(57)【要約】  本発明は、６５％を超える効率で可燃性流体を生成するための方法および装置に関する。装置１０は、電解水溶液を電気分解させるための電解セル１２と、可燃性流体と溶液を分離するセパレータ１６と、１Ｖから６Ｖまでの直流電圧を供給するための電源１４と、溶液を装置１０の中を循環させるためのポンプとを備えている。電解セル１２は、第１の電極１８および第１の電極１８から間隔を隔てて配置された第２の電極２０を備えており、また、それぞれ第１の電極１８と第２の電極２０の間に配置された複数の中間電極２２を備えている。電源１４は、溶液が装置１０の中を循環している間、溶液を電気分解させるために電極１８、２０および２２の両端間に直流電圧を印加する。
2009522453.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解水溶液から可燃性流体を生成するための方法であって、
電解水溶液を提供する工程と、
間隔を隔てて配置された少なくとも２つの電極であって、それらの間の通路を画定する電極を有する電解セルを提供する工程と、
前記溶液を電気分解させるために前記電極の間に１Ｖから６Ｖまでの範囲の直流電圧を印加しながら前記通路に沿って前記溶液を通過させる工程と
を含む方法。
【請求項２】
間隔を隔てて配置された前記２つの電極が第１の外側電極および第２の内側電極であり、前記方法が、前記第１の電極と第２の電極の間に配置された複数の中間電極を提供する工程をさらに含み、その構造は、入口および出口を個々に有する複数の通路が前記電極と電極の間に画定されるようになっており、前記通路に沿って前記溶液を通過させる前記工程が、前記電極の間に前記電圧を印加しながら前記通路に沿って前記溶液を通過させる工程をさらに含むことができる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記電極の間に前記直流電圧を印加する前記工程が、２Ｖから４Ｖまでの範囲の前記直流電圧を前記電極の間に印加する工程を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記電極の間に前記直流電圧を印加する前記工程が、２．７５Ｖから３．２５Ｖまでの範囲の前記直流電圧を前記電極の間に印加する工程を含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記電極の間に前記直流電圧を印加する前記工程が、パルス直流電圧を前記電極の間に印加する工程をさらに含む、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記電極の間に前記パルス直流電圧を印加する前記工程が、１０％から９０％までのデューティサイクルおよび５ｋＨｚから２０ｋＨｚまでの周波数を有するパルス直流電圧を印加する工程をさらに含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記電圧が３０％から７０％までのデューティサイクルでパルス化される、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記電圧が４０％から６０％までのデューティサイクルでパルス化される、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記電圧が１０ｋＨｚから１５ｋＨｚまでの周波数でパルス化される、請求項５乃至８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
前記電圧が１３ｋＨｚの周波数でパルス化される、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記溶液が前記通路に沿って前記入口から前記出口までポンプ供給され、そして、別の通路を介して前記入口に戻され、それにより前記溶液が前記通路に沿って前記入口から前記出口まで連続的に通過する、請求項２に記載の方法。
【請求項１２】
前記可燃性流体が、前記電極の表面および前記電極と電極の間の前記通路内の前記電極間に気泡の形態で生成され、前記溶液を電気分解させる前記工程が、前記電極の前記表面および前記通路から前記気泡を除去し、かつ、前記通路に沿って流れる前記溶液の流れによって前記気泡を前記通路の前記出口に向かって移動させる工程をさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記電解水溶液を提供する前記工程が、質量／質量基準で１％から５％までの水酸化ナトリウム水溶液を提供する工程をさらに含む、請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１４】
前記電解水溶液を提供する前記工程が３％の水酸化ナトリウム水溶液を提供する工程をさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
電解水溶液から可燃性流体を生成するための装置であって、
前記電解水溶液を電気分解させるための電解セルであって、第１の電極および前記第１の電極から間隔を隔てて配置された第２の電極と、前記電極と電極の間に画定された、入口および出口を有する通路とを有する電解セルと、
前記溶液を、前記通路に沿って前記入口から前記出口まで循環させ、かつ、別の通路を介して前記入口へ戻すための循環手段と、
前記溶液を電気分解させるために、前記溶液が前記通路に沿って通過している間に前記電極の間に１Ｖから６Ｖまでの範囲の直流電圧を印加するための電源と
を備えた装置。
【請求項１６】
前記電極の間に印加される前記直流電圧が２Ｖから４Ｖまでの範囲である、請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
前記電極の間に印加される前記直流電圧が２．７５Ｖから３．２５Ｖまでの範囲である、請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
前記電極の間に印加される前記直流電圧が２．８５Ｖから２．９５Ｖまでの範囲である、請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
前記電極の間にパルス電圧を印加するためのパルス発生手段を備えた、請求項１５乃至１８のいずれか１項に記載の装置。
【請求項２０】
前記パルス発生手段が、１０％から９０％までのデューティサイクルおよび５ｋＨｚから２０ｋＨｚまでの周波数で前記パルス直流電圧を印加するように適合された、請求項１９に記載の装置。
【請求項２１】
前記パルス発生手段が、３０％から７０％までのデューティサイクルで前記パルス直流電圧を印加するように適合された、請求項２０に記載の装置。
【請求項２２】
前記パルス発生手段が、４０％から６０％までのデューティサイクルで前記パルス直流電圧を印加するように適合された、請求項２１に記載の装置。
【請求項２３】
前記パルス発生手段が、１０ｋＨｚから１５ｋＨｚまでのデューティサイクルで前記パルス直流電圧を印加するように適合された、請求項２２に記載の装置。
【請求項２４】
前記パルス発生手段が、１３ｋＨｚのデューティサイクルで前記パルス直流電圧を印加するように適合された、請求項２３に記載の装置。
【請求項２５】
前記電解溶液が水酸化ナトリウム水溶液の形態である、請求項１５乃至２４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項２６】
前記電解溶液が、質量／質量基準で１％から５％までの水酸化ナトリウム水溶液である、請求項２５に記載の装置。
【請求項２７】
前記電解溶液が３％の水酸化ナトリウム水溶液である、請求項２６に記載の装置。
【請求項２８】
前記電極が管状でかつ伸長し、また、互いに同心状に配置され、前記第１の電極が外側電極であり、前記第２の電極が前記外側電極内に配置された内側電極である、請求項１５乃至２７のいずれか１項に記載の装置。
【請求項２９】
同心構造の複数の中間管状電極が前記第１の電極と第２の電極の間に配置され、その構造は、入口および出口を個々に有する複数の通路が隣接する電極と電極の間に画定されるようになっており、前記通路に沿って前記溶液が循環する、請求項２８に記載の装置。
【請求項３０】
前記電極の長手方向の軸が垂直方向に延在し、したがって前記通路が同じく垂直方向に延在し、前記入口が前記電解セルの下端に向かって設けられ、また、前記出口が前記電解セルの上端に向かって設けられた、請求項２９に記載の装置。
【請求項３１】
前記電極の前記下端によって前記通路の各々の前記入口が画定され、また、前記電極の前記上端によって前記通路の各々の前記出口が画定された、請求項３０に記載の装置。
【請求項３２】
前記電極の両端がアイソレータとアイソレータの間に挿入された、請求項３１に記載の装置。
【請求項３３】
前記電極がさらに２つの導体に電気接続され、その構造は、前記電極が並列構成で接続され、前記電源の一方の極に電気接続された上部導体に前記電極が１つ置きに接続され、また、前記電源の反対の極に電気接続された下部導体に残りの電極が接続されるようになっている、請求項３２に記載の装置。
【請求項３４】
前記電極が、同心構造の前記複数の中間管状電極が前記第１の電極と第２の電極の間に配置された浮動電極であり、前記第１の電極が前記第２の電極とは逆の極性を有する直列構成で接続された、請求項３２に記載の装置。
【請求項３５】
前記電極と電極の間の間隔が１ｍｍから８ｍｍまでである、請求項２９乃至３４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項３６】
前記電極が並列構成で接続される場合、前記電極と電極の間の間隔が隣接するすべての電極間で同じである、請求項３４に記載の装置。
【請求項３７】
前記電極が直列構成である場合、隣接する電極と電極の間の間隔が外側に向かって半径方向に増加する、請求項３４に記載の装置。
【請求項３８】
前記電極がグレード３１６ステンレス鋼製であり、前記第１の外側電極が前記第２の内側電極とは逆の極性を有する、請求項２８乃至３７のいずれか１項に記載の装置。
【請求項３９】
前記電解セルが、前記電極が前記溶液中に水没するよう、前記電解水溶液で完全に満たされる、請求項２９乃至３８のいずれか１項に記載の装置。
【請求項４０】
前記循環手段がポンプの形態であり、前記通路の前記下部入口から前記通路の前記上部出口まで前記溶液を上向きの方向に連続的にポンプ供給し、そして、前記別の通路を介して前記下部入口へ戻す、請求項３９に記載の装置。
【請求項４１】
請求項１５乃至４０のいずれか１項に記載の装置と共に使用される内燃機関。
【請求項４２】
請求項１５乃至４０のいずれか１項に記載の装置と共に使用される燃料電池。
【請求項４３】
請求項１５乃至４０のいずれか１項に記載の装置と共に使用される切断トーチ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可燃性流体を生成するための方法および装置に関する。より詳細には、本発明は、電解水溶液の電気分解によって水素および酸素を生成するための方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
本明細書においては、「可燃性流体」という用語の範囲には、主として水素および酸素を含有した可燃性ガスが含まれている。
【０００３】
米国特許第４，３７９，０４３号に、電気分解によって水を分解し、かつ、爆鳴気を生成するための装置が開示されている。この装置は、共通の垂直軸の周りに同心状に配置された複数の環状炭素電極を備えている。これらの環状電極には孔が開けられており、また、上端および下端を有している。下端は、同心状に配置された、水などの電解質を含有するための複数のセルを形成するために、密閉および絶縁エレメントに隣接して配置されている。固体円筒状炭素電極は、最も小さい同心電極内に、共通の軸に沿って配置されている。セル内の電解質から電気分解によって爆鳴気を生成するために、１２Ｖの電圧および８０Ａの電流が直流電流源によって装置に印加される。
【０００４】
上で説明した知られている装置の欠点は、消費される電力と生成される可燃性流体の間の比率が好ましい比率ではなく、したがってその効率が比較的低い、つまり、生成されるエネルギーがプロセスで消費されるエネルギーの６５％未満でしかないことである。
【特許文献１】米国特許第４，３７９，０４３号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって本発明の目的は、比較的より高い効率、つまり、生成されるエネルギーがプロセスで消費されるエネルギーの実質的に６５％を超える効率で可燃性流体を生成することによって上記欠点を克服した、可燃性流体を生成するための代替方法および装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の態様によれば、
−  電解水溶液を提供する工程と、
−  間隔を隔てて配置された少なくとも２つの電極であって、それらの間の通路を画定する電極を有する電解セルを提供する工程と、
−  溶液を電気分解させるためにこれらの電極の間に１Ｖから６Ｖまでの範囲の直流電圧を印加しながら通路に沿って溶液を通過させる工程と
を含む、電解水溶液から可燃性流体を生成するための方法が提供される。
【０００７】
間隔を隔てて配置された２つの電極は、第１の外側電極および第２の内側電極であってもよく、また、上記方法は、さらに、第１の電極と第２の電極の間に配置された複数の中間電極を提供する工程を含むことができ、その構造は、入口および出口を個々に有する複数の通路がこれらの電極と電極の間に画定されるようになっており、また、通路に沿って溶液を通過させる工程は、さらに、これらの電極の間に電圧を印加しながらこれらの通路に沿って溶液を通過させる工程を含むことができる。
【０００８】
これらの電極の間に直流電圧を印加する工程は、２Ｖから４Ｖまでの範囲、好ましくは２．７５Ｖから３．２５Ｖまでの範囲の直流電圧をこれらの電極の間に印加する工程を含むことができる。
【０００９】
これらの電極の間に直流電圧を印加する工程は、さらに、パルス直流電圧をこれらの電極の間に印加する工程を含むことができる。
【００１０】
これらの電極の間にパルス直流電圧を印加する工程は、さらに、１０％から９０％までのデューティサイクルおよび５ｋＨｚから２０ｋＨｚまでの周波数を有するパルス直流電圧を印加する工程を含むことができる。
【００１１】
電圧は、３０％から７０％まで、好ましくは４０％から６０％までのデューティサイクルでパルスにすることができる。
【００１２】
電圧は、１０ｋＨｚから１５ｋＨｚまで、好ましくは１３ｋＨｚの周波数でパルスにすることができる。
【００１３】
溶液は、これらの通路に沿って入口から出口まで連続的に通過させることができる。
【００１４】
これらの通路に沿って溶液を通過させる場合、これらの通路の入口から出口まで溶液をポンプ供給することができる。
【００１５】
可燃性流体は、これらの電極の表面およびこれらの電極と電極の間のこれらの通路内の電極間に気泡の形態で生成することができ、また、溶液を電気分解させる工程は、さらに、これらの電極の表面およびこれらの通路から気泡を物理的に除去し、かつ、これらの通路に沿って流れる溶液の流れによって気泡をこれらの通路の出口に向かって移動させる工程を含むことができる。
【００１６】
電解水溶液を提供する工程は、さらに、質量／質量基準で１％から５％までの水酸化ナトリウム水溶液、好ましくは３％の水酸化ナトリウム水溶液を提供する工程を含むことができる。
【００１７】
本発明の第２の態様によれば、
−  電解水溶液を電気分解させるための電解セルであって、第１の電極および第１の電極から間隔を隔てて配置された第２の電極と、これらの電極と電極の間に画定された、入口および出口を有する通路とを有する電解セルと、
−  溶液を、通路に沿って入口から出口まで循環させ、かつ、別の通路を介して入口へ戻すための循環手段と、
−  溶液を電気分解させるために、溶液が通路に沿って通過している間にこれらの電極の間に１Ｖから６Ｖまでの範囲の直流電圧を印加するための電源と
を備えた、電解水溶液から可燃性流体を生成するための装置が提供される。
【００１８】
これらの電極の間に印加される直流電圧は、好ましくは２Ｖから４Ｖまでの範囲にすることができ、より好ましくは２．７５Ｖから３．２５Ｖまでの範囲にすることができ、最も好ましくは２．８５Ｖから２．９５Ｖまでの範囲の電圧にすることができる。
【００１９】
この装置は、これらの電極の間にパルス電圧を印加するためのパルス発生手段を備えることができる。
【００２０】
パルス発生手段は、１０％から９０％までのデューティサイクルおよび５ｋＨｚから２０ｋＨｚまでの周波数でパルス直流電圧を印加するように適合させることができる。
【００２１】
より詳細には、パルス発生手段は、３０％から７０％まで、好ましくは４０％から６０％までのデューティサイクルでパルス直流電圧を印加するように適合させることができる。
【００２２】
さらに詳細には、パルス発生手段は、１０ｋＨｚから１５ｋＨｚまで、好ましくは１３ｋＨｚの周波数で直流電圧パルスを発生するように適合させることができる。
【００２３】
電解溶液は、水酸化ナトリウム水溶液の形態であってもよい。
【００２４】
電解溶液は、質量／質量基準で１％から５％までの水酸化ナトリウム水溶液、好ましくは３％の水酸化ナトリウム水溶液であってもよい。
【００２５】
これらの電極は、管状でかつ細長くすることができ、また、互いに同心状に配置することができる。
【００２６】
第１の電極を外側電極にし、第２の電極を外側電極内に配置された内側電極にすることができる。
【００２７】
第１の電極と第２の電極の間に同心構造の複数の中間管状電極を配置することができ、その構造は、入口および出口を個々に有する複数の通路がこれらの隣接する電極と電極の間に画定されるようになっており、これらの通路に沿って溶液を循環させることができる。
【００２８】
これらの電極の長手方向の軸は垂直方向に延在させることができ、したがってこれらの通路も同じく垂直方向に延在し、また、入口は電解セルの下端の近くに設けることができ、出口は電解セルの上端の近くに設けることができる。
【００２９】
これらの通路の各々の入口は、これらの電極の下端によって画定することができ、また、これらの通路の各々の出口は、これらの電極の上端によって画定することができる。
【００３０】
これらの電極の両端は、アイソレータとアイソレータの間に挿入することができる。
【００３１】
これらの電極は、さらに、２つの導体に電気接続することができ、その構造は、これらの電極が並列構成で接続され、電源の一方の極に電気接続された上部導体に電極を１つ置きに接続することができ、また、電源の反対の極に電気接続された下部導体に残りの電極を接続することができるようになっている。
【００３２】
別法としては、同心構造の複数の中間管状電極が第１の電極と第２の電極の間に配置された浮動電極であり、第１の電極が第２の電極とは逆の極性を有する直列構成でこれらの電極を接続することも可能である。
【００３３】
これらの電極と電極の間の間隔は、１ｍｍから８ｍｍまでにすることができる。
【００３４】
これらの電極が並列構成で接続される場合、これらの電極と電極の間の間隔は、隣接するすべての電極間で同じ間隔にすることができる。
【００３５】
別法としては、これらの電極が直列構成である場合、隣接するこれらの電極と電極の間の間隔を外側に向かって半径方向に増加させることができる。
【００３６】
これらの電極は、導電性材料から構築することができ、かつ、本質的に伸ばすことができ、第１の外側電極は、通常、第２の内側電極とは逆の極性を有している。
【００３７】
これらの電極は導電性材料から構築することができ、より詳細には、これらの電極はグレード３１６ステンレス鋼で作ることができる。
【００３８】
電解セルは、これらの電極が溶液中に水没するよう、電解水溶液で完全に満たすことができる。
【００３９】
循環手段はポンプの形態にすることができ、通路の下部入口から通路の上部出口まで溶液を上向きの方向に連続的にポンプ供給することができる。
【００４０】
循環手段は、溶液が、通路に沿って入口から出口までポンプ供給され、かつ、別の通路を介して入口へ戻るよう、別の通路を介して電解セルに接続することができる。
【００４１】
本発明の第３の態様によれば、この装置と共に使用される内燃機関が提供される。
【００４２】
本発明の第４の態様によれば、この装置と共に使用される燃料電池が提供される。
【００４３】
本発明の第５の態様によれば、この装置と共に使用される、切断または溶接のためのトーチが提供される。
【００４４】
以下、本発明について、添付の図面を参照して、非制限の実施例によってさらに説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４５】
図１を参照すると、本発明の好ましい実施形態による、電解水溶液から可燃性流体を生成するための装置が参照番号１０で一括して示されている。
【００４６】
装置１０は、電解水溶液を電気分解させるための電解セル１２、直流電圧を供給するための電源１４および可燃性流体を電解水溶液から分離するセパレータ１６を備えている。
【００４７】
さらに図２乃至５を参照すると、電解セル１２は、第１の電極１８および第１の電極１８から間隔を隔てて配置された第２の電極２０を備えている。第１の電極１８は外側電極であり、第２の電極２０は、外側電極１８内に配置された内側電極である。中間電極２２．１乃至２２．６（一括して２２で参照されている）は、それぞれ第１の電極１８と第２の電極２０の間に配置されている。
【００４８】
電極１８、２０および２２は管状で、伸長し、グレード３１６ステンレス鋼でできており、また、互いに同心状に配置されており、それらの長手方向の軸は、図３に詳細に示すように垂直方向に延びている。電極１８、２０および２２の両端は、下部入口アイソレータ２３と上部出口アイソレータ２５の間に挿入されている。これらの電極は、さらに、並列方式で上部導体２６および下部導体２８に電気接続されている。その構造は、１つ置きの電極２２．１、２２．３、２２．５および１８が上部導体２６に接続され、また、残りの電極２０、２２．２、２２．４および２２．６が下部導体２８に接続されるようになっている。上部導体２６延いては電極２２．１、２２．３、２２．５および１８は、電源１４の一方の極、この事例では負の極に電気接続されており、また、下部導体２８延いては電極２０、２２．２、２２．４および２２．６は、電源１４の反対の極、この事例では正の極に電気接続されている。
【００４９】
電極１８、２０および２２は、別法として、中間電極２２が第１の電極１８と第２の電極２０の間に配置された浮動電極である直列構成で接続することも可能である。第１の電極１８は、第２の電極２０とは逆の極性を有することになる。
【００５０】
入口アイソレータ２３および出口アイソレータ２５は、Ｐｅｒｓｐｅｘなどの非導電性材料から構築されている。アイソレータ２３および２５は、図４および５に示すようにそれぞれ複数の溝２３．１および２５．１を画定しており、その中に電極１８、２０および２２が配置されている。上部アイソレータ２５は、さらに、出口通路２５．２を画定しており、また、下部アイソレータは、入口通路２３．２を画定している。
【００５１】
電極１８、２０および２２は、これらの電極１８、２０および２２を所定の位置に４ｍｍから８ｍｍの間隔を隔てて保持するために、アイソレータ２３および２５の溝２３．１および２５．１の中に配置されている。電極１８、２０および２２の長さはそれぞれ３５０ｍｍである。電極２０の直径は２５．４ｍｍであり、電極２２．１の直径は３８．１ｍｍ、電極２２．２の直径は５０．８ｍｍ、電極２２．３の直径は６３．５ｍｍ、電極２２．４の直径は７６．２ｍｍ、電極２２．５の直径は８８．９ｍｍ、電極２２．６の直径は１０１．６ｍｍ、また、電極１８の直径は１１４．３ｍｍである。したがって電極２０と２２．１の間の距離は４．８５ｍｍであり、電極２２．１と２２．２の間の距離も４．８５ｍｍ、電極２２．２と２２．３の間の距離も４．８５ｍｍ、電極２２．３と２２．４の間の距離も４．８５ｍｍ、電極２２．４と２２．５の間の距離も４．８５ｍｍ、電極２２．５と２２．６の間の距離も４．８５ｍｍ、また、電極２２．６と１８の間の距離も４．８５ｍｍである。また、これらの電極の導電面積（カットアウト、厚さ１．５ｍｍのこれらの電極の内径と外径の間の変動、およびこれらの電極の中に画定された孔は控除されていない）は次の通りである。電極２０は、７９．８３ｍｍの円周および０．０２７９ｍ２の片面面積を有しており、電極２２．１は、１１９．７４ｍｍの円周および０．０８３８ｍ２の両面面積を有しており、電極２２．２は、１５９．６６ｍｍの円周および０．１１１８ｍ２の両面面積を有しており、電極２２．３は、１９９．５７ｍｍの円周および０．１３９７ｍ２の両面面積を有しており、電極２２．４は、２３９．４９ｍｍの円周および０．１６７６ｍ２の両面面積を有しており、電極２２．５は、２７９．４０ｍｍの円周および０．１９５６ｍ２の両面面積を有しており、電極２２．６は、３１９．３１ｍｍの円周および０．２２３５ｍ２の両面面積を有しており、また、電極１８は、３４９．８０ｍｍの内側円周および０．１２２４ｍ２の片面面積を有している。したがってこれらの電極の導電面積は合計１．０７２３ｍ２になる。
【００５２】
電極１８、２０および２２が直列構成で接続される場合、これらの電極が第２の電極２０から外側に向かって半径方向に遠く離れるにしたがって、隣接するこれらの電極１８、２０および２２の間の間隔が広くなる。
【００５３】
複数の通路３０が電極１８、２０および２２によって画定されており、その構造は、電解セル１２に含まれている電解溶液が前記通路３０に沿って自由に通過することができるようになっている。これらの通路３０は、それぞれ、電極１８、２０および２２の下端によって画定された下部入口２９、および電極１８、２０および２２の上端によって画定された上部出口３１を有しており、溶液は、これらの通路３０に沿って下部入口２９から上部出口３１まで通過する。
【００５４】
電解セル１２は、電解セル１２の下端に向かって配置された、電解溶液を下部アイソレータ２３の入口通路２３．２を介して電解セル１２の中へ通過させるための第１の入口３２を備えている。電解セル１２は、さらに、電解セル１２の上端に向かって配置された、可燃性流体を含有した溶液を通路３０から出口通路２５．２を通ってチャンバ３３まで流すための第１の出口３４を備えている。したがって、使用中に装置１０によって生成される可燃性流体は、電解セル１２から第１の出口３４を通って、第１の出口３４を介して電解セル１２と流体流連絡で接続されている第２の入口３５を有するセパレータ１６まで流れる。
【００５５】
溶液は、第１の入口３２から下部アイソレータ２３の入口通路２３．２を介してこれらの通路に沿って通過する際に、渦巻運動しながら移動する。この運動は、入口通路２３．２の三角形の形状によってもたらされる。この渦巻運動により、これらの通路に沿った、電極１８、２０および２２の表面の溶液の一様な流れが促進され、したがって、可燃性流体の濃度が導電率を小さくし、延いてはこれらの電極間の電流密度を小さくすることになるコールド・スポットが回避される。入口通路２３．２のこの三角形の形状により、さらに、通路３０の直径に比例した溶液の流量が促進される。したがって、電極１８、２０および２２の表面の溶液の等体積流が達成され、それによりこれらのすべての電極間の等電流密度が維持される。
【００５６】
溶液は、セパレータ１６の中で可燃性流体とその溶液成分に分離され、分離された流体がセパレータ１６の頂部に向かって配置されている流体出口３６を介してセパレータ１６から流出する。セパレータ１６は、さらに、セパレータ１６の下端に向かって配置された第２の出口３７を備えている。第２の出口３７は、溶液が図２の矢印で示すように装置１０の中を通路３０に沿って上向きの方向に連続的に循環するよう、ポンプの形態の循環手段（図示せず）に接続されている別の通路を介して第１の入口３２に接続されている。ポンプは、溶液を１時間当たり約１００リットルの割合で装置１０を通して循環させる。ポンプは、１２Ｖ、６００ｍＡのポンプである。
【００５７】
電源１４はパルス発生手段を備えており、電解セル１２の電極１８、２０および２２の両端間に、２Ｖから４Ｖまで、詳細には２．８５Ｖ程度のパルス直流電圧を、５ｋＨｚから２０ｋＨｚまで、詳細には１３ｋＨｚの周波数で、かつ、１０％から９０％まで、詳細には６０％のデューティサイクルで印加している。動作中、電源１４は、電極２２．１、２２．３、２２．５および１８が電源１４の負の極に接続され、また、電極２０、２２．２、２２．４および２２．６が電源１４の正の極に接続されるよう、あるいはそれぞれその逆に接続されるように、上部導体２６および下部導体２８に接続される。
【００５８】
電解溶液は、９９％の純粋な水酸化ナトリウムから準備され、質量／質量基準で３％の水酸化ナトリウム水溶液の形態である。しかしながら、当分野で知られている多くの他の電解溶液が存在しており、それらも同じく満足すべきものである。
【００５９】
使用中、電解セル１２および通路３０は、電極１８、２０および２２が溶液中に水没するよう、電解水溶液で完全に満たされ、また、セパレータ１６もほぼ半分まで溶液で満たされる。ポンプによって溶液が連続的に循環し、電解セル１２の通路３０に沿ってセパレータ１６へと通過する。電源１４がスイッチ・オンされ、これらの電極の間にパルス直流電圧が印加されるのは、溶液が通路３０に沿って循環している場合のみである。電気分解は電解セル１２の中で生じる。電極１８、２０および２２の表面およびこれらの電極１８、２０および２２間に形成される気泡の形態の流体を含有した溶液は、溶液の流れを通路３０に沿って流すことにより、電極１８、２０および２２の表面および通路３０から通路３０の上部出口３１に向かって物理的に除去される。流体は、次に、アイソレータ２５の出口通路２５．２を通ってチャンバ３３に流入する。溶液は、セパレータの第２の入口３５に通じている第１の出口３４を介してセル１２からセパレータ１６へ流れ、セパレータ１６で可燃性流体が溶液から分離される。セパレータ１６において、流体は、流体出口３６を介してセパレータ１６から流出し、溶液は、第２の出口３７を介して第１の入口３２へポンプ供給される。
【００６０】
セパレータ１６内の溶液のレベルは常に注ぎ足され、したがってセパレータはその体積の約半分まで満たされている。
【実施例１】
【００６１】
上で説明した電解溶液が電気分解している間に装置１０によって浪費される電力および生成される可燃性流体を測定するための実験が実施された。
【００６２】
結果１
６Ｖ電源が装置１０に接続され、周波数１５ｋＨｚ、デューティサイクル５６．５％でパルス電圧が供給された。セル１２によって引き出された電流および平均電流、セル１２によって使用された電圧および平均電圧、ならびにセルによって浪費された電力および平均電力が電池端子で測定された。セル１２によって浪費された平均電力は２１８Ｗと計算された。図６乃至８は、実施された測定によって得られた電流、電圧および電力のグラフをそれぞれ示したものである。
【実施例２】
【００６３】
電気分解プロセスの間にセルおよびポンプによって浪費される時間平均電力を測定するために実施された他の実験では、以下の結果が得られた。
【００６４】
結果２
６Ｖ電源が装置１０に接続され、周波数１５ｋＨｚ、デューティサイクル約６０％でパルス電圧が供給された。セル１２によって引き出された電流および平均電流、セル１２によって使用された電圧および平均電圧、ならびにセルによって浪費された電力および時間平均電力が電池端子で測定された。セル１２によって浪費された平均電力は１５７．７３Ｗであり、また、ポンプによって浪費された平均電力は６．７４Ｗと計算された。２５０ｍｌの可燃性流体を生成するために要した時間は１０秒であり、したがって可燃性流体は、１分当たり１．５１リットル（ｌ／ｍｉｎ）の割合で生成され、これは、キロワット分当たり９．１２リットル（ｌ／ｋＷｍｉｎ）である。
【実施例３】
【００６５】
セルによって消費される電力を測定するために実施された他の実験では、以下の結果が得られた。
【００６６】
結果３
電源が装置１０に接続され、周波数１５ｋＨｚ、デューティサイクル４４％でパルス電圧が供給された。セル１２によって引き出された平均電圧は、図９のグラフに示すように２．８８Ｖであり、また、セル１２によって引き出された平均電流は、図１０に示すように１０４Ａであった。これらの測値から、セル１２によって浪費された平均電力は２９９Ｗと計算された。
【００６７】
本出願人は、装置１０には比較的低い電圧および比較的小さい電流が利用されているため、装置１０は従来技術よりはるかに優れた性能を発揮し、また、可燃性流体を生成する効率は、現在広く知られている従来技術によるいかなる装置よりも比較的はるかに高いことを見出した。さらに、装置１０は、従来技術と比較するとコンパクトであり、かつ、比較的容易に動作させることができる。
【００６８】
流体は、例えば溶接機、ロケットあるいはジェットエンジンのための熱または電気を生成するためのアプリケーション、あるいは車両の内燃機関または燃料電池車両を運転するためのアプリケーションなどの任意の数のアプリケーションにおけるエネルギー源として使用することができる。
【００６９】
可燃性流体を生成するための本発明による方法および装置を使用して、特許請求の範囲の各請求項の範囲を逸脱することなく細部の変形形態が可能であることは理解されよう。例えば電極を水平方向に配置し、セルの一方の末端の近くに入口を配置し、また、セルのもう一方の末端の近くに出口を配置することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の好ましい実施形態による、電解セル１２、電源１４およびセパレータ１６を備えた、電解水溶液から可燃性流体を生成するための装置１０を示す略図である。
【図２】図１に略図で示す電解セル１２およびセパレータ１６の側面縦断面図である。
【図３Ａ】電解セル１２の電極１８、２０および２２の一方の端部から見た斜視図である。
【図３Ｂ】電解セル１２の電極１８、２０および２２のもう一方の端部から見た斜視図である。
【図４】上部アイソレータ２５の下から見た図である。
【図５】下部アイソレータ２３の上から見た図である。
【図６】動作中の電解セル１２によって引き出された電流の測定値および計算された平均電流を示すグラフである。
【図７】電解セル１２によって使用された電圧の測定値および平均電圧を示すグラフである。
【図８】電解セル１２によって消費された電力および計算された平均電力を示すグラフである。
【図９】セル１２によって引き出された電圧に対する電圧測定値を示す他のグラフである。
【図１０】セル１２によって引き出された電流に対する電流測定値を示す他のグラフである。
【図１】
2009522453.tif 000003
【図２】
2009522453.tif 000004
【図３Ａ】
2009522453.tif 000005
【図３Ｂ】
2009522453.tif 000006
【図４】
2009522453.tif 000007
【図５】
2009522453.tif 000008
【図６】
2009522453.tif 000009
【図７】
2009522453.tif 000010
【図８】
2009522453.tif 000011
【図９】
2009522453.tif 000012
【図１０】
2009522453.tif 000013
【国際調査報告】
2009522453.tif 000014
2009522453.tif 000015
2009522453.tif 000016
2009522453.tif 000017
2009522453.tif 000018