專利名稱：蒸汽和氫氣發(fā)生器的制作方法
蒸汽和氫氣發(fā)生器相關申請本申請根據美國法典第35條119(e)款要求申請日為2005年5月 16曰且名稱為"蒸汽和氫氣發(fā)生器"的美國臨時專利申請第60/681,165 的優(yōu)先權，該申請的公開通過引用而結合于此。發(fā)明領域本發(fā)明涉及用于產生高溫蒸汽和氫氣的裝置和方法。 發(fā)明背景氫氣被認為是將來的清潔燃料。其原因為全球對使用石油替代品 的關注，該石油替代品作為燃并牛源是環(huán)境友好的，并且因為這樣的事 實氫氣的燃燒僅僅產生水，而燃料與碳的燃燒則形成C02，其對大 氣造成污染，從而導致"溫室"效應。然而，氫氣的處理及分布是有 問題的，這是由于安全問題及能量成份濃度低的緣故。授權給Cornish的美國專利第4,702,894(其公開通過引用而結合于 此)描述了通過在水中將金屬表面加熱到一定溫度而產生氫氣，金屬與 水在此溫度下反應，從而產生氫氣。根據該專利，水中加熱可借助帶 有大約18,000伏特電壓的線，并且在大約1安培的電流下電性地執(zhí)行。了一種處理方法，用于運行作為燃燒蒸汽機的壓縮馬達。根據此方法 中，在空氣存在的情況下，鎂和水反應從而產生氫氣，并且氫氣在同 樣的室內與同樣的空氣燃燒。這是不清楚的為什么鎂沒有直接和空 氣反應。發(fā)明概要本發(fā)明的一些實施例的一方面涉及一種用于從金屬和水的反應 中產生氫氣和蒸汽的方法。反應通過將金屬點燃的電荷放電而啟動， 并且在不需要另 一次放電的情況下而繼續(xù)進行。從而允許連續(xù)地產生 蒸汽和氫氣，而僅僅需要間歇性的電荷放電。方法依賴于一種發(fā)現 適當數量的水和金屬《1入到反應室內的時候，反應可在沒有放電的情 況下繼續(xù)進行。為此，水應當多于金屬，但水的數量足夠小，從而不 會將金屬冷卻到低于反應溫度。在本發(fā)明的一個實施例中，方法包括將金屬連續(xù)元件，比如金屬或含有金屬的線或桿進給到放電源；將水蒸汽供應到金屬連續(xù)元件的 附近；通過放電源而間歇性地提供足夠的放電，從而在金屬和水蒸汽 之間啟動反應；及在沒有放電的情況使反應繼續(xù)進行。反應中沒有放 電的時間越長，則在提供電荷放電時消耗的能量越少。元件被認為是連續(xù)(contiguous)的，如果它的尺度至少為1厘米的 話，且反應可沿著該尺度進行的話。其可以具有螺旋、細長管路、桿、 線或任何其它形狀，該形狀允許反應沿著一定尺度進行，以至于離開 從放電電極開始的放電距離。根據本發(fā)明，任何依賴與水的反應而提供氫氣和熱量的物質可適 合作為金屬。優(yōu)選地為穩(wěn)定的物質，該物質在周圍溫度下，比如在300K 的溫度下不會自發(fā)地與水反應。這種物質的非限制性的示例為鎂、鋁、 硼、鋅、它們的混合物及它們的合金。在示例性的實施例中，具有桿或線形式的金屬元件以連續(xù)的方式 進給到反應室內，并且朝向室內的放電電極。當金屬線的至少一部分 到達從放電電極開始的放電距離時發(fā)生放電，并且金屬元件與水蒸汽 之間開始反應。反應縮短了線的長度，并且將其帶離從電極開始的放 電距離。由金屬與水之間的放熱反應產生的熱量，足以將金屬元件的 至少 一部分保持于反應溫度，并且這種方式使得反應的持續(xù)進行成為 可能，并且不需要額外的放電。在該示例性實施例中，金屬的連續(xù)進 給補償了線的縮短，并且也存在恒定的水供應，以便在金屬反應部分的附近維持充足的水量，從而使反應繼續(xù)進行。金屬的進給速度可選 地控制成將反應位置保持于反應室內，但保持于從電極開始的放電距 離之外。如果反應停止的話，比如因為金屬冷卻到低于反應溫度的緣故， 那么金屬線的連續(xù)進給將把金屬帶回到從電極開始的放電距離處，放 電將會發(fā)生，并且反應將會恢復。這種實施例提供了針對反應的系統(tǒng) 自控制，并且減小了反應的非故意中斷的可能性。備選地或額外地， 放電源間歇性地打開并關閉，以便提供間歇性的放電。本發(fā)明方法優(yōu)選地在反應室內大致沒有液態(tài)水的時候執(zhí)行。這可 以實現，如果室內的溫度高于水在反應室內部壓力時的沸點的話，或 者優(yōu)選地高于水的臨界溫度。將水作為在室內蒸發(fā)的液滴而卩1入到反 應室內也是優(yōu)選的。通過這種方式，水的冷卻效果增加，并且用于將 水克服反應室的內部工作壓力而推到反應室內的能量較小?？蛇x地，水與金屬的適當數量發(fā)現為如下金屬以恒定的速度引 入，并且目標溫度設定成輸出氫氣和蒸汽。測量輸出溫度，并且如果 已測量溫度高于目標溫度的話，增加水的輸入速度，或者如果被測量 溫度低于目標溫度的話，減小水的輸入速度。當已發(fā)現適當的水輸入 速度的時候，可將放電源關閉，而反應將理想地且完美地繼續(xù)進行。 在實踐中，可能會發(fā)生波動，比如由于金屬桿的不規(guī)則性，并且如果 波動導致反應停止的話，那么在桿的末端到達從電極開始的放電距離 的下一次，反應重新開始。將額外的金屬提供到室內的運行優(yōu)選地與 將金屬帶到從電極開始的放電距離的運動相同。本發(fā)明一些實施例的一方面為執(zhí)行上述方法的裝置。裝置包括其 內具有水蒸汽的反應室、金屬連續(xù)元件及放電系統(tǒng)。放電系統(tǒng)配置成提供足以將金屬點燃的電荷放電，從而使金屬與水蒸汽反應。裝置內 的金屬連續(xù)地朝著放電電極移動，并且放電系統(tǒng)僅僅間歇性地提供放 電。術語"間歇性地，，用于文中，以便解釋系統(tǒng)僅僅在一部分時間內 提供放電，并且以某種方式放電，該方式可具有規(guī)律性，雖然許多情況下沒有規(guī)律性。在一些實施例中，僅僅在需要以便使反應開始的時 候才會發(fā)生放電，既可在運行開始時發(fā)生，也可當反應在裝置運行過 程中停止的時候發(fā)生。金屬朝著^:電電極移動的速度優(yōu)選地低于或等于反應速度。在文 中，反應速度是金屬元件縮短的速度。當進給速度低于反應速度的時候，可能會發(fā)生以下情況反應停止，并且在發(fā)生另一次放電之前的 一段時間內室內沒有反應，且裝置在反應停止之前輸出蒸汽和氫氣。通過這種方式，對進給速度的制提供了對反應室內壓力和溫度的控制。在本發(fā)明的一個實施例中，裝置允許將多于一個的金屬連續(xù)元 件，可選地通過多個進給系統(tǒng)而引入到反應室內，且每個進給系統(tǒng)對 一個元件進行進給。元件可以具有類似或不同的形狀及尺寸，并且可 以同時或不同時地進給。這種結構可用于提供具有寬廣動力輸出范圍 的氫氣發(fā)生裝置。比如可以使用厚元件，其比較薄的元件提供更高的 輸入。備選地或額外地，多個同時地進給的元件比該多個進給元件中 的每一個元件提供更高的動力輸出。本發(fā)明的裝置可作為獨立系統(tǒng)而使用，用于供應蒸汽和氬氣，或 者以別的方式，該裝置可集成于發(fā)動機的艙內(board),該發(fā)動機適于 將氫氣作為燃料并且利用加壓的高溫蒸汽。當與發(fā)動機一起使用的時 候，引入到反應室內的金屬量可用來控制發(fā)動機的動力輸出。此發(fā)動 機可為渦輪發(fā)動機、內燃發(fā)動^/U蒸汽發(fā)動機或任何其它動力轉換系 統(tǒng)。相應地，本發(fā)明的一些實施例的 一方面涉及一種用于在反應室內 產生氫氣和蒸汽的方法，該方法包括將金屬連續(xù)元件進給到放電源； 通過放電源而間歇性地提供足夠的放電，從而在金屬連續(xù)元件的至少 一部分與水蒸汽之間啟動反應；及在沒有放電的情況使反應繼續(xù)進行?？蛇x地，進纟會連續(xù)地進行。可選地，連續(xù)元件為桿或線?？蛇x地，使反應在沒有放電的情況下繼續(xù)進行，包括繼續(xù)進行至 少一秒鐘?？蛇x地，方法沿著一個時段而執(zhí)行，并且放電源在小于該 時段一半的時間內起作用。根據本發(fā)明的 一 個實施例，當金屬連續(xù)元件位于從放電源開始的 放電距離處的時候提供放電，并且反應縮短金屬連續(xù)元件，由此將金屬連續(xù)元件從自放電源開始的^:電距離處帶走?？蛇x地，只要反應繼 續(xù)進行，則進給不將桿或線帶到從放電源開始的放電距離處。在本發(fā)明的一個實施例中，方法進一步包括停止反應；及借助連 續(xù)進給而使反應恢復?？蛇x地，停止反應包括將金屬冷卻至低于反應 溫度?？蛇x地，冷卻包括提供足夠量的水，以便將金屬冷卻到低于反 應溫度。在本發(fā)明的一個實施例中，使反應繼續(xù)進行包括將水提供到反應 室內，從而使反應室內的水多于金屬?？蛇x地，使反應繼續(xù)進行包括 將數量足夠小的水提供到反應室內，用于將反應室內的溫度維持到高 于反應室內水的沸點，或者高于水的臨界溫度。可選地，反應室內大致沒有氧氣?？蛇x地，方法包括在大約高于 20(TC或高于30(TC的出口溫度下將氫氣從反應室中放出?？蛇x地，方法包括對所產生的氫氣和蒸汽的溫度進行監(jiān)視，并且 以對應于所監(jiān)視溫度的速度而提供水及/或金屬?？蛇x地，方法包括將水滴4是供到反應室內，并且將水滴蒸發(fā)?？?選地，反應的熱量將水滴蒸發(fā)。優(yōu)選地，金屬連續(xù)元件內的金屬為穩(wěn)定金屬，其不會在30'C時自 發(fā)地與水反應?？蛇x地，穩(wěn)定金屬選自以下小組鎂、鋁、硼、鋅、 它們的混合物及它們的金屬合金。可選地，方法在移動車輛的艙內執(zhí) 行。備選地，方法在靜態(tài)裝置內執(zhí)行?？蛇x地，發(fā)動機選自以下小組 渦輪發(fā)動機、內燃發(fā)動機和蒸汽發(fā)動機。可選地，金屬引入到反應室內的速度控制動力輸出。可選地，方法包括將產生的蒸汽可選地借助隔膜而從所產生的氫 氣中分離出去，并且單獨地使用它們?？蛇x地，隔膜包括金屬隔膜。在本發(fā)明的一個實施例中，氫氣用于燃料電池，而蒸汽則用于蒸 汽發(fā)動機中。備選地或額外地，氫氣和蒸汽作為混合物而用于無氫氣 點燃的蒸汽發(fā)動機中，并且在發(fā)動機內膨脹之后，蒸汽部分地冷凝， 而氫氣則^皮分離。本發(fā)明的 一些實施例的 一方面涉及一種裝置，用于借助金屬與水蒸汽之間的反應而產生氫氣和蒸汽，該裝置包括a. 反應室，其裝備有放電電極；b. 水入口，用于將水引入到反應室內；c. 電源，其連接到放電電極，并且可連接到金屬連續(xù)元件，從而 當金屬桿或線到達放電電極的時候發(fā)生放電，該放電足以點燃金屬；d. 金屬進給系統(tǒng)，其配置成朝著放電電極前移金屬連續(xù)元件；e. 氣體出口，用于將蒸汽和氫氣從反應室中輸出；以及f. 控制系統(tǒng)，其配置成控制金屬進給系統(tǒng)及水入口 ，從而使(i) 裝置大約在目標溫度下輸出蒸汽和氫氣，該溫度可選地高于IOO'C， 可選地高于300"C; (ii)反應室內的溫度高于水在反應室內壓力處的沸 點；以及(iii);故電電極間歇性地運4亍。可選地，金屬連續(xù)元件為金屬桿或線。可選地，根據本發(fā)明的裝置包括多個金屬進給系統(tǒng)，其聯合起來 能夠將多個金屬線或桿進給到反應室內?？蛇x地，裝置具有進給系統(tǒng)，進給系統(tǒng)包括彈性密封件，用于在 沒有將氫氣和蒸汽從反應室釋放到環(huán)境中的情況下而將金屬連續(xù)元 件進給到反應室內。可選地，水入口將水滴引入到反應室內。本發(fā)明的一方面涉及一種裝置，用于借助金屬與水蒸汽之間的反 應而產生氫氣和蒸汽，該裝置包括其內具有金屬連續(xù)元件的反應室及 放電系統(tǒng)，放電系統(tǒng)配置成提供足以點燃金屬連續(xù)元件的至少 一部分的電荷放電，并且金屬的至少一部分與水蒸汽反應，而金屬元件則連 續(xù)地朝著放電電極移動，且放電系統(tǒng)間歇性地提供放電?？蛇x地，反 應室內的溫度高于水在裝置內的壓力下的沸點。優(yōu)選地，反應室內的 溫度高于水的臨界溫度。可選地，裝置包括多個進入反應室內的金屬連續(xù)元件?？蛇x地，放電電極連接到低于IOO伏特的電壓源上?？蛇x地，在根據本發(fā)明的裝置中，金屬通過彈性密封件而進入反應室中。可選地，裝置包括用 于將金屬連續(xù)元件的一部分從水中隔離的隔離部件。可選地，裝置包 括用于將金屬連續(xù)元件的一部分從反應室中熱隔絕的熱隔絕件?？蛇x 地，裝置包括用于冷卻金屬連續(xù)元件的該部分的熱交換器。可選地， 裝置進一步包括隔膜，可選地為金屬隔膜，用于將氬氣從蒸汽中分離 出去。附圖簡述本發(fā)明的示例性非限制性實施例將結合附圖而被描述。

圖1示意性地展示了根據本發(fā)明的用于產生氫氣和蒸汽的裝置的一個實施例；圖2示意性地展示了根據本發(fā)明一個實施例且具有混合物消耗體的蒸汽和氫氣產生裝置；以及圖3示意性地展示了汽車發(fā)動機艙內的蒸汽和氬氣消耗裝置。 展示于圖中的構件和特征的尺寸為方便及表達清晰而選擇，而并不必按比例顯示出來。發(fā)明實施例詳述圖1示意性地展示了根據本發(fā)明一個實施例的裝置100。在該實 施例中，連接到電源104的金屬線和桿102推進到反應室106中，該 反應室106優(yōu)選地^皮密封起來。線或桿102朝著對電極(counter electrode)IIO(也稱為"放電電極")而進給，對電極110初始地與金屬線或桿絕緣，并且該對電極110借助室106的壁體126而電性地連接 到電源104。備選地，放電電極可借助線(圖未示)而連接到電源，該線 可選地且電性地與室的壁體絕鄉(xiāng)彖。圖1也展示了可選的進給機構130,其沿著水平線將金屬線或桿 102朝著放電電極110而推到反應室106內。在其它實施例中，桿或 線102垂直地進入室106內，或者與地面成其它角度地進入室06內。如圖所示，放電電極110可選地為桿狀，并且成形為曲棍球棒的 形狀。在其它實施例中，放電電極可以具有業(yè)界所知的任何其它形狀， 比如網狀、盤狀、桶狀或直線狀。電極110繪制于圖1中的角度以便 容納桿102可具有優(yōu)點當金屬桿跑到電極110而沒有放電的時候(比 如因為放電電源與電極斷開的原因)，金屬桿會彎曲，而不是與電極沖 撞。備選地或額外地，電極可彈性地附接到室的內壁上，從而使電極 在被正在進給的金屬桿碰撞的情況下彎曲。備選地或額外地，電極上 可形成有孔，從而使正在進給的桿在沒有沖撞的情況下通過該孔。圖1也展示了彈性密封件108,用于將金屬桿進給到室內，而沒 有將氣體從室釋放到環(huán)境中。^H可其它能夠將金屬進給到室內而沒有 放出氣體的手段可代替彈性密封件。該手段的非限制性示例為熱噴 嘴。額外地，密封件108可作為隔絕部件而使用，從而將密封件內的 線的一部分與室內的水蒸汽隔絕開。密封件108可選地設置于陶資套 筒108A內，陶瓷套筒108A將密封件與室的壁體126熱隔離開，在運 行的時候，該密封件可能會被來源于反應室的熱量相當地加熱?？蛇x 地使用熱交換器108B來冷卻室106外部的金屬線102的一部分。圖1也展示了水入口 114;經由水入口 114而插入的水112;氣 體出口 124,用于將產生的氫氣和蒸汽從裝置100中放出去，以便用 于任何消耗系統(tǒng)(圖2中的300);以及安全出口 128，其配置成允許當 壓力升到高于預定值的時候，將壓力釋放。該實施例中的反應室106進一步裝備有可選的溫度傳感器116A、 壓力傳感器116B及可移去的蓋體118?？蛇x的可移去蓋體借助螺釘120而密封于室的壁體上?？梢迫ドw體118可被移去，以便為清潔、檢查、維護等目的而打開室。檢制系統(tǒng)122通過控制將金屬102及/ 或水112引入到室106的速度而控制動力輸出。控制系統(tǒng)122可選地 也控制氣體出口 124，并且通過該氣體出口 124而控制室內的壓力。 額外地或備選地，氣體出口由消耗體(consumer)所控制，該消4毛體接 收從出口 124出來的氫氣和蒸汽。在示例性實施例中，消耗體通過控 制系統(tǒng)而與裝置導通。在運行的過程中，金屬102通過進給機構130并且克服反應室106 內的壓力而朝著電極IIO進給。進給后的金屬到達從電極開始的放電 距離，并且這產生電性放電，該電性放電對金屬102及反應室106內 的大氣加熱，從而啟動與水蒸汽的反應。用于反應的水112以小滴^i的形式經由噴灑器114而噴射到室 106內。噴灑器114配置成克刀良反應室內的壓力而噴灑水。水可選地 在與金屬進入的時間不同的時間噴射，并且可選地在控制環(huán)路內被控 制，該控制環(huán)路不同于金屬進纟舍的控制環(huán)路，并且可選地獨立于金屬 進給的控制環(huán)路。在一些實施例中，水具有其自己的控制環(huán)路。室內 的壓力優(yōu)選地低于水在室內的溫度下的蒸汽壓力，并且水112在其到 達金屬102之前而蒸發(fā)。如果液態(tài)水沒有到達熱金屬的話，那么金屬 由于水的高蒸發(fā)熱量的緣故而相當地被冷卻，并且反應可能停止或減 慢。水蒸汽與金屬反應，并且金屬桿102相應地收縮，并且通過這種 方式，桿的端部102A離開從電極110開始的放電距離。備選地或額 外地，桿102可借助進給機構130而抽回。金屬桿繼續(xù)朝著電極HO進給，并且繼續(xù)與水112反應?？蛇x地， 金屬桿的進給速度及經由噴灑器114而噴射的水流借助控制系統(tǒng)112 而得以調整，從而使金屬線102與電極10之間的距離相對恒定，即 桿102的端部102A沒有進入密封件108內，并且沒有進入從電極開 始的放電距離。金屬與水之間的反應產生的熱量使得反應得以維持， 并且流經噴灑器114的水，控制著室106內的溫度水比金屬的量越多，則溫度越低。作為水與金屬之間反應副產品的金屬氧化物可借助業(yè)界所知的^f壬何手段，比如描述于美國專利申請公開第2004/0237499中的手l更而 從裝置100中丟棄。如果水與鎂反應并且沒有多余水的話，溫度將可能升高到大約 150(TC，其通常不合需要。為了將溫度維持于大約30(TC到大約600 °C,水與鎂之間的摩爾比應當在大約3:1到大約6:1。對于其它金屬， 這些比值不同?？刂葡到y(tǒng)122優(yōu)選地配置成獨立于壓力而控制溫度。壓力控制可 通過控制金屬引入到室內的速度，及/或通過控制氫氣和蒸汽經由出口 124而從系統(tǒng)中排出的速度而獲得。金屬引入速度的增加，可選地通過增加金屬朝著電極的進給速度 而獲得。額外地或備選地，金屬可以多于一個桿的形式而引入，從而 當需要更高壓力的(或動力輸出)時候，額外的桿經由額外的進給系統(tǒng) (圖未示)而引入到室內?？蛇x地，不同的金屬桿朝著不同的放電電極 進給，放電電極可連接到相同的或不同的電源上。額外地或備選地， 不同的金屬桿朝著公共放電電極進給。溫度控制可通過調整引入到系 統(tǒng)內的水與金屬之間的比值而獲得。每個金屬單元內添加的水越多， 則溫度越低，因為系統(tǒng)內有更多的材料來吸收反應熱量。可選地，控制系統(tǒng)122控制金屬桿或線102的進給，從而使電荷 放電僅僅在一部分時間內發(fā)生，比如在90%、 70%、 50%、 30%、 10%、 5%、 1%的時間內發(fā)生，或在任何更低或中間值的時間內發(fā)生。這也 是可選的控制系統(tǒng)控制金屬線或桿的進給，從而在一次電荷放電與 另一次電荷》丈電之間，至少為1秒、5秒、30秒或任何其它更高或中 間階段將度過。該階段可在系統(tǒng)運行過程中改變，并且可選地由設備 操作員直接地界定，但也不是必然要這樣。比如，操作員可以一種方 式而為控制系統(tǒng)界定輸出溫度和壓力，而控制系統(tǒng)將控制金屬線或桿 的進給、水的噴射及流體從室內的流出，該方式維持預定的參數。在本發(fā)明的一個實施例中，如上所述，這種控制促使電荷放電僅僅在時 間的 一部分發(fā)生，或者僅僅在先前放電之后的某個階段內發(fā)生。電極110連接到電源104,用于提供電荷放電。用于將鎂桿在水蒸汽以下點燃的電壓發(fā)現應當小于100伏特，并且在許多情況下， 大約IO到大約30伏特之間的電壓足夠。如果系統(tǒng)運行的過程中產生 電弧的話，電荷放電電流無規(guī)律地增加，在這種情況下，出于安全的 原因，并且為了有助于進一步控制反應室內的壓力和溫度，控制系統(tǒng) 122可選地從放電電源104斷開。 示例1根據描述于圖中的實施例構造出一種裝置。直徑為2.4毫米的 鎂線以3.7厘米/秒的速度進給入系統(tǒng)內。水經由噴灑器并以將溫度保 持于35(TC的目標溫度所需要的速度而噴射。放電電極由不銹鋼制成， 并且放電電源取自商業(yè)上可獲得的焊機。使用大約20伏特的放電電 壓?？刂葡到y(tǒng)設定成在20個大氣壓的總壓力及35(TC的溫度下，維持 恒定的氫氣和蒸汽流出量。當壓力達到30個大氣壓的時候，安全閥 變的打開。裝置運行3分鐘，然后;^丈電電源從系統(tǒng)中斷開，并且運行 額外地持續(xù)3分鐘，此后系統(tǒng)通過停止金屬的進給并且通過加水而關 閉，直到輸出壓力開始減小。示例2如在示例中所用的裝置，運行成在高達554。C及平均為440°C 的多種溫度下輸出蒸汽和氫氣。壓力在12到22個大氣壓之間，且平 均壓力為20個大氣壓。通過連續(xù)地且以3.4厘米/秒的平均速度供應 直徑為2.4毫米的金屬線，并且通過改變水的輸入量，即增加輸入量 以減小溫度，并且減小輸入量以增加溫度，溫度和壓力得以操控。然 后，水與金屬的輸入量得到穩(wěn)定，并且放電電源斷開。運行另外地持 續(xù)1分鐘，并且如上所述的系統(tǒng)關閉。粗略的系統(tǒng)效能評估在用于示例和2的系統(tǒng)中，放電產生了大約lkW的電能(電壓大約為20伏特，電流為50安;咅)，并且系統(tǒng)產生大約10kW的熱能。 在20%-50%的轉換率下，其為典型的將熱轉換為電的轉換率，這可能 已經提供了 2-5kW的電能。相應地，如果需要恒定放電的話，那么 20%-50%的能量將消耗于放電中。然而，在本申請中，放電是間歇性 的，并且放電能量與輸出能量之間的比值非常小。比如，當系統(tǒng)在放 電電路連接的情況下運行3分4中的時候，然后在放電電路斷開的情況 下運行另外3分鐘的時候，至少節(jié)約了 50%的能量，該能量在以上計 算中將消耗于放電中。然而，此數字低估了所獲得的節(jié)省量，因為當 放電電路連接的時候，電流間歇性流過該放電電路，并且每次僅僅持所需要時間的時候，所需的放電能量相對于產生的能量可忽略不計。圖2描述了根據本發(fā)明 一個實施例的裝置200，其位于消耗體300 的輪內。所示的裝置200包括出口 224,用于將蒸汽和氫氣放入到消耗體 300中。所示的裝置200也具有兩個可選的出口 250和260。出口 250 可選地用于當裝置200已經停止運行，并且在裝置200再次運行之前， 而將水從裝置200中放出去。出口 260可選地用于將水與金屬之間的 反應產生的金屬氧化物放出去。裝置200的其它元件與展示于圖1中 的裝置100的那些元件類似，并且為簡明起見而在圖2中沒有再現。在圖2中的實施例中，裝置200用于在熱力發(fā)動機及電力發(fā)動機 中混合運行，并且用于燃料電池350中，而蒸汽則用于蒸汽發(fā)動機360 中。氫氣和蒸汽也可單獨地用于其它熱與電組合的系統(tǒng)中，且所示的 消耗體300包括用于將氫氣從蒸汽中分離的分離單元304。分離單元 304包括分離隔膜310，其可選地為金屬隔膜，并且其將氫氣從蒸汽 中分離出去。分離單元304具有位于隔膜310的一個側邊的氫氣出口 320，及位于隔膜的另一個側邊的蒸汽出口 330。在圖3中，根據本發(fā)明一個實施例的裝置400位于汽車410的艙 內，從而將蒸汽和能量提供給汽車的發(fā)動機420。在另一個實施例中，用于產生蒸汽和氫氣的裝置在高溫和高壓下 將蒸汽和氫氣提供給蒸汽發(fā)動機，蒸汽發(fā)動機沒有點燃氫氣，并且在 發(fā)動機內膨脹之后，蒸汽部分地在冷凝器內冷凝，而氫氣則被分離并 可用于其它應用中，比如燃料電池。最后，申請人的以US2004/0237499公開的早期申請(其公開通過 引用而結合于此)描述了許多其它的消耗體與反應室的組合，該反應室 產生蒸汽和氫氣，并且在所有這些組合中，反應室可以為根據本發(fā)明 實施例的反應室。上述裝置和方法也可用于借助二氧化碳而將金屬氧化，從而產生 一氧化碳。為此，水入口 114 ^^換為二氧化^友入口 ，而經由出口 124 輸出的則為一氧化碳。類似的裝置和方法也可用于產生蒸汽與合成氣 (氫氣與一氧化碳的氣態(tài)混合物)。為此，二氧化碳及水與金屬反應。 為了實施用于產生合成氣的方法與裝置，圖1中的裝置可選地通過將 二氧化^炭入口加入到水入口 114而得以修改。本發(fā)明已經通過其實施例的非限制性的詳細描述而得以描述，非 限制性的詳細描述通過舉例的形式而提供，且并非旨在限制發(fā)明范 圍。應當理解針對一個實施例描述的特征及/或步驟可用于其它實施 例中，并且并非本發(fā)明的所有實施例都具有展示于特定附圖中或針對 實施例中的其中 一個而描述的所有特征及/或步驟。所述實施例的變型 將發(fā)生于本領域的技術人員。此外，當用于公開及/或權利要求中的時 候，術語"包括"、"包含"、"具有"及它們的變形將意味著"包 括但并不必局限于"。應當注意上述實施例中的一些可能描述了發(fā)明人構思出的最佳 方式，并且因此可能包括結構、動作或結構的細節(jié)及可能對發(fā)明不是 基本的但作為示例而描述的動作。文中描述的結構與動作可被等同物 所替換，如為業(yè)界所知那樣，即使結構或動作不同，等同物執(zhí)行相同 的功能。因此，本發(fā)明的范圍僅僅由權利要求中所用的元件與限制所 限制。
權利要求
1.一種用于在反應室內產生氫氣和蒸汽的方法，所述方法包括a.將金屬連續(xù)元件朝向放電源進給；b.通過所述放電源而間歇性地提供足夠的放電，從而在所述金屬連續(xù)元件的至少一部分與水蒸汽之間啟動反應；及c.在沒有放電的情況使所述反應繼續(xù)進行。
2. 如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述進給連續(xù)地進行。
3. 如權利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述連續(xù)元件為 桿或線。
4. 如前述權利要求中任何一項所迷的方法，其特征在于，當所述 金屬連續(xù)元件位于從放電源開始的放電距離處時提供放電，并且所述 反應縮短所述金屬連續(xù)元件，由此將所述金屬連續(xù)元件從自放電源開 始的放電距離處帶走。
5. 如前述權利要求中任何一項所述的方法，其特征在于，只要所 述反應繼續(xù)進行，則所述進給不將所述桿或線帶到從所述^:電源開始 的放電距離處。
6. 如前述權利要求2-5中任何一項所述的方法，其特征在于，所 述方法進一步包括c. 停止所述反應；以及d. 通過所述連續(xù)進給而使所述反應恢復。
7. 如權利要求6所述的方法，其特征在于，停止所述反應包括將 所述金屬冷卻到低于反應溫度。
8. 如權利要求7所述的方法，其特征在于，所述冷卻包括提供足 夠數量的水，從而將所述金屬冷卻到低于所述反應溫度。
9. 如前述權利要求中任何一項所述的方法，其特征在于，使所述 反應在沒有放電的情況下繼續(xù)進行包括至少繼續(xù)進行1秒鐘。
10. 如前述權利要求中任何一項所述的方法，其特征在于，使所述反應繼續(xù)進行包括將水提供到所述反應室內，從而使所述反應室內 的水多于所述金屬。
11. 如前述權利要求中任何一項所述的方法，其特征在于，使所 述反應繼續(xù)進行包括將數量足夠小的水提供到所述反應室內，從而將 所述反應室內的溫度維持到高于所述反應室內的所述水的沸點溫度。
12. 如前述權利要求中任何一項所述的方法，其特征在于，所述 反應室內的溫度高于所述水的臨界溫度。
13. 如前述權利要求中任4可一項所述的方法，其特征在于，所述 反應室內大致沒有氧氣。
14. 如前述權利要求中任何一項所述的方法，其特征在于，包括 在高于200°C的出口溫度下將所述氫氣從所述反應室中放出去。
15. 如前述權利要求所述的方法，其特征在于，所述出口溫度高 于30(TC。
16. 如前述權利要求中任^r一項所述的方法，其特征在于，所述 方法沿著一個時段而執(zhí)行，并且所述放電源在小于所述時段一半的時 間內起作用。
17. 如前述權利要求中任j可一項所述的方法，其特征在于，包括監(jiān)視所產生的氫氣和蒸汽的溫度，并且以與所監(jiān)視的溫度對應的速度 提供水。
18. 如前述權利要求中任何一項所述的方法，其特征在于，包括 監(jiān)視所述產生的氫氣和蒸汽的溫度，并且以與所監(jiān)視的溫度對應的速 度提供金屬。
19. 如權利要求8-18中任何一項所述的方法，其特征在于，提供 水包括將水滴提供到所述反應室內，并且將所述水滴蒸發(fā)。
20. 如前述權利要求中任^T一項所述的方法，其特征在于，所述 金屬為穩(wěn)定金屬，其在3(TC下沒有自發(fā)地與水反應。
21. 如前述權利要求所述的方法，其特征在于，所述穩(wěn)定金屬選 自以下小組鎂、鋁、硼、鋅、它們的混合物及它們的金屬合金。
22. 如前述權利要求中任何一項所述的方法，其特征在于，所述 方法在移動車輛的艙內執(zhí)行。
23. 如權利要求22所述的方法，其特征在于，所述發(fā)動機選自以 下小組渦輪發(fā)動機、內燃發(fā)動機及蒸汽發(fā)動機。
24. 如前述權利要求中任何一項所述的方法，其特征在于，金屬 《1入到所述反應室內的所述速度控制動力輸出。
25. 如前述權利要求中任何一項所述的方法，其特征在于，包括 將所產生的蒸汽從所產生的氫氣中分離出去，并且單獨地使用它們。
26. 如前述權利要求所述的方法，其特征在于，分離包括通過隔 膜而過濾。
27. 如前述權利要求所述的方法，其特征在于，所述隔膜包括金屬隔膜。
28. 如權利要求25所述的方法，其特征在于，所述氫氣用于燃料 電池，而所述蒸汽則用于蒸汽發(fā)動機。
29. 如前述權利要求中任何一項所述的方法，其特征在于，所述 氫氣和所述蒸汽作為混合物而用于沒有點燃所述氫氣的蒸汽發(fā)動機 中，并且在所述發(fā)動機內膨脹之后，所述蒸汽部分地冷凝，而所述氬 氣則被分離。
30. —種用于借助金屬與水蒸汽之間的反應而產生氫氣和蒸汽的 裝置，所述裝置包括a. 反應室，其裝備有放電電極；b. 水入口，用于將水引入到所述反應室內；c. 電源，其連接到所述放電電極上，并且其可連接到金屬連續(xù)元 件上，從而當所述金屬桿或線到達所述放電電極的時候發(fā)生放電，所 述放電足以點燃所述金屬；d. 金屬進給系統(tǒng)，其配置成朝著所述放電電極而前移所述金屬連 續(xù)元件；e. 氣體出口，用于將蒸汽和氫氣從所述反應室中輸出；以及f.控制系統(tǒng)，其配置成控制所述金屬進給系統(tǒng)及水入口，從而使(i)所述裝置在目標溫度附近的溫度下輸出蒸汽和氬氣；(ii)所述反應室內 的溫度高于水在所述反應室內的壓力下的沸點溫度；以及(iii)所述放 電電極間歇性地運行。
31. 如權利要求30所述的裝置，其特征在于，所述金屬連續(xù)元件 為金屬桿或線。
32. 如權利要求30所述的裝置，其特征在于，所述目標溫度高于 IO(TC。
33. 如權利要求30所述的裝置，其特征在于，所述目標溫度高于 30(TC。
34. 如權利要求30-33中任何一項所述的裝置，其特征在于，包 括多個金屬進給系統(tǒng)，其聯合起來能夠將多個金屬線或桿進給到所述 反應室內。
35. 如前述權利要求中任何一項所述的裝置，其特征在于，所述 進給系統(tǒng)包括彈性密封件，用于在沒有將氫氣和蒸汽從所述反應室釋 放到所述環(huán)境中的情況下而將所述金屬連續(xù)元件進給到所述反應室 內。
36. 如前述權利要求中任何一項所述的裝置，其特征在于，所述 水入口將水滴引入到所述反應室內。
37. —種用于借助金屬與水蒸汽之間的反應而產生氫氣和蒸汽的 裝置，所述裝置包括其內具有金屬連續(xù)元件的反應室，以及放電系統(tǒng)， 所述放電系統(tǒng)配置成提供足以點燃所述金屬連續(xù)元件的至少 一部分 的電荷放電，并且所述金屬的至少一部分與水蒸汽反應，而所述金屬 元件則連續(xù)地朝著所述放電電極移動，且所述放電系統(tǒng)間歇性地提供 放電。
38. 如權利要求37所述的裝置，其特征在于，所述反應室內的溫 度高于水在所述裝置內的壓力下的沸點溫度。
39. 如權利要求37或38所述的裝置，其特征在于，所述反應室內的溫度高于所述水的臨界溫度。
40. 如權利要求37-38中任何一項所述的裝置，其特征在于，包 括多個進入所述反應室內的金屬連續(xù)元件。
41. 如權利要求37-40中4壬何一項所述的裝置，其特征在于，所 述放電電極連接到低于100伏特的電壓源上。
42. 如權利要求37-41中任何一項所述的裝置，其特征在于，所 述金屬通過彈性密封件而進入所述反應室中。
43. 如權利要求37-42中〗壬何一項所述的裝置，其特征在于，包 括用于將所述金屬連續(xù)元件的一部分與水隔離的隔離部件。
44. 如權利要求37-43中4壬何一項所述的裝置，其特征在于，包 括用于將所述金屬連續(xù)元件的 一部分與所述反應室熱隔絕的熱隔絕 件。
45. 如前述權利要求中任^T一項所述的裝置，其特征在于，包括 用于冷卻所述金屬連續(xù)元件的所述部分的熱交換器。
46. 如權利要求37-45中〗壬何一項所述的裝置，其特征在于，進 一步包括用于將所述氫氣從所述蒸汽中分離出去的隔膜。
47. 如前述權利要求中任<可一項所述的裝置，其特征在于，所述 隔膜為金屬隔膜。
全文摘要
本發(fā)明描述了一種用于在反應室內產生氫氣和蒸汽的方法，方法包括將金屬連續(xù)元件朝向放電源進給；通過放電源而間歇性地提供足夠的放電，從而在金屬連續(xù)元件的至少一部分與水蒸汽之間啟動反應；并在沒有放電的情況使反應繼續(xù)進行。
文檔編號C01B3/10GK101223102SQ200680025715
公開日2008年7月16日 申請日期2006年5月15日 優(yōu)先權日2005年5月16日
發(fā)明者A·約格夫, E·甘宗, M·什穆利 申請人:恩吉紐伊提研究和發(fā)展有限公司