專利名稱：空化輔助式聲化學(xué)制氫系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及氫的高效生成，且更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及就地制氫。
背景技術(shù)：
按質(zhì)量或體積來(lái)計(jì)算，水由兩份的氫和一份的氧組成。在給定的能量輸入El下， 以任何方式對(duì)兩摩爾的水進(jìn)行分解將生成一摩爾的氧氣(O2)和兩摩爾的氫氣(H2)。當(dāng)通過(guò) 任何方式將氫和氧結(jié)合在一起時(shí)，兩者發(fā)生反應(yīng)而形成水，從而釋放出給定的能量輸出E2。 根據(jù)所有已知的物理和化學(xué)原理，El > E2，因此根據(jù)熱力學(xué)原理，在直接反應(yīng)時(shí)，所述過(guò)程 并不受青睞。為了使氫能夠用作一種能源并且使用經(jīng)濟(jì)，必須創(chuàng)造一種能夠降低水的離解 能或者在所述過(guò)程中以某種其它方式(例如，使用催化增強(qiáng))提供能量或以上各者的方式?？梢酝ㄟ^(guò)多種方式(包括但不局限于化學(xué)方式、電學(xué)方式、熱學(xué)方式以及輻射分 解方式等)由多種化學(xué)物質(zhì)(包括但不局限于水、碳?xì)浠衔?、植物、巖石等)來(lái)制造氫。 在本發(fā)明中，使用水作為氫源，并且使用電解和空化相結(jié)合的催化方式來(lái)生成氫?？梢酝ㄟ^(guò) 多種方式(聲學(xué)、慣性流體動(dòng)力學(xué)、非慣性流體動(dòng)力學(xué)、機(jī)械、電磁等等)或其任何組合來(lái)實(shí) 現(xiàn)空化方法。作為地球上以及宇宙中含量最豐富的元素，氫特別有希望作為地球上以及宇宙中 的一種燃料源。氫可以為家庭和工廠、交通方式(飛機(jī)、火車以及車輛)提供動(dòng)力。因此， 氫可用來(lái)徹底地淘汰電力時(shí)代中的碳燃料，進(jìn)而通過(guò)其在人性化過(guò)程方面的貢獻(xiàn)使得陸地 氣候變化凈減少。在氫的使用過(guò)程中，存在為眾多評(píng)論所引用的四個(gè)顯著的“障礙”。每個(gè) 障礙注明如下。1.生產(chǎn)——如何在高效、安全、環(huán)境“友好”的方式下生產(chǎn)大量的氫。2.儲(chǔ)存——如何儲(chǔ)存低密度的可燃?xì)怏w。3.分配——由于氫難以儲(chǔ)存，因此難以運(yùn)輸。4.使用——相對(duì)于先前兩項(xiàng)而言，如何可以使用氫是更大障礙。因此，需要一種方法和系統(tǒng)來(lái)克服現(xiàn)有技術(shù)中所遇到的問(wèn)題，并為制氫提供一種 經(jīng)濟(jì)的方法和裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種用以由含氫液體(諸如，水)來(lái)生成氫氣吐的方法和裝置。在一 個(gè)實(shí)施例中，所述結(jié)構(gòu)是配置有催化增強(qiáng)的電解池，從而使所制的氫的體積和質(zhì)量最大化， 并使能量輸入最小化，從而使得操作成本降至最低。通過(guò)以下方式對(duì)所述設(shè)備進(jìn)行特定配 置，使其以催化的方式增強(qiáng)水的分解以及氫氣的形成1)電磁場(chǎng)的容器裝置配置；幻使用 聲化學(xué)和空化；以及3)在設(shè)備中使用能夠改變?cè)O(shè)備溶液的pH、離子狀態(tài)以及化學(xué)勢(shì)的適當(dāng) 溶質(zhì)和溶劑?？栈梢酝ㄟ^(guò)多種方式來(lái)產(chǎn)生，包括但不局限于聲能方式、流體動(dòng)力學(xué)(慣性、 非慣性)方式、機(jī)械方式以及電磁能方式等或其任何組合。
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在氫的使用過(guò)程中，存在為眾多評(píng)論所引用的四個(gè)顯著的“障礙”。每個(gè)障礙注明 如下。1.生產(chǎn)——如何在高效、安全、環(huán)境“友好”的方式下生產(chǎn)大量的氫。本專利能夠 由水來(lái)制氫，并且通過(guò)任何方式來(lái)使其與氧重新結(jié)合以再形成水，進(jìn)而不產(chǎn)生任何污染，并 且使水還原到其最初形態(tài)。2.儲(chǔ)存——如何儲(chǔ)存低密度的可燃?xì)怏w。本專利通過(guò)以下方式消除了對(duì)儲(chǔ)存的需 要?jiǎng)?chuàng)造可擴(kuò)展過(guò)程來(lái)在所需之處就地由水來(lái)生成氫。這樣消除了對(duì)存在危險(xiǎn)、昂貴以及風(fēng) 險(xiǎn)等問(wèn)題的儲(chǔ)存和運(yùn)輸?shù)男枰?.分配——由于氫難以儲(chǔ)存，因此難以運(yùn)輸。再次，本專利通過(guò)以下方式消除了對(duì) 儲(chǔ)存和因此對(duì)運(yùn)輸?shù)男枰獎(jiǎng)?chuàng)造可擴(kuò)展過(guò)程來(lái)在所需之處就地由水來(lái)生成氫。這樣無(wú)需面 臨存在危險(xiǎn)、昂貴以及風(fēng)險(xiǎn)等問(wèn)題的存儲(chǔ)、分配和運(yùn)輸。4.使用——相對(duì)于先前兩項(xiàng)而言，如何可以使用氫是更大的障礙。通過(guò)消除這兩 項(xiàng)障礙，使用燃料電池的相對(duì)成本甚至對(duì)于中產(chǎn)階級(jí)而言都是經(jīng)濟(jì)的。在無(wú)需加燃料或通 過(guò)使對(duì)加燃料的需要降至最低的情況下，使用燃料電池的能力在現(xiàn)代生活中將變得普遍。本發(fā)明揭示了用于制氫的方法和裝置，其包含施加電流使其流過(guò)水溶液。在水溶 液內(nèi)產(chǎn)生空化，其中空化降低了斷開所述水溶液的化學(xué)鍵所需的能量的量。如附圖中所示，本發(fā)明的上述以及其它特性和優(yōu)點(diǎn)將由對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的 更具體描述而變得顯而易見。


在說(shuō)明書末尾的權(quán)利要求書中，具體指出并明確地主張了視為本發(fā)明的主題。本 發(fā)明的上述以及其它特性和優(yōu)點(diǎn)將由結(jié)合附圖進(jìn)行的以下詳細(xì)描述而變得顯而易見，附圖 中圖1為根據(jù)本發(fā)明的制氫系統(tǒng)的第一實(shí)施例的示意圖。圖2為根據(jù)本發(fā)明的制氫系統(tǒng)的第二實(shí)施例的示意圖。圖3為圖2的圓錐形漏斗組件的示意圖。圖4為根據(jù)本發(fā)明的制氫系統(tǒng)的第三實(shí)施例的示意圖。圖5為根據(jù)本發(fā)明的第一空化子系統(tǒng)的示意圖。圖6為根據(jù)本發(fā)明的第二空化子系統(tǒng)的示意圖。圖7為影響制氫的主要因素的示意圖。
具體實(shí)施例方式應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅為本文創(chuàng)新教示的許多有利用途的實(shí)例。通常而言，本申請(qǐng) 的說(shuō)明書中所作聲明未必限制了所主張的各種發(fā)明中的任何發(fā)明。此外，一些聲明可能適 用于一些發(fā)明特性，但不適用于其它特性。通常而言，除非另有指示，否則單數(shù)組件可以用 復(fù)數(shù)形式表示，且反之亦然，而不失普遍性。在本發(fā)明中，當(dāng)使用以下詞時(shí)，下列定義將適用空化——空化是指在流體內(nèi)的流體壓力低于其蒸汽壓力的區(qū)域內(nèi)形成(不論機(jī) 制)蒸汽泡的現(xiàn)象。空化現(xiàn)象可以分為兩種類型的行為慣性(或暫態(tài))空化以及非慣性空化。慣性空化現(xiàn)象是指液體中的氣孔或氣泡迅速崩潰，進(jìn)而產(chǎn)生沖擊波的過(guò)程。非慣性 空化現(xiàn)象是指由于某種形式的能量(諸如聲場(chǎng))的輸入使得流體內(nèi)的氣泡的大小或形狀被 迫振蕩的過(guò)程。聲能——出于本專利的目的，聲能是指所有頻率，以及電磁光譜中任何頻率或波 長(zhǎng)的任何輻射。同樣出于本專利的目的，聲能以及電磁光譜中的任何頻率或波長(zhǎng)的任何輻 射可以用作單一頻率(波長(zhǎng))或其任何頻率組合(如離散和、差值、諧波、次諧波、泛音、序 列等)。制氫系統(tǒng)的第一實(shí)施例圖1為根據(jù)本發(fā)明的制氫系統(tǒng)100的橫斷面?zhèn)纫晥D。制氫系統(tǒng)100包括以電解池 形式出現(xiàn)的容器裝置102，所述電解池能夠儲(chǔ)存大量的溶液160。溶液160由溶劑和溶質(zhì)組 成。所述溶劑優(yōu)選地為水或含有氫的另一種水溶液。所述溶質(zhì)為能夠攜帶電荷的化合物， 即，電解質(zhì)。容器裝置102的側(cè)面優(yōu)選地為不導(dǎo)電。兩個(gè)導(dǎo)電塊130和132分別由支撐組 件106和支撐組件108固持在容器裝置120的底部組件105之上。導(dǎo)電塊130連接至電源 110的負(fù)極接線柱112。因此，導(dǎo)電塊130為陰極。同樣地，導(dǎo)電塊132連接至電源110的正 極接線柱114。因此，導(dǎo)電塊132為陽(yáng)極。中空、圓柱形管120連接至并穿過(guò)容器裝置102 的頂部組件104。管120的底部是向外擴(kuò)張的，并且被定位成使得管120的底部低于陰極 130底部，但未接觸到容器裝置102的底部組件105。同樣地，中空、圓柱形管122連接至并 穿過(guò)容器裝置102的頂部組件104。管122的底部是向外擴(kuò)張的，并且被定位成使得管122 的底部低于陽(yáng)極132底部，但未接觸到容器裝置102的底部組件105。最終，換能器140連 接至容器裝置102的一側(cè)。導(dǎo)線142將換能器140連接至電源110。如之前所提及，電源110使陰極130帶負(fù)電荷而使陽(yáng)極132帶正電荷。因此，在陰 極130與陽(yáng)極132之間產(chǎn)生了電流。電流對(duì)溶液160進(jìn)行電解，并使得在陰極130周圍形 成氫而在陽(yáng)極132周圍形成氧。管120使氫匯集并使其從容器裝置102中溢出以供進(jìn)一步 使用(由箭頭150所示)，諸如用來(lái)為氫燃料電池提供燃料或用來(lái)直接為引擎提供動(dòng)力。同 樣地，管122使氧匯集并使其從容器裝置102中溢出(由箭頭155所示)。隨著溶液160受 到電解，并且組分氣體被移出系統(tǒng)100，可通過(guò)進(jìn)口 170添加額外的溶液。換能器140產(chǎn)生穿透溶液160并在其中引起空化的聲能波144。所述空化減少了 斷開溶液160中化學(xué)鍵所需的能量。因此，在出現(xiàn)空化的情況下，處于給定電壓下的陰極 130處產(chǎn)生的氫的量比未出現(xiàn)空化時(shí)產(chǎn)生的氫的量大?；蛘?，在出現(xiàn)空化的情況下，處于較 低電壓下的陰極130處產(chǎn)生的氫的量與未出現(xiàn)空化時(shí)產(chǎn)生的氫的量相同。制氫系統(tǒng)100被設(shè)計(jì)為便攜的。在一個(gè)實(shí)施例中，制氫系統(tǒng)100的尺寸近似為長(zhǎng) 8" X寬8" X高8"，以使得其可以適合作為車輛中的引擎部件。然而，所屬領(lǐng)域技術(shù)人 員清楚的是，可將制氫系統(tǒng)100及其部件的按比例擴(kuò)大或縮小，而不會(huì)影響本發(fā)明的精神 和范疇。同樣地，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員清楚的是，制氫系統(tǒng)100及其部件可呈多種不同形狀， 而不會(huì)影響本發(fā)明的精神和范疇。圖1展示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，其中容器裝置102被定 形為允許穿透過(guò)溶液160的聲波144的量達(dá)到最大。最終，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員清楚的是，可 將任何數(shù)目的換能器140放置在容器裝置102上的各個(gè)位置，并使用這些換能器來(lái)產(chǎn)生聲 能波144，以便在溶液160內(nèi)最大限度地形成空化。制氫系統(tǒng)的第二實(shí)施例
圖2為本發(fā)明中稱之為制氫系統(tǒng)200的另一實(shí)施例的橫斷面?zhèn)纫晥D。制氫系統(tǒng)200 包括以電解池形式出現(xiàn)的容器裝置202，所述電解池能夠儲(chǔ)存溶液160。容器裝置102的側(cè) 面優(yōu)選地為不導(dǎo)電。中空、圓柱形的導(dǎo)電塊230由支撐組件232固持在容器裝置202的底 部組件207之上。第二導(dǎo)電組件234由支撐組件205固持在容器裝置202的底部組件207 之上。導(dǎo)電塊230連接至電源210的正極接線柱214。因此，導(dǎo)電塊230為陽(yáng)極。同樣地， 導(dǎo)電塊234連接至電源210的負(fù)極接線柱212。因此，導(dǎo)電塊234為陰極。中空、圓柱形管 220連接至并穿過(guò)容器裝置202的頂部組件206。管220的底部向外擴(kuò)張，并且被定位成使 得陰極234的一些部分位于管220內(nèi)。最終，換能器240連接至容器裝置202的一側(cè)。導(dǎo) 線242將換能器240連接至電源210。電源210使陰極234帶負(fù)電荷，而使陽(yáng)極230帶正電荷。因此，在陰極234與陽(yáng)極 230之間產(chǎn)生了電流。陽(yáng)極230的圓柱形狀以及陰極234沿陽(yáng)極230的軸線的位置利用了 由陰極234和陽(yáng)極230產(chǎn)生的電場(chǎng)，并有助于使陰極234與陽(yáng)極230之間的電力流動(dòng)達(dá)到
最大限度。如之前所述，在陰極234與陽(yáng)極230之間流動(dòng)的電流對(duì)溶液160進(jìn)行電解，并使得 在陰極234周圍形成氫，而在陽(yáng)極230周圍形成氧。管250使氫匯集并使其從容器裝置202 中溢出，以供進(jìn)一步使用(由箭頭250所示)。參看圖3，在陽(yáng)極230的頂部之上放置有圓錐 形塊310。圓錐形塊310使氧匯集并使其從容器裝置202中溢出(由箭頭340所示)。返 回參看圖2，隨著溶液160受到電解，并且組分氣體被移出系統(tǒng)100，可通過(guò)進(jìn)口 280添加額 外的溶液。制氫系統(tǒng)200與制氫系統(tǒng)100的相同點(diǎn)在于換能器240產(chǎn)生穿透過(guò)溶液160并在 其中引起空化的聲波對(duì)4。所述空化減少了通過(guò)電解來(lái)斷開溶液160中的化學(xué)鍵所需的能 量。因此，在出現(xiàn)空化的情況下，處于給定電壓下的陰極234處產(chǎn)生的氫的量比未出現(xiàn)空化 時(shí)產(chǎn)生的氫的量大?；蛘?，在出現(xiàn)空化的情況下，處于較低電壓下的陰極234處產(chǎn)生的氫的 量與未出現(xiàn)空化時(shí)產(chǎn)生的氫的量相同。制氫系統(tǒng)200被設(shè)計(jì)為便攜的。在一個(gè)實(shí)施例中，制氫系統(tǒng)200的尺寸近似為長(zhǎng) 8" X寬8" X高8"，以使得其可適合作為車輛中的引擎部件。然而，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員 清楚的是，可將制氫系統(tǒng)200及其部件按比例擴(kuò)大或縮小，而不會(huì)影響本發(fā)明的精神和范 疇。同樣地，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員清楚的是，制氫系統(tǒng)200及其部件可呈多種不同形狀，而不 會(huì)影響本發(fā)明的精神和范疇。圖2展示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，其中容器裝置202被定形成 允許穿透過(guò)溶液160的聲能波244的量達(dá)到最大。最終，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員清楚的是，可將 眾多換能器240放置在容器裝置202上的各個(gè)位置，并使用這些換能器來(lái)產(chǎn)生聲能波對(duì)4， 以便在溶液160內(nèi)最大限度地形成空化。制氫系統(tǒng)的第三實(shí)施例圖4為本發(fā)明中稱之為制氫系統(tǒng)400的另一實(shí)施例的橫斷面?zhèn)纫晥D。制氫系統(tǒng) 400包括以電解池形式出現(xiàn)的圓柱形容器裝置402，所述電解池能夠儲(chǔ)存溶液160。容器裝 置402具有導(dǎo)電內(nèi)壁403以及非導(dǎo)電外壁470。導(dǎo)電塊430由支撐組件405固持在容器裝 置402的底部組件407之上。導(dǎo)電內(nèi)壁403連接至電源410的正極接線柱414。因此，導(dǎo)電 內(nèi)壁403為陽(yáng)極。導(dǎo)電塊430連接至電源410的負(fù)極接線柱412。因此，導(dǎo)電塊430為陰 極。中空、圓柱形管420連接至并穿過(guò)容器裝置402的頂部組件480。管420的底部向外擴(kuò)張，并且被定位成使得陰極430的一些部分位于管420內(nèi)。最終，換能器440連接至容器裝 置402的底部組件407。導(dǎo)線444將換能器440連接至電源410。電源410使陰極430帶負(fù)電荷，而使陽(yáng)極403帶正電荷。因此，在陰極430與陽(yáng)極 403之間產(chǎn)生了電流。陽(yáng)極403的圓柱形狀以及陰極430沿陽(yáng)極403的軸線的位置利用了 由陰極430和陽(yáng)極403產(chǎn)生的電場(chǎng)，并有助于使陰極430與陽(yáng)極403之間的電力流動(dòng)達(dá)到
最大限度。如之前所述，在陰極430與陽(yáng)極403之間流動(dòng)的電流對(duì)溶液160進(jìn)行電解，并使得 在陰極430周圍形成氫，而在陽(yáng)極403周圍形成氧。管420使氫匯集并使其從容器裝置402 中溢出，以供進(jìn)一步使用(由箭頭450所示)。容器裝置402的圓錐形狀的頂部組件480使 氧匯集并使其從容器裝置402中溢出(由箭頭455所示)。隨著溶液160受到電解，并且組 分氣體被移出系統(tǒng)400，可通過(guò)進(jìn)口 490添加額外的溶液。制氫系統(tǒng)400與制氫系統(tǒng)100和制氫系統(tǒng)200的相同點(diǎn)在于，換能器440產(chǎn)生穿 透過(guò)溶液160并在其中引起空化的聲能波442。所述空化減少了通過(guò)電解來(lái)斷開溶液160 中的化學(xué)鍵所需的能量。因此，在出現(xiàn)空化的情況下，處于給定電壓下的陰極430處產(chǎn)生的 氫的量比未出現(xiàn)空化時(shí)產(chǎn)生的氫的量大?；蛘?，在出現(xiàn)空化的情況下，處于較低電壓下的陰 極430處產(chǎn)生的氫的量與未出現(xiàn)空化時(shí)產(chǎn)生的氫的量相同。制氫系統(tǒng)400被設(shè)計(jì)為便攜的。在一個(gè)實(shí)施例中，制氫系統(tǒng)400的尺寸近似為長(zhǎng) 8" X寬8" X高8"，以使得其可適合作為車輛中的引擎部件。然而，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員 清楚的是，可將制氫系統(tǒng)400及其部件按比例擴(kuò)大或縮小，而不會(huì)影響本發(fā)明的精神和范 疇。同樣地，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員清楚的是，制氫系統(tǒng)400及其部件可呈多種不同形狀，而不 會(huì)影響本發(fā)明的精神和范疇。最終，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員清楚的是，可將任何數(shù)目的換能器 440放置在容器裝置402上，并使用這些換能器來(lái)產(chǎn)生聲波442，以便在溶液160內(nèi)最大限 度地形成空化。貫穿對(duì)制氫系統(tǒng)100、制氫系統(tǒng)200和制氫系統(tǒng)400的描述，圓柱形管120、管250 和管420用以捕獲形成在陰極周圍的氫，并將氫引導(dǎo)出系統(tǒng)。所屬領(lǐng)域技術(shù)人員將清楚的 是，可用任何構(gòu)件替代管120、管250和管450來(lái)捕貨和引導(dǎo)氫。所述構(gòu)件包括(但不局限 于)管和類似形狀的導(dǎo)管、薄膜過(guò)濾構(gòu)件、擴(kuò)散蒸發(fā)構(gòu)件、分壓構(gòu)件以及通道溶液流量構(gòu) 件?？栈酉到y(tǒng)的實(shí)施例貫穿對(duì)制氫系統(tǒng)100、制氫系統(tǒng)200以及制氫系統(tǒng)400的描述，換能器140、換能器 240和換能器440用以產(chǎn)生引起溶液160內(nèi)形成空化的聲能波144、聲能波244和聲能波 442。所屬領(lǐng)域技術(shù)人員將清楚的是，可用任何構(gòu)件替代換能器140、換能器240和換能器 440來(lái)形成空化。形成空化的所述構(gòu)件包括(但不局限于)聲學(xué)構(gòu)件、機(jī)械構(gòu)件、流體動(dòng)力 學(xué)構(gòu)件、電磁構(gòu)件以及致電離輻射構(gòu)件。圖1、圖2和圖4展示了本發(fā)明的實(shí)施例，其中空化是通過(guò)比聲阻抗構(gòu)件來(lái)產(chǎn)生的， 即，通過(guò)使用換能器使聲能波穿過(guò)溶液160來(lái)產(chǎn)生的。然而，可以使用其它聲學(xué)構(gòu)件來(lái)產(chǎn)生 空化。所屬領(lǐng)域技術(shù)人員將清楚的是，所述聲學(xué)構(gòu)件包括(但不局限于)換能器、擴(kuò)音器 以及揚(yáng)聲器。用以在制氫系統(tǒng)100、制氫系統(tǒng)200和制氫系統(tǒng)400內(nèi)引起空化的機(jī)械構(gòu)件的實(shí)例包括(但不局限于)包含在容器裝置102、容器裝置202和容器裝置402內(nèi)的螺旋槳系 統(tǒng)，當(dāng)螺旋槳圍繞其軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，將引起空化。圖5展示所述螺旋槳系統(tǒng)的橫斷面視圖。如圖 所示，螺旋槳葉片520圍繞螺旋槳系統(tǒng)510的軸旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而使得在溶液中160中產(chǎn)生空化。 螺旋槳系統(tǒng)510可由電源110、電源210或電源410提供動(dòng)力。所屬領(lǐng)域技術(shù)人員將清楚的 是，可以使用其它機(jī)械構(gòu)件來(lái)產(chǎn)生空化。所述機(jī)械構(gòu)件包括(但不局限于)螺旋槳系統(tǒng)、 活塞、激波管以及輕氣炮。用以在制氫系統(tǒng)100、制氫系統(tǒng)200及制氫系統(tǒng)400內(nèi)引起空化的流體動(dòng)力學(xué)構(gòu) 件的實(shí)例包括(但不局限于)注入壓縮氣體，例如使壓縮氣體進(jìn)入容器裝置102、容器裝 置202及容器裝置402中以引起空化。圖6展示所述壓縮氣體注入系統(tǒng)的橫斷面視圖。如 圖所示，壓縮氣體注入系統(tǒng)610附接至容器裝置102、容器裝置202或容器裝置402。壓縮 氣體從壓縮機(jī)(未圖示)開始途經(jīng)(由箭頭640所示)管630最終到達(dá)壓縮氣體注入系統(tǒng) 610。壓縮氣體流過(guò)管620，并被引入溶液160中作為氣泡，S卩，空化。在一個(gè)實(shí)施例中，可以 通過(guò)允許壓縮氣體透過(guò)薄膜傳輸而防止溶液160進(jìn)入壓縮氣體系統(tǒng)610的多孔薄膜來(lái)使壓 縮氣體注入系統(tǒng)610與溶液160分離。所述薄膜的一個(gè)實(shí)例為Gore-Tex。所屬領(lǐng)域技術(shù)人 員將清楚的是，可以使用其它流體動(dòng)力學(xué)構(gòu)件來(lái)產(chǎn)生空化。所述流體動(dòng)力學(xué)構(gòu)件包括(但 不局限于)壓縮氣體注入器系統(tǒng)和能夠?qū)?dòng)量轉(zhuǎn)移進(jìn)溶液160而不將質(zhì)量轉(zhuǎn)移進(jìn)溶液160 的任何設(shè)備，例如，電擊板或油漆攪拌器。用以在制氫系統(tǒng)100、制氫系統(tǒng)200和制氫系統(tǒng)400內(nèi)引起空化的電磁構(gòu)件的實(shí)例 包括(但不局限于)激光束，其被引導(dǎo)進(jìn)入溶液160內(nèi)以便產(chǎn)生能夠在溶液160內(nèi)引起空 化的沖擊波。所屬領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的是，可以使用其它電磁構(gòu)件來(lái)產(chǎn)生空化。所述電 磁構(gòu)件包括(但不局限于)激光束、X射線、伽馬射線、高速電子、電弧、磁壓縮、等離子體生 成以及由任何類型的電子或質(zhì)子反應(yīng)產(chǎn)生的電磁輻射。最終，用以在制氫系統(tǒng)100、制氫系統(tǒng)200和制氫系統(tǒng)400內(nèi)引起空化的致電離輻 射構(gòu)件的實(shí)例包括(但不局限于)使高能質(zhì)子進(jìn)入溶液160，從而在質(zhì)子周圍形成空化。 通常而言，致電離輻射是能夠使電子脫離化學(xué)鍵的任何輻射。因此，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員將理 解，所述致電離輻射構(gòu)件包括(但不局限于)能量高于紫外線輻射的所有電磁輻射以及高 能粒子，諸如光子、質(zhì)子、中子以及帶電和不帶電原子核。貫穿對(duì)制氫系統(tǒng)100、制氫系統(tǒng)200和制氫系統(tǒng)400的描述，以及引起空化的各種 方式的實(shí)例，空化據(jù)說(shuō)是發(fā)生在溶液160內(nèi)。所屬領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，在溶液160“內(nèi)”引 起空化意味著使空化形成在電解區(qū)域內(nèi)。圖7為根據(jù)本發(fā)明的影響制氫的主要因素的示意圖。溶液因素710為影響溶液 160的主要因素。這些溶液因素包括溶劑和溶質(zhì)。如之前所述，溶劑為水或含有氫的另一種 水溶液。溶質(zhì)是一種化合物，諸如酸(諸如HI或HCl)、堿(NaOH)或鹽(諸如KI或Nal)， 并被保持在特定的單位體積溶劑的密度，以便使溶液的導(dǎo)電性達(dá)到最大。所述溶液具有特 定的PH，并且無(wú)論是在制氫系統(tǒng)100、制氫系統(tǒng)200還是制氫系統(tǒng)400中，都被保持在特定 的溫度和壓力下，以使斷開溶劑的化學(xué)鍵所需的能量最小化。最終，溶液具有特定的離子和 共價(jià)狀態(tài)(化學(xué)勢(shì))。功率因數(shù)720是影響輸送給陰極130、陰極234和陰極430以及陽(yáng)極132、陽(yáng)極230 和陽(yáng)極403的功率的主要因素。所屬領(lǐng)域技術(shù)人員將顯而易見的是，功率因數(shù)720包括所施加的電壓、所施加的電流以及所施加的總功率。另外，盡管將制氫系統(tǒng)100、制氫系統(tǒng)200 及制氫系統(tǒng)400展示為具有單個(gè)陰極和單個(gè)陽(yáng)極，但是所屬領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的是， 可以增加電壓/電流施加點(diǎn)的數(shù)目，而不會(huì)影響本發(fā)明的精神和范疇。同樣地，所屬領(lǐng)域技 術(shù)人員顯而易見的是，陰極130、陰極234和陰極430以及陽(yáng)極132、陽(yáng)極230和陽(yáng)極403的 大小和形狀可以改變，而不會(huì)影響本發(fā)明的精神和范疇。最終，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見 的是，電源110、電源210和電源410可以為任何功率產(chǎn)生設(shè)備，諸如電池、太陽(yáng)能電池板或 燃料電池。材料成分因素730是影響制氫系統(tǒng)100、制氫系統(tǒng)200及制氫系統(tǒng)400的材料的主 要因素。選擇包含陰極130、陰極234和陰極430以及陽(yáng)極132、陽(yáng)極230和陽(yáng)極403的材 料的目的是使導(dǎo)電性最大化。所述材料包括(但不局限于)金屬(諸如銅、鉬)以及包括 (但不局限于)鈮酸鋰和鉭酸鋰的高價(jià)非線性晶體。用以增強(qiáng)并催化制氫的催化因素740是影響溶液160內(nèi)能量平衡的主要因素。將 必要的電解輸入能量AE1降低至AE2的非能量輸入催化因素包括(但不局限于)(1)過(guò) 程溫度(作為八艮^八氏、物種的偏摩爾濃度的函數(shù))“2)容器性質(zhì)(成分、形狀)，(3)溶 液性質(zhì)(溶質(zhì)/溶劑成分物種、濃度等、ΡΗ、化學(xué)勢(shì)、壓力、所添加的催化劑載體催化劑、 諸如惰性氣體的氣體等！)，(4)電極性質(zhì)(成分元素、同位素、化學(xué)品、形狀、微觀表面晶 體平面等、宏觀表面孔、邊緣等)以及( 所施加的電磁場(chǎng)的結(jié)構(gòu)激勵(lì)、未激勵(lì)。參看表1，所闡明的一組等式顯示到，甚至在出現(xiàn)空化的情況下，執(zhí)行溶液160的 電解以產(chǎn)生氫所需的能量仍高于當(dāng)氫與氧再結(jié)合時(shí)所產(chǎn)生的能量。因此，所屬領(lǐng)域技術(shù)人 員顯而易見的是，本文中所描述的教示并非針對(duì)永久能量設(shè)備。更確切地說(shuō)，由于溶液160 的電解引起的凈能量損失，所以如電源110、電源210和電源410所代表的那樣，將能量引入 至系統(tǒng)100、系統(tǒng)200和系統(tǒng)400，來(lái)推動(dòng)電解和催化過(guò)程。
權(quán)利要求
1.一種用于制氫的方法，其包含施加電流使其流過(guò)含有氫的溶液；和在所述溶液內(nèi)形成空化，其中所述空化降低了斷開所述溶液中的化學(xué)鍵所需的能量的量。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中在所述溶液內(nèi)形成空化進(jìn)一步包含使聲能通過(guò)所述 溶液，所述聲能在所述溶液內(nèi)產(chǎn)生空化。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中使用任何電磁構(gòu)件來(lái)執(zhí)行所述形成空化的步驟。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中使用換能器來(lái)執(zhí)行所述形成空化的步驟。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中使用螺旋槳系統(tǒng)來(lái)執(zhí)行所述形成空化的步驟。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中使用壓縮氣體來(lái)執(zhí)行所述形成空化的步驟。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中通過(guò)輻射來(lái)執(zhí)行所述形成空化的步驟。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述溶液含有將完全溶解在所述溶液中的有效量的 惰性氣體。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述溶液包含溶劑和溶質(zhì)，并且所述溶質(zhì)進(jìn)一步包 含碘化鹽或碘酸鹽中的至少一種。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述溶液包含溶劑和溶質(zhì)，并且所述溶液含有將完 全溶解在所述溶液中的有效量的惰性氣體，而所述溶質(zhì)進(jìn)一步包含碘化鹽或碘酸鹽中的至 少一種。
11.一種用于制氫的裝置，其包含容器；溶液，其含有包含在所述容器內(nèi)的氫；第一導(dǎo)電塊，其中所述第一導(dǎo)電塊與所述溶液接觸；第二導(dǎo)電塊，其中所述第二導(dǎo)電塊與所述溶液接觸；電源，其具有負(fù)輸出端和正輸出端，其中所述負(fù)輸出端連接至所述第一導(dǎo)電塊，而所述 正輸出端連接至所述第二導(dǎo)電塊，從而引起電流流過(guò)所述第一導(dǎo)電塊與所述第二導(dǎo)電塊之 間的所述溶液；用于在所述溶液內(nèi)引起空化的構(gòu)件；和用于捕獲形成在所述負(fù)電塊周圍的氫的構(gòu)件。
12.如權(quán)利要求11所述的裝置，其中所述用于在所述溶液內(nèi)引起空化的構(gòu)件包含換能 器，所述換能器能夠發(fā)射穿過(guò)所述溶液的聲能波。
13.如權(quán)利要求11所述的裝置，其中所述用于在所述溶液內(nèi)引起空化的構(gòu)件包含螺旋 槳系統(tǒng)。
14.如權(quán)利要求11所述的裝置，其中所述用于在所述溶液內(nèi)引起空化的構(gòu)件包含壓縮 氣體注入器系統(tǒng)，所述壓縮氣體注入器系統(tǒng)能夠?qū)嚎s空氣氣泡注入所述溶液中。
15.如權(quán)利要求11所述的裝置，其中所述溶液含有將完全溶解在所述溶液中的有效量 的惰性氣體。
16.如權(quán)利要求11所述的裝置，其中所述溶液包含溶劑和溶質(zhì)，并且所述溶質(zhì)進(jìn)一步 包含碘化鹽或碘酸鹽中的至少一種。
17.如權(quán)利要求11所述的裝置，其中所述溶液包含溶劑和溶質(zhì)，并且所述溶劑含有將完全溶解在所述溶液中的有效量的惰性氣體，而所述溶質(zhì)進(jìn)一步包含碘化鹽或碘酸鹽中的 至少一種。
18. 一種用于制氫的裝置，其包含 容器；溶液，其含有包含在所述容器內(nèi)的氫； 第一導(dǎo)電塊，其中所述第一導(dǎo)電塊鄰近所述溶液； 第二導(dǎo)電塊，其中所述第二導(dǎo)電塊鄰近所述溶液；電源，其具有負(fù)輸出端和正輸出端，其中所述負(fù)輸出端連接至所述第一導(dǎo)電塊，而所述 正輸出端連接至所述第二導(dǎo)電塊，從而引起電流流過(guò)所述第一導(dǎo)電塊與所述第二導(dǎo)電塊之 間的所述溶液；空化產(chǎn)生器，其使用以下至少一個(gè)換能器、螺旋槳系統(tǒng)、壓縮氣體注入器系統(tǒng)；激光 或致電離輻射束；和氫捕獲設(shè)備，其使用以下至少一個(gè)管、薄膜過(guò)濾器、擴(kuò)散蒸發(fā)、分壓或通道溶液流量。
全文摘要
本發(fā)明揭示了一種用于制氫的方法和裝置，其包含施加電流使其流過(guò)水溶液。所述水溶液內(nèi)產(chǎn)生了空化，其中所述空化降低了斷開所述水溶液中化學(xué)鍵所需的能量的量。
文檔編號(hào)C25B1/04GK102089465SQ200980125906
公開日2011年6月8日 申請(qǐng)日期2009年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月2日
發(fā)明者F·A·諾特克, J·A·克喬夫, J·L·馬克斯, P·D·瓦斯克斯, R·E·塞利格曼 申請(qǐng)人:分子電力系統(tǒng)有限公司