[发明专利]使用可再生一次能源同时产生电和化学制品

说明书

给出了以化学产品的形式，例如，以氢气和其他化学产品的形式同时产生和存储能量，由此减少或者消除在锂离子电池中存储能量的需要的系统和方法。在各种实施例中，这可以通过转换来自可再生能源的能量以产生电子束并对其加速，从而产生所处的频率等于化学反应物的吸收频率的电磁辐射，以便产生预期化学产品而实现。

技术领域

本发明涉及电及化学产品的产生和存储，更具体而言，涉及使用可再生能源同时产生功率和电磁辐射，与此同时产生化学反应物的系统、设备和方法。

背景技术

通过常规矿物燃料能源的燃烧产生电功率的现有方法通常是以工作流体(例如，处于热动力循环当中的气体或者锅炉产生的蒸汽)的利用为基础的，以便产生用于使涡轮机的轴旋转的原动力，由此将化学能转化为产生电能的电动势。这些方法受到最高可实现卡诺循环效率的固有限制。此外，材料的相变(例如，水到蒸汽的转化)需要大量的能量，这些能量中的大部分在离开涡轮机之后由于冷凝的原因而以热能的形式损失掉了。

从不基于碳的能源产生具有电流和电压的形式的电功率的替代技术因相应的理论最高效率(例如，风力技术为59.3％)的原因而存在类似的遭遇。

相反，使用光电伏打效应的太阳能电池技术则经历等温过程，其不受动力循环分析和卡诺循环效率限制的影响。来自太阳的具有携带能量或电磁辐射的光子的形式的能量可以被直接利用，以在自由电子上感生出电动势，以产生电功率。令人遗憾的是，太阳能电池存在固有的损耗，例如，I²R损耗，而且在电池中产生的能量仍然必须在其可以被传输和使用之前进行存储。直到现在，这一点都使得太阳能不被一些应用所关注，例如，资本密集型设施当中的工业规模化学制品生产。在克服上述限制的同时有效率地生产化学制品的环境友好型系统和过程正是所需的。

发明内容

本发明的各种实施例以化学产品的形式同时产生和存储能量，由此降低或者消除向锂离子电池中存储能量的必要性。各种实施例通过将光子转换成电子、以非常高的速率存储和转移能量来由源自于可再生一次光源的小单位的能量持续地创造功率。太阳能电池的p-n结内的电场强度被转移至内电极间的空间，其没有太阳能电池的诸如空间电荷电阻和欧姆损耗的限制。电子受到加速，从而有选择地产生电和电磁辐射，从而以促进特定化学作用的特定频率发起化学反应。水、氮气和惰性气体是用于产生电能的氢气过程的潜在副产品。此外，所述电磁辐射可以用于发送和接收通信信号。

在某些实施例中，使用电子源(例如，阴极或者气体电离)产生一个或多个电子束。使用高电压源对所述电子进行加速，以产生大量的功率。在一些实施例中，波束受到横向或者气旋方向的操纵，从而产生电磁辐射。所述辐射被经由共振空腔、磁组件或者波束操纵来被调谐至各种频率，从而使其产生被选择为与反应物分子结构相互作用的频率，从而影响其化学成分的改变，并产生有用的化学制品和染料，与此同时还产生电。

阴极或气体电离产生与现有工序(例如，半导体太阳能电池)相比相对更高的电流密度，从而对从太阳能电池板发出的功率进行“放大”，同时产生高电流和电压。取决于系统配置，所产生的电可以是连续的直流电、脉冲直流电或者交流电。通过在对电子束中的电荷加速时产生辐射的原理实现了极高频率。当所述波束在专门设计的电子回旋共振腔或漂移管中暴露到纵向磁场之下时，特定的频率被产生，并且被用于影响预期的化学反应，例如，将水蒸汽裂化为氢气和氧气。这样的设备的一个示例是回旋振荡管及其变型，包括TWT回旋振荡管、回旋速调管、行波管等。

所施加的磁场可以是周期性的，并且被布置到与波束传播方向垂直的方向内，从而产生与自由电子激光器中的那些辐射场类似的横向辐射场。电磁产生的量或者功率产生的提高可以经由另一电磁源(例如，太阳)来控制，或者可以是在电子束漂移管外人为建立的。因而，所述电磁场可以与电子束相互作用，以交换由于电子的加速或减速而产生的能量。电子的动能被转换为电磁能，或反之。

在一些实施例中，电磁辐射与等离子体电子束相互作用，从而产生有利于预期化学作用的频率。

附图说明