(57)【要約】  本発明の実施形態は、水性溶媒と、前記溶媒中に溶解した少なくとも１種の無機塩と、少なくとも１種の有機酸またはその塩とを含む電解質組成物であって、前記少なくとも１種の酸が、前記水性溶媒中に実質的に可溶であり、キャビテーションを利用した電解燃焼をする濃度で存在する、電解質組成物を対象とする。本明細書において、低分子量の有機酸および無機塩が水素を生成するのに有用であることを実証する。
2014520958.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水性溶媒と、
前記溶媒中に溶解した少なくとも１種の無機塩と、
少なくとも１種の有機酸またはその塩と
を含む電解質組成物であって、前記少なくとも１種の酸が、前記水性溶媒中に実質的に可溶であり、キャビテーションを利用した電解燃焼をする濃度で存在する、電解質組成物。
【請求項２】
前記水性溶媒が、重量／容積基準で少なくとも約５０％の前記電解質を含む、請求項１に記載の電解質組成物。
【請求項３】
前記水性溶媒が、重量／容積基準で約５０％〜約９５％の前記電解質を含む、請求項１に記載の電解質組成物。
【請求項４】
希ガスが前記水性溶媒に溶解している、請求項１に記載の電解質組成物。
【請求項５】
前記希ガスがアルゴンである、請求項４に記載の電解質組成物。
【請求項６】
前記希ガスが前記溶媒に飽和している、請求項４に記載の電解質組成物。
【請求項７】
前記少なくとも１種の無機塩が、ナトリウム、リチウムおよびカリウムからなる群から選択されるカチオンを含む、請求項１に記載の電解質組成物。
【請求項８】
前記少なくとも１種の無機塩が、フッ化物、塩化物、臭化物およびヨウ化物からなる群から選択されるアニオンを含む、請求項１に記載の電解質組成物。
【請求項９】
前記少なくとも１種の無機塩が、ＮａＣｌを含む、請求項１に記載の電解質組成物。
【請求項１０】
前記少なくとも１種の無機塩が、ＮａＩを含む、請求項１に記載の電解質組成物。
【請求項１１】
前記少なくとも１種の有機酸が、約１％〜約１０％の重量／容積濃度で前記電解質中に存在する、請求項１に記載の電解質組成物。
【請求項１２】
前記少なくとも１種の有機酸が、複数のカルボキシル基を含む、請求項１に記載の電解質組成物。
【請求項１３】
前記少なくとも１種の有機酸が、前記電解質溶液に実質的に可溶である、請求項１に記載の電解質組成物。
【請求項１４】
前記少なくとも１種の有機酸が、前記電解質溶液に少なくとも１０重量％可溶である、請求項１２に記載の電解質組成物。
【請求項１５】
前記少なくとも１種の有機酸の溶解度が、約１０重量％〜約９０重量％可溶である、請求項１に記載の電解質組成物。
【請求項１６】
前記少なくとも１種の有機酸が、Ｃ１〜Ｃ８の炭素主鎖を含む、請求項１に記載の電解質組成物。
【請求項１７】
前記少なくとも１種の有機酸が、酢酸、クエン酸、ギ酸、リンゴ酸、マロン酸、マンデル酸、マレイン酸、イソ-クエン酸、フマル酸、乳酸、グリコール酸、グリセリン酸、ヘキサン酸、ヘプタン酸、オクタン酸、ペンタン酸、ノナン酸、プロパン酸、３−ヒドロキシプロパン酸および２−ヒドロキシプロパン二酸からなる群から選択される、請求項１に記載の電解質組成物。
【請求項１８】
前記少なくとも１種の有機酸が、クエン酸である、請求項１に記載の電解質組成物。
【請求項１９】
前記クエン酸が、約０．０５Ｍ〜約５．０Ｍの濃度で前記電解質中に存在する、請求項１８に記載の電解質組成物。
【請求項２０】
クエン酸濃度が約０．１Ｍである、請求項１８に記載の電解質組成物。
【請求項２１】
クエン酸濃度が約０．１Ｍであり、前記無機塩が約０．５〜５重量％の濃度のＮａＣｌを含み、第２の無機塩が微量のＮａＩを含む、請求項１８に記載の電解質組成物。
【請求項２２】
キャビテーションを利用した電解燃焼を促進する量のアルゴンが、前記電解質に飽和している、請求項２１に記載の電解質組成物。
【請求項２３】
前記少なくとも１種の有機酸が、構造式：
ＣｎＨ２ｎ＋１−ＣＯＯＲ
を有し、式中、Ｒは、個別にＨまたは任意のアルカリ土類金属のいずれかであってよく、ｎは２〜８である、請求項１に記載の電解質組成物。
【請求項２４】
前記少なくとも１種の有機酸が、構造式：
ＲＯＯＣ−ＣｎＨ２ｎ−ＣＯＯＲ
を有し、式中、Ｒは、Ｈまたは任意のアルカリ土類金属のいずれかであってよく、ｎは２〜８である、請求項１に記載の電解質組成物。
【請求項２５】
前記少なくとも１種の有機酸が、構造式：
ＲＯＯＣ−（ＣＨＲ２）ｎ−Ｃ（Ｒ２）２−（ＣＨＲ２）ｎ−ＣＯＯＲ
を有し、式中、Ｒは、Ｈまたは任意のアルカリ土類金属のいずれかであってよく、Ｒ２は、Ｈ、ＯＨまたはＣＯＯＲであってよく、ｎは１〜３であってもよい、請求項１に記載の電解質組成物。
【請求項２６】
前記少なくとも１種の有機酸が、水に実質的に可溶なα−ヒドロキシ酸である、請求項１に記載の電解質組成物。
【請求項２７】
前記少なくとも１種の有機酸が、水に実質的に可溶なβ−ヒドロキシ酸である、請求項１に記載の電解質組成物。
【請求項２８】
水および炭化水素原料から水素ガスを生成させる方法であって、高温の電子リッチな水性環境を提供し、それによって水を解離させて前記原料と反応させ、前記炭化水素を水素ガスおよび二酸化炭素に転換するステップを含む、方法。
【請求項２９】
水および炭化水素原料から水素ガスを生成させる方法であって、内部でキャビテーションを創出するステップと、炭化水素原料を含む水性電解質溶液に外部の電子源を供給するステップとを含み、それによって水素ガスおよび二酸化炭素を生成する、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、水素の効率的な生成に関し、より詳細には、インサイチューにおける水素生成に関する。
【背景技術】
【０００２】
水は、質量または容積で２部の水素と１部の酸素からなる。いかなる手段で分解されても、２モルの水は、所定のエネルギーＥ１の投入で、１モルの酸素ガス(Ｏ２)と２モルの水素ガス(Ｈ２)を生成する。任意の手段によって混ぜ合わせられると、水素と酸素が反応して水を形成し、所定のエネルギーＥ２を放出する。物理学および化学のすべての公知の原理によって、Ｅｌ＞Ｅ２であり、このため、熱力学によるこのプロセスは、直接反応では進行しない。水素がエネルギー源として有用で使用するのに経済的であるためには、水の解離エネルギーを低減するか、またはこのプロセス中で何らかの他の手法、例えば触媒の増進作用でエネルギーを提供するか、または上記のすべてを含む、手段を創出しなければならない。
【０００３】
水素は、多様な化学物質（限定されないが、水、炭化水素、植物、岩石などを含めた）から多様な手段（限定されないが、化学、電気、熱、放射線分解などを含めた）によって製造することができる。本発明において、水素源として水を使用し、電気分解とキャビテーションの触媒的な組合せを用いることで水素を生成する。キャビテーション法は、多様な手段（音響、水力学慣性、非慣性、機械、電磁など）またはその任意の組合せによってなり得る。
【０００４】
水素は、地球および宇宙で最も豊富な元素であるので、地球および宇宙の双方で燃料源として特別な将来性を保持している。水素は、家庭および工場、輸送手段（航空機、列車および自動車）に動力を供給することができる。このため、水素は、電気のサイクル中で炭素燃料を完全に排除するのに役立ち、したがって、地球気候変動に対する擬人化プロセス（ａｎｔｈｒｏｐｏｍｏｒｐｈｉｃ  ｐｒｏｃｅｓｓ）の寄与によって正味の減少をもたらすことができる。水素の使用に対する多数の報告書によって引用されている、４つの重要な「ハードル」が存在している。それぞれは、以下のように記載されている。
１．生成−効率的に、安全に、環境に「フレンドリーな」方式で多量の水素を生成するための方法。
２．貯蔵−低密度の可燃性ガスを貯蔵するための方法。
３．配送−水素は、貯蔵が困難であるために、輸送も困難である。
４．使用−どのようにして水素を使用することができるかは上の２つの事項を鑑みればより大きなハードルである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって、必要なことは、従来技術が遭遇している課題を克服する、ならびに水素を生成するための、経済的な方法および装置を提供する方法およびシステムである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
水などの水素含有液体からＨ２として水素ガスを生成するための方法および装置である。一実施形態では、その構造は、生成する水素の容積および質量を最大にし、入力エネルギーを最小にする触媒増進剤を用いて構成された電解セルであって、このため、運転コストが最小となる。このデバイスは、１）容器用装置における電場および磁場の構成、２）音響化学およびキャビテーションの使用、および３）デバイスのｐＨ、イオン状態および化学ポテンシャルを変化させるデバイス中で適用できる溶質および溶媒の使用によって、水の分解および水素ガスの形成を触媒的に増進するように特別に構成されている。
【０００７】
キャビテーションは、限定されないが、音響エネルギー、水力学（慣性、非慣性）、機械的、電磁的エネルギーなど、またはその任意の組合せを含めた多様な手段によって発生させることができる。
【０００８】
水素の使用に対する多数の報告書によって引用されている、４つの重要な「ハードル」が存在している。それぞれは、以下のように記載されている。
１．生成−効率的に、安全に、環境に「フレンドリーな」方式で多量の水素を生成するための方法。本発明は、水から水素を生成し、酸素と再結合させる任意の方式によって水を再形成し、いかなる汚染も生成せず、水をその元の形態に戻すことが可能である。
２．貯蔵−低密度の可燃性ガスを貯蔵するための方法。本発明は、必要とするその場（ｉｎ−ｓｉｔｕ）で水から水素を生成する拡大可能なプロセスを創出することによって、貯蔵の必要性を排除する。このため、本発明は、危険で、高価で有害な貯蔵の必要性および輸送問題をも排除する。
３．配送−水素は、貯蔵が困難であるために、輸送も困難である。ここでも、本発明は、必要とするその場で水から水素を生成する拡大可能な方法を創出することによって、貯蔵、およびしたがって輸送の必要性を排除する。危険で、高価で有害な貯蔵、配送および輸送の問題の必要性が存在しない。
４．使用−どのようにして水素を使用することができるかは上の２つの事項を鑑みればより大きなハードルである。こうした２つの事項の排除によって、燃料電池の使用の相対的なコストは、中流階級にとってさえ経済的なものになる。燃料補給の必要性の解消によって、または燃料補給の必要性を最小化することによって、燃料電池を使用する能力は、現代生活にとってユビキタスになる。
【０００９】
水素生成の方法および装置において、水溶液中に印加電流をフローさせるステップを含むことを開示する。キャビテーションが水溶液内に発生することによって、そのキャビテーションが前記水溶液の化学結合を破壊するのに必要なエネルギー量を低減させる。
【００１０】
本発明の実施形態はまた、電解質の水素含量を増進する化学部分のクラスを対象とし、本明細書に記載の方法および装置で水素を生成するのに使用することができる。電解質組成物の一実施形態は、水性溶媒と、前記溶媒中に溶解した少なくとも１種の無機塩と、少なくとも１種の有機酸またはその塩とを含み、前記酸は、前記水性溶媒中に実質的に可溶であり、キャビテーションを利用した電解燃焼（ｃａｖｉｔａｔｉｏｎ−ａｓｓｉｓｔｅｄ  ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｉｃ  ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ）をする濃度で存在する。本発明の別の実施形態は、前記水性溶媒が、重量／容積基準で少なくとも５０％の前記電解質を含む、前記電解質組成物を含む。本発明の別の実施形態は、前記水性溶媒が、重量／容積基準で約５０％〜約９５％の前記電解質を含む、前記電解質組成物を含む。本発明の別の実施形態は、希ガスが前記水性溶媒に溶解している前記電解質組成物を含む。本発明の別の実施形態は、前記希ガスにアルゴンを含む。本発明の別の実施形態は、前記溶媒に飽和している前記希ガスを含む。
【００１１】
本発明の別の実施形態は、前記無機塩が、ナトリウム、リチウムおよびカリウムからなる群から選択されるカチオンを含む、前記電解質組成物を含む。本発明の別の実施形態は、フッ化物、塩化物、臭化物およびヨウ化物からなる群から選択されるアニオンを含む、前記無機塩を含むことができる。本発明の別の実施形態は、前記無機塩がＮａＣｌを含む前記電解質組成物を含む。本発明の別の実施形態は、前記無機塩がＮａＩを含む電解質組成物を含む。
【００１２】
本発明の別の実施形態は、前記有機酸が、約１％〜約１０％の重量／容積濃度で前記電解質中に存在する前記電解質組成物を含む。本発明の別の実施形態は、前記有機酸が複数のカルボキシル基を含む、前記電解質組成物を含む。
【００１３】
本発明の別の実施形態は、前記有機酸が、前記電解質溶液に実質的に可溶である前記電解質組成物を含む。「実質的に可溶である」とは、前記有機酸が前記電解質溶液に少なくとも１０重量％可溶であることを意味する。本発明の別の実施形態は、前記少なくとも１種の有機酸の溶解度が、約１０重量％〜約９０重量％可溶である前記電解質組成物を含む。
【００１４】
本発明の別の実施形態は、前記有機酸が、主鎖中に１〜８個の炭素を有する炭素主鎖（「Ｃ１〜Ｃ８」）を含む、前記電解質組成物を含む。
【００１５】
本発明の別の実施形態は、前記有機酸が、酢酸、クエン酸、ギ酸、リンゴ酸、マロン酸、マンデル酸、マレイン酸、イソ-クエン酸、フマル酸、乳酸、グリコール酸、グリセリン酸、ヘキサン酸、ヘプタン酸、オクタン酸、ペンタン酸、ノナン酸、プロパン酸、３−ヒドロキシプロパン酸、酒石酸および２−ヒドロキシプロパン二酸からなる群から選択される、前記電解質組成物を含む。
【００１６】
本発明の別の実施形態は、前記少なくとも１種の有機酸がクエン酸である前記電解質組成物を含む。前記クエン酸は、約０．０５Ｍ〜約５．０Ｍの濃度で前記電解質中に存在することができる。好ましい実施形態では、前記電解質組成物が、約０．１Ｍの濃度のクエン酸を有する。本発明のさらなる別の実施形態は、クエン酸濃度が約０．１Ｍであり、ＮａＣｌが約０．５〜５重量％であり、ＮａＩが微量で存在する、前記電解質組成物を含む。
【００１７】
本発明の別の実施形態は、キャビテーションを利用した電解燃焼を促進するの量のアルゴンが、前記電解質に飽和している、前記電解質組成物を含む。
【００１８】
本発明の別の実施形態は、前記有機酸が、構造式：
ＣｎＨ２ｎ＋１−ＣＯＯＲ
を有し、式中、Ｒは、個別にＨまたは任意のアルカリ土類金属のいずれかであってよく、ｎは２〜８である、前記電解質組成物を含む。
【００１９】
本発明の別の実施形態は、前記有機酸が、構造式：
ＲＯＯＣ−ＣｎＨ２ｎ−ＣＯＯＲ
を有し、式中、Ｒは、個別にＨまたは任意のアルカリ土類金属のいずれかであってよく、ｎは２〜８である、前記電解質組成物を含む。
【００２０】
本発明の別の実施形態は、前記有機酸が、構造式：
ＲＯＯＣ−（ＣＨＲ２）ｎ−Ｃ（Ｒ２）２−（ＣＨＲ２）ｎ−ＣＯＯＲ
を有し、式中、Ｒは、個別にＨまたは任意のアルカリ土類金属のいずれかであってよく、Ｒ２は、Ｈ、ＯＨまたはＣＯＯＲであってよく、ｎは１〜３であってよい、前記電解質組成物を含む。
【００２１】
本発明の別の実施形態は、前記有機酸が、水に実質的に可溶なα−ヒドロキシ酸またはβ−ヒドロキシ酸である、前記電解質組成物を含む。
【００２２】
本発明の別の実施形態は、水性溶媒と、前記溶媒中に溶解した少なくとも１種の無機塩と、少なくとも１種の有機酸またはその塩とを含む電解質組成物であって、前記酸は、以下の構造式：
ＣｎＨ２ｎ＋１−ＣＯＯＲ
を有し、式中、Ｒは、個別にＨまたは任意のアルカリ土類金属のいずれかであってよく、ｎは２〜８である。
【００２３】
本発明の前記ならびに他の特徴および利点は、添付の図面で例示される本発明の好ましい実施形態の、以下のより詳細な説明から明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】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。
【図２】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。
【図３】図２の円錐の通風筒（ｆｕｎｎｅｌ）部材を示す図である。
【図４】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。
【図５】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。
【図６】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。
【図７】水素生成に影響する主因子を示す図である。
【図８】第４の実施形態の単一セルの音響電気化学装置のコンピュータ支援による図面（ｃｏｍｐｕｔｅｒ−ａｉｄｅｄ  ｄｒａｗｉｎｇ）でのコーナーの透視図である。
【図９】ガス収集管、アノード、および底部変換器筐体を備える横型変換器筐体の、部分的に透明にした類似の正面図である。
【図１０】図９から９０度回転した類似の正面図である。
【図１１】図８〜１０の装置の分解図である。
【図１２】本実施形態を使用して生成した水素データのグラフである。
【図１３】本発明のキャビテーションを利用した電気分解の実施形態で試験した一連の有機酸について収集した水素対時間のデータを示すグラフである。
【図１４】本発明のキャビテーションを利用した電気分解の実施形態で試験した一連の有機酸について収集した水素対時間のデータを示すグラフである。
【図１５】本発明のキャビテーションを利用した電気分解の実施形態で試験した一連の有機酸について収集した水素対時間のデータを示すグラフである。
【図１６】本発明のキャビテーションを利用した電気分解の実施形態で試験した一連の有機酸について収集した水素対時間のデータを示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下の実施形態は、本明細書の革新的な教示の多数の有利な使用の例に過ぎないことを理解されたい。一般に、本出願の明細書でなされた記述は、特許請求された多様な発明のいずれかを必ずしも限定するものではない。さらに、一部の記述は、一部の本発明の特徴に適用されるが、他の特徴には適用されない場合もある。一般に、別段の指示のない限り、一般性を失うことなく、単数要素は複数要素であってもよく、逆も真である。
【００２６】
本発明では、以下の用語を使用する場合、以下の定義を適用する。
【００２７】
キャビテーション−キャビテーションは、流体中の、流体の圧力がその蒸気圧より低くなった領域で、蒸気泡が（機構に関係なく）形成される現象である。キャビテーションは、２種類の性質、慣性（または過渡）キャビテーション、および非慣性キャビテーションに分けることができる。慣性キャビテーションは、液体中の空隙または泡が速やかに崩壊し、衝撃波を生成するプロセスである。非慣性キャビテーションは、流体中の泡が、ある形態のエネルギー（音響場など）の入力のために、大きさまたは形状で強制振動するプロセスである。
【００２８】
音響エネルギー−本発明では、超音波音響エネルギーは、１６ｋＨｚ〜２ｍＨｚの周波数を指す。「強力超音波（ｐｏｗｅｒ  ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ）」は、通常、キャビテーションが発生する２０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚの周波数範囲を含むと理解されている。１００ｋＨｚ超の超音波は、主として、臨床用画像として有用である。本発明ではまた、音響エネルギー、および電磁スペクトルの任意の周波数または波長の任意の放射は、単一周波数（波長）または周波数の任意の組合せ（個別の和、差、高調波、サブ高調波、倍音、連続など）として用いることができる。
【００２９】
本明細書で使用される「電気分解」は、水素を生成するための本発明者の一般的なプロトコルを指すが、この用語の使用は、本プロセスが、電気分解であるということを承認するものではない。本発明者は、水素が音響電気化学プロセスによって生成され、純粋な電気分解によるものではないことを、本明細書で実証した。しかしながら、「電気分解」という用語は、本明細書で開発された音響電気化学水素生成プロセスの短縮形で使用される場合がある。
【００３０】
「抽出器（ｅｘｔｒａｃｔｏｒ）」という用語は、本明細書に記載の水素生成セルの実施形態を示すために「装置」と互換的に使用される。
【００３１】
「キャビテーションを利用した電解燃焼」という用語は、本明細書で開示の装置の多様な実施形態において、電解質に可溶である任意の適切な炭化水素を水素および／または二酸化炭素に転換するプロセスである。本プロセスのステップは、本明細書に記載の装置に限定されると推論すべきではなく、本方法は、こうした教示を与えられた当業者によって任意の適切なキャビテーションを利用した電気分解装置に適合させることができる。すなわち、本プロセスは、前記装置から独立したものであり、別個のものである。
【００３２】
図１は、本発明による水素生成システム１００の側面断面図である。水素生成システム１００は、ある容積の溶液１６０を貯蔵できる電解セルの形状をした容器装置１０２からなる。溶液１６０は、溶媒および溶質で構成される。溶媒は、好ましくは、水、または水素を含む別の水溶液である。溶質は、電荷を運ぶ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、非電気伝導性（非導電性）である。２つの導電片１３０および１３２は、部材１０６および１０８をそれぞれ支持することによって容器装置１２０の底部部材１０５の上方に保持される。導電片１３０は、供給電源１１０の負極１１２に接続される。したがって、導電片１３０は、カソードである。同様に、導電片１３２は、供給電源１１０の正極１１４に接続される。したがって、導電片１３２は、アノードである。中空の円筒管１２０は、容器装置１０２の頂部部材１０４に貫通して接続される。管１２０の底部は、外側に広げられ、管１２０の底部がカソード１３０の底部より下方であるが、容器装置１０２の底部部材１０５に接触しないような位置に置く。同様に、中空の円筒管１２２は、容器装置１０２の頂部部材１０４に貫通して接続される。管１２２の底部は、外側に広げられ、管１２２の底部がアノード１３２の底部より下方であるが、容器装置１０２の底部部材１０５に接触しないような位置に置く。最後に、変換器（ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）１４０は、容器装置１０２の一つの側面に接続される。ワイヤ１４２は、変換器１４０を供給電源１１０に接続する。
【００３３】
前述したように、供給電源１１０は、カソード１３０を負に帯電させ、アノード１３２を正に帯電させる。その結果、電流が、カソード１３０とアノード１３２の間に創出される。電流は、溶液１６０を電解し、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、容器装置１０２から水素を取り出し（矢印１５０によって示される）、水素燃料電池用の燃料を提供するまたはエンジンを直接駆動するなどのさらなる用途に投入される。同様に、管１２２は、容器装置１０２から酸素を取り出す（矢印１５５によって示される）。溶液１６０が電解され、構成成分のガスがシステム１００から取り除かれるのに応じて、追加の溶液を注入口１７０から加えることができる。
【００３４】
変換器１４０は、溶液１６０内に伝わってキャビテーションを引き起こす、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の化学結合を破壊するのに必要なエネルギーを低減する。結果として、キャビテーションの存在下で、所定の電圧でキャビテーションなしの場合より多い量の水素がカソード１３０に生成する。あるいは、キャビテーションの存在下で、キャビテーションなしの場合より低い電圧で同じ量の水素がカソード１３０に生成する。
【００３５】
水素生成システム１００は、持ち運び可能なように設計されている。一実施形態では、水素生成システム１００は、車のエンジンコンポーネントとして適合できるように、およその大きさが長さ８”×幅８”×高さ８”である。しかしながら、水素生成システム１００およびそのコンポーネントは、本発明の趣旨および範囲に影響を及ぼすことなく、より大きくもより小さくも変更できることは当業者には明白である。同様に、水素生成システム１００およびそのコンポーネントは、本発明の趣旨および範囲に影響を及ぼすことなく、多数の異なる形状にすることができることは当業者には明白である。図１は、容器装置１０２が溶液１６０内を通る音波１４４の伝達を最大にできるような形状である、本発明の一実施形態を示す。最後に、任意の数の変換器１４０を、容器装置１０２の多様な位置に置き、溶液１６０内でのキャビテーションの創出を最大にするために、音響エネルギー波１４４を生成するのに使用し得ることは当業者には明白である。
【００３６】
図２は、本発明の水素生成システム２００に関する別の実施形態の側面断面図である。水素生成システム２００は、溶液１６０を貯蔵できる電解セルの形状をした容器装置２０２からなる。容器装置１０２の側面は、好ましくは、非電気伝導性である。中空の円筒状の導電片２３０は、部材２３２を支持することによって容器装置２０２の底部部材２０７の上方に保持される。第２の導電部材２３４は、部材２０５を支持することによって容器装置２０２の底部部材２０７の上方に保持される。導電片２３０は、供給電源２１０の正極２１４に接続される。したがって、導電片２３０は、アノードである。同様に、導電片２３４は、供給電源２１０の負極２１２に接続される。したがって、導電片２３４は、カソードである。中空の円筒管２２０は、容器装置２０２の頂部部材２０６に貫通して接続される。管２２０の底部は、外側に広げられ、カソード２３４の一部分が管２２０内にあるような位置に置く。最後に、変換器２４０は、容器装置２０２の一つの側面に接続される。ワイヤ２４２は、変換器２４０を供給電源２１０に接続する。
【００３７】
供給電源２１０は、カソード２３４を負に帯電させ、アノード２３０を正に帯電させる。その結果、電流が、カソード２３４とアノード２３０の間に創出される。アノード２３０の円筒形状およびアノード２３０の軸に沿ったカソード２３４の位置は、カソード２３４およびアノード２３０によって生成する電場をうまく利用して、カソード２３４とアノード２３０の間の電流を最大にするのに役立つ。
【００３８】
前述したように、カソード２３４とアノード２３０の間に流れる電流は、溶液１６０を電解し、水素をカソード２３４の周囲に形成させ、酸素をアノード２３０の周囲に形成させる。管２５０は、容器装置２０２から水素を取り出し（矢印２５０によって示される）、さらなる使用に向けられる。図３を参照すると、円錐片３１０は、アノード２３０の頂部に置かれる。円錐片３１０は、容器装置２０２から酸素を取り出す（矢印３４０によって示される）。戻って図２を参照すると、溶液１６０が電解され、構成成分のガスがシステム１００から取り除かれるのに応じて、追加の溶液を注入口２８０から加えることができる。
【００３９】
水素生成システム２００は、変換器２４０が、溶液１６０内に伝わってキャビテーションを引き起こす音波２４４を生成するという点で、水素生成システム１００と同じである。このキャビテーションは、電気分解を介して溶液１６０の化学結合を破壊するのに必要なエネルギーを低減する。結果として、キャビテーションの存在下で、所定の電圧でキャビテーションなしの場合より多い量の水素がカソード２３４に生成する。あるいは、キャビテーションの存在下で、キャビテーションなしの場合より低い電圧で同じ量の水素がカソード２３４に生成する。
【００４０】
水素生成システム２００は、持ち運び可能なように設計されている。一実施形態では、水素生成システム２００は、車のエンジンコンポーネントとして適合できるように、およその大きさが長さ約８”×幅８”×高さ８”である。しかしながら、水素生成システム２００およびそのコンポーネントは、本発明の趣旨および範囲に影響を及ぼすことなく、より大きくもより小さくもできることは当業者には明白である。同様に、水素生成システム２００およびそのコンポーネントは、本発明の趣旨および範囲に影響を及ぼすことなく、多数の異なる形状にすることができることは当業者には明白である。図２は、容器装置２０２が溶液１６０内を通る音響エネルギー波２４４の伝達を最大にできるような形状である、本発明の一実施形態を示す。最後に、多数の変換器２４０を、容器装置２０２の多様な位置に置き、溶液１６０内でのキャビテーションの創出を最大にするために、音響エネルギー波２４４を生成するのに使用し得ることは当業者には明白である。
【００４１】
図４は、本発明の水素生成システム４００に関する別の実施形態の側面断面図である。水素生成システム４００は、溶液１６０を貯蔵できる電解セルの形状をした円筒形状の容器装置４０２からなる。容器装置４０２は、導電性の内壁４０３と非導電性の外壁４７０を備える。導電片４３０は、部材４０５を支持することによって容器装置４０２の底部部材４０７の上方に保持される。導電性の内壁４０３は、供給電源４１０の正極４１４に接続される。したがって、導電性の内壁４０３は、アノードである。導電片４３０は、供給電源４１０の負極４１２に接続される。したがって、導電片４３０は、カソードである。中空の円筒管４２０は、容器装置４０２の頂部部材４８０に貫通して接続される。管４２０の底部は、外側に広げられ、カソード４３０の一部分が管４２０内にあるような位置に置く。最後に、変換器４４０は、容器装置４０２の底部部材４０７に接続される。ワイヤ４４４は、変換器４４０を供給電源４１０に接続する。
【００４２】
供給電源４１０は、カソード４３０を負に帯電させ、アノード４０３を正に帯電させる。その結果、電流が、カソード４３０とアノード４０３の間に創出される。アノード４０３の円筒形状およびアノード４０３の軸に沿ったカソード４３０の位置は、カソード４３０およびアノード４０３によって生成する電場をうまく利用して、カソード４３０とアノード４０３の間の電流を最大にするのに役立つ。
【００４３】
前述したように、カソード４３０とアノード４０３の間に流れる電流は、溶液１６０を電解して、水素をカソード４３０の周囲に形成し、酸素をアノード４０３の周囲に形成する。管４２０は、容器装置４０２から水素を取り出し（矢印４５０によって示される）、さらなる使用に向ける。容器装置４０２の円錐形状の頂部部材４８０は、容器装置４０２から酸素を取り出す（矢印４５５によって示される）。溶液１６０が電解され、構成成分のガスがシステム４００から取り除かれるのに応じて、追加の溶液を注入口４９０から加えることができる。
【００４４】
水素生成システム４００は、変換器４４０が、溶液１６０内に伝わってキャビテーションを引き起こす、音響エネルギー波４４２を生成するという点で、水素生成システム１００および２００と同じである。このキャビテーションは、電気分解を介して溶液１６０の化学結合を破壊するのに必要なエネルギーを低減する。結果として、キャビテーションの存在下で、所定の電圧でキャビテーションなしの場合より多い量の水素がカソード４３０に生成する。あるいは、キャビテーションの存在下で、キャビテーションなしの場合より低い電圧で同じ量の水素がカソード４３０に生成する。
【００４５】
水素生成システム４００は、持ち運び可能なように設計されている。一実施形態では、水素生成システム４００は、車のエンジンコンポーネントとして適合できるように、およその大きさが長さ８”×幅８”×高さ８”である。しかしながら、水素生成システム４００およびそのコンポーネントは、本発明の趣旨および範囲に影響を及ぼすことなく、より大きくもより小さくもできることは当業者には明白である。同様に、水素生成システム４００およびそのコンポーネントは、本発明の趣旨および範囲に影響を及ぼすことなく、多数の異なる形状にすることができることは当業者には明白である。最後に、任意の数の変換器４４０を容器装置４０２に置き、溶液１６０内でのキャビテーションの創出を最大にするために、音波４４２を生成するのに使用し得ることは当業者には明白である。
【００４６】
水素生成システム１００、２００、および４００の説明全体を通して、円筒管、管１２０、２５０および４２０は、カソードの周囲に形成された水素を捕捉するのに使用され、水素をシステムの外に移動させる。管１２０、２５０および４５０は、水素を捕捉して移動させるための任意の手段によって置換できることは当業者には明白である。かかる手段として、限定されないが、管および類似の形状の導管、膜ろ過（ｍｅｍｂｒａｎｅ  ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ）、拡散蒸発（ｄｉｆｆｕｓｉｖｅ  ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ）、差圧、およびチャンネル式の溶液フローが挙げられる。
【００４７】
水素生成システム１００、２００、および４００の説明全体を通して、変換器１４０、２４０および４４０は、溶液１６０内にキャビテーションを引き起こす音響エネルギー波１４４、２４４および４４２を生成するのに使用される。変換器１４０、２４０および４４０は、キャビテーションを発生するための任意の手段によって置換できることは当業者には明白である。キャビテーションを創出するためのかかる手段として、限定されないが、音響の手段、機械的手段、水力学的手段、電磁的手段、およびイオン化放射の手段が挙げられる。
【００４８】
図１、２および４は、特定の音響手段によって、つまり、溶液１６０内に音響エネルギー波を通過させるための変換器を使用することによって、キャビテーションを生成する、本発明の実施形態を示す。しかしながら、他の音響手段を使用してもキャビテーションを生成することができる。かかる音響手段として、限定されないが、変換器、マイクロホンおよびスピーカーが挙げられることは当業者には理解されよう。
【００４９】
水素生成システム１００、２００および４００内にキャビテーションを引き起こす機械的手段の例として、限定されないが、容器装置１０２、２０２および４０２内に収容されたプロペラシステムが挙げられ、これは、プロペラがその軸で回転するときにキャビテーションを引き起こす。図５は、かかるプロペラシステムの断面図を示す。示されているように、プロペラブレード５２０は、プロペラシステム５１０の軸の周りに回転し、溶液１６０内にキャビテーションを引き起こす。プロペラシステム５１０は、電源１１０、２１０または４１０によって動力を供給することができる。他の機械的手段を使用してもキャビテーションを生成できることは当業者には理解されよう。かかる機械的手段として、限定されないが、プロペラシステム、ピストン、衝撃管および軽ガス銃が挙げられる。
【００５０】
水素生成システム１００、２００および４００内にキャビテーションを引き起こす水力学手段の例として、限定されないが、圧縮ガス、例えば圧縮空気を、容器装置１０２、２０２および４０２内に注入してキャビテーションを引き起こすことが挙げられる。図６は、かかる圧縮ガス注入システムの断面図を示す。示されているように、圧縮ガス注入システム６１０は、容器装置１０２、２０２または４０２に取付けられている。圧縮ガスは、圧縮機（示さず）から管６３０を通って圧縮ガス注入システム６１０まで移動する（矢印６４０によって示されている）。圧縮ガスは、管６２０内を流れ、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。一実施形態では、圧縮ガス注入システム６１０は、その膜を通っての圧縮ガスの移動は可能であるが、溶液１６０が圧縮空気システム６１０に入るのを防止する多孔質膜によって、溶液１６０から分離することができる。かかる膜の例は、ゴアテックスである。他の水力学手段を使用してもキャビテーションを生成できることは当業者には理解されよう。かかる水力学手段として、限定されないが、圧縮ガス注入システムおよび、質量を溶液１６０内に移行させずに溶液１６０内に運動量を移行できる任意の装置、例えば、衝撃板またはペイントシェーカーが挙げられる。
【００５１】
水素生成システム１００、２００および４００内にキャビテーションを引き起こす電磁手段の例として、限定されないが、溶液１６０内にキャビテーションを引き起こす衝撃波を生成するように、溶液１６０内を通過するように導かれたレーザービームが挙げられる。他の電磁手段を使用してもキャビテーションを生成できることは当業者には理解されよう。かかる電磁手段として、限定されないが、レーザービーム、Ｘ線、γ線、高速電子、電気アーク、磁気圧力、プラズマ発生装置、および任意の型の電子またはプロトン反応に由来する電磁放射が挙げられる。
【００５２】
最後に、水素生成システム１００、２００および４００内にキャビテーションを引き起こすイオン化放射手段の例として、限定されないが、高エネルギープロトンを溶液１６０内に通過させて、そのプロトンの周囲にキャビテーションを形成することが挙げられる。一般には、イオン化放射は、化学結合から電子を除去できる任意の放射である。したがって、かかるイオン化放射手段として、限定されないが、紫外放射よりエネルギーの大きいすべての電磁放射と、光子、プロトン、中性子、ならびに電荷のおよび非電荷の原子核などの高エネルギー粒子とが挙げられることが当業者には理解されよう。
【００５３】
水素生成システム１００、２００および４００、ならびにキャビテーションを引き起こす多様な手段の例についての記述全体を通して、キャビテーションは、溶液１６０内で発生すると云われている。溶液１６０「内」でキャビテーションを引き起こすとは、電解質領域でキャビテーションを引き起こすことを意味することは当業者には理解されよう。
【００５４】
図７は、本発明による水素の生成に影響を与える主たる因子の図である。溶液因子７１０は、溶液１６０に影響を与える主たる因子である。こうした溶液因子として、溶媒および溶質が挙げられる。前述したように、溶媒は、水または水素を含む別の水溶液である。溶質は、酸（ＨＩやＨＣｌなど）、塩基（ＮａＯＨ）、または塩（ＫＩやＮａＩなど）などの化合物であり、溶液の電気伝導度を最大にするために、溶媒の容積当たり特定の密度に保持されている。溶媒の化学結合を切断するのに必要なエネルギーを最小にするために、水素生成システム１００、２００または４００に応じて、溶液は、特定のｐＨを有し、特定の温度および圧力に保持されている。最後に、溶液は、特定のイオン状態および共有結合状態（化学ポテンシャル）を有する。
【００５５】
電力因子７２０は、カソード１３０、２３４および４３０、ならびにアノード１３２、２３０および４０３への電力の送達に影響を与える主たる因子である。電力因子７２０として、印加電圧、印加電流、および印加全電力が挙げられることは当業者には容易に明白である。さらには、水素生成システム１００、２００および４００は、単一のカソードおよび単一のアノードで示されてきたが、本発明の趣旨および範囲に影響を与えることなく、電圧／電流の印加点の数を増加できることは当業者には明白である。同様に、カソード１３０、２３４および４３０、ならびにアノード１３２、２３０および４０３の大きさおよび形状は、本発明の趣旨および範囲に影響を与えることなく、変更できることは当業者には明白である。最後に、供給電源１１０、２１０および４１０は、蓄電池、ソーラーパネルまたは燃料電池など任意の電力生成デバイスであってよいことは当業者には明白である。
【００５６】
材料組成物因子７３０は、水素生成システム１００、２００および４００の材料に影響を与える主たる因子である。カソード１３０、２３４および４３０、ならびにアノード１３２、２３０および４０３を含む材料は、電気伝導度を最大にするように選択される。かかる材料として、限定されないが、銅、白金、および限定されないが、ニオブ酸リチウムおよびタンタル酸リチウムを含む高次非線形結晶が挙げられる。
【００５７】
水素の生成を増進し触媒作用を及ぼすの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たる因子である。必要な電解入力エネルギーをΔＥ１からΔＥ２まで低減する非エネルギー的入力触媒因子として、限定されないが、（１）プロセス温度（ΔＥｃａｖ、ΔＥ２、種（ｓｐｅｃｉｅｓ）の部分モル濃度の関数として）、（２）容器特性（組成、形状）、（３）溶液特性（溶質／溶媒組成［種、濃度など］、ｐＨ、化学ポテンシャル、圧力、添加される触媒剤［担持触媒、希ガスなどのガスなど］）、（４）電極特性（組成［元素、同位体、化学的な］、形状、微視的表面［結晶面など］、巨視的表面［ホール、端面など］、および（５）印加電磁場の構造［エネルギーを与えられた、エネルギーを与えられていない］）が挙げられる。
【００５８】
表１を参照すると、キャビテーションの存在下でも、溶液１６０の電気分解を実施して水素を生成するのに必要なエネルギーは、水素を酸素と再結合する場合に生成するエネルギーより大であることを示すことを、一組の等式で説明される。したがって、本明細書に記載の教示は、永久エネルギーデバイスを対象としないことは当業者には明白である。正しくは、溶液１６０の電気分解から正味のエネルギー損失が生じるので、電気分解および触媒プロセスを推進するために、供給電源１１０、２１０および４１０によって表されるように、エネルギーをシステム１００、２００および４００内に導入する。
【表１】
2014520958.tif 000003
【００５９】
戻って図７を参照すると、電解入力エネルギーをΔＥ１からΔＥ２まで低減するエネルギー入力因子７５０として、限定されないが、（１）ΔＥｏｔｈｅｒ（温度の制御および測定、機械的、撹拌などに必要なエネルギー）、および（２）ΔＥｃａｖ（キャビテーション発生器（ｃａｖｉｔａｔｏｒ）の特性［大きさ、形状、組成］、構成［数、単位面積／容積当たりの密度など］、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）が挙げられる。上述したように、キャビテーション発生器は、キャビテーションを引き起こすことができる任意のデバイスであってよい。
【００６０】
有利には、一実施形態である水素生成システム４００において、以下の因子が本発明での水素生成を大きく増加させることを示した：（１）溶液１６０中のキャビテーションを最大にするための特定の音響スペクトルの使用；（２）溶液１６０の電気伝導性および化学ポテンシャルを最大にするための溶液１６０におけるヨウ化ナトリウムまたはヨウ化カリウムの使用；（３）キャビテーションの生成を電磁気的に増進し、それによって水素ガスの生成を最大にするために、希ガスが完全に溶液に溶解するように有効量の希ガスを溶液１６０内に溶解すること−本実施形態では、希ガスは、好ましくはアルゴンであり、溶液１６０に完全に溶解するための希ガスの有効量は、標準の温度および圧力で最大５パーセント（５％）である；（４）（ｉ）水素および酸素ガス生成物の機械的分離を最大にし、（ｉｉ）円筒状の電極の構成（これは、内部半径と外部半径の倍数比によって電場を最大にする）の使用によって電気分解の電場を最大にするために、水素生成システム４００に、導電性の内部壁４０３および導電性の内部片４３０を備える、電極の形状および構成；および（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隔離するように、非導電性の外部壁４７０内に収容された導電性の内部壁４０３を備える。
【００６１】
同様に、溶液１６０は、任意の温度および／または圧力に暴露されてもよく、溶液１６０は、密封容器または非密封容器いずれかの中に収容されてもよいことは当業者には明白であるが、一実施形態として水素システム４００においては、有利には、本明細書に記載の教示を使用する水素生成は、加圧されるのではなく、好ましくはほぼ標準の温度と圧力（ＳＴＰ）で、容器の密封を実施されることが示されている。
【００６２】
本発明の第４の実施形態は、図８〜１１に示される装置である。装置５００は、相互に直角に位置する２つの超音波変換器をさらに追加した、電解セルの全体構成およびコンポーネントを備えるものとして全体像が記載されている。この装置は、電気分解自体を実施するために使用されるのではなく、音響電気化学反応プロセスを創出するために使用されることを強調したい。したがって、このデバイスは、「音響電解セル」５００と呼ばれる。
【００６３】
図８に注目すると、音響電解セル５００は、有角透視図法で示される。運転において、音響電解セル５００は、電解質水溶液などの液体を保持するための容器の内部に配置される。しかしながら、明確にするために、容器は図面から除かれている。セルは、アノード支持板５２５上に取付けられた円筒状のアノード５２０、アノード５２０の内側に位置する円筒状のカソード５３０（図９〜１０で最もよく見える）、アノード支持板５２５の下に取付けられ、カソード５３０の軸に沿って伝達するように配向された超音波底部変換器５４０、および底部変換器５４０に対して角度９０度で取付けられた横型変換器５５０からなる。それぞれの変換器は、正のリード線および負のリード線それぞれに対して、一対の端子５４１ａおよび５４１ｂを有する。変換器を駆動するための電子機器、電極のための供給電源、または発生水素を除去するためのガス除去手段は、これらの図には示されていない。
【００６４】
支持する骨組は、４つの支持板５１０、５１２、５１４および５２５を備える。基礎の支持板５１０は、それを貫通して、連結棒（ｔｉｅ  ｒｏｄ）５２７やアノード５２０などの多様な構造的および機能的なコンポーネントを受けおよび／または支持するために、多様な穴を有する。下方のアノード支持板５２５は、アノード５２０の下端部を支持するのに役立つ、階段状のカットアウト５２６を有する。上部のアノード支持板５１２は、対向するナット５２８が締められ、それによって、上部および下部のアノード支持板５１２，５２５それぞれの間のスペースにアノードを固定する場合に、２つのアノード支持板５１２，５２５でアノードを「サンドイッチ」することを可能にする、類似のカットアウトを有する。スペーサ支持体５１３は、支持棒５２７に装着してデバイスに追加の構造的剛性を与える非導電性の管である。ガス収集管の支持板５１４は、第４の支持板であり、上部のアノード支持板の上方に位置する。そのガス収集管の支持板５１４は、ガス収集管５１５のためのカットアウトを有し、ガス収集管５１５は、底部変換器の筐体５４４の頂部からガス収集管アダプター（示さず）まで延伸している。ガス収集管５１５は、内部電極（カソード５３０）を囲み、アノードとカソードの内部直径の間に位置する。一実施形態では、管は、直径１”であってよく、別の実施形態では、それは２”である。ガス収集管５１５の機能は、カソード５３０の周囲の電解質容積中に発生する水素ガスを収集し、流体フローに同伴してまたは泡としてそのガスを上方に向かわせることであり、電極によって発生する電磁場に対して焦点効果も有することができる。支持板はまた、ノッチ５１６などの方向性の基準（ｏｒｉｅｎｔｉｎｇ  ｃｒｉｔｅｒｉａ）を有することもできる。板は、示されたように水平に向けても、または垂直に向けてもよい。この場合の板は、厚さ約１／４インチのＮＹＬＯＮ（登録商標）（ＤｕＰｏｎｔ、Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ、Ｄｅｌａｗａｒｅ）から作製されているが、いくらかの構造的剛性を維持できる限り、他の材料も同じく適している。４つの板は、やはりＮＹＬＯＮであり、ナット５２８を受けるように端部にねじが切られている４つの連結棒５２７によって、水平方向に保持されている。電力リード線（アノードリード線（示さず）およびカソードリード線５３２）も存在する。カソード電力は、負であるとして定義され、アノードは正である。底部および横型の変換器への電力は、対のリード線（この実施形態では示さず）を通じて加えられる。
【００６５】
図９および１０は、内部のカソードを見ることができるように部分的に透明な状態で、アノード５２０およびガス収集管５１５を示す。アノード５２０およびカソード５３０は、電気分解で通常使用される任意の適切な導電性金属から作製することができる。円筒状のアノード５２０は、ＯＤ５．４ｃｍ×ＩＤ５．１ｃｍ、および高さ６ｃｍの寸法を有する個体銅の管、すなわちＧｒａｉｎｇｅｒ、Ｃｏｐｐｅｒ  ｓｔｒｅａｍｌｉｎｅ  ｔｕｂｅ、Ｆｕｌｔｏｎ、ＭＳ型ＭＮＳＥ／ＡＮＳＩ、６１−Ｇから作製された。カソード５３０は、２つの部分、すなわち、中心の１４ゲージの銅ワイヤ（ＯＤ２ｍｍ）、ＯＤ約２ｍｍ、ＩＤ約２ｍｍ、高さ約６ｃｍ、および純度９９．９％の銅メッシュ、厚さ０．０１０、Ｓｔｏｃｋ番号６０９５、Ｋ＆Ｓ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ、Ｃｈｉｃａｇｏ、ＩＬの、銅ワイヤ上を滑らかに動く、円筒状の固体銅のメッシュ５３３である。カソードの形状は、内側のカソードの外径と比較した外側のアノードの内径に照らして測定した場合に、アノードに対しておよび内側で固定直径比が約１：２５である、同心円筒の形状である。カソードは、アノード体積の軸に沿って同心円状に置かれた。銅ワイヤは、Ｈｏｍｅ  Ｄｅｐｏｔから購入され、純度９９．９％の銅ワイヤ−１４ゲージ、６００ボルト、ＶＷ−１級、出荷番号ＹＭ−６８０，５９０である。
【００６６】
図１１は、横型変換器５５０の支持方法を示す。横型変換器の筐体（ｈｏｕｓｉｎｇ）キャップ５５３は、横型変換器５５０を覆い、それと直接接触する。メッシュ５５１は、端子５４１ａ、ｂを差し込めるようになっている。メッシュ５５１は、横型変換器の支持板５５５に接着されている。キャップ５５３は、板５５５に同様に固定され、それによって、横型変換器５５０が収容され、垂直式で支持され、アノード５２０の側面に直接向かうようになっている。底部変換器５４０は、底部変換器の筐体の基礎５４６および底部変換器の筐体キャップ５４４内に収容されている。これらは両方とも、相互に受け入れるようにねじが切られている。分割リング５４３およびメッシュ５４５は、変換器５４０を支持している。底部変換器の筐体キャップ５４４の頂部は、底部変換器の筐体の基礎５４６がねじ止めされた場合、それが部材すべてをぴったり保持するように、下部のアノード支持板５２５の底部に固定される。
【００６７】
ＤＣ供給電源（３０ボルト／３アンペア）（３チャネルのプログラム可能なＢＫ  Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ  Ｍｏｄｅｌ  ９０３）は、音響電解プロセスに動力を供給するのに使用された。周波数発生器は、変換器を駆動する。
【００６８】
添付の水素生成データを作製するのに使用した電解質は、クエン酸、ＮａＣｌおよびＮａＩの水溶液であった。１２１．７３１ｇのＮａＣｌ（ＡＣＳ級試薬、Ａｑｕａ  Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ、Ｄｅｅｒ  Ｐａｒｋ、ＴＸ、カタログ番号Ｓ２６７５−２ＫＧ）を、逆浸透法によって精製した水２リットルに溶解した。次に、２０．５６０ｇのＡＣＳ級のクエン酸（ＡＣＲＯＳ、カタログ番号４２３５６−００２０）を、同じ溶液に溶解した。次いで、３．５４ｍｇの試薬級のＮａＩ（ＭＰ  Ｂｉｏｍｅｄｉｃａｌｓ、Ｓｏｌｏｎ、Ｏｈｉｏ、カタログ番号１９３９７９）を、その電解質溶液に溶解した。他の溶解ガスを十分置換するために、溶液内をアルゴンでバブリングした。
【００６９】
以下の電気分解プロトコルにしたがって、水素を生成した。別段の指示のない限り、記載のポテンシャルはすべて直流（ＤＣ）である。第１に、電解質溶液を「帯電」させたまたは電位をかけた。プライミング（ｐｒｉｍｉｎｇ）または帯電は、溶液に電位を印加するプロセスであり、溶液は、反応全行程にわたっておよび反応完結後も、帯電の一部を保持する。溶液は、複素誘電関数εを有し、したがって、抵抗容量ネットワーク（ｒｅｓｉｓｔｉｖｅ  ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ  ｎｅｔｗｏｒｋ）に類似した機能を示すものと現在理解されている。この帯電ステップは、水素生成を誘導するすべての方法で必要である。溶液に電位をかけると、電気分解の開始時に通常伴う遅延を緩和する。分子レベルで、これは、イオンチャネルに「フロー」を開始し、電子交換を促進させる。溶液に電位をかけるための最初のランニングは、比較的単純である。装置中の電解質は、電流１．５アンペアに設定され、電圧は２０Ｖに設定された。電流が設定値１．５アンペアに接近すると、電圧が６〜８ボルトになることが観察された。溶液を約５分間こうした値で保持し、次いで、印加電力を切断した。この具体的な手順を少なくとも１回、場合により２回実施した。この時点で、溶液は、帯電された（電位状態にある）とみなされた。
【００７０】
正の電力リード線をアノードに接続し、負のリード線をカソードに接続した。変換器を機能／周波数発生器（キャビテーションを使用する場合）に接続した。供給電源を頂上電圧２０Ｖで変動するように設定し、アンペアを固定値（２５０ｍＡ〜２．０Ａの範囲である）に設定した。任意の適切な機能発生器を使用して変換器を駆動することができるが、好ましい発生器として、ＰＲＯＴＥＫ  Ｂ８０１２またはＱＵＡＫＫＯ  ５０００デジタル信号発生器が挙げられる。変換器を３．３Ｖに設定し、約１０〜２０ｍＡを取り出した。周波数は、横型／水平型変換器を３８．２４８ｋＨｚ、底部変換器を７６ｋＨｚに設定した。横型変換器５５０は、セルの中心から２．６ｃｍに位置し、底部変換器５４０は、変換器の面から測定して中心から５．２ｃｍに位置した。両方の変換器をセルの中心の方へ向けた。したがって、セルの中心領域は、本装置５００では「反応ゾーン」とみなされる。本発明で使用された変換器は、Ｐｉｚｅｏ  Ａｉｒ  Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ、Ｐａｒｔ  Ｎｏ．ＳＭＵＴＦ４０ＴＲ１８Ａ、Ｓｔｅｍｉｎｃ（Ｓｔｅｉｎｅｒ＆Ｍａｒｔｉｎｓ、Ｉｎｃ．）、Ｍｉａｍｉ、ＦＬであった。水素は、添付のグラフ（図１２）で示される量で生成された。
【００７１】
純水（Ｈ２Ｏ）の電気分解は、Ｈ＋イオンがカソードまで流動し、還元反応で電子と合わさって水素ガスを生成する場合に行われる。同様に、水酸化物イオン（ＯＨ−）はアノードまで流動し、酸化反応で電子およびＨ＋イオンを放出して酸素ガスを生成する。著しく多い電荷（より大きい電荷密度）を運ぶことができる電解質を創出するためにＮａＣｌを添加する場合、反応はシフトする。ＮａＣｌ水溶液の標準的な電気分解反応によって、水分子がカソードでＯＨ−および水素ガス（Ｈ２）に還元され、塩化物アニオンもアノードで塩素ガスまで酸化される。最終的には、着実により塩基性のＮａＯＨ溶液となり、Ｈ２ガスが発生する。しかしながら、本システムの実施形態は、通常の運転条件下での塩素ガスの発生は示さない。
【００７２】
音響化学の分野において、液体のＨ２Ｏに伝達された長音波エネルギーがキャビテーションを創出することは確立されている（Ｍａｓｏｎ、Ｓｏｎｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ２〜４（１９９９））。水のキャビテーションによって、Ｈ２Ｏが分解されてとりわけＨ＊およびＯＨ＊ラジカルになり、続いてＨ＊ラジカルは再結合してＨ２ガスを形成する（同書、頁１６〜１７）。
【００７３】
本発明の実施形態は、水性溶媒と、前記溶媒中に溶解した少なくとも１種の無機塩と、少なくとも１種の有機酸またはその塩とを含む電解質組成物を対象とするものであって、前記少なくとも１種の酸は、前記水性溶媒中に実質的に可溶であり、キャビテーションを利用した電解燃焼をサポートするのに十分な濃度で存在する。
【００７４】
本発明の電解質組成物では、クエン酸（Ｃ６Ｈ８Ｏ７）を水系ＮａＣｌ電解質に加えて、０．１Ｍ溶液を生成する。電気分解とキャビテーションの両方を実施すると、水素および二酸化炭素ガスが、比較的純粋の量で発生した。一酸化炭素も他の望ましくない副生物も検出されなかった。発明者らは、全体の反応化学を説明する一つの可能な式は以下のもの、すなわち、
Ｃ６Ｈ８Ｏ７+５Ｈ２Ｏ→９Ｈ２+６ＣＯ２
であると現在考えている。これは、回収された得られたガス状の生成物中のガスの比を測定することによって実験的に決定された。ガス分析は、Ｒｏｗｌａｎｄ／Ｂｌａｋｅ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  Ｇｒｏｕｐ、Ｄｅｐｔ．ｏｆＣｈｅｍｉｓｔｒｙ、Ｕ．Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ／Ｉｒｖｉｎｅによって実施され、本明細書で開示された実施形態の装置で、クエン酸系電解質から発生したガスの合わせたガス試料のＨ２／ＣＯ２比が、７．７６であることが示された。ガスは、本発明のクエン酸系電解質を音響電解プロセスにかけた１〜２時間のランニング中に、上記の第４の実施形態の実験用ガス連結管（ｍａｎｉｆｏｌｄ）システムから採取された、４種の別個のサンプリング物を合わせたものであった。このセルが単一の底部変換器を備え、ガス収集管を備えていないという点で、第４の実施形態とわずかに相違していた。すべての他のコンポーネントおよび運転基準は、実質的に、同一である。
【００７５】
化学経路は、ラジカル開始に近似しており、酸化（アノードにおけるＣＯ２の生成）と還元（カソードにおける水素ガスの生成）の両方が恐らくは別の経路で行われることを示している。水素が高温環境で発生するという条件下では、クエン酸のアルカン成分の熱分解が行われているといういくらかの可能性も存在する。しかしながら、他の機構も可能であり、本発明の実施形態は、究極的には科学的に正しい機構であると証明される任意の特定の機構に依存するものではない。本発明者らは、本プロセスを「キャビテーションを利用した電解燃焼」と呼ぶ。
【００７６】
電解質組成物の水性溶媒は、重量／容積基準で少なくとも約５０％の電解質を含む。電解質の水分子は、キャビテーションの効果下でラジカル種に解離し、こうしたラジカルは、有機酸の水素および二酸化炭素への転換における触媒効果を有するので、キャビテーションを利用した電解燃焼をする水の濃度は、少なくとも５０％であると考えられる。つまり、水の割合は、少なくとも約半分、より好ましくは少なくとも約６０％、最も好ましくは少なくとも約７０％である。水の濃度の好ましい範囲は、重量／容積基準で前記電解質の約５０％〜約９５％である。
【００７７】
本発明の実施形態は、水性溶媒に溶解した希ガスを含むことができる。例えば、アルゴンなどの一定量の希ガスは、本発明の運転において有利である場合があると考えられる。アルゴンは、「スパージング（ｓｐａｒｇｉｎｇ）」として公知であるプロセス、すなわち、使用前に電解質溶液中にアルゴンをバブリングすることによって、電解質中に溶解する。スパージングは、空気中に存在する酸素、二酸化炭素、窒素などの他のガスを排除するという効果を有する。スパージングは、アルゴンをバブリングする前の電解質に真空をかけることによって脱ガスするステップを含む。これは、最初にすべての溶解ガスの分圧を低減することによって、アルゴンによる空気の置換を加速するという効果を有する。次いで、アルゴンのバブリングは、より重い不活性アルゴンで液体を飽和する。他の希ガスも置換することができ、ヘリウム、ネオン、クリプトンなどの他の希ガスが周知である。溶液の飽和は、通常、マルチバブルフリットを用いた約３０分間のバブリング後に達成される。スパージングプロセスは、大部分の溶解した空気をアルゴンで置換する際に有効であるが、アルゴンにおける飽和は、重量／容積基準で約５％で到達すると考えられる。
【００７８】
本発明の実施形態は、塩化ナトリウム、ヨウ化ナトリウムなどの無機塩、または水溶液中に電荷を伝導できる別の他の無機塩を含むことができる。塩は、カチオン（正に帯電したイオン種）およびアニオン（負に帯電したイオン種）を含む。好ましいカチオンは、ナトリウム、リチウムおよびカリウムからなる群から選択される。本発明で有用であるナトリウムカチオンの実施形態は、塩化ナトリウム（食卓塩）およびヨウ化ナトリウムである。リチウムの実施形態として、塩化リチウムおよびヨウ化リチウムが挙げられる。カリウムの実施形態として、ヨウ化カリウムおよび塩化カリウムが挙げられる。塩の議論を参照して上記されたように、アニオンもまた、電解質にとって必要である。好ましいアニオンとして、限定されないが、フッ化物、塩化物、臭化物およびヨウ化物からなる群から選択されるアニオンが挙げられる。
【００７９】
本発明の実施形態はまた、約１％〜約１０％の重量／容積濃度で電解質中に存在する少なくとも１種の有機酸を含む。定義によって、カルボン酸は、少なくとも一つのカルボキシル（ＣＯＯＨ）部分を含むが、多価カルボン酸も周知であり、クエン酸、三カルボン酸が含まれる。他の例示的な多価カルボン酸として、フマル酸（２）、リンゴ酸（２）、マロン酸（２）およびタルトロン酸（２）が挙げられる。本発明の実施形態はまた、電解質溶液に実質的に可溶である少なくとも１種の有機酸を含む。「実質的に可溶である」とは、標準圧力および標準温度での水への酸の溶解度が、キャビテーションを利用した電解燃焼プロセスにおいて水素を発生するのに十分であることを意味する。少なくとも１種の有機酸の好ましい溶解度の下限範囲は、前記電解質溶液中に少なくとも１０重量％可溶であることである。より好ましい範囲は、約１０重量％〜約９０重量％可溶であることである。低分子量の有機酸、特に、Ｃ１〜Ｃ８の炭素主鎖を有するものが、水への優れた溶解度を有すると思われる。
【００８０】
本発明の実施形態は、限定されないが、以下の群：酢酸、クエン酸、ギ酸、リンゴ酸、マロン酸、マンデル酸、マレイン酸、イソ-クエン酸、フマル酸、乳酸、グリコール酸、グリセリン酸、ヘキサン酸、ヘプタン酸、オクタン酸、ペンタン酸、ノナン酸、プロパン酸、３−ヒドロキシプロパン酸および２−ヒドロキシプロパン二酸から選択される１種または複数の有機酸を含むことができる。このリストは、例示のみを目的とするものであり、本発明を限定するものとみなすべきでない。α−およびβ−ヒドロキシ酸類など、実質的に水に可溶性である他の有機酸も、本発明の範囲内にある。
【００８１】
本発明の一実施形態は、クエン酸を含み、クエン酸は、約０．０５Ｍ〜約５．０Ｍの電解質中の濃度を有する。特に好ましい濃度は、約０．１Ｍである。好ましいクエン酸系電解質は、約０．１Ｍのクエン酸、約０．５〜５重量％のＮａＣｌ、および微量のＮａＩを含む。別の好ましい実施形態は、キャビテーションを利用した電解燃焼を促進するのに十分なアルゴンで電解質を飽和するステップを含む。
【００８２】
本明細書の電解質の発明の他の実施形態は、少なくとも１種の有機酸が、構造式：
ＣｎＨ２ｎ＋１−ＣＯＯＲ
を有し、式中、Ｒは、個別にＨまたは任意のアルカリ土類金属のいずれかであってよく、ｎは２〜８である、電解質組成物を含む。
【００８３】
本明細書の電解質の発明の他の実施形態は、少なくとも１種の有機酸が、構造式：
ＲＯＯＣ−ＣｎＨ２ｎ−ＣＯＯＲ
を有し、式中、Ｒは、Ｈまたは任意のアルカリ土類金属のいずれかであってよく、ｎは２〜８である、電解質組成物を含む。
【００８４】
本明細書の電解質の発明の他の実施形態は、少なくとも１種の有機酸が、構造式：
ＲＯＯＣ−（ＣＨＲ２）ｎ−Ｃ（Ｒ２）２−（ＣＨＲ２）ｎ−ＣＯＯＲ
を有し、式中、Ｒは、Ｈまたは任意のアルカリ土類金属のいずれかであってよく、Ｒ２は、Ｈ、ＯＨまたはＣＯＯＲであってよく、ｎは１〜３であってよい、請求項１の電解質組成物を含む。
【００８５】
本明細書の電解質の発明の他の実施形態は、少なくとも１種の有機酸が、水に実質的に可溶なα−ヒドロキシ酸またはβ−ヒドロキシ酸である、電解質組成物を含む。α−ヒドロキシ酸の例として、限定されないが、グリコール酸、乳酸、２−ヒドロキシイソ酪酸、２−ヒドロキシ−２−フェニルプロピオン酸、マンデル酸、２−ヒドロキシ−３、３−ジメチル−４−ブチロラクトンおよび４−メチルチオ酪酸が挙げられる。本発明で有用であるβ−ヒドロキシ酸の非包括的リストには、３−ヒドロキシヘキサン酸、３−ヒドロキシオクタン酸、３−ヒドロキシデカン酸、３−ヒドロキシドデカン酸、３−ヒドロキシカプリル酸、サリチル酸、３−ヒドロキシブタン酸、３−ヒドロキシペンタン酸、３−ヒドロキシプロピオン酸およびそれらの混合物が含まれる。
【００８６】
本発明の実施形態は、クエン酸を含むおよびクエン酸に加えての追加の試験化学種を対象とする。以下の表のデータに対する試験プロトコルは、以下の通りである。
【実施例】
【００８７】
プロトコル：多様なカルボン酸のガス生成の調査。
この組の実験の目的は、クエン酸で実現された値と比較して、４種のカルボン酸および／またはそのナトリウム塩の水素ガス生成能力を確立することである。
【００８８】
方法：
この組の実験では、わずか２種の変数は、ＬＳＦのそれぞれのアリコート（ａｌｉｑｕｏｔ）に添加されたカルボン酸の型および量であった。塩化ナトリウムおよびヨウ化ナトリウムの量は一定のままであった。塩の全体の濃度（ｃｏｎｓｉｓｔｅｎｃｙ）を保証するために、これらの試験では、５ガロン（１８．９Ｌ）のＤＩＨ２Ｏあたり１１５２ｇの塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）からなる塩水溶液のマスターバッチを使用した。このバッチからアリコートを採取し、特定量のカルボン酸を添加してそれぞれのアリコートを濃度０．１Ｍおよび１．０Ｍにそれぞれ達するものとした。それぞれの酸濃度で、このプロトコルあたりの水素ガスを発生する能力を試験した。この結果を、クエン酸、酢酸、プロパン酸およびマロン酸について、図１０〜１３に示す。
【００８９】
５ガロン（１８．９Ｌ）バッチ塩溶液の調製：
５ガロン（１８．９Ｌ）のｄｉ−Ｈ２Ｏを、５ガロン（１８．９Ｌ）のＳａｍｓｏｎ  Ｓｔａｃｋａｂｌｅ  ＡＰＩ  ＨＤＰＥ  Ｋｉｒｋ容器に入れて、計量した。１１５２ｇのＡＣＳ試薬級のＮａＣｌ（ＣＡＳ＃７６４７−１４−５）を、Ａ＆Ｄ  Ｅｘ−３００Ａ電子秤上に置かれた円形パイレックス（登録商標）時計皿内に入れて秤量し、同様に、３．３７ｇのＡＣＳ試薬級のＮａＩ（ＣＡＳ＃７６８１−８２−５）を、Ｓａｕｔｅｒ  ＲＥ  １６１４電子秤上に置かれた円形パイレックス時計皿内に入れて秤量した。いったん秤量した両方の塩を、５ガロン（１８．９Ｌ）容器に添加した。このバッチ溶液を静かに撹拌した。
【００９０】
水素抽出器のランニング：
本明細書で使用される音響電解セル（別名「抽出器」）は、以下の特定の設定または条件にしたがって運転される、第４の実施形態に記載の抽出器と同様である。これらの試験濃度における溶液のそれぞれのアリコートを、抽出器のタンクに添加した。抽出器への電気入力は、頂上電圧３０Ｖで設定電流（ｉｓｅｔ）５００ｍＡであり、ＢＫ  Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ  １９０１  Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ  Ｍｏｄｅ  Ｐｏｗｅｒ  Ｓｕｐｐｌｙ  １−３０  ＶＤＣ／３０Ａ供給電源によって供給した。音響入力を、図８に示され、第４の実施形態に記載された、一対の変換器によって供給した。横型変換器は、３８．２４８ｋＨｚを生成し、底部変換器は７６ｋＨｚを生成した。両方の変換器を、２０ｍＨｚ  １００ＭＳ  ａ／ｓ  Ｒｉｇｏｌ  ＤＧ１０２２  Ｄｕａｌ  Ｃｈａｎｎｅｌ  Ｆｕｎｃｔｉｏｎ／Ａｒｂｉｔｒａｒｙ  Ｗａｖｅｆｏｒｍ  Ｇｅｎｅｒａｔｏｒに接続した。Ｐａｒｋｅｒ  １２Ｖ  Ｔ１−１ＨＤ−１２−１ダイアフラムポンプによってＰａｌｌ  ＰＴＦ０４５ＬＨＯＰ−ＳＡＭＰ膜をフィットさせた収集連結管を通って、出力（水素および二酸化炭素ガス）を引き出した。Ｐａｒｋｅｒポンプを、Ｐｏｗｅｒ  Ｄｅｓｉｇｎ，Ｉｎｃ．Ｍｏｄｅｌ  ６０５０  Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ供給電源によって動力供給した。それぞれのランニングの継続は５分であり、それぞれのランニング中に以下のデータを毎分１分間に１回採取した。つまり、Ｆｌｕｋｅ  ８８４５Ａ  ６  １／２  Ｄｉｇｉｔ  Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｍｅｔｅｒから電流（ｉｏｂｓ）および電圧（ｖｏｂｓ）を観測し、生成する水素の流速を、Ａｌｉｃａｔ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ  Ｍ−１０ＳＬＰＭ−Ｄ１５Ｍ  Ｈ２目盛付流量計を用いて１分当たりの標準リットル（ＳＬＰＭ）で測定した。バックグランドの空気漏洩量を、一連の４種の対照ランニングで近似し、これは図１０に示すグラフに表れている。２０１１年６月２７日出願の米国特許出願整理番号１３／１７０，１１５には、これらのランニングを実施できる追加の音響電気化学装置を記載しており、参照により本明細書にその全体が組み込まれる。
【００９１】
以下の有機酸−電解質溶液を、本明細書に記載の装置で水素に転換される能力を試験した。
【００９２】
溶液＃１−クエン酸：
１９．２ｇのＡＣＳ試薬級のクエン酸（ＣＡＳ＃７７−９２−９）を、Ａ＆Ｄ  Ｅｘ−３００Ａ電子秤上に置かれた円形パイレックス時計皿内に入れて秤量し、バッチ塩溶液のアリコート１Ｌに添加して０．１Ｍ溶液に達するものとした。０．１溶液を水素抽出器内に入れ、上記の第４の実施形態に記載の全般的な運転プロトコルにしたがってランニングした。最初のランニング後、追加のクエン酸１７２．８ｇを０．１Ｍ溶液に添加して、１．０Ｍ溶液に達するものとし、第２のランニングのために水素抽出器内に入れた。ランニング終了後に、溶液を廃棄した。結果を図１０に示す。下方の線は、平均ＤＩ水のランニングである。それは空気漏洩量に近似する。平均ＳＬＰＭ（１分当たりの標準リットル）ｄｏｅ  ＤＩ水は、２．４７＋／−０．３６であった。２．８３より大きいいかなる結果もガス発生の証拠であるとみなした。クエン酸においては、０．１Ｍおよび１．０Ｍに対する平均ＳＬＰＭがそれぞれ３．２８および３．２３であった。
【００９３】
溶液＃２−酢酸：
以下を除いて、クエン酸でのランニングと同じ一般的な手順を、残りのランニングについて反復した。６．０ｇのＡＣＳ級９９．７＋％の氷酢酸を使用して、０．１Ｍ溶液を作製した。溶液を水素抽出器内に入れ、ランニングした。最初のランニング後、追加の酢酸５４ｇを０．１Ｍ溶液に添加して、１．０Ｍ溶液に達するものとし、第２のランニングのために水素抽出器内に入れた。結果を図１１に示す。酢酸においては、ＳＬＰＭが３．８８／３．５６であった。
【００９４】
溶液＃３−プロパン酸：
以下を除いて、クエン酸でのランニングの場合と同じ一般的な手順を反復した。７．４ｇのＡＣＳ級９９＋％のプロパン酸を使用して、０．１Ｍ溶液に達するものとした。最初のランニング後、追加のプロパン酸６６．６gを０．１Ｍ溶液に添加して、１．０Ｍ溶液に達するものとした。結果を図１２に示す。プロパン酸においては、ＳＬＰＭが４．１２／３．６５であった。
【００９５】
溶液＃４−マロン酸：
以下を除いて、クエン酸でのランニングの場合と同じ一般的な手順を反復した。１０．４ｇのＡＣＳ級９９．５＋％のマロン酸を使用して、０．１Ｍ溶液に達するものとした。追加のマロン酸９３．６gを０．１Ｍ溶液に添加して、１．０Ｍ溶液に達するものとした。結果を図１３に示す。マロン酸においては、ＳＬＰＭが５．５８／５．３０であった。
【００９６】
マロン酸は、本明細書に記載の限定された試験条件下で、最良の水素の発生器であるように思われる。酸塩であるプロパン酸ナトリウム、ブタン酸ナトリウムおよびオクタン酸ナトリウムを抽出器でランニングしたが、ランニングが開始された後に直ちに有毒に思われるガスが発生したために、データを全く収集しなかった。
【００９７】
本発明の実施形態はまた、水および炭化水素原料から水素ガスを生成させる方法であって、高温の電子リッチな水性環境を提供し、それによって水を解離させて原料と反応させ、炭化水素を水素ガスおよび二酸化炭素に転換するステップを含む方法を対象とする。炭化水素原料は、１種または複数の有機酸で、組み合わせても単独であってもよく、またはアルコールなど、容易に解離可能な水素原子を有する他の水溶性有機種を含んでもよい。
【００９８】
本発明の実施形態はまた、水および炭化水素原料から水素ガスを生成させる方法であって、内部でキャビテーションを創出するステップと、炭化水素原料を含む電解質水溶液に外部電子源を供給するステップとを含み、それによって水素ガスおよび二酸化炭素を生成する方法を対象とする。本明細書で開示のように、多様な実施形態で示したように、電解質溶液に直接投入された音響変換器を使用してキャビテーションを発生する。やはり多様な実施形態にしたがって、多様な電圧および電流設定で、電解質中に浸漬した一対の同心円状電極を介して外部電子源を供給する。
【００９９】
さらには、本明細書に記載の教示および実施形態は、水素ガスの出力を最大にする一方、エネルギーの入力を最小にすることに焦点を当てていることは自明である。全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。したがって、生成された水素ガスの同じ所定の量（またはより多い）に対するより少ない電圧入力の要求は、より少ないエネルギー入力を要求し、したがってより少ない入力電力を要求することは自明である。より少ない入力電力を要求することの結果として、入力−出力の熱力学的な差が最小になり、結果として、入力電力のより多い割合を、太陽電池、再充電蓄電池などのエネルギー源によって発生することができ、したがって、全体の効率および生成した水素量を最大にする。
【０１００】
本発明の特定の実施形態が開示されたが、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、この特定の実施形態に変化を与えることが可能であることは当業者には理解されよう。同様に、本発明の趣旨および範囲に影響を与えることなく、本明細書の教示は、そのサイズを拡大縮小して水素生成を増加または減少させることが可能であることは当業者には理解されよう。したがって、本発明の範囲は、特定の実施形態に限定されず、添付の特許請求の範囲は、本発明の範囲内でいかなるおよびすべてのかかる施用形態、修飾形態および実施形態を包含することが意図される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図１１】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【国際調査報告】
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