전달하도록 구성된 연료 전달 장치를 포함할 수 있다. 시스템은 추가로 동력 공급원에 결합되고 동력을 연료에 공급하여 아크 플라즈마를 생산하도록 구성된 한 쌍의 전극, 및 점화 챔버에 유체 소통 가능하게 결합되어 있고 점화 챔버에 상대적으로 운동하여 기계적인 동력을 출력하도록 구성된 피스톤을 포함할 수 있다.
또 다른 실시 예에서, 시스템은 적어도 약 5,000 A의 전기적 동력 공급원, 및 아크 플라즈마 및 열적 동력 중 적어도 하나를 생산하도록 구성된 점화 챔버를 포함할 수 있고, 여기서, 점화 챔버는 출구 포트, 및 물-기반 연료를 점화 챔버에 전달하도록 구성된 연료 전달 장치를 포함한다. 또한 전기적 동력 공급원에 결합되어 있고 동력을 연료에 공급하여 아크 플라즈마를 생산하도록 구성된 한 쌍의 전극, 및 출구 포트와 유체 소통관계에 있고 회전하여 기계적인 동력을 출력하도록 구성된 터빈이 포함될 수 있다.
또 다른 실시 예에서, 시스템은 적어도 약 5,000 A의 전기적 동력 공급원, 및 회전하여 기계적인 동력을 출력하도록 구성된 임펠러를 포함하고, 여기서, 임펠러는 아크 플라즈마 및 열적 동력 중 적어도 하나를 생산하도록 구성된 중공 영역을 포함하고, 그러한 중공 영역은 작업 유체를 수용하도록 구성된 유입 포트, 물-기반 연료를 중공 영역에 전달하돌고 구성된 연료 전달 장치 및 전기적 동력 공급원에 결합되어 있고 동력을 중공 영역에 공급하여 물-기반 연료를 점화시키고 아크 플라즈마를 생산하도록 구성된 한 쌍의 전극를 포함할 수 있다.
또 다른 실시 예에서, 시스템은 적어도 약 5,000 A의 전기적 동력 공급원, 및 복수의 점화 챔버를 포함할 수 있고, 여기서, 복수의 점화 챔버의 각각은 아크 플라즈마 및 열적 동력 중 적어도 하나를 생산하도록 구성된다. 시스템은 또한 물-기반 연료를 복수의 점화 챔버에 전달하도록 구성된 연료 전달 장치, 및 전기적 동력 공급원에 결합된 복수의 전극을 포함할 수 있고, 여기서, 복수의 전극 중 하나 이상이 복수의 점화 챔버 중 하나 이상과 연관되어 있고 전기적 동력을 물-기반 연료에 공급하여 아크 플라즈마를 생산하도록 구성되어 있다.
또 다른 실시 예에서, 점화 챔버는 적어도 플라즈마, 아크 플라즈마 및 열적 플라즈마를 생성시키도록 구성된 중공 챔버를 한정하는 쉘(shell), 중공 챔버와 유체 소통관계에 있는 연료 리셉터클(fuel receptacle) 및 중공 챔버와 유체 소통관계에 있는 운동 가능한 부재를 포함할 수 있고, 여기서, 연료 리셉터클은 한 쌍의 전극에 전기적으로 연결되어 있다.
또 다른 실시 예에서, 점화 챔버는 중공 챔버를 한정하는 쉘, 및 중공 챔버와 유체 소통관계에 있는 주입 장치를 포함할 수 있고, 여기서, 주입 장치는 연료를 중공 챔버에 주입하도록 구성되어 있다. 챔버는 추가로 중공 챔버와 전기적으로 결합되어 있고 중공 챔버 내에 플라즈마, 아크 플라즈마 및 열적 플라즈마를 생산하기에 충분하게 전기적 동력을 연료에 공급하도록 구성된 한 쌍의 전극, 및 중공 챔버와 유체 소통관계에 있는 운동 가능한 부재를 포함할 수 있다.
또 다른 실시 예에서, 기계적인 동력을 생산하는 방법은 고체 연료를 점화 챔버에 전달하고, 적어도 약 5,000 A의 전류를 고체 연료를 통해서 통과시키고, 약 10 V 미만의 전압을 고체 연료에 인가하여 고체 연료를 점화시키고 플라즈마 및 열적 동력 중 적어도 하나를 생산함을 포함한다. 그러한 방법은 또한 열적 동력을 작업 유체와 혼합하고 작업 유체를 운동 가능한 부재를 향해 유도하여 운동 가능한 부재를 운동시키고 기계적인 동력을 출력시킴을 포함하고, 여기서, 본 개시내용에 플라즈마 및 아크 플라즈마의 동력 자발적으로 붕괴되거나 열적 동력로 전환됨이 내포되어 있다. 열적 동력 압력 부피 일(pressure volume work)과 같은 수단에 의해서 기계적인 동력로 전환될 수 있다. 플라즈마는 플라즈마 투 전기 컨버터, 예컨대, MHD 또는 PDC 컨버터와 같은 본 개시내용의 것들에 의해서 직접적으로 전기적 동력로 전환될 수 있다. 전기적 동력 전기 모터와 같은 수단에 의해서 기계적인 동력로 전환될 수 있거나, 플라즈마 또는 플라즈마 아크 동력 열 중성자화(thermalize)될 수 있고, 열적 동력 열이 압력 부피 일에 결부될 수 있는 열기관과 같은 수단에 의해서 기계적인 동력로 전환될 수 있다.
또 다른 방법은 물-기반 연료를 점화 챔버에 전달하고, 적어도 약 10,000 A의 전류를 물-기반 연료를 통해서 통과시키고, 적어도 약 4kV의 전압을 물-기반 연료에 인가하여 물-기반 연료를 점화시켜서 아크 플라즈마 및 열적 동력 중 적어도 하나를 생산함을 포함할 수 있다. 또한, 그러한 방법은 열적 동력을 작업 유체와 혼합하고, 작업 유체를 운동 가능한 부재를 향해서 유도하여 운동 가능한 부재를 운동시키고 기계적 동력을 출력함을 포함할 수 있다.
또 다른 방법은 고체 연료를 점화 챔버에 공급하고, 적어도 약 5,000 A의 전류를 고체 연료에 전기적으로 결합된 전극에 공급하고, 고체 연료를 점화시켜 점화 챔버에 플라즈마 및 열적 동력 중 적어도 하나를 생성시키고, 플라즈마 및 열적 동력 중 적어도 하나의 적어도 일부를 기계적인 동력로 전환시킴을 포함할 수 있다.
또 다른 방법은 물-기반 연료를 점화 챔버에 공급하고, 적어도 약 5,000 A의 전류를 물-기반 연료에 전기적으로 결합된 전극에 공급하고, 물-기반 연료를 점화시켜 점화 챔버에 아크 플라즈마 및 열적 동력 중 적어도 하나를 생성시키고, 아크 플라즈마 및 열적 동력 중 적어도 하나의 적어도 일부를 기계적인 동력로 전환시킴을 포함할 수 있다.
본 개시내용의 추가의 실시 예는 육상 수송(land-based transportation)을 위한 기계를 제공한다. 그러한 기계는 적어도 약 5,000 A의 전기적 동력 공급원, 플라즈마, 아크 플라즈마 및 열적 동력 중 적어도 하나를 생산하도록 구성된 점화 챔버, 및 연료를 점화 챔버에 전달하도록 구성된 연료 전달 장치를 포함할 수 있다. 그러한 기계는 또한 전기적 동력 공급원에 결합되어 있고 동력을 연료에 공급하여 플라즈마, 아크 플라즈마, 및 열적 동력 중 적어도 하나를 생산하도록 구성된 한 쌍의 전극, 점화 챔버에 유체 소통 가능하게 연결되고 점화 챔버에 상대적으로 운동하도록 구성된 운동 가능한 부재, 및 운동 가능한 부재에 기계적으로 결합되어 있고 기계적인 동력을 수송 부재에 제공하도록 구성된 드라이브-샤프트(drive- shaft)를 포함할 수 있다.
본 개시내용의 추가의 실시 예는 항공 수송(aviation transport)을 위한 기계를 제공한다. 그러한 기계는 적어도 약 5,000 A의 전기적 동력 공급원, 플라즈마, 아크 플라즈마 및 열적 동력 중 적어도 하나를 생산하도록 구성된 점화 챔버, 및 연료를 점화 챔버에 전달하도록 구성된 연료 전달 장치를 포함할 수 있다. 그러한 기계는 또한 전기적 동력 공급원에 결합되어 있고 동력을 연료에 공급하여 플라즈마, 아크 플라즈마, 및 열적 동력 중 적어도 하나를 생산하도록 구성된 한 쌍의 전극, 점화 챔버에 유체 소통 가능하게 연결되고 점화 챔버에 상대적으로 운동하도록 구성된 운동 가능한 부재, 및 운동 가능한 부재에 기계적으로 결합되어 있고 항공 환경에서 추진력을 제공하도록 구성된 항공 부재를 포함할 수 있다.
본 개시내용의 추가의 실시 예는 해양 수송(marine transport)을 위한 기계를 제공한다. 그러한 기계는 적어도 약 5,000 A의 전기적 동력 공급원, 플라즈마, 아크 플라즈마 및 열적 동력 중 적어도 하나를 생산하도록 구성된 점화 챔버, 및 연료를 점화 챔버에 전달하도록 구성된 연료 전달 장치를 포함할 수 있다. 그러한 기계는 또한 전기적 동력 공급원에 결합되어 있고 동력을 연료에 공급하여 플라즈마, 아크 플라즈마, 및 열적 동력 중 적어도 하나를 생산하도록 구성된 한 쌍의 전극, 점화 챔버에 유체 소통 가능하게 연결되고 점화 챔버에 상대적으로 운동하도록 구성된 운동 가능한 부재, 및 운동 가능한 부재에 기계적으로 결합되어 있고 해양 환경에서 추진력을 제공하도록 구성된 해양 부재를 포함할 수 있다.
본 개시내용의 또 다른 실시 예는 적어도 약 5,000 A의 전기적 동력 공급원, 플라즈마, 아크 플라즈마 및 열적 동력 중 적어도 하나를 생산하도록 구성된 점화 챔버, 및 연료를 점화 챔버에 전달하도록 구성된 연료 전달 장치를 포함할 수 있는 작업 기계를 제공한다. 그러한 작업 기계는 또한 전기적 동력 공급원에 결합되어 있고 동력을 연료에 공급하여 플라즈마, 아크 플라즈마, 및 열적 동력 중 적어도 하나를 생산하도록 구성된 한 쌍의 전극, 점화 챔버에 유체 소통 가능하게 연결되고 점화 챔버에 상대적으로 운동하도록 구성된 운동 가능한 부재, 및 운동 가능한 부재에 기계적으로 결합되어 있고 기계적인 동력을 제공하도록 구성된 작업 부재를 포함할 수 있다.
본 개시내용에 따른 실시 예에서, 전기적 동력 공급원은 적어도 약 10,000 A, 예컨대, 적어도 약 14,000 A일 수 있다. 본 개시내용에 따른 다른 실시 예에서, 전기적 동력 공급원은 약 100 V 미만, 예컨대, 약 10 V 미만, 또는 약 8 V 미만일 수 있다. 본 개시내용에 따른 추가의 실시 예에서, 전기적 동력 공급원은 적어도 약 5,000 kW일 수 있다. 추가의 실시 예에서, 고체 연료는 일부의 물, 일부의 물 흡수성 물질, 및 일부의 전도성 원소를 포함할 수 있고, 비-제한 예는 고체 연료의 적어도 약 30 mol%인 물 부분, 고체 연료의 적어도 약 30 mol%인 물 흡수성 물질 부분, 및 고체 연료의 적어도 약 30 mol%인 전도성 원소 부분을 포함한다.
추가의 실시 예에서, 시스템은 작업 유체를 점화 챔버에 전달하도록 구성된 유입 포트를 포함할 수 있다. 특정의 실시 예에서, 작업 유체는 공기, H2O, 및 불활성 가스 중 적어도 하나를 포함할 수 있고, 작업 유체는 대기압 미만, 대기압 및 대기압 초과 중 적어도 하나의 압력에서 점화 챔버에 전달될 수 있다. 또한, 시스템은 피스톤 및 점화 챔버 중 적어도 하나에 전기적으로 결합되는 전극의 쌍 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 특정의 실시 예에서, 연료 전달 장치는 적어도 일부의 고체 연료를 점화 챔버에 주입하도록 구성된 주입 장치, 예컨대, 기체, 액체 또는 고체 미립물 중 적어도 하나를 점화 챔버에 주입하도록 구성된 주입 장치를 포함한다. 또한, 연료 전달 장치는 캐러셀을 포함할 수 있다. 특정의 실시 예에서, 연료 전달 장치 및 전극 쌍 중 적어도 하나는 고체 연료를 수용하도록 구성된 리셉터클을 포함할 수 있다.
본 개시내용의 특정의 실시 예는 냉각 시스템, 가열 시스템, 진공 시스템, 및 플라즈마 컨버터 중 적어도 하나를 추가로 포함한다. 또한, 특정의 시스템은 고체 연료의 점화에 의해서 생성된 하나 이상의 성분을 포집, 재생 및 재순환시키는 것중 적어도 하나는 수행하도록 구성된 재생 시스템을 추가로 포함할 수 있다.
본 개시내용의 실시 예에서, 전극 쌍 중 적어도 하나는 터빈 및 점화 챔버 중 적어도 하나에 전기적으로 결합될 수 있다. 또한, 연료 전달 장치는 적어도 일부의 고체 연료를 점화 챔버에 주입하도록 구성된 주입 장치를 포함할 수 있거나, 주입 장치는 기체, 액체 또는 고체 미립물 중 적어도 하나를 점화 챔버에 주입하도록 구성될 수 있다. 특정의 실시 예에서, 임펠러는 작업 유체의 흐름을 우회시키도록 구성된 적어도 하나의 블레이드(blade)를 포함할 수 있고, 작업 유체는 공기, H2O 및 불활성 가스 중 적어도 하나를 포함한다. 다른 실시 예에서, 작업 유체는 대기압 미만, 대기압 및 대기압 초과 중 적어도 하나의 압력에서 중공 영역에 전달될 수 있다.
본 개시내용의 실시 예에서, 전극 쌍 중 적어도 하나는 임펠러 및 중공 영역 중 적어도 하나에 전기적으로 결합되어 있다. 또한, 연료 전달 장치는 고체 연료의 적어도 일부를 중공 영역에 주입하도록 구성된 주입 장치를 포함할 수 있고, 주입 장치는 기체, 액체 또는 고체 미립물 중 적어도 하나를 중공 영역에 주입하도록 구성될 수 있다.
특정의 실시 예에서, 운동 가능한 부재는 한 쌍의 전극들 중 첫 번째 전극의 적어도 일부를 형성할 수 있고, 두 번째 운동 가능한 부재는 한 쌍의 전극들 중 두 번째 전극의 적어도 일부를 형성할 수 있다. 실시 예에서, 운동 가능한 부재는 연료를 수용하도록 구성된 리셉터클을 포함하고, 운동 가능한 부재는 점화 챔버에 유체 소통 가능하게 결합되고 플라즈마 및 열적 동력 중 적어도 하나의 흐름을 유도하도록 구성된 노즐을 포함할 수 있고, 운동 가능한 부재는 선형, 아치형 및 회전 방향 중 적어도 한 방향으로 운동 가능하도록 구성되고, 운동 가능한 부재는 기어 및 로울러 중 적어도 하나를 포함한다.
도 26은 예시적인 실시 예에 따른 기계적인 동력 생산 시스템(2010)을 도시하고 있다. 시스템(2010)은 적어도 한 가지 유형의 기계적인 출력을 생산하도록 구성될 수 있다. 그러한 출력은 하나 이상의 선형 또는 회전 방향으로의 병진 운동을 포함할 수 있다. 예를 들어, 기계적인 동력의 생산은 시스템(2010)과 연관된 운동 가능한 부재, 예컨대, 피스톤(도 28 참조), 터빈(도 29 참조), 기어(도 30 참조), 또는 임펠러(도 33a, 도 33b)의 운동을 포함할 수 있다. 운동 가능한 부재는 선형, 아치형, 회전, 또는 이들의 조합 또는 하나 이상의 다른 방향으로 운동하도록 구성될 수 있다. 다른 유형의 운동 가능한 부재는 본원에서 기재된 점화 프로세스와 부품을 이용한 기계적인 동력을 제공할 수 있다.
시스템(2010)은 수소, 산소, 물, 또는 물-기반 연료(2020)(본 개시내용의 고체 연료, 예컨대, 본 개시내용의 내부 SF-CIHT 셀 엔진 섹션, 화학적 반응기 섹션, 및 고체 연료 촉매 유도된 하이드리노 트랜지션(Solid Fuel Catalyst Induced Hydrino Transition: SF-CIHT) 셀 및 동력 컨버터 섹션에서 주어진 것들을 나타냄)를 점화하도록 구성될 수 있다. 연료(2020)는 본 개시내용에서 개시되는 바와 같은 고체 연료를 포함할 수 있고, 여기서, 본 개시내용에서, 연료는 다른 물리적인 상태를 포함할 수 있음이 내포되어 있다. 실시 예에서, 연료 또는 고체 연료는 기체, 액체, 고체, 슬러리, 졸 겔, 용액, 혼합물, 가스성 현탁액, 및 공압 흐름(pneumatic flow) 중 적어도 하나의 상태일 수 있다. 연료(2020)는 점화하여 플라드마를 형성하도록 구성될 수 있다. 고체 연료는, 상기 기재된 바와 같이, 일부의 물, 일부의 물 흡수성 물질, 및 일부의 전도성 원소를 포함할 수 있다. 이들 성분의 몰 분율은 약 1% 내지 약 99% 범위일 수 있다. 일부 실시 예에서, 분율은 각각 약 30%의 고체 연료일 수 있다. 다른 실시 예에서, 연료(2020)는 점화되어 아크 플라즈마 및 열적 동력 중 적어도 하나를 형성하는 물-기반 연료를 포함할 수 있다. 물-기반 연료는 적어도 50%의 물, 적어도 90%의 물, 또는 약 1% 내지 100% mol/mol, vol/vol, 또는 wt/wt 범위의 물을 포함하는 물질을 포함할 수 있다. 연료(2020)는 기체, 액체, 및 고체를 포함한 다양한 형태의 물질을 포함할 수 있다. 액체는 매우 낮은 점도부터 매우 높은 점도까지의 일정 번위의 점도를 추가로 포함할 수 있고 슬러리 또는 겔-유형 농도를 지니는 액체를 포함할 수 있다. 도 27은 기다란 형태의 고체의 연료(2020)를 도시하고 있지만, 다른 형태의 연료(2020)이 시스템(2010)에 의한 사용에 고려된다. 이하 설명되는 바와 같이, 연료(2020)의 기체, 액체, 또는 기체, 액체 또는 고체 형태의 다양한 조합이 시스템(2010)에 의해서 사용될 수 있다. 예를 들어, 연료(2020)는 펠릿, 분획, 분취물, 분말, 점적, 스트림, 미스트(mist), 기체, 현탁액, 또는 이들의 어떠한 적합한 조합물을 포함한다. 기본적인 반응물은, 다른 것들 중에서도, H의 공급원 및 O의 공급원을 포함할 수 있고, 이들은 생성물 또는 중간 반응 생성물로서 H2O 또는 H를 형성시킬 수 있다.
연료(2020)는 또한 점화 프로세스를 진행하도록 또한 구성된 본 개시내용의 하나 이상의 에너지 생성 물질을 포함할 수 있다(본 개시내용에서, 고체 연료가 높은 에너지 수득량 및 또한 높은 키네틱스(kinetics) 및 상응하는 동력의 가능성으로 인해서 에너지 생성 물질로서 또한 일컬어진다). 게다가, 에너지 생성 물질 연료(2020)는 전도성일 수 있다. 예를 들어, 에너지 생성 물질은 H2O와 금속 및 금속 산화물 중 적어도 하나, 및 전도성 원소를 포함할 수 있다. 에너지 생성 물질 연료(2020)는 복수의 물리적인 물질 형태 또는 상태, 예컨대, 슬러리, 용액, 에멀션, 컴포지트(composite), 및 컴파운드(compound) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
한 가지 실시 예에서, 연료(2020)는 발생기 H2O(nascent H20), 원자 수소의 적어도 하나의 공급원, 또는 원자 수소를 포함하는 촉매 또는 촉매의 적어도 하나의 공급원을 포함하고, 전도체 및 전도성 매트릭스 중 적어도 하나를 추가로 포함하는 본 개시내용의 하이드리노 반응물(hydrino reactant)을 구성하는 반응물을 포함한다. 한 가지 실시 예에서, 연료(2020)는 본 개시내용의 고체 연료 또는 에너지 생성 물질의 공급원 및 본 개시내용의 고체 연료 또는 에너지 생성물질 중 적어도 하나를 포함한다. 한 가지 실시 예에서, 예시적인 고체 연료(2020)는 촉매의 공급원, 촉매, 원자 수소의 공급원, 및 원자 수소를 형성시키기 위한 H2O의 공급원 및 전도성 매트릭스를 포함한다. H2O 공급원은 벌크 H2O(bulk H20), 벌크 H2O와는 다른 상태, 적어도 하나의 반응을 진행하여 H2O를 형성시키고 결합된 H2O를 방출하는 화합물 또는 화합물들 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 결합된 H2O는 H2O와 상호작용하는 화합물을 포함할 수 있고, 여기서, H2O는 흡수된 H2O, 결합된 H2O, 물리흡착된 H2O, 및 수화된 물 중 적어도 하나의 상태로 있다. 연료(2020)는 전도체 및 흡수된 H2O, 결합된 H2O, 물리흡착된 H2O, 및 수화의 물 중 적어도 하나의 방출을 진행하고 반응 생성물로서 H2O를 지니는 하나 이상의 화합물 또는 물질을 포함할 수 있다. 추가의 예시적인 고체 또는 에너지 생성 연료(2020)는 수화된 흡습성 물질 및 전도체, 수화된 탄소; 수화된 탄소 및 금속, 금속 산화물, 금속 또는 탄소, 및 H2O의 혼합물; 및 금속 할로겐화물, 금속 또는 탄소, 및 H2O의 혼합물이다. 금속 및 금속 산화물은 전이금속, 예컨대, Co, Fe, Ni, 및 Cu를 포함할 수 있다. 할로겐화물의 금속은 알칼리토금속, 예컨대, Mg 또는 Ca 및 할로겐화물, 예컨대, F, CI, Br 또는 I를 포함할 수 있다. 금속은 H2O와 열역학적으로 바람직하지 않은 반응을 할 수 있으며, 예컨대, Cu, Ni, Pb, Sb, Bi, Co, Cd, Ge, Au, Ir, Fe, Hg, Mo, Os, Pd, Re, Rh, Ru, Se, Ag, Tc, Te, Tl, Sn, W, Al, V, Zr, Ti, Mn, Zn, Cr, 및 In의 군 중 하나 이상이고, 여기서, 연료(2020)는 H2O의 첨가에 의해서 재생될 수 있다. 하이드리노 반응물을 구성하는 연료(2020)는 슬러리, 용액, 에멀션, 컴포지트, 및 컴파운드 중 적어도 하나를 포함한다.
시스템(2010)은 또한 하나 이상의 전극을 포함할 수 있다. 예를 들어, 시스템(2010)은 한 쌍의 전극(2030)을 포함할 수 있다. 전극(2030)은 운동 가능한 부품, 예컨대, 기어, 톱니(cog), 로울러, 또는 회전, 아치 또는 선형 운동을 포함한 하나 이상의 방향으로의 운동을 위해서 구성된 다른 부품을 포함할 수 있다. 전극(2030)은 또한 정지 상태의 하나 이상의 전극 및 운동하는 하나 이상의 전극을 포함할 수 있다. 모든 전극은 정지상태이거나 운동 가능할 수 있다. 예를 들어, 전극(2030)은 연료(2020)가 전극(2030)에 대해서 선형으로 운동하거나 회전하게 구성될 수도 있지만, 전극(2030)은 정지상태로 유지된다. 전극(2030)은 또한 돌도록 구성될 수 있다.
일반적으로, 전극(2030)은 전류가 연료(2020)를 가로질러 인가될 수 있게 연료(2020)와 상호작용하도록 구성될 수 있다. 연료는 고도로 전도성일 수 있다. 연료(2020)는 약 2,000 A 내지 100,000 A 범위일 수 있는 고전류의 인가에 의해서 점화도리 수 있다. 전압은 약 1 V 내지 100 V 범위와 같이 낮을 수 있다. 대안적으로, 비-H2O 물질을 포함하는 미량의 첨가제가 있거나 없은 H2O와 같은 연료는 높은 저항을 지닐 수 있다. 점화는 또한 전극(2030)에의 충분한 고전압 및 전류의 인가에 의해서 달성될 수 있다. 예를 들어, 전극(2030)을 가로질러 1 kV 내지 50 kV로서. 그러한 점화 프로세스는 플라즈마, 아크 플라즈마, 유사한 형태의 물질 및 가열된 물질 중 적어도 하나를 형성시킬 수 있다. 빛, 열, 및 그 밖의 반응 생성물이 또한 형성될 수 있다.
전극(2030)은 전기적 펄스(electrical pulse)를 연료(2020)에 인가하도록 구성된다. 특히, 전극(2030)은 고밀도 전류 흐름, 고전류를 달성하기에 연료의 저항에 적절한 저밀도 또는 고밀도 전압 또는 연료(2020)를 가로지른 다른 고밀도 동력 흐름의 인가를 허용하도록 구성될 수 있다. 이하 설명되는 바와 같이, 하나 이상의 전극(2030)은 운동 가능거나 정지된 부품에 결합될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 전극은 피스톤, 터빈, 기어, 임펠러, 또는 그 밖의 운동 가능한 부재에 결합될 수 있다. 하나 이상의 다른 전극은 점화 챔버, 또는 중공 영역, 점화 챔버 또는 중공 영역과 연관된 도관, 또는 시스템(2010)의 또 다른 정지된 부분에 결합될 수 있다.
전극(2030)은 하나 이상의 전기적 펄스를 수용하기 위한 특이적 치수를 지니는 적합한 물질로부터 형성될 수 있다. 전극(2030)은 또한 필요한 만큼 작동하도록 절연, 냉각 및 제어 메케니즘을 필요로 할 수 있다. 높은 AC, DC 또는 AC-DC 혼합 전류가 전극(2030)을 가로질러 인가될 수 있음이 고려된다. 전류는 대략 100 A 내지 1,000,000 A, 1 kA 내지 100,000 A, 또는 10 kA 내지 50 kA의 범위일 수 있고, DC 또는 최대 AC 전류 밀도는 대략 100 A/cm2 내지 1,000,000 A/cm2, 1,000 A/cm2 내지 100,000 A/cm2, 또는 2,000 A/cm2 내지 50,000 A/cm2 범위일 수 있다. DC 또는 최대 AC 전압은 약 0.1 V 내지 50 kV, 1 kV 내지 20 kV, 0.1 V 내지 15 V, 또는 1 V 내지 15 V 범위일 수 있다. AC 주파수는 약 0.1 Hz 내지 10 GHz, 1 Hz 내지 1 MHz, 10 Hz 내지 100 kHz, 또는 100 Hz 내지 10 kHz의 범위일 수 있다. 그리고 펄스 시간은 약 10-6 초 내지 10 초, 10-5 초 내지 1 초, 10-4 초 내지 0,1 초, 또는 10-3 초 내지 0.01 초의 범위 일 수 있다.
전극(2030)은 최대 15 V 미만으로 60 Hz 전압, 대략 10,000 A/cm2 내지 최대 50,000 A/cm2의 전류, 및 대략 10,000 W/cm2 내지 750,000 W/cm2의 동력을 인가할 수 있음이 또한 고려된다. 광범위한 범위의 주파수, 전압, 전류 및 동력이 적용될 수 있다. 예를 들어, 상기 언급된 파라미터의 약 1/100 배 내지 100 배의 범위가 또한 적합할 수 있다. 특히, 연료는 저전압, 고전류 펄스, 예컨대, Taylor-Winfield 모델 ND-24-75 스팟 웰더(Taylor-Winfield model ND-24-75 spot welder)의 두 구리 전극 사이에의 한정에 의해서 달성되는 스팟 웰더에 의해서 생성되는 펄스에 의해서 점화될 수 있다. 60 Hz 전압은 약 5 내지 20 V KMS일 수 있으며, 연료(2020)를 통한 전류 및 전류 밀도는 각각 약 10,000 A 내지 40,000 A, 및 10,000 A/cm2 내지 40,000 A/cm2일 수 있다.
시스템(2010)은 또한 다른 시스템, 장치, 또는 부품을 포함할 수 있다. 예를 들어, 시스템(2010)은 냉각 시스템(2040), 연료 전달 장치(2050), 재생 시스템(2060), 및 전기적 동력 공급원(2070)를 포함할 수 있다. 냉각 시스템(2040)은 시스템(2010)의 하나 이상의 부품, 예컨대, 전극(2030)을 냉각시키도록 구성될 수 있다. 연료 전달 장치(2050)는 연료(2020)를 전극(2030)에 전달하도록 구성될 수 있다. 재생 시스템(2060)은 연료(2020)와 연관된 하나 이상의 물질을 재생시키도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 연료(2020) 내에 함유된 금속의 형태는 포집되고 재순환되어 연료 전달 장치(2050)에 되돌려질 수 있다.
전기적 동력 공급원(2070)는 전극(2030)에 동력, 예컨대, 전기적 동력을 공급하도록 구성될 수 있다. 일부 양태에서, 동력 공급원(2070)는 플라즈마를 생산하기에 충분한 동력을 공급하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 동력 공급원(2070)는 적어도 약 10,000 A, 적어도 약 14,000 A, 약 100 V 미만, 약 10 V 미만, 8 V 미만, 또는 적어도 약 5,000 kW일 수 있다. 다른 양태에서, 동력 공급원(2070)는 아크 플라즈마를 생산하기에 충분한 동력을 공급하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 동력 공급원(2070)는 적어도 약 10,000 A, 적어도 약 12,000 A, 적어도 약 1 kV, 적어도 약 2 kV, 적어도 약 4 kV, 또는 적어도 약 5,000 kW일 수 있다.
도 27에 도시된 바와 같이, 시스템(2010)은 또한 점화 챔버(2080)를 포함할 수 있고, 그곳에서, 연료(2020)가 반응하여 플라즈마, 아크 플라즈마 또는 열적 동력 중 적어도 하나를 형성시킨다. 이하 설명되는 바와 같이, 시스템(2010)은 하나 이상의 점화 챔버(2080)을 포함할 수 있다. 챔버(2080)는 금속 또는 물 점화(water ignition) 또는 플라즈마 및 열적 동력 형성 중 적어도 하나와 관련된 힘 및 온도를 견딜 수 있는 다른 적합한 물질로 형성될 수 있다. 챔버(2080)는 물을 점화시키기에 적합한 환경을 제공하도록 구성된 일반적인 실린더형 도관을 포함할 수 있다. 챔버(2080)는 상이한 적용을 위해서 다양한 모양, 크기 또는 형태일 수 있다.
이하 설명되는 바와 같이, 챔버(2080)는 기계적인 동력을 출력하도록 구성된 하나 이상의 운동 가능한 부재와 함께 작동하도록 구성될 수 있다. 챔버(2080)는 또한 하나 이상의 포트(port), 캠(cam), 주입 장치, 또는 유체가 챔버(2080)에 진입하고 빠져나가도록 구성된 그 밖의 부품을 포함할 수 있다. 특히, 챔버(2080)는 챔버(2080)에의 유체의 전달을 허용하도록 구성된 유입 포트를 포함할 수 있다. 챔버(2080)는 또한 유체가 챔버(2080)로부터 빠져나가도록 구성된 출구 포트를 포함할 수 있다. 그러한 포트는 기계적인 동력을 제공하기 위해서 플라즈마, 아크 플라즈마, 및 열적 동력와 결부되어 작동하도록 구성된 작업 유체와 함께 작동하도록 구성될 수 있다. 작업 유체는 공기, 불활성 가스, 플라즈마, 아크 플라즈마, 및 열적 동력 중 하나 이상과 함께 작동할 수 있는 또 다른 유체를 포함할 수 있다. 작업 유체 또는 어떠한 다른 유형의 유체가 가압된 상태로 챔버(2080)에 전달될 수 있다. 특히, 유체는 대기압 미만, 대기압, 또는 대기압 초과의 압력으로 챔버(2080)에 전달될 수 있다. 다양한 부품, 예컨대, 터보차저(turbocharger) 또는 수퍼차저(supercharger)가 유체를 챔버(2080)에 공급하기 전에 그러한 유체를 가압하기 위해서 사용될 수 있다.
점화 챔버(2080)는 또한 플라즈마, 아크 플라즈마, 및 열적 동력 중 적어도 하나를 생성시키도록 구성된 중공 챔버를 한정하는 쉘을 포함할 수 있다. 챔버(2080)는 또한 중공 챔버와 유체 소통관계에 있는 연료 리셉터클을 포함할 수 있다. 연료 리셉터클은 한 쌍의 전극에 전기적으로 결합되어 있다. 챔버(2080)는 또한 중공 챔버와 유체 소통관계에 있는 운동 가능한 부재를 포함할 수 있다.
도 28은 예시적인 실시 예에 따른 점화 챔버(2080)를 도시하고 있다. 도시된 바와 같이, 챔버(2080)는 연료(2020)의 점화에 의해서 제공된 에너지의 일부를 기계적인 동력로 전환시키도록 구성된 피스톤(2090)을 포함한다. 피스톤(2090)은 연소 챔버, 예컨대, 챔버(2080) 내에서 왕복 운동을 하도록 구성될 수 있다. 다른 실시 예에서, 피스톤(2090)은 챔버(2080)과 유체 소통 가능하게 연결된 연소 챔버에서 왕복운동을 할 수 있다. 피스톤(2090)은 또한 다양한 연소 완경에서 그리고 다양한 연소 가능한 연료와 함께 작동하도록 치수가 결정되고 설계될 수 있다. 게다가, 피스톤(2090)은 연소 프로세스의 유형 및 요건에 따라서 일정 범위의 물질로부터 형성될 수 있다. 이하 더욱 상세히 설명되는 바와 같이, 다른 유형의 운동 가능한 부재가 또한 기계적인 동력을 제공하기 위해서 사용될 수 있다. 또한 시스템(2010)은 스털링 엔진(Stirling engine)으로서 작동하도록 변경될 수 있다.
예를 들어, 도 29에 도시된 바와 같이, 터빈(2100)이 회전 동력을 제공하도록 하나 이상의 챔버(2080)로부터의 출력물과 유체 소통관계에 있을 수 있다. 도 29에 도시된 시스템(2010)은 다른 부품, 예컨대, 하나 이상의 추가의 터빈, 또는 컴프레셔(compressor), 혼합 챔버, 팽창기, 송풍기, 공기 유입구, 수퍼차저, 리포머(reformer), 냉각기, 모터, 발전기, 리큐퍼레이터(recuperator), 재순환기, 열 교환기, 댐퍼(damper) 또는 배기관(exhaust)을 포함할 수 있다. 그와 같이, 시스템(2010)은 Brayton-유형 엔진, 또는 이의 변형으로서 구성될 수 있다. 다른 부품, 장치 및 시스템이 시스템(2010)과 통합되거나 시스템(2010)과 결부되어 사용되어서 기계적인 동력을 제공할 수 있다.
도 30은 예시적인 실시 예에 따른 애노드(anode: 2110) 및 캐소드(cathode: 2120)를 포함하는 전극(2030)을 도시하고 있다. 도시된 바와 같이, 애노드(2110) 및 캐소드(2120)은 회전하도록 구성되어 있다. 따라서, 전극(2030)은 기어(2125)를 포함할 수 있다. 캐소드(2120)가 또한 기어 치부(gear tooth)와 관련된 연료(2020)의 펠릿(2130)과 함께 도시되어 있다. 연료 전달 장치(2050)는 기어 치부(2140)에 대해서, 예를 들어, 기어 치부(2140)의 끝 부분에 펠릿(2130)을 위치시킬 수 있다. 다른 실시 예에서(도시되지 않음), 펠릿(2130)은 적어도 부분적으로 인접 기어 치부(2140) 사이에 위치하거나 애노드(2110) 상에 위치될 수 있다.
캐소드(2120) 또는 연료(2020)는 어떠한 적합한 메커니즘을 사용하여 서로 결합될 수 있다. 예를 들어, 기계적인 그라스퍼(grasper)(도시되지 않음)가 펠릿(2130)을 기어 치부(2140)에 결합시키기 위해서 사용될 수 있다. 액체 형태의 연료(2020)는 표면 장력을 통해서 캐소드(2120)에 결합할 수 있다. 자기력 및 그 밖의 힘이 또한 이용될 수 있다.
연료(20) 또는 펠릿(2130)은 다양한 수송 메커니즘을 사용하여 시스템(2010)에 대해서 이동될 수 있다. 예를 들어, 기계적인 메커니즘(예, 오오거(auger), 로울러, 나선형, 기어, 컨베이어 벨트(conveyer belt) 등)이 사용될 수 있다. 공압, 유압, 정전기, 전기화학 또는 그 밖의 메커니즘이 사용될 수 있음이 또한 고려된다. 연료(2020) 및 전극(2030)의 기어 치부(2140)의 요망되는 영역은 반대로 정전기적으로 하전되어서 연료(2020)가 하나 또는 둘 모두의 전극(2030)의 요망되는 영역으로 흐르고 그에 정전기적으로 점착하게 할 수 있다. 연료(2020)는 후속적으로 기어 치부(2140) 메시(mesh)와 대향하는 때에 점화될 수 있다. 또 다른 실시 예에서, 로울러 또는 기어(2125)가 바이아싱 메커니즘(biasing mechanism)에 의해서, 예컨대, 스프링 로딩(spring loading)에 의해서 또는 공압 작용에 의해서 서로에 대해서 장력을 유지한다. 기어 치부(2140)의 메싱(meshing) 및 그 사이에서의 연료(2020)의 압축은 전도성 연료(2020)를 통한 맞물린 기어 치부(2140) 사이의 전기적 접촉을 유발시킬 수 있다.
캐소드(2120)에 결합되면, 펠릿(2130)은 회전되어 펠릿(2130)을 애노드(2110)와 매우 근접되게 하거나 그와 접촉되게 할 수 있다. 그렇게 정위되면, 매우 강한 전류가 전극(2030)을 가로질러 인가되어서 연료(2020) 중의 물의 점화를 유발시킬 수 있다. 펠릿(2130)의 점화 프로세스에 의해서 유발된 팽창 가스(2135)는 전극(2030)의 회전을 유발시킬 수 있다. 그러한 회전은 사프트(도시되지 않음)에 결합되어 회전 동력을 제공할 수 있다.
하나 이상의 기어(2125)는 정수 n개의 이를 각각 포함하는 헤링본 기어의 세트를 포함할 수 있고, 여기서, n-1 번째 이간(inter-tooth) 간극에 있는 연료가 맞물린 기어의 n-1 번째 이에 의해서 압축됨에 따라서, 연료(2020)가 n 번째 이간 간극 또는 저지대(bottom land)로 흐른다. 기어(2125)의 다른 기하학적 형태 또는 기어(2125)의 기능, 예컨대, 당업자에게는 공지된 바와 같은, 인터-디지테이티드 다각 또는 삼각-치형 기어(inter-digitated polygonal or triangular-toothed gear), 나선형 기어, 및 오오거(auger)가 본 개시내용에 의해서 고려된다.
전극(2030)은 전도성 및 비-전도성 영역을 포함할 수 있다. 예를 들어, 캐소드(2120)의 기어 치부(2140)은 전도성 물질을 포함할 수 있으면서, 애노드(2110)의 기어 치부(2140)는 비-전도성일 수 있다. 그 대신에, 애노드(2110)의 기어 치부(2140) 사이의 물질은 전도성이어서 펠릿(2130)을 통과하는 애노드(2110)와 캐소드(2120) 사이에 전도 경로를 제공할 수 있다. 기어(2125)가 메싱 동안 연료(2020)와 접촉하는 전도성 인터-디지테이션(inter-digitation) 영역을 지니며, 다른 영역을 절연시키고 있으면, 전류는 연료(2020)를 통해서 선택적으로 흐를 수 있다. 기어(2125)의 적어도 일부는 비-전도성 세라믹 물질을 포함할 수 있는 반면에, 인터-디지테이션 영역은 금속 코팅되어 전도성일 수 있다.
작동 시에, 기어(2125)는 간헐적으로 에너지가 공급되어서 기어(2125)가 메시되는 때에 고전류가 연료(2020)을 통해서 흐르게 할 수 있다. 연료(2020)의 흐름은 기어들이 메싱되고 전류가 펠릿(2130)을 통해서 흐르게 됨에 따라서 펠릿(2130)의 전달이 기어(2125)와 매칭되도록 시간이 조정될 수 있다. 그에 따른 고전류 흐름이 연료(2020)가 점화되게 한다. 생성되는 플라즈마는 기어(2125)의 측면으로 확장되어 나간다. 플라즈마의 팽창 흐름은 기어(2125)의 샤프트화 평행하고 연료(2020)의 흐름 방향에 대해서 가로지르는 축을 따라서 발생한다. 게다가, 플라즈마의 하나 이상의 흐름이, 이하 더욱 상세히 설명되는 바와 같이, 전기 컨버터, 예컨대, MHD 컨버터에 유도될 수 있다. 플라즈마의 추가의 방향성 흐름은 한정 마그네트(confining magnet), 예컨대, 헬름홀쯔 코일(Helmholtz coil) 또는 자성 병(magnetic bottle)에 의해서 달성될 수 있다.
전극(2030)은 점화 프로세스를 통한 기어 치부(2140) 상에 증착된 물질을 제거하기 위한 재생 시스템 또는 프로세스를 포함할 수 있다. 가열 또는 냉각 시스템(도시되지 않음)이 또한 포함될 수 있다.
캐소드(2120)의 모든 기어 치부(2140)가 첨부된 도면에서 펠릿(2130)에 결합될수 있지만, 일부 실시 예에서, 하나 이상의 기어 치부(2140)가 펠릿(2130)에 결합되지 않을 수 있다. 추가로, 애노드(2110), 캐소드(2120), 또는 둘 보두의 전극(2030)이 다양한 분포의 펠릿(2130) 또는 다른 형태의 연료(2020)를 포함할 수 있으며, 예를 들어, 상이한 수의 펠릿(2130)이 상이한 기어 치부(2140) 상에 각각 위치될 수 있다.
작동시에, 연료(2020)는 연료(2020)를 간극을 통해서 추진할 수 있는 기어(2125)(또는 로울러)를 통해서 연속적으로 흐를 수 있다. 연료(2020)는 그것이 회전하여 기어(2125)의 세트의 메싱 영역을 포함하는 전극(2030)들 사이의 공간을 충전함에 따라서 연속적으로 점화될 수 있다. 그러한 작동은 일반적으로는 일정한 기계적 또는 전기적 동력 출력을 생성시킬 수 있다.
도 31은 또 다른 예시적인 실시 예에 따른 전극(2030)으로서, 애노드(2110)가 운동(예, 회전)하는 동안에 캐소드(2120)이 정지된 상태로 유지되는 전극(2030)을 도시하고 있다. 다른 실시 예에서, 캐소드(2120)가 운동할 수 있고, 애노드(2110)가 정지된 상태로 유지될 수 있다.
도시된 바와 같이, 연료 전달 장치(2050)는 기어 치부(2140)들 사이에 펠릿(2130)을 전달한다. 이어서, 애노드(2110)의 회전이 펠릿(2130)이 캐소드(2130)와 접촉되게 하거나 그에 매우 근접되게 할 수 있다. 이어서, 펠릿(2130) 내의 물의 점화가 상기 기재된 것과 유사한 방식으로 애노드(2110)의 회전을 유발시킬 수 있다.
도 32는 애노드(2110) 또는 캐소드(2130)를 포함할 수 있는 전극(2150)이 전극(2150)에 대해서 위치된 하나 이상의 점화 흐름 포탈(flow portal: 2160)을 포함하여 회전 트러스트(rotational thrust)를 제공하는 또 다른 형태를 예시하고 있다. 예를 들어, 흐름 포탈(2160)은 전극(2150)의 원주에 대해서 각을 이루고 있어서, 도 32에 도시된 바와 같이, 점화 가스가 일정한 각으로 흐름 포탈을 빠져나가게 할 수 있다. 그러한 각을 이룬 트러스트는 전극(2150)에 회전을 제공할 수 있다. 다른 사물(도시되지 않음), 예컨대, 배플(baffle), 도관 또는 다른 메커니즘이 전극(2150)에 회동력을 생성시키기 위해서 사용될 수 있으며, 그러한 전극은 후속하여 샤프트(도시되지 않음) 또는 다른 부품을 구동시켜서 회전 동력을 출력한다.
도 33a 및 도 33b는 시스템(2010)의 실시 예를 예시하고 있으며, 그러한 시스템에 의해서 점화 프로세스가 이용되어 임펠러(2170)를 회전시킨다. 그러한 방사상 흐름 임펠러는, 상기 기재된 바와 같이, 연료(2020)를 사용한 점화 프로세스에 의해서 구동될 수 있다. 도 33a에 도시된 바와 같이, 연료 전달 장치(2050)는 임펠러(2170)의 중심 공중 영역(2180)을 향해서 연장될 수 있다. 펠릿(2130)은 일반적으로는, 도 33b에 도시된 바와 같이, 중공 영역(2180) 내에 정위될 수 있다. 전극(도시되지 않음)이 또한 중공 영역(2180) 내에 위치될 수 있고, 펠릿(2130)이 중공 영역(2180) 내에 위치되는 때에는 펠릿(2130)에 전기적으로 결합되도록 구성될 수 있다. 적절히 정위되면, 펠릿(2130)은 점화되어 방사상으로 확장되는 점화 가스 및/또는 플라즈마를 생성시킬 수 있다. 이들 가스는 임펠러(2170)의 하나 이상의 블레이드(2190)에 의해서 유도될 수 있다. 블레이드(2190)는 점화 가스 흐름을 일정한 각으로 임펠러(2170)에 유도하여 임펠러(2170)에 회전 운동을 전해줄 수 있다.
도 34는 시스템(2010)의 또 다른 예시적인 실시 예로서, 연료 전달 장치(2050)가 캐러셀(2200)을 포함하는 실시 예를 도시하고 있다. 캐러셀(2200)은 회전 운동을 통해서 일반적으로는 연료(2020)를 전극(2030)들 사이에 이동시키도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 점화 챔버(2080) 내에 적절히 정위되면, 고강도 전기적 펄스가 펠릿(2130)에 인가될 수 있다. 시스템(2010)의 다른 부품은 상기 기재되어 있다.
본 개시내용의 또 다른 실시 예가 도 35a 및 도 35b에 도시되어 있고, 여기서, 연료 전달 장치(2050)는 점화 챔버(2080)에 운동 가능하게 결합되어 있다. 특히, 캐러셀(2200)이 리셉터클(2210) 내에 펠릿(2130)을 수용하도록 구성될 수 있다. 펠릿(2130)이 리셉터클(2210)에 결합되면, 캐러셀(2200)은 회전하여 점화 챔버(2080)의 구멍(2220)에 대해서 펠렛(2130)을 정위시킬 수 있다. 예들 들어, 펠릿(2130)은 구멍(2220) 내에 정위되거나 구멍(2220)과 유체 소통관계에 있을 수 있다. 적절히 정위되면, 고강도 전기적 펄스가 전극(2030)을 가로질러 인가될 수 있고 펠릿(2130)을 통과할 수 있다. 점화 가스는 팽창할 수 있고, 그렇게 해서, 압력을 피스톤(2090)에 가하여 피스톤(2090)을 구동시킬 수 있다.
도 36은 시스템(2010)의 또 다른 예시적인 실시 예로서, 캐러셀(2200)이 챔버 어레이(2230)과 함께 작동하는 실시 예를 도시하고 있다. 챔버 어레이(2230)는 둘 이상의 점화 챔버(2080)의 집단을 포함할 수 있다. 작동 시에, 챔버 어레이(2230)는 캐러셀(2200) 또는 또 다른 형태의 연료 전달 장치(2050)에 대해서 운동할 수 있다. 예를 들어, 챔버 어레이(2230)는 정지 상태의 연료 전달 장치(2050)에 대해서 회전적으로 운동할 수 있다. 대안적으로 챔버 어레이(2230)는 정지 상태로 유지될 수 있는 반면에, 캐러셀(2200)이 운동할 수 있거나, 챔버 어레이(2230) 및 캐러셀(2200) 둘 모두가 운동할 수 있다.
연료 전달 장치(2050)로부터의 연료는 어레이(2230)의 하나 이상의 점화 챔버(2080) 내에 순차적으로 또는 연속적으로 로딩될 수 있다. 로딩되면, 하나 이상의 챔버(2080) 내의 하나 이상의 펠릿(2130)이 연소되어 하나 이상의 피스톤, 터빈, 기어 또는 다른 운동 가능한 부재(도시되지 않음)에 동력을 공급할 수 있다. 시스템(2010)이 단일의 캐러셀(2200)과 함께 도시되고 있지만, 복수의 캐러셀(2200)이 연료를 어레이(2230)에 공급하기 위해서 사용될 수 있음이 또한 고려된다. 그러한 시스템은 단일의 점화 챔버(2080)와 연관된 단일의 캐러셀(2200)을 포함하여, 4 개의 캐러셀(도시되지 않음)이 연료를 어레이(2230)의 4개의 점화 챔버(2080)에 공급하게 할 수 있다. 그러한 실시 예는 단일의 캐러셀(2200)을 사용하는 것보다 더 큰 연소율을 가능하게 할 수 있다.
상기 기재된 바와 같이, 물-기반 연료(2020)가 기체, 액체, 똔느 고체를 포함하는 하나 이상의 다양한 형태로 공급될 수 있다. 고체 펠릿(2130)은 다양항 모양으로 제공될 수 있고, 상기 도면에 도시된 하키퍽(hockey-puck)이 예시된다. 다른 실시 예에서, 펠릿(2130)은 입방체, 구체, 정제-모양, 사각 또는 어떠한 다른 적합한 모양일 수 있다. 게다가, 펠릿(2130)은 mm, 마이크론, 및 나노-미터 크기 입자를 포함하는 어떠한 적절한 크기로 형성될 수 있다.
펠릿(2130)의 모양 및 크기는 전극(2030)의 형태에 영향을 줄 수 있다. 예를 들어, 도 37a 및 도 37b에 도시된 바와 같이, 퍽-유형 펠릿(puck-type pellet)은 적합한 모양의 리셉터클(2240)에 수용될 수 있다. 리셉터클(2240)의 일부는 정지될 수 있거나 운동 가능할 수 있는 벽 부재(wall element: 2250)에 의해서 형성될 수 있고, 그러한 벽 부재는 펠릿(2130)이 수용되면 이를 둘러싸거나 부분적으로 둘러쌀 수 있다. 리셉터클(2240)의 일부는 또한 하나 이상의 전극(2030)에 의해서 형성될 수 있다. 도 37a 및 도 37b에 추가로 도시된 바와 같이, 상이한 형태의 전극(2030) 및/또는 벽 부재(2250)가 상이함 힘 방향("F"로 도시된 화살표)을 생성시킬 수 있다. 게다가, 상이한 모양의 전극(2030) 및/또는 벽 부재(2250)는 상이한 모양의 리셉터클, 예컨대, 도 37c에 도시된 바와 같이, 구형 리셉터클(2240)을 형성시키도록 구성될 수 있다.
상기 설명된 바와 같이, 고체, 액체 또는 기체 형태의 연료(2020)가 사용될 수 있다. 그러한 연료는 도 38a 및 도 38b에 도시된 바와 같은, 하나 이상의 주입 장치(2260)를 사용하여 점화 챔버(2080) 내로 주입될 수 있다. 첫 번째 주입 장치(2260)는 물 또는 물-기반 물질을 미립자 물질의 미세한 스트림으로, 액체, 슬러리, 겔 또는 가스로 공급하도록 구성될 수 있다. 두 번째 주입 장치(2260)는, 상기 기재된 바와 같이, 고체 연료 또는 에너지 생성 물질을 공급하도록 구성될 수 있다(에너지 생성 물질은 본 개시내용의 일부 실시 예에서의 어떠한 H2O 또는 H2O 형태를 포함한다). 하나 이상의 물질의 스트림이 전극(2030)에 대한 물질의 적절한 혼합 및/또는 정위를 제공하기 위해서 챔버(2080) 내로 유도될 수 있다.
다른 실시 예에서, 하나 이상의 주입 장치(2260)는 작업 유체를 챔버(2080)에 전달하도록 구성될 수 있다. 작업 유체는 공기, 불활성 가스, 다른 가스 또는 가스 조합물, 또는 액체를 포함할 수 있다. 작업 유체는 대기압 미만, 대기압, 또는 대기압 초과의 압력에서 주입될 수 있다.
비록, 도 38a가 단일의 점화 챔버(2080)와 관련된 두 개의 주입 장치(2260)를 도시하고 있지만, 하나 이상의 주입 장치가 하나 이상의 챔버(2080)과 연관될 수 있다. 주입 장치(2260)가 하나 이상의 전극(2030)을 포함할 수 있음이 또한 고려된다. 하나 이상의 전극은 점화 챔버(2080)에 대해서 정지되어 있거나 운동 가능할 수 있다. 예를 들어, 도 38b에 도시된 바와 같이, 피스톤(2090)이 캐소드를 포함할 수 있고, 챔버(2080)가 애노드를 포함할 수 있다. 전극(2030)과 챔버(2080) 사이의 상대적인 운동은 연료(2020)의 재생을 가능하게 가거나, 유지보수비를 감소시키거나, 시스템(2010)의 가동 수명을 연장시킬 수 있다. 게다가, 하나 이상의 주입 장치(2260)는, 상기 기재된 연료 전달 장치(2050)과 유사하게, 점화 챔버(2080)에 대해서 운동 가능할 수 있다. 연료(2020)의 점화 전의 점화 챔버(2080)에 대한 주입 장치(2260)의 운동은 유지보수비를 감소시키고 주입 장치(2260)의 가동 수명을 연장시킬 수 있다.
또 다른 양태에서, 하나 이상의 주입 장치(2260)가 상기 기재된 시스템(2010)과 함께 사용될 수 있다. 예를 들어, 미세한 분말 형태의 연료(2020)가 기어 치부(2140)의 영역 상에 분사될 수 있다. 인접 전극(2030)들 사이에 갇힌 연료는 점화되어 힘을 운동 가능한 부재에 전달하여 기계적인 동력을 출력할 수 있다. 또 다른 양태에서, 연료(2020)는, 도 38a 및 도 38b에 도시된 바와 같이, 중공 영역(2180) 내로 주입될 수 있다.
도 39는 시스템(2010)의 또 다른 예시적인 실시 예로서, 점화 챔버(2080)가 적어도 부분 진공을 포함하는 실시 예를 도시하고 있다. 특히, 피스톤(2090)을 함유하는 챔버(2080)의 중공 영역은 적어도 부분 진공을 포함할 수 있다. 진공은 약 10-1 Torr 내지 약 10-10 Torr의 범위일 수 있다. 일부 실시 예에서, 대기압이 이용될 수 있다. 다른 실시 예에서, 대기압보다 더 큰 압력이 이용될 수 있다.
작동 시에, 피스톤(2090)은 도 39에 나타낸 바와 같이 좌우로 운동할 수 있다. 예를 들어, 챔버(2080)의 좌측 상에서의 연료(2020)의 점화는 피스톤(2090)을 우측으로 구동시킬 수 있다. 또한, 챔버(2080)의 우측 상에서의 연료(2020)의 점화는 피스톤(2090)을 좌측으로 구동시킬 수 있다. 점화 사이클들 사이에서, 연료 전달 장치(2050)가 연료(2020)를 보충할 수 있다. 피스톤(2090)은 기계적 동력을 출력하도록 구성된 기계적인 부재(도시되지 않음)에 결합될 수 있다. 그러한 폐-루프 실시 예(closed-loop embodiment)는 스털링 엔진의 알파-유형, 베타-유형, 감마-유형, 프리-피스톤(free-piston), 플랫(flat) 및 그 밖의 유형을 포함한 스털링 엔진으로서 작동하도록 조정될 수 있다.
폐-루프 시스템이 또한 하나 이상의 운동 가능한 부재와 함께 작동할 수 있다. 그리고, 일반적으로, 시스템(2010)의 하나 이상의 부품이 폐-루프 시스템의 일부를 형성할 수 있다. 예를 들어, 챔버(2080)가 작업 유체를 재순환시키도록 구성된 폐-루프 시스템의 일부를 형성할 수 있다. 그러한 시스템은 열 교환기로서 작동할 수 있다. 예를 들어, 시스템(2010)은 냉동 사이클(refrigeration cycle)을 작동시킬 수 있고, 그에 의해서, 작업 유체가 가열 부재와 냉각 부재 사이에서 순환할 것이다. 그러한 시스템은 플라즈마, 아크 플라즈마, 및 열적 동력 형성 중 적어도 하나를 유지시키기에 필요한 만큼의 연료(2020)의 주기적인 주입을 포함한다.
일부 실시 예에서, 도 39의 시스템(2010)은 MHD 전극으로서 작용하는 적어도 한 쌍의 전도성 부재(2270)를 포함하거나 마그넷(2270)을 포함하여 연소 챔버(2080)의 세로 축으로서 도시된 흐름 축에 대해 횡방향 자기장을 생성시키는 하나 이상의 자기 유체 역학(magnetohydrodynamic: MHD) 컨버터를 포함할 수 있고, 여기서, 한 쌍의 전극(2270)과 마그넷(2270)이 서로 횡으로 있고 이들 둘 모두가 플라즈마 흐름 방향에 횡으로 있다. 따른 실시 예에서, 유사한 장치가 전기적 동력을 생성시키도록 구성된다. 예를 들어, 플라즈마 역학 컨버터(plasmadynamic converter: PDC)에서, 챔버(2080)에 위치된 하나 이상의 자화된 전도성 부재(도시되지 않음)가 챔버(2080)에 위치된 상응하는 쌍의 비자화된 전도성 부재(도시되지 않음)와 함께 사용되어 전기적인 동력을 생성시킬 수 있다. 다른 실시 예에서, 전자기 유도 컨버터, 전하 드리프트 컨버터(charge drift converter), 자기적 폐쇄 장치(magnetic confinement)가 또한 사용되어 전기적 동력을 생성시킬 수 있다.
MHD 동력 전환은 이온 또는 플라즈마의 흐름을 자기장을 가로질러 통과시키는 것에 좌우된다. 양성 및 음성 이온이 전극의 위치에 따라서 다양한 궤적을 따라서 유도될 수 있고, 전압이 전극들 사이에 인가될 수 있다. 이온의 질량 흐름을 형성시키는 전형적인 MHD 방법은 이온이 씨딩된 고압 가스를 노즐을 통해서 팽창시킴을 포함한다. 이것은 편향된 이온을 수용하기 위한 편향 장(deflecting field)에 관해서 위치된 전극의 세트에 의해서 교차한 자기장을 통한 고속 흐름을 발생시킬 수 있다. 시스템(2010)에서, 점화 반응의 압력은 전형적으로는 대기압보다 크지만, 반드시 드러하지는 않다. 방향성 질량 흐름은 이온화된 팽창 플라즈마를 형성시키기 위한 연료(2020)의 점화에 의해서 달성될 수 있다.
그러한 형태는 물의 점화로부터 기계적 및 전기적 동력 둘 모두의 생성을 가능하게 할 수 있다. 또한, 점화 프로세스에 의해서 생산된 전기적 에너지의 적어도 일부가 전극(2030) 또는 시스템(2010)의 다른 전기적 부품에 동력을 공급하기 위해서 사용될 수 있다.
도 40은 시스템(2010)의 또 다른 예시적인 실시 예로서, 하나 이상의 터빈(2280)이 흐름 챔버(2290) 내에 위치되는 실시 예를 도시하고 있다. 하나 이상의 주입 장치(2260)가 또한 흐름 챔버(2290) 내로 유도될 수 있다.
챔버(2080)에 대해서 상기 기재된 바와 같이, 흐름 챔버(2290)는 연료(2020)를 전화하도록 구성될 수 있다. 흐름 챔버(2290)는 또한 흐름 챔버(2290)를 통과하는 작업 유체를 수용하도록 구성될 수 있다. 도시된 바와 같이, 주입 장치(2260)의 상류의 터빈(2280)이 작업 유체의 흐름을 수용할 수 있고, 적어도 부분적으로 작업 유체를 압축할 수 있다. 이어서, 주입 장치(2260)는 하나 이상의 물질을, 상기 기재된 바와 같이, 압축된 작업 유체내로 주입할 수 있다. 점화는 작업 유체를 두 번째 다운스트림 터빈(second downstream turbine: 2280)을 통해서 팽창시켜서 트러스트(thrust)를 생성시킬 수 있다. 대안적으로, 기계적인 동력 샤프트(도시되지 않음) 또는 터빈(2280)에 결합된 다른 기계적인 장치를 통해서 출력될 수 있다.
도 41은 시스템(2010)의 또 다른 예시적인 실시 예로서, 트러스터(thruster: 2320)가 화살표로 도시된 바와 같이 트러스트를 제공하도록 구성되는 실시 예를 도시하고 있다. 예를 들어, 연료(2020)는 통로(2300)에 공급될 수 있다. 일부 실시 예에서, 통로(2300) 내의 연료(2020) 및/또는 유체는 적어도 부분적으로는 부재(2310)에 의해서 노즐(2330)을 향해 유도될 수 있다. 또한, 통로(2300)는 통로(2300) 내의 연료(2020) 또는 유체를 압축하거나 유도하도록 구성될 수 있다. 상기 설명된 바와 같이, 통로(2300) 내의 유체는 작업 유체를 포함할 수 있다. 하나 이상의 전극(2030)이 통로(2300) 또는 부재(2310)와 연관될 수 있다. 그러한 배열은 트러스터(2320)을 제공하기 위해서 사용될 수 있다.
작동 시에, 연료(2020)는 상기 기재된 바와 같이 점화될 수 있다. 예를 들어, 고전류 개시된 점화는 트러스트를 제공할 수 있는 팽창 플라즈마를 생성시킬 수 있다. 트러스터(2320)는 트러스트를 제공하기 위해서 팽창 플라즈마를 유도하도록 구성된 노즐(2330)을 제외한 폐쇄 셀(closed cell)을 포함할 수 있다. 또 다른 실시 예에서, 트러스터(2320)는 자기 영역 또는 다른 플라즈마 갇힌 영역을 포함할 수 있다. 추가의 부품이 자기장 시스템을 유도하여 플라즈마가 고전류에 의한 점화 후의 전극(2030)으로부터 유도된 방식으로 흐르게 할 수 있다. 또 다른 실시 예에서, 고도로 이온화된 플라즈마가 이온 모터(ion motor) 및 트러스트를 제공하기 위한 당업자에게는 공지된 이온 트러스터에서 사용될 수 있다.
본원에서 기재된 시스템, 엔진, 및 점화 프로세스는 기계적인 동력을 필요로 하는 광번위한 적용에 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 시스템, 장치 및 방법은 육상, 항공, 해양, 해저, 또는 우주 공간 환경에서 사용되거나 그러한 환경에서 작동되도록 용이하게 조절될 수 있다. 본원에서 기재된 원리를 이용한 기계적인 동력 생산은 수송, 채광, 농업, 또는 산업적 장비에 사용될 수 있다. 예를 들어, 큰-출력 모터가 산업적 프로세싱(industrial processing), 동력 생산(power generation), HVAC 또는 제조 설비에서 사용될 수 있다. 중간-출력 적용은 차량, 트럭, 기차, 보트, 모터바이크(motorbike), 스쿠터(scooter), 제트-스키, 스노우-모바일(snow-mobile), 선외기 선박 엔진(outboard marine engine), 포크 리프트(fork lift) 등에서의 사용을 포함할 수 있다. 본원에 기재된 특징은 또한 백색 가전(예, 냉장고, 세탁기, 식기 세척기 등), 원예 장비(예, 잔디 깎는 기계, 분사식 제설기(snow blower), 예초기(brush cutter) 등), 또는 작은 출력 모터를 필요로 하는 다른 적용에서 사용될 수 있다.
예를 들어, 본 개시내용의 실시 예는 육상 수송을 위해서 구성된 기계와 함께 사용될 수 있다. 상기 기재된 시스템(2010)의 하나 이상의 양태는 기계적인 동력을 수송 부재에 출력하도록 구성된 드라이브-샤프트 또는 다른 부품에 기계적으로 결합될 수 있다. 수송 부재는 휠(wheel), 트랙(track), 기어 조립체, 유압 구동 부재(hydraulic member), 또는 지상 표면 위에 운동을 제공하기 위한 다른 장치를 포함할 수 있다. 자동차, 모터사이클, 스노우-모바일, 트럭, 또는 기차를 포함한 육상 수송을 위한 다양한 기계가 고려된다. 다른 유형의 개인 차량, 레저용 차량, 및 상업용 차량이 또한 고려된다.
또 다른 실시 예에서, 시스템(2010)의 하나 이상의 양태는 항공 수송을 위해서 구성된 기계와 함께 사용될 수 있다. 그러한 기계는 추진력을 제공하도록 구성된 하나 이상의 항공 부재를 포함할 수 있다. 항공 부재는 항공 프로펠러, 컴프레셔(compressor), 또는 항공 환경에서 추진력을 생성시키도록 구성된 다른 부재를 포함할 수 있음이 고려된다. 그러한 기계는 터보제트(turbojet), 터보팬(turbofan), 터보프로프(turboprop), 터보샤프트(turboshaft), 프롭팬(propfan), 램제트(ramjet), 스크램제트(scramjet) 또는 또 다른 유형의 항공 엔진을 포함할 수 있다.
본 개시내용의 양태는 또한 해양 환경에서 작동하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 해양 부재는 해양 환경에서 추진력을 제공할 수 있고, 선박 프로펠러(marine propeller)를 포함할 수 있다. 다른 유형의 해양 부재가 당업자에 의해서 고려될 수 있으며, 펌프-제트(pump-jet), 하이드로-제트(hydro-jet), 워터-제트(water-jet), 또는 다른 유형의 워터 엔진(water engine)의 일부를 형성할 수 있다.
본 개시내용의 또 다른 양태는 기계적인 동력을 제공하도록 구성된 작업 부재가 구비된 작업 기계를 포함한다. 작업 부재는 회전 샤프트, 왕복 로드( reciprocating rod), 톱니(cog), 오오거(auger), 블레이드 또는 본 기술분야에서 공지된 다른 부품을 포함할 수 있다. 작업 기계는 냉장고, 세탁기, 식기 세척기, 잔디 깎는 기계, 분사식 제설기, 예초기, 또는 다른 유형의 작업 기계의 일부를 형성할 수 있다.
XL
실험
A. 에너지 및 고체 연료 재생에 대한 예시적인
SF
-
CIHT
셀 시험 결과
실험적 시험에서, 샘플은 NiOOH, 11 wt% 탄소 및 27 wt% Ni 분말의 얇은(<1 mm 두께) 테이프 캐스트 코팅(tape cast coating)으로 코팅된 1 cm2 니켈 스크린 전도체(nickel screen conductor)를 포함하였다. 재료를 Taylor-Winfield 모델 ND-24-75 스폿 웰더의 두 구리 전극 사이에 한정하고 저전압, 고전류 전기적 에너지의 짧은 버스트(burst)에 가하였다. 인가된 60 Hz 전압은 최대 약 8 V 이였으며, 최대 전류는 약 20,000 A이었다. 약 46 J의 에너지 입력으로 약 0.14 분 후에, 재료를 약 1분 이내에 기화되었다. 8 V가 단락되는 고에너지 멀티-킬로볼트-하전된 고용량 캐패시터(high-energy, multi-kilovolt-charged, high-capacitance capacitor)에 의해서 관찰된 방전 와이어 현상(exploding wire phenomenon)을 유발시키기에 충분하였는지를 측정하기 위해서 몇 개의 와이어 게이지(gauge)를 시험하였다. 0.25 mm 직경 Au의 경우에서 단지 공지된 저항성 히팅 투 글로우잉 레드(resistive heating to glowing red) 및 히팅 투 멜팅(heating to melting)을 관찰하였다.
350 mg의 NiOOH 및 50 mg의 Ni 금속을 바로 증발시키기 위한 열역학적으로 계산된 에너지는 3.22 kJ 또는 9.20 kJ/g NiOOH이었다. NiOOH 분해 에너지는 기본적으로는 0(제로)이기 때문에, 이러한 실험은 큰 에너지 방출을 입증하였다. 40 J의 무시할 만한 전체 에너지 후에 개시된 폭발(blast)를 적용시켰다. 폭발은 3,22 kJ의 열에너지가 3분 이내에 방출되게 하여, 1,100,000 W (1.1 MW) 열적 동력와 상응하였다. 1 cm2 면적 및 <1 mm 두께를 고려하면, 체적 동력 밀도(volumetric power density)가 11 X 109 W/l 열을 초과하였다. 흑체 복사 곡선에 대한 Ocean Optics 가시광선 분광계(Ocean Optics visible spectrometer)에 의해서 기록된 가시광선 스펙트럼의 피트(fit)로부터, 가스 온도는 25,000K이었다.
반응 혼합물의 단지 350 mg의 NiOOH 및 50 mg의 Ni 메시 성분의 관찰된 기화를 달성하기 위한 계산된 열에너지가 3.22 kJ임을 고려해야 한다. 350 mg의 NiOOH 고체 연료 중의 H2의 몰이 2 mmol이다. H의 2/3의 화학양론적 양이 HOH 촉매로 가고 1/3이 하이드리노 H2(1/4)로 가는 H2 대 H2(1/4)의 하이드리노 반응에 대한 50 MJ/mol H2(1/4)의 계산된 엔탈피(enthalpy)를 기초로 하여, H2(1/4)을 형성시킴으로부터의 상응하는 최대 이론적 에너지는 33 kJ이고; 그래서, 약 10%의 이용 가능한 수소가 H2(1/4)로 전환되었다. 상응하는 하이드리노 반응 수율은 64.4 μmol H2(1/4)이다.
고체 연료의 또 다른 실시 예는 100 mg의 Co 분말 및 20 mg의 수화된 MgCl2를 포함하였다. 반응물을 펠릿으로 압축하였고, 펠릿을 저전압 고전류 전기적 에너지의 짧은 버스트에 가함으로써 Taylor-Winfield 모델 ND-24-75 스폿 웰더로 점화시켰다. 인가된 60Hz 전압은 최대 약 8V이었고, 최대 전류는 약 20,000 A이었다. 폭발은 아르곤 충진된 글로브 백에서 발생하였고, 예상된 3 kJ의 플라즈마 에너지를 방출시켰다. 플리즈마의 입자를 나노분말로서 응축시켰다. 생성물을 10 mg의 H2O로 수화시키고, 점화를 반복하였다. 재생된 고체 연료의 반복 폭발은 첫 번째보다 더욱 강력했으며, 약 5 kJ의 에너지를 방출하였다.
B.
SF
-
CIHT
셀의 고체 연료의 열량 측정
고체 연료 펠릿에 대해서 Parr 6774 열량계 온도계 옵션이 구비된 Parr 1341 플레인-제키티드(plain-jacketed) 열량계를 사용하여 열량 측정을 수행하였다. 열량계의 Parr 1108 산소 연소 챔버를 고전류에 의한 화학적 반응의 개시를 허용하도록 변형시켰다. 1/2" 외경(outer diameter: OD) x 12" 길이 구리 실린더를 포함하는 구리 로드 점화 전극(Copper rod ignition electrode)을 열량계의 열 용량의 교정(calibration)을 위한 대조 저항 로드로서 그라파이트 펠릿(약 1000 mg, L x W x H = 0.18" x 0.6" x 0.3") 또는 고체 연료 펠릿을 함유하는 밀봉된 챔버를 통해서 공급하였으며, 상기 챔버에서, 그 단부는 각각의 샘플을 단단히 가둬두는 구리 클램프를 지녔다. 열량계 수조(calorimeter water bath)에 2,000 g DI 물(Parr 매뉴얼에 따라서)을 넣었다. 고체 연료 펠릿의 교정 및 점화를 위한 동력 공급원은 약 8 VRMS의 60 Hz 저전압 및 약 15,000 내지 20,000 A의 고전류의 형태로 전기 에너지의 짧은 버스트를 공급하는 Taylor-Winfield 모델 ND-24-75 스폿 웰더였다. 고체 연료의 교정 및 점화의 입력 에너지는 입력 시간에 걸쳐서 적분된 전압과 전류의 곱으로서 주어졌다. 전압은 National Instruments USB-6210 데이터 획득 모듈(data acquisition module) 및 Labview VI를 구비한 PC를 포함하는 데이터 획득 시스템(data acquisition system: DAS)에 의해서 측정하였다. 전류는 또한 신호 공급원로서 0.3%까지 정확한 Rogowski 코일(700 mm 케이블이 구비된 Model CWT600LF)을 사용하는 동일한 DAS에 의해서 측정하였다. V 및 I 입력 데이터를 10 KS/s에서 얻었고, 전압 감쇄기를 사용하여 아날로그 입력 전압(analog input voltage)을 USB-6210의 +/-10V 범위 이내가 되게 하였다.
열량계 및 전극 장치의 보정된 열 용량은 스폿 웰더에 의한 995 J의 에너지 입력으로 그라파이트 펠릿을 사용하여 12,000 J/℃인 것으로 측정되었다. 알루미늄 DSC 팬(70 mg)(알루미늄 도가니 30 μl, D:6.7x3 (Setaram, S08/HBB37408) 및 알루미늄 커버 D: 6,7, 스탬핑된(stamped), 타이트(tight) (Setaram, S08/HBB37409))에 밀봉된 Cu (45 mg) + CuO (15 mg) + H20 (15 mg)를 포함하는 고체 연료의 샘플을 3 V의 인가된 최대 60Hz 전압 및 약 11,220 A의 최대 전류로 점화시켰다. 시간에 따른 전압 및 전류로부터 측정된 입력 에너지는, 스폿 웰더의 동력 펄스에 의한 전체 899 J 입력으로 파형에서의 분열 스파이크(disruption spike)에 의해서 나타낸 바와 같이, 샘플을 점화시키기 위한 46 J이었고, 보정된 열 용량을 이용한 점화된 고체 연료로부터 방출된 에너지에 대한 열량 측정 열적 반응에 대해서 보정된 전체 출력 에너지는 3,035.7 J이었다. 입력 에너지를 감산함으로써, 0.075 g 샘플에 대한 순수 에너지는 2,136.7 J이었다. H2O에 의한 대조 실험에서, 알루미나 팬(alumina pan)은 폭발에서 기화되는 것이 아닌 반응을 진행하지 않았다. XRD는 또한 알루미늄 산화물 형성을 보이지 않았다. 따라서, 이론적인 화학적 반응 에너지는 0(제로)이었고, 고체 연료는 하이드리노들(hydrino)의 형성에서 28,500 J/g의 과량의 에너지를 생성시켰다.
C. 고체 연료의 시차 주사 열량계(
DSC
)
고체 연료를 Au-코팅된 도가니를 사용한 Setaram DSC 131 시차 주사 열량계를 사용하여 최대 이론치에 비한 과량의 에너지에 대해서 시험하였으며, 대표적인 결과를 표 8에 나타냈다.
표 8. 예시적인 DSC 시험 결과
D. 분자
하이드리노의
분광분석 확인
0.05 ml (50 mg)의 H20를 알루미늄 DSC 팬(알루미늄 도가니 30 μl, D:6.7x3 (Setaram, S08/HBB37408) 및 알루미늄 커버 D: 6,7, 스탬핑된, 비-타이트 (Setaram, S08/HBB37409))에 밀봉된 20 mg의 Co304 또는 CuO에 첨가하고, Taylor-Winfield 모델 ND-24-75 스폿 웰더를 사용하여 약 8 V RMS에서 15,000 내지 25,000 A의 전류로 점화시켰다. 샘플을 각각 에너지 생성, 고도로-이온화된 팽창 플라즈마로서 기화시키는 큰 폭발이 관찰되었다. MoCu 호일 위트니스 플레이트(MoCu foil witness plate)(%로 50-50, AMETEK, 0.020" 두께)를 점화된 샘플의 중심으로부터 3.5 인치에 두어서 팽창 플라즈마가 표면상에서 유발되어 H2(l/4) 분자들을 표면에 박히게 하였다.
매크로 모드(macro mode)로 780 nm 다이오드 레이저를 구비한 Thermo Scientific DXR SmartRaman을 사용하여, 40 cm-1 광역 흡수 피크가 H2(1/4) 함유 플라즈마에 대한 노출 후에 MoCu 호일 상에서 관찰되었다. 그러한 피크는 버진 합금(virgin alloy)에서는 관찰되지 않았고, 피크 세기는 플라즈마 세기 및 레이저 세기가 증가함에 따라서 증가하였다. 1.33 eV(780 nm 레이저 마이너스 1950 cm-1의 에너지)에서의 단일의 40cm-1(0.005 eV) 근적외선을 흡수할 수 있는 다른 원소 또는 화합물이 공지되지 않았기 때문에 H2(1/4)가 고려되었다. 1950 cm-1에서 출발하는 흡수 피크는 4개의 현저한 특징에 대한 H2(1/4) (0.2414 eV)의 자유 공간 회전 에너지와 매칭되었고, 40 cm-1의 폭은 오비탈-핵 결합 에너지 분열과 매칭된다[Mills GUTCP].
H2(1/4) 회전 에너지와 매칭되는 흡수 피크는 실제 피크(real peak)이며, 어떠한 공지된 종들에 의해서 설명될 수 없다. 하이드리노 회전의 여기(excitation)는 역 라만 효과(inverse Raman effect: IRE)에 의한 흡수 피크를 유발시킬 수 있다. 여기서, 레이저에 의해서 유발되는 연속체(continuum)가 흡수되고 레이저 주파수로 변화되며, 여기서, 연속체는 회전적 여기된 상태 집단(rotational excited state population)을 유지시켜서 안티스톡스 에너지 분포(antiStokes energy contribution)를 허용하기에 충분하게 강하다. 전형적으로는, 레이저 동력 IRE에 대해서 매우 높지만, MoCu 표면은 표면 향상된 라만 산란(surface enhanced Raman scattering: SERS)을 유발시키는 것으로 밝혀졌다. 흡수는 J' = 1 대 J" = 0 전이를 위한 H2(1/4) 회전 에너지에 대한 역 라만 효과(IRE)에 지정되었다. 이러한 결과는 H2(1/4)가 실리콘 매트릭스(silicon matrix) 내의 H2에 의한 경우인 자유 로터(free rotor)임을 나타낸다. 플라즈마-노출된 MoCu 호일들에 대한 결과는 Mills의 선행 공보[R Mills, J. Lotoski, J. Kong, G Chu, J. He, J. Trevey, High-Power-Density Catalyst Induced Hydrino Transition (CIHT) Electrochemical Cell, (2014)]에 보고된 바와 같이 CIHT 셀 상에서 이전에 관찰되었던 것과 매치되며, 본원에서는 상기 공보의 전체내용을 참고로 포함한다.
MAS 1 H NMR, 전자-빔 여기 방출 분광분석, 라만 분광분석, 및 광루미네선스 방출 분광분석(photoluminescence emission spectroscopy)을 폐쇄된 CIHT 셀의 밀봉된 용기에 넣은 CIHT 전해질, CIHT 전극 및 무기 화합물 게터 KCl-KOH 혼합물을 포함하는 반응 생성물의 샘플에 대해서 수행하였다.
양성자성 매트릭스에 포획된 분자 하이드리노의 MAS NMR은 매트릭스와의 분자 하이드리노의 상호작용을 통한 이의 확인을 위한 이의 독특한 특성을 이용하는 수단을 나타낸다. NMR 스펙트럼을 판독하는 독특한 고려사항은 가능한 분자 하이드리노 양자 상태이다. H2 여기된 상태와 유사하게, 분자 하이드리노들 H 2(1/p)는 ℓ= 0, 1, 2, ..., p - 1을 지니는 상태를 지닌다. ℓ= 0 양자 상태는 비교적 큰 4극 모멘트(quadrupole moment)를 지니며, 추가적으로는, ℓ≠ 0 상태의 상응하는 오비탈 각운동량이 업필드 매트릭스 이동(upfield matrix shift)을 유발시킬 수 있는 자기 모멘트[Mills GUT]를 생성시킨다. 이러한 효과는 특히 매트릭스가 교환 가능한 H, 예컨대, 수화 물을 지니는 매트릭스 또는 알칼리성 하이드록사이드 고체 매트릭스를 포함하는 때에 선호되며, 여기서, H 2(1/p)와의 국소 상호작용이 신속한 교환으로 인한 더 큰 집단에 영향을 준다. CIHT 셀 게터 KOH-KCl은 밀봉된 CIHT 셀의 내부의 대기에 대한 노출 후에 +4.4 ppm으로부터 약 -4 내지 -5 ppm으로의 매트릭스(KOH)의 MAS NMR 활성 성분의 이동을 나타냈다. 예를 들어, 초기 KOH-KCl(1:1) 게터, 각각 125% 게인(gain)에서 2,5 Wh, 80 mA 및 186% 게인에서 6.49 Wh, 150 mA를 출력하는 [MoNi/LiOH-LiBr/NiO] 및 [CoCu (H 투과)/LiOH-LiBr/NiO]을 포함하는 CIHT 셀로부터의 동일한 KOH-KCl (1:1) 게터의 MAS NMR 스펙트럼은 OH 매트릭스의 공지된 다운필드 피크가 약 +4 ppm으로부터 약 -4 ppm의 업필드 영역으로 이동하였음을 나타냈다. CIHT 셀에 의해서 생산된 분자 하이드리노는 매트릭스를 양성으로부터 상당히 업필드까지 이동시켰다. p = 4 상태에 대해서 가능한 상이한 ℓ 양자수는 -4 ppm의 영역에서 복수의 그러한 피크들의 관찰과 일치되게 상이한 업필드 매트릭스 이동을 발생시킬 수 있다. KOH 매트릭스 업필드의 MAS NMR 피크는 업칠드 이동된 하이드록사이드 이온(OH-)이 이전의 관찰과 일관되게 자유 로터(free rotor)로서 작용하는 때에 예리할 수 있는 분자 하이드리노와의 착화합물을 형성시킴으로써 이동하였다. MAS-NMR 결과는 구조의 일부서 디-수소과의 매트릭스 화합물의 멀티머 클러스터(muitimer cluster)들, M:H2(M = KOH 또는 K2C03)을 나타내는 이전의 양성 이온 ToF-SIMS 스펙트럼과 일치한다. 특히, KOH 및 K2C03, 예컨대, K2C03-KCl(30:70 wt%)를 포함하는 이전의 CIHT 셀 게터들의 양성 이온 스펙트럼은 구조에서 착화합물로서 H2(1/p)와 일관되게 K +[H 2 : KOH)n 및 K +(H 2 : K 2 C0 3)n을 나타냈다[R. Mi lls, X Yu, Y. Lu, G Chu, J. He, J. Lotoski, "Catalyst induced hydrino transition (CIHT) electrochemical cell," (2014), International Journal of Energy Research].
하이드리노의 특성적인 과도하게 높은 회전-진동 에너지의 직접적인 확인이 라만 분광분석을 이용하여 모색되었다. 또 다른 구별되는 특성은 분자 하이드리노에 대한 선택 규칙(selection rule)이 통상의 분자 수소의 것과 다르다는 것이다. H2 여기된 상태와 유사하게, 분자 하이드리노들은 ℓ= 0, 1, 2, ..., p - 1의 상태를 지니며, 여기서, H2(1/p), p= 1, 2, 3, ..., 137의 장축 타원체 광자 필드(prolate spheroidal photon field)들은 반장축(semimajor axis)에 대해서 양자수 ℓ의 구면 조화 각 성분(spherical harmonic angular component)들을 지닌다[Mills GUT]. 이들 장축 타원체 조화 상태들 사이의 전이는 H2 여기된 상태에 대해서 관찰되는 바와 같은 전자 전이 없는 순수한 진동 전이 동안에 ΔJ = 0, ±1의 회전 전이를 허용한다. 각 상태(angular state)의 수명은 H2(1/p)가 선택 규칙 ΔJ = 0, ±1를 지니는 순수한 회전-진동 전이를 독특하게 진행할 수 있게 충분히 길다.
방출성 회전-진동 분자 하이드리노 상태는 고에너지 전자 충돌에 의해서 또는 레이저에 의해서 여기될 수 있고, 여기서, p2 (J + 1) 0.01509 eV의 회전 에너지[Mills GUT]로 인해서, 여기된 회전 상태는 주위 온도에서 통계적인 열역학적 집단으로서 집단화될 수 없는데, 그 이유는 상응하는 열 에너지가 0.02 eV 미만이기 때문이다. 따라서, 회전-진동 상태 집단 분포는 외부 공급원의 여기 확률을 반영한다. 게다가, 회전 에너지에 비해서 p20.515 eV의 35배 더 높은 진동 에너지로 인해서, 단지, 첫 번째 수준, υ = 1이 외부 공급원에 의해서 여기될 것으로 예상된다. 분자 하이드리노 상태는 주위 온도에서 ℓ 양자수 변화를 진행할 수 있고, J 양자 상태는 동력이 열중성자화됨에 따라서 e-빔 또는 레이저 조사 동안에 변화될 수 있다. 따라서, 초기 상태는 J 양자수와는 독립적으로 ℓ= 0, 1, 2, 3 중 어떠한 하나일 수 있다. 따라서, 회전 및 회전-진동 전이는 라만 및 IR 활성이고, R, Q, P 브랜치(branch)가 허용되고, 여기서, 각운동량은 회전 및 전자적 상태 변화들 사이에서 보존된다. ℓ 양자수의 변화에 의해서 허용되는, 회전 에너지 업 전환(rotational energy up conversion)(J' - J" = -1), 다운 전환(J' - J" = +1), 무변화(J' - J" = 0)와 함께 탈-여기 진동 전이 υ = 1 -> υ = 0는 각각 P, R, 및 Q 브랜치를 생성시킨다. 순수한 진동 전이 υ = 1 -> υ = 0 ; ΔJ = 0에 상응하는 Q-브랜치 피크는 더 높은 차수의 P 및 R 시리즈의 전이 피크에 대한 세기에서의 신속한 감소와 함께 가장 강한 것으로 예측되며, 여기서, 내부 전환의 이용 가능한 에너지로 인해서, 더 큰 세기의 더 많은 피크들이 R 브랜치에 비해 P 브랜치에 대해서 예상된다. 메트릭스의 영향은 자유 회전자의 이동으로부터의 진동 에너지 이동을 유발시킬 것으로 예상되고 매트릭스 회전 에너지 장벽이 회전 피크들의 시리즈들의 선형 에너지 분리의 비제로 인터셉트(nonzero intercept)로서 명백한 P 및 R 브랜치 피크들의 각각에 대한 대략 동일한 에너지 이동을 발생시킬 것으로 예상된다.
이전에 문헌[R. Mills, X Yu, Y. Lu, G Chu, J. He, J. Lotoski, "Catalyst induced hydrino transition (CIHT) electrochemical cell," (2014), International Journal or Energy Research]에서는 CIHT 셀 가스의 게터의 결정 격자에 포획된 H 2(1/4)의 회전-진동 방출이 5 X 10-6 Torr의 압력 범위에서 8μA의 빔 전류를 지니는 입사 6 KeV 전자 건(electron gun)에 의해서 여기되었고, 무창(windowless) UV 분광분석에 의해서 기록되었음이 보고되었다. 동일한 방법에 의해서 MoCu의 금속 결정 격자에 포집된 H 2(1/4)가 전자-빔 여기 방출 분광분석에 의해서 관찰되었다. 190% 게인에서 5.97 Wh, 80 mA를 출력하는 CIHT 셀 [MoCu(50/50) (H 투과)/LiOH+LiBr/NiO]의 MoCu 애노드로부터 기록된 H2(l/4)의 분해된 회전-진동 스펙트럼(소위 260 nm 밴드)의 예는 0.2491 eV의 동일한 공간을 지니는 227, 238, 250, 263, 277, 및 293 nm에서의 피크들의 대표적인 위치들을 지니면서 258 nm에서 최대 피크를 나타냈다. 그러한 결과는 υ = 1 -> υ = 0 및 각각 Q(0), R(0), R(1), P(1), P(2), 및 P(3)의 매트릭스-이동 진동의 전이 및 자유 로터 회전 전이에 대한 H2(1/4)에 대한 예상된 값과 매우 우수하게 일치하며, 여기서, Q(0)는 시리즈 중 가장 강한 피크로서 확인 가능하다. 피크 폭(FWHM)은 4 nm였다. 결정 격자에서의 통상의 H2에 대한 H2(1/4)의 회전-진동 전이의 확장(broadening)이 예상되는데, 그 이유는 관련된 에너지가 놀라우며, 16배 더 높고, 공진 선대증폭(resonance broadening)을 발생시키는 격자의 포논 밴드(phonon band)들에 상당히 결합되기 때문이다. 260 nm 밴드는 MoCu 출발 물질에 대해서 관찰되지 않았다. 260 nm 밴드는 앞서 기재된 바와 같이 CIHT 셀에 밀봉되는 때에 H2(1/4) 가스의 게터로서 작용하는 KOH-KCl 결정으로부터 이차 라만 형광 스펙트럼으로서 관찰되었다[R. Mills, X Yu, Y. Lu, G Chu, J. He, J. Lotoski, "Catalyst induced hydrino transition (CIHT) electrochemical cell," (2014), International Journal or Energy Research]. 260 nm 밴드가 또한 CoCu 애노드 상에서 관찰되었다.
H2(1/4)은 추가로 오르토와 파라 사이의 큰 에너지 차이로 인해서 파라가 집단을 지배하는 것으로 예상되는 라만 분광분석을 이용하여 확인되었다. 파라가 짝수이면, 순수한 회전 전이에 대한 전형적인 선택 규칙은 짝수 정수에 대한 ΔJ = ±2이다. 그러나, 오비탈-회전 각운동량 커플링은 회전 수준을 여기시키는 포톤의 각운동량의 관찰과 함께 ℓ 양자수의 변화를 발생시키며, 여기서, 공진 광자 에너지는 ℓ 양자수 변화의 부재하에 전이에 상대적인 오비탈-핵 초미세 에너지(orbital-nuclear hyperfine energy)에 의해서 주파수가 이동된다. 게다가, ℓ ≠ 0 의 경우에, 핵들은 참고 문헌[Mills GUT]의 챕터 12에서 주어진 바와 같이 핵간 축을 따라서 정렬된다. 초기 상태 마이너스 최종 상태로서 정의되는 Stokes 스펙트럼에 대한 회전 선택 규칙은 ΔJ = J' - J" = -1이며, 오비탈 각운동량 선택 규칙은 Δℓ = ±1이고, 전이가 회전 및 오비탈 각운동량 여기들의 커플링 동안에 각운동량의 보존에 의해서 허용된다[Mills GUT]. 그리고, 핵 스핀에 대한 세기 의존이 예상되지 않는다.
매크로 모드로 780 nm 다이오드 레이저가 구비된 Thermo Scientific DXR SmartRaman을 사용하여, 40 cm-1 광역 흡수 피크가 과도한 전기의 생산 후에 MoCu 수소 투과 애노드 상에서 관찰되었다. 그러한 피크는 버진 합금(virgin alloy)에서는 관찰되지 않았고, 피크 세기는 과도한 에너지 및 레이저의 세기가 증가함에 따라서 증가하였다. 게다가, 그것은 음파파쇄 전 및 후에 존재하여 공급원로서 고려되는 유일하게 가능한 원소가 SEM-EDX에 의해서 화인되는 바와 같은 Mo, Cu, H, 및 O이었음을 나타낸다. 대조 화합물의 치환은 피크를 재생하지 못하였다. 그러한 피크는 또한 Mo, CoCu, 및 MoNiAl 애노드를 지니는 셀들, 예컨대, 186% 게인에서 6.49 Wh, 150 mA를 출력하는 셀 [CoCu (H 투과)/LiOH-LiBr/NiO] 및 176% 게인에서 2.40 Wh, 80 mA를 출력하는 셀 [MoNiAl (45.5/45.5/9 wt%) LiOH-LiBr/NiO]에서 관찰되었다. 별도의 실험에서, 이들 셀들로부터 KOH-KCl 게터된 가스(KQH-KC1 gettered gas)는 H2(1/4) 회전-진동에 지정되는 매우 강한 형광 또는 광루미네선스 시리즈의 피크들을 생성시켰다. 1.33 eV(780 nm 레이저 마이너스 2000 cm-1의 에너지)에서의 단일의 40cm-1(0.005 eV) 근적외선을 흡수할 수 있는 다른 원소 또는 화합물이 공지되지 않았기 때문에 H2(1/4)가 고려되었다. 1950 cm-1에서 출발하는 흡수 피크는 4개의 현저한 특징에 대한 H2(1/4) (0.2414 eV)의 자유 공간 회전 에너지와 매칭되었고, 40 cm-1의 폭은 오비탈-핵 결합 에너지 분열과 매칭된다[Mills GUTCP].
H2(1/4) 회전 에너지와 매칭되는 흡수 피크는 실제 피크(real peak)이며, 어떠한 공지된 종들에 의해서 설명될 수 없다. 하이드리노 회전의 여기(excitation)는 두 메커니즘에 의한 흡수 피크를 유발시킬 수 있다. 여기서, 첫 번째로, Stokes 빛은 격자 인클로젼(lattice inclusion)으로서의 회전하는 하이드리노의 강한 상호작용으로 인해서 격자에 의해서 흡수된다. 이것은 260 nm e-빔 밴드에 의해서 관찰된 공진 선대증폭과 유사하다. 두 번째는 공지된 역 라만 효과를 포함한다. 여기서, 레이저에 의해서 유발되는 연속체가 흡수되고 레이저 주파수로 변화되며, 여기서, 연속체는 회전적 여기된 상태 집단을 유지시켜서 안티스톡스 에너지 분포(antiStokes energy contribution)를 허용하기에 충분하게 강하다. 전형적으로는, 레이저 동력 IRE에 대해서 매우 높지만, 분자 라이드리노는 이의 비-제로 ℓ 양자수 및 상응하는 선택 규칙으로 인해서 특수한 경우일 수 있다. 게다가, MoCu는 금속 혼합물의 Mo와 Cu 알갱이 경계의 작은 치수로 인해서 표면 향상된 라만 산란(SERS)을 유발시키는 것으로 예상된다. 그래서, 결과는 이후의 메커니즘 문맥에서 논의된다.
흡수는 J' = 1 대 J" = 0 전이를 위한 H2(1/4) 회전 에너지에 대한 역 라만 효과(IRE)에 지정되었다[Mills GUT]. 이러한 결과는 H2(1/4)가 실리콘 매트릭스(silicon matrix) 내의 H2에 의한 경우인 자유 로터(free rotor)임을 나타낸다. 게다가, H2(1/4)은 MAS NMR 및 ToF-SIM에 의해서 나타낸 바와 같이 하이드록사이드와 착화합물을 형성할 수 있고, 매트릭스 이동이 격자 내의 H2(1/4)에서의 국소 환경 영향으로 인해서 전자-빔 여기 방출 스펙트럼 및 광루미네선스 스펙트럼에 의해서 관찰되기 때문에, IRE가 상이한 매트릭스에서 그리고 또한 압력에 따라서 또한 이동할 것으로 예상된다[R. Mills, X Yu, Y. Lu, G Chu, J. He, J. Lotoski, "Catalyst induced hydrino transition (CIHT) electrochemical cell," (2014), International Journal or Energy Research]. 유사하게, 매트릭스 인클루젼으로서의 H2의 라만 피크들은 압력에 따라서 이동한다. 몇가지 예가 금속 및 무기 화합물의 라만 스펙트럼 스크리닝에 의해서 관찰되었다. Ti 및 Nb는 1950 cm-1에서 출발하는 약 20 카운트(count)의 작은 흡수 피크를 나타냈다. Al은 훨씬 더 큰 피크를 나타냈다. 무기 화합물의 예는 각각 2308 cm-1 및 2608 cm-1의 피크를 나타낸 LiOH 및 LiOH-LiBr을 포함한다. 볼 밀(Ball milling) LiOH-LiBr는 반응을 유발시켜서 IRE 피크를 크게 강화시키고, 이를 LiOH와 같이 2308 cm-1에 중심이 되게 이동시킬뿐만 아니라, 1990 cm-1에 중심을 둔 피크를 형성시켰다. 특히 강한 흡수 피크는 H20를 형성시키는 Ca(OH)2로부터 2447 cm-1에서 관찰되었다. H20는 512℃에서의 Ca(OH)2의 탈수시에 또는 CO2와의 반응에 의해서 H2(1/4)을 형성시키기 위한 촉매로서 작용할 수 있다. 앞서 문헌[[R. Mills, X Yu, Y. Lu, G Chu, J, He, J, Lotoski, "Catalyst induced hydrino transition (CIHT) electrochemical cell," (2014), International Journal or Energy Research]에서 보고된 바와 같이 하이드리노를 형성시키기 위한 고체 연료 유형 반응들이 있다. LiOH 및 Ca(OH)2 둘 모두는 H2(1/4) 피크를 나타냈으며, LiOH는 Li2C03와의 반응에 의해서 Ca(OH)2로부터 상업적으로 형성된다. 따라서, Ca(OH)2 + Li2C03 혼합물은 볼 밀에 의해서 반응을 유발시켰고, 1997 cm-1에 중심을 둔 매우 강한 H2(1/4) IRE 피크가 관찰되었다.
고체 연료 반응들의 생성물로서의 H2(1/4)는 앞서 문헌[[R. Mills, X Yu, Y, Lu, G Chu, J. He, J. Lotoski, "Catalyst induced hydrino transition (CIHT) electrochemical cell," (2014), International Journal of Energy Research; R. Mills, J. Lotoski, W. Good, J. He, "Solid Fuels that Form HOH Catalyst" (2014)]에서 보고되었다. 식 (6-9)에 따라서 하이드리노를 형성시킴으로써 방출되는 에너지는 높은 운동 에너지 H-를 발생시키는 것으로 밝혀졌다. Al(OH)3의 분해 및 H20 및 LiNH2와의 Li의 반응에 의해서 H 및 HOH 촉매를 형성시킬 수 있는 고체 연료 Li + LiNH2 + 분해제(dissociator) Ru-Al203를 사용하여, m/e = 1이 식 (9)의 에너지 방출을 확인시키는 ToF-SIMS에 의해서 관찰되기 전에 도착하는 이온들이 높은 운동 에너지 H-로서 명백하다. 다른 이온들, 예컨대, 산소(m/e=16)은 조기 피크를 나타내지 않았다. 비행 시간 T, 질량 m, 및 가속 전압 V 사이의 관계는
이고, 여기서, A는 이온 비행 거리에 좌우되는 상수이다. 3 kV의 가속 전압에 의한 m/e = 0.968에서 관찰된 조기 피크로부터, 하이드리노 반응으로부터의 H 종에 전해진 운동 에너지는 식(6-9)에 의해서 주어진 HOH 촉매 반응과 매칭되는 약 204 eV이다. 동일한 조기 스펙트럼이 H+에 상응하는 양성 모드에서 관찰되었지만 세기가 낮았다.
XPS를 고체 연료에 대해서 수행하였다. Li, Li Br, LiNH2, 분해제 R-Ni (약 2wt% Al(OH)3를 포함함) 및 1 atm H2의 반응에 의해서 형성된 LiHBr의 XPS는 어떠한 공지된 원소에 지정될 수 없는 두 개의 상이한 런(run)의 반응 생성물에 대한 XPS 스펙트럼에 대한 494.5 eV 및 495.6 eV에서의 피크를 나타냈다. 유일한 가능성이 있는 Na, Sn, 및 Zn은 이들 원소의 어떠한 다른 상응하는 피크의 부재를 기반으로 하여 제거하기 용이했는데, 그 이유는 단지 Li, Br, C, 및 O 피크가 관찰되었기 때문이다. 피크는 분자 하이드리노 H2(1/4)의 이론적으로 허용되는 이중 이온화[R. Mills, X Yu, Y. Lu, G Chu, J. He, J. Lotoski, "Catalyst induced hydrino transition (CIHT) electrochemical cell," (2014), International Journal or Energy Research]와 매칭되었다. 분자 하이드리노는 추가로 라만 및 FTIR 분광분석에 의해서 생성물로서 확인되었다. 고체 연료 생성물 LiHBr의 라만 스펙트럼은 1994 cm-1에 중심을 둔 H2(1/4) 역 라만 효과 흡수 피크를 나타냈다. 고체 연료 생성물 LiHBr의 FTIR 스펙트럼은 H2(1/4)의 자유 로터 에너지에 밀접하게 매칭되는 1988 cm-1에서의 새롭고 예리한 피크를 나타냈다. 추가로, MAS NMR은 다른 CIHT 셀 KOH-KCl (1:1) 게터 샘플들, 예컨대, -4.04 및 -4,38 ppm에서 업필드 이동된 매트릭스 피크를 나타낸 125% 게인에서의 2.5 Wh, 80 mA를 출력하는 [Mo/Li OH-LiBr/NiO]를 포함한 CIHT 셀로부터의 샘플, 및 -4.09 및 -4.34 ppm에서 업필드 이동된 매트릭스 피크를 나타낸 186% 게인에서 6.49 Wh, 150 mA를 출력하는 [CoCu (H 투과)/LiOH-LiBr/NiO]를 포함하는 CIHT 셀로부터의 샘플에 대해서 나타난 것과 일치되게 강한 업필드 이동 피크를 나타냈다.
XPS를 또한 CIHT 셀, 예컨대, [MoCu (H 투과) LiOH-LiBr/NiO] (1.56 Wh, 50 mA, 189% 게인에서), 및 [MoNi (H 투과)/Li()H-LiBr/NiO] (1.53 Wh, 50 mA, 190%에서)의 애노드에 대해서 수행하였다. 496 eV 피크가 또한 관찰되었다. 이러한 피크를 H2(1/4)로 지정하였는데, 그 이유는 다른 가능성이 제거되었기 때문이다. 특히, 각각의 경우에, 496 eV 피크는 Mo 1s와 관련될 수 없는데, 그 이유는 이의 세기가 Mo 3p 피크보다 훨씬 더 작을 것이며, 에너지는 관찰된 것보다 더 클 것이기 때문이고, 그것은 Na KLL로 지정될 수 없는데, 그 이유는 스펙트럼에 Na 1s가 없기 때문이다.
하이드리노 스펙트럼에 대한 연구에서의 또 다른 성공적인 교차-확인 기술은 260 nm e-빔 밴드와 매칭되는 H2(1/4)의 회전-진동이 이차 형광으로서 관찰되는 라만 분광계를 포함한다. 셀들, [Mo, 10 쌍극자 플레이트/LiOH-LiBr-MgO/NiO](2550.5 Wh, 1.7 A, 9.5V, 234% 게인에서), [MoCu/LiOH-LiBr/NiO](3.5 Wh, 80 mA, 120% 게인에서), [MoNi/LiOH-LiBr NiO](1.8 Wh, 80 mA, 140%에서)로부터의 가스를 KOH-KCl(%로 50-50), 및 [CoCu (H 투과)/LiOH-LiBr/NiO](6.49 Wh, 150 mA, 186% 게인에서)로 게터링시키고, 라만 스펙트럼을 40X 배율의 현미경 모드에서 HeCd 325 nm 레이저를 구비한 Horiba Johin Yvon LabRAM Aramis 라만 분광계를 사용하여 게터에 대해서 기록하였다. 각각의 경우에, 강한 일련의 1000 cm-1 (0.1234 eV) 등치-에너지 스페이스드(spaced) 라만 피크들이 8000 cm-1 내지 18,000 cm-1 영역에서 관찰되었다. 형광 또는 광루미네선스 스펙트럼으로의 라만 스펙트럼의 전환은 e-빔 여기에 의해서 첫 번째로 관찰되는 260 nm 밴드에 상응하는 H2(l/4)의 이차 회전-진동 스펙트럼과 매치를 나타냈다[R. Mills, X Yu, Y. Lu, G Chu, J. He, J. Lotoski, "Catalyst induced hydrino transition (CIHT) electrochemical cell," (2014), International Journal or Energy Research]. 스펙트럼에 대한 Q, R, 및 P 브랜치에 대한 피크 지정은 각각 12,199, 11,207, 10,191, 9141, 8100, 13,183, 14,168, 15,121, 16,064, 16,993, 및 17,892 cm-1에서 관찰된 Q(0), 11(0), R(1), R(2), R(3), R(4), P(1), P(2), P(3), P(4), P(5), 및 P(6)이다. 여기(exitation)는 고에너지 UV 및 레이저의 EUV He 및 Cd 방출에 의한 듯했으며, 여기서, 레이저 광학은 170 nm에 투명하고, 그레이팅(grating)(1024 X 26 μm2 픽셀 CCD를 지니는 Labram Aramis 2400g/mm 460mm 초점 거리 시스템)은 분산성이고, 트펙트럼 범위의 떠 짧은 파장 측, 260 nm 밴드와 동일한 범위에서 이의 최대 효율을 지닌다. 예를 들어, 카드뮴은 e-빔 여기 데이터를 기반으로 하는 KCl 매트릭스 내의 H2(1/4)의 회전-진동 여기 에너지와 매칭되는 214.4 nm (5.8 eV)에서의 매우 강한 라인을 지닌다. CCD는 또한 520 nm에 중심을 둔 260 nm의 이차 영역인 500 nm에서 가장 반응성이다.
광루미네선스 밴드는 또한 업필드 이동된 NMR 피크와 상호관련되었다. 예를 들어, -4.04 및 -4.38 ppm에서 업필드 이동된 매트릭스 피크를 지니는 [Mo /LiOH-LiBr/ O]을 포함한 MoNi 애노드 CIHT 셀로부터의 KOH-KC1 (1:1) 및 -4.09 및 -4.34 ppm에서 업필드 이동된 매트릭스 피크를 지니는 [CoCu (H 투과)/LiOH-LiBr/NiO]을 포함하는 CoCu H 투과 애노드 CIHT 셀로부터의 KOH-KCl (1:1) 게터는 260 nm e-빔에 상응하는 일련의 광루미네선스 피크들을 나타냈다.
전반적으로, 라만 결과, 예컨대, 0.241 eV (1940 cm-1) 라만 역 라만 효과 및 260 nm e-빔 스펙트럼과 매칭되는 0.2414 eV-스페이스드 라만 광루미네선스 밴드의 관찰은 H2의 핵간 거리의 1/4인 핵간 거리를 지니는 분자 하이드리노를 강하게 확인시키고 있다. 핵간 거리의 경우에서의 증거는 공지된 일차 피크들 또는 가능한 매트릭스 지정 피크들이 없는 영역에서 이론적인 예측과 일치하는 4개의 현저한 특징에 의해서 추가로 입증된다.
라만 스펙트럼을 알루미늄 DSC 팬(알루미늄 도가니 30μl, D:6.7x3 (Setaram, S08/HBB37408) 및 알루미늄 커버 D: 6,7, 스탬핑된, 타이트 (Setaram, S08/HBB37409))에 밀봉된 CuO (30 mg) + Cu (10 mg) + H20 (14.5 mg)를 각각 포함하는 15개의 별도의 고체 연료 펠릿들의 15개 연속 개시의 중앙으로부터 2" 떨어져서 고정된 1 g KOH-KCl (1:1) 게터 샘플에 대해서 수행하였다. 각각의 고체 연료 샘플을 저전압, 고전류 전기적 에너지의 짧은 버스트를 공급하는 Taylor-Winfield 모델 ND-24-75 스폿 웰더로 점화시켰다. 인가된 60 Hz 전압은 최대 약 8 V 이였으며, 최대 전류는 약 20,000 A이었다. 게터 샘플은 알루미늄 도가니에 함유되었으며, 도가니는 그 둘레에 고정된 폴리머 메시로 피복되어 있다. 매시는 어떠한 고체 반응 생성물이 샘플에 유입되는 것을 방지하면서, 가스는 통과되게 하였다. 15개의 별개의 고체 연료 샘플을 신속하게 연속적으로 점화시키고, 15개의 노출물을 축적하고 있는 게터 샘플을 Ar 글로브 박스에 옮겼고, 그러한 박스에서, 모르타르(mortar) 및 페스틀(pestle)을 사용하여 그것을 균일하게 혼합하였다.40X 배율의 현미경 모드에서 HeCd 325 nm 레이저를 구비한 Horiba Johin Yvon LabRAM Aramis 라만 분광계를 사용하여, υ = 1 -> υ = 0 전이 내의 H2(1/4)의 이차 회전 방출과 매칭되는 일련의 1000 cm-1 등치-에너지 스페이스드(spaced) 라만 피크들이 관찰되었다. 특히, Q, R, 및 P 브랜치 피크들 Q(0), R(0), R(1), R(2), P(1), P(2), P(3), P(4), 및 P(5)는 각각 12, 194, 11,239, 10,147, 13,268, 14,189, 15,127, 16,065, 17,020, 및 17,907 cm-1에서 관찰되었으며, 그것은 점화된 고체 연료의 에너지 생성 분출의 공급원로서 분자 하이드리노 H2(1/4)를 확인시켰다.
5 X 10-4 Torr로 흡인된 진공 챔버에 함유된 NiOOH, 11 wt% 탄소 및 27 wt% Ni 분말의 얇은(<1 mm 두께) 테이프 캐스트 코팅(tape cast coating)으로 코팅된 0.08cm2 니켈 스크린 전도체를 포함하는 고체 연료 샘플에 대해서 EUV 분광분석을 수행하였다. 물질을 Acme Electric Welder Company 모델 3-42-75, 75 KVA 스폿 웰더의 두 구리 전극 사이에 한정하여 샘플의 수평면이 얼라인먼트 레이저(alignment laser)에 의해서 확인되는 바와 같이 EUV 분광계의 광학부와 정렬되게 하였다. 샘플을 저전압 고전류 전기적 에너지의 짧은 버스트에 가하였다. 인가된 60 Hz 전압은 최대 약 8 V이었고, 최대 전류는 약 20,000 A이었다. 백금-코팅된 600 g/mm 그레이팅 및 가시광선을 차단하기 위한 알루미늄 (Al)(800 nm 두께, Luxel Corporation) 필터가 구비된 McPherson 그레이징 입사(grazing incidence) EU V 분광계(Model 248/310G)를 사용하여 EUV 스펙트럼을 기록하였다. 입사각은 87°이었다. 100 μm의 진입 슬릿 폭에 의한 파장 해상도(wavelength resolution)는 CCD 중심에서 약 0.15 nm이었고 50 nm의 CCD 파장 범위 윈도우(window)의 한계에서 0.5nm이었다. 점화된 고체 연료인 플라즈마 공급원로부터 분광계 입구까지의 거리는 70 cm이었다. EUV 빛은 -60℃로 냉각된 CCD 검출기(Andor iDus)에 의해서 검출되었다. CCD 검출기는 35 nm에 중심을 두고 있었다. 10 내지 40 nm의 영역에서의 연속체 방사가 관찰되었다. Al 윈도우는 폭발 스펙트럼의 기록 후에 온전한 것으로 확인되었다. 가시광선을 통과시킴으로써 어떠한 EUV 광을 차단하는 수정 윈도우 외부의 폭발은 플렛 스펙트럼을 나타내어 짧은 파장의 연속체 스펙트럼은 Al 필터를 통과한 산란된 가시광선에 기인하지 않음을 확인시켜 주었다. 고전압 헬륨 핀치 방전 스펙트럼(high voltage helium pinch discharge spectrum)은 스펙트럼을 파장 보정하기 위해서 사용되는 He 원자 및 이온 라인들만을 나타냈다. 따라서, 고에너지 빛이 실제 신호인 것으로 확인되었다. 약 125 eV의 에너지의 방사는 장 가속(field acceleration)으로 인해서 가능하지 않은데, rm 이유는 최대 인가된 전압이 8 V 미만이었기 때문이고; 게다가, 화학적 반응이 몇 eV 초과의 에너지를 방출할 수 있다는 것은 알려지지 않았다. 발생기 H2O 분자는 92·13.6 eV = 122.4 eV 의 에너지 컷오프(energy cutoff) 및 
의 단파장 컷오프를 지니는 연속체 밴드의 방출에 의해서 붕괴되는 중간체를 형성시키기 위해서 81.6 eV (m = 3)을 수용함으로써 촉매로서 작용할 수 있다. 10 nm 영역에서 더 긴 파장으로 진행하는 연속체 방사 밴드는 식(43-47)에 따른 하이드리노 상태 H(1/4)에 대한 H의 이론적으로 예측된 전이와 매칭되었다.
E. 플라즈마역학 동력 전환
0.05 ml (50 mg)의 H20를 알루미늄 DSC 팬(알루미늄 도가니 30 μl, D:6.7x3 (Setaram, S08/HBB37408) 및 알루미늄 커버 D: 6,7, 스탬핑된, 타이트 (Setaram, S08/HBB37409))에 밀봉된 20 mg의 Co304 또는 CuO에 첨가하였다. Taylor-Winfield 모델 ND-24-75 스폿 웰더를 사용하여, 5/8" 외경(OD) x 3" 길이 구리 실린더를 포함하는 점화 전극에 인가된 약 8 V RMS에서의 15,000 내지 25,000 A의 전류로 각각의 샘플을 점화시켰으며, 여기서, 평탄 단부가 샘플을 한정하였다. 에너지 생성, 고도로-이온화된, 팽창 플라즈마로서 각각의 샘플을 기화시킨 큰 동력 분출이 관찰되었다. PDC 전극은 두 개의 1/16" OD 구리 와이어를 포함하였다. 자화된 PDC 전극은 연료 샘플의 평면에서 점화 전극들 둘레로 원주방향으로 놓인 1" 직경의 개방 루프(open loop)로서 성형되었다. 전류는 축 방향이었기 때문에, 고전류로부터의 자기장은 루프 PDC 전극의 윤곽에 평행한 방사상 방향이었다. 반대 비자화된 PDC 전극은 점화 전극 및 고전류의 방향에 평행하였고; 따라서, 방사상 자기장 라인들은 이러한 PDC 전극에 수직이었다. 반대 PDC 전극은 샘플의 평면 위 및 아래로 2.5" 연장되었다. PDC 전압을 표준 0.1 ohm 저항기를 가로질러 측정하였다. 6250 W의 동력을 25 V의 전압 및 250 A의 전류에 상응하는 점화 후의 한 세트의 PDC 전극들상에서 기록하였다. PDC 동력을 PDC 전극 쌍들의 수로 선형으로 스캐일링하였다.
F. H
2
O 아크
플라즈마
셀
고정된 H2O 컬럼에서 아크 플라즈마를 유발시킴에 의한 하이드리노의 형성으로부터의 높은 동력을 실험적으로 시험하였다. 실험적 H2O 아크 플라즈마 셀 동력 발생장치(800)의 개략적인 도면이 도 11에 도시되어 있다. H2O 아크 플라즈마 시스템은 구리 베이스플레이트-앤드-로드 전극(copper baseplate-and-rod electrode)(803 및 802)와 물(805)을 함유한 동심 외부 구리 실린더형 전극(801) 사이에 연결된 에너지 저장 캐패시터(806)를 포함하고, 여기서, 베이스플레이트-앤드-로드 전극(803 및 802)의 로드(802)는 물 컬럼 아래에 있다. 로드(802)는 실린더형 전극 섹션내의 절연 슬리브(804) 및 베이스플레이트(803)과 실린더(801) 사이의 나일론 블록(804)에 내장되었다. 수돗물 또는 탈이온수에 첨가된 수돗물(805)의 컬럼이 중심 로드 전극(802)과 외부 실린더형 및 원주방향 전극(801) 사이에 세워져 있다. 탈이온수와 함께 인가된 전압에서 방전이 달성되지 않았다. 두 개의 1인치 폭 x 1/8 인치 두께의 구리 바(copper bar)에 말단 볼트로 평행하게 연결된 4 개의 캐패시터(Sprague, 16uF 4500V DC, model A-109440, 30P12)를 포함하는 캐패시터 뱅크(806)가 0.6 Mohm 저항기(808)에 의해서 지면(410)에 접속된 하나의 리드(lead)에 의해서 전극을 가로질려 연결되어 있다. 캐패시터 뱅크는 1 Mohm 저항기(807)를 지니는 연결을 통한 고전압 동력 서플라이(809)(Universal Voltronics, 20kV DC, Model 1650R2)에 의해서 충전되었고, 스테인리스 스틸 전극을 포함하는 대기 스파크 갭 스위치(atmospheric-air spark gap switch: 411)에 의해서 방전되었다. 고전압은 약 3 내지 4.5 kV의 범위였다. 3 kV 미만으로의 방전은 달성되지 않았다. 방전 전류는 10 내지 13 kA의 범위였다(7000 mm 케이블을 지니는 Rogowski coil, Model CWT600LF로 측정함). 시험된 개방 셀에서의 4 ml의 H2O에 대한 예시적인 파라미터는 약 64 μF의 캐패시턴스, 약 6μH의 고유 인덕턴스(intrinsic inductance), 0.3 Ω의 고유 저항, 각각 1/2 인치 및 2.5 인치의 실린더형 전극(801) 내경(ID) 및 깊이, 1/4 인치의 로드(802) 외경(OD), 1/8"의 실린더형 전극(801)과 중심 로드(802) 사이의 거리, 약 4.5kV의 충전 전압, 및 약 20μs의 회로 시상수(circuit time)이었다. 고속으로 하이드리노를 형성시키기 위한 H2O 점화는 촉발된 물 아크 방전에 의해서 달성되며, 여기서, 아크는 높은 동력의 방출과 함께 하이드리노를 형성시키도록 반응하는 HOH 촉매 및 원자 수소의 형성을 야기시킨다. 높은 동력 분출 기둥이 천정을 충격하는 실험실 내로의 전체 H2O 함유 10 피트 높이의 초음속 분출의 생성에 의해서 입증되었다.
Parr 6774 열량계 온도계 옵션이 구비된 Parr 1341 플레인-제키티드 열량계를 사용하여 열량 측정을 수행하였다. 열량계 수조에는 2,000 g DI 물(Parr 매뉴얼에 따라서)을 넣고, H2O 아크 플라즈마 셀 동력 발생장치를 물 아래의 침지되는 내부에 넣었다. 아크 플라즈마 셀에 대한 유일한 변경은 압력 해제 채널이 구비된 컵이 실린더형 전극의 상부에 고정된 것이었다. 보정 및 점화를 위한 동력 공급원은 64 μF의 전체 용량 C를 지니는 캐패시터들의 뱅크였다. 커페시터 뱅크의 양성 연결은 8AWG 0kVDC 와이어가 구비된 셀에 연결되었으며, 음성 리드(negative lead)는 10AWG Type 90 와이어와 연결되었다. H20 아크 플라즈마의 점화의 입력 에너지 및 보정 동안의 수조 열 용량을 측정하기 위한 입력 에너지 E input 가 식
에 의해서 주어진다. 여기서, V i 및 V f 는 각각 캐패시터의 방전 전 및 후의 초기 및 최종 전압이다. 전압 분할기에 의해서 신호를 기계 범위 내로 감쇠시킨 후에 NIST 추적 가능한(traceable) 보정된(calibrated) Fluke 45 디지털 전압계를 사용하여 전압을 측정하였다.
수조를 아크 플라즈마를 생성시키지 않는 동일한 열 용량 및 변위(displacement)의 방전 셀로 가열시킴으로써 열 용량을 측정하였다. 열량계 및 아크 플라즈마 장치의 보정된 열 용량은 10,678 J/°K인 것으로 측정되었다. H20 아크 플라즈마를 유발시키기 위한 방전에 의한 캐패시터의 초기 및 최종 전압은 286.4 J의 입력 에너지에 상응하게 각각 3,05 kV 및 0.600 kV이었다. 보정된 열 용량을 이용한 점화된 H2O 아크 플라즈마로부터 방출된 에너지 및 입력 에너지에 대한 열량 측정 열적 반응에 대해서 계산된 전체 입력 에너지는 533.9 J이었다. 입력 에너지를 감산함으로써, 하이드리노의 형성에서 방출된 247.5 J이었다.
Claims (404)
- 용기를 포함하며, 전기 에너지와 열 에너지 중 적어도 하나를 발생시키는 전기화학적 전력 시스템으로서,
상기 용기는,
적어도 하나의 음극과:
적어도 하나의 양극과;
적어도 하나의 이극성 판과; 그리고
반응물들로서,
a) 적어도 하나의 H20 공급원;
b) 산소 공급원;
c) 적어도 하나의 촉매 공급원 또는 nH, O, O2, OH, OH", 및 발생기 H20 로부터 선택된 그룹 중 적어도 하나를 함유하는 촉매(여기에서 상기 n은 정수); 및
d) 적어도 하나의 원자 수소 공급원 또는 원자 수소;로부터 선택된 적어도 2개의 성분들을 함유한 반응물을 포함하며;
하나 이상의 반응물들이 상기 촉매 공급원, 상기 촉매, 상기 원자 수소 공급원, 및 상기 원자 수소 중 적어도 하나를 형성하며, 그리고
하나 이상의 반응물들이 상기 원자 수소의 촉매 작용을 개시시키며;
상기 전기화학적 전력 시스템은 전기 분해 시스템 및 양극 재생 시스템을 더 포함하는 전기화학적 전력 시스템. - 제 1 항에 있어서, 적어도 하나의 반응물이 별도의 전자 유동 및 이온 질량 이동을 통해서 전지의 작동 중에 형성되는 전기화학적 전력 시스템.
- 제 1 항에 있어서, 다공성 전극, 가스 확산 전극, 및 수 소투과 양극 중 적어도 하나를 포함하며, 산소와 H20 중 적어도 하나가 상기 음극으로 공급되고 H2가 상기 양극으로 공급되는 전기화학적 전력 시스템.
- 제 3 항에 있어서, 수소 투과 양극을 포함하는 적어도 하나의 표면을 갖는 폐쇄 수소 저장소 및 하이브리드 양극 중 적어도 하나를 포함하는 전기화학적 전력 시스템.
- 제 3 항에 있어서, 직렬과 병렬 중 적어도 하나의 방식으로 전기적으로 연결된 전지들 더미의 유닛을 구비한 카운터 전극들과 함께 백-투-백 수소투과 양극들을 포함하는 전기화학적 전력 시스템.
- 제 3 항에 있어서, 상기 전극에 연결된 매니폴드, 가스 라인, 가스 채널들을 각각 구비한 적어도 하나의 가스 공급 시스템을 더 포함하는 전기화학적 전력 시스템.
- 제 1 항에 있어서, 상기 양극은,
Mo03 + 3MgBr2 to 2MoBr3 + 3MgO(-54kJ/mole(298K)-46(600K))
MoBr3 to Mo + 3/2Br2 (284kJ/mole 0.95V/3 electrons)
MoBr3 + Ni to MoNi + 3/2Br2 (283kJ/mole 0.95V/3 electrons)
MgO + Br2 + H2 to MgBr2 + H20 (-208kJ/mole(298K)-194kJ/mole(600K))
의 재생 반응 단계들을 수행하는 전해 반응물들로부터 충전 상태 동안에 재생되는 Mo를 포함하는 전기화학적 전력 시스템. - 제 1 항에 있어서, 상기 양극은, Mo02, Mo03, Li20, 및 Li2Mo04 중 적어도 하나를 함유하는 전해 반응물들로부터 충전 상태 동안에 재생되는 MO를 포함하는 전기화학적 전력 시스템.
- 전기에너지와 열에너지 중 적어도 하나를 발생시키는 전력 시스템으로서,
적어도 하나의 용기와,
반응물들로서,
a) 적어도 하나의 촉매 공급원 또는 발생기 H20를 함유한 촉매;
b) 적어도 하나의 원자 수소 공급원 또는 원자 수소; 및
c) 적어도 하나의 전도체 및 전도성 매트릭스;
를 함유한 반응물들과;
하이드리노 반응물들을 제한하기 위한 적어도 한 세트의 전극과;
고-전류 전기에너지의 단기간 버스트(short burst)를 전달하기 위한 전원과;
재장입 시스템과;
반응 생성물들로부터 초기 반응물들을 재생하기 위한 적어도 하나의 시스템과; 그리고
적어도 하나의 직접 플라즈마-전기 변환기 및 적어도 하나의 열-전력 변환 시스템을 포함하는 전력 시스템. - 제 9 항에 있어서, 상기 용기는 대기압, 대기압 초과, 대기압 미만 중 적어도 하나의 압력이 조성될 수 있는 전력 시스템.
- 제 9 항에 있어서, 상기 반응물들은 촉매 공급원, 촉매, 원자수소 공급원, 원자 수소 중 적어도 하나를 형성하도록 전도성 매트릭스 및 H2O 공급원을 포함하는 전력 시스템.
- 제 11 항에 있어서, H2O 공급원을 포함하는 상기 반응물들은, 벌크 H20, 벌크 H20 이외의 상태, H20를 형성하고 속박된 H20를 방출하는 반응들의 적어도 하나를 수행하는 화합물 또는 화합물들 중 적어도 하나를 포함하는 전력 시스템.
- 제 12 항에 있어서, 상기 속박된 H2O는 H2O와 상호작용하는 화합물로 이루어지고, H2O는 흡착된 H2O, 속박된 H2O, 물리흡착된 H2O, 및 수화수 중 적어도 하나의 상태인 전력 시스템.
- 제 9 항에 있어서, 상기 반응물들은 벌크 H2O, 흡착된 H2O, 속박된 H2O, 물리흡착된 H2O, 및 수화수 중 적어도 하나의 방출을 수행하고 반응 생성물로서 H20를 갖는 하나 또는 그 이상의 화합물들이나 물질들, 및 도체를 포함하는 전력 시스템.
- 제 9 항에 있어서, 발생기 H20 촉매 공급원 및 원자수소 공급원 중 적어도 하나는,
a) 적어도 하나의 H20 공급원;
b) 적어도 하나의 산소 공급원; 및
c) 적어도 하나의 수소 공급원;
중 적어도 하나를 포함하는 전력 시스템. - 제 9 항에 있어서, 촉매 공급원, 촉매, 원자 수소 공급원, 및 원자 수소 중 적어도 하나를 형성하기 위한 상기 반응물들은,
H20 및 H20 공급원;
02, H20, HOOH, OOH", 과산화 이온, 초과산화 이온, 수소화물, H2, 할로겐화물, 산화물, 옥시수산화물, 수산화물, 산소를 함유하는 화합물, 수화된 화합물, 및 할로겐화물, 산화물, 옥시수산화물, 수산화물, 산소를 함유하는 화합물 중 적어도 하나의 그룹으로부터 선택된 수화된 화합물; 및
전도성 매트릭스;
중 적어도 하나를 함유하는 전력 시스템. - 제 16 항에 있어서, 상기 수산화물은 TiOOH, GdOOH, CoOOH, InOOH, FeOOH, GaOOH, NiOOH, AlOOH, CrOOH, MoOOH, CuOOH, MnOOH, ZnOOH, 및 SmOOH의 그룹으로부터 적어도 하나를 함유하고,
상기 산화물은 CuO, Cu20, CoO, Co2O3, Co304, FeO, Fe203, NiO, 및 Ni203의 그룹으로부터 적어도 하나를 함유하고,
상기 수산화물은 Cu(OH)2, Co(OH)2, Co(OH)3, Fe(OH)2, Fe(OH)3, 및 Ni(OH)2의 그룹으로부터 적어도 하나를 함유하며,
산소를 함유하는 상기 화합물은, 황산염, 인산염, 질산염, 탄산염, 탄산수소염, 크롬산염, 피로인산염, 과황산염, 과염소산염, 과브롬산염, 및 과옥소산염, MX03, MXO4 (M = Li, Na, K, Rb, Cs와 같은 알칼리 금속과 같은 금속: X = F, Br, Cl, I), 코발트 산화마그네슘, 니켈 산화마그네슘, 구리 산화마그네슘, Li20, 알칼리 금속 산화물, 알칼리토류 금속 산화물, CuO, Cr04, ZnO, MgO, CaO, Mo02, TiO2, Zr02, Si02, A1203, NiO, FeO, Fe203, Ta02, Ta2O5, VO, V02, V2O3, V205, P2O3, P205, B203, NbO, Nb02, Nb205, Se02, Se03, Te02, Te03, W02, W03, Cr304, Cr203, Cr02, Cr03, CoO, Co203, Co304, FeO, Fe203, NiO, Ni203, 희토류 산화물, Ce02, La203, 수산화물, TiOOH, GdOOH, CoOOH, InOOH, FeOOH, GaOOH, NiOOH, AlOOH, CrOOH, MoOOH, CuOOH, MnOOH, ZnOOH, 및 SmOOH의 그룹으로부터 적어도 하나를 함유하며,
상기 전도성 매트릭스는 금속분말, 탄소, 탄화물, 붕소화물, 질화물, TiCN과 같은 카르보니트릴 또는 니트릴의 그룹으로부터 적어도 하나를 함유하는 전력 시스템. - 제 9 항에 있어서, 상기 반응물들은 금속, 그것의 금속 산화물 및 H20의 혼합물로 이루어지고, 금속과 H20의 반응은 열역학적으로 유리하지 않은 전력 시스템.
- 제 9 항에 있어서, 상기 반응물들은 금속, 금속 할로겐화물 및 H20의 혼합물로 이루어지고, 금속과 H20의 반응은 열역학적으로 유리하지 않은 전력 시스템.
- 제 9 항에 있어서, 상기 반응물들은 천이 금속, 알칼리토류 금속 할로겐화물 및 H20의 혼합물로 이루어지고, 금속과 H20의 반응은 열역학적으로 유리하지 않은 전력 시스템.
- 제 9 항에 있어서, 상기 반응물들은 전도체, 흡습성 물질 및 H2O의 혼합물을 함유하는 전력 시스템.
- 제 9 항 또는 제 21 항에 있어서, 상기 전도체는 금속분말 또는 탄소분말로 이루어지고, 금속 또는 탄소와 H20의 반응은 열역학적으로 유리하지 않은 전력 시스템.
- 제 21 항에 있어서, 상기 흡습성 물질은, 브롬화리튬, 염화칼슘, 염화마그네슘, 염화아연, 탄산칼륨, 인산칼륨, KMgCl3·6(H20)와 같은 카날라이트, 구연산철암모늄, 수산화칼륨 및 수산화나트륨 및 농축된 황산과 인산, 셀룰로오스 섬유, 설탕, 캐러멜, 벌꿀, 글리세롤, 에탄올, 메탄올, 디젤 연료, 메탐페타민, 비료 화학제품, 염, 건조제, 실리카, 활성탄, 황산칼슘, 염화칼슘, 모레큐레시브, 제올라이트, 조해성 물질, 염화아연, 염화칼슘, 수산화칼륨, 수산화나트륨 및 조해성 염의 그룹 중 적어도 하나를 함유하는 전력 시스템.
- 제 23 항에 있어서, 전도체, 흡습성 물질 및 H20의 혼합물을 포함하며, (금속), (흡습성 물질), (H20)의 상대적인 분자량 범위는, 약 (0.000001 내지 100000), (0.000001 내지 100000), (0.000001 내지 100000); (0.00001 내지 10000), (0.00001 내지 10000), (0.00001 내지 10000); (0.0001 내지 1000), (0.0001 내지 1000), (0.0001 내지 1000); (0.001 내지 100), (0.001 내지 100), (0,001 내지 100); (0.01 내지 100), (0.01 내지 100), (0,01 내지 100); (0.1 내지 10), (0.1 내지 10), (0.1 내지 10); 및 (0.5 내지 1), (0.5 내지 1), (0.5 내지 1)의 적어도 하나인 전력 시스템.
- 제 18 항, 제 19 항, 제 20 항 또는 제 22 항에 있어서, H2O와 열역학적으로 유리하지 않은 반응을 하는 금속은, Cu, Ni, Pb, Sb, Bi, Co, Cd, Ge, Au, Ir, Fe, Hg, Mo, Os, Pd, Re, Rh, Ru, Se, Ag, Tc, Te, Tl, Sn, W, Al, V, Zr, Ti, Mn, Zn, Cr, 및 In의 그룹 중 적어도 하나인 전력 시스템.
- 제 25 항에 있어서, 상기 반응물들은 H2O의 추가에 의해서 재생되는 전력 시스템.
- 제 9 항에 있어서, 상기 반응물들은 금속, 그것의 금속 산화물 및 H2O의 혼합물을 포함하며, 상기 금속 산화물은 1000℃ 미만의 온도에서 H2 환원을 할 수 있는 전력 시스템.
- 제 9 항에 있어서, 상기 반응물들은,
H2 및 가벼운 열로 쉽게 환원되지 않는 산화물;
1000℃ 미만의 온도에서 H2에 의해 금속으로 환원될 수 있는 산화물을 갖는 금속; 및
H20;
의 혼합물을 포함하는 전력 시스템. - 제 27 항 또는 제 28 항에 있어서,
1000℃ 미만의 온도에서 H2에 의해 금속으로 환원될 수 있는 산화물을 갖는 금속은, Cu, Ni, Pb, Sb, Bi, Co, Cd, Ge, Au, ir, Fe, Hg, Mo, Os, Pd, Re, Rh, Ru, Se, Ag, Tc, Te, Ti, Sn, W, Al, V, Zr, Ti, Mn, Zn, Cr, 및 In의 그룹 중 적어도 하나인 전력 시스템. - 제 28 항에 있어서, H2 및 약한 열에 의해서 쉽게 환원되지 않는 금속 산화물은, 알루미나, 알칼리토금속 산화물 및 희토류 산화물 중 적어도 하나를 함유하는 전력 시스템.
- 제 9 항에 있어서, 상기 고체 연료는, 탄소 또는 활성탄 및 H20를 함유하고, 상기 혼합물은 H20의 추가를 포함하여 재수화 작용에 의해서 재생되는 전력 시스템.
- 제 9 항에 있어서, 상기 반응물들은 슬러리, 용액, 에멀션, 합성물 및 화합물 중 적어도 하나를 포함하는 전력 시스템.
- 제 9 항에 있어서, H20 몰 % 함량은 약 0.000001% 내지 100%, 0.00001% 내지 100%, 0.0001% 내지 100%, 0.001% 내지 100%, 0.01% 내지 100%, 0.1% 내지 100%, 1% 내지 100%, 10% 내지 100%, 0.1% 내지 50%, 1% 내지 25%, 및 1% 내지 10% 중 적어도 하나의 범위인 전력 시스템.
- 제 9 항에 있어서,
고-전류 전기에너지의 단기간 버스트(short burst)를 전달하기 위한 전원의 전류는, 하이드리노 반응물들로 하여금 하이드리노들(hydrinos)을 매우 높은 비율로 형성하기 위한 반응을 수행하도록 하기에 충분한 전력 시스템. - 제 9 항에 있어서, 고-전류 전기에너지의 단기간 버스트(short burst)를 전달하기 위한 전원은,
100A 내지 1,000,000A, 1kA 내지 100,000A, 10kA 내지 50kA 중 적어도 하나의 범위에 있는 전류의 높은 AC, DC, 또는 AC-DC 조합을 야기하도록 선택된 전압; 및
100A/㎠ 내지 1,000,000A/㎠, 1000A/㎠ 내지 100,000A/㎠, 및 2000A/㎠ 내지 50,000 A/㎠ 중 적어도 하나의 범위에 있는 DC 또는 피크 AC 전류 밀도; 중 적어도 하나를 포함하며,
상기 전압은 고체연료 또는 에너지물질의 전도율에 의해서 결정되고,
상기 전압은 원하는 전류에 고체연료나 에너지물질 샘플의 저항을 곱한 것에 의해 주어지고;
DC 또는 피크 AC 전압은 약 0.1V 내지 500kV, 0.1V 내지 100kV, 및 1V 내지 50kV로부터 선택된 적어도 하나의 범위에 있으며, 그리고
AC 주파수는 약 0.1Hz 내지 10GHz, 1Hz 내지 1MHz, 10Hz 내지 100kHz 및 100Hz 내지 10kHz 범위에 있는 전력 시스템. - 제 9 항에 있어서, 상기 고체연료나 에너지물질 샘플의 저항은, 약 O.OOlmilliohm 내지 100Mohm, 0.1ohm 내지 1Mohm, 및 10ohm 내지 1kohm으로부터 선택된 적어도 하나의 범위에 있고, 하이드리노스를 형성하기에 유효한 전극면적 당 적당한 부하의 전도율은, 약 10- 10ohm-1cm-2 내지 106ohm-1cm-2, 10- 5ohm-1cm-2 내지 106ohm-1cm-2, 10- 4ohm-1cm-2 내지 105ohm-1cm-2, 10- 3ohm-1cm-2 내지 104ohm-1cm-2, 10- 2ohm-1cm-2 내지 103ohm-1cm-2, 10- 1ohm-1cm-2 내지 102ohm-1cm-2, 및 1ohm-1cm-2 내지 10ohm-1cm-2로부터 선택된 적어도 하나의 범위에 있는 전력 시스템.
- 제 9 항에 있어서, 상기 재생시스템는 수화, 열적, 화학적 및 전자화학적 시스템 중 적어도 하나를 포함하는 전력 시스템.
- 제 9 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 직접 플라즈마-전기 변환기는, 플라즈마동역학 동력 변환기,직접 변환기, 자기유체역학 동력 변환기, 자기 거울 자기유체역학 동력 변환기, 전하 편류 변환기, 포스트 또는 베네시안 블라인드(Post 또는 Venetian Blind) 동력 변환기, 자이로트론, 광자 무리 마이크로파 동력 변환기, 및 광전 변환기의 그룹의 적어도 하나를 포함하며,
상기 적어도 하나의 열-전기 변환기는, 열기관, 증기기관, 증기 터빈 및 발전기, 가스 터빈 및 발전기, 랭킨-사이클 기관, 브레이턴-사이클 기관, 스털링 기관, 열이온 동력 변환기, 및 열전기 동력 변환기의 그룹의 적어도 하나를 포함하는 전력 시스템. - 용기를 포함하는 전기화학적 전력 시스템로서,
상기 용기는,
적어도 하나의 음극과;
적어도 하나의 양극과;
적어도 하나의 전해질과;
적어도 두 개의 반응물들로서,
a) 적어도 하나의 촉매 공급원 또는 발생기 H2O를 함유하는 촉매;
b) 적어도 하나의 원자 수소 공급원 또는 원자 수소;
c) 전도체 공급원, 전도성 매트릭스 공급원, 전도체, 및 전도성 매트릭스 중 적어도 하나;
로부터 선택된 두 개의 반응물들과; 그리고
내부 전류공급원 및 외부 전류 공급원으로부터 선택된 높은 이온 및 전자 전류 중 적어도 하나를 포함하는 전류를 생성하기 위한 적어도 하나의 전류 공급원을 포함하며,
상기 전기화학적 전력 시스템는 전기 및 열에너지 중 적어도 하나를 발생시키는 전기화학적 전력 시스템. - 제 39 항에 있어서,
발생기 H2O 촉매의 공급원 및 원자 수소 공급원 중 적어도 하나는,
a) 적어도 하나의 H2O 공급원;
b) 적어도 하나의 산소 공급원; 및
c) 적어도 하나의 수소 공급원;
을 포함하는 전기화학적 전력 시스템. - 제 40 항에 있어서, 전도체, 촉매 공급원, 촉매, 원자 수소 공급원, 및 원자 수소 중 적어도 하나를 형성하기 위해 하나 또는 그 이상의 고체연료 반응물을 더 포함하는 전기화학적 전력 시스템.
- 제 41 항에 있어서, 상기 반응물들은, 외부 회로에서 별도의 전자 유동 및 상기 반응물들 내의 전자 유동과 이온 질량 이동을 통해서 전지 작동중에 반응을 수행하는 전기화학적 전력 시스템.
- 제 39 항에 있어서, 상기 촉매와 원자 H의 반응은 전지 전류가 증가함에 따라서 전지 전압의 감소를 야기하는 전기화학적 전력 시스템.
- 제 41 항에 있어서, 적용되거나 내부적으로 발생된 과도한 전압, 전류, 및 전력 중 적어도 하나는 고전류의 유동에 의해 HOH 촉매 및 H 중 적어도 하나의 형성에 의해서 생성되는 전기화학적 전력 시스템.
- 제 41 항에 있어서, 전압 및 전력은 HOH 촉매, H 및 적어도 하나의 전자화학적 반응에 의해서 고전류를 운반할 수 있는 전도체 중 적어도 하나의 형성에 의해서 생성되는 전기화학적 전력 시스템.
- 제 42 항, 제 44 항 또는 제 45 항에 있어서, 고전류는 촉매와 원자 H의 반응속도를 향상시키는 전기화학적 전력 시스템.
- 제 41 항에 있어서, 상기 전자화학적 반응은 상기 전지의 적어도 하나의 전극을 통한 전자 전달을 수반하는 전기화학적 전력 시스템.
- 제 39 항에 있어서, 적어도 하나의 이극성 판을 더 포함하는 전기화학적 전력 시스템.
- 제 39 항에 있어서, 전기분해시스템 및 양극 재생시스템 중 적어도 하나를 더 포함하는 전기화학적 전력 시스템.
- 제 39 항에 있어서,
a) 다공성 전극;
b) 가스 확산 전극;
c) 수소 투과 양극으로서, 산소 및 H20 중 적어도 하나가 상기 음극으로 공급되고 H2가 상기 양극으로 공급되는, 수소 투과 양극;
d) 수산화물, 산화물, 산화니켈, 리튬화 니켈 산화물, 니켈 중 적어도 하나를 포함하는 음극; 및
e) Ni, Mo, 또는 MoCu, MoNi 또는 MoCo와 같은 Mo 합금, 수소화물을 포함하는 양극;
중 적어도 하나를 포함하는 전기화학적 전력 시스템. - 제 50 항에 있어서, 상기 전극에 연결된 매니폴드, 가스 라인, 적어도 하나의 가스 채널을 포함하는 적어도 하나의 가스 공급 시스템을 더 포함하는 전기화학적 전력 시스템.
- 제 50 항에 있어서, 상기 수소화물은 LaNi5Hx이고, 상기 음극은 TiOOH, GdOOH, CoOOH, InOOH, FeOOH, GaOOH, NiOOH, AlOOH, CrOOH, MoOOH, CuOOH, MnOOH, ZnOOH, SmOOH, 및 Mn02 중 적어도 하나인 전기화학적 전력 시스템.
- 제 41 항에 있어서, 이온 및 전자 전류 중 적어도 하나를 포함하는 전류는 상기 전해질에 의해서 운반되는 전기화학적 전력 시스템.
- 제 41 항에 있어서, 상기 전류는 전해질, 반응물들 중 적어도 하나와 전극들 사이의 전기화학적 반응에 의해서 운반되는 전기화학적 전력 시스템.
- 제 54 항에 있어서, 상기 전해질의 적어도 한 종은 적어도 하나의 반응물을 임의적으로 포함하는 전기화학적 전력 시스템.
- 제 41 항에 있어서, 상기 전자 전류는 상기 전해질의 전도체를 통해서 유동하는 전기화학적 전력 시스템.
- 제 41 항에 있어서, 상기 전도체는 전극에서 전자 전류 유동 동안에 환원반응에 의해서 형성되는 전기화학적 전력 시스템.
- 제 41 항에 있어서, 상기 전해질은 금속 이온들을 함유하는 전기화학적 전력 시스템.
- 제 58 항에 있어서, 상기 금속 이온들은 전도성 금속을 형성하기 위해 전류 유동 동안에 환원되는 전기화학적 전력 시스템.
- 제 41 항에 있어서, 상기 전류 운반 환원 전기화학적 반응은,
금속이온 to 금속;
H2O + O2 to OH";
금속 산화물 + H2O to 옥시수산화 금속 및 수산화 금속 및 OH- 중 적어도 하나; 및
옥시수산화 금속 + H20 to OH";중 적어도 하나이고,
상기 이온 전류 캐리어는 OH"인 전기화학적 전력 시스템. - 제 60 항에 있어서, 상기 양극은 H를 포함하는 전기화학적 전력 시스템.
- 제 61 항에 있어서, 상기 H20는 OH"의 산화 및 상기 양극에서 H와의 반응에 의해서 형성되는 전기화학적 전력 시스템.
- 제 61 항에 있어서, 상기 양극에서 H의 공급원은, 수소화 금속, LaNi5Hx, 상기 양극에서 전기분해에 의해서 형성된 H2, 기체로서 공급된 H2, 및 수소 투과 멤브레인을 통해서 공급된 H2 중 적어도 하나를 포함하는 전기화학적 전력 시스템.
- 제 39 항에 있어서, 상기 이온 전류는 산소를 포함하는 이온들, 산소와 수소를 포함하는 이온들, OH", OOH", O2-, 및 O2 2- 중 적어도 하나를 포함하는 전기화학적 전력 시스템.
- 제 39 항에 있어서, 상기 전해질은 산소 공급원, 수소 공급원, H2O, HOH 촉매 공급원, 및 H 공급원 중 적어도 하나를 포함하는 전기화학적 전력 시스템.
- 제 39 항에 있어서, 상기 전해질은,
적어도 하나의 수성 알칼리 금속 수산화물;
포화된 수성 KOH;
적어도 하나의 용융 수산화물;
적어도 하나의 공융 염 혼합물;
용융 수산화물과 적어도 하나의 다른 화합물의 적어도 하나의 혼합물;
용융 수산화물과 염의 적어도 하나의 혼합물;
용융 수산화물과 할로겐 염의 적어도 하나의 혼합물;
알칼리 수산화물과 할로겐화 알칼리의 적어도 하나의 혼합물;
용융 LiOH-LiBr, LiOH-NaOH, LiOH-LiBr-NaOH, LiOH-LiX-NaOH, LiOH-LiX, NaOH-NaBr, NaOH-NaI, NaOH-NaX, 및 KQH-KX(여기에서 X는 할로겐화물을 나타냄)의 그룹 중 적어도 하나;
적어도 하나의 산; 및
적어도 하나의 HCl, H3P04, 및 H2S04;
로부터 선택된 적어도 하나의 전해질을 포함하는 전기화학적 전력 시스템. - 제 41 항에 있어서, 상기 고체 연료 반응물들은 촉매 공급원, 촉매, 원자 수소 공급원, 및 원자 수소 중 적어도 하나를 형성하도록 H20 공급원 및 전도성 매트릭스를 포함하는 전기화학적 전력 시스템.
- 제 41 항에 있어서, H2O 공급원을 포함하는 상기 고체 연료 반응물들은, 벌크 H20, 벌크 H20 이외의 상태, H20를 형성하고 속박된 H20를 방출하는 반응들의 적어도 하나를 수행하는 화합물 또는 화합물들 중 적어도 하나를 함유하는 전기화학적 전력 시스템.
- 제 68 항에 있어서, 상기 속박된 H2O는 H2O와 상호작용하는 화합물로 이루어지고, H2O는 흡착된 H2O, 속박된 H2O, 물리흡착된 H2O, 및 수화수 중 적어도 하나의 상태인 전기화학적 전력 시스템.
- 제 41 항에 있어서, 상기 고체 연료 반응물들은 벌크 H2O, 흡착된 H2O, 속박된 H2O, 물리흡착된 H2O, 및 수화수 중 적어도 하나의 방출을 수행하고 반응 생성물로서 H20를 갖는 하나 또는 그 이상의 화합물들이나 물질들, 및 도체를 포함하는 전기화학적 전력 시스템.
- 제 41 항에 있어서, 촉매 공급원, 촉매, 원자 수소 공급원, 및 원자 수소 중 적어도 하나를 형성하기 위한 상기 반응물들은,
H20 및 H20 공급원;
02, H20, HOOH, OOH", 과산화 이온, 초과산화 이온, 수소화물, H2, 할로겐화물, 산화물, 옥시수산화물, 수산화물, 산소를 함유하는 화합물, 수화된 화합물, 및 할로겐화물, 산화물, 옥시수산화물, 수산화물, 산소를 함유하는 화합물 중 적어도 하나의 그룹으로부터 선택된 수화된 화합물; 및
전도성 매트릭스;
중 적어도 하나를 함유하는 전기화학적 전력 시스템. - 제 71 항에 있어서, 상기 수산화물은 TiOOH, GdOOH, CoOOH, InOOH, FeOOH, GaOOH, NiOOH, AlOOH, CrOOH, MoOOH, CuOOH, MnOOH, ZnOOH, 및 SmOOH의 그룹으로부터 적어도 하나를 함유하고,
상기 산화물은 CuO, Cu20, CoO, Co2O3, Co304, FeO, Fe203, NiO, 및 Ni203의 그룹으로부터 적어도 하나를 함유하고,
상기 수산화물은 Cu(OH)2, Co(OH)2, Co(OH)3, Fe(OH)2, Fe(OH)3, 및 Ni(OH)2의 그룹으로부터 적어도 하나를 함유하며,
산소를 함유하는 상기 화합물은, 황산염, 인산염, 질산염, 탄산염, 탄산수소염, 크롬산염, 피로인산염, 과황산염, 과염소산염, 과브롬산염, 및 과옥소산염, MX03, MXO4 (M = Li, Na, K, Rb, Cs와 같은 알칼리 금속과 같은 금속: X = F, Br, Cl, I), 코발트 산화마그네슘, 니켈 산화마그네슘, 구리 산화마그네슘, Li20, 알칼리 금속 산화물, 알칼리토류 금속 산화물, CuO, Cr04, ZnO, MgO, CaO, Mo02, TiO2, Zr02, Si02, A1203, NiO, FeO, Fe203, Ta02, Ta2O5, VO, V02, V2O3, V205, P2O3, P205, B203, NbO, Nb02, Nb205, Se02, Se03, Te02, Te03, W02, W03, Cr304, Cr203, Cr02, Cr03, CoO, Co203, Co304, FeO, Fe203, NiO, Ni203, 희토류 산화물, Ce02, La203, 수산화물, TiOOH, GdOOH, CoOOH, InOOH, FeOOH, GaOOH, NiOOH, AlOOH, CrOOH, MoOOH, CuOOH, MnOOH, ZnOOH, 및 SmOOH의 그룹으로부터 적어도 하나를 함유하며,
상기 전도성 매트릭스는 금속분말, 탄소, 탄화물, 붕소화물, 질화물, TiCN과 같은 카르보니트릴 또는 니트릴의 그룹으로부터 적어도 하나를 함유하는 전기화학적 전력 시스템. - 제 41 항에 있어서, 상기 반응물들은 금속, 금속 할로겐화물, 및 H20의 혼합물을 함유하는 하이드리노 반응물들을 구성하는 전기화학적 전력 시스템.
- 제 41 항에 있어서, 상기 반응물들은 천이 금속, 알칼리토류 금속 할로겐화물, 및 H20의 혼합물을 함유하는 하이드리노 반응물들을 구성하는 전기화학적 전력 시스템.
- 제 41 항에 있어서, 상기 반응물들은 전도체, 흡습성 물질들, 및 H20의 혼합물을 함유하는 하이드리노 반응물들을 구성하는 전기화학적 전력 시스템.
- 제 75 항에 있어서, 상기 전도체는 금속 분말 또는 탄소 분말을 함유하는 전기화학적 전력 시스템.
- 제 75 항에 있어서, 상기 흡습성 물질은,
브롬화리튬, 염화칼슘, 염화마그네슘, 염화아연, 탄산칼륨, 인산칼륨, KMgCl3·6(H20)와 같은 카날라이트, 구연산철암모늄, 수산화칼륨 및 수산화나트륨 및 농축된 황산과 인산, 셀룰로오스 섬유, 설탕, 캐러멜, 벌꿀, 글리세롤, 에탄올, 메탄올, 디젤 연료, 메탐페타민, 비료 화학제품, 염, 건조제, 실리카, 활성탄, 황산칼슘, 염화칼슘, 모레큐레시브, 제올라이트, 조해성 물질, 염화아연, 염화칼슘, 수산화칼륨, 수산화나트륨 및 조해성 염의 그룹 중 적어도 하나를 함유하는 전기화학적 전력 시스템. - 제 75 항에 있어서, 전도체, 흡습성 물질 및 H20의 혼합물을 포함하며, (금속), (흡습성 물질), (H20)의 상대적인 분자량 범위는, 약 (0.000001 내지 100000 금속), (0.000001 내지 100000 흡습성 물질), (0.000001 내지 100000 H2O); 약 (0.00001 내지 10000 금속), (0.00001 내지 10000 흡습성 물질), (0.00001 내지 10000 H20); 약 (0.0001 내지 1000 금속), (0.0001 내지 1000 흡습성 물질), (0.0001 내지 1000 H20); 약 (0.001 내지 100 금속), (0.001 내지 100 흡습성 물질), (0.001 내지 100 H20); 약 (0.01 내지 100 금속), (0.01 내지 100 흡습성 물질), (0,01 내지 100 H2O): 약 (0.1 내지 10 금속), (0.1 내지 10 흡습성 물질), (0.1 내지 10 H20); 및 약 (0.5 내지 1 금속), (0.5 내지 1 흡습성 물질), (0.5 내지 1 H2O)의 적어도 하나인 전기화학적 전력 시스템.
- 제 39 항에 있어서, 상기 반응물들은 슬러리, 용액, 에멀션, 합성물 및 화합물 중 적어도 하나를 포함하는 전기화학적 전력 시스템.
- 제 41 항에 있어서, H20 몰 % 함량은 약 0.000001% 내지 100%, 0.00001% 내지 100%, 0.0001% 내지 100%, 0.001% 내지 100%, 0.01% 내지 100%, 0.1% 내지 100%, 1% 내지 100%, 10% 내지 100%, 0.1% 내지 50%, 1% 내지 25%, 및 1% 내지 10% 중 적어도 하나의 범위인 전기화학적 전력 시스템.
- 제 39 항에 있어서, 내부 전류원 및 외부 전류원의 전류는, 하이드리노 반응물들로 하여금 하이드리노들을 매우 높은 비율로 형성하기 위한 반응을 수행하도록 하기에 충분히 높은 전기화학적 전력 시스템.
- 제 39 항에 있어서, 내부 전류원과 외부 전류원으로부터 선택된 상기 전류원은,
1A 내지 50kA, 10A 내지 10kA, 및 10A 내지 1kA 중 적어도 하나의 범위에 있는 전류의 DC, AC 또는 AC-DC 조합을 야기하도록 선택된 전압; 및
1A/㎠ 내지 50kA/㎠, 10A/㎠ 내지 10kA/㎠, 및 10A/㎠ 내지 1kA/㎠ 중 적어도 하나의 범위에 있는 DC 또는 피크 AC 전류 밀도; 중 적어도 하나를 포함하며,
상기 전압은 전해질의 전도율에 의해서 결정되고, 상기 전압은 원하는 전류에 전도체를 포함하는 전해질의 저항을 곱한 것에 의해 주어지고;
DC 또는 피크 AC 전압은 약 0.1V 내지 100V, 0.1V 내지 10V, 및 1V 내지 5V로부터 선택된 적어도 하나의 범위에 있고,
AC 주파수는 약 0.1Hz 내지 1GHz, 1Hz 내지 1MHz, 10Hz 내지 100kHz 및 100Hz 내지 10kHz 범위에 있는 전기화학적 전력 시스템. - 제 39 항에 있어서, 적어도 하나의 방전 아크가 전극들 사이에서 형성되는 전기화학적 전력 시스템.
- 제 39 항에 있어서, 상기 전해질의 저항은, 약 O.OOlmilliohm 내지 100ohm, 및 0.1ohm 내지 1ohm로부터 선택된 적어도 하나의 범위에 있고, 하이드리노스를 형성하기에 유효한 전극면적 당 전해질의 저항은, 약 0.001milliohm/㎠ 내지 10ohm/㎠ 및 0.01ohm/㎠ 내지 1ohm/㎠로부터 선택된 적어도 하나의 범위에 있는 전기화학적 전력 시스템.
- 제 39 항에 있어서, 외부 전지 표면상에 열교환기를 더 포함하며, 상기 열교환기는 냉각수 유입구와 냉각수 배출구를 더 포함하는 전기화학적 전력 시스템.
- 제 39 항에 있어서, 열기관, 증기기관, 증기 터빈 및 발전기, 가스 터빈 및 발전기, 랭킨-사이클 기관, 브레이턴-사이클 기관, 스털링 기관, 열이온 동력 변환기, 및 열전기 동력 변환기로부터 선택된 그룹의 적어도 하나를 포함하는 적어도 하나의 열-전기 변환기를 더 포함하는 전기화학적 전력 시스템.
- 제 39 항에 있어서, 상기 음극, 상기 양극, 상기 반응물들, 및 상기 외부 전류원의 조합은, 각각의 음극과 그에 대응하는 양극 사이에서 전류에 대한 기여를 유지하는 하이드리노스를 전파하도록 하이드리노스를 형성하기 위해서 원자 수소의 촉매작용을 가능하게 하는 전기화학적 전력 시스템.
- 워터 아크 플라즈마 동력 시스템으로서,
적어도 하나의 폐쇄된 반응 용기와;
적어도 하나의 H20 공급원 및 H20를 함유하는 반응물들과;
적어도 한 세트의 전극과;
H2O의 초기 높은 항복 전압을 운반하고 부수적인 고전류를 제공하기 위한 전원; 그리고
열교환기를 포함하며,
상기 동력 시스템는 아크 플라즈마, 빛, 및 열에너지를 발생시키는 워터 아크 플라즈마 동력 시스템. - 제 88 항에 있어서, H2O는,
a) 촉매공급원 또는 발생기 H2O를 함유한 촉매;
b) 원자 수소 공급원 또는 원자 수소; 및
c) 플라즈마 매질;
을 포함하는 반응물로서 기능하는 워터 아크 플라즈마 동력 시스템. - 제 88 항에 있어서, H2O 및 미량 이온들(trace ions)중 적어도 하나를 함유한 플라즈마 매질을 더 포함하는 워터 아크 플라즈마 동력 시스템.
- 제 88 항에 있어서, 아크 플라즈마가 발생되고, 반응물들로 하여금 매우 높은 비율로 하이드리노스를 형성하기 위한 반응을 거치게 하는 워터 아크 플라즈마 동력 시스템.
- 제 88 항에 있어서, H20는 아크 플라즈마에 의해서 형성되는 HOH 촉매와 H의 공급원인 워터 아크 플라즈마 동력 시스템.
- 제 88 항에 있어서, H20는, 각각 약 1℃ 내지 2000℃의 작동온도 및 0.01atm 내지 200atm의 작동압력에 대해 H2O 상태도에 따른 액체 및 기체 상태 혼합물의 표준 조건하에서 액체 상태 및 기체 상태 중 적어도 하나로서 존재하는 워터 아크 플라즈마 동력 시스템.
- 제 88 항에 있어서, 상기 플라즈마 매질은 저전압에서 아크 항복을 달성하도록 상기 매질로 하여금 더욱 전도성을 띠게 하는 염 화합물 및 용존 이온 중 적어도 하나를 함유한 이온 공급원을 포함하는 워터 아크 플라즈마 동력 시스템.
- 제 88 항에 있어서, 상기 높은 항복 전압은 약 50V 내지 100kV, 1kV 내지 50kV, 및 1kV 내지 30kV 중 적어도 하나의 범위인 워터 아크 플라즈마 동력 시스템.
- 제 88 항에 있어서, 상기 높은 전류는 약 1kA 내지 100kA, 2kA 내지 50kA, 및 10kA 내지 30kA 중 적어도 하나의 범위로서 한계를 갖는 워터 아크 플라즈마 동력 시스템.
- 제 88 항에 있어서, 상기 전원은, 0.1A/㎠ 내지 1,000,000A/㎠, 1A/㎠ 내지 1,000,000A/㎠, 10A/㎠ 내지 1,000,000A/㎠, 100A/㎠ 내지 1,000,000A/㎠, 및 1kA/㎠ 내지 1,000,000A/㎠ 중 적어도 하나의 범위로 높은 방전 전류 밀도를 제공하는 워터 아크 플라즈마 동력 시스템.
- 제 88 항에 있어서, 상기 높은 전압과 전류는 DC, AC 및 이들의 조합 중 적어도 하나가 되는 워터 아크 플라즈마 동력 시스템.
- 제 88 항에 있어서, 아크 플라즈마를 형성하기 위한 전원은 약 1kV 내지 50kV 범위의 높은 전압, 및 저항과 전압이 감소함에 따라서 증가하는 높은 전류를 공급할 수 있는 캐패시터들의 뱅크(bank)를 포함하는 다수의 캐패시터들을 포함하는 워터 아크 플라즈마 동력 시스템.
- 제 88 항에 있어서, 2차 전원을 더 포함하는 워터 아크 플라즈마 동력 시스템.
- 제 88 항에 있어서, 추가의 전력 회로 요소들 및 2차 고전류 전원 중 적어도 하나를 포함하는 워터 아크 플라즈마 동력 시스템.
- 제 101 항에 있어서, 상기 전원은 상기 아크로 동력을 부수적으로 공급하는 캐패시터들의 다수의 뱅크들을 포함하며, 캐패시터들의 각각의 방전된 뱅크는 캐패시터들의 주어진 충전된 뱅크가 방전됨에 따라서 상기 2차 전원에 의해 재충전되는 워터 아크 플라즈마 동력 시스템.
- 제 88 항에 있어서, 상기 폐쇄된 용기는 증기 배출구, 리턴(return), 및 재순환 펌프를 포함하는 보일러를 더 포함하며, 적어도 하나의 H20 위상은, 가열된 물, 초-가열된 물, 증기 중 적어도 하나로 이루어지고, 초-가열된 증기는 상기 증기 배출구를 통해서 배출되고 열적 부하 또는 기계적 부하를 공급하며,
배출 유동의 냉각 및 증기의 응축 프로세스들 중 적어도 하나가 상기 부하에 대한 화력 전달을 통해서 발생하고,
냉각된 증기 또는 물은 재순환 펌프에 의해서 펌핑되고,
냉각된 증기 또는 물은 상기 리턴을 통해서 전지로 복귀되는 워터 아크 플라즈마 동력 시스템. - 제 103 항에 있어서, 보일러 및 상기 열교환기 중 적어도 하나로부터 화력을 수용하기 위한 적어도 하나의 열-전기 변환기를 더 포함하는 워터 아크 플라즈마 동력 시스템.
- 제 104 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 열-전기 변환기는, 열기관, 증기기관, 증기 터빈 및 발전기, 가스 터빈 및 발전기, 랭킨-사이클 기관, 브레이턴-사이클 기관, 스털링 기관, 열이온 동력 변환기, 및 열전기 동력 변환기로부터 선택된 그룹의 적어도 하나를 포함하는 워터 아크 플라즈마 동력 시스템.
- 기계적인 동력 시스템으로서,
내연기관의 적어도 하나의 피스톤 실린더와;
연료로서,
a) 적어도 하나의 촉매 공급원 또는 발생기 H2O을 함유한 촉매;
b) 적어도 원자 수소 공급원 또는 원자 수소; 및
c) 적어도 하나의 전도체 및 전도성 매트릭스;
를 함유한 연료와;
적어도 하나의 밸브를 구비한 적어도 하나의 연료 유입구와;
적어도 하나의 밸브를 구비한 적어도 하나의 배기구와;
적어도 하나의 피스톤과;
적어도 하나의 크랭크축과;
고전류원과; 그리고
상기 연료를 통해서 고전류를 제한하고 안내하는 적어도 2개의 전극들을 포함하는 기계적인 동력 시스템. - 제 106 항에 있어서, 적어도 하나의 기체 또는 기체 공급원을 더 포함하는 기계적인 동력 시스템.
- 제 107 항에 있어서, 상기 기체 또는 기체 공급원이 가열되는 기계적인 동력 시스템.
- 제 106 항에 있어서, 상기 피스톤 실린더는 왕복 사이클의 다른 단계 동안에 대기압, 대기압 초과, 대기압 미만 중 적어도 하나의 압력으로 될 수 있는 기계적인 동력 시스템.
- 제 106 항에 있어서, 상기 피스톤 또는 피스톤 실린더 중 적어도 하나는 다른 전극에 대한 카운터 전극으로서 기능하게 되는 기계적인 동력 시스템.
- 제 110 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 피스톤과 상기 고전류원 사이에 전기적인 접촉을 제공하기 위해 적어도 하나의 브러쉬를 더 포함하는 기계적인 동력 시스템.
- 제 106 항에 있어서, 상기 기관의 기계적인 동력에 의해서 구동되는 발전기를 더 포함하는 기계적인 동력 시스템.
- 제 112 항에 있어서, 상기 발전기는 상기 고전류원에 동력을 제공하는 기계적인 동력 시스템.
- 제 106 항에 있어서, 연료 재생기를 더 포함하는 기계적인 동력 시스템.
- 제 106 항에 있어서, 상기 시스템의 상기 피스톤은 왕복운동을 수행하는 기계적인 동력 시스템.
- 제 106 항에 있어서, 상기 시스템는 흡입, 압축, 폭발 및 배기의 단계들로 이루어진 2행정 사이클을 포함하는 기계적인 동력 시스템.
- 제 106 항에 있어서, 상기 시스템는 폭발, 배기, 흡입 및 압축의 단계들로 이루어진 4행정 사이클을 포함하는 기계적인 동력 시스템.
- 제 106 항에 있어서, 상기 시스템는 로터리 엔진을 포함하는 기계적인 동력 시스템.
- 제 106 항에 있어서, 상기 연료는 상기 피스톤 변위 시에 피스톤 챔버 내로 유동하는 기계적인 동력 시스템.
- 제 106 항에 있어서, 왕복 사이클의 폭발 행정 동안에,
압축된 연료가 점화되고;
생성물과 어느 추가된 가스 또는 가스 공급원이 가열되고; 그리고
상기 실린더 내의 가열된 가스들은 상기 실린더 내에서 상기 피스톤을 이동시켜서 상기 크랭크축을 회전시키게 되는
기계적인 동력 시스템. - 제 106 항에 있어서, 상기 피스톤이 변위되는 경우에 연료는 상기 실린더 내로 유동하고, 점화 전에 복귀 피스톤에 의해서 압축되며, 변위된 피스톤의 복귀에 의해서 폭발 단계 후에 생성물들이 배기되는 기계적인 동력 시스템.
- 제 106 항에 있어서, 배기 가스들은 연료가 상기 실린더 내로 유동하는 동안에 통기되고, 상기 피스톤은 다른 점화 전에 연료를 압축하는 기계적인 동력 시스템.
- 제 114 항에 있어서, 배치된 생성물은 상기 재생 시스템으로 유동하는 기계적인 동력 시스템.
- 제 107 항에 있어서, 연료의 점화로부터 나오는 열의 변환을 지원하기 위해서 임의의 추가 가스 또는 가스 공급원이 회수, 재생, 및 재순환되는 기계적인 동력 시스템.
- 제 106 항에 있어서, 상기 연료는 촉매 공급원, 촉매, 원자 수소 공급원, 및 원자 수소 중 적어도 하나를 형성하기 위해 H20 공급원 및 전도성 매트릭스를 함유하는 기계적인 동력 시스템.
- 제 106 항에 있어서, 상기 연료는, 벌크 H20, 벌크 H20 이외의 상태, H20를 형성하고 속박된 H20를 방출하는 반응들의 적어도 하나를 수행하는 화합물 또는 화합물들 중 적어도 하나를 함유하는 기계적인 동력 시스템.
- 제 126 항에 있어서, 상기 속박된 H2O는 H2O와 상호작용하는 화합물로 이루어지고, H2O는 흡착된 H2O, 속박된 H2O, 물리흡착된 H2O, 및 수화수 중 적어도 하나의 상태인 기계적인 동력 시스템.
- 제 106 항에 있어서, 상기 연료는 벌크 H2O, 흡착된 H2O, 속박된 H2O, 물리흡착된 H2O, 및 수화수 중 적어도 하나의 방출을 수행하고 반응 생성물로서 H20를 갖는 하나 또는 그 이상의 화합물들이나 물질들, 및 도체를 포함하는 기계적인 동력 시스템.
- 제 106 항에 있어서, 발생기 H20 촉매 공급원 및 원자수소 공급원 중 적어도 하나는,
a) 적어도 하나의 H20 공급원;
b) 적어도 하나의 산소 공급원; 및
c) 적어도 하나의 수소 공급원;
중 적어도 하나를 포함하는 기계적인 동력 시스템. - 제 106 항에 있어서, 촉매 공급원, 촉매, 원자 수소 공급원, 및 원자 수소 중 적어도 하나를 형성하기 위한 상기 연료는,
a) H20 및 H20 공급원;
b) 02, H20, HOOH, OOH", 과산화 이온, 초과산화 이온, 수소화물, H2, 할로겐화물, 산화물, 옥시수산화물, 수산화물, 산소를 함유하는 화합물, 수화된 화합물, 및 할로겐화물, 산화물, 옥시수산화물, 수산화물, 산소를 함유하는 화합물 중 적어도 하나의 그룹으로부터 선택된 수화된 화합물; 및
c) 전도성 매트릭스;
중 적어도 하나를 함유하는 기계적인 동력 시스템. - 제 130 항에 있어서, 다음의 관계들
상기 수산화물은 TiOOH, GdOOH, CoOOH, InOOH, FeOOH, GaOOH, NiOOH, AlOOH, CrOOH, MoOOH, CuOOH, MnOOH, ZnOOH, 및 SmOOH의 그룹으로부터 적어도 하나를 함유;
상기 산화물은 CuO, Cu20, CoO, Co2O3, Co304, FeO, Fe203, NiO, 및 Ni203의 그룹으로부터 적어도 하나를 함유;
상기 수산화물은 Cu(OH)2, Co(OH)2, Co(OH)3, Fe(OH)2, Fe(OH)3, 및 Ni(OH)2의 그룹으로부터 적어도 하나를 함유;
산소를 함유하는 상기 화합물은, 황산염, 인산염, 질산염, 탄산염, 탄산수소염, 크롬산염, 피로인산염, 과황산염, 과염소산염, 과브롬산염, 및 과옥소산염, MX03, MXO4 (M = Li, Na, K, Rb, Cs와 같은 알칼리 금속과 같은 금속: X = F, Br, CI, I), 코발트 산화마그네슘, 니켈 산화마그네슘, 구리 산화마그네슘, Li20, 알칼리 금속 산화물, 알칼리토류 금속 산화물, CuO, Cr04, ZnO, MgO, CaO, Mo02, TiO2, Zr02, Si02, A1203, NiO, FeO, Fe203, Ta02, Ta2O5, VO, V02, V2O3, V205, P2O3, P205, B203, NbO, Nb02, Nb205, Se02, Se03, Te02, Te03, W02, W03, Cr304, Cr203, Cr02, Cr03, CoO, Co203, Co304, FeO, Fe203, NiO, Ni203, 희토류 산화물, Ce02, La203, 수산화물, TiOOH, GdOOH, CoOOH, InOOH, FeOOH, GaOOH, NiOOH, AlOOH, CrOOH, MoOOH, CuOOH, MnOOH, ZnOOH, 및 SmOOH의 그룹으로부터 적어도 하나를 함유; 그리고
상기 전도성 매트릭스는 금속분말, 탄소, 탄화물, 붕소화물, 질화물, TiCN과 같은 카르보니트릴 또는 니트릴의 그룹으로부터 적어도 하나를 함유;
중 적어도 하나가 존재하는 기계적인 동력 시스템. - 제 106 항에 있어서, 상기 연료는 금속, 그것의 금속 산화물 및 H20의 혼합물로 이루어지고, 금속과 H20의 반응은 열역학적으로 유리하지 않은 기계적인 동력 시스템.
- 제 106 항에 있어서, 상기 연료는 금속, 금속 할로겐화물 및 H20의 혼합물로 이루어지고, 금속과 H20의 반응은 열역학적으로 유리하지 않은 기계적인 동력 시스템.
- 제 106 항에 있어서, 상기 연료는 천이 금속, 알칼리토류 금속 할로겐화물 및 H20의 혼합물로 이루어지고, 금속과 H20의 반응은 열역학적으로 유리하지 않은 기계적인 동력 시스템.
- 제 106 항에 있어서, 상기 연료는 전도체, 흡습성 물질 및 H2O의 혼합물을 함유하는 기계적인 동력 시스템.
- 제 135 항에 있어서, 상기 전도체는 금속분말 또는 탄소분말로 이루어지고, 금속 또는 탄소와 H20의 반응은 열역학적으로 유리하지 않은 기계적인 동력 시스템.
- 제 135 항에 있어서, 상기 흡습성 물질은, 브롬화리튬, 염화칼슘, 염화마그네슘, 염화아연, 탄산칼륨, 인산칼륨, KMgCl3·6(H20)와 같은 카날라이트, 구연산철암모늄, 수산화칼륨 및 수산화나트륨 및 농축된 황산과 인산, 셀룰로오스 섬유, 설탕, 캐러멜, 벌꿀, 글리세롤, 에탄올, 메탄올, 디젤 연료, 메탐페타민, 비료 화학제품, 염, 건조제, 실리카, 활성탄, 황산칼슘, 염화칼슘, 모레큐레시브, 제올라이트, 조해성 물질, 염화아연, 염화칼슘, 수산화칼륨, 수산화나트륨 및 조해성 염의 그룹 중 적어도 하나를 함유하는 기계적인 동력 시스템.
- 제 135 항에 있어서, 전도체, 흡습성 물질 및 H20의 혼합물을 포함하며, (금속), (흡습성 물질), (H20)의 상대적인 분자량 범위는, 약 (0.000001 내지 100000 금속), (0.000001 내지 100000 흡습성 물질), (0.000001 내지 100000 H2O); 약 (0.00001 내지 10000 금속), (0.00001 내지 10000 흡습성 물질), (0.00001 내지 10000 H20); 약 (0.0001 내지 1000 금속), (0.0001 내지 1000 흡습성 물질), (0.0001 내지 1000 H20); 약 (0.001 내지 100 금속), (0.001 내지 100 흡습성 물질), (0.001 내지 100 H20); 약 (0.01 내지 100 금속), (0.01 내지 100 흡습성 물질), (0,01 내지 100 H2O): 약 (0.1 내지 10 금속), (0.1 내지 10 흡습성 물질), (0.1 내지 10 H20); 및 약 (0.5 내지 1 금속), (0.5 내지 1 흡습성 물질), (0.5 내지 1 H2O)의 적어도 하나인 기계적인 동력 시스템.
- 제 132 항, 제 133 항, 제 134 항 또는 제 136 항에 있어서, H2O와 열역학적으로 유리하지 않은 반응을 하는 금속은, Cu, Ni, Pb, Sb, Bi, Co, Cd, Ge, Au, Ir, Fe, Hg, Mo, Os, Pd, Re, Rh, Ru, Se, Ag, Tc, Te, Tl, Sn, W, Al, V, Zr, Ti, Mn, Zn, Cr, 및 In의 적어도 하나로부터 선택되는 기계적인 동력 시스템.
- 제 139 항에 있어서, 상기 연료는 H2O의 추가에 의해서 재생되는 기계적인 동력 시스템.
- 제 106 항에 있어서, 상기 연료는, 금속, 그것의 금속 산화물 및 H2O의 혼합물을 포함하며, 상기 금속 산화물은 1000℃ 미만의 온도에서 H2 환원을 할 수 있는 기계적인 동력 시스템.
- 제 106 항에 있어서, 상기 연료는,
a) H2 및 가벼운 열로 쉽게 환원되지 않는 산화물;
b) 1000℃ 미만의 온도에서 H2에 의해 금속으로 환원될 수 있는 산화물을 갖는 금속; 및
c) H20;
의 혼합물을 함유하는 기계적인 동력 시스템. - 제 141 항 또는 제 142 항에 있어서, 1000℃ 미만의 온도에서 H2에 의해 금속으로 환원될 수 있는 산화물을 갖는 금속은, Cu, Ni, Pb, Sb, Bi, Co, Cd, Ge, Au, Ir, Fe, Hg, Mo, Os, Pd, Re, Rh, Ru, Se, Ag, Tc, Te, Ti, Sn, W, Al, V, Zr, Ti, Mn, Zn, Cr, 및 In의 그룹 중 적어도 하나인 기계적인 동력 시스템.
- 제 141 항 또는 제 142 항에 있어서, H2 및 약한 열에 의해서 쉽게 환원되지 않는 금속 산화물은, 알루미나, 알칼리토금속 산화물 및 희토류 산화물 중 적어도 하나를 함유하는 기계적인 동력 시스템.
- 제 114 항에 있어서, 상기 연료는, 탄소 또는 활성탄 및 H2O를 함유하고, 상기 혼합물은 H2O의 추가를 포함하여 재수화 작용에 의해서 재생되는 전력 시스템.
- 제 106 항에 있어서, 상기 연료는 슬러리, 용액, 에멀션, 합성물 및 화합물 중 적어도 하나를 포함하는 전력 시스템.
- 제 106 항에 있어서, H20 몰 % 함량은 약 0.000001% 내지 100%, 0.00001% 내지 100%, 0.0001% 내지 100%, 0.001% 내지 100%, 0.01% 내지 100%, 0.1% 내지 100%, 1% 내지 100%, 10% 내지 100%, 0.1% 내지 50%, 1% 내지 25%, 및 1% 내지 10% 중 적어도 하나의 범위인 기계적인 동력 시스템.
- 제 106 항에 있어서, 고전류 전기에너지의 단기간 버스트(short burst)를 전달하기 위한 전원의 전류는, 연료로 하여금 하이드리노들을 매우 높은 비율로 형성하기 위한 반응을 수행하도록 하기에 충분한 기계적인 동력 시스템.
- 제 106 항에 있어서, 고-전류 전기에너지의 단기간 버스트(short burst)를 전달하기 위한 전원은, H20 아크 플라즈마를 달성하기 위한 높은 전압이 가능한 기계적인 동력 시스템.
- 제 106 항에 있어서, 고-전류 전기에너지의 단기간 버스트(short burst)를 전달하기 위한 전원은,
100A 내지 1,000,000A, 1kA 내지 100,000A, 10kA 내지 50kA 중 적어도 하나의 범위에 있는 전류의 높은 AC, DC, 또는 AC-DC 조합을 야기하도록 선택된 전압; 및
100A/㎠ 내지 1,000,000A/㎠, 1000A/㎠ 내지 100,000A/㎠, 및 2000A/㎠ 내지 50,000 A/㎠ 중 적어도 하나의 범위에 있는 DC 또는 피크 AC 전류 밀도;
중에서 적어도 하나를 포함하며,
상기 전압은 상기 연료의 전도율에 의해서 결정되고,
상기 전압은 원하는 전류에 연료의 저항을 곱한 것에 의해 주어지고;
DC 또는 피크 AC 전압은 약 0.1 V 내지 500kV, 0.1V 내지 100kV, 및 1V 내지 50kV로부터 선택된 적어도 하나의 범위에 있으며, 그리고
AC 주파수는 약 0.1Hz 내지 10GHz, 1Hz 내지 1MHz, 10Hz 내지 100kHz 및 100Hz 내지 10kHz 범위에 있는 기계적인 동력 시스템. - 제 106 항에 있어서, 상기 연료의 저항은, 약 O.OOlmilliohm 내지 100Mohm, 0.1ohm 내지 1Mohm, 및 10ohm 내지 1kohm으로부터 선택된 적어도 하나의 범위에 있고, 하이드리노스를 형성하기에 유효한 전극면적 당 적당한 부하의 전도율은, 약 10-10ohm-1cm-2 내지 106ohm-1cm-2, 10- 5ohm-1cm-2 내지 106ohm-1cm-2, 10- 4ohm-1cm-2 내지 105ohm-1cm-2, 10- 3ohm-1cm-2 내지 104ohm-1cm-2, 10- 2ohm-1cm-2 내지 103ohm-1cm-2, 10- 1ohm-1cm-2 내지 102ohm-1cm-2, 및 1ohm-1cm-2 내지 10ohm-1cm-2로부터 선택된 적어도 하나의 범위에 있는 기계적인 동력 시스템.
- 제 114 항에 있어서, 상기 재생시스템는 수화, 열적, 화학적 및 전자화학적 시스템 중 적어도 하나를 포함하는 기계적인 동력 시스템.
- 제 106 항에 있어서, 상기 전지에 의해서 생성된 열을 제거하고 그것을 부하로 운반하기 위해 외부 실린더 표면 상에 열교환기를 더 포함하며,
상기 열교환기는 부하로부터 냉각수를 수용하기 위한 냉각수 유입구 및 더워진 냉각수를 상기 부하로 공급하거나 복귀시키기 위한 냉각수 배출구를 포함하며,
상기 열은 직접적으로 사용되거나 또는 대응하는 변환기를 사용하여 기계적이거나 전기적인 동력으로 변환되고, 그리고
적어도 하나의 열-전기 변환기는, 열기관, 증기기관, 증기 터빈 및 발전기, 가스 터빈 및 발전기, 랭킨-사이클 기관, 브레이턴-사이클 기관, 스털링 기관, 열이온 동력 변환기, 및 열전기 동력 변환기의 그룹의 적어도 하나를 포함하는 기계적인 동력 시스템. - 발전 시스템으로서,
적어도 약 2,000A/㎠의 전원과;
상기 전원에 전기적으로 연결된 다수의 전극들과;
고체 연료를 수용하도록 구성된 연료 장입 영역으로서, 상기 다수의 전극들이 플라즈마를 생성하기 위해 상기 고체 연료로 전력을 운반하도록 구성되어 있는 연료 장입 영역과; 그리고
상기 플라즈마의 적어도 일부를 수용하도록 위치된 플라즈마 전력 변환기를 포함하는 발전 시스템. - 제 154 항에 있어서, 촉매-유도 하이드리노 천이 전지를 더 포함하며, 상기 다수의 전극들 중 2개는 상기 촉매-유도 하이드리노 천이 전지에 포함된 발전 시스템.
- 제 155 항에 있어서, 상기 발전 시스템은 다수의 촉매 유도 하이드리노 천이 전지들을 포함하는 발전 시스템.
- 제 154 항에 있어서, 상기 다수의 전극들 중 제 1 전극이 이동 가능한 발전 시스템.
- 제 157 항에 있어서, 상기 다수의 전극들 중 제 2 전극이 이동 가능하고, 상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극은 그들이 이동함에 따라서 상기 연료 부하 영역의 크기를 변화시키는 발전 시스템.
- 제 154 항에 있어서, 상기 다수의 전극들 중 적어도 제 1 전극은 압축 기구를 포함하는 발전 시스템.
- 제 159 항에 있어서, 상기 압축 기구는 이동 가능한 발전 시스템.
- 제 160 항에 있어서, 상기 다수의 전극들 중 적어도 제 2 전극은 압축 기구를 포함하고, 상기 제 1 전극의 상기 압축 기구 및 상기 제 2 전극의 상기 압축 기구는 그들이 이동함에 따라서 서로 상호작용하는 발전 시스템.
- 제 158 항에 있어서, 상기 압축 기구는 회전 가능한 기어를 포함하는 발전 시스템.
- 제 158 항에 있어서, 상기 압축 기구는 회전 가능한 롤러들을 포함하는 발전 시스템.
- 제 154 항에 있어서, 연료를 상기 연료 장입 영역 내로 이동시키기 위한 운반 기구를 더 포함하는 발전 시스템.
- 제 164 항에 있어서, 상기 운반 기구는 캐러셀(carousel)을 포함하는 발전 시스템.
- 제 164 항에 있어서, 상기 운반 기구는 컨베이어 벨트를 포함하는 발전 시스템.
- 제 164 항에 있어서, 상기 운반 기구는 호퍼를 포함하는 발전 시스템.
- 제 164 항에 있어서, 상기 운반 기구는 상기 연료 장입 영역의 연료 배출을 또한 이동시키는 발전 시스템.
- 제 154 항에 있어서, 상기 플라즈마 전력 변환기는 플라즈마동역학 동력 변환기, 자기유체역학 동력 변환기, 자기 미러 자기유체역학 동력 변환기, 전하 편류 변환기, 포스트 또는 베네시안 블라인드(Post or Venetian Blind) 동력 변환기, 자이로트론, 광자-무리 초고주파 동력 변환기, 및 광전 변환기 중 적어도 하나를 포함하는 발전 시스템.
- 제 154 항에 있어서, 상기 연료 장입 영역으로부터 상기 연료의 부산물을 제거하기 위한 제거 시스템를 더 포함하며, 상기 부산물은 상기 다수의 전극들이 상기 연료 장입 영역으로 동력을 전달하는 경우에 생성되는 발전 시스템.
- 제 170 항에 있어서, 상기 연료를 상기 연료 장입 영역 밖으로 이동시키도록 구성된 운반 기구를 더 포함하는 발전 시스템.
- 제 171 항에 있어서, 상기 연료의 상기 부산물을 처리하기 위한 재생 시스템을 더 포함하는 발전 시스템.
- 제 171 항에 있어서, 상기 연료의 상기 부산물을 응축하기 위한 응축기를 더 포함하는 발전 시스템.
- 제 154 항에 있어서, 상기 플라즈마 동력 변환기에 의해서 변환된 동력의 질을 변경시키기 위한 출력 동력 컨디셔너를 더 포함하는 발전 시스템.
- 제 154 항에 있어서, 열교환기 및 냉 각라인을 포함하는 온도 조절 시스템을 더 포함하는 발전 시스템.
- 제 154 항에 있어서, 상기 발전 시스템과 연관된 적어도 하나의 매개변수를 측정하도록 구성된 센서를 더 포함하는 발전 시스템.
- 제 154 항에 있어서, 상기 발전 시스템과 연관된 적어도 하나의 매개변수를 모니터링하도록 구성된 컨트롤러를 더 포함하는 발전 시스템.
- 제 177 항에 있어서, 상기 컨트롤러는 상기 발전 시스템과 연관된 적어도 하나의 프로세스를 제어하도록 구성된 발전 시스템.
- 제 178 항에 있어서, 상기 발전 시스템과 연관된 적어도 하나의 매개변수를 측정하도록 구성된 하나 또는 그 이상의 센서를 더 포함하며, 상기 컨트롤러는 상기 적어도 하나의 측정된 매개변수에 기초하여 적어도 상기 발전 시스템과 연관된 프로세스를 제어하도록 구성된 발전 시스템.
- 제 154 항에 있어서, 상기 전원은 적어도 약 5,000A/㎠, 적어도 약 12,000A/㎠, 적어도 약 14,000A/㎠, 적어도 약 18,000A/㎠, 또는 적어도 약 25,000A/㎠의 전원인 발전 시스템.
- 제 154 항에 있어서, 상기 전원은 약 5,000A/㎠ 내지 약 100,000A/㎠, 또는 약 10,000A/㎠ 내지 약 50,000A/㎠ 범위의 전원인 발전 시스템.
- 발전 시스템으로서,
다수의 전극들과;
상기 다수의 전극들 사이에서 위치하고 전도성 연료를 수용하도록 구성된 연료 장입 영역으로서, 상기 다수의 전극들이 상기 전도성 연료를 점화시키기에 충분한 전류를 상기 전도성 연료에 공급하여 플라즈마 및 화력 중 적어도 하나를 발생시키도록 구성된 연료 장입 영역과;
상기 전도성 연료를 상기 연료 장입 영역 내로 이동시키기 위한 운반 기구와; 그리고
플라즈마를 비-플라즈마 형태의 동력으로 변환시키도록 구성된 플라즈마-전력 변환기, 또는 화력을 전력이나 기계적 동력을 포함한 비-화력 형태의 동력으로 변환시키기 위한 열-전기 또는 기계적 변환기를 포함하는 발전 시스템. - 제 182 항에 있어서, 상기 플라즈마-전력 변환기에 의해서 변환된 동력의 질을 변경시키기 위한 출력 동력 컨디셔너를 더 포함하는 발전 시스템.
- 제 183 항에 있어서, 상기 출력 동력 컨디셔너에 의해서 조율된 동력을 출력하기 위한 하나 또는 그 이상의 출력 동력 터미널을 더 포함하는 발전 시스템.
- 제 182 항에 있어서, 상기 비-플라즈마 형태의 동력은 기계적 에너지, 핵에너지, 화학적 에너지, 열에너지, 전기적 에너지 및 전자기적 에너지 중 적어도 하나를 포함하는 발전 시스템.
- 제 182 항에 있어서, 상기 점화된 연료의 부산물을 제거하기 위한 제거시스템 및 상기 점화된 연료의 상기 부산물을 재활용하기 위한 재생 시스템을 더 포함하는 발전 시스템.
- 제 182 항에 있어서, 컨트롤러, 및 상기 발전 시스템과 연관된 적어도 하나의 매개변수를 측정하도록 구성된 센서를 더 포함하며, 상기 컨트롤러는 상기 적어도 하나의 매개변수를 기초하여 상기 발전 시스템의 적어도 일부를 제어하도록 구성된 발전 시스템.
- 발전 방법으로서,
일정량의 연료를 다수의 전극들 사이에 위치한 연료 장입 영역으로 운반하는 단계와;
플라즈마, 빛, 및 열 중 적어도 하나를 생성하도록 상기 다수의 전극들로 전류를 인가하여 상기 연료를 통해서 적어도 약 2,000A/㎠의 전류를 유동시킴으로써 상기 연료를 점화시키는 단계와;
플라즈마-전기 변환기에서 플라즈마의 적어도 일부를 수용하는 단계와;
상기 플라즈마-전기 변환기를 사용하여 플라즈마를 다른 형태의 동력으로 변환시키는 단계와; 그리고
상기 다른 형태의 동력을 출력하는 단계를 포함하는 발전 방법. - 제 188 항에 있어서, 상기 연료 장입 영역으로부터 일정량의 연료 부산물을 제거하는 단계, 및 상기 연료 부산물의 적어도 일부를 재생하는 단계를 더 포함하는 발전 방법.
- 제 188 항에 있어서, 상기 점화 프로세스에 의해서 생성된 열의 적어도 일부를 제거하는 단계를 더 포함하는 발전 방법.
- 제 188 항에 있어서, 상기 다른 형태의 동력을 출력하는 단계는 동력을 외부 부하로 운반하는 단계를 포함하는 발전 방법.
- 제 188 항에 있어서, 상기 다른 형태의 동력을 출력하는 단계는 동력을 저장 시스템으로 운반하는 단계를 포함하는 발전 방법.
- 제 188 항에 있어서, 상기 다른 형태의 동력을 출력하는 단계는 동력을 상기 다수의 전극들로 운반하는 단계를 포함하는 발전 방법.
- 발전 시스템으로서,
적어도 약 5,000kW의 전원과;
다수의 이격된 전극들로서, 상기 다수의 전극들은 연료를 적어도 부분적으로 에워싸고, 상기 전원에 전기적으로 연결되고, 상기 연료를 점화시키기 위한 전류를 수용하도록 구성되고, 상기 다수의 전극들 중 적어도 하나는 이동이 가능한 다수의 이격된 전극들과;
상기 연료를 운반하기 위한 운반 기구와; 그리고
상기 연료의 점화로부터 발생된 플라즈마를 비-플라즈마 형태의 동력으로 변환하도록 구성된 플라즈마-전력 변환기를 포함하는 발전 시스템. - 발전 시스템으로서,
적어도 약 2,000A/㎠의 전원과;
다수의 이격된 전극들로서, 상기 다수의 전극들은 연료를 적어도 부분적으로 에워싸고, 상기 전원에 전기적으로 연결되고, 상기 연료를 점화시키기 위한 전류를 수용하도록 구성되고, 상기 다수의 전극들 중 적어도 하나는 이동이 가능한 다수의 이격된 전극들과;
상기 연료를 운반하기 위한 운반 기구와; 그리고
상기 연료의 점화로부터 발생된 플라즈마를 비-플라즈마 형태의 동력으로 변환하도록 구성된 플라즈마-전력 변환기를 포함하는 발전 시스템. - 제 194 항 또는 제 195 항에 있어서,
상기 플라즈마-전력 변환기에 의해서 변환된 동력의 질을 변경시키기 위한 출력 동력 컨디셔너; 및
상기 출력 동력 컨디셔너에 의해서 조율된 동력을 출력하기 위한 하나 또는 그 이상의 출력 동력 터미널;
을 더 포함하는 발전 시스템. - 제 194 항 또는 제 195 항에 있어서, 상기 발전 시스템은 2개의 전극들을 포함하고, 상기 전극들 모두는 상기 운반 기구가 상기 연료를 이동시킬 수 있게 하기 위하여 서로에 대해 이동될 수 있는 발전 시스템.
- 제 194 항 또는 제 195 항에 있어서, 상기 다수의 전극들은 촉매 유도 하이드리노 천이 전지의 일부분인 발전 시스템.
- 제 198 항에 있어서, 상기 발전 시스템은 다수의 촉매 유도 하이드리노 천이 전지들을 포함하며, 각각의 촉매 유도 하이드리노 천이 전지는 연료 장입 영역을 에워싸는 한 쌍의 전극을 포함하며, 상기 한 쌍의 전극 중 적어도 하나에 대하여 상기 전극들이 서로에 대해서 이동될 수 있어서 상기 운반 기구가 연료를 상기 연료 장입 영역으로 운반할 수 있는 발전 시스템.
- 발전 시스템으로서,
적어도 약 5,000kW의 전원과;
다수의 이격된 전극들로서, 상기 다수의 전극들 중 적어도 하나는 압축 기구를 포함하는 다수의 이격된 전극들과;
연료를 수용하도록 구성된 연료 장입 영역으로서, 상기 연료 장입 영역은 상기 다수의 전극들에 의해서 에워싸여서 상기 적어도 하나의 전극의 상기 압축 기구는 상기 압축 장입 영역을 지향하게 되고, 상기 다수의 전극들은 상기 전원에 전기적으로 연결되고, 상기 연료를 점화시키기 위해 상기 연료 장입 영역에 수용된 연료로 동력을 공급하도록 구성된 연료 장입 영역과;
상기 연료를 상기 연료 장입 영역 내로 운반하기 위한 운반 기구와; 그리고
상기 연료의 점화로부터 발생된 플라즈마 동력을 비-플라즈마 형태의 동력으로 변환하도록 구성된 플라즈마 동력 변환기를 포함하는 발전 시스템. - 발전 시스템으로서,
적어도 약 2,000A/㎠의 전원과;
다수의 이격된 전극들로서, 상기 다수의 전극들 중 적어도 하나는 압축 기구를 포함하는 다수의 이격된 전극들과;
연료를 수용하도록 구성된 연료 장입 영역으로서, 상기 연료 장입 영역은 상기 다수의 전극들에 의해서 에워싸여서 상기 적어도 하나의 전극의 상기 압축 기구는 상기 연료 장입 영역을 지향하게 되고, 상기 다수의 전극들은 상기 전원에 전기적으로 연결되고, 상기 연료를 점화시키기 위해 상기 연료 장입 영역에 수용된 상기 연료에 동력을 공급하도록 구성된 연료 장입 영역과;
상기 연료를 상기 연료 장입 영역 내로 운반하기 위한 운반 기구와; 그리고
상기 연료의 점화로부터 발생된 플라즈마 동력을 비-플라즈마 형태의 동력으로 변환하도록 구성된 플라즈마 동력 변환기를 포함하는 발전 시스템. - 제 48 항에 있어서,
상기 플라즈마 동력 변환기에 의해서 변환된 동력의 질을 변경시키기 위한 출력 동력 컨디셔너; 및
상기 출력 동력 컨디셔너에 의해서 조율된 동력을 출력하기 위한 하나 또는 그 이상의 출력 동력 터미널을 더 포함하는 발전 시스템. - 제 200 항 또는 제 201 항에 있어서,
상기 압축기구는 이동 가능한 발전 시스템. - 제 200 항 또는 제 201 항에 있어서, 각각의 상기 전극들이 압축 기구를 포함하고, 상기 압축 기구들은 전기적인 접촉 및 상기 연료의 점화를 증진시키도록 상호작용하는 발전 시스템.
- 제 200 항 또는 제 201 항에 있어서, 상기 압축 기구는 회전 가능한 발전 시스템.
- 제 205 항에 있어서, 상기 압축 기구는 기어와 롤러 중 적어도 하나를 포함하는 발전 시스템.
- 발전 시스템으로서,
다수의 전극들과;
상기 다수의 전극들에 의해서 에워싸이고 연료를 수용하도록 구성된 연료 장입 영역으로서, 상기 다수의 전극들이 상기 연료 장입 영역에 위치된 연료를 점화시키도록 구성된 연료 장입 영역과;
상기 연료를 상기 연료 장입 영역 내로 이동시키기 위한 운반 기구와;
상기 연료의 점화로부터 발생된 플라즈마를 비-플라즈마 형태의 동력으로 변환시키도록 구성된 플라즈마 동력 변환기와;
점화된 연료의 부산물을 제거하기 위한 제거 시스템과; 그리고
점화된 연료의 제거된 부산물을 재생된 연료로 재활용하기 위해 상기 제거시스템에 작동 가능하게 연결된 재생 시스템을 포함하는 발전 시스템. - 제 207 항에 있어서, 상기 재생된 연료를 상기 연료 장입 영역 내로 이동시키기 위한 상기 운반 기구로 상기 재생된 연료를 재도입하기 위해 상기 재생 시스템에 작동 가능하게 연결된 재장입 시스템를 더 포함하는 발전 시스템.
- 제 207 항에 있어서, 상기 연료의 부산물을 응축하기 위한 응축기를 더 포함하는 발전 시스템.
- 제 207 항에 있어서, 열교환기 및 냉각 라인을 포함하는 온도 조절시스템을 더 포함하며, 상기 냉각 라인은 상기 연료 장입 영역에서 상기 연료의 점화에 의해 발생된 열의 일부를 상기 재생 시스템으로 배향시키는 발전 시스템.
- 발전 시스템으로서,
적어도 약 2,000A/㎠의 전류를 출력하도록 구성된 전원과;
상기 전원에 전기적으로 연결된 다수의 이격된 전극들과;
연료를 수용하도록 구성된 연료 장입 영역으로서, 상기 연료 장입 영역은 상기 다수의 전극들에 의해서 에워싸이고, 상기 다수의 전극들은 상기 연료가 상기 연료 장입 영역에 수용되는 경우 상기 연료를 점화시키기 위해 상기 연료에 동력을 공급하도록 구성된 연료 장입 영역과;
상기 연료를 상기 연료 장입 영역 내로 운반하기 위한 운반 기구와;
상기 연료의 점화로부터 발생된 플라즈마를 전력으로 변환하도록 구성된 플라즈마-전력 변환기와;
상기 플라즈마-전력 변환기에 작동 가능하게 연결된 하나 또는 그 이상의 출력 동력 터미널과; 그리고
축전 시스템을 포함하는 발전 시스템. - 제 211 항에 있어서, 상기 플라즈마-전력 변환기에 의해서 변환된 동력의 질을 변경시키기 위해 상기 플라즈마-전력 변환기에 작동 가능하게 연결된 출력 동력 컨디셔너를 더 포함하는 발전 시스템.
- 제 211 항에 있어서, 상기 축전 시스템은 상기 하나 또는 그 이상의 출력 동력 터미널들로부터 제공되는 동력의 적어도 일부를 수용하도록 상기 하나 또는 그 이상의 출력 동력 터미널들에 작동 가능하게 연결된 발전 시스템.
- 제 211 항에 있어서, 상기 축전 시스템은 상기 전원에 작동 가능하게 연결되고, 상기 전원으로 동력을 공급하는 발전 시스템.
- 제 211 항에 있어서, 상기 축전 시스템은 상기 전원으로 동력을 간헐적으로 공급하는 발전 시스템.
- 제 211 항에 있어서, 상기 하나 또는 그 이상의 출력 동력 터미널은 동력을 외부 부하로 운반하도록 구성된 발전 시스템.
- 제 216 항에 있어서, 상기 하나 또는 그 이상의 출력 동력 터미널은 동력을 상기 축전 시스템으로 운반하도록 구성된 발전 시스템.
- 제 211 항에 있어서, 상기 축전 시스템으로 배터리를 포함하는 발전 시스템.
- 발전 시스템으로서,
적어도 약 5,000kW의 전원과;
상기 전원에 전기적으로 연결된 다수의 이격된 전극들과;
연료를 수용하도록 구성된 연료 장입 영역으로서, 상기 연료 장입 영역은 상기 다수의 전극들에 의해서 에워싸이고, 상기 다수의 전극들은 상기 연료가 상기 연료 장입 영역에 수용되는 경우 상기 연료를 점화시키기 위해 상기 연료에 동력을 공급하도록 구성된 연료 장입 영역과;
상기 연료를 상기 연료 장입 영역 내로 운반하기 위한 운반 기구와;
상기 연료의 점화로부터 발생된 플라즈마를 비-플라즈마 형태의 동력으로 변환하도록 구성된 플라즈마 동력 변환기와;
상기 발전 시스템과 연관된 적어도 하나의 매개변수를 측정하도록 구성된 센서와; 그리고
적어도 상기 발전 시스템과 연관된 프로세스를 제어하도록 구성된 컨트롤러를 포함하는 발전 시스템. - 발전 시스템으로서,
적어도 2,000A/㎠의 전원과;
상기 전원에 전기적으로 연결된 다수의 이격된 전극들과;
연료를 수용하도록 구성된 연료 장입 영역으로서, 상기 연료 장입 영역은 상기 다수의 전극들에 의해서 에워싸이고, 상기 다수의 전극들은 상기 연료가 상기 연료 장입 영역에 수용되는 경우 상기 연료를 점화시키기 위해 상기 연료에 동력을 공급하도록 구성된 연료 장입 영역과;
상기 연료를 상기 연료 장입 영역 내로 운반하기 위한 운반 기구와;
상기 연료의 점화로부터 발생된 플라즈마를 비-플라즈마 형태의 동력으로 변환하도록 구성된 플라즈마 동력 변환기와;
상기 발전 시스템과 연관된 적어도 하나의 매개변수를 측정하도록 구성된 센서와; 그리고
적어도 상기 발전 시스템와 연관된 프로세스를 제어하도록 구성된 컨트롤러를 포함하는 발전 시스템. - 제 219 항 또는 제 220 항에 있어서, 상기 플라즈마 동력 변환기에 의해서 변환된 동력의 질을 변경시키기 위해 상기 플라즈마 동력 변환기에 작동 가능하게 연결된 출력 동력 컨디셔너를 더 포함하는 발전 시스템.
- 제 219 항 또는 제 220 항에 있어서, 적어도 하나의 측정된 매개변수에 기초하여 상기 발전 시스템와 연관된 프로세스를 제어하도록 구성된 발전 시스템.
- 제 219 항 또는 제 220 항에 있어서, 상기 컨트롤러는 동력 출력을 제어하기 위해서 연료 운반 또는 점화 기구의 속도를 조정하도록 구성된 발전 시스템.
- 제 219 항 또는 제 220 항에 있어서, 상기 컨트롤러는 동력 출력을 제어하기 위해서 상기 이격된 전극들 중 적어도 하나의 이동을 제어하도록 구성된 발전 시스템.
- 제 219 항 또는 제 220 항에 있어서, 상기 발전 시스템는 자율적인 발전 시스템.
- 제 225 항에 있어서,
점화된 연료의 부산물을 제거하기 위한 제거 시스템;
점화된 연료의 제거된 부산물을 재생된 연료로 재활용하기 위해 상기 제거시스템에 작동 가능하게 연결된 재생 시스템; 및
상기 재생된 연료를 상기 연료 장입 영역 내로 이동시키기 위한 상기 운반 기구로 상기 재생된 연료를 재도입하기 위해 상기 재생시스템에 작동 가능하게 연결된 재-장입시스템를 더 포함하는 발전 시스템. - 발전 시스템으로서,
적어도 약 5,000kW의 전원과;
상기 전원에 전기적으로 연결된 다수의 이격된 전극들과;
연료를 수용하도록 구성된 연료 장입 영역으로서, 상기 연료 장입 영역은 상기 다수의 전극들에 의해서 에워싸이고, 상기 다수의 전극들은 상기 연료가 상기 연료 장입 영역에 수용되는 경우 상기 연료를 점화시키기 위해 상기 연료에 동력을 공급하도록 구성되고, 상기 연료 장입 영역의 압력은 부분적인 진공인 연료 장입 영역과;
상기 연료를 상기 연료 장입 영역 내로 운반하기 위한 운반 기구와; 그리고
상기 연료의 점화로부터 발생된 플라즈마를 비-플라즈마 형태의 동력으로 변환하도록 구성된 플라즈마-전력 변환기를 포함하는 발전 시스템. - 발전 시스템으로서,
적어도 약 2,000A/㎠의 전원과;
상기 전원에 전기적으로 연결된 다수의 이격된 전극들과;
연료를 수용하도록 구성된 연료 장입 영역으로서, 상기 연료 장입 영역은 상기 다수의 전극들에 의해서 에워싸이고, 상기 다수의 전극들은 상기 연료가 상기 연료 장입 영역에 수용되는 경우 상기 연료를 점화시키기 위해 상기 연료에 동력을 공급하도록 구성되고, 상기 연료 장입 영역의 압력은 부분적인 진공인 연료 장입 영역과;
상기 연료를 상기 연료 장입 영역 내로 운반하기 위한 운반 기구와; 그리고
상기 연료의 점화로부터 발생된 플라즈마를 비-플라즈마 형태의 동력으로 변환하도록 구성된 플라즈마-전력 변환기를 포함하는 발전 시스템. - 제 227 항 또는 제 228 항에 있어서, 상기 플라즈마-전력 변환기 내의 압력은 부분적인 진공인 발전 시스템.
- 제 227 항 또는 제 228 항에 있어서, 상기 연료 장입 영역은 진공 용기 내에 수용되는 발전 시스템.
- 제 230 항에 있어서, 상기 다수의 전극들 중 적어도 2개는 상기 진공 용기 내에 수용되는 발전 시스템.
- 제 227 항 또는 제 228 항에 있어서, 진공펌프를 더 포함하는 발전 시스템.
- 제 227 항 또는 제 228 항에 있어서, 상기 발전 시스템는 촉매 유도 하이드리노 천이 전지를 더 포함하며, 상기 촉매 유도 하이드리노 천이 전지의 상기 용기는 다수의 전극들의 한쌍을 에워싸고, 상기 촉매 유도 하이드리노 천이 전지의 압력은 약 10-10Torr 보다 큰 부분적인 진공인 발전 시스템.
- 발전 전지로서,
진공펌프에 연결된 배출 포트;
적어도 5,000kW의 전원에 전기적으로 연결된 다수의 전극들;
다수의 H2O를 함유한 수계 연료를 수용하도록 구성된 연료 장입 영역으로서, 상기 다수의 전극들은 아크 플라즈마와 화력 중 적어도 하나를 생성하기 위해 상기 수계 연료에 동력을 전달하도록 구성된 연료 장입 영역; 및
아크 플라즈마와 화력 중 적어도 하나의 적어도 일부를 전력으로 변환하도록 구성된 동력 변환기를 포함하는 발전 전지. - 제 234 항에 있어서, 아크 플라즈마 및 아크 플라즈마의 화력 중 적어도 하나의 적어도 일부를 수용하도록 위치된 플라즈마-전력 변환기 및 열-전력 변환기 중 적어도 하나를 더 포함하는 발전 전지.
- 제 234 항에 있어서, 상기 진공 펌프를 더 포함하는 발전 전지.
- 제 234 항에 있어서, 상기 전원을 더 포함하는 발전 전지.
- 제 234 항에 있어서, 상기 연료는 적어도 하나의 금속 산화물, 금속 할로겐화물, 및 흡습성 물질; 수성 환경하에서 대체로 비-반응성인 적어도 하나의 금속; 및 H2O를 함유하는 발전 전지.
- 발전 시스템으로서,
적어도 5,000A/㎠의 전원과;
상기 전원에 전기적으로 연결된 다수의 전극들과;
다수의 H2O를 함유한 수계 연료를 수용하도록 구성된 연료 장입 영역으로서, 상기 다수의 전극들은 아크 플라즈마와 화력 중 적어도 하나를 생성하기 위해 상기 수계 연료에 동력을 전달하도록 구성된 연료 장입 영역과; 그리고
아크 플라즈마와 화력 중 적어도 하나의 적어도 일부를 전력으로 변환하도록 구성된 동력 변환기를 포함하는 발전 시스템. - 제 239 항에 있어서, 상기 전원은 적어도 10,000A/㎠, 적어도 약 12,000A/㎠, 적어도 약 14,000A/㎠, 적어도 약 18,000A/㎠, 또는 적어도 약 20,000A/㎠의 전원인 발전 시스템.
- 제 239 항에 있어서, 상기 다수의 전극들은 상기 수계 연료에 적어도 4kV를 공급하도록 구성된 발전 시스템.
- 제 239 항에 있어서, 상기 동력원은 다수의 캐패시터들을 포함하는 발전 시스템.
- 제 239 항에 있어서, 상기 연료는, 적어도 하나의 금속 산화물, 금속 할로겐화물, 및 흡습성 물질; Cu, Ni, Pb, Sb, Bi, Co, Cd, Ge, Au, Ir, Fe, Hg, Mo, Os, Pd, Re, Rh, Ru, Se, Ag, Tc, Te, Ti, Sn, W, Al, V, Zr, Ti, Mn, Zn, Cr, 및 In으로부터 선택된 적어도 하나의 금속; 및 H20를 함유하는 발전 시스템.
- 제 239 항에 있어서, 상기 생성물을 적어도 부분적으로 회복시켜서 그것을 재생시키도록 구성된 연료 재생시스템를 더 포함하는 발전 시스템.
- 제 239 항에 있어서, 상기 동력 변환기는 열-전력 변환기인 발전 시스템.
- 제 239 항에 있어서, 상기 동력 변환기는 열교환기를 포함하는 발전 시스템.
- 발전 방법으로서,
다수의 전극들을 포함한 연료 장입 영역 내로 연료를 장입하는 단계와;
아크 플라즈마 및 화력 중 적어도 하나를 생성하기 위해 상기 연료를 점화시키도록 적어도 약 2,000A/㎠의 전류를 상기 다수의 전극들에 공급하는 단계와;
전력을 발생시키도록 아크 플라즈마를 플라즈마-전기 변환기에 통과시키는 과정과, 전력을 발생시키도록 화력을 열-전기 변환기에 통과시키는 과정 중 적어도 하나를 수행하는 단계와; 그리고
발생된 전력의 적어도 일부를 출력하는 단계를 포함하는 발전 방법. - 제 247 항에 있어서, 상기 연료 장입 영역에서 진공을 발생시키는 단계를 더 포함하는 발전 방법.
- 제 247 항에 있어서, 불활성 가스를 상기 연료 장입 영역으로 운반하는 단계를 더 포함하는 발전 방법.
- 제 247 항에 있어서, 상기 연료 장입 영역으로부터 산소를 제거하는 단계를 더 포함하는 발전 방법.
- 발전 시스템으로서,
적어도 5,000kW의 전원과;
상기 전원에 전기적으로 연결된 다수의 전극들로서, 상기 다수의 전극들은 화력을 생성하기 위해 다수의 H2O를 함유한 수계 연료로 전력을 전달하도록 구성된 연료 장입 영역과; 그리고
화력의 적어도 일부를 전력으로 변환하도록 구성된 열교환기를 포함하는 발전 시스템. - 제 251 항에 있어서, 상기 열교환기는 하나 또는 그 이상의 발전소, 보일러를 구비한 화력발전소, 터빈 및 발전기를 포함하는 발전 시스템.
- 발전 시스템으로서,
적어도 5,000A/㎠의 전원과;
다수의 이격된 전극들로서, 상기 다수의 전극들 중 적어도 하나는 압축기구를 포함한 다수의 이격된 전극들과;
다수의 H2O를 함유한 수계 연료를 수용하도록 구성된 연료 장입 영역으로서, 상기 연료 장입 영역은 상기 다수의 전극들에 의해서 에워싸여서 상기 적어도 하나의 전극의 상기 압축기구는 상기 압축 장입 영역을 지향하게 되고, 상기 다수의 전극들은 상기 전원에 전기적으로 연결되고, 상기 연료를 점화시키기 위해 상기 연료 장입 영역에 수용된 연료로 동력을 공급하도록 구성된 연료 장입 영역과;
상기 수계 연료를 상기 연료 장입 영역 내로 운반하기 위한 운반 기구와; 그리고
상기 연료의 점화로부터 발생된 플라즈마 동력을 비-플라즈마 형태의 동력으로 변환하도록 구성된 플라즈마 동력 변환기를 포함하는 발전 시스템. - 제 253 항에 있어서,
상기 플라즈마 동력 변환기에 의해서 변환된 동력의 질을 변경시키기 위한 출력 동력 컨디셔너; 및
상기 출력 동력 컨디셔너에 의해서 조율된 동력을 출력하기 위한 하나 또는 그 이상의 출력 동력 터미널을 더 포함하는 발전 시스템. - 제 253 항에 있어서, 상기 압축 기구는 이동 가능한 발전 시스템.
- 제 253 항에 있어서, 각각의 상기 전극들이 압축 기구를 포함하고, 상기 압축기구들은 상기 연료의 점화를 증진시키기 위해서 상호작용하는 발전 시스템.
- 제 253 항에 있어서, 상기 압축 기구는 회전 가능한 발전 시스템.
- 제 253 항에 있어서, 상기 압축 기구는 기어 및 롤러 중 적어도 하나를 포함하는 발전 시스템.
- 기계적 동력을 생성하기 위한 시스템으로서,
적어도 약 5,000A의 전원;
플라즈마 및 화력 중 적어도 하나를 생성하도록 구성된 점화 챔버;
고체연료를 상기 점화 챔버로 운반하도록 구성된 연료 운반 기구;
상기 전원에 연결되고, 플라즈마 및 화력 중 적어도 하나를 생성하도록 상기 고체연료에 동력을 공급하도록 구성된 한쌍의 전극; 및
상기 점화 챔버 내에 위치하고, 기계적 동력을 출력하도록 상기 점화 챔버에 대해 이동하도록 구성된 피스톤을 포함하는 시스템. - 기계적 동력을 생성하기 위한 시스템으로서,
적어도 약 5,000A의 전원;
플라즈마 및 화력 중 적어도 하나를 생성하도록 구성된 점화 챔버로서, 배출 포트를 포함한 점화 챔버;
플라즈마 및 화력 중 적어도 하나를 생성하기 위해 상기 점화 챔버에 고체연료를 공급하도록 구성된 연료 운반 기구;
상기 전원에 연결되고, 상기 점화 챔버에 동력을 공급하도록 구성된 한쌍의 전극; 및
상기 배출 포트와 유체 연결되고, 기계적 동력을 출력하기 위해서 회전하도록 구성된 터빈을 포함하는 시스템. - 기계적 동력을 생성하기 위한 시스템으로서,
적어도 약 5,000A의 전원;
기계적 동력을 출력하기 위해 회전하도록 구성된 임펠러로서, 상기 임펠러는 플라즈마 및 화력 중 적어도 하나를 생성하도록 구성된 중공 영역을 포함하고, 상기 중공 영역은 동작 유체를 수용하도록 구성된 흡입 포트를 포함한 임펠러;
상기 중공 영역으로 고체 연료를 운반하도록 구성된 연료 운반 기구; 및
상기 전원에 연결되고, 플라즈마 및 화력 중 적어도 하나를 생성하도록 상기 고체연료를 점화시키기 위해서 상기 중공 영역에 동력을 공급하도록 구성된 한쌍의 전극을 포함하는 시스템. - 기계적 동력을 생성하기 위한 시스템으로서,
적어도 약 5,000A의 전원;
기계적 동력을 출력하기 위해 회전하도록 구성된 가동 요소로서, 상기 가동 요소는 플라즈마 및 화력 중 적어도 하나를 생성하도록 구성된 점화 챔버를 적어도 부분적으로 한정하는 가동 요소;
상기 점화 챔버로 고체 연료를 운반하도록 구성된 연료 운반 기구; 및
상기 전원에 연결되고, 플라즈마 및 화력 중 적어도 하나를 생성하도록 상기 고체연료에 동력을 공급하도록 구성된 한쌍의 전극을 포함하는 시스템. - 제 259 항, 제 260 항, 제 261 항 또는 제 262 항에 있어서, 상기 전원은 적어도 약 10,000A 또는 적어도 약 14,000A인 시스템.
- 제 259 항, 제 260 항, 제 261 항 또는 제 262 항에 있어서, 상기 전원은 약 100V 보다 작거나, 약 10V 보다 작거나, 또는 약 8V 보다 작은 시스템.
- 제 259 항, 제 260 항, 제 261 항 또는 제 262 항에 있어서, 상기 전원은 적어도 약 5,000kW인 시스템.
- 제 259 항, 제 260 항, 제 261 항 또는 제 262 항에 있어서, 상기 고체 연료는 물의 일부, 흡수재의 일부 및 전도성 요소의 일부를 함유하는 시스템.
- 제 266 항에 있어서, 상기 물의 일부는 상기 고체 연료의 적어도 약 30 몰%인 시스템.
- 제 266 항에 있어서, 상기 흡수재의 일부는 상기 고체 연료의 적어도 약 30 몰%인 시스템.
- 제 266 항에 있어서, 상기 전도성 요소의 일부는 상기 고체 연료의 적어도 약 30 몰%인 시스템.
- 제 259 항, 제 260 항, 또는 제 262 항에 있어서, 상기 점화 챔버로 동작 유체를 운반하도록 구성된 흡입 포트를 더 포함하는 시스템.
- 제 270 항에 있어서, 상기 동작 유체는 공기, H2O, 및 불활성 가스 중 적어도 하나를 포함하는 시스템.
- 제 271 항에 있어서, 상기 동작 유체는 대기압 미만, 대기압, 및 대기압 초과 중 적어도 하나의 압력하에서 상기 점화 챔버로 운반되는 시스템.
- 제 259 항, 제 260 항, 제 261 항 또는 제 262 항에 있어서, 상기 한쌍의 전극들 중 적어도 하나는 상기 피스톤 및 상기 점화 챔버 중 적어도 하나에 전기적으로 연결된 시스템.
- 제 259 항, 제 260 항, 제 261 항 또는 제 262 항에 있어서, 상기 연료 운반 기구는 상기 고체연료의 적어도 일부를 상기 점화 챔버 내로 분사하도록 구성된 분사 시스템를 포함하는 시스템.
- 제 274 항에 있어서, 상기 분사 시스템는 가스, 액체 및 고체 입자 중 적어도 하나를 상기 점화 챔버 내로 분사하도록 구성된 시스템.
- 제 259 항, 제 260 항, 제 261 항 또는 제 262 항에 있어서, 상기 연료 운반 기구는 캐러셀(carousel)을 포함하는 시스템.
- 제 259 항, 제 260 항, 제 261 항 또는 제 262 항에 있어서, 상기 연료 분사 시스템 및 상기 한쌍의 전극들 중 적어도 하나는 상기 고체 연료를 수용하도록 구성된 리셉터클을 포함하는 시스템.
- 제 259 항, 제 260 항, 제 261 항 또는 제 262 항에 있어서, 냉각시스템, 가열시스템, 진공시스템 및 플라즈마 변환기 중 적어도 하나를 더 포함하는 시스템.
- 제 259 항, 제 260 항, 제 261 항 또는 제 262 항에 있어서, 상기 고체 연료의 점화에 의해서 생성된 하나 또는 그 이상의 성분들을 포획, 재생 및 재활용 중 적어도 하나를 하도록 구성된 재생시스템를 더 포함하는 시스템.
- 제 260 항에 있어서, 상기 한쌍의 전극들 중 적어도 하나는 상기 터빈 및 상기 점화 챔버 중 적어도 하나에 전기적으로 연결된 시스템.
- 제 260 항에 있어서, 상기 연료 운반 기구는 적어도 고체 연료의 일부를 상기 점화 챔버 내로 분사하도록 구성된 분사 시스템를 포함하는 시스템.
- 제 260 항에 있어서, 상기 분사 시스템는 가스, 액체 및 고체 입자 중 적어도 하나를 상기 점화 챔버 내로 분사하도록 구성된 시스템.
- 제 261 항에 있어서, 상기 임펠러는 상기 동작 유체의 유동을 방향전환 시키도록 구성된 적어도 하나의 블레이드를 포함하는 시스템.
- 제 283 항에 있어서, 상기 동작 유체는 공기, H2O, 및 불활성 가스 중 적어도 하나를 포함하는 시스템.
- 제 261 항에 있어서, 상기 동작 유체는 대기압 미만, 대기압, 및 대기압 초과 중 적어도 하나의 압력하에서 상기 중공 영역으로 운반되는 시스템.
- 제 261 항에 있어서, 상기 한쌍의 전극들 중 적어도 하나는 상기 임펠러 및 상기 중공 영역 중 적어도 하나에 전기적으로 연결된 시스템.
- 제 261 항에 있어서, 상기 연료 운반 기구는 적어도 고체 연료의 일부를 상기 중공 영역 내로 분사하도록 구성된 분사 시스템를 포함하는 시스템.
- 제 262 항에 있어서, 상기 분사 시스템는 가스, 액체 및 고체 입자 중 적어도 하나를 상기 중공 영역 내로 분사하도록 구성된 시스템.
- 제 288 항에 있어서, 상기 가동 요소는 상기 한쌍의 전극들 중 제 1 전극의 적어도 일부를 형성하는 시스템.
- 제 290 항에 있어서, 제 2 가동 요소는 상기 한쌍의 전극들 중 제 2 전극의 적어도 일부를 형성하는 시스템.
- 제 262 항에 있어서, 상기 가동 요소는 상기 연료를 수용하도록 구성된 리셉터클을 포함하는 시스템.
- 제 262 항에 있어서, 상기 가동 요소는 상기 점화 챔버에 유체 연결되고 플라즈마 및 화력 중 적어도 하나의 유동에 방향성을 부여하도록 구성된 노즐을 포함하는 시스템.
- 제 262 항에 있어서, 상기 가동 요소는 직선방향, 아치방향 및 회전방향 중 적어도 하나로 이동하도록 구성된 시스템.
- 제 262 항에 있어서, 상기 가동 요소는 기어 및 롤러 중 적어도 하나를 포함하는 시스템.
- 기계적 동력을 생성하기 위한 시스템으로서,
적어도 약 5,000A의 전원;
다수의 점화 챔버들로서, 각각의 상기 다수의 점화 챔버들은 플라즈마 및 화력 중 적어도 하나를 생성하도록 구성된 다수의 점화 챔버들;
상기 다수의 점화 챔버들로 고체 연료를 운반하도록 구성된 연료 운반 기구; 및
상기 전원에 연결된 다수의 전극들로서, 상기 다수의 전극들 중 적어도 하나는 상기 다수의 챔버들 중 적어도 하나와 연관되고, 플라즈마 및 화력 중 적어도 하나를 생성하기 위해 상기 고체 연료에 전력을 공급하도록 구성된 다수의 전극들을 포함하는 시스템. - 제 295 항에 있어서, 상기 연료 운반 기구는 상기 다수의 점화 챔버들 중 적어도 하나에 대해 회전하도록 구성된 캐러셀(carousel)을 포함하는 시스템.
- 제 295 항에 있어서, 상기 다수의 점화 챔버들 중 적어도 하나는 피스톤, 터빈, 임펠러, 기어 및 롤러 중 적어도 하나에 유체 연결된 시스템.
- 제 295 항에 있어서, 상기 다수의 챔버들은 상기 연료 운반 기구에 대해 회전하도록 구성된 시스템.
- 제 295 항에 있어서, 다수의 연료 운반 기구들을 더 포함하는 시스템.
- 제 295 항에 있어서, 다수의 전원들을 더 포함하며, 상기 다수의 전원들 중 적어도 하나는 상기 다수의 전극들 중 적어도 하나에 전기적으로 연결된 시스템.
- 제 295 항에 있어서, 상기 다수의 전극들에 대한 전력의 공급을 제어하도록 구성된 컨트롤러를 더 포함하는 시스템.
- 제 301 항에 있어서, 상기 컨트롤러는 상기 연료 운반 기구의 운동을 제어하도록 구성된 시스템.
- 제 301 항에 있어서, 상기 컨트롤러는 상기 다수의 점화 챔버들의 운동을 제어하도록 구성된 시스템.
- 기계적 동력을 생성하기 위한 시스템으로서,
적어도 약 5,000A의 전원;
플라즈마 및 화력 중 적어도 하나를 생성하도록 구성된 점화 챔버;
상기 점화 챔버로 수계 연료를 운반하도록 구성된 연료 운반 기구;
상기 전원에 연결되고, 아크 플라즈마 및 화력 중 적어도 하나를 생성하기 위해 상기 연료에 전력을 공급하도록 구성된 한쌍의 전극; 및
상기 점화 챔버에 유체 연결되고, 기계적 동력을 출력하도록 상기 점화 챔버에 대해 이동하도록 구성된 피스톤을 포함하는 시스템. - 기계적 동력을 생성하기 위한 시스템으로서,
적어도 약 5,000A의 전원;
아크 플라즈마 및 화력 중 적어도 하나를 생성하도록 구성된 점화 챔버로서, 배출 포트를 포함한 점화 챔버;
상기 점화 챔버로 수계 연료를 운반하도록 구성된 연료 운반 기구;
상기 전원에 연결되고, 아크 플라즈마 및 화력 중 적어도 하나를 생성하기 위해 상기 연료에 전력을 공급하도록 구성된 한쌍의 전극; 및
상기 배출 포트와 유체 연결되고, 기계적 동력을 출력하도록 회전 가능하게 구성된 터빈을 포함하는 시스템. - 제 304 항 또는 제 305 항에 있어서, 상기 전원은 적어도 약 10,000A 또는 적어도 약 12,000A인 시스템.
- 제 304 항 또는 제 305 항에 있어서, 상기 전원은 적어도 약 1kV, 적어도 약 2kV, 또는 적어도 약 4kV인 시스템.
- 제 304 항 또는 제 305 항에 있어서, 상기 전원은 적어도 약 5,000kW인 시스템.
- 제 304 항 또는 제 305 항에 있어서, 상기 수계 연료는 적어도 50 몰% 물 또는 적어도 90 mole% 물인 시스템.
- 제 304 항 또는 제 305 항에 있어서, 상기 점화 챔버로 동작 유체를 운반하도록 구성된 흡입 포트를 더 포함하는 시스템.
- 제 310 항에 있어서, 상기 동작 유체는 수계 유체 및 불활성 가스 중 적어도 하나를 포함하는 시스템.
- 제 310 항에 있어서, 상기 동작 유체는 대기압 미만, 대기압, 및 대기압 초과 중 적어도 하나의 압력하에서 상기 점화 챔버로 운반되는 시스템.
- 제 310 항에 있어서, 상기 점화 챔버는 상기 동작 유체를 재순환시키도록 구성된 폐쇄된-루프 시스템의 일부를 형성하는 시스템.
- 제 304 항 또는 제 305 항에 있어서, 상기 연료 운반 기구는 상기 수계 연료의 적어도 일부를 상기 점화 챔버 내로 분사하도록 구성된 분사 시스템를 포함하는 시스템.
- 제 314 항에 있어서, 상기 분사 시스템는 가스, 액체 및 고체 입자 중 적어도 하나를 상기 점화 챔버 내로 분사하도록 구성된 시스템.
- 제 304 항 또는 제 305 항에 있어서, 냉각시스템 및 가열시스템 중 적어도 하나를 더 포함하는 시스템.
- 제 304 항 또는 제 305 항에 있어서, 진공시스템 및 플라즈마 변환기 중 적어도 하나를 더 포함하는 시스템.
- 제 304 항 또는 제 305 항에 있어서, 상기 아크 플라즈마와 연관된 열에너지를 다른 형태의 에너지로 변환하도록 구성된 열교환기를 더 포함하는 시스템.
- 기계적 동력을 생성하기 위한 시스템으로서,
적어도 약 5,000A의 전원;
기계적 동력을 출력하기 위해 회전하도록 구성된 임펠러로서, 상기 임펠러는 아크 플라즈마 및 화력 중 적어도 하나를 생성하도록 구성된 중공 영역을 포함하고, 상기 중공 영역은 동작 유체를 수용하도록 구성된 흡입 포트를 포함한 임펠러;
상기 중공 영역으로 수계 연료를 운반하도록 구성된 연료 운반 기구; 및
상기 전원에 연결되고, 아크 플라즈마 및 화력 중 적어도 하나를 생성하도록 상기 수계 연료를 점화시키기 위해서 상기 중공 영역에 전력을 공급하도록 구성된 한쌍의 전극을 포함하는 시스템. - 제 319 항에 있어서, 상기 전원은 적어도 약 10,000A 또는 적어도 약 12,000A인 시스템.
- 제 319 항에 있어서, 상기 전원은 적어도 약 1kV, 적어도 약 2kV, 또는 적어도 약 4kV인 시스템.
- 제 319 항에 있어서, 상기 전원은 적어도 약 5,000kW인 시스템.
- 제 319 항에 있어서, 상기 수계 연료는 적어도 50 몰% 물 또는 적어도 90 mole% 물인 시스템.
- 제 319 항에 있어서, 상기 임펠러는 상기 동작 유체의 유동을 방향전환 시키도록 구성된 적어도 하나의 블레이드를 포함하는 시스템.
- 제 319 항에 있어서, 상기 동작 유체는 수계 유체 및 불활성 가스 중 적어도 하나를 포함하는 시스템.
- 제 319 항에 있어서, 상기 동작 유체는 대기압 미만, 대기압, 및 대기압 초과 중 적어도 하나의 압력하에서 상기 중공 영역으로 운반되는 시스템.
- 제 319 항에 있어서, 상기 중공 영역은 상기 동작 유체를 재순환시키도록 구성된 폐쇄된-루프 시스템의 일부를 형성하는 시스템.
- 제 319 항에 있어서, 상기 연료 운반 기구는 상기 수계 연료의 적어도 일부를 상기 중공 영역 내로 분사하도록 구성된 분사 시스템를 포함하는 시스템.
- 제 328 항에 있어서, 상기 분사 시스템는 가스, 액체 및 고체 입자 중 적어도 하나를 상기 중공 영역 내로 분사하도록 구성된 시스템.
- 제 319 항에 있어서, 냉각시스템 및 가열시스템 중 적어도 하나를 더 포함하는 시스템.
- 제 319 항에 있어서, 진공시스템 및 플라즈마 변환기 중 적어도 하나를 더 포함하는 시스템.
- 제 319 항에 있어서, 상기 아크 플라즈마와 연관된 열에너지를 다른 형태의 에너지로 변환하도록 구성된 열교환기를 더 포함하는 시스템.
- 기계적 동력을 생성하기 위한 시스템으로서,
적어도 약 5,000A의 전원;
다수의 점화 챔버들로서, 각각의 상기 다수의 점화 챔버들은 아크 플라즈마 및 화력 중 적어도 하나를 생성하도록 구성된 다수의 점화 챔버들;
상기 다수의 점화 챔버들로 수계 연료를 운반하도록 구성된 연료 운반 기구; 및
상기 전원에 연결된 다수의 전극들로서, 상기 다수의 전극들 중 적어도 하나는 상기 다수의 챔버들 중 적어도 하나와 연관되고, 아크 플라즈마 및 화력 중 적어도 하나를 생성하기 위해 상기 수계 연료에 전력을 공급하도록 구성된 다수의 전극들을 포함하는 시스템. - 제 333 항에 있어서, 상기 수계 연료는 적어도 50 몰% 물 또는 적어도 90 mole% 물인 시스템.
- 제 333 항에 있어서, 상기 다수의 점화 챔버들 중 적어도 하나로 동작 유체를 운반하도록 구성된 적어도 하나의 흡입 포트를 더 포함하는 시스템.
- 제 335 항에 있어서, 상기 동작 유체는 수계 유체 및 불활성 가스 중 적어도 하나를 포함하는 시스템.
- 제 335 항에 있어서, 상기 동작 유체는 대기압 미만, 대기압, 및 대기압 초과 중 적어도 하나의 압력하에서 상기 다수의 점화 챔버들 중 적어도 하나로 운반되는 시스템.
- 제 335 항에 있어서, 상기 다수의 점화 챔버들 중 적어도 하나는 상기 동작 유체를 재순환시키도록 구성된 폐쇄된-루프 시스템의 일부를 형성하는 시스템.
- 제 335 항에 있어서, 상기 연료 운반 기구는 상기 수계 연료의 적어도 일부를 상기 다수의 점화 챔버들 중 적어도 하나 내로 분사하도록 구성된 분사 시스템를 포함하는 시스템.
- 제 339 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 분사 시스템는 가스, 액체 및 고체 입자 중 적어도 하나를 상기 다수의 점화 챔버들 중 적어도 하나 내로 분사하도록 구성된 시스템.
- 제 333 항에 있어서, 상기 다수의 점화 챔버들 중 적어도 하나는 피스톤, 터빈, 임펠러, 기어 및 롤러 중 적어도 하나에 유체 연결된 시스템.
- 제 333 항에 있어서, 상기 다수의 점화 챔버들은 상기 연료 운반 기구에 대해 회전하도록 구성된 시스템.
- 제 333 항에 있어서, 다수의 연료 운반 기구들을 더 포함하는 시스템.
- 제 333 항에 있어서, 다수의 전원들을 더 포함하며, 상기 다수의 전원들 중 적어도 하나는 상기 다수의 전극들 중 적어도 하나에 전기적으로 연결된 시스템.
- 제 333 항에 있어서, 상기 다수의 전극들에 대한 전력의 공급을 제어하도록 구성된 컨트롤러를 더 포함하는 시스템.
- 제 333 항에 있어서, 상기 컨트롤러는 상기 연료 운반 기구의 운동을 제어하도록 구성된 시스템.
- 제 333 항에 있어서, 상기 컨트롤러는 상기 다수의 챔버들의 운동을 제어하도록 구성된 시스템.
- 점화 챔버로서,
플라즈마, 아크 플라즈마, 및 화력 중 적어도 하나를 생성하도록 구성된 중공 챔버를 한정하는 쉘(shell);
상기 중공 챔버와 유체 연결된 연료 리셉터클로서, 상기 연료 리셉터클은 한 쌍의 전극들에 전기적으로 연결된 연료 리셉터클; 및
상기 중공 챔버와 유체 연결되는 가동 요소를 포함하는 점화 챔버. - 점화 챔버로서,
중공 챔버를 한정하는 쉘(shell);
상기 중공 챔버와 유체 연결된 분사 시스템으로서, 상기 중공 챔버 내로 연료를 분사하도록 구성된 분사 시스템;
상기 중공 챔버에 전기적으로 연결되고, 상기 중공 챔버에서 플라즈마, 아크 플라즈마 및 화력 중 적어도 하나를 생성하기에 충분한 전력을 상기 연료에 공급하도록 구성된 한쌍의 전극; 및
상기 중공 챔버와 유체 연결되는 가동 요소를 포함하는 점화 챔버. - 제 348 항 또는 제 349 항에 있어서, 상기 가동 요소는 상기 중공 챔버 내에 위치한 피스톤을 포함하는 점화 챔버.
- 제 348 항 또는 제 349 항에 있어서, 상기 가동 요소는 상기 중공 챔버 외부에 위치한 터빈을 포함하는 점화 챔버.
- 제 348 항 또는 제 349 항에 있어서, 상기 가동 요소는 상기 중공 챔버를 적어도 부분적으로 에워싸는 임펠러를 포함하는 점화 챔버.
- 제 348 항 또는 제 349 항에 있어서, 상기 중공 챔버는 동작 유체를 수용하도록 구성된 점화 챔버.
- 제 348 항 또는 제 349 항에 있어서, 상기 한쌍의 전극들은 적어도 5,000A의 전류를 상기 연료 리셉터클로 공급하도록 구성된 점화 챔버.
- 제 348 항 또는 제 349 항에 있어서, 상기 연료 리셉터클은 적어도 50 몰% 물을 포함하는 수계 연료를 수용하도록 구성된 점화 챔버.
- 제 348 항 또는 제 349 항에 있어서, 상기 연료 리셉터클은 물의 일부, 흡수재의 일부 및 전도성 요소의 일부를 함유하는 고체 연료를 수용하도록 구성된 점화 챔버.
- 제 349 항에 있어서, 상기 연료는 물의 일부, 흡수재의 일부 및 전도성 요소의 일부를 함유하는 고체 연료인 점화 챔버.
- 제 349 항에 있어서, 상기 분사 시스템는 가스, 액체 및 고체 입자 중 적어도 하나를 상기 중공 챔버 내로 분사하도록 구성된 점화 챔버.
- 기계적 동력을 생성하기 위한 방법으로서,
고체 연료를 점화 챔버로 운반하는 단계;
상기 고체 연료를 점화시키고 플라즈마 및 화력 중 적어도 하나를 생성하기 위해서 상기 고체 연료를 통해서 적어도 약 5,000A의 전류를 통과시키고, 약 10V보다 작은 전압을 상기 고체 연료에 공급하는 단계;
플라즈마 및 화력 중 적어도 하나를 동작 유체와 혼합하는 단계; 및
상기 가동 요소를 이동시키고 기계적 동력을 출력하기 위해서 상기 동작 유체를 상기 가동 요소를 향하게 하는 단계를 포함하는 방법. - 제 359 항에 있어서, 상기 전류는 적어도 약 14,000A인 방법.
- 제 359 항에 있어서, 상기 전압은 약 8V보다 작은 방법.
- 제 359 항에 있어서, 상기 고체 연료는 물의 일부, 흡수재의 일부 및 전도성 요소의 일부를 함유하는 방법.
- 제 359 항에 있어서, 상기 고체 연료의 점화에 의해서 생성된 하나 또는 그 이상의 성분들을 포획하는 단계, 재생하는 단계 및 재활용하는 단계 중 적어도 하나를 더 포함하는 방법.
- 제 359 항에 있어서, 상기 가동 요소는 직선방향, 아치방향 및 회전방향 중 적어도 하나로 이동하도록 구성된 방법.
- 제 359 항에 있어서, 상기 전류는 상기 가동 요소에 연결된 적어도 하나의 전극을 거쳐서 상기 고체 연료로 공급되는 방법.
- 기계적 동력을 생성하기 위한 방법으로서,
수계 연료를 점화 챔버로 운반하는 단계;
아크 플라즈마 및 화력 중 적어도 하나를 생성하기 위해서 상기 수계 연료를 점화시키도록 상기 수계 연료를 통해서 적어도 약 5,000A의 전류를 통과시키고, 적어도 약 2kV의 전압을 상기 수계 연료에 공급하는 단계;
아크 플라즈마 및 화력 중 적어도 하나를 동작 유체와 혼합하는 단계; 및
상기 가동 요소를 이동시키고 기계적 동력을 출력하기 위해서 상기 동작 유체를 상기 가동 요소를 향하게 하는 단계를 포함하는 방법. - 제 366 항에 있어서, 상기 전류는 적어도 약 12,000 A인 방법.
- 제 366 항에 있어서, 상기 전압은 적어도 4 kV인 방법.
- 제 366 항에 있어서, 상기 수계 연료는 적어도 90 mole% 물을 함유하는 방법.
- 제 366 항에 있어서, 상기 가동 요소는 직선방향, 아치방향 및 회전방향 중 적어도 하나로 이동하는 방법.
- 제 366 항에 있어서, 상기 점화 챔버에 연결된 적어도 하나의 전극을 거쳐서 상기 수계 연료로 전류가 공급되는 방법.
- 기계적 동력을 생성하기 위한 방법으로서,
점화 챔버로 고체 연료를 공급하는 단계;
상기 고체 연료에 전기적으로 연결된 전극에 적어도 약 5,000A를 공급하는 단계;
상기 점화 챔버에서 플라즈마 및 화력 중 적어도 하나를 생성하기 위해 상기 고체 연료를 점화시키는 단계; 및
상기 플라즈마 및 화력 중 적어도 하나의 적어도 일부를 기계적 동력으로 변환시키는 단계를 포함하는 방법. - 제 372 항에 있어서, 상기 점화 챔버로 동작 유체를 공급하는 단계를 더 포함하는 방법.
- 제 373 항에 있어서, 상기 동작 유체는 공기, H2O, 및 불활성 가스 중 적어도 하나를 포함하는 방법.
- 제 373 항에 있어서, 상기 점화 챔버 내로 상기 동작 유체를 분사하기 전에 상기 동작 유체를 가압하는 단계를 더 포함하는 방법.
- 제 373 항에 있어서, 상기 플라즈마 및 화력 중 적어도 하나의 적어도 일부를 기계적 동력으로 변환시키는 단계는 상기 동작 유체의 유동을 가동 요소 쪽으로 배향시키는 단계를 포함하는 방법.
- 제 376 항에 있어서, 상기 가동 요소를 직선방향, 아치방향 및 회전방향 중 적어도 하나로 이동시키는 단계를 더 포함하는 방법.
- 제 372 항에 있어서, 상기 고체 연료에 적어도 약 10,000A 또는 상기 고체 연료에 적어도 약 14,000A를 공급하는 단계를 더 포함하는 방법.
- 제 372 항에 있어서, 상기 고체 연료에 약 100V 보다 작은 전압, 상기 고체 연료에 약 10V보다 작은 전압, 또는 상기 고체 연료에 약 8V 보다 작은 전압을 공급하는 단계를 더 포함하는 방법.
- 제 372 항에 있어서, 상기 고체 연료에 적어도 약 5,000kW를 공급하는 단계를 더 포함하는 방법.
- 제 372 항에 있어서, 상기 점화 챔버에서 부분적인 진공을 생성하는 단계를 더 포함하는 방법.
- 제 372 항에 있어서, 상기 고체 연료의 점화에 의해서 생성된 하나 또는 그 이상의 성분들을 포획하는 단계, 재생하는 단계 및 재활용하는 단계 중 적어도 하나를 더 포함하는 방법.
- 기계적 동력을 생성하기 위한 방법으로서,
점화 챔버로 수계 연료를 공급하는 단계;
상기 수계 연료에 전기적으로 연결된 전극에 적어도 약 5,000A를 공급하는 단계;
상기 점화 챔버에서 아크 플라즈마 및 화력 중 적어도 하나를 생성하기 위해 상기 수계 연료를 점화시키는 단계; 및
상기 아크 플라즈마 및 화력 중 적어도 하나의 적어도 일부를 기계적 동력으로 변환시키는 단계를 포함하는 방법. - 제 383 항에 있어서, 상기 점화 챔버로 동작 유체를 공급하는 단계를 더 포함하는 방법.
- 제 384 항에 있어서, 상기 동작 유체는 수계 유체 및 불활성 가스 중 적어도 하나를 포함하는 방법.
- 제 384 항에 있어서, 상기 점화 챔버 내로 상기 동작 유체를 분사하기 전에 상기 동작 유체를 가압하는 단계를 더 포함하는 방법.
- 제 384 항에 있어서, 상기 아크 플라즈마 및 화력 중 적어도 하나의 적어도 일부를 기계적 동력으로 변환시키는 단계는 상기 동작 유체의 유동을 가동 요소 쪽으로 배향시키는 단계를 포함하는 방법.
- 제 387 항에 있어서, 상기 가동 요소를 직선방향, 아치방향 및 회전방향 중 적어도 하나로 이동시키는 단계를 더 포함하는 방법.
- 제 383 항에 있어서, 상기 수계 연료에 적어도 약 10,000A 또는 상기 수계 연료에 적어도 약 14,000A를 공급하는 단계를 더 포함하는 방법.
- 제 383 항에 있어서, 상기 수계 연료에 적어도 약 1kV, 상기 수계 연료에 적어도 약 2kV, 또는 상기 수계 연료에 적어도 약 4kV를 공급하는 단계를 더 포함하는 방법.
- 제 383 항에 있어서, 상기 수계 연료에 적어도 약 5,000kW를 공급하는 단계를 더 포함하는 방법.
- 제 383 항에 있어서, 상기 점화 챔버에서 부분적인 진공을 생성하는 단계를 더 포함하는 방법.
- 육상 수송을 위해 구성된 기계 시스템으로서,
적어도 약 5,000A의 전원;
플라즈마, 아크 플라즈마, 및 화력 중 적어도 하나를 생성하도록 구성된 점화 챔버;
상기 점화 챔버로 연료를 운반하도록 구성된 연료 운반 기구;
플라즈마, 아크 플라즈마, 및 화력 중 적어도 하나를 생성하기 위해 상기 전원에 연결되고 상기 연료에 동력을 공급하도록 구성된 한쌍의 전극;
상기 점화 챔버에 유체 연결되고, 상기 점화 챔버에 대해 이동하도록 구성된 가동 요소; 및
상기 가동 요소에 기계적으로 연결되고, 수송 요소로 기계적 동력을 제공하도록 구성된 구동축을 포함하는 기계 시스템. - 제 393 항에 있어서, 상기 수송 요소는 바퀴, 궤도, 기어 조립체 및 유압 부재 중 적어도 하나를 포함하는 기계 시스템.
- 제 393 항에 있어서, 상기 수송 요소는 자동차, 오토바이, 스노모빌, 트럭 및 기차 중 적어도 하나의 일부분을 형성하는 기계 시스템.
- 항공 수송을 위해 구성된 기계 시스템으로서,
적어도 약 5,000A의 전원;
플라즈마, 아크 플라즈마, 및 화력 중 적어도 하나를 생성하도록 구성된 점화 챔버;
상기 점화 챔버로 연료를 운반하도록 구성된 연료 운반 기구;
플라즈마, 아크 플라즈마, 및 화력 중 적어도 하나를 생성하기 위해 상기 전원에 연결되고 상기 연료에 동력을 공급하도록 구성된 한쌍의 전극;
상기 점화 챔버에 유체 연결되고, 상기 점화 챔버에 대해 이동하도록 구성된 가동 요소; 및
상기 가동 요소에 기계적으로 연결되고, 항공 환경에서 추진력을 제공하도록 구성된 항공 요소를 포함하는 기계 시스템. - 제 396 항에 있어서, 상기 항공 요소는 항공 프로펠러 및 압축기 중 적어도 하나를 포함하는 기계 시스템.
- 제 396 항에 있어서, 상기 항공 요소는 터보제트, 터보팬, 터보프롭, 터보샤프트, 프롭팬, 램제트, 및 스크램제트 중 적어도 하나의 일부분을 형성하는 기계 시스템.
- 선박 수송을 위해 구성된 기계 시스템으로서,
적어도 약 5,000A의 전원;
플라즈마, 아크 플라즈마, 및 화력 중 적어도 하나의 적어도 하나를 생성하도록 구성된 점화 챔버;
상기 점화 챔버로 연료를 운반하도록 구성된 연료 운반 기구;
플라즈마, 아크 플라즈마, 및 화력 중 적어도 하나를 생성하기 위해 상기 전원에 연결되고 상기 연료에 전력을 공급하도록 구성된 한쌍의 전극;
상기 점화 챔버에 유체 연결되고, 상기 점화 챔버에 대해 이동하도록 구성된 가동 요소; 및
상기 가동 요소에 기계적으로 연결되고, 선박환경에서 추진력을 제공하도록 구성된 선박요소를 포함하는 기계 시스템. - 제 399 항에 있어서, 상기 선박 요소는 선박 프로펠러를 포함하는 기계 시스템.
- 제 399 항에 있어서, 상기 선박요소는 펌프-제트, 하이드로-제트 및 워터-제트 중 적어도 하나의 일부분을 형성하는 기계 시스템.
- 작업 기계 시스템으로서,
적어도 약 5,000A의 전원;
플라즈마, 아크 플라즈마, 및 화력 중 적어도 하나의 적어도 하나를 생성하도록 구성된 점화 챔버;
상기 점화 챔버로 연료를 운반하도록 구성된 연료 운반 기구;
플라즈마, 아크 플라즈마, 및 화력 중 적어도 하나를 생성하기 위해 상기 전원에 연결되고 상기 연료에 전력을 공급하도록 구성된 한쌍의 전극;
상기 점화 챔버에 유체 연결되고, 상기 점화 챔버에 대해 이동하도록 구성된 가동 요소; 및
상기 가동 요소에 기계적으로 연결되고, 기계 동력을 제공하도록 구성된 작업 요소를 포함하는 작업 기계 시스템. - 제 402 항에 있어서, 상기 작업 요소는 회전축, 왕복 로드, 코그, 오거 및 블레이드 중 적어도 하나를 포함하는 작업 기계 시스템.
- 제 402 항에 있어서, 상기 작업 요소는 냉장고, 세탁기, 식기세척기, 잔디 깍는 기계, 제설기 및 브러쉬 커터 중 적어도 하나의 일부분을 형성하는 작업 기계 시스템.
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