專利名稱：用于從分子組合體中提取和收集物質的系統(tǒng)和方法
技術領域：
本發(fā)明一般性地涉及能量產生，更具體地涉及用于從分子組合體
(molecular combination)中提取和收集物質的系統(tǒng)和方法。
背景技術：
世界對能源的需求正快速地持續(xù)增漲，同時對礦物燃料供給穩(wěn)定性的 擔憂也在持續(xù)增加。因此，礦物燃料的成本和對礦物燃料替代品的渴望都 在急劇增漲。對礦物燃料替代品的渴望的部分原因也是由于越來越擔心通 過礦物燃料的燃燒產生能量的方式對環(huán)境造成的影響。
氫氣和氫動力燃料電池被廣泛認為是提供清潔、可靠的能量的有前景 的能源。根據(jù)一些統(tǒng)計，燃料電池的潛在市場價值超過一千億美元。然 而，目前基于氫的技術仍然很不成熟。制造燃料電池的成分仍然非常高， 同樣地氫氣的生產成本也非常高。而且，目前的大多數(shù)氫氣生產工藝本身 對環(huán)境具有不利的影響。
因此，人們需要一種改進的用于生產氫氣和其它燃料的系統(tǒng)和方法。

發(fā)明內容
根據(jù)本發(fā)明的方案，與能量生產的復雜性和環(huán)境影響相關的缺陷和問 題被基本消除或減少了。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，提供了一種從分子組合體中提取物質的 方法。該方法包括加熱分子組合體從而將該分子組合體解離成陽離子和陰 離子，使所述陽離子和陰離子移動通過磁場來分離陽離子和陰離子，并且 利用屏障將陽離子與陰離子分隔開。
根據(jù)本發(fā)明的另一個實施方式，提供了一種從分子組合體中提取物質 的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括用于引導包括陽離子和陰離子的離子化粒子流的非導電性導管，還包括用于產生磁場的磁場源，其中所述離子化粒子流移動通 過所述磁場，還包括定位于所述導管中的屏障。該離子化粒子流相對于所 述導管具有速度，并且所述磁場源相對于所述離子化粒子流的速度定向， 從而在所述離子化粒子流移動通過磁場時使陽離子與陰離子分離。所述屏 障在導管中被定向使得分離后陽離子與陰離子被分隔開。
本發(fā)明的各個實施方式相對于現(xiàn)有的系統(tǒng)和方法具有顯著的優(yōu)勢。例 如，某些實施方式可提供提取氫的高效技術工藝。此外，這些實施方式幾 乎不含移動部件。因此，它們提供了可靠性非常高的、成本非常低的操作 方式。
某些實施方式還顯著減少或消除了與許多現(xiàn)有已知的氫生產工藝相關 的環(huán)境成本。
通過閱讀下面的具體描述、附圖和權利要求，本領域技術人員可以容 易地知悉本發(fā)明的其它技術效果。此外，盡管上面列出了一些具體的技術 效果，但是不同的實施方式可能具有上面列出的技術效果中的全部或一部 分或可能不具有上面列出的技術效果。


為了更全面地理解本發(fā)明及其有益效果，下面參照附圖和后文的詳細
描述進行解釋，其中
圖1是示出了本發(fā)明的一個實施方式的俯視截面圖的簡化示意圖2是示出了圖1的系統(tǒng)的側視截面圖的簡化示意圖3是示出了本發(fā)明的一個實施方式的方法的流程圖4是示出了本發(fā)明的一個替代實施方式的簡化示意圖，其中反應器
被組合在一起。
具體實施例方式
圖1是示出了本發(fā)明的用于從分子組合體中提取物質的系統(tǒng)一個實施
方式的俯視截面圖的簡化示意圖。在這個實施方式中，反應器2包括導管 4，屏障(barrier) 6，以及排氣端口 8和10。如圖1所示，反應器2可以耦合導熱源12、電極14和冷卻系統(tǒng)15。電極14通常由導體16連接。在 本文中，包括反應器2和熱源12的系統(tǒng)通常被稱為發(fā)生器系統(tǒng)17。發(fā)生 器系統(tǒng)17還可以包括可選的部件，如電極14、冷卻系統(tǒng)15以及導體 16。
導管4通常由電絕緣(非導電性的)材料構成，所述材料能在通常 3000 F至14000 F的溫度(或者對于某些應用，更高的溫度)下保持結構 完整性。用于導管4的合適的材料的例子包括但不限于熔凝石英(fiised quartz)、高溫陶瓷、玻璃。
類似地，屏障6通常是由能在高溫下保持結構完整性的非導電材料構 成的實體屏障物。如圖1所示，這種實體的實施方式可以具有三角形的截 面，其被定向成使得頂點在底邊的上游。用于屏障6的合適的材料的例子 包括但不限于熔凝石英、高溫陶瓷、玻璃。
熱源12包括任何具有足夠的加熱能力來解離被操作的分子組合體 (例如對于水為3000 F)的熱源或系統(tǒng)。熱源12可以包括但不限于太 陽能熱源、電弧或核熱源。
導體16表示任何能在電極14之間提供電流通路的導電材料。導體16 可以是金屬的或非金屬的。合適的金屬導體材料的例子包括但不限于由 銅、銀或金構成的導線。
冷卻系統(tǒng)15表示任何用于冷卻或致冷的主動或被動的系統(tǒng)或裝置。
用于冷卻的合適結構的例子包括但不限于水夾套、干冰、醇、珀耳帖效
應裝置(Peltier device)。類似的冷卻系統(tǒng)可以被耦合到導管4和屏障6用 于操作過程中的冷卻。
圖2是示出了圖1的系統(tǒng)的側視截面圖的簡化示意圖。如圖2所示， 相對的磁體18被放置于靠近導管4以便在導管4內生成磁場B。
磁體18表示任何類型的永久磁體或電磁體。適合于操作反應器2的 永久磁體的例子包括但不限于稀土磁體，包括釹磁體。磁體18可以在 導管4內產生靜磁場B或動磁場B。合適的動磁場的例子包括但不限于 任何旋轉(正弦的)磁場、同步磁場或脈沖磁場。
在操作過程中，分子流20移動通過熱源12，在此它被解離成離子化粒子，并以陽離子(帶正電的離子)22和陰離子(帶負電的離子)24的 流的形式離開熱源，所述的陽離子22和陰離子24的流相對于導管4具有 速度V。根據(jù)公知的磁流體動力學(MHD)原理，離子化粒子會感應出垂 直于磁場的電場。感應電場對每個離子化粒子施加作用力F。因此，當離 子化粒子流移動通過磁場時，陽離子22和陰離子24被分離，并且感應電 場使陽離子22和陰離子24向相反方向偏轉。屏障6被定位于導管4中下 游足夠遠的地方，從而在陽離子22和陰離子24于磁場中分離之后，使陽 離子22和陰離子24分隔開進入不同的通道。
在一個實施方式中，電極14和導體16提供了使電荷從離子化粒子消 散的手段。在分離之后消散電荷和分隔開離子化粒子的操作防止了粒子間 的相互吸引以及它們在分隔開之后向上游移動，從而增強了反應器性能。 此外，這種實施方式能夠在提取工藝中產生電流作為副產品。
陽離子22和陰離子24分隔開之后，粒子可以被冷卻從而使粒子重新 結合成中性原子或分子組合體，例如粒子26和28。這種冷卻可以是被動 的，允許粒子在遠離熱源12的作用區(qū)后自然散熱；或者這種冷卻也可以 是主動的，通過外部影響加速散熱過程。粒子26和28然后可以在離開各 自的排氣端口時在不同的現(xiàn)有技術已知的冷卻壓縮裝置中被收集。
圖1和圖2示出了對于公知為水的分子組合體進行處理的系統(tǒng)的操 作。當然，水由兩個氫原子和一個氧原子組成。因此，在這種操作中，熱 源12將水分子解離成氫陽離子22和氧陰離子24。然后被解離的離子化粒 子在穿過磁場B時被分離。具體地，感應出的正電作用力F+使氫陽離子 22向導管4的一個壁偏轉，同時負電作用力尸-使氧陰離子24向導管4的 相反的壁偏轉。然后當氫陽離子22和氧陰離子24繼續(xù)移動穿過導管4 時，屏障6使氫陽離子22和氧陰離子24分隔開，從而防止氫和氧重新結 合。氫陽離子22在繼續(xù)移動通過排氣端口 8時冷卻。當氫陽離子22冷卻 時，它們重新結合形成雙原子的氫氣分子26。類似地，氧陰離子24在繼 續(xù)移動通過排氣端口 IO時冷卻，于氫陽離子22分隔開，并形成雙原子的 氧氣分子28。結果，氫氣分子26和氧氣分子28可以在它們離開導管4分 別通過端口 8和.10時被各自收集起來。盡管圖l和圖2利用水演示說明了本發(fā)明額實施方式的操作，但是這 個系統(tǒng)的原理可以廣泛地用于各種不同的輸入組合物。這種輸入組合物可
以改變，從而改變粒子26和28的組成，或者可以生成額外的物質。例 如，包括碳原子的分子組合體可以與含有氫的其它物質(包括水) 一同使 用，從而產生碳氫化合物。在一個具體的實施方式中，水可以與二氧化碳 組合使用。于是熱源將物質解離成氫陽離子、碳陽離子、氧陰離子。結果 得到從排氣端口 8排出的雙原子氫氣分子和甲垸氣體，以及從排氣端口 10 排出的氧氣。按照需要，可以使用公知的工藝和結構對這些流進行收集和 過濾。
圖3是示出了本發(fā)明的一個實施方式的方法的流程圖。如同圖1和圖 2,盡管利用水作為被操作的分子組合體來描述這個方法，但是這里描述 的原理可以用于各種不同的分子組合體。具體地，這個方法考慮到了包括 氫原子、碳原子或兩者兼有的分子組合體的操作。這樣的組合的例子包括 但不限于碳酸(二氧化碳的水溶液)。
參見圖3，熱源12被施加于分子組合體20，使分子組合體解離(步 驟IOO)。得到的氫陽離子22和氧陰離子以速度V繼續(xù)移動通過導管4。 當氫陽離子22和氧陰離子24的流移動通過導管4時，磁場B被施加到氫 陽離子22和氧陰離子24的流。磁場B于是感應出電場將陽離子22和陰 離子24分離(步驟102)。更具體地，感應電場施加作用力F將陽離子 22和陰離子24在導管4內推向不同的方向。當這個流繼續(xù)移動通過導管4 時，被分離的陽離子22和陰離子24經過屏障6。屏障6表示任何能在流 被分離后防止陽離子22和陰離子24重新結合成分子組合體20的結構或系 統(tǒng)，如圖1所示。因此，屏障6在分離后有效地將陽離子22和陰離子24 分隔開形成不同的粒子流(步驟104)。當分離的粒子流冷卻(主動冷卻 或被動冷卻)后，氫陽離子22組合形成雙原子的氫氣分子26和氧陰離子 24組合形成雙原子的氧氣分子28。然后，氫氣粒子26和氧氣粒子28被分 別收集(步驟106)用于隨后的存儲、運輸或進一步處理。
圖4是示出了本發(fā)明的一個替代實施方式的簡化示意圖，其中反應器 被組合在一起以便擴展系統(tǒng)和/或改進工藝。例如，兩個或更多個反應器2可以串聯(lián)在一起從而使來自第一系統(tǒng)的一個或兩個排氣端口的流直接進入 第二系統(tǒng)的導管?；蛘撸?一個這樣的流可以被循環(huán)或重定向到第一系統(tǒng)或 中間系統(tǒng)作為進料，成為被操作的分子組合體的一部分。
盡管上面用幾個實施方式描述了本發(fā)明，但是本領域技術人員可以想 到一些修改、變化、替換、轉換和修飾形式，所有這些修改、變化、替 換、轉換和修飾形式都落入本發(fā)明的權利要求的范圍內。
權利要求
1. 一種從分子組合體中提取物質的方法，所述方法包括加熱分子組合體從而將該分子組合體解離成陽離子和陰離子；使所述陽離子和陰離子移動通過磁場來分離所述陽離子和陰離子；以及利用屏障將所述陽離子與陰離子分隔開。
2. 如權利要求1所述的方法，還包括在所述陽離子和陰離子之間引 導出電流。
3. 如權利要求l所述的方法，其中，所述分子組合體包括氫原子，且 所述陽離子包括氫陽離子。
4. 如權利要求3所述的方法，還包括冷卻被分離的氫陽離子形成雙 原子氫氣。
5. 如權利要求3所述的方法，所述分子組合體是水分子，所述陽離子 包括氫陽離子，且所述陰離子包括氧陰離子。
6. 如權利要求l所述的方法，其中，所述分子組合體包括氫原子和碳 原子，且所述陽離子包括氫陽離子和碳陽離子。
7. 如權利要求1所述的方法，其中，所述磁場是靜態(tài)的。
8. 如權利要求1所述的方法，其中，所述磁場是動態(tài)的。
9. 如權利要求1所述的方法，其中，所述磁場是旋轉的。
10. 如權利要求1所述的方法，其中，所述磁場是同步的。
11. 如權利要求l所述的方法，其中，所述磁場是脈沖的。
12. 如權利要求1所述的方法，其中，所述分子組合體是水分子，所 述陽離子包括氫陽離子，所述陰離子包括氧陰離子，且所述方法還包括在所述氫陽離子和氧陰離子之間引導出電流； 冷卻被分離的所述氫陽離子形成雙原子氫氣；以及 收集所述雙原子氫氣。
13. —種從分子組合體中提取物質的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括 用于引導包括陽離子和陰離子的離子化粒子流的非導電性導管，所述離子化粒子流相對于所述導管具有速度；用于產生磁場的磁場源，其中所述離子化粒子流移動通過所述磁場， 并且所述磁場源相對于所述離子化粒子流的速度定向使得當所述離子化粒 子流移動通過所述磁場時陽離子與陰離子被分離；和被定位于所述導管中使得分離后的陽離子與陰離子被分隔開的屏障。
14. 如權利要求13所述的系統(tǒng)，還包括在所述陽離子和陰離子之間 的電流通路使得分離后電子從陰離子轉移到陽離子。
15. 如權利要求13所述的系統(tǒng)，其中，所述磁場源是電磁體。
16. 如權利要求13所述的系統(tǒng)，其中，所述磁場源是永久磁體。
17. 如權利要求16所述的系統(tǒng)，其中，所述磁永久磁體是稀土磁體。
18. 如權利要求17所述的系統(tǒng)，其中，所述稀土磁體是釹磁體。
19. 如權利要求13所述的系統(tǒng)，其中，所述陽離子包括氫陽離子。
20. 如權利要求19所述的系統(tǒng)，其中，所述陰離子包括氧陰離子。
21. 如權利要求19所述的系統(tǒng)，其中，所述陽離子還包括碳陽離子。
22. 如權利要求13所述的系統(tǒng)，還包括被耦合到所述導管的熱源，用 于從所述分子組合體中產生離子化的粒子流。
23. 如權利要求22所述的系統(tǒng)，其中，所述熱源是太陽能熱源。
24. 如權利要求22所述的系統(tǒng)，其中，所述熱源是電弧。
25. 如權利要求22所述的系統(tǒng)，其中，所述熱源是核熱源。
26. 如權利要求20所述的系統(tǒng)，還包括用于在陽離子和陰離子分離后冷卻陽離子和陰離子形成雙原子氫氣和 雙原子氧氣的冷卻元件，和耦合到所述導管的排氣端口用于收集雙原子氫氣的收集器。
27. 如權利要求13所述的系統(tǒng)，其中，所述屏障是實體屏障物。
28. 如權利要求26所述的系統(tǒng)，其中，所述實體屏障物由熔凝石英構成。
29. —種從分子組合體中提取物質的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括 與第二反應器系統(tǒng)串聯(lián)的第一反應器系統(tǒng)；其中每個反應器系統(tǒng)包括用于引導包括陽離子和陰離子的離子化粒子流的非導電性導管，所述離子化粒子流相對于所述導管具有速度；用于 產生磁場的磁場源，其中所述離子化粒子流移動通過所述磁場，并且所述 磁場源相對于所述離子化粒子流的速度定向使得當所述離子化粒子流移動 通過所述磁場時陽離子與陰離子被分離；被定位于所述導管中使得分離后 的陽離子與陰離子被分隔開的屏障；和被耦合到所述導管用于在陽離子和 陰離子被分隔開后冷卻陽離子和陰離子形成第一分子組合體和第二分子組 合體的冷卻系統(tǒng)；并且其中所述第一反應器系統(tǒng)的第一分子組合體被引導到第二反應器系統(tǒng) 的導管中。
30. 如權利要求29所述的系統(tǒng)，其中，其中所述第二分子組合體被引 導到第一反應器系統(tǒng)的導管中。
31. —種從水中提取氫氣的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括 用于加熱水使水解離成氫陽離子和氧陰離子的裝置； 用于使氫陽離子和氧陰離子分離的裝置； 用于使氫陽離子和氧陰離子的電荷消散的裝置； 用于在分離后使氫陽離子和氧陰離子分隔開的裝置； 用于冷卻氫陽離子形成雙原子氫氣的裝置；和 用于收集雙原子氫氣的裝置。
32. —種從水中提取氫氣的方法，所述方法包括 加熱水使水解離成氫陽離子和氧陰離子； 使氫陽離子和氧陰離子分離； 使氫陽離子和氧陰離子的電荷消散； 在分離后使氫陽離子和氧陰離子分隔開； 冷卻氫陽離子形成雙原子氫氣；和 收集雙原子氫氣。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于從分子組合體中提取物質的系統(tǒng)和方法。所述方法包括加熱分子組合體從而將該分子組合體解離成陽離子和陰離子；使所述陽離子和陰離子移動通過磁場來分離所述陽離子和陰離子；以及利用屏障將所述陽離子與陰離子分隔開。所述系統(tǒng)包括用于引導包括陽離子和陰離子的離子化粒子流的非導電性導管；用于產生磁場的磁場源，其中所述離子化粒子流移動通過所述磁場；和被定位于所述導管中的屏障。該離子化粒子流具有相對于所述導管的速度，并且所述磁場源相對于所述離子化粒子流的速度定向使得當所述離子化粒子流移動通過磁場時陽離子與陰離子被分離。所述屏障在導管中被定向使得分離后陽離子與陰離子被分隔開。
文檔編號B03C1/023GK101511445SQ200780028280
公開日2009年8月19日 申請日期2007年7月19日 優(yōu)先權日2006年7月24日
發(fā)明者蒂莫西·O·尼克斯 申請人:基本能源公司