JP2011526965A

JP2011526965A - Sonochemical hydrogen generation system with cavitation assistance

Info

Publication number: JP2011526965A
Application number: JP2011516762A
Authority: JP
Inventors: カーチョフ，ジェームズ，エー．; マルクス，ホセ，エル．; ノットケ，フランシス，エー．; セリグマン，ランドルフ，イー．; バスクエス，ピーター，ディー．
Original assignee: モレキュラーパワーシステムズエルエルシー
Priority date: 2008-07-02
Filing date: 2009-06-29
Publication date: 2011-10-20
Anticipated expiration: 2029-06-29
Also published as: CN102089465A; EP2307591A1; CL2010001591A1; CA2729837A1; BRPI0914736A2; KR20110036546A; WO2010002781A1; SG192458A1; US20100000876A1; ZA201009293B; MX2010013463A; AU2009267163A1; JP5535206B2; NZ589886A; IL210389A0; RU2011103517A

Abstract

水溶液に電流を印加して通電させるステップを含む、水素生成する方法及び装置が開示されている。キャビテーションが前記水溶液内で発生し、前記キャビテーションが、前記水溶液の化学結合を分解するのに必要なエネルギーの量を低減させる。
【選択図】図１A method and apparatus for generating hydrogen is disclosed, including the step of applying an electric current to an aqueous solution to energize it. Cavitation occurs in the aqueous solution, and the cavitation reduces the amount of energy required to break down chemical bonds in the aqueous solution.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、概して、水素の効率的発生に関し、より詳細には、水素をその場で発生させることに関する。 The present invention relates generally to efficient generation of hydrogen, and more particularly to generating hydrogen in situ.

水は、２つの水素原子と１つの酸素原子（質量又は体積で）から構成されている。２モルの水を、任意の手段により、所与の入力エネルギーＥｌで分解すると、１モルの酸素ガス（Ｏ_２）と２モルの水素ガス（Ｈ_２）を生じる。水素と酸素を任意の手段により結合させると、反応して水を形成し、所与の出力エネルギーＥ２を放出する。物理学及び化学の全ての既知の原理により、Ｅｌ＞Ｅ２であり、従って、熱力学的に、このプロセスの直接的な作用は好ましくない。水素をエネルギー源として有効且つ経済的に用いるためには、水の解離エネルギーを低減するための、又は、他の何らかの方法で前記プロセスにエネルギーを提供するための（例えば、触媒による促進により）、若しくはこれらの両方による手段を考案しなければならない。 Water is composed of two hydrogen atoms and one oxygen atom (in mass or volume). The decomposition of 2 moles of water by any means with a given input energy El yields 1 mole of oxygen gas (O ₂ ) and 2 moles of hydrogen gas (H ₂ ). When hydrogen and oxygen are combined by any means, they react to form water and release a given output energy E2. According to all known principles of physics and chemistry, El> E2, and therefore thermodynamically the direct action of this process is not preferred. In order to use hydrogen effectively and economically as an energy source, to reduce the dissociation energy of water, or to provide energy to the process in some other way (eg, by catalytic promotion) Or you must devise the means by both.

水素は、様々な化学物質（水、炭化水素、植物、岩石などを含むがこれに限定されない）から、種々な手段（化学的手段、電気的手段、熱的手段、放射線分解などを含むがこれらに限定されない）により製造することができる。本発明においては、水が水素源として用いられ、そして、水素を発生させるために、電気分解とキャビテーションとの触媒的組合せが用いられる。キャビテーションの方法は、様々な手段（音響的手段、流体力学的慣性、非慣性手段、機械的手段、電磁手段など）、又はこれらの手段の任意の組合せによる方法であり得る。 Hydrogen can be from various chemicals (including but not limited to water, hydrocarbons, plants, rocks, etc.) to various means (chemical, electrical, thermal, radiolysis, etc.). It is not limited to this. In the present invention, water is used as a hydrogen source and a catalytic combination of electrolysis and cavitation is used to generate hydrogen. The method of cavitation may be by various means (acoustic means, hydrodynamic inertia, non-inertial means, mechanical means, electromagnetic means, etc.) or any combination of these means.

水素は、地球上だけでなく宇宙においても最も大量に存在する元素であり、燃料源として、地球上と宇宙での両方にて特に期待されている。水素は、家庭及び工場、輸送手段（航空機、電車及び車両）に動力を供給することができる。そして、水素は電気的サイクルにて炭素燃料を完全に排除するように機能することができ、そのような擬人的プロセスの貢献により、地球の気候変動を実質的に低減する。水素の利用に関し、様々な調査により挙げられている重要な４つの「課題」がある。これらを以下に記す。 Hydrogen is the most abundant element not only on the earth but also in space, and is particularly expected as a fuel source both on earth and in space. Hydrogen can power households and factories and transportation means (aircraft, trains and vehicles). Hydrogen can then function to completely eliminate carbon fuel in the electrical cycle, and the contribution of such anthropomorphic processes substantially reduces global climate change. There are four important “challenges” raised by various studies on the use of hydrogen. These are described below.

１．生成：大量の水素を、効率的、安全、且つ、環境に「負担をかけない」方法でどのように生成するか。 1. Generation: How to generate large amounts of hydrogen in an efficient, safe and environmentally "no burden" way.

２．貯蔵：低密度の可燃性ガスをどのように貯蔵するか。 2. Storage: How to store low density flammable gases.

３．配送：水素は貯蔵が困難であり、従って輸送が困難である。 3. Delivery: Hydrogen is difficult to store and therefore difficult to transport.

４．用途：水素をどのように利用できるかが、上記の２つの項目よりも大きい課題である。 4). Use: How to use hydrogen is a bigger problem than the above two items.

従って、従来技術が直面している課題を克服し、且つ、水素を生成するための経済的な方法及び装置を提供するための方法及びシステムが必要である。 Accordingly, there is a need for a method and system for overcoming the challenges faced by the prior art and providing an economical method and apparatus for producing hydrogen.

水素を含む液体（例えば水）から水素ガスをＨ_２として発生させるための方法及び装置を提供する。一実施形態において、この装置の構造は、生成される水素の体積及び質量を最大にし、且つエネルギー入力を最小にし、それにより運転コストを最小にするように触媒による促進を有して構成された電解槽である。この装置は、特に、水の分解及び水素ガスの生成を触媒により促進するように構成されており、これは、１）容器装置による電界及び磁界の構成；２）音響化学及びキャビテーションの利用；及び、３）装置溶液のｐＨ、イオン状態及び化学ポテンシャルを変更する適用可能な溶質及び溶媒を装置内で用いることによる。 A method and apparatus for generating hydrogen gas as H ₂ from a liquid containing hydrogen (eg, water) is provided. In one embodiment, the structure of the apparatus was configured with catalytic enhancement to maximize the volume and mass of hydrogen produced and minimize energy input, thereby minimizing operating costs. It is an electrolytic cell. This device is specifically configured to promote the decomposition of water and the generation of hydrogen gas with a catalyst, which includes 1) the configuration of electric and magnetic fields by the vessel device; 2) the use of sonochemistry and cavitation; and 3) By using applicable solutes and solvents in the device that change the pH, ionic state and chemical potential of the device solution.

キャビテーションは、様々な手段により発生され得る。これらの手段は、限定はしないが、音響エネルギー手段、流体力学的（慣性、非慣性）手段、機械的手段、電磁エネルギー手段など、又は、これらの手段の任意の組合せを含む。 Cavitation can be generated by various means. These means include, but are not limited to, acoustic energy means, hydrodynamic (inertial, non-inertial) means, mechanical means, electromagnetic energy means, etc., or any combination of these means.

水素の利用に関し、様々な調査により指摘されている重要な４つの「課題」がある。これらを以下に記す。 There are four important “challenges” that have been pointed out by various studies regarding the use of hydrogen. These are described below.

１．生成：大量の水素を、効率的、安全、且つ、環境に「負担をかけない」方法でどのように生成するか。本特許は、水から水素を生成し、また、任意の方法により、いかなる汚染も生じずに水素を酸素と再結合させて水を再形成し、そして、水をその元の形態に戻すことができる。 1. Generation: How to generate large amounts of hydrogen in an efficient, safe and environmentally "no burden" way. This patent generates hydrogen from water and, by any method, recombines hydrogen with oxygen to re-form water without any contamination and returns the water to its original form. it can.

２．貯蔵：低密度の可燃性ガスをどのように貯蔵するか。本特許は、水素が必要とされるどのような場所でもその場で水素を水から発生させるための拡張可能なプロセスを構築することにより、貯蔵の必要性を排除する。したがって、危険で、費用高で且つ有害な貯蔵及び輸送の問題に対処する必要がなくなる。 2. Storage: How to store low density flammable gases. This patent eliminates the need for storage by building an expandable process for generating hydrogen from water in situ wherever hydrogen is needed. Thus, there is no need to deal with dangerous, expensive and harmful storage and transportation problems.

３．配送：水素は貯蔵が困難であり、従って輸送が困難である。本特許は、水素が必要とされるどのような場所でもその場で水素を水から発生させるための拡張可能なプロセスを構築することにより、貯蔵と、それにより輸送の必要性も排除する。危険で、費用高で且つ有害な、貯蔵、配送及び輸送の問題に対処する必要がなくなる。 3. Delivery: Hydrogen is difficult to store and therefore difficult to transport. This patent also eliminates the need for storage and thereby transportation by building an expandable process for generating hydrogen from water in situ wherever hydrogen is needed. Eliminates the need to deal with storage, delivery and transportation issues that are dangerous, expensive and harmful.

４．用途：水素をどのように利用できるかが、上記の２つの項目よりも大きい課題である。上記の２つの項目を排除することにより、燃料電池の使用の相対的コストは、中産階級にさえ経済的になる。燃料補給の必要性がなく、又は燃料補給の必要性を最小にすることにより、現代生活において燃料電池が普遍的に利用可能になるであろう。 4). Use: How to use hydrogen is a bigger problem than the above two items. By eliminating the above two items, the relative cost of using fuel cells is economical even for the middle class. By eliminating the need for refueling or minimizing the need for refueling, fuel cells will be universally available in modern life.

電流を水溶液中に伝達させるように印加することを含む、水素を生成する方法及び装置を開示する。前記水溶液内にキャビテーションが発生され、前記キャビテーションは、前記水溶液の化学結合を分解するのに必要なエネルギーの量を低減させる。 Disclosed is a method and apparatus for generating hydrogen that includes applying an electric current to transfer it into an aqueous solution. Cavitation occurs in the aqueous solution, and the cavitation reduces the amount of energy required to break down chemical bonds in the aqueous solution.

添付図面に示されているように、本発明の、上記及びその他の特徴及び利点は、以下に記載する本発明の好ましい実施形態の詳細な説明から明らかになろう。 The above and other features and advantages of the present invention will become apparent from the following detailed description of the preferred embodiments of the invention as illustrated in the accompanying drawings.

本発明とみなされる主題は、本明細書の結論となる特許請求の範囲にて詳細に指摘され、且つその権利範囲が明確に主張されている。本発明の上記及びその他の特徴及び利点は、以下に記載する詳細な説明を添付図面と共に参照することにより明らかになろう。 The subject matter regarded as the invention is pointed out with particularity in the claims that conclude this specification, and the scope of the claims is explicitly claimed. These and other features and advantages of the present invention will become apparent from the detailed description set forth below when taken in conjunction with the accompanying drawings.

本発明による水素生成システムの第１の実施形態を示す図である。1 is a diagram showing a first embodiment of a hydrogen generation system according to the present invention. 本発明による水素生成システムの第２の実施形態を示す図である。It is a figure which shows 2nd Embodiment of the hydrogen production | generation system by this invention. 図２の円錐状のファネル（通気）部材を示す図である。It is a figure which shows the conical funnel (air ventilation) member of FIG. 本発明による水素生成システムの第３の実施形態を示す図である。It is a figure which shows 3rd Embodiment of the hydrogen production | generation system by this invention. 本発明による第１のキャビテーションサブシステムを示す図である。FIG. 2 shows a first cavitation subsystem according to the present invention. 本発明による第２のキャビテーションサブシステムを示す図である。FIG. 3 shows a second cavitation subsystem according to the present invention. 水素生成に影響を与える主な因子を示す図である。It is a figure which shows the main factors which influence hydrogen production.

これらの実施形態が、本件における革新的な教示の多くの有利な利用の例に過ぎないことが理解されよう。概して、本出願の明細書に記載された文言は、本発明により主張される様々な権利のいずれをも必ずしも限定しない。また、記載された文言の幾つかが本発明の特徴の幾つかに適合し得るが、その他の特徴には適合しない場合もある。本文全体において、特に明記されていない限り、単数の要素が複数の要素に、また、複数の要素が単数の要素に、一般性を失わずに用いられ得る。 It will be appreciated that these embodiments are merely examples of the many advantageous uses of the innovative teachings herein. In general, the language set forth in the specification of the present application does not necessarily limit any of the various rights claimed by the present invention. Also, some of the language described may conform to some of the features of the present invention, but may not conform to other features. Throughout the text, unless otherwise specified, a single element may be used as a plurality of elements and a plurality of elements may be used as a single element without loss of generality.

本特許にて以下の用語が用いられる場合、以下の定義が適用される。 Where the following terms are used in this patent, the following definitions apply:

キャビテーション：キャビテーションとは、流体の圧力が液体の蒸気圧よりも低圧になる領域にて蒸気泡が流体中に（メカニズムに関係なく）形成される現象である。キャビテーションは２つの種類の振る舞いに分けられる。一方は、慣性の（又は過渡的）キャビテーションであり、他方は、非慣性のキャビテーションである。慣性のキャビテーションは、液体の空隙又は泡を急速に崩壊させて衝撃波を生成するプロセスである。非慣性のキャビテーションは、流体中の泡の寸法又は形状を、何らかの形態のエネルギー（例えば音場）の入力により振幅させるプロセスである。 Cavitation: Cavitation is a phenomenon in which vapor bubbles are formed in a fluid (regardless of the mechanism) in a region where the pressure of the fluid is lower than the vapor pressure of the liquid. Cavitation can be divided into two types of behavior. One is inertial (or transient) cavitation and the other is non-inertial cavitation. Inertial cavitation is the process of rapidly disrupting liquid voids or bubbles to create shock waves. Non-inertial cavitation is the process of amplifying the size or shape of bubbles in a fluid by the input of some form of energy (eg, a sound field).

音響エネルギー：本特許のための用語として、音響エネルギーとは、電磁スペクトルにおける全ての周波数、及び、任意の周波数又は波長を有するいずれの放射をも示すものとする。また、本特許のために、音響エネルギー、及び、電磁スペクトルにおける、任意の周波数又は波長を有するいずれの放射も、単一の周波数（波長）として、又は、それらの任意の周波数の組合せとして（離散合計、差異、高調波（ハーモニクス）、サブハーモニクス、倍音、シリーズなどとして）用いられ得る。 Acoustic energy: For the purposes of this patent, acoustic energy shall refer to all frequencies in the electromagnetic spectrum and any radiation having any frequency or wavelength. Also, for the purposes of this patent, any radiation having any frequency or wavelength in the acoustic energy and electromagnetic spectrum is either as a single frequency (wavelength) or as a combination of those frequencies (discrete) Sum, difference, harmonics, subharmonics, harmonics, series, etc.).

〔水素生成システムの第１の実施形態〕 [First Embodiment of Hydrogen Generation System]

図１は、本発明による水素生成システム１００の断面側方図である。水素生成システム１００は、所定の体積の溶液１６０を貯蔵することができる、電解槽の形態の容器装置１０２から成る。溶液１６０は溶媒と溶質とから構成されている。溶媒は、好ましくは、水又は水素を含むその他の水溶液である。溶質は、好ましくは、電荷を帯びることができる化合物、すなわち電解質である。容器装置１０２の側面は、好ましくは、非導電性である。２つの導電性部品１３０及び１３２が、それぞれ、支持部材１０６及び１０８により、容器装置１２０の底部部材１０５より上に保持されている。導電性部品１３０は電源（電源装置）１１０の負端子１１２に接続されている。従って、導電性部品１３０はカソードである。同様に、導電性部品１３２は電源１１０の正端子１１４に接続されている。従って、導電性部品１３２はアノードである。中空の円筒状管１２０が容器装置１０２の上部部材１０４に接続され、且つ前記上部部材１０４を通過している。管１２０の底部は外側に広がった形状であり、且つ、管１２０の底部がカソード１３０の底部よりも下に位置し、しかし容器装置１０２の底部部材１０５に接触はしないように配置されている。同様に、中空の円筒状管１２２が容器装置１０２の上部部材１０４に接続され、且つ上部部材１０４を通過している。管１２２の底部は外側に広がった形状であり、且つ、管１２２の底部がアノード１３２の底部よりも下に位置し、しかし容器装置１０２の底部部材１０５に接触はしないように配置されている。最後に、トランスデューサ１４０が容器装置１０２の側部の一方に接続されている。ワイヤ１４２がトランスデューサ１４０を電源１１０に接続している。 FIG. 1 is a cross-sectional side view of a hydrogen generation system 100 according to the present invention. The hydrogen generation system 100 consists of a container device 102 in the form of an electrolyzer that can store a predetermined volume of solution 160. The solution 160 is composed of a solvent and a solute. The solvent is preferably water or other aqueous solution containing hydrogen. The solute is preferably a compound capable of being charged, ie an electrolyte. The side surface of the container device 102 is preferably non-conductive. Two conductive parts 130 and 132 are held above the bottom member 105 of the container device 120 by support members 106 and 108, respectively. The conductive component 130 is connected to the negative terminal 112 of the power supply (power supply device) 110. Therefore, the conductive component 130 is a cathode. Similarly, the conductive component 132 is connected to the positive terminal 114 of the power supply 110. Accordingly, the conductive component 132 is an anode. A hollow cylindrical tube 120 is connected to and passes through the upper member 104 of the container device 102. The bottom portion of the tube 120 has an outwardly extending shape, and the bottom portion of the tube 120 is located below the bottom portion of the cathode 130, but is arranged so as not to contact the bottom member 105 of the container device 102. Similarly, a hollow cylindrical tube 122 is connected to and passes through the upper member 104 of the container device 102. The bottom of the tube 122 has an outwardly expanding shape, and the bottom of the tube 122 is positioned below the bottom of the anode 132, but is arranged so as not to contact the bottom member 105 of the container device 102. Finally, a transducer 140 is connected to one of the sides of the container device 102. Wire 142 connects transducer 140 to power supply 110.

上述のように、電源１１０がカソード１３０を負に帯電させ、且つ、アノード１３２を正に帯電させる。その結果、カソード１３０とアノード１３２との間に電流が生成される。この電流は、溶液１６０を電解して、水素をカソード１３０の周囲に形成させ、酸素をアノード１３２の周囲に形成させる。管１２０は、水素を容器装置１０２から、さらなる用途のために（例えば、燃料を水素燃料電池に提供するために、又は、エンジンに動力を直接供給するために）送出させる（矢印１５０により示す）。同様に、管１２２は、酸素を容器装置１０２から送出させる（矢印１５５により示される）。溶液１６０が電解されて成分ガスがシステム１００から取り出されると、追加の溶液を入口１７０を通して加えることができる。 As described above, the power source 110 charges the cathode 130 negatively and charges the anode 132 positively. As a result, a current is generated between the cathode 130 and the anode 132. This current electrolyzes the solution 160 to form hydrogen around the cathode 130 and oxygen around the anode 132. Tube 120 delivers hydrogen from vessel apparatus 102 for further use (eg, to provide fuel to a hydrogen fuel cell or to directly power an engine) (indicated by arrow 150). . Similarly, the tube 122 causes oxygen to be delivered from the container device 102 (indicated by arrow 155). As solution 160 is electrolyzed and component gases are removed from system 100, additional solution can be added through inlet 170.

トランスデューサ１４０は、溶液１６０に伝達されて溶液１６０内にキャビテーションを発生させる音響エネルギー波１４４を生成する。このキャビテーションは、溶液１６０の化学結合を分解するために必要なエネルギーを低減させる。その結果、キャビテーションが存在する場合、所与の電圧にて、キャビテーションが存在しない場合よりも多くの量の水素がカソード１３０にて生成される。或いは、キャビテーションが存在する場合、キャビテーションが存在しない場合よりも低い電圧で、同一量の水素がカソード１３０にて生成される。 The transducer 140 generates an acoustic energy wave 144 that is transmitted to the solution 160 and causes cavitation in the solution 160. This cavitation reduces the energy required to break chemical bonds in the solution 160. As a result, when cavitation is present, a greater amount of hydrogen is produced at the cathode 130 at a given voltage than when no cavitation is present. Alternatively, when cavitation is present, the same amount of hydrogen is generated at the cathode 130 at a lower voltage than when cavitation is absent.

水素生成システム１００は、携帯可能であるように設計される。一実施形態において、水素生成システム１００は、車両におけるエンジン部品として適合できるように、長さ約８インチ（約２０．３ｃｍ）、幅約８インチ（約２０．３ｃｍ）、高さ約８インチ（約２０．３ｃｍ）の寸法につくられる。しかし、当業者には、水素生成システム１００及びその部品を、本発明の精神及び範囲に影響を与えずに、より大きい寸法又は小さい寸法にできることが明確であろう。同様に、当業者には、水素生成システム１００及びその部品が、本発明の精神及び範囲に影響を与えずに、多くの異なる形状を有することができることが明確であろう。図１は本発明の一実施形態を示し、この実施形態において、容器装置１０２は、溶液１６０中での音波１４４の最大伝達を可能にするように形作られている。最後に、任意の個数のトランスデューサ１４０を容器装置１０２上の様々な位置に配置して溶液１６０内でのキャビテーション形成を最大にするように音響エネルギー波１４４を生成するために用い得ることが、当業者には明らかであろう。 The hydrogen generation system 100 is designed to be portable. In one embodiment, the hydrogen generation system 100 is about 8 inches long (about 20.3 cm) long, about 8 inches wide (about 20.3 cm), and about 8 inches high so that it can be adapted as an engine component in a vehicle. About 20.3 cm). However, it will be apparent to those skilled in the art that the hydrogen generation system 100 and its components can be larger or smaller without affecting the spirit and scope of the present invention. Similarly, it will be apparent to those skilled in the art that the hydrogen generation system 100 and its components can have many different shapes without affecting the spirit and scope of the present invention. FIG. 1 illustrates one embodiment of the present invention, in which container device 102 is shaped to allow maximum transmission of acoustic wave 144 in solution 160. Finally, it can be appreciated that any number of transducers 140 can be placed at various locations on the container device 102 to generate the acoustic energy wave 144 to maximize cavitation formation in the solution 160. It will be clear to the contractor.

〔水素生成システムの第２の実施形態〕 [Second Embodiment of Hydrogen Generation System]

図２は、本発明の別の実施形態（水素生成システム２００と称す）の断面側方図である。水素生成システム２００は、溶液１６０を貯蔵することができる、電解槽の形態の容器装置２０２から成る。容器装置２０２の側面は、好ましくは非導電性である。中空の円筒状の導電性部品２３０が、支持部材２３２により、容器装置２０２の底部部材２０７より上に保持されている。第２の導電性部材２３４が、支持部材２０５により、容器装置２０２の底部部材２０７より上に保持されている。導電性部品２３０は電源２１０の正端子２１４に接続されている。従って、導電性部品２３０はアノードである。同様に、導電性部品２３４は電源２１０の負端子２１２に接続されている。従って、導電性部品２３４はカソードである。中空の円筒状管２２０が容器装置２０２の上部部材２０６に接続され、且つ上部部材２０６を通過している。管２２０の底部は外側に広がった形状であり、且つ、カソード２３４の幾らかの部分が管２２０内にあるように配置されている。最後に、トランスデューサ２４０が容器装置２０２の側部の一方に接続されている。ワイヤ２４２がトランスデューサ２４０を電源２１０に接続している。 FIG. 2 is a cross-sectional side view of another embodiment of the present invention (referred to as a hydrogen generation system 200). The hydrogen generation system 200 consists of a container device 202 in the form of an electrolytic cell that can store a solution 160. The side of the container device 202 is preferably non-conductive. A hollow cylindrical conductive component 230 is held above the bottom member 207 of the container device 202 by a support member 232. The second conductive member 234 is held above the bottom member 207 of the container device 202 by the support member 205. The conductive component 230 is connected to the positive terminal 214 of the power source 210. Accordingly, the conductive component 230 is an anode. Similarly, the conductive component 234 is connected to the negative terminal 212 of the power source 210. Therefore, the conductive component 234 is a cathode. A hollow cylindrical tube 220 is connected to and passes through the upper member 206 of the container device 202. The bottom of the tube 220 has an outwardly extending shape and is positioned such that some portion of the cathode 234 is within the tube 220. Finally, a transducer 240 is connected to one of the sides of the container device 202. Wire 242 connects transducer 240 to power supply 210.

電源２１０はカソード２３４を負に帯電させ、且つ、アノード２３０を正に帯電させる。その結果、カソード２３４とアノード２３０との間に電流が生成される。アノード２３０の円筒状の形状と、カソード２３４の、アノード２３０の軸に沿った位置とが、カソード２３４及びアノード２３０により生成される電界を利用し、そして、カソード２３４とアノード２３０との間に流れる電流を最大にすることを補助する。 The power supply 210 charges the cathode 234 negatively and charges the anode 230 positively. As a result, a current is generated between the cathode 234 and the anode 230. The cylindrical shape of the anode 230 and the position of the cathode 234 along the axis of the anode 230 utilizes the electric field generated by the cathode 234 and the anode 230 and flows between the cathode 234 and the anode 230. Helps maximize current.

上述のように、カソード２３４とアノード２３０との間を流れる電流は、溶液１６０を電解して、水素をカソード２３４の周囲に形成させ、且つ、酸素をアノード２３０の周囲に形成させる。管２５０は、水素を容器装置２０２から、さらなる用途のために送出させる（矢印２５０により示す）。図３を参照すると、円錐状の部品３１０がアノード２３０の上に配置されている。円錐状部品３１０は酸素を容器装置２０２から送出させる（矢印３４０により示される）。再び図２を参照すると、溶液１６０が電解されて成分ガスがシステム２００から取り出されると、追加の溶液を入口２８０を通して加えることができる。 As described above, the current flowing between the cathode 234 and the anode 230 electrolyzes the solution 160 to form hydrogen around the cathode 234 and oxygen around the anode 230. Tube 250 allows hydrogen to be delivered from container device 202 for further use (indicated by arrow 250). Referring to FIG. 3, a conical part 310 is disposed on the anode 230. The conical part 310 delivers oxygen from the container device 202 (indicated by arrow 340). Referring again to FIG. 2, once the solution 160 is electrolyzed and component gases are removed from the system 200, additional solution can be added through the inlet 280.

水素生成システム２００は、トランスデューサ２４０が音波２４４を生成し、音波２４４が溶液１６０に伝達され且つ溶液１６０内にキャビテーションを発生させるという点において、水素生成システム１００と同様である。このキャビテーションは、溶液１６０の化学結合を電気分解により分解させるのに必要なエネルギーを低減させる。その結果、キャビテーションが存在する場合、所与の電圧にて、キャビテーションが存在しない場合よりも多くの量の水素がカソード２３４にて生成される。或いは、キャビテーションが存在する場合、キャビテーションが存在しない場合よりも低い電圧で、同一量の水素がカソード２３４にて生成される。 The hydrogen generation system 200 is similar to the hydrogen generation system 100 in that the transducer 240 generates sound waves 244 that are transmitted to the solution 160 and generate cavitation in the solution 160. This cavitation reduces the energy required to decompose the chemical bonds of the solution 160 by electrolysis. As a result, in the presence of cavitation, a greater amount of hydrogen is produced at the cathode 234 at a given voltage than in the absence of cavitation. Alternatively, when cavitation is present, the same amount of hydrogen is produced at the cathode 234 at a lower voltage than when cavitation is absent.

水素生成システム２００は、携帯可能であるように設計される。一実施形態において、水素生成システム２００は、車両におけるエンジン部品として適合できるように、長さ約８インチ（約２０．３ｃｍ）、幅約８インチ（約２０．３ｃｍ）、高さ約８インチ（約２０．３ｃｍ）の寸法につくられる。しかし、当業者には、水素生成システム２００及びその部品を、本発明の精神及び範囲に影響を与えずに、より大きい寸法又は小さい寸法にできることが明確であろう。同様に、当業者には、水素生成システム２００及びその部品が、本発明の精神及び範囲に影響を与えずに多くの異なる形状を有することができることが明確であろう。図２は本発明の一実施形態を示し、この実施形態において、容器装置２０２は、溶液１６０内での音響エネルギー波２４４の最大伝達を可能にするように形作られている。最後に、多数のトランスデューサ２４０を容器装置２０２上の様々な位置に配置して溶液１６０内でのキャビテーション形成を最大にするように音響エネルギー波２４４を生成するために用い得ることが、当業者には明らかであろう。 The hydrogen generation system 200 is designed to be portable. In one embodiment, the hydrogen generation system 200 is about 8 inches long (about 20.3 cm) long, about 8 inches wide (about 20.3 cm), and about 8 inches high (about 8 inches) so that it can be adapted as an engine component in a vehicle. About 20.3 cm). However, it will be apparent to those skilled in the art that the hydrogen generation system 200 and its components can be larger or smaller without affecting the spirit and scope of the present invention. Similarly, it will be apparent to those skilled in the art that the hydrogen generation system 200 and its components can have many different shapes without affecting the spirit and scope of the present invention. FIG. 2 illustrates one embodiment of the present invention, in which the container device 202 is shaped to allow maximum transmission of acoustic energy waves 244 within the solution 160. Finally, it will be appreciated by those skilled in the art that multiple transducers 240 can be placed at various locations on the container device 202 to generate acoustic energy waves 244 to maximize cavitation formation in the solution 160. Will be clear.

〔水素生成システムの第３の実施形態〕 [Third Embodiment of Hydrogen Generation System]

図４は、本発明の別の実施形態（水素生成システム４００と称す）の断面側方図である。水素生成システム４００は、溶液１６０を貯蔵することができる、電解槽の形態の円筒形状の容器装置４０２から成る。容器装置４０２は、導電性の内壁４０３、及び、非導電性の外壁４７０を有する。導電性部品４３０が、支持部材４０５により、容器装置４０２の底部部材４０７より上に保持されている。導電性の内壁４０３が電源４１０の正端子４１４に接続されている。従って、導電性の内壁４０３はアノードである。導電性部品４３０が電源４１０の負端子４１２に接続されている。従って、導電性部品４３０はカソードである。中空の円筒状管４２０が容器装置４０２の上部部材４８０に接続され、且つ上部部材４８０を通過している。管４２０の底部は外側に広がった形状であり、且つ、カソード４３０の幾らかの部分が管４２０内にあるように配置されている。最後に、トランスデューサ４４０が容器装置４０２の底部部材４０７に接続されている。ワイヤ４４４がトランスデューサ４４０を電源４１０に接続している。 FIG. 4 is a cross-sectional side view of another embodiment of the present invention (referred to as a hydrogen generation system 400). The hydrogen generation system 400 consists of a cylindrical container device 402 in the form of an electrolytic cell that can store a solution 160. The container device 402 has a conductive inner wall 403 and a non-conductive outer wall 470. The conductive component 430 is held above the bottom member 407 of the container device 402 by the support member 405. A conductive inner wall 403 is connected to the positive terminal 414 of the power supply 410. Therefore, the conductive inner wall 403 is an anode. A conductive component 430 is connected to the negative terminal 412 of the power supply 410. Accordingly, the conductive component 430 is a cathode. A hollow cylindrical tube 420 is connected to and passes through the upper member 480 of the container device 402. The bottom of the tube 420 has an outwardly spreading shape and is positioned such that some portion of the cathode 430 is within the tube 420. Finally, a transducer 440 is connected to the bottom member 407 of the container device 402. Wire 444 connects transducer 440 to power supply 410.

電源４１０はカソード４３０を負に帯電させ、且つ、アノード４０３を正に帯電させる。その結果、カソード４３０とアノード４０３との間に電流が生成される。アノード４０３の円筒状の形状と、カソード４３０の、アノード４０３の軸に沿った位置とが、カソード４３０及びアノード４０３により生成される電界を利用し、そして、カソード４３０とアノード４０３との間の電流を最大にすることを補助する。 The power supply 410 charges the cathode 430 negatively and charges the anode 403 positively. As a result, a current is generated between the cathode 430 and the anode 403. The cylindrical shape of the anode 403 and the position of the cathode 430 along the axis of the anode 403 utilize the electric field generated by the cathode 430 and the anode 403, and the current between the cathode 430 and the anode 403. To help maximize

上述のように、カソード４３０とアノード４０３との間を流れる電流は、溶液１６０を電解して、水素をカソード４３０の周囲に形成させ、且つ、酸素をアノード４０３の周囲に形成させる。管４２０が、水素を容器装置４０２から、さらなる用途のために送出させる（矢印４５０により示す）。容器装置４０２の円錐状の上部部材４８０が酸素を容器装置４０２から送出させる（矢印４５５により示す）。溶液１６０が電解されて成分ガスがシステム４００から取り出されると、追加の溶液を入口４９０を通して加えることができる。 As described above, the current flowing between the cathode 430 and the anode 403 electrolyzes the solution 160 to form hydrogen around the cathode 430 and oxygen around the anode 403. Tube 420 allows hydrogen to be delivered from container device 402 for further use (indicated by arrow 450). A conical upper member 480 of the container device 402 delivers oxygen from the container device 402 (indicated by arrow 455). As solution 160 is electrolyzed and component gases are removed from system 400, additional solution can be added through inlet 490.

水素生成システム４００は、トランスデューサ４４０が音響エネルギー波４４２を生成し、音響エネルギー波４４２が溶液１６０に伝達され且つ溶液１６０内にキャビテーションを発生させるという点において、水素生成システム１００及び水素生成システム２００と同様である。このキャビテーションは、溶液１６０の化学結合を電気分解により分解させるのに必要なエネルギーを低減させる。その結果、キャビテーションが存在する場合、所与の電圧にて、キャビテーションが存在しない場合よりも多くの量の水素がカソード４３０にて生成される。或いは、キャビテーションが存在する場合、キャビテーションが存在しない場合よりも低い電圧で、同一量の水素がカソード４３０にて生成される。 The hydrogen generation system 400 is similar to the hydrogen generation system 100 and the hydrogen generation system 200 in that the transducer 440 generates an acoustic energy wave 442 that is transmitted to the solution 160 and generates cavitation in the solution 160. It is the same. This cavitation reduces the energy required to decompose the chemical bonds of the solution 160 by electrolysis. As a result, when cavitation is present, a greater amount of hydrogen is produced at the cathode 430 at a given voltage than when cavitation is absent. Alternatively, when cavitation is present, the same amount of hydrogen is generated at the cathode 430 at a lower voltage than when cavitation is absent.

水素生成システム４００は、携帯可能であるように設計される。一実施形態において、水素生成システム４００は、車両におけるエンジン部品として適合できるように、長さ約８インチ（約２０．３ｃｍ）、幅約８インチ（約２０．３ｃｍ）、高さ約８インチ（約２０．３ｃｍ）の寸法につくられる。しかし、当業者には、水素生成システム４００及びその部品を、本発明の精神及び範囲に影響を与えずに、より大きい寸法又は小さい寸法にできることが明確であろう。同様に、当業者には、水素生成システム４００及びその部品が、本発明の精神及び範囲に影響を与えずに多くの異なる形状を有することができることが明確であろう。最後に、任意の個数のトランスデューサ４４０を容器装置４０２上に配置して溶液１６０内でのキャビテーション生成を最大にするように音波４４２を生成するために用いられ得ることが、当業者には明らかであろう。 The hydrogen generation system 400 is designed to be portable. In one embodiment, the hydrogen generation system 400 is about 8 inches long (about 20.3 cm) long, about 8 inches wide (about 20.3 cm), and about 8 inches high so that it can be adapted as an engine component in a vehicle. About 20.3 cm). However, it will be apparent to those skilled in the art that the hydrogen generation system 400 and its components can be larger or smaller without affecting the spirit and scope of the present invention. Similarly, it will be apparent to those skilled in the art that the hydrogen generation system 400 and its components can have many different shapes without affecting the spirit and scope of the present invention. Finally, it will be apparent to those skilled in the art that any number of transducers 440 can be used on the container device 402 to generate the acoustic wave 442 to maximize cavitation generation in the solution 160. I will.

水素生成システム１００，２００及び４００の説明の全体を通じて、円筒状の管（管１２０，２５０及び４２０）は、カソード周囲で形成される水素を捕集してシステムから水素を送出させるために用いられる。管１２０，２５０及び４５０を、水素を捕集して導出するための任意の手段に替えられることが当業者には明らかであろう。このような手段は、管、類似の形状の導管、膜フィルタリング、拡散蒸発、差圧、及び、溶液流のガイドを含むが、これらに限定されない。 Throughout the description of the hydrogen generation systems 100, 200 and 400, cylindrical tubes (tubes 120, 250 and 420) are used to collect the hydrogen formed around the cathode and to deliver the hydrogen from the system. . It will be apparent to those skilled in the art that tubes 120, 250 and 450 can be replaced by any means for collecting and deriving hydrogen. Such means include, but are not limited to, tubes, similarly shaped conduits, membrane filtering, diffusion evaporation, differential pressure, and solution flow guides.

〔キャビテーションサブシステムの実施形態〕 [Cavitation Subsystem Embodiment]

水素生成システム１００，２００及び４００に関する説明の全体を通じて、トランスデューサ１４０，２４０及び４４０は、溶液１６０内にキャビテーションを生じさせる音響エネルギー波１４４，２４４及び４４２を生成するために用いられる。トランスデューサ１４０，２４０及び４４０を、キャビテーションを発生させるための任意の手段に替えることもできることが当業者には明らかであろう。キャビテーションを形成するためのこのような手段は、音響手段、機械的手段、流体力学手段、電磁手段、及び電離性放射線手段を含むが、これらに限定されない。 Throughout the description of the hydrogen generation systems 100, 200, and 400, the transducers 140, 240, and 440 are used to generate acoustic energy waves 144, 244, and 442 that cause cavitation in the solution 160. It will be apparent to those skilled in the art that transducers 140, 240 and 440 can be replaced by any means for generating cavitation. Such means for forming cavitation include, but are not limited to acoustic means, mechanical means, hydrodynamic means, electromagnetic means, and ionizing radiation means.

図１，図２及び図４は、キャビテーションが特定の音響手段により（すなわち、溶液１６０中に音響エネルギー波を伝達させるためのトランスデューサを用いることにより）生成される、本発明の実施形態を示す。しかし、キャビテーションを生成するためにその他の音響手段を用いることもできる。このような音響手段が、限定はしないが、トランスデューサ、マイクロホン、及びスピーカを含むことが当業者により理解されるであろう。 1, 2 and 4 show embodiments of the present invention in which cavitation is generated by specific acoustic means (ie, by using a transducer to transmit acoustic energy waves into the solution 160). However, other acoustic means can be used to generate cavitation. It will be appreciated by those skilled in the art that such acoustic means include, but are not limited to, transducers, microphones, and speakers.

水素生成システム１００，２００及び４００の内部でキャビテーションを生じさせるための機械的手段の例が、限定はしないが、容器装置１０２，２０２及び４０２内に収容されるプロペラシステムを含む。このプロペラシステムは、プロペラがその軸を中心に回転するときにキャビテーションを生じさせる。図５は、このようなプロペラシステムの断面図である。図示されているように、プロペラ羽根５２０がプロペラシステム５１０の軸を中心に回転して溶液１６０内にキャビテーションを生じさせる。プロペラシステム５１０は、電源１１０，２１０又は４１０により電力を供給され得る。当業者には、キャビテーションを生成するためにその他の機械的手段を用いることもできることが明らかであろう。このような機械的式手段は、プロペラシステム、ピストン、衝撃波管、及び軽ガス銃を含むが、これらに限定されない。 Examples of mechanical means for generating cavitation within the hydrogen generation systems 100, 200, and 400 include, but are not limited to, propeller systems housed within the container devices 102, 202, and 402. This propeller system causes cavitation when the propeller rotates about its axis. FIG. 5 is a cross-sectional view of such a propeller system. As shown, propeller blades 520 rotate about the axis of propeller system 510 to cause cavitation in solution 160. Propeller system 510 may be powered by a power source 110, 210 or 410. It will be apparent to those skilled in the art that other mechanical means can be used to generate cavitation. Such mechanical means include, but are not limited to, propeller systems, pistons, shock tubes, and light gas guns.

水素生成システム１００，２００及び４００内でキャビテーションを発生させるための流体力学的手段の例は、限定はしないが、圧縮ガス（例えば圧縮空気）を容器装置１０２，２０２及び４０２内に噴射してキャビティを発生させることを含む。図６は、このような圧縮ガス噴射システムの断面図である。図示されているように、圧縮ガス噴射システム６１０が、容器装置１０２，２０２又は４０２に取り付けられる。圧縮ガスは、圧縮器（図示せず）から、管６３０を通って圧縮ガス噴射システム６１０に移動する（矢６４０により示される）。圧縮ガスは、管６２０内を流れて、泡、すなわちキャビテーションとして溶液１６０内に導入される。一実施形態において、圧縮ガス噴射システム６１０は、圧縮ガスの通過は許容するが溶液１６０が圧縮空気システム６１０に入ることは防止する多孔質膜により溶液１６０から分離され得る。このような膜の例はゴアテックスである。当業者には、キャビテーションを生成するためにその他の流体力学的手段を用いることができることが理解されよう。このような流体力学的手段は、限定はしないが、圧縮ガス噴射器システム、及び、質量を溶液１６０内に伝達せずに運動量を溶液１６０内に伝達することができる任意の装置、例えば、衝撃板又はペイントシェーカ(paint shaker)を含む。 Examples of hydrodynamic means for generating cavitation in the hydrogen generation systems 100, 200, and 400 include, but are not limited to, a compressed gas (eg, compressed air) injected into the container apparatus 102, 202, and 402 to form a cavity. Generating. FIG. 6 is a cross-sectional view of such a compressed gas injection system. As shown, a compressed gas injection system 610 is attached to the container device 102, 202 or 402. The compressed gas travels from a compressor (not shown) through the tube 630 to the compressed gas injection system 610 (indicated by arrow 640). The compressed gas flows through the tube 620 and is introduced into the solution 160 as bubbles or cavitation. In one embodiment, the compressed gas injection system 610 can be separated from the solution 160 by a porous membrane that allows the passage of compressed gas but prevents the solution 160 from entering the compressed air system 610. An example of such a membrane is Gore-Tex. One skilled in the art will appreciate that other hydrodynamic means can be used to generate cavitation. Such hydrodynamic means include, but are not limited to, a compressed gas injector system and any device capable of transferring momentum into the solution 160 without transferring mass into the solution 160, such as an impact Includes a plate or paint shaker.

水素生成システム１００，２００及び４００内でキャビテーションを生じさせる電磁手段の例が、限定はしないが、溶液１６０内にキャビテーションを生じさせる衝撃波を生成するために溶液１６０を通過するように向けられたレーザビームを含む。当業者には、キャビテーションを生成するためにその他の電磁手段を用いることができることが理解されるであろう。このような電磁手段は、レーザビーム、Ｘ線、ガンマ線、高速電子、電気アーク、磁気圧縮、プラズマ発生、及び、任意のタイプの電子反応又は陽子反応により生じる電磁放射を含むが、これらの手段に限定されない。 Examples of electromagnetic means for creating cavitation in the hydrogen generation systems 100, 200, and 400 include, but are not limited to, lasers that are directed through the solution 160 to produce shock waves that cause cavitation in the solution 160. Including beam. One skilled in the art will appreciate that other electromagnetic means can be used to generate cavitation. Such electromagnetic means include laser radiation, X-rays, gamma rays, fast electrons, electric arcs, magnetic compression, plasma generation, and electromagnetic radiation caused by any type of electronic or proton reaction, but these means include: It is not limited.

最後に、水素生成システム１００，２００及び４００内でキャビテーションを発生させるための電離放射線手段の例が、限定はしないが、高エネルギー陽子（プロトン）を溶液１６０内に伝導させて溶液１６０内でキャビテーションを陽子周囲に形成することを含む。一般に、電離放射線は、化学結合から電子を取り出すことができる任意の放射線である。従って、当業者には、このような電離放射手段が、限定はしないが、紫外線よりもエネルギーが大きい全ての電磁放射線、及び、高エネルギー粒子（例えば、光子、陽子、中性子、並びに、帯電原子核及び非帯電原子核）を含むことが理解されよう。 Finally, examples of ionizing radiation means for generating cavitation in the hydrogen generation systems 100, 200, and 400 include, but are not limited to, conducting high energy protons (protons) into the solution 160 to cause cavitation in the solution 160 Forming around the proton. In general, ionizing radiation is any radiation that can extract electrons from a chemical bond. Thus, those skilled in the art will be aware that such ionizing radiation means include, but are not limited to, all electromagnetic radiation with higher energy than ultraviolet light and high energy particles (eg, photons, protons, neutrons, and charged nuclei and It will be understood that it includes uncharged nuclei.

水素生成システム１００，２００及び４００に関する説明の全体、並びに、キャビテーションを生じさせる様々な手段の例を通じて、キャビテーションが溶液１６０内で生じることが述べられている。当業者には、キャビテーションを溶液１６０「内で」発生させることが、キャビテーションを電気分解ゾーン内で生じさせることを意味することが理解されよう。 Throughout the description of the hydrogen generation systems 100, 200, and 400, and through examples of various means for generating cavitation, it is stated that cavitation occurs in the solution 160. One skilled in the art will appreciate that generating cavitation “in” the solution 160 means generating cavitation in the electrolysis zone.

図７は、本発明による水素の生成に影響を与える主な因子を示す線図である。溶液因子７１０は、溶液１６０に影響を与える主な因子である。これらの溶液因子は、溶媒及び溶質を含む。先に述べたように、溶媒は、水、又は、水素を含むその他の水溶液である。溶質は、化合物、例えば、酸（例えばＨＩ又はＨＣｌ）、塩基（例えばＮａＯＨ）、又は、塩（例えばＫＩ又はＮａＩ）であり、溶液の導電率を最大にするために、溶媒の体積当たり特定の密度に保たれる。溶液は特定のｐＨを有し、且つ、水素生成システム１００，２００又は４００のいずれにおいても、溶媒の化学結合を分解するための必要なエネルギーを最小にするために特定の温度及び圧力に保たれる。最後に、溶液は、特定のイオン状態及び共有結合的状態（化学ポテンシャル）を有する。 FIG. 7 is a diagram showing the main factors affecting the production of hydrogen according to the present invention. The solution factor 710 is a main factor that affects the solution 160. These solution factors include solvents and solutes. As mentioned earlier, the solvent is water or other aqueous solution containing hydrogen. The solute is a compound, for example an acid (eg HI or HCl), a base (eg NaOH) or a salt (eg KI or NaI), and a specific per volume of solvent to maximize the conductivity of the solution. Keep in density. The solution has a specific pH and is maintained at a specific temperature and pressure in any of the hydrogen generation systems 100, 200 or 400 to minimize the energy required to break down the chemical bonds of the solvent. It is. Finally, the solution has a specific ionic state and a covalent state (chemical potential).

電力因子７２０は、カソード１３０，２３４，４３０及びアノード１３２，２３０，４０３への電力供給に影響を与える主な因子である。電力因子７２０が、印加される電圧、印加される電流、及び、印加される全電力を含むことが、当業者には明らかであろう。また、水素生成システム１００，２００及び４００が単一のカソード及び単一のアノードを有するように示されているが、電圧／電流を印加するポイントの個数を、本発明の精神及び範囲に影響を与えずに増やすことができることが当業者には明らかであろう。同様に、カソード１３０，２３４，４３０及びアノード１３２，２３０，４０３の寸法及び形状を、本発明の精神及び範囲に影響を与えずに変えられることが、当業者には明らかであろう。最後に、電源１１０，２１０及び４１０が、電力を生じる任意の装置（例えば、電池、ソーラーパネル又は燃料電池）であり得ることが、当業者には明らかであろう。 The power factor 720 is a main factor that affects the power supply to the cathodes 130, 234, 430 and the anodes 132, 230, 403. It will be apparent to those skilled in the art that power factor 720 includes applied voltage, applied current, and total applied power. Also, although the hydrogen generation systems 100, 200 and 400 are shown as having a single cathode and a single anode, the number of points to which the voltage / current is applied will affect the spirit and scope of the present invention. It will be apparent to those skilled in the art that it can be increased without giving. Similarly, it will be apparent to those skilled in the art that the dimensions and shape of cathodes 130, 234, 430 and anodes 132, 230, 403 can be varied without affecting the spirit and scope of the present invention. Finally, it will be apparent to those skilled in the art that the power sources 110, 210, and 410 can be any device that produces power (eg, a battery, solar panel, or fuel cell).

材料組成因子７３０は、水素生成システム１００，２００及び４００の材料に影響を与える主な因子である。カソード１３０，２３４，４３０及びアノード１３２，２３０，４０３を構成する材料は、導電率を最大にするために選択される。このような材料は、限定はしないが、金属（例えば、銅、プラチナ）、及び、高次非線形結晶（限定はしないが、ニオブ酸リチウム及びタンタル酸リチウム）を含む。 The material composition factor 730 is the main factor that affects the material of the hydrogen generation systems 100, 200, and 400. The materials making up the cathodes 130, 234, 430 and the anodes 132, 230, 403 are selected to maximize conductivity. Such materials include, but are not limited to, metals (eg, copper, platinum) and higher order nonlinear crystals (but not limited to lithium niobate and lithium tantalate).

水素の生成を促進し且つ水素の生成に触媒作用をもたらすために用いられる触媒因子７４０は、溶液１６０内のエネルギーバランスに影響を与える主な因子である。必要な電気分解入力エネルギーをΔＥ_１からΔＥ_２に低減する非エネルギー入力型(non-energy input)触媒因子は、限定はしないが、以下のものを含む。（１）プロセスの温度（ΔＥ_cav、ΔＥ_２、種の部分的モル濃度の関数として）、（２）容器の特性（組成、形状）、（３）溶液の特性（溶質／溶媒組成［種、濃度など］、ｐＨ、化学ポテンシャル、圧力、加えられる触媒剤［担持触媒、ガス、例えば希ガスなど］）、（４）電極の特性（組成［元素組成、同位体組成、化学組成］、形状、マイクロ表面［結晶面など］、マクロ表面［穴、縁など］）、及び、（５）印加される電磁界の構造［電圧が印加される、電圧が印加されない］。 Catalytic factor 740 used to promote hydrogen production and to catalyze hydrogen production is a major factor affecting the energy balance within solution 160. Non-energy input catalytic factors that reduce the required electrolysis input energy from ΔE ₁ to ΔE ₂ include, but are not limited to: (1) Process temperature (ΔE _cav , ΔE ₂ , as a function of partial molar concentration of seed), (2) Container characteristics (composition, shape), (3) Solution characteristics (solute / solvent composition [species, Concentration, etc.], pH, chemical potential, pressure, applied catalyst agent [supported catalyst, gas, eg, rare gas]], (4) electrode characteristics (composition [element composition, isotope composition, chemical composition], shape, Micro surface [crystal plane etc.], macro surface [hole, edge etc.]), and (5) structure of applied electromagnetic field [voltage is applied, voltage is not applied].

表１を参照すると、一組の方程式が記載されており、これらは、キャビテーションが存在する場合でも、水素を生成するために溶液１６０の電気分解を実行するのに必要なエネルギーが、水素が酸素と再結合されるときに生じるエネルギーよりも大きいことを示す。従って、本文中に記載される教示が永久エネルギー装置に向けられていないことが当業者には明らかであろう。むしろ、溶液１６０の電気分解により正味エネルギー損失が生じるため、電気分解及び触媒プロセスを実行させるために、電源１１０，２１０及び４１０により示されているように、エネルギーがシステム１００，２００及び４００に供給される。

Referring to Table 1, a set of equations is described, which, in the presence of cavitation, indicates that the energy required to perform the electrolysis of the solution 160 to produce hydrogen is such that the hydrogen is oxygen It is larger than the energy generated when recombined with. Accordingly, it will be apparent to those skilled in the art that the teachings described herein are not directed to permanent energy devices. Rather, because the electrolysis of the solution 160 causes a net energy loss, energy is supplied to the

systems

100, 200, and 400 as shown by the

power sources

110, 210, and 410 to perform the electrolysis and catalytic processes. Is done.

再び図７を参照すると、電気分解の入力エネルギーをΔＥ_１からΔＥ_２に低減するエネルギー入力因子７５０は、限定はしないが、（１）ΔＥ_other（温度制御及び測定のために必要なエネルギー、機械的エネルギー、攪拌エネルギーなど）、及び、（２）ΔＥ_cav（キャビテータの特性［寸法、形状、組成］、構成［個数、単位面積／容積当たりの密度、その他］、電力入力［ｆ（Ｖ，Ｉ）］、音響周波数スペクトル入力、電磁周波数スペクトル入力）を含む。上述のように、キャビテータは、キャビテーションを生じさせることができるいずれの装置でもあってよい。 Referring again to FIG. 7, the energy input factor 750 that reduces the input energy of electrolysis from ΔE ₁ to ΔE ₂ is, but not limited to, (1) ΔE _other (energy required for temperature control and measurement, machine And (2) ΔE _cav (cavity characteristics [dimensions, shape, composition], configuration [number, density per unit area / volume, etc.], power input [f (V, I )], Acoustic frequency spectrum input, electromagnetic frequency spectrum input). As described above, the cavitation device can be any device capable of producing cavitation.

一実施形態（水素生成システム４００）において、以下の因子が本発明にて水素生成を著しく増大させることが有利に示された：（１）溶液１６０内でのキャビテーションを最大にするために特定の音響スペクトルを用いること；（２）溶液１６０の導電率及び化学ポテンシャルを最大にするために、ナトリウム又はヨウ化カリウム塩を溶液１６０に加えること；（３）有効量の希ガスを溶液１６０中に完全に溶解させることによりキャビテーションの生成を電磁的に増大させ、それにより水素ガスの発生を最大にすること（本発明の実施形態において、希ガスは、好ましくはアルゴンであり、溶液１６０中に完全に溶解されるべき希ガスの有効量は、標準温度及び圧力にて５パーセント（５％）までである）；（４）電極の形状及び構造（水素生成システム４００に関しては、導電性の内壁４０３及び導電性の内部部品４３０を含み、それにより、（i）水素ガス生成物と酸素ガス生成物との機械的分離を最大にし、（ii）円筒状の電極構成（内半径と外半径の増倍率により電界を最大にする）を用いることにより電気分解の電界を最大にする）；及び（５）容器の形状（例えば、水素生成システム４００は、水素生成システム４００の機能を外界から電気的に絶縁するために非導電性の外壁４７０内に収容された導電性の内壁４０３を含む）。 In one embodiment (hydrogen generation system 400), the following factors have been advantageously shown to significantly increase hydrogen generation in the present invention: (1) Specific to maximize cavitation in solution 160 Using acoustic spectrum; (2) adding sodium or potassium iodide salt to solution 160 to maximize the conductivity and chemical potential of solution 160; (3) adding an effective amount of noble gas into solution 160; Electrolytically increase cavitation production by complete dissolution, thereby maximizing hydrogen gas evolution (in an embodiment of the invention, the noble gas is preferably argon and is completely dissolved in the solution 160. The effective amount of noble gas to be dissolved in is up to 5 percent (5%) at standard temperature and pressure); (4) Electrode shape and structure ( With respect to the element generation system 400, it includes an electrically conductive inner wall 403 and an electrically conductive inner part 430, thereby (i) maximizing mechanical separation of the hydrogen and oxygen gas products and (ii) a cylinder. Electrode configuration (maximizing the electric field of the electrolysis by using the inner and outer radius multiplication factors to maximize the electric field); and (5) the shape of the vessel (eg, the hydrogen generation system 400 is Including a conductive inner wall 403 housed in a non-conductive outer wall 470 to electrically isolate the function of the hydrogen generation system 400 from the outside world).

同様に、溶液１６０を任意の温度及び／又は圧力に曝露することが可能であり、また、溶液１６０を密封容器又は非密封容器のいずれにも収容し得ることが当業者に明らかであろうが、一実施形態である水素システム４００に関しては、本文中に記載された教示を用いた水素生成が、好ましくは、密封され、しかし加圧されていない容器内で、ほぼ標準温度及び圧力（ＳＴＰ）にて行われることが有利に示されている。 Similarly, it will be apparent to those skilled in the art that solution 160 can be exposed to any temperature and / or pressure, and that solution 160 can be contained in either a sealed or unsealed container. With respect to the hydrogen system 400, which is an embodiment, hydrogen generation using the teachings described herein is preferably performed at approximately standard temperature and pressure (STP) in a sealed but unpressurized vessel. It is advantageously shown that

さらに、本文中に記載された教示及び実施形態が、水素ガスの出力を最大にすると共に、入力エネルギーの量を最小化することを主な目的としていることは自明である。総入力エネルギーに影響を与える最も重要な因子は、電気分解電圧である。従って、所与の同一の（又はより多い）量の水素ガスの発生に必要な入力電圧を低減することにより、必要な入力エネルギーが低減され、従って、必要な入力電力が低減されることは自明である。必要な入力電力を低減することにより、入力と出力との熱力学的差異が最小化され、この結果、入力電力のより多くの部分を、太陽電池、再充電電池などのエネルギー源により発生させることができ、これにより、発生される水素の総合効率及び量を最大にする。 Furthermore, it is self-evident that the teachings and embodiments described herein are primarily aimed at maximizing the output of hydrogen gas and minimizing the amount of input energy. The most important factor affecting the total input energy is the electrolysis voltage. Thus, it is obvious that reducing the input voltage required to generate a given identical (or greater) amount of hydrogen gas reduces the required input energy and hence the required input power. It is. By reducing the required input power, the thermodynamic difference between input and output is minimized, so that more part of the input power is generated by energy sources such as solar cells, rechargeable batteries, etc. Which maximizes the overall efficiency and amount of hydrogen produced.

本発明の特定の実施形態を開示してきたが、この特定の実施形態に、本発明の精神及び範囲から逸脱せずに変更を行えることが当業者に理解されよう。同様に、本文中の教示が、水素生成を増大又は低減するために、本発明の範囲及び精神に影響を与えずに拡大及び縮小できることも当業者に理解されよう。従って、本発明の範囲は特定の実施形態に限定されず、また、添付の特許請求の範囲は、これらのあらゆる応用、変更及び実施形態を本発明の範囲内に含むものとする。 While specific embodiments of the invention have been disclosed, those skilled in the art will recognize that changes can be made to the specific embodiments without departing from the spirit and scope of the invention. Similarly, those skilled in the art will appreciate that the teachings herein can be expanded and reduced to increase or decrease hydrogen production without affecting the scope and spirit of the present invention. Accordingly, the scope of the invention is not limited to particular embodiments, and the appended claims are intended to include within their scope all such applications, modifications, and embodiments.

以下に、特許請求の範囲を記載する。 The claims are described below.

１００水素生成システム
１０２容器装置
１０５底部部材
１０４上部部材
１０６支持部材
１０８支持部材
１１０電源
１１２負端子
１１４正端子
１２０円筒状管
１２２円筒状管
１３０導電性部品（カソード）
１３２導電性部品（アノード）
１４０トランスデューサ
１４２ワイヤ
１４４音響エネルギー波
１６０溶液
１７０溶液入口
２００水素生成システム
２１０電源
２１２負端子
２１４正端子
２２０円筒状管
２３０アノード
２３４カソード
２４０トランスデューサ
２４４音響エネルギー波
２８０溶液入口
３１０円錐状部品
４００水素生成システム
４０３アノード
４１０電源
４１２負端子
４１４正端子
４３０カソード
４４０音響エネルギー波
４９０溶液入口
５１０プロペラシステム
５２０プロペラ羽根
６１０圧縮ガス噴射システム DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Hydrogen production system 102 Container apparatus 105 Bottom member 104 Upper member 106 Support member 108 Support member 110 Power supply 112 Negative terminal 114 Positive terminal 120 Cylindrical tube 122 Cylindrical tube 130 Conductive component (cathode)
132 Conductive parts (anode)
140 Transducer 142 Wire 144 Acoustic energy wave 160 Solution 170 Solution inlet 200 Hydrogen generation system 210 Power supply 212 Negative terminal 214 Positive terminal 220 Cylindrical tube 230 Anode 234 Cathode 240 Transducer 244 Acoustic energy wave 280 Solution inlet 310 Conical part 400 Hydrogen generation system 403 Anode 410 Power supply 412 Negative terminal 414 Positive terminal 430 Cathode 440 Acoustic energy wave 490 Solution inlet 510 Propeller system 520 Propeller blade 610 Compressed gas injection system

Claims

Applying an electric current to an electrolyte aqueous solution containing hydrogen to energize;
Generating cavitation in the solution, wherein the cavitation reduces the amount of energy required to break down chemical bonds in the solution.

The method of claim 1, wherein the step of generating cavitation in the solution further comprises transmitting acoustic energy into the solution, wherein the acoustic energy generates cavitation in the solution.

The method of claim 1, wherein the step of generating cavitation is performed using any electromagnetic means.

The method of claim 1, wherein the step of generating cavitation is performed using a transducer.

The method of claim 1, wherein the step of generating cavitation is performed using a propeller system.

The method of claim 1, wherein the step of generating cavitation is performed using compressed gas.

The method of claim 1, wherein the step of generating cavitation is performed using radiation.

The method of claim 1, wherein the solution comprises an effective amount of a noble gas that is completely decomposed in the solution.

The method according to claim 1, wherein the solution includes a solvent and a solute, and the solute further includes at least one of an iodide salt and an iodate.

The solution includes a solvent and a solute, the solution includes an effective amount of a noble gas that is completely decomposed in the solution, and the solute further includes at least one of an iodide salt or an iodate. The method of claim 1.

A container,
An aqueous solution containing hydrogen housed in the container;
A first conductive component in contact with the solution;
A second conductive component in contact with the solution;
A power supply having a negative output and a positive output, wherein the negative output is connected to the first conductive component and the positive output is connected to the second conductive component, thereby A power supply that allows current to flow between the first conductive component and the second first conductive component in the solution;
Means for causing cavitation in the solution;
Means for generating hydrogen, comprising means for collecting hydrogen formed around said negative conductive component.

The apparatus of claim 11, wherein the means for causing cavitation in the solution includes a transducer capable of transmitting acoustic energy waves into the solution.

The apparatus of claim 11, wherein the means for causing cavitation in the solution comprises a propeller system.

The apparatus of claim 11, wherein the means for causing cavitation in the solution comprises a compressed gas injector system capable of injecting compressed bubbles into the solution.

The apparatus of claim 11, wherein the solution comprises an effective amount of a noble gas that is completely decomposed in the solution.

The apparatus according to claim 11, wherein the solution includes a solvent and a solute, and the solute further includes at least one of an iodide salt and an iodate.

The solution includes a solvent and a solute, the solvent includes an effective amount of a noble gas that is completely decomposed in the solution, and the solute further includes at least one of an iodide salt or an iodate. The apparatus of claim 11.

A container,
An aqueous solution containing hydrogen housed in the container;
A first conductive component in contact with the solution;
A second conductive component in contact with the solution;
A power supply having a negative output and a positive output, wherein the negative output is connected to the first conductive component and the positive output is connected to the second conductive component, thereby A power supply that allows current to flow between the first conductive component and the second first conductive component in the solution;
A cavitation generator using at least one of a transducer, a propeller system, a compressed air injector system, a laser, or ionizing radiation;
An apparatus for producing hydrogen comprising a hydrogen collector using at least one of a tube, a membrane filter, diffusion evaporation, differential pressure, or a solution flow guide.