水燃烧技术——氢氧燃烧方法、工艺、系统和装置

摘要

本发明涉及水燃烧技术即WCT改进了的燃烧方法和系统，该技术与将水作为燃料一样都是基于水的化学结构(H2O)是由氢气(H2)和氧气(O2)组合而成。本发明所描述的WCT不是采用碳氢化合物作为燃料源，而是采用H2优选地与O2，其次与空气结合。H2和O2燃烧的初级产品是H2O。而且WCT将H2O分离成H2和O2，从而使H2O成为一种贮存燃料的有效方式。所公开的WCT显著改进了燃烧的热力学，因而显著提高了燃烧效率。而且，所公开的WCT涉及在燃料混合物中加入水来控制燃烧温度的燃烧，因而利用水作为燃烧期间的吸热元件。所产生的蒸汽维持了：1)燃烧的能量输出，2)提供能量再循环方法以及3)提供能量贮存的有效方法，同时4)控制燃烧温度，因而冷却发动机。除了转换成氢气和/或氧气外，所述蒸汽从可利用的动能和热能方面成为了废气中可再利用的能量来源。

权利要求

1. 一种燃烧系统，包括氧气O2和氢气H2的燃料混合物，其中，所述氧气至少部分是通过空气分离得到，其中所述空气分离是选自下列方法中的一种来实现，(a)低温空气分离，(b)膜空气分离和(c)加压振荡吸附空气分离，以及它们的组合方法，其中至少部分燃烧能为至少部分空气分离供能，和其中燃烧发生在燃烧室中，燃烧温度至少部分受加入到燃烧室中的水控制。

2. 一种燃烧发动机，包括一个燃烧室，其中

氧气O2和氢气H2的混合物进行燃烧，其中

至少部分所述氧气是通过空气分离得到，其中：

空气分离是选自下列方法中的一种来实现，(a)低温空气分离，(b)膜空气分离和(c)加压振荡吸附空气分离，以及它们的组合方法，其中至少部分燃烧能为至少部分所述的空气分离供能，和其中燃烧温度至少部分受加入到所述燃烧室中的水控制。

3. 一种燃烧方法，包括使用氧气O2和氢气H2的燃料混合物，其中至少部分所述氧气是通过空气分离得到，其中所述空气分离是选自下列方法中的一种来实现，(a)低温空气分离，(b)膜空气分离，(c)加压振荡吸附空气分离，以及它们的组合方法，其中至少部分燃烧能为至少部分所述的空气分离供能，其中

燃烧发生在燃烧室中，燃烧温度至少部分受加入到所述燃烧室中的水控制。

4. 根据权利要求1所述的系统或权利要求2所述的发动机或权利要求3所述的方法，其中燃烧产生的蒸汽转动至少一台蒸汽涡轮机，其中所述的蒸汽涡轮机转动发电机以产生电能。

5. 根据权利要求1所述的系统或权利要求2所述的发动机或权利要求3所述的方法，其中机械转动能由所述的燃烧产生，其中所述机械转动能转动发电机以产生电能。

6. 根据权利要求1所述的系统或权利要求2所述的发动机或权利要求3所述的方法，其中氮气或氩气存在于所述燃料中。

7. 根据权利要求1所述的系统或权利要求2所述的发动机或权利要求3所述的方法，其中至少一部分由燃烧所产生的蒸汽通过至少一种金属的腐蚀作用而转化成氢气。

8. 根据权利要求7所述的系统或发动机或方法，其中氢气产量通过所述金属中的电流而提高。

9. 根据权利要求7或8所述的系统或发动机或方法，其中至少部分所述氢气用作所述燃料混合物的部分燃料。

10. 根据权利要求1所述的系统或权利要求2所述的发动机或权利要求3所述的方法，其中发电机由于空气或水的运动而转动，并且其中所述发电机产生电能，其中所述电能至少部分用于将水电解成氢气或氧气，其中至少部分所述氢气和/或至少部分所述氧气用作所述燃料混合物的一部分。

11. 根据权利要求4或5所述的系统或发动机或方法，其中所述电能至少部分用在电解水中以产生氢气和氧气。

12. 根据权利要求11所述的系统或发动机或方法，其中至少部分所述氢气和/或至少部分所述氧气用作所述燃料混合物的一部分。

13. 根据权利要求1所述的系统或权利要求2所述的发动机或权利要求3所述的方法，其中光电电池产生电能，并且其中所述电能至少部分用在水的电解中以产生氢气和氧气，其中至少部分所述氢气和/或至少部分所述氧气用作所述燃料混合物的一部分。

14. 根据权利要求1所述的系统或权利要求2所述的发动机或权利要求3所述的方法，其中在所述空气分离中，氩气被基本上从所述氧气中去除。

15. 根据权利要求1所述的系统或权利要求2所述的发动机或权利要求3所述的方法，其中来自空气分离的氮气用来冷却以下任何部分：氧气贮存，氢气贮存，电解系统，所述的燃烧以及其组合形式。

16. 根据权利要求1所述的系统或权利要求2所述的发动机或权利要求3所述的方法，其中空气的分离是由低温空气分离实现，来自于空气分离的氮气用来冷却所述低温空气分离系统。

17. 根据权利要求1所述的系统或权利要求2所述的发动机或权利要求3所述的方法，其中来自所述空气分离的氮气至少部分用于冷却空气或水。

18. 根据权利要求1所述的系统或权利要求2所述的发动机或权利要求3所述的方法，其中至少下列一种：腐蚀抑制剂、螯合剂、分散剂及其组合物被加入到要添加到燃料室中的水中。

19. 根据权利要求1所述的系统或权利要求2所述的发动机或权利要求3所述的方法，其中氧气和氢气中的至少一种以液体状态贮存，该液体状态通过液化作用得到。

20. 根据权利要求19所述的系统或发动机或方法，其中液化由至少一个压缩机实现，并且所述压缩机由以下至少一种供能：燃料电池和所述的燃烧。

21. 根据权利要求20所述的系统或发动机或方法，其中所述压缩机由燃料电池供能，所述燃料电池由氧气和氢气中的至少一种供能。

22. 根据权利要求1所述的系统或权利要求2所述的发动机或权利要求3所述的方法，其中氢气、氧气和水中的至少一种在燃烧之前通过来自环境温度、所述燃烧、所述燃烧废气、电散热源和/或其任意组合中的至少一种能量而被预热。

23. 根据权利要求5所述的系统或发动机或方法，其中来自燃烧的所述机械转动能进入传动器，其中所述传动器以与所述燃烧的扭矩和/或输出功成反比的方式啮合，其中所述传动器输出机械转动能转动所述发电机从而产生所述电能。

24. 根据权利要求23所述的系统或发动机或方法，其中所述传动器使能够贮存转动能的飞轮啮合，其中所述飞轮转动所述发电机。

25. 根据权利要求1所述的系统或权利要求2所述的发动机或权利要求3所述的方法，其中压力控制设备安装在燃烧废气中。

26. 根据权利要求1所述的系统或权利要求2所述的发动机或权利要求3所述的方法，其中燃烧废气用于加热气体和液体中的至少一种。

27. 根据权利要求26所述的系统或发动机或方法，其中所述燃烧废气用于加热空气或水。

28. 根据权利要求27所述的系统或发动机或方法，其中燃烧废气直接排放进入所述空气或水中。

29. 根据权利要求1所述的系统，其中所述系统是绝热的。

30. 根据权利要求2所述的发动机，其中所述发动机是绝热的。

31. 根据权利要求3所述的方法，其中所述燃烧设备是绝热的。

32. 一种在发动机中实现氢气和氧气燃烧的装置；所述发动机装置包括，a.一种燃料系统，包括：i.一个流向所述发动机的氧气源，包含一个氧气流控制阀和一个感应氧气流并向控制装置输送与氧气流成比例的氧气流信号的氧气流传感设备，ii.一个流向所述发动机的氢气源，包含一个氢气流控制阀和一个感应氢气流并向控制装置输送与氢气流成比例的氢气流信号的氢气流传感设备，iii.一个流向所述发动机的空气源，包含一个空气流控制阀和一个感应空气流并向控制装置输送与空气流成比例的空气流信号的空气流传感设备，以及iv.一个检测燃烧温度或所述燃烧发动机温度中至少一种的温度检测设备，位于所述发动机燃烧室附近并且向控制装置输送与所述燃烧温度或所述燃烧发动机温度成比例的温度信号；

b.一个冷却剂系统，包括，

i.一个流向所述发动机的冷却剂源，包含冷却剂源和冷却剂流控制阀，以及ii.一个流向所述发动机的燃烧室的燃烧水源，包含一个水源，一个燃烧水流控制阀和一个感应水流并向控制装置输送与水流成比例的燃烧水流信号的水流传感设备，c.一个控制系统，包括以下至少一种控制装置；

i.接收对应于氧气，氢气，空气和燃烧水的所述成比例的流信号，ii.接收所述成比例的温度信号，

iii.接收外部燃烧信号设定值，

iv.具有氢气和氧气比例的设定值，

v.具有氢气和水比例的设定值，

vi.具有加温燃烧温度设定值，

vii.具有冷却剂燃烧温度设定值，以及

viii.具有热燃烧温度设定值，和所述控制装置；

d.将所述燃烧信号设定值与所述氢气流信号相比较，向氢气流控制阀发出信号，该信号与所述氢气流信号和所述燃烧信号设定值之间的差异成比例，从而成比例调节所述氢气流控制阀；

e.将所述氢气流信号和所述氧气流信号与氢气和氧气比例设定值相比较，向氧气流控制阀发出信号，从而成比例调节氧气流控制阀；

i.在氧气流控制阀信号不接近100％的情况下，向所述空气流控制阀发出信号关闭所述空气流控制阀，ii.在氧气流控制阀信号接近100％的情况下，将所述氧气流信号和所述空气流信号与所述氢气和氧气比例设定值相比较从而获得空气流差异，向所述空气流控制阀发出与所述差异成比例的比例信号，从而成比例调节所述空气流控制阀，f.将所述温度信号与所述加温温度设定值，所述冷却剂温度设定值和所述热温度设定值相比较；

i.在所述温度信号小于所述加温温度设定值，小于所述冷却剂温度设定值和小于所述热温度设定值的情况下，向所述燃烧水流控制阀发出信号，关闭所述燃烧水流控制阀；向所述冷却剂水流控制阀发出信号，关闭所述冷却剂水流控制阀，ii.在所述温度信号等于或大于所述加温温度设定值，小于所述冷却剂温度设定值和小于所述热温度设定值的情况下，向所述燃烧水流阀发出信号从而成比例调节所述燃烧水流控制阀，该信号与所述温度信号和所述低的温度设定值之间的差异成比例，且所获得的氢与水比例大于所述氢与水比例设定值；并向所述冷却剂流控制阀发出信号，关闭所述冷却剂流控制阀，iii.在所述温度信号大于所述加温温度设定值，等于或大于所述冷却剂温度设定值且小于所述高温温度设定值的情况下，向所述燃烧水控制阀发出信号，所获得的氢与水比例等于所述氢与水比例设定值，从而成比例调节燃烧水控制阀；向所述冷却剂流控制阀发出信号，其中所述信号与温度信号和所述冷却剂温度设定值之间的差异成比例，从而成比例调节所述冷却剂流控制阀，iv.在所述温度信号大于所述加温温度设定值，大于所述冷却剂温度设定值并等于或大于所述热温度设定值的情况下，向所述燃烧水流控制阀发出信号，从而使所述燃烧水流控制阀100％开放；向所述冷却剂流控制阀发出信号，其中所述信号与所述温度信号和所述冷却剂设定值之间的差异成比例，从而成比例调节所述冷却剂流控制阀；向所述氢气流控制阀发出信号，关闭所述氢气流控制阀；向所述氧气流控制阀发出信号，关闭所述氧气流控制阀；向所述空气流控制阀发出信号，从而关闭所述空气流控制阀。

33. 权利要求32的装置，其中由燃烧所产生的蒸汽转动至少一个蒸汽涡轮机，且所述蒸汽涡轮机转动发电机以产生电能。

34. 权利要求32的装置，其中机械转动能由所述燃烧产生，且其中所述机械转动能转动发电机以产生电能。

35. 权利要求32的装置，其中包括氮气或氩气。

36. 权利要求32的装置，其中没有氧气燃料。

37. 权利要求32的装置，其中至少一部分由燃烧产生的蒸汽通过至少一个金属的腐蚀转化成氢气。

38. 权利要求32的装置，其中至少一部分所述氢气用作所述燃烧中的燃料。

39. 权利要求37的装置，其中所述氢气的产量通过金属中的电流而提高。

40. 权利要求39的装置，其中至少一部分所述氢气用作所述燃烧中的燃料的至少一部分。

41. 权利要求32的装置，其中发电机受空气或水的运动而转动，且其中所述发电机产生电能，所述电能至少部分用于将水电解成氢气和氧气，且其中至少一部分所述氢气和/或氧气用作所述燃烧中燃料的至少一部分。

42. 权利要求33的装置，其中所述电能至少部分用于将水电解产生氢气和氧气。

43. 权利要求42的装置，其中至少一部分所述氢气和/或氧气用作所述燃烧中的燃料。

44. 权利要求34的装置，其中所述电能至少部分用于将水电解产生氢气和氧气。

45. 权利要求44的装置，其中至少一部分所述氢气和/或氧气用作所述燃烧中的燃料。

46. 权利要求32的装置，其中光电电池产生电能，并且其中所述电能至少部分用在水的电解中以产生氢气和氧气，并且其中至少一部分所述氢气和/或氧气用作所述燃烧中的燃料。

47. 权利要求32的装置，其中燃烧能的至少一部分为低温空气分离的至少一部分供能。

48. 权利要求47的装置，其中空气被分离成至少以下一种：含量丰富的氧气，纯氧和超纯氧。

49. 权利要求47的装置，其中氩气被基本上从所述氧气中去除。

50. 权利要求47的装置，其中至少一部分所述氧气用作所述燃烧中的燃料。

51. 权利要求47的装置，其中来自空气分离的氮气被用来冷却以下任何部分：所述低温蒸馏系统，氧气的贮存，氢气的贮存，电解，用于所述燃烧系统的冷却剂，所述燃烧系统及其组合系统。

52. 权利要求47的装置，其中来自分离的氮气用于冷却空气或水。

53. 权利要求32的装置，其中至少一部分燃烧能为空气膜分离的至少一部分供能。

54. 权利要求53的装置，其中空气被分离成至少以下一种：含量丰富的氧，纯氧和超纯氧。

55. 权利要求53的装置，其中氩气被基本上从所述氧气中去除。

56. 权利要求53的装置，其中至少一部分所述氧气用作所述燃烧中的燃料。

57. 权利要求32的装置，其中至少一部分燃烧能为空气PSA分离的至少一部分供能。

58. 权利要求57的装置，其中空气被分离成至少以下一种：含量丰富的氧，纯氧和超纯氧。

59. 权利要求57的装置，其中氩气被基本上从所述氧气中去除。

60. 权利要求57的装置，其中至少一部分所述氧气用作所述燃烧的燃料。

61. 权利要求33的装置，其中至少以下一种被加入：腐蚀抑制剂、螯合剂、分散剂及其组合物。

62. 权利要求32的装置，其中氧气和氢气中的至少一种通过液化作用以液体状态贮存。

63. 权利要求62的装置，其中所述用于液化作用的压缩机由燃料电池和所述燃烧装置中的至少一种供能。

64. 权利要求62的装置，其中所述燃料电池由氧气和氢气中的至少一种供能。

65. 权利要求32的装置，其中氢气、氧气和水中至少一种通过来自至少以下一种的能量在燃烧之前被预热：环境温度，所述燃烧系统，所述燃烧系统废气，电散热源和/或其组合形式。

66. 权利要求32的装置，其中来自所述燃烧装置的机械转动能进入传动器，其中所述传动器以与所述燃烧的扭矩和/或输出功成反比的方式啮合，其中所述传动器输出机械转动能转动所述发电机从而产生所述电能。

67. 权利要求66的装置，其中所述传动器使能够贮存转动能的飞轮啮合，其中所述飞轮转动所述发电机。

68. 权利要求32的装置，其中压力控制设备安装在所述燃烧装置的废气中。

69. 权利要求32的装置，其中所述燃烧的废气用于加热气体和液体中的至少一种。

70. 权利要求69的装置，其中至少为以下一种：气体是空气和液体是水。

71. 权利要求70的装置，其中所述废气直接排放进入所述空气或水中。

说明书

水燃烧技术——氢氧燃烧方法、工艺、系统和装置

[0001] 相关申请日期

[0002] 本发明要求02年4月11日递交的美国临时申请60/371,768号和02年5月10日递交的美国临时申请60/379,587号，02年8月19日递交的美国临时申请60/404,644号以及03年2月14日递交的美国临时申请60/447,880号的优先权。

技术领域

[0003] 本发明涉及提供环保型燃烧产品的改进了的燃烧方法、工艺、系统和装置，同样还涉及用于所述改进了的燃烧方法、工艺、系统和装置的燃料和能量处理方法、工艺、系统以及装置。

背景技术

[0004] 本发明中燃烧和/或燃料和/或能量处理方法、过程、系统或装置(水燃烧技术、WCT)与将水作为燃料一样都是基于水的化学结构(H2O)是由氢气(H2)和氧气(O2)组合而成。本发明所描述的WCT不是采用碳氢化合物作为燃料源，而是采用H2优选地与O2，其次与空气结合。H2和O2燃烧的初级产品是H2O。而且WCT将H2O分离成H2和O2，从而使H2O成为一种贮存燃料的有效方式。

[0005] 这里所用术语燃烧可以包括任何燃烧方法、系统、工艺或装置，例如炉具，燃烧发动机、内燃机，涡轮机或任何产生机械，电或热能的燃烧系统。所公开的WCT涉及改进的燃烧系统，在其中氮(N2)或N2和氩(Ar)被部分或全部从燃料混合物中去除从而提高燃烧能输出和/或减少燃烧污染输出。

[0006] 公开的WCT涉及显著改进燃烧热力学从而显著改进燃烧效率的燃烧改进方法、工艺、系统和装置。而且，公开的WCT涉及燃烧改进方法、工艺、系统和装置，在其中H2O被加入到燃料混合物来控制燃烧温度，因此在燃烧期间利用H2O作为吸热元件。燃烧和/或燃烧的冷却所产生的蒸汽维持了：1)燃烧能输出，2)提供能量再循环方式和，3)提供能量贮存的有效方式，同时4)控制燃烧温度从而冷却发动机。废气中的蒸汽无论从可利用的动能还是可利用的热能方面都提供了可再利用的能量源，也将所述的蒸汽转化成H2和/或O2。

[0007] 为了从燃料混合物最小化或去除N2或N2和Ar，燃料混合物中H2O的掺入使燃料混合物最终为以下至少一种：O2、H2和H2O；O2、H2、H2O和N2；O2、H2、H2O、N2和Ar；O2、H2、H2O和空气；以及H2、H2O和空气。正如这里所用，WCT中燃料混合物定义为包括：O2和H2；O2、H2和N2；O2、H2和Ar；O2、H2和空气；O2、H2和H2O；O2、H2、H2O和N2；H2、H2O、N2和Ar；O2、H2、H2O和空气；或H2、H2O和空气。

[0008] 公开的WCT涉及产生电力的方法、工艺、系统和装置。公开了四种产生电力的方法、工艺、系统和装置。第一种将蒸汽涡轮机放置在燃烧发动机的废气中，其中所述蒸汽涡轮机由燃烧产生的所述蒸汽驱动；所述蒸汽涡轮机转换为发电机(术语发电机在此定义为交流发电机或直流发电机)，其中至少所述蒸汽能的一部分转换为所述电能。第二种将发电机放置在燃烧发动机的机械输出上，即产生机械能之处，其中至少一部分所述机械能被所述发电机转换成电能。第三种，将集中空气和/或水流的物理系统合并到涡轮机上，其中所述涡轮机由所述运动空气或水驱动，所述涡轮机驱动发电机产生电能。第四种，采用光电电池产生电能。

[0009] 公开了采用至少一部分所述电能来将水电解产生O2和H2。如果采用直流发电机，至少一部分直流发电机D/C电流用于电解；如果采用交流发电机，A/C至D/C转换装置将至少一部分交流电流转换成直流电流用于电解。而且还公开了利用至少一个所述电解方式来产生O2和/或H2作为WCT中的燃料。

[0010] 公开的WCT还涉及从空气中分离O2的方法、工艺、系统和装置。公开了3种。通过第一种，利用来自所述WCT的可利用能量为低温蒸馏系统供能，空气被冷冻并蒸馏出O2和N2。第二种，利用膜分离空气产生O2；所述膜可以是有机(聚合物)结构也可是无机(陶瓷)结构。第三种，利用加压振荡吸咐(PSA)分离空气产生O2。由于将空气分离成O2和N2可以有许多分离效率级，所以可以理解这里所用术语O2指的是至少含O2丰富，其中O2浓度至少为40％；优选纯O2，O2浓度为至少80％；最优选超纯O2，O2浓度为至少90％。

[0011] 公开的WCT还涉及金属催化作用的方法、工艺、系统和装置，其中所述在WCT中产生的蒸汽转换成H2和金属氧化物，作为催化剂系统的部分。还公开了至少一部分所述H2被用作WCT中的燃料。这里所用术语金属催化剂指的是周期表中的任何金属或金属化合物，其中金属或金属化合物将蒸汽或水蒸气中的水转换成相应的金属氧化物和H2。

[0012] 背景和现有技术的说明

[0013] 人类几个世纪以来发现了许多能量和运输的形式。在现代资本经济中，能量的可利用率对于为实用的发动机提供燃料十分重要，这些发动机为家庭供热，提供电力，为照明、运输和制造工厂供能，等等。能量的可利用率在货物和人的运输中尤为重要。在19和20世纪期间，人类将矿物燃料发展为在包括运输，工厂供能，发电和发热在内的许多应用中可靠而廉价的燃料。在20世纪，矿物燃料的应用程度之高使得矿物燃料的燃烧产品成为空气和水的主要污染源。

[0014] 必须要清楚和理解的是大多数矿物燃料燃烧系统的效率低于40％，而内燃机效率低于20％。这些非常可怜的结果是燃烧热力学的直接结论。目前的燃烧系统明显提高了熵值，向周围释放熵和焓。这是由于矿物燃料系统很难在没有向周围环境损失熵和焓的情况下处理温度；它们随着排出的气体和热而损失到环境中。简言之，热力学第一和第二定律成为矿物燃料燃烧系统的制约因素。

[0015] 碳氢化合物已被用来与空气结合作为燃烧的燃料。所利用的碳氢化合物有石油馏分，例如汽油、柴油、燃油、喷气燃料和煤油，或发酵馏分例如甲醇和乙醇，或自然产生的物质例如甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、煤和木材。矿物燃料的燃烧并不与自然界协调。矿物燃料的产品据认为参与自然界的氧--碳循环。

[0016] CnH2n+2+(1.5n+1/2)O2→nCO2+(n+1)H2O+能量

[0017] 更具体地：

[0018] 汽油(n-辛烷)C8H18+12-1/2O2→8CO2+9H2O+1,300千卡

[0019] 天然气(甲烷)CH4+2O2→CO2+2H2O+213千卡

[0020] 矿物燃料燃烧产生碳氧化物(COX，CO和/或CO2)。这种产品结合严重的滥伐导致植物不能将人类制造的CO2充分转换成O2。CO，不完全燃烧的产品，对于人、动物和植物均有害。而且，全球变暖正是COX在地球大气层中积聚的结果。此外，空气的燃烧产生N氧化物，使一部分N2变成NOX(NO，NO2和/或NO3)。NOX对人、动物和植物均有害。已知NOX会抑制光合作用，即将CO2转换成O2的自然生化通道。NOX的形成要吸热，因此降低燃烧效率。而且，NOX在大气层中与O2反应生成臭氧(O3)。O3对于人、动物和植物均有害。O3应该仅存在于大气层的较高处，自然地由O2产生。大气层较高处的O3保护所有的人、动物、植物免受有害太阳射线的损害。液体和固体矿物燃料必然包括杂质硫(S)。在燃烧中，S氧化成SOX(SO2，SO3和/或SO4)。SOX对于人、动物和植物均有害。最后，COX、NOX和SOX与空气中水反应形成COX、NOX和/或SOX的酸，最终成为地球上的酸雨。简言之，空气中COX、NOX、SOX或O3对所有的人、动物和植物产生不利影响。环境可接受的矿物燃料替代物将是与自然协调工作的燃料系统。这样的系统不会产生COX、NOX或SOX。

[0021] 已经采取了许多机械和化学手段解决与碳氢化合物燃烧相关的环境问题。例如，每逢政治家要求和/或商业需要时，工厂就配备上昂贵的净化系统。又例如，内燃机已显著改进以使发动机燃料更有效并且环保。即使改进了，内燃机也仅有大约20％的效率而燃气涡轮机/蒸汽涡轮机系统仅有大约30-40％效率。如图2所述，内燃机释放的可用能量燃料值的百分数：1)大约35％在废气中，2)大约35％在冷却系统中，3)大约9％为摩擦损失以及4)仅仅1％由于差的燃烧性能，给发动机留下大约20％效率。

[0022] 用添加剂已经改进碳氢化合物燃料使COX或NOX的产生最小化。然而，即使改进所有的净化装置、发动机和燃料，地球仍要疲于处理来源于碳氢化合物燃烧系统的人造污染。除环境问题外，大量石油碳氢物的可获得性及可靠性已成为地理政治问题。

[0023] 先前有许多尝试，要生产利用空气和H2操作的燃烧发动机。这些尝试遇到如下困难：燃烧的高温，在较高燃烧温度下增加了NOX的形成，大量充足H2的贮存容积和操作成本。O2和H2的燃烧发生在2000°F以上，使得用于构建燃烧发动机的传统材料无法使用。在大气压下H2是气体。直到低于-430°F附近H2才变成液体；而且，贮存H2的设备既要耐高压又要耐低温。这样贮存大体积H2的设备在经济上不实用。

[0024] 长期以来一直认为电动马达是寻找环保能量源的解决办法。但是，这种观念的缺陷在于为电动马达供能的电能必须被产生和贮存。电能的产生通过：1)碳氢化合物燃烧/蒸汽生产工艺，2)光电效应生产工艺，3)水驱动生产工艺，4)风力驱动生产工艺或5)核生产/蒸汽驱动生产工艺，虽然光电效应工艺环保，但光电效应工艺在许多应用中还不够可靠和有效至足以替代燃烧发动机。虽然水驱动(水轮)生产工艺环保，但水驱动生产工艺是受地理条件限制的能源。虽然风力驱动生产工艺环保，但风是有限的不可靠的资源。虽然核生产/蒸汽驱动生产工艺环保，对这样设施安全性的顾虑限制了它的应用。

[0025] 电动汽车的大规模商品化由于电能价格和电能贮存而受限，以至在最好的情况下，电动汽车必须要么限制在短距离要么采用内燃机补充。

[0026] 先前和现在对生产以H2和空气来操作的燃料电池的尝试与碳氢化合物和空气的一样显示出有希望的结果。然而，燃料电池的资本投入与功率输出的比率是传统燃烧系统同样的投入的400-500％。而且，在运输中燃料电池不象内燃机那样有“手感”，这可能导致人们对燃料电池能否接受。先前对替代或减少内燃机供能率的尝试之所以失败是由于市场接受程度。汽车爱好者已经习惯并喜爱内燃机的“手感”和能量。

[0027] 先前对研发以非碳氢物来操作的燃烧发动机的工作可以参考US3884262，US3982878，US4167919，US4308844，US4599865，US5775091，US5293857，US5782081，US5775091以及US6290184。虽然这些专利中的每个都提出了燃烧技术的改进，但是都遗留下了这样的问题即燃烧发动机不实用于商品化。

[0028] 虽然有许多方法制备O2，但工业上通过三种方法将空气分离成各组分气体：低温蒸馏、膜分离和PSA。

[0029] 作为低温蒸馏的组成部分，低温冷冻可采用许多方法和工艺。本领域中已知好的低温冷冻方法和工艺可参考Thomas M.Flynn所著，由Dekker出版的“低温工程”一书。如Flynn所写，低温冷冻和液化是同样的工艺，除了液化会脱去一部分必须要补充的冷冻液而冷冻则是怕有液体再循环之外。冷冻和液化的所有方法和工艺都建立在相同的冷冻原理基础上，如图1所述。

[0030]

[0031] 图1

[0032] 如Flynn所写，有许多方法结合做功(压缩)，排热、膨胀和吸热的几个组成部分。本领域中存在许多低温冷冻方法和工艺，都可用于低温液化。那些冷冻循环项目可包括：Joule Thompson，Stirling，Brayton，Claude，Linde，Hampson，Postle，Ericsson，GiffordMcMahon和Vuilleumier。如Flynn所写，“结合这些组成部分的方法就像去结合它们的工程师们一样多。”(重要的是，本领域人员已知H2是负Joule-Thompson系数直至获得大约350R温度)

[0033] 将空气分离成O2、Ar和N2的常用低温空气蒸馏工艺一般基于两层压力循环。首先空气被压缩并随后冷却。冷却可通过四种方法之一完成：1-液体蒸发，2-Joule-Thompson效应(用方法3增大时效果最好)，3-与先前冷却了的升温产品流或外部冷却了的升温产品流逆流热交换和4-发动机中气体膨胀对外做功。冷却和压缩了的空气通常被引入两个分馏区。第一分馏区与处于较低压力的第二分馏区热连接。两个区热连接以便第一区的冷疑装置可使第二区再沸腾。在第一区中经过部分蒸馏的空气产生了基本上纯的N2馏分和富集O2的液态馏分。富集O2的馏分是第二分馏区的中间层物料。来自第一区的基本纯的液体N2被用作第二分馏区顶端的回流。在第二分馏区中完成了分馏，从该区的底部产生基本纯的O2而从顶端产生基本纯的N2。在常规工艺中要产生Ar时，采用第三个分馏区。这个区的物料是从第二个分馏区中间点提取的富集Ar的蒸气馏分。第三区的压力与第二区的要求相同。在第三分馏区中，物料被精馏成从顶端分离出的富含Ar的蒸汽流和从第三分馏区底部分离出并被导入第二分馏区中间点的液体流。第三分馏区的回流由位于顶端的冷凝装置提供。在这个冷凝装置中，富含Ar的蒸气通过与另一种流热交换而被冷凝，典型的是与来自第一分馏区富含O2的馏分进行交换。富含O2的蒸汽流随后进入第二分馏区在中间点上处于部分汽化状态，在进入第三分馏区的物料被分离出来的点之上。

[0034] 空气，作为三元混合物蒸馏成N2，O2和Ar的过程可以被看成两个二元蒸馏。一个二元蒸馏是从中沸点Ar中分离高沸点O2。另一二元蒸馏是从低沸点N2中分离中沸点Ar。这两个二元蒸馏中，前者更困难，比后者要求更多的回流和/或理论塔板数。Ar-O2分离是第三分馏区的基本功能，第二分馏区的底部部分处于进入第三区的物料被分离出来的点之下。N2-Ar分离是第二分馏区的靠上部分的基本功能，处于进入第三区的物料被分离出来的点之上。

[0035] 蒸馏的难易也受压力的作用。在较高压力下两个二元分离都变得更难。这一事实表明对于常规安排，第二和第三分馏区最佳的操作压力是在或接近一个大气的最小压力。对于常规安排，产品回收基本上随着操作压力升高而降低，在一个大气压以上，这主要由于提高了Ar-O2分离的难度。然而有其它的因素使得升压工艺有吸引力。蒸馏柱直径和热交换横断面积可由于提高蒸气密度而减少。升压产品可节约压缩设备资金成本。在某些情况下，希望将空气分离工艺与产能燃气涡轮机整合，在这些情况下，要求空气分离工艺升压操作。进入第一分馏区的空气物料处于大约10至20绝对大气压的升压状态。这导致第二和第三分馏区的操作压为大约3至6绝对大气压。由于前述压力对蒸馏的影响，在这样压力下的常规操作导致其产品回收率非常低。

[0036] 这里所用的术语“间接热交换”指使两种流体流在彼此没有任何物理接触或混合的情况下进行热交换；术语“空气”指基本包含N2，O2和Ar的混合物；术语“靠上部分”和“靠下部分”指那些柱中分别在柱中间点之上和之下的部分；术语“分镏塔板”指接触台，它不必是平衡台，可以指其它接触装置例如分离能力相当于一个塔板的衬垫；术语“平衡台”指蒸气-液体接触台，在其中留在台上的蒸气和液体全部处于动态平衡，例如具有100％效率的塔板或高度与一个理论塔板(HETP)相当的衬垫体；术语“顶端冷疑装置”指从柱顶端蒸气产生柱下流液体的热交换设备；术语“底部再沸腾装置”指从柱底部液体产生柱上流蒸气的热交换设备。(底部再沸腾装置可物理地处于柱内或外。当底部再沸腾装置位于柱内时，底部再沸腾装置围绕着低于柱的最低塔板或平衡台的部分柱。)

[0037] 虽然公知的是在化学工业中将空气低温蒸馏成O2和N2是生产这些双原子气体的最经济的途径，但是没有人提出利用这个工艺来：连同O2和N2一起蒸馏H2，用H2与O2燃烧作燃料或利用O2和H2燃烧的能量为空气的低温蒸馏供能。先前所做的将空气分离成各组分的工作可以参考US4112875，US5245832，US5976273，US6048509，US6082136，US6298668，和US6333445。

[0038] 在许多工厂中利用膜分离空气也是公知的。本领域已知有两种常用类型的膜：有机聚合物膜和无机膜。这些膜分离工艺通过在已被设计成导电的膜上建立横向电势而得以改进。虽然许多这些工艺是公知的且建立好的，但是没有人提出利用这些工艺来为O2与H2燃烧提供燃料或利用O2与H2燃烧的能量为分离空气供能。先前所做的采用膜将空气分离成各组分的工作可以参考US5599383，US5820654，US6277483、，US6289884，US6298664US6315814，US6321915，US6325218，US6340381，US6357601，US6360524，US6361582，US6361583和US6372020。

[0039] 采用PSA将空气分离成O2和N2也是公知的。然而，没有人提出利用PSA来为O2与H2燃烧提供燃料或利用O2与H2燃烧的能量为PSA分离空气供能。先前所做的采用PSA将空气分离成各组分的工作可以参考US3140931，US3140932，US3140933，US3313091，US4481018，US4557736，US4859217，US5464467，US6183709和US6284201。

[0040] 本发明将H2O作为燃料以及燃烧产品。本发明提供了新的能量再循环方法、工艺、系统和装置，通过利用水作为燃烧产品、能量导体和能量贮存介质而改进燃烧效率。发生在碳氢化合物燃烧中的固有能量损失是无法回收的；对于碳氢化合物燃烧没有实用的方法来回收损失的废气能、热能或机械能。

[0041] 公开的WCT涉及从蒸汽中生产H2的化学方法、工艺、系统和装置，这是由于蒸汽是来自WCT水产品的物理状态。本领域先前的工作集中于精炼和发电厂的废气；没有工作提到将H2O分离再形成H2。先前利用来自内燃机的碳氢化合物燃烧产品的工作可参考US4003343。先前在防止腐蚀而非促进腐蚀方面所作的工作可参考US6315876，US6320395，US6331243，US6346188，US6348143和US6358397。

[0042] 公开的WCT涉及化学地将H2O转换成O2和H2的电解方法、工艺、系统和装置。虽然电解技术有了改进并且在把电解与燃烧发动机结合，即用电解产生的H2补充碳氢燃料方面进行了许多尝试，但是没有工作把作为O2和H2主要来源的电解用来为燃烧发动机提供燃料。先前与燃料系统相关的电解工作可以参考US6336430，US6338786，US6361893，US6365026，US6635032和US4003035。

[0043] 公开的WCT涉及电力生产。用于机械驱动电力生产设备，比如可以是发电机的机械能通过WCT的燃料产生。此外，用于蒸气驱动发电机的蒸气能由WCT的燃料产生。而且，WCT发动机废气的能量可以驱动蒸汽涡轮机，从而驱动发电机产生电流。更进一步，所述排出气体——水使环保装置减至最小。公开的WCT提供了燃烧涡轮机，其中排出气体如果不全是H2O也至少基本上为H2O。虽然，在设计蒸汽涡轮机上已作了许多工作，但是在所有情况中用于蒸汽涡轮机的蒸汽都是通过热转移产生的，而热转移中的所述热是通过核裂变或碳氢化合物燃烧产生的。在燃烧发动机的直接废气中利用蒸汽涡轮机或在燃烧发动机内再循环利用能量，特别是用来产生用于将H2O电解转化成O2和H2的电力的观点是新颖的。先前关于蒸汽涡轮机发电技术或发动机废气涡轮机技术的工作可参考：US6100600，US6305901，US6332754，US6341941，US6345952，US4003035，US6298651，US6354798，US6357235，US6358004和US636371O。

[0044] 公开的WCT涉及生产电力的空气和水驱动涡轮机技术。利用所公开的WCT使得空气或水驱动涡轮机发电技术对于燃烧系统变得可行，其中：具有运动空气和/或水的可靠来源。虽然运动的空气源或水源可以是产生电能极好的来源，从而为电解水提供了燃料，但是以下观点是新颖的：利用所述电解为所公开的WCT提供燃料或利用风力或水车为所述电解供能从而达到为所公开的WCT提供燃料。先前关于风驱动发电机技术的工作可参考US3995972，US4024409，US5709419，US6132172，US6153944，US6224338，US6232673，US6239506，US6247897，US6270308，US6273680，US293，835，US294844，US6302652，US6323572和US6635981。

[0045] 公开的WCT涉及用来产生电力的光电效应方法、工艺、系统和装置，其中所述电力用于生产H2和O2中至少一种，所述H2和/或所述O2被用作所述WCT中的燃料。有许多用于光电效应电力生产的方法、工艺、系统和装置在本领域中是已知的。利用光电电池生产电力来电解H2O分离为H2和O2有许多方法、工艺、系统，其中H2被用在燃料电池中。先前与生产H2相关的光电电池方面的工作可参考：US5797997，US5900330，US5986206，US6075203，US6128903，US6166397，US6172296，US6211643，US6214636，US6279321，US6372978，US6459231，US6471834，US6489553，US6503648，US6508929，US6515219，和U86515283。先有工作没有描述或建议利用光电电池与所述WCT相结合。

[0046] 公开的WCT涉及在水应用中控制腐蚀、水锈和沉积的方法。1980年6月24日由Ii等人递交的美国专利申请US4209398中提出了一种抑制与水接触的表面上水锈和沉积形成以及使表面的腐蚀最小化的水处理工艺。该工艺包括在水中混合有效量的水可溶性聚合物，该聚合物包含取自如下的结构单元：具有烯键式不饱和键的和具有一个或多个羧基基团，至少一部分所述羧基基团被修饰的单体，以及选自由无机磷酸及其水可溶性盐，膦酸及其水可溶性盐，有机磷酸及其水可溶性盐，有机磷酸酯及其水可溶性盐和能在水中解离成多价金属离子的多价金属盐。Ii的专利没有讨论或提出电解或燃烧的系统。

[0047] 1984年4月10日由O’Leary等人递交的美国专利US 4442009提出了一种用于控制含在煮器水中由水中可溶性钙、镁和铁杂质形成的水锈的方法。该方法包括在水中加入螯合剂及其水可溶性盐，水可溶性磷酸盐和水可溶性聚甲基丙烯酸或其水可溶性盐。O’Leary的专利没有讨论或提出电解或燃烧的系统。

[0048] 1986年12月23日由Cuisia等人递交的美国专利US 4631131提出了一种用于抑制水蒸气发生煮器系统中水锈形成的方法。所述方法包括基本上由加入到煮器系统水中水锈抑制剂总量所组成的化学处理物，抑制剂的成分包括由马来酸和烷基磺酸构成的共聚物或其水可溶性盐，羟基亚乙基-1-二磷酸或其水可溶性盐以及水可溶性磷酸钠硬度沉淀剂。Cuisia的专利没有讨论或提出电解或燃烧的系统。

[0049] 1987年2月3日由Persinski等人递交的美国专利申请US 4640793提出了一种掺合剂，它可用于抑制水系统中的水锈和腐蚀，包括：(a)包含比例为1∶20至20∶1的不饱和羧酸和不饱和磺酸，具有低于25000重均分子量的水可溶性聚合物或其盐，和(b)至少一种选自由水可溶性聚羧酸盐、膦酸盐、磷酸盐、聚磷酸盐、金属盐和磺酸盐所组成组中的化合物。Persinski的专利提出防止水锈和腐蚀的化学结合；然而，它没有提到电解或燃烧。

发明内容

[0050] 本发明的基本目的是设计环保、实用、高效且经济上可行的燃烧方法、工艺、系统和装置。

[0051] 本发明的另一目的是为内燃机设计环保、实用、高效且经济上可行的燃烧方法、工艺、系统和装置。

[0052] 本发明的另一目的是为电能生产设计环保、实用、高效且经济上可行的燃烧方法、工艺、系统和装置。

[0053] 本发明的另一目的是设计实用、高效且经济上可行的，不产生碳氧化物的燃烧方法、工艺、系统和装置。

[0054] 本发明的另一目的是设计实用、高效且经济上可行的燃烧方法、工艺、系统和装置以使氮的氧化物的产量最小化。

[0055] 本发明的另一目的是为环保、实用、高效的燃烧方法、工艺、系统和装置设计实用、高效且经济上可行的燃料系统。

[0056] 本发明的另一目的是为环保、实用和高效的内燃机设计实用、高效且经济上可行的燃料方法、工艺、系统和装置。

[0057] 本发明的另一目的是为环保、实用和高效的电力生产设计实用、高效且经济上可行的燃料方法、工艺、系统和装置。

[0058] 本发明的另一目的是为环保、实用和高效的热能生产设计实用、高效且经济上可行的燃料方法、工艺、系统和装置。

[0059] 本发明的另一目的是设计包括氢和氧或氢和空气或氢和氧和空气的实用、高效且经济上可行的燃烧方法、工艺、系统和装置，其中燃烧的温度通过在燃烧中加入水而控制以便于能够使用经济材料构建燃烧发动机。

[0060] 本发明的另一目的是设计提高了燃烧效率的实用、高效且经济上可行的方法、工艺、系统和装置。

[0061] 本发明的另一目的是设计利用从燃烧中可得到的能量将水转换成氧和/或氢的实用、高效且经济上可行的电解方法、工艺、系统和装置。

[0062] 本发明的另一目的是为蒸汽转化成氢设计实用、高效且经济上可行的催化方法、工艺、系统和装置，其中蒸汽是由燃烧发动机产生的，其燃料是至少以下一种：氧、氢和水；氧、氢、水和氮；氧、氢、水和空气；氢、水和空气。

[0063] 本发明的其他的目的和优点将部分从随后的说明中产生，部分从说明中明显可以得出，或可从本发明的实施中学到。

[0064] 取代矿物燃料燃烧的改进了的环保的产能工艺将是一种不产生地球必须自然去除或转换的产物的工艺。本发明的WCT技术提出的产品，即H2O能实现这样的任务。水通过O2和H2燃烧制成。而且，已知产生O2的方法有：空气的液化作用(低温蒸馏)；空气的膜分离；空气加压振荡吸咐(PSA)和H2O的电解。所有这些工艺都是环保的。此外，H2是宇宙中最丰富的元素，存在于几乎所有化合物和组合物中。将我们的乙醇、石油、煤和气精炼厂改装来生产H2将促进经济发展，同时将处理空气污染的责任集中于改善精炼工艺从而得到管理。

[0065] 公开的WCT比传统燃烧发动机在涉及运输、产电和产热应用时能量处理效率更高。尤其是在内燃机的情况下。内燃机与一般燃烧发动机一样，将其大约60-85％的燃烧能释放：来自发动机的热损失，发动机废气和剩余机械能。本发明通过将放出的能量转换成电能进而转换成化学势能而回收了大量损失的能量部分。

[0066] 公开的WCT利用O2与H2燃烧的能量作为产生能量的燃烧方法、工艺、系统和装置的能量来源。O2和H2的燃烧产物是H2O，这种燃烧反应在某种程度上与碳氢化合物燃烧相似；然而，反应中排除了碳并部分或全部排除了N2。简言之，WCT消除了与C、N和/或S燃烧相关的环境问题。

[0067] 2H2+O2→2H2O+137千卡

[0068] 以68.5千卡/摩尔计算，H2的能量值为34千卡/磅；这与n-辛烷(1300千卡/摩尔＝11千卡/磅)和甲烷(213千卡/摩尔＝13千卡/磅)相比要好的多。

[0069] 虽然水是一种环保的燃烧产品，但是O2与H2燃烧的温度对于大多数燃烧系统材料来说太高。并且，尤其是在内燃机的情况中，通过采用传统构建材料将显著促进任何新的燃烧系统的实现，以致于使发动机构建成本最小化。本发明利用H2O作为控制O2与H2燃烧温度的优选实施例。所述水可为三种形式之一：固体(冰颗粒)，液体(水蒸汽)和气体(蒸气)。如果水为固体，燃烧温度将通过以下得以控制：固体H2O的热容量，H2O的升华能，水蒸汽的热容量，H2O的蒸发作用潜在热和蒸气热容量。如果水为液体，燃烧温度将通过：液体H2O的热容量，H2O蒸发作用潜在热和蒸气热容量而得以控制。如果水是气体，温度通过蒸气热容量来控制。

[0070] 虽然传统上空气被用作燃烧氧化剂(空气中的O2)，但是不包括空气中N2和/或Ar或者N2和/或Ar已最小化的O2与H2燃烧可提高燃烧能输出超过300％。本发明的这一方面很容易通过比较利用空气作为氧化剂(其中空气为大约仅有20％O2和78％N2)的燃烧系统和利用纯氧作为氧化剂的燃烧系统而得出。氮在吸热地产生NOX的同时降低了燃烧温度，因此在产生污染物的同时降低了发动机效率。由于空气含大约78％N2，在传统燃烧发动机中几乎有78％的燃烧混合物在燃烧期间没有提供能量，并且事实上减少了燃烧能量输出。虽然空气中N2可以维持低燃烧温度，因而产生的废气温度为大约接近或低于1000°F，以致燃烧温度对于传统发动机构造材料来说是无害的，但是在O2/H2燃料混合物中加入H2O可实现产生蒸汽的等温燃烧同时冷却燃烧的温度，从而将燃烧热能转换成易于再循环的能量形式，而包含N2不能提供能量再循环。这同样适用于Ar。

[0071] 容易理解的是，在燃烧科学中，燃烧的开始需要三种成分：燃料、热和点火装置。在采用持续来源的燃料(H2和O2)和点火装置的条件下，在燃烧混合物中加入H2O提供了这样的方法和工艺：限制燃烧温度且使构建燃烧发动机时材料成本最小化，并且维持足够高的燃烧温度以便燃烧可以开始。燃烧室中水的加入被处理成既维持燃烧又控制燃烧温度。改变发动机构造，燃烧室的设计和构成材料将决定在燃烧温度限制之内，加入到燃烧室的水的限制量。

[0072] 公开的WCT提出水至少作为一种：能量贮存介质，燃烧产品，冷却剂以及能量转移导体和/或其结合体。本发明这一方面的重要性可通过热力学原理而了解。通过热力学第一定律，对系统施加的热加上在系统上所做的功等于内能变化加上势能和动能的变化。通过本发明回收原本要损失的能量提高了内能和势能，从而提高了燃烧系统的效率。通过热力学第二定律：内能变化等于熵变化(在特定温度)减去系统所做的功。因此，本发明通过回收原本要损失的熵明显减少了熵的变化同时将原本要损失的焓集中于回收的排出焓/熵中，本发明显著提高了内能，因而显著提高了效率。WCT充分利用了热力学第一和第二定律。而相反的是，碳氢化合物燃烧技术则把热力学第一和第二定律作为制约因素。而且，在燃烧室中利用H2O理论上可实现等温燃烧。

[0073] 本发明利用电-化学通路将H2O转换成O2和H2，其中这些通路的电能从以下至少一种中获得：发动机的冷却，排气能，燃烧输出机械能，光电效应能和水或空气运动的能量。已经给出大多数燃烧发动机的效率(特别是内燃机)仅仅大约20％，而所公开的WCT能显著提高燃烧的效率。假定可利用的H2燃料所具有的转换效率接近先前使用的碳氢化合物，因而将新H2的原始值定为100％并且将空气分离成O2、N2和Ar所具有的效率定为接近
20％，本发明的方法、工艺、系统和装置具有将燃烧发动机的效率提高到接近40-70％，将内燃机效率提高到接近大约50％左右的容量。依赖于空气分离成O2、N2和Ar的效率，理论上可以推论燃烧效率能进一步提高。本发明发现所公开WCT效率的理论限制值大约为在蒸汽、机械、光电、风和水车能量转换成电力的效率限制值和电解水成H2和O2的效率限制值相结合并减去摩擦损失。这一理论限制值表明在本发明中燃烧方法、工艺、系统和装置的理论效率限制值为大约70-80％左右。(有趣的是，发动机没有运行而光电电池通过从水中产生燃料而提高了内能。在这种情况下，发动机实际上没有使用任何燃料就增加了燃料，其中的效率是无限的)。

[0074] 公开的WCT提出了用于从空气中分离O2和N2与O2和H2燃烧相结合的方法、工艺、系统和装置。有3种分离方法。第一种，利用低温蒸馏工艺分离空气，该工艺被用来压缩、冷冻并蒸馏空气，将空气分离成O2和N2。第二种，利用膜分离空气；膜可是有机聚合物结构也可是无机结构。第三种，利用加压振荡吸附(PSA)分离空气。利用PSA，优选的是O2被吸收；然而，实际是N2被吸收。至少由这些方法中一种产生的分离O2优选地被用作燃烧系统中的燃料。

[0075] 低温蒸馏——在化学工业中，将空气低温蒸馏成O2和N2是生产这些基本上为双原子气体的常规方法，然而，在以下方面利用该工艺以前没有人提出，具有新颖性：与H2的蒸馏结合，为O2与H2的燃烧作燃料和/或利用O2与H2燃烧的能量为空气的低温蒸馏供能。此外，几乎所有将空气分离成O2和N2的工业工艺利用N2或N2和Ar作为工业产品。在所公开的WCT情况下，蒸馏的N2和/或Ar基本用途是作为吸热元件。这个吸热元件优选用来完成至少以下一种：冷却贮存的O2或H2，促进低温蒸馏，冷却燃烧发动机和/或提供冷冻和/或环境冷却。在内燃机的情况下，本吸热元件优选用于取代发动机水冷却剂冷却系统(通常为风扇冷却散热器)和/或用于乘客冷却(空调)系统的压缩机。本发明还提出除了改进燃烧效率之外，Ar的蒸馏是非本质的；加入分离Ar的分馏柱应当考虑资金投资回报率分析结果。

[0076] 膜分离——膜分离比低温蒸馏简单得多；然而，不能利用N2作为吸热元件。利用膜分离工艺，可能需要用于发动机和乘客或环境冷却的单独冷却系统。

[0077] PSA——PSA分离比低温蒸馏简单而比膜分离复杂。PSA具有与膜分离同样的缺点；不能利用N2作为吸热元件。利用PSA分离工艺，可能需要用于发动机和乘客或环境冷却的单独冷却系统。

[0078] 由于蒸汽是来自燃烧的水产品的物理状态，公开的WCT涉及从蒸汽产生H2的化学方法、工艺、系统和装置。本发明利用一种通常认为是损害的工艺将蒸汽转换成H2。本发明利用腐蚀作用将蒸汽化学地转换成H2。腐蚀作用利用O2将金属转换成其金属氧化物，同时放出H2。传统认为这种金属氧化物是一种损害因为金属氧化物比其金属相对物的强度、耐久性和光亮度要差。水作为氧化剂的腐蚀作用常规化学反应是：

[0079]

[0080] 其中，M可以是周期表上任意金属或金属化合物，并且eV是电动势。由于腐蚀作用的电动势，许多保护金属抗腐蚀的方法是基于处理金属的电动势。一种这样的方法是阴极保护法。在阴极保护下，金属通过在其中产生与金属腐蚀作用电动势相反的电动势而得以保护从而抗腐蚀。传统阴极保护方法是用来防止腐蚀，而本发明提出通过产生阳极电势来驱动腐蚀。本发明提出将催化牺牲金属放置在WCT的废气(蒸汽)中，其中优选采用阳极电势驱动金属或金属组合物的腐蚀，从而至少将一部分蒸汽转换成氢。(电动势的好参考是CRC出版的化学和物理手册)。

[0081] 公开的WCT涉及电-化学地将H2O转换成O2和H2的电解的方法、工艺、系统和装置，可理解的是在最好的工程环境下，电解H2O成O2和H2所需电能将大于燃烧O2和H2所获得的能量。然而，由于通过回收原本会损失的能量，而使燃烧效率显著提高，电解是允许的。无论回收的电能是来自燃烧的蒸汽还是来自至少以下一种：机械能转换，蒸汽能转换，光能转换，风能转换或水车能转换，一旦转换装置的资金成本到位，能量转换成本仅限于装置保养费用。本发明公开了4种类型可利用的电能转换方式：机械能、蒸汽能，运动的空气(风)或水能和光电效应(太阳)能。

[0082] 电解可以非常低的能量转换成本从H2O中产生足够的燃料，从而提高整个燃烧系统的燃料效率。内燃机的应用是电解可以用来将H2O转变成燃料源的情况极好例子。内燃机一旦进入操作状态，一般可以以大约500至大约6000rpm的速度旋转，罕见地在特定工程情况中可达大约10000至20000rpm。在燃烧发电机的操作中，有许多情况下发电机或者位于驱动轴上或者被传动装置激活并被驱动轴驱动，它能够通过燃烧发动机的机械能而转动，从而产生用于将H2O电解转化成O2和H2的电流。此外，在利用H2O来控制燃烧系统中燃烧温度的范围内可达到在WCT排出蒸汽中进一步利用蒸汽驱动涡轮发电机来产生电力的程度。然后利用电力将H2O电解成O2和H2。在特意使用WCT产生电力的情况下，不会产生大量过量电力。一旦定下了机械驱动发电机或蒸汽驱动发电机的资金成本，机械或蒸汽能转换成电力的成本仅限于装置保养费用。这相同成本/利润情况也适用于运动空气(风)或水驱动发电机以及光电效应系统。

[0083] 本发明涉及消音设备技术的应用，因为这些技术是已知的且被用于消除燃烧噪音。在内燃机的情况下，安装消音设备以限制燃烧所产生的噪音。虽然消音设备设计确实控制了来自燃烧发动机的噪音或空气振动，但是目前消音设备的设计浪费了可利用的燃烧废气能。在燃烧发动机废气蒸汽中安装蒸汽涡轮机优选地产生电流。优选的是蒸汽涡轮机吸收来自燃烧的空气振动。优选的是在接触/消音室中安装易氧化金属从而从燃烧系统产生的蒸汽中生产H2。在废气中结合蒸汽驱动涡轮发电机与催化转换金属是最优选的组合从而将来自燃烧系统的废气蒸汽能转换成电能，同时消除了废气中的空气振动。

附图说明

[0084] 通过以下优选实施例的描述并结合以下的附图能够更好的理解本发明，其中：

[0085] 表1和1A提供了图1至15的符号的解释。

[0086] 图2对传统碳氢化合物燃烧发动机进行热力学概述的框图。

[0087] 图2A是对提出的在所公开的WCT燃烧发动机中处理H2O，O2，H2和空气的方法、工艺、系统和装置进行概述的框图。

[0088] 图3是对提出的用于至少以O2和H2，空气和H2中一种为燃料的燃烧发动机中的方法、工艺、系统和装置进行概述的框图，其中选择水来冷却燃烧室和燃烧温度，并且燃料系统结合可变换的方法、工艺、系统和装置来产生将H2O电解成H2和O2的电力。

[0089] 图4是对提出的用于至少以O2和H2，空气和H2中一种为燃料的燃烧发动机中的方法、工艺、系统和装置进行概述的框图，其中选择水来冷却燃烧室和燃烧温度，并且燃料系统结合了将蒸汽催化转化成H2。

[0090] 图5是对提出的用于至少以O2和H2，空气和H2中一种为燃料的燃烧发动机中的方法、工艺、系统和装置进行概述的框图，其中选择水来冷却燃烧室和燃烧温度，并且燃料系统结合了将空气低温蒸馏成氮和O2。

[0091] 图6是对提出的用于至少以O2和H2，空气和H2中一种为燃料的燃烧发动机中的方法、工艺、系统和装置进行概述的框图，其中选择水来冷却燃烧室和燃烧温度，并且燃料系统结合了将蒸汽催化转化成H2，以及用来产生将H2O电解成H2和O2的电力的可变换的方法、工艺、系统和装置。

[0092] 图7是对提出的用于至少以O2和H2，空气和H2中一种为燃料的燃烧发动机中的方法、工艺、系统和装置进行概述的框图，其中选择水来冷却燃烧室和燃烧温度，并且燃烧温度和燃料系统结合了将空气分离成氮和O2的低温蒸馏，以及用来产生将H2O电解成H2和O2的电力的可变换的方法、工艺、系统和装置。

[0093] 图8是对提出的用于至少以O2和H2，空气和H2中一种为燃料的燃烧发动机中的方法、工艺、系统和装置进行概述的框图，其中选择水来冷却燃烧室和燃烧温度，并且燃料系统结合了伴随着将空气分离成氮和O2的低温蒸馏而将蒸汽催化转化成H2，以及用来产生将H2O电解成H2和O2的电力的可变换的方法、工艺、系统和装置。

[0094] 图9是对提出的用于至少以O2和H2，空气和H2中一种为燃料的燃烧发动机中的方法、工艺、系统和装置进行概述的框图，其中选择水来冷却燃烧室和燃烧温度，并且燃料系统结合至少采用膜和PSA其中之一将空气分离成氮和O2。

[0095] 图10是对提出的用于至少以O2和H2，空气和H2中一种为燃料的燃烧发动机中的方法、工艺、系统和装置进行概述的框图，其中选择水来冷却燃烧室和燃烧温度，并且燃料系统结合至少采用膜和PSA其中之一将空气分离成氮和O2，以及用来产生将H2O电解成H2和O2的电力的可变换的方法、工艺、系统和装置。

[0096] 图11是对提出的用于至少以O2和H2，空气和H2中一种为燃料的燃烧发动机中的方法、工艺、系统和装置进行概述的框图，其中选择水来冷却燃烧室和燃烧温度，并且燃料系统结合了伴随着至少采用膜和PSA其中之一将空气分离成氮和O2而将蒸汽催化转化成H2，以及用来产生将H2O电解成H2和O2的电力的可变换的方法、工艺、系统和装置。

[0097] 图12是对提出的用于至少以O2和H2，空气和H2中一种为燃料的燃烧发动机中的方法、工艺、系统和装置进行概述的框图，其中选择水来冷却燃烧室和燃烧温度，并且燃料系统结合了伴随着将空气分离成氮和O2的低温蒸馏而将蒸汽催化转化成H2。

[0098] 图13是对提出的用于至少以O2和H2，空气和H2中一种为燃料的燃烧发动机中的方法、工艺、系统和装置进行概述的框图，其中选择水来冷却燃烧室和燃烧温度，并且燃料系统结合了伴随着至少采用膜和PSA其中之一将空气分离成氮和O2而将蒸汽催化转化成H2。

[0099] 图14是对提出的用于至少以O2和H2，空气和H2中一种为燃料的燃烧发动机中加热燃烧混合物的方法、工艺、系统和装置进行概述的框图，其中选择水来冷却燃烧室和燃烧温度。

[0100] 图15是对提出的用于至少以O2和H2，空气和H2中一种为燃料的燃烧发动机中的方法、工艺、系统和装置进行概述的框图，其中选择水来冷却燃烧室和燃烧温度，并且燃料系统结合了将空气分离成氮和O2的低温蒸馏。

[0101] 图16是对提出的用于至少以O2和H2，空气和H2中一种为燃料的燃烧发动机中的方法、工艺、系统和装置进行概述的框图，其中选择水来冷却燃烧室和燃烧温度，并且燃料系统结合了至少采用膜和PSA其中之一将空气分离成氮和O2。

[0102] 图17是对提出的用于至少以O2和H2，空气和H2中一种为燃料的燃烧发动机中的方法、工艺、系统和装置进行概述的框图，其中选择水来冷却燃烧室和燃烧温度，并且燃料系统结合了伴随着将空气分离成氮和O2的低温蒸馏而将蒸汽催化转化成H2。

[0103] 图18是对提出的用于至少以O2和H2，空气和H2中一种为燃料的燃烧发动机中的方法、工艺、系统和装置进行概述的框图，其中选择水来冷却燃烧室和燃烧温度，并且燃料系统结合了伴随着至少采用膜和PSA其中之一将空气分离成氮和O2而将蒸汽催化转化成H2。

[0104] 图19是对提出的用于至少以O2和H2，空气和H2中一种为燃料的燃烧发动机加热燃烧混合物的方法、工艺、系统和装置进行概述的框图，其中选择水来冷却燃烧室和燃烧温度。

[0105] 图20是对提出的用于至少以O2和H2，空气和H2中一种为燃料的燃烧发动机液化和冷却O2和/或H2储存物的方法、工艺、系统和装置进行概述的框图，其中选择水来冷却燃烧室和燃烧温度。

[0106] 图21和21A是对提出的蒸汽涡轮机的方法、工艺、系统和装置进行概述的框图，蒸汽涡轮机位于至少以O2和H2，空气和H2中一种为燃料的燃烧发动机的废气中并由废气供能，其中选择水来冷却燃烧室和燃烧温度。

[0107] 图22是对提出的空气涡轮机的方法、工艺、系统和装置进行概述的框图，其中所述空气涡轮机为燃烧发动机提供电力将水分离成H2和O2，所述燃烧发动机至少以O2和H2，空气和H2中一种为燃料，并且选择水来冷却燃烧室和燃烧温度。

[0108] 图23和23A是对提出的H2O涡轮机的方法、工艺、系统和装置进行概述的框图，其中所述H2O涡轮机为燃烧发动机提供电力将水分离成H2和O2，所述燃烧发动机至少以O2和H2，空气和H2中一种为燃料，并且选择水来冷却燃烧室和燃烧温度。

[0109] 图24是对提出的为燃烧发动机进行压力控制的方法、工艺、系统和装置进行概述的框图，所述燃烧发动机至少以O2和H2，空气和H2中一种为燃料，其中选择水来冷却燃烧室和燃烧温度。

具体实施方式

[0110] 由于全球变暖已成为全球政治问题，本发明的时机具有重要意义。由于石油可获得性，碳氢化合物基本来源已成为全球政治问题，本发明的时机具有重要意义。由于空气污染已成为大部分人类的健康问题，本发明的时机具有重要意义。由于天然气(甲烷、乙烷、丙烷和/或丁烷)的市场影响电力生产和/或市场价格，本发明的时机具有重要意义。本发明提供了环保的燃烧方法、工艺、系统和装置，它们高效并且需要数量适当的工具制造。并且，在内燃机的情况下，本发明提出了一种能为操作者提供类似于碳氢燃烧发动机的“手感”的燃烧工艺；这种“手感”进一步完善了本发明。

[0111] WCT发动机的方法、工艺、系统和装置克服了以氢为基础的燃烧技术商品化中面临的各种挑战。这些挑战包括但不限于：1)燃料燃烧温度和相关燃烧发动机的成本，2)要求的燃料体积和相关的燃料贮存要求，3)发动机效率和相关燃料要求，4)NOX的产生，5)发动机的效率和相关操作成本，6)燃烧发动机大小和相关燃烧发动机成本，7)所要求的燃料和燃料的一般贮存，8)一般操作成本，9)一般燃烧发动机成本和在内燃机情况下的成本，10)满足顾客对手感、效率、成本和环境影响的要求的发动机。

[0112] WCT的方法、工艺、系统和装置利用O2和H2燃烧热作为燃烧系统产生能量的基本能量源。本发明的优选实施例是O2与H2燃烧。本发明最优选实施例是在燃烧室中加入H2O来控制燃烧温度。一个实施例是在燃烧气体为水蒸汽和蒸气中至少一种的燃烧室中用H2O冷却发动机，WCT的优选实施例在点火之前处理燃烧混合物的最后温度从而使混合物处于气体或流体状态中的至少一种。

[0113] 由于O2和H2的贮存最好在低温温度完成，而低温O2和/或H2可能抑制燃烧。本发明的优选实施例将是通过低温O2和/或H2的温度至少部分地控制燃烧温度和/或发动机的温度。最优选的是预热O2，H2和H2O中至少一种至允许有效燃烧的温度/压力结合状态。为了处理这种能量，优选实施例是通过来自发动机燃烧能，发动机排出蒸汽能和来自电阻加热设备的光能和/或其结合物中至少一种的热交换来加热O2、H2或H2O和/或其结合物中的至少一种。最优选的是在通过来自发动机燃烧能和发动机排出蒸汽能中至少一种的热交换加热O2、H2或H2O之前利用环境能预热O2和H2中至少一种。由于水的热容量大于水蒸气(蒸汽)且水蒸发作用的潜热是巨大的吸热元件，因此最优选的是将H2O加热成液体状态而不是气态或流体状态(蒸汽)。图19示意了加热燃烧混合物的燃烧优选实施例。

[0114] 虽然不优选，本发明一种燃烧实施例将是加入H2O与至少N2和Ar其中之一到燃烧室，利用水同N2和/或Ar作为控制燃烧温度的吸热元件。虽然不优选，本发明一种燃烧实施例将是利用空气替代O2作为O2源，每当没有足够的O2与H2燃烧生成作为基本燃烧产品的H2O时，已知NOX将成为次级燃烧产品。空气和H2燃烧的实施例优选的是在燃烧室中加入H2O，从而利用H2O作为降低燃烧温度的吸热元件并产生蒸汽。简言之，在被称为WCT之后，燃烧的实施例、优先实施例、最优选实施例的方法、工艺、系统和装置将在此描述。用于WCT的方法、工艺、系统和装置如图2至23A所示意。

[0115] 低温蒸馏——结合了低温蒸馏的用于WCT的方法、工艺、系统和装置如图5、7、8、12、15和17中所示意。结合到WCT中低温蒸馏的原理是那些对于目前低温蒸馏领域人员公知的原理。可以理解的是在每个针对每级蒸馏的蒸气-液体-平衡表中，蒸馏温度取决于蒸馏压力；更高的分离压导致更高的分离温度。可理解的是N2/O2分离部分包含用于生产纯O2的两个柱子，第2个柱子可以去除从而得到低于纯O2的O2纯度。冷却空气用于蒸馏的最优选实施例是利用JouleThompson效应和逆流热交换中至少一种。冷却空气用于蒸馏的优选实施例是利用Joule-Thompson效应和液体蒸发作用中至少一种。冷却空气用于蒸馏的一个实施例是利用Joule-Thompson效应和发动机中气体膨胀所做功中至少一种。最优选的实施例是在100至400psia下操作第一级蒸馏柱。优选实施例是在大气压至500psia下操作第一级蒸馏柱。本发明的优选实施例是利用回收的N2作为吸热元件，其中回收的N2和Ar中至少一种能用于冷却以下至少一种：贮存O2，贮存H2，燃烧发动机的冷却系统，电解的冷却系统，燃烧发动机，空调系统中的空气，在空气和/或其任意结合物的各级低温蒸馏之内的气体/液体。本发明的最优选实施例是将空气低温蒸馏成其组分：O2、Ar和N2，其中用于低温分离的能量从WCT中获得且所分离的O2被用作WCT中的燃料。

[0116] 图5、7、8、12、15和17示意了WCT的方法、工艺、系统和装置，其中利用低温蒸馏分离空气，来自所述分离的O2被用作所述WCT中的燃料。

[0117] 膜——膜，无论是有机或无机结构，都能有效用于将空气分离成O2。结合到WCT中的膜分离原理是膜分离领域人员目前公知的。优选的是采用分级膜分离来生产最纯O2。通过采用无机或有机聚合物膜，优选的是在膜上设置横向电势从而维持一个促进分离的电势，最优选的是利用有机和无机膜中至少一种分离空气，其中来自所述分离的O2被用在WCT中。最优选的是利用来自WCT的燃烧能来提供机械能，其中所述机械能为空气穿过所述膜的流动供能，所述膜分离空气，来自所述分离的O2被用作所述WCT中的燃料。

[0118] PSA——无论是正压或真空吸附，PSA都能有效地用于分离空气。结合到WCT中的PSA原理是PSA领域人员目前公知的。虽然为氧同N2的吸附设计了很多材料，优选的是进行O2吸附以使PSA尺寸最小化。最优选的是利用PSA分离空气，其中来自所述分离的O2被用在WCT中，最优选的是利用来自WCT的燃烧能来提供机械能，其中所述机械能为所述PSA供能，所述PSA分离空气，来自所述分离的O2用作所述WCT中的燃料。

[0119] 图9、10、11、13、16和18示意了WCT的方法、工艺、系统和装置，其中有机膜、无机膜、PSA和/或其组合中至少一种被用来分离空气，来自所述分离的O2用作所述WCT中的燃料。在这些图中，选择性描述了H2或O2中一种的液化作用。优选的是在燃烧中利用加温产生的O2和H2作为首选取代液化的O2或H2；因而，最优选的是任何贮存中的液化以图20中所描述的方式进行。

[0120] 由于蒸汽是来自WCT水产品的物理状态，本发明涉及从蒸汽中生产H2的化学方法。图4，6，8，11，12，13，14，17和18示意了公开在本发明这一方面的方法、工艺、系统和装置。本发明利用腐蚀过程将蒸汽转化成H2。本发明的优选实施例是利用至少一种金属的腐蚀而将WCT所产生蒸汽化学地转换成H2。本发明最优选的实施例是将WCT所产生的蒸汽化学地转换成H2，其中所述H2通过至少一种金属的腐蚀而产生，其中腐蚀通过金属中的电流而增强。本发明的优选实施例是将WCT所产生的蒸汽化学地转换成H2，其中所述H2通过至少一种金属的腐蚀而产生，所述H2用作所述WCT中的燃料。本发明的最优选实施例是将WCT所产生蒸汽化学地转换成H2，其中所述H2通过至少一种金属的腐蚀产生，所述腐蚀通过金属中电流而增强，所述H2用作所述WCT中的燃料。在这些图的许多中，H2的液化被选择性描述。优选的是在燃烧中利用加温产生的H2作为首选替代液化的H2；因而，最优选的是贮存中的任何液化如图20所述的方式进行。

[0121] 本发明涉及将H2O电解转化成O2和H2的电解方法、工艺、系统和装置，其中所述O2和H2用作WCT中的燃料。结合到WCT中的电解原理是电解领域目前公知的那些原理。图3，6，7，8，10和11示意了本发明中电解所用的方法、工艺、系统和装置。优选的是在燃料中利用加温生产的O2和H2作为首选替代液化的O2或H2；因而，最优选的是贮存中的任何液化如图20所述的方式进行。作为最优选实施例，本发明通过在电解分离之前，水中可获得的化学势能以及O2和H2中的可获得的化学势能，来贮存能量。所述O2和H2可用于WCT和/或燃料电池从而产生电能。作为最优选实施例，本发明通过H2O中可获得的化学势能来贮存能量，其中所述H2O能被电解转化成O2和H2，所述O2和H2可用于WCT和/或燃料电池从而产生电能。作为优选实施例，本发明通过H2O，O2和H2中至少一种可获得的与电池中一样的化学势能贮存能量。

[0122] 由于许多类型的燃烧发动机具有机械能输出或机械能转动轴，几乎本发明所有应用都能将得到的机械转动能转换成电能。可利用的机械转动能的转换通过发电设备而实现；最优选的是发电机，优选的是产生所述电能。在采用交流发电机的情况下，实施例是将所述电能从交流转换成直流。在WCT做功产生电、热或蒸汽的之外的能量时，所述发电机的活力优选与WCT所完成的功或扭矩成反比。优选的是WCT产生的机械转动能进入传递中，所述传递以与所述燃烧系统扭矩和/或输出功成反比的方式进行，其中所述传递输出机械转动能转动所述发电机从而产生所述电能。最优选的是所述传递加入了能贮存转动能的飞轮，其中所述飞轮使所述发电机转动。图3，6，7，8，10和11示意了本发明所公开的回收机械能的方法、工艺、系统和装置。本发明的优选实施例便是利用发电设备将WCT所产生的机械能转换成电能，最优选的实施例是在将H2O电解成H2和O2中利用所述电能。本发明最优选的实施例是利用发电设备将WCT所产生的机械能转换成电能，其中所述电能被用来使H2O电解成H2和O2，所述H2和/或O2用作所述WCT中的燃料。

[0123] 燃料的贮存——通过气体定律(PV＝nRT)，可以推论出如果在低温下贮存O2和/或H2，那么O2和/或H2的压缩效率和贮存效率都会明显提高。优选的是以液态贮存H2和/或O2中至少一种。由于H2和O2的爆炸和易燃特性，优选的是在H2和O2至少一种的贮存中采用N2作为冷冻剂，由于O2相当容易爆炸的特性，优选的是在选择任何所述O2的生产技术时控制所需O2的贮存量。为了维持燃料贮存温度，优选的是在以下至少一种过程中操作压缩机：O2的液化，O2的冷冻，H2的液化，H2的冷冻和/或其组合过程。最优选的是所述压缩机由WCT所产生的机械能供能。图20以框图形式说明了O2和/或H2的冷冻和/或液化。

[0124] 由于几乎所有的WCT应用具有发动机废气，几乎所有本发明的应用都具有将燃烧废气蒸汽能转换的能力。优选的是将燃烧发动机和/或蒸汽涡轮机绝热以使得保持尽可能多的能量来生产蒸汽，从而提高发动机效率。所述能量的转换优选通过蒸汽涡轮机实现。图3，6，7，8，10，11，14，15，16，17和18示意了将蒸汽能转换成电能的方法，工艺，系统和装置。结合到WCT中的蒸汽涡轮机原理是那些蒸汽涡轮机技术领域公知的原理。本发明的一个优选实施例是蒸汽能的转换，其中所述蒸汽能由WCT产生，所述蒸汽能通过蒸汽涡轮机转换成电能，而所述蒸汽涡轮机是转动发电机而产生所述电能的。优选的是所述电能被调节。在采用交流发电机的情况下，优选的是所述电能从交流电转换成直流电。本发明最优选的实施例是至少一部分所述电能被用于将水电解成O2和H2。本发明最优选的实施例是将WCT产生的蒸汽能通过蒸汽涡轮机转换成电能，其中所述蒸汽涡轮机转动发电设备，所述发电设备产生电流，至少一部分所述电流被用于将水电解成O2和H2，其中至少一部分所述O2和/或H2被用作所述WCT中的至少一部分燃料。

[0125] 由于燃烧发动机有许多应用，在燃烧发动机的某种类型运动和/或许多应用中将带有可利用的运动空气或运动水资源，本发明的许多应用可以具有将运动空气或水的能量转换的能力。图3，6，7，8，10，11和22示意了将运动空气能转换成电能的方法、工艺、系统和装置。本发明的优选实施例是将运动空气或水中能量转换成电能，所述电能由发电机利用直接受运动空气或水转动的涡轮机从运动空气或水中产生，其中至少一部分所述电能用于将H2O电解成H2和O2。优选的是所述电能被调节，在采用发电机的情况下，优选的是所述电能从交流电流转换成直流电流。本发明最优选的实施例是采用至少一部分所述H2和/或O2作为所述WCT中的燃料。

[0126] 蒸汽涡轮机方法、工艺和系统

[0127] 蒸汽能以温度和压力来检测。假定蒸汽为饱和状态时，蒸汽能仅以压力来测量，即蒸汽通常表示为150，300或400psig蒸汽，等。只有在蒸汽过热情况下才既以压力又以温度来测量蒸汽能。在能量使用时，蒸汽释放温度和压力。随着能量释放，蒸汽温度和压力(通常仅测量压力)减小而蒸汽开始凝结成水。一旦所有蒸汽能耗尽，没有压力或水蒸汽，另剩下热水。利用这一知识，人们希望所有的发电厂采用全部的BTU或psig的蒸汽。这样是不行的，因为这样做就所需成本来说是不经济的。然而，在WCT情况下，污染控制装置被最小化而热量传递装置被去除，因此减少了投资且提高了热传递。热传递装置被最小化或去除是因为WCT发动机的废气——蒸汽被直接传递给了蒸汽涡轮机。在碳氢化合物燃烧的情况下，燃烧的热气能在被传递到环保装置之后经过热交换装置传递给水，因而产生蒸汽。所述热交换装置通常被称为煮器。所公开WCT不需要煮器来产生蒸汽，因而提高了热传递和蒸汽生产效率。

[0128] 优选的是本发明的蒸汽涡轮机被安装在一个结构中，在其中WCT的废气驱动所述蒸汽涡轮机，且转移走凝结物。最优选的是将所述凝结物传递给电解系统。

[0129] 所述蒸汽能的转移最优选的是以分级系统实现，其中在每一级，蒸汽能的一部分被蒸汽涡轮机转移走，并且所形成的凝结物在下一个蒸汽涡轮机或下一级能量转移之前就被转移。最优选的是所有蒸汽能(压力)被蒸汽涡轮机/水转移系统所转移。优选的是至少一部分蒸汽能(压力)被蒸汽涡轮机/水转移系统所转移。图21和21A示意了本发明中所公开的将蒸汽能转换成电能的方法、工艺、系统和装置。

[0130] 空气和水运动涡轮机方法和系统

[0131] 运动空气或水的能量以质量和速度来检测。由于进入空气或水涡轮机中空气或水的质量等于离开所述涡轮机时的质量，因此用速度变化来检测能量的转移。能量差异可直接采用物理学定律来计算，尤其对动能。然而，必须要注意的是速度中的差异，即转移走的能量能通过涡轮机转换成电能，而该转移能将具有反向拉力。对于固定的所公开WCT燃烧发动机，所述拉力能被涡轮机的支持结构所抵消。然而，在运输业中拉力与运动方向相反，所述拉力将减小运输效率。在运输业中，交通工具本质上就包含了减小运输效率的拉力。如果能实现所述包含拉力能够以低于所述包含拉力中能量损失的成本而将运动空气或水能转换成电能，那么所述风和/或水涡轮机就将具有实际用途。这样一种应用就是帆船，在其中拉力方向与运动方向相同。图22示意了本发明所公开的将运动空气能转换成电能的方法、工艺、系统和装置。

[0132] 在水的应用中，波能(垂直能)比水运动能(水平能)要大得多。在水应用中优选的是发电机由垂直波运动的能量来驱动，图23和23A示意了本发明所公开的将运动水能转换成电能的方法、工艺、系统和装置。优选的是利用来自所述水能的所述电能将H2O电解转化成H2和O2。最优选利用所述H2和/或所述O2作为所述WCT的燃料。

[0133] 光电电池

[0134] 在所公开WCT的所有应用中，光是可以利用的，一个实施例是利用光电电池生产电力。优选的是利用来自所述光电电池的所述电力将H2O电解转化成H2和O2。最优选的是利用所述H2和/或O2作为所述WCT的燃料。

[0135] 燃料电池

[0136] 在所公开WCT的所有应用中，产生了电力，一个实施例是利用燃料电池产生电力。在这样的应用中，燃料电池将替代用于贮存电能的电池。优选的是在WCT发动机没有开动时利用燃料电池产生所述电力。最优选的是利用所公开的WCT来产生电力。

[0137] 供热

[0138] 所公开的WCT尤其适合于供热应用。采用所公开的WCT既可为工业也可为家庭应用供热。在加热气体或液体的情况下，所公开WCT的热能可以经过热传递领域公知的任意热交换装置而得以有效传递。

[0139] 在加热空气的情况下，其中燃烧元件是那些公开在WCT中的，最优选的是燃烧的废气直接排放进入所述要加热的空气中。在加热空气被用于围绕人、植物和/或动物的应用中，其中燃烧元件为以下至少一种：O2和H2；O2，H2和H2O时，最优选的是燃烧废气直接排入进入要加热的空气中，从而提供湿润的加热了的空气。

[0140] 在加热水的情况下，其中燃烧元件是那些公开在WCT中的，最优选的是燃烧的废气直接排放进入要加热的水中，其中水加热装置或贮热水装置具有排气孔以释放所产生的NOX。在加热水的情况下，其中燃烧元件为以下至少一种：O2和H2；O2、H2和H2O时，最优选的是燃烧废气能被直接排入所述要加热的水中，且其中水加热装置或贮热水装置具有减压设备，如本领域公知的。

[0141] 在加热应用中最优选的是燃烧发动机在加热目标气体和/或液体时产生电力，用于加热气体或液体的系统结构受限于设计者的创造力；然而，所公开完成气体或液体加热的WCT系统结构示意图，可见于图2至18中，其中热转移可以在所述燃烧的废气中或在所述CE的部件中被完成。(在这种情况下，冷却CE由于具有转移热的目的而不是一种效率损失。)

[0142] 冷却

[0143] 所公开的WCT尤其适合于转移热的应用。热转移可采用所公开的WCT来实现，其中至少包括以下一种：低温蒸馏被完成和/或WCT提供机械能并且所述机械能为冷冻系统供能。在冷却气体或液体的情况下，来自所述低温蒸馏的冷却了的N2的散热元件容量优选经过热交换装置转移，如热交换领域所公知的那样。在冷却气体或液体的情况下，优选采用冷冻单元，其中所述冷冻单元由机械能供能，所述机械能由WCT产生。

[0144] 在冷却空气或水的情况下，最优选的是来自所述低温蒸馏的冷却了的N2的散热元件容量既可以直接转移给所述空气也可以通过热交换领域公知的任意热交换技术进行。

[0145] 在冷却应用中最优选的是燃烧发动机在冷却目标气体和或液体时产生电力。冷却气体或液体的系统结构受限于设计者的创造力。

[0146] 水的化学特性

[0147] 水是贮存O2和/或H2最有效且经济的方法。水电解是把H2O中贮存的H2和/或O2转化成易燃形式的优选方法。电解最优选采用在水中溶解的电解质；溶解的电解质或盐将提高水的导电性从而减少完成电解所需电能。在本发明中，一个实施例是在含电解质的水中完成电解。在本发明中优选的是在含盐水中完成电解。然而，许多溶解的阳离子和阴离子化合物随时间过去会产生沉淀而降低电解效率。由于固有的溶解性，在本发明中优选的是在含组IA/组VIIA盐(包括酸)的水中完成电解。而且，随着温度的升高，硬水杂质会沉淀；因此，优选的是在加入组IA/组VIIA盐之前电解的水被蒸馏或去离子化。

[0148] 优选地在水中加入分散剂以防止水锈。分散剂是低分子量聚合物，通常为具有低于25000，优选低于10000分子量的有机酸。分散剂的特性是基于羧基特性，同样基于烷基硫酸盐，烷基亚硫酸盐和烷基硫化物的特性；是氧原子产生了分散作用，其中氧可以以羧基部分和/或硫氧基部分的形式在分子中出现。可用于本发明中包含羧基部分的分散剂是但不仅限于：丙烯酸类聚合物、丙烯酸、丙烯酸的聚合物、甲基丙烯酸、马来酸、富马酸、衣康酸、巴豆酸、肉桂酸、乙烯基苯甲酸，这些酸的任意聚合物和/或其组合物。能用于本发明中包含烷基硫氧基或烯丙基硫氧基部分的分散剂包括任何烷基或烯丙基化合物，它是水溶性的且包含以下至少一种部分：SO，SO2，SO3，和/或其组合物。由于有许多方法可以将有机分子设计成包含羧基部分和/或硫氧基部分，本发明的一个实施例是任意水可溶有机化合物中包含羧基部分和/或硫氧基部分中的至少一个(这是根据不是所有分散剂具有相同的分散性质的知识。)。丙烯酸类聚合物表现出非常好的分散性质，限制了水可溶性盐的沉积作用，且是作为本发明中分散剂的最优选实施例。使用分散剂的限制是在分散剂水溶解性中结合了其羧基特性和/或硫氧基特性。

[0149] 水本质上就会腐蚀金属。水自然地氧化金属，一些比其它的具有更高腐蚀速率。为了使腐蚀作用最小化，优选的是水具有等于或大于7.5的PH值，其中PH的碱性来自羟基阴离子。而且，为防止在蒸汽涡轮机中水的腐蚀或沉积，优选的是在水中加入浓缩的腐蚀抑制剂。

[0150] 腐蚀抑制剂加入水中以防止腐蚀。螯合剂可被用于防止腐蚀，同样可络合和防止许多阳离子包括硬和重金属的沉积。螯合剂或螯合试剂是具有杂环的化合物，而其杂环中至少包括两种原子。螯合是通过在金属离子中加入螯合试剂而形成杂环化合物。螯合剂通过在同一个杂环中的至少两个非金属离子的配位键(即当一个原子将一对电子与另一个缺少此对电子的原子共享该对电子时所产生的共价化合键)来吸附金属离子。用在本发明中矿物沉积的螯合剂例子是由以下所组成的水可溶性磷酸盐：磷酸盐、磷酸盐聚合物，磷酸盐单体和/或其组合物。磷酸盐聚合物包括但不限于：磷酸酯，偏磷酸盐，六偏磷酸盐，焦磷酸盐和/或其组合物。磷酸盐聚合物在分散硅酸镁、氢氧化镁和磷酸钙中尤其有效。磷酸盐聚合物对于控制腐蚀尤其有效。通过选择合适的聚合物并且保持足够量的聚合物浓度水平，颗粒表面电荷可有效改变。在改变表面电荷之外，聚合物还有破坏晶体生长的功能。螯合剂将水中金属锁定于螯合剂可溶性的环结构中。螯合剂提供了吸收阳离子配位位点(即离子接受化学结合的面积)的反应位点。例如铁具有六个配位点。所有铁离子的配位点被用来形成稳定的金属螯合物。螯合剂结合了例如钙、镁、铁和铜这样的阳离子，否则它们可能形成沉积。形成的螯合颗粒是水可溶性的。螯合剂的有效性受限于竞争性阴离子浓度、碱性和温度。

[0151] 本发明加入数量充分的螯合剂量所带来的影响是减少了水中可利用的自由金属离子，且因此减少了磷酸盐需求。磷酸盐，例如磷酸和/或焦磷酸被用来共轭或形成不溶性的金属磷酸盐。在优选实施例中，磷酸盐聚合物，例如偏磷酸盐和/或六偏磷酸盐被用作腐蚀抑制剂和在控制腐蚀的同时作为防止钙和/或镁相应沉淀物的螯合剂。偏磷酸盐和/或六偏磷酸盐，与基于这一特性的聚合物一样，通过从水中去除自由钙和/或镁离子并通过将金属离子变成可溶性轻微离子化化合物或自由基而使水软化。此外，水中包含任意过量的偏磷酸盐和/或六偏磷酸盐实际上将使会沉积的任意磷酸盐或碳酸盐溶解。偏磷酸盐和/或六偏磷酸盐并不像常用水软化化合物那样将金属离子排出溶液外，而是将金属离子锁定在偏磷酸盐和/或六偏磷酸盐复杂的分子中；这些分子为金属表面提供了一或两个分子厚的覆盖以限制金属腐蚀。这对于重金属材料尤为重要。

[0152] 减压操作

[0153] WCT发动机的某些应用中回收或再利用的燃烧废气产生高操作压。而且，它非常可能产生无法操作的情况，即操作压变得大于所用装置的设计压力；任何这样的情况都可能引起重大安全问题。在内燃机的情况下，工业界要求作出巨大的工业范例来正确考虑燃烧发动机废气的俘获和回收。所公开的WCT在本发明许多方面将包含在各种压力下的至少以下一种：H2，N2，O2，H2O和/或其组合物。为了确保WCT安全操作，在装置操作失败或装置操作超过预定压力的情况下，优选进行减压。减压可以限制灾难事件发生。优选的是减压设备在整个WCT安装，减压设备对于本领域是公知的，且通常通过失败摸式和分析效应和/或故障树分析Fault Tree Analysis而定位。示例设备包括减压阀、破裂盘和减压控制电路。最优选的是减压设备安装在WCT任意压力产生部分的下游。这样，最优选的是减压设备被安装在任意压缩机紧挨着的下游和燃烧发动机的排气设备中。图2至18示意了压力控制/减压设备在燃烧发动机排气设备中的位置，图24示意了减压设计。

[0154] WCT发动机和装置

[0155] 参考图3至18，象征性地示意了用于接收作为燃料的H2和至少O2和空气中的一种的燃烧发动机(CE)。所述燃烧发动机可以是任意类型，其中燃烧被完成从而产生至少以下一种：机械扭矩、热、电力和/或其组合物。优选的是H2O在燃烧室中被接收，伴随着所述燃料，所述H2O被称为燃烧H2O。

[0156] H2向CE流动从而具有了流。O2向CE流动从而具有了流。空气向CE流动从而具有了流。检测所述H2流，O2流和空气流的手段是提供与从每个所述H2流检测设备，所述O2流检测设备和所述空气流检测设备中送到CE控制装置(CONT)的流相关的这样一个比例信号。H2流向CE具有流动阀。O2流向CE具有流动控制阀。CONT具有输入装置输入所述H2流信号，所述O2流信号和所述空气流信号。所述控制装置用来接收来自外源指示燃烧设定值的输入信号。所述控制装置用来将所述燃烧设定值与所述H2流信号对比，向所述H2流控制阀输送与燃烧设定值和H2流信号的差异成比例的比例信号，因而成比例调节所述H2流控制阀。CONT将所述O2流和空气流信号与H2/O2比例设定值比较，为O2流控制阀和空气流控制阀提供比例信号，其中：所述H2流、O2流和空气流是H2/O2摩尔比为大约2∶1。在所述O2流控制阀信号不接近大约100％的情况下，CONT发出信号以关闭所述空气流动控制阀。在所述O2流控制阀信号接近大约100％的情况下，CONT将所述O2流信号和空气信号与所述H2/O2比例设定值相比较而获得空气流差异，向所述空气流控制阀发出与所述差异成比例的比例信号，因而成比例调节所述空气流控制阀。

[0157] 如图20所述，为了贮存能量，优选的是H2流动控制阀由流动控制阀的两级系统组成。第一H2流控制阀位于产生H2和贮存H2设备下游以控制流向CE的H2。第二H2流控制阀(用于已经产生H2的设施)远离产生H2的管线而位于来自H2贮存的H2管线上。第二H2流控制阀保持关闭状态直至第一H2控制阀接近大约100％开放(因而确保所产生H2的充分利用先于贮存H2的利用)时第二H2流控制阀才开始从贮存中提供H2。

[0158] 如图20所述，为了贮存能量，优选的是O2流控制阀由流动控制阀的两级组成。第一O2流控制阀位于产生O2和贮存O2设备下游以控制流向CE的O2。第二O2流控制阀远离产生O2的管线而位于来自O2贮存的O2管线上。第二O2流控制阀保持关闭状态直至第一O2控制阀接近大约100％开放(因而确保所产生O2的充分利用先于贮存O2的利用)时第二O2流控制阀才开始从贮存中提供O2。

[0159] 优选的是所述燃烧H2O流向CE中的所述燃烧室。优选的是冷却剂源流向和/或流经CE的部件。优选的是温度检测设备具有检测燃烧温度和/或CE的燃烧室附近CE部件的温度的手段。检测所述燃烧H2O流和燃烧温度的手段是提供从每个所述燃烧H2O流检测设备和所述燃烧温度检测设备中输送给控制装置(CONT)的成比例信号。CONT具有输入装置输入所述燃烧H2O流信号，前述的H2流信号和所述温度信号。优选的是CONT具有热温度设定值，冷却剂温度设定值，加温温度设定值，和H2/H2O比例设定值。优选的是CONT将所述H2流信号和燃烧H2O流信号与所述H2/H2O比例设定值比较，并结合将所述温度信号与所述加温温度设定值，所述冷却剂温度设定值，所述热温度设定值相比较，从而向所述燃烧H2O流控制阀和所述冷却剂流控制阀提供比例信号。

[0160] 在所述温度信号小于所述加温温度设定值，所述冷却剂温度设定值和所述热温度设定值的情况下，优选的是CONT给所述冷却剂流控制阀发出信号以关闭所述冷却剂流控制阀；且给所述燃烧H2O流控制阀门发出信号以关闭所述燃烧H2O流控制阀。

[0161] 在所述温度信号等于或大于所述加温温度设定值，小于所述冷却剂温度设定和小于所述热温度设定值的情况下，优选的是CONT给所述冷却剂流控制阀发出信号使之关闭；给所述燃烧H2O流控制阀发出信号，其中所述信号与所述检测的温度信号与加温温度设定值之间的差异成比例，且其中H2/H2O比例大于所述H2/H2O比例设定值，从而成比例调节所述燃烧H2O流控制阀。

[0162] 在所述温度信号大于所述加温温度设定值，等于或大于所述冷却剂设定值且小于所述热温度设定值的情况下，优选的是CONT给燃烧H2O流控制阀发出信号，其中H2/H2O比例等于所述H2/H2O比例设定值，从而成比例调节所述燃烧水流控制阀；给所述冷却剂流控制阀发出信号，其中所述信号与所述温度信号和所述冷却剂设定值之间的差异成比例，从而成比例调节所述冷却剂流控制阀。

[0163] 在温度信号大于所述加温温度设定值，大于所述冷却剂设定值并等于或大于所述热温度设定值的情况下，优选的是CONT发出信号使燃烧H2O流控制阀100％开放，所获得H2/H2O比例小于所述H2/H2O设定值；发出与温度信号和所述冷却剂设定值之间差异成比例的信号给所述冷却剂流阀，从而成比例调节所述冷却剂流控制阀；给所述H2流控制阀发出信号，从而关闭所述H2流控制阀；给所述O2流控制阀发出信号，从而关闭所述O2流控制阀；给所述空气流控制阀发出信号，从而关闭所述空气流控制阀。

[0164] 最优选的是WCT发动机在所述加温温度设定值和所述冷却剂温度设定值之间的温度上操作。优选的是能量不会通过冷却剂而离开WCT发动机。最优选的是所要求的发动机冷却通过在燃烧室中加入燃烧水而实现。

[0165] 所述WCT发动机优选地从以下至少一种中获得O2，O2贮存，低温蒸馏，膜分离，PSA，H2O电解和/或其组合形式。所述低温蒸馏是从至少空气和/或H2O电解中的一种中获得O2。所述膜分离和/或所述PSA优选从空气获得O2，所述低温蒸馏和/或所述膜分离和/或所述PSA优选由所述WCT发动机供能。所述O2贮存优选在低温温度完成。所述低温贮存的机械能优选通过WCT发动机产生。

[0166] 所述WCT发动机优选地从以下至少一种中获得H2；H2贮存，金属的蒸气腐蚀，H2O电解和/或其组合形式。所述用于从所述腐蚀中产生H2的所述蒸汽优选的是所述WCT发动机的废气产品。所述H2贮存优选在低温温度实现。所述低温贮存的机械能优选由所述WCT发动机产生。

[0167] 前述的H2O电解优选的是从发动机中获得用于电解的电能，该发动机至少由以下一种驱动：蒸汽涡轮机，机械转动能，由运动空气能供能的空气涡轮机，由运动水能供能的水涡轮机和/或其组合形式和/或光电电池。优选的是所述电能被调节。在使用交流发电机的情况下，优选的是电能从交流电流转换成直流电流。所述蒸汽涡轮机最优选的是通过之前所述WCT发动机所产生的蒸汽供能。所述机械转动能优选的是由之前所述WCT发动机供能。

[0168] WCT发动机优选以扭矩的形式产生机械能。优选的是所述机械能转动发电机，其中所述发电机产生电能。来自所述WCT的废气优选转动蒸汽涡轮机，其中所述蒸汽涡轮机转动发电机，所述发电机产生电能。优选的是至少一部分所述电能用于将水电解转化成O2和H2。最优选的是利用一部分所述O2和/或H2作为所述WCT发动机的燃料。

[0169] 用于构建WCT发动机燃料及能量处理系统和装置的材料是那些本领域公知用于每种应用中的材料。例如，各种合成物和金属合金是已知的且被用作用于低温温度的材料，各种合成物和金属合金是已知的且被用作用于操作温度大于500°F的材料。各种陶瓷材料在操作温度大于2000°F时是可导电的，它可以作为隔热材料，半导体和/或完成其它功能，各种铁复合物和合金已知可用于在大约200至1500°F范围内操作的燃烧发动机中。钛和钛合金已知可在超过2000和3000°F下操作。钽和钨已知超过3000°F下仍能很好操作。优选的是WCT发动机至少一部分结构中包含一种合金组合物，该组合物至少是一种：
元素周期4，5和/或6中重金属，因为本领域公知的是这些金属能单独或结合在合金中而限制腐蚀和/或实现低温应用和/或实现超过1000°F温度的应用，但铝重量轻，能实现限制性的结构应用，铝受限于应用温度。由于WCT发动机中所涉及的操作温度，热塑材料不是优选的除非应用考虑到热塑材料的玻璃化转变温度和软化温度。

[0170] 实施例1

[0171] 传统汽油内燃机可达到大约20英里/加仑。实现如图2的发动机能量平衡：

[0172] EF＝EW+EEX+EC+Efric+EC

[0173] EF＝≈20％EF+≈35％EF+≈35％EF+≈9％EF+≈1％EF

[0174] EF＝EW+≈80％EF在用于内燃机的能量损失中。

[0175] EF＝20mpg+80％EF

[0176] 还有，

[0177] EF＝EW+EEX+EC+Efric+EC

[0178] 假定：1)发动机完全绝热，2)蒸汽涡轮机具有80％效率，3)发电机具有90％效率以及，4)电解单元具有80％效率将EX和EC，EWCT转换成大约30％EF采用WCT，

[0179] EF＝EW+0.30EF+≈9％EF+≈1％EF

[0180] EW(WCT)＝50％EF

[0181] 实施例2

[0182] 参考CRC的化学物理学手册，从n-辛烷中可获得的全部燃烧能为大约1300千卡/摩尔；即114lb/lb摩尔EF＝11.4千卡/lb.(这排除了在NOX形成中的吸热损失)，而且，n-辛烷的密度为大约6.7lb/加仑，这导致在一般汽车中n-辛烷的能量数为：

[0183] EF≈100mpg＝15英里/lb.＝11.4千卡/lb.；EW≈20mpg＝3英里/lb.＝2.3千卡/lb.H2燃烧中可获得的全部能量为68千卡/摩尔；即2lb/lb摩尔EF＝34千卡/lb.，因而，在质量基础上，H2＝34/11.4≈3倍更多能量/磅。

[0184] 因此，利用WCT，H2和O2是50％/20％＝2.5倍更高的效率。相应地，在一般汽车中WCT的能量数为：

[0185] 首先，必须计算燃料可利用性。H2是100％放出的，由于低温情况下至少大约有16％效率，O2产品被估计成具有16％效率

[0186] 2/3×1+1/3×0.16≈70％

[0187] (而且，大约30％H2和O2的能量被用于产生O2)

[0188]

[0189] EW≈15英里/lb.H2

[0190] (注意：每lb.的H2要求产生的O2的1/2lb.)

[0191] 实施例3

[0192] 根据化学市场报告，H2目前市场价为大约$0.50/lb.，而汽油价为大约$1.60/加仑或大约$0.24/磅。在运输中利用传统碳氢化合物燃烧技术，每英里燃料成本为：

[0193] $0.24/lb./3英里/lb.＝$0.08/英里，对于汽油

[0194] 利用WCT采用目前成本的H2，每英里燃料成本为：

[0195] $0.50/lb./15英里/lb.＝$0.03/英里

[0196] 实施例4

[0197] 目前电能工厂采用天然气涡轮机和蒸汽涡轮机来生产电力，其中用于蒸汽生产的能量经过煮器，从天然气涡轮机的废气转换而来，如下在工业中是典型的：

[0198] ·燃烧效率为大约99％

[0199] ·天然气涡轮机的效率为大约20％，

[0200] ·煮器的效率为大约85％。

[0201] ·蒸汽发电机的效率为大约90％。

[0202] 利用上述结果，发电机效率为大约：

[0203] 0.99×0.20+0.99×0.20×0.85×0.90＝35％

[0204] 利用图23A结构的WCT，适当的效率推测为大约：

[0205] ·燃烧效率接近99％。

[0206] ·O2生产效率(低温为16％)接近16％。

[0207] ·H2被放出，因此具有100％放出效率。

[0208] ·废气中水的热损失(1200°F-212°F≈80％)接近80％，

[0209] ·摩擦损失接近12％。

[0210] 利用上述结果，发电机效率为大约；

[0211] 0.99×(2/3×1+1/3×0.16)×0.80×0.88＝50％

[0212] 利用上述结果，并结合

[0213] ·H2的价格大约$0.50/磅.

[0214] ·天然气价格大约$6.00/千立方英尺.

[0215] ·天然气能量值大约212千卡/摩尔。

[0216] WCT电力生产成本在千卡基础上是：

[0217] $0.50/lb.×0.50/34千卡/lb.＝$0.007/千卡

[0218] 传统天然气工厂电力生产成本在千卡基础上是：

[0219] 首先将立方英尺转换成在STP上的磅并转换成千卡/lb.：

[0220] 1000立方英 尺(tcf)/360立方英尺 /lb.摩尔＝2.8lb.摩 尔2.8lb.摩尔×16lb./lb.摩尔＝45lb.

[0221] 212千卡/摩尔/16lb./lb.摩尔＝13.25千卡/lb.

[0222] 其次，估算的经济成本为：

[0223] ($6.00/tcf/45lb./tcf)×0.36/13.25千卡/lb.＝$0.010/千卡

[0224] 实施例5

[0225] 在居所供热中经常采用天然气，参考以上结果，假定热转移效率为80％，天然气供热成本为：

[0226] ($8.00/tcf/45lb./tcf)×0.80/13.25千卡/lb.＝$0.011/千卡

[0227] 采用膜的WCT并结合以上结果：

[0228] $0.50/lb.×(2/3×1+1/3×0.40)×0.80/34千卡/lb.＝$0.009/千卡

[0229] 上述说明产生了一些目的并使前述说明更清楚。然而，由于可以在不脱离本发明范围的情况下做出一定的改变，因此所有前述说明应该理解成仅仅是对本发明原理的说明而不具有限制意义。对于上述说明，应该认识到任意说明，附图和实施例对于本领域技术人员来说是清楚而明显的，所有与那些实施例中所描述的各种关系相等同的情况也包括在本发明中。

[0230] 而且，由于对于那些本领域技术人员来说很容易作出大量修饰和改变，因此本发明不局限于所显示和描述的具体结构和操作，相应地，所有合适修饰和可替代的等价体均落入本发明的范围中。还要理解的是随后的权利要求书涵盖了本发明所有概念和特征，所有本发明范围的用语言进行的声明，可落入其中。