(57)【要約】  本発明は、海水ら水素を抽出するためのシステムに関し、前記システムは、円筒状壁部により画成された中空のチャンバと、前記チャンバ内に、前記壁部に平行に配置された円柱状部材と、導電性の原材料を前記チャンバを通して再循環させるための機構と、正のリアクタンス回路を介して前記チャンバ壁に接続されてアノードを形成する正端子、及び、負のリアクタンス回路を介して前記円柱状部材に接続されてカソードを形成する負端子を有する電源であって、デューティサイクルのオン部にわたって入力パルスＤＣ電圧を供給する電源と、前記正のリアクタンス回路及び負のリアクタンス回路に接続されたオフサイクルのチャンバの戻り負荷回路と、を備え、前記リアクタンス回路及び前記オフサイクルのチャンバの戻り負荷回路が、前記デューティサイクルのオフ部中に、前記チャンバから戻ってきた電圧、すなわち、前記チャンバにおける、前記円柱状部材上で表面反応しない電気化学反応から生じた戻り電圧を処理し、且つ、前記処理された電圧を前記チャンバに戻し、前記チャンバが水素ガスを放出する。【選択図】図１
2018505306.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性流体から水素を抽出するためのシステムであって、
円筒状壁部により画成された中空のチャンバと、
前記チャンバ内に、前記壁部に平行に配置された円柱状部材と、
導電性の原材料を前記チャンバに供給するための機構と、
前記導電性原材料を、前記チャンバを通して再循環させるための第２の機構と、
正のリアクタンス回路を介して前記チャンバ壁に接続されてアノードを形成する正端子、及び、負のリアクタンス回路を介して前記円柱状部材に接続されてカソードを形成する負端子を有する電源であって、デューティサイクルのオン部にわたって入力パルスＤＣ電圧を供給する電源と、
前記正のリアクタンス回路及び負のリアクタンス回路に接続されたオフサイクルのチャンバの戻り負荷回路と、を備え、前記リアクタンス回路及び前記オフサイクルのチャンバの戻り負荷回路が、
前記デューティサイクルのオフ部中に、前記チャンバから戻ってきた電圧、すなわち、前記チャンバにおける、前記円柱状部材上で表面反応しない電気化学反応から生じた戻り電圧を処理し、且つ、
前記処理された電圧を前記チャンバに戻し、前記チャンバが水素ガスを放出する、前記システム。
【請求項２】
前記原材料が海水である、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記円柱状部材がタングステンから形成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記壁部がグラファイトから形成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記チャンバの半径の、前記円柱状部材の半径に対する比率が２５：１である、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記チャンバの直径が２５ｍｍである、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記円柱状部材の直径が１ｍｍである、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記壁部の高さが５０ｍｍである、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記チャンバがブロックグラファイトから形成され、前記ブロックが複数のチャンバを含み、各チャンバがそれぞれの円柱状タングステンロッドを有する、請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記アノードの内面のみが前記原材料と連通している、請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
さらに、前記システム内の活動を監視するための複数のセンサを備えた、請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
導電性流体から水素を抽出する方法であって、
導電性の原材料を、円筒状壁部により形成された中空のチャンバに供給するステップを含み、当該チャンバが、当該チャンバ内部に前記壁部に平行に配置された円柱状部材を含み、前記方法が、さらに、
電源の正端子を、正のリアクタンス回路を介して前記チャンバ壁に接続してアノードを形成するステップと、
前記電源の負端子を、負のリアクタンス回路を介して前記円柱状部材に接続してカソードを形成するステップと、
前記リアクタンス回路をオフサイクルのチャンバの戻り負荷回路に接続するステップと、
デューティサイクルのオン部中に、入力パルスＤＣ電圧を前記アノード及び前記カソードに印加するステップと、
前記導電性原材料から水素ガスを抽出するステップと、を含み、前記リアクタンス回路及びオフサイクルのチャンバの戻り負荷回路が、
前記デューティサイクルのオフ部中に、前記チャンバから戻ってきた電圧、すなわち、前記チャンバにおける、前記円柱状部材上で表面反応しない電気化学反応から生じた戻り電圧を処理し、且つ、
前記処理された電圧を前記チャンバに戻す、前記方法。
【請求項１３】
前記原材料が海水である、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記アノード及びカソードが円筒状及び円柱状であり、前記円柱状カソードが前記円筒状アノード内に対称的に配置されている、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記アノードの半径に対する前記カソードの半径の比が１：２５である、請求項１２に記載の方法。
【請求項１６】
さらに、前記アノードをグラファイトから形成し、且つ、前記カソードをタングステンから形成するステップを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１７】
前記円筒状アノードが円筒状の内面、及び、円筒状の外面を有し、前記アノードの前記円筒状内面のみが前記原材料と連通する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１８】
前記デューティサイクルのオン部が前記デューティサイクルの１３％未満である、請求項１２に記載の方法。
【請求項１９】
さらに、前記流体を前記チャンバを通して再循環させるステップを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項２０】
導電性流体から水素を抽出するためのコンピュータ可読プログラムモジュールを備えたコンピュータプログラムであって、当該プログラムが、水素抽出システムに接続されたコンピュータ上で実行されると、コンピュータに、
円筒状壁部により形成された中空のチャンバに導電性の原材料を供給する指示を出し、当該チャンバが、当該チャンバ内部に前記壁部に平行に配置された円柱状部材を含み、前記コンピュータプログラムが、さらに、
電源の正端子を、正のリアクタンス回路を介して前記チャンバ壁に接続してアノードを形成する指示と、
電源の負端子を、負のリアクタンス回路を介して前記円柱状部材に接続してカソードを形成する指示と、
前記リアクタンス回路をオフサイクルのチャンバの戻り負荷回路に接続する指示と、
デューティサイクルのオン部中に、入力パルスＤＣ電圧を前記アノード及び前記カソードに印加する指示と、
前記導電性原材料から水素ガスを抽出する指示とを含み、前記リアクタンス回路及び前記オフサイクルのチャンバの戻り負荷回路が、
前記デューティサイクルのオフ部中に、前記チャンバから戻ってきた電圧、すなわち、前記チャンバにおける、前記円柱状部材上で表面反応しない電気化学反応から生じた戻り電圧を処理し、且つ、
前記処理された電圧を前記チャンバに戻す、コンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、エネルギーを利用することに関し、より詳細には、海水などの原材料から、水素、及び、任意選択的に二酸化炭素を抽出するための、改良された方法、装置、及び構成に関する。
【０００２】
本明細書において、公知の文書、行為又は物品について言及又は議論する場合、この言及又は議論は、これらの公知の文書、行為若しくは物品又はその任意の組合せが、優先日において、一般的に利用可能であること、一般的に知られていること、一般的な知識の一部であること、及び、先行技術を適用可能な法規条項下で別様に構成することを認めるものではなく、また、本明細書が関連するいずれの課題の解決の試みとの関連が公知であることを認めるものでもない。
【背景技術】
【０００３】
工業用、商業用、住宅用（燃料源として、又は、商業若しくは工業グレードの水素源としての使用を含む）水素ガスを、その使用場所で酸素を用いずに生成するために設計された、環境信頼性で経済効率的なシステムが切実に必要である。化石燃料から生成されるエネルギーへの過度の依存に関する問題が、多くの文書で十分に立証されている。例えば、温室効果ガスの排出、炭素ベースのエネルギー源の、有限で減少していく埋蔵量、ＯＰＥＣ及びその他の不安定な国々における石油ベースの供給の集中により引き起こされる汚染及び気候変動は、全て文書で十分に立証されている。上記の問題を回避できる代替エネルギー源が緊急に必要である。
【０００４】
水素は、燃料としての用途に加え、多くの工業的及び商業的用途を有する。例えば９９.９％の純度の水素は、商用電力の発生器冷却、鉄鋼製造、フロートガラスプラント、電子部品（例えば、半導体、光電池、光学素子）、油脂の水素化、商業用、工業用及び教育用ラボラトリ、材料の処理（熱処理、光輝焼鈍、ろう付け、粉末冶金、ガラス−金属シーリング、及び、高性能コーティング、気象学的用途（例えば、空気より軽量の飛行装置におけるヘリウム代替物）に使用され得る。
【０００５】
水素は、９９％未満の純粋な形態では、航空宇宙、動物飼料、自動車、化学薬品、エタノール、食品加工（製パン、飲料瓶詰め、チップ及びスナック食品のチップ製造、乳製品及び肉の加工を含む）、一般的な製造、病院及びメディカルセンター、ホテル、ランドリー、及びユニフォームサービス、海洋及びオフショア、軍事施設、鉱業、石油及びガス、紙／段ボール、医薬品、リゾート及びレクリエーション施設、ゴム、鉄鋼及び金属、タバコ、輸送、ワイヤ及びケーブル、大学、カレッジ、コミュニティカレッジにおいて使用され得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
商業、工業及び住宅用の水素の広範な使用を妨げる課題が多数存在する。これらの課題は、コスト、効率性、及び安全性を含む。第１に、水素ガスを従来の方法で生成することは非効率でコスト高であり、或いは、天然ガスの改質を介した生成（主要な商業方法）の場合、環境的に有害でさえある。第２に、水素の質量及びエネルギー密度は非常に低いため、十分な質量の水素ガスを１箇所に安全に、ユーザが実用的価値を得るように確保するのは困難である。その結果、水素は、製造、圧縮、極低温冷却、維持（圧力及び温度の）、収容（２原子分子が非常に小さい）及び輸送が非常にコスト高であった。圧力、温度、可燃性、爆発性、及び、着火エネルギーが低いことは全て、安全上の重大な問題である。
【０００７】
しかし、水素の製造及び利用方法がこれらの問題に対処し得るならば、それは世界市場及び人類の生活の質に恩恵をもたらすであろう。従って、少なくとも上述の理由により、水素の安全で効率的な生成及び使用が、益々緊急で切実に必要である。
【０００８】
水素は、一般的に、水から、又は、天然ガス、石炭若しくは油改質から生成される。水中での水素と酸素の分離は効率的で安全バリアを有する。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（Ｏ２）及び２モルの水素ガス（Ｈ２）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、このプロセスの直接的な作用は熱力学的に好ましくない。従って、水から水素を理想的に有用な形態で生成するには多くの課題がある。
【０００９】
幾つかの試みは、「ブラウンガス」(“brown gas”)を生成するための様々な技術及び装置による水の解離を含んでいた。ブラウンガスは水の電気分解により得られるガスであり、水素と酸素の２：１の比率の混合ガスである。水素と酸素が結合して存在するため、ブラウンガスは非常に揮発性が高く爆発し易い。また、ブラウンガスは燃焼時には非常に高温になる。従って、少なくとも上述の理由により、ブラウンガスを燃料源として使用することは問題である。ブラウンガスを生成する技術は、安全で大規模な水素生成には適していない。
【００１０】
慣用的な技術の幾つかの態様を、例示的な実施形態の説明を容易にするために論じてきたが、本出願人がこれらの技術態様を否定することは全くなく、例示的な実施形態は、本明細書で論じる慣用的な技術態様の１以上を包含し得ると考えられる。
【００１１】
例示的な実施形態は、上記の従来技術の問題及び欠点の１以上に対処する。しかし、その他の問題及び欠点にも対処でき、その他の利益及び利点を多くの技術分野において実現し得る。従って、例示的な実施形態は、本明細書で論じる特定の問題又は欠点のいずれかへの対処に限定されると、必ずしも解釈されるべきではない。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
例示的な実施形態によれば、導電性流体から水素を抽出するためのシステムが、円筒状壁部により画成された中空のチャンバと、前記チャンバ内に、前記壁部に平行に配置された円柱状部材と、導電性の原材料を前記チャンバに供給するための機構と、前記導電性原材料を、前記チャンバを通して再循環させるための第２の機構と、正のリアクタンス回路を介して前記チャンバ壁に接続されてアノードを形成する正端子、及び、負のリアクタンス回路を介して前記円柱状部材に接続されてカソードを形成する負端子を有する電源であって、デューティサイクルのオン部にわたって入力パルスＤＣ電圧を供給する電源と、前記正のリアクタンス回路及び負のリアクタンス回路に接続されたオフサイクルのチャンバの戻り負荷回路とを備えている。前記リアクタンス回路及び前記オフサイクルのチャンバの戻り負荷回路は、前記デューティサイクルのオフ部中に、前記チャンバから戻ってきた電圧、すなわち、前記チャンバにおける、前記円柱状部材上で表面反応しない電気化学反応から生じた戻り電圧を処理し、前記処理された電圧を前記チャンバに戻し、そして、前記チャンバが水素ガスを放出する。
【００１３】
別の例示的な実施形態によれば、導電性流体から水素を抽出する方法が、導電性の原材料を、円筒状壁部により形成された中空のチャンバに供給するステップを含み、当該チャンバは、当該チャンバ内部に前記壁部に平行に配置された円柱状部材を含む。前記方法は、さらに、電源の正端子を、正のリアクタンス回路を介して前記チャンバ壁に接続してアノードを形成するステップと、前記電源の負端子を、負のリアクタンス回路を介して前記円柱状部材に接続してカソードを形成するステップと、前記リアクタンス回路をオフサイクルのチャンバの戻り負荷回路に接続するステップと、デューティサイクルのオン部中に、入力パルスＤＣ電圧を前記アノード及び前記カソードに印加するステップと、前記導電性原材料から水素ガスを抽出するステップとを含む。前記リアクタンス回路及びオフサイクルのチャンバの戻り負荷回路は、前記デューティサイクルのオフ部中に、前記チャンバから戻ってきた電圧、すなわち、前記チャンバにおける、前記円柱状部材上で表面反応しない電気化学反応から生じた戻り電圧を処理し、そして、前記処理された電圧を前記チャンバに戻す。
【００１４】
例示的な実施形態によれば、固有の容量特性及び値、並びに、インピーダンス特性及び値を有する塩水液中で、電子反応性の電子化学的状態変化（すなわち、反応性電子を用いた技術）を開始するために、電源からのパルス形態の時限直流電流（ＤＣ）を印加する。過電圧（すなわち、装置の自然電位（塩水の存在下で異種物質により発生）を克服する電位）を有する時限パルスを供給することにより、液体中に存在するエネルギーポテンシャルが増大し、液体中での化学反応が促進され、デバイス内のリアクタンス特性がトリガされる（用語「デバイス」(“device”)は「セル」(“cell”)とも称され、本明細書に記載した装置、又は装置のサブセットを含む）。デバイスにより発生されたこれらのリアクティブ（リアクタンス）特性を利用することで、デューティサイクルのオフフェーズ中に入力信号を変更及び維持できる。これらの変更により、パルス入力信号の最後に周波数が生成されて埋め込まれる。各サイクルが、波の周波数変更を伴ってオンオフし、１以上の化学反応の結果として分子状水素を生成して放出する。水素ガスがシステムから取り出される。
【００１５】
さらに、一態様によれば、過電圧の供給源を除去すると、液体がその元の電気化学的状態に戻ろうとするため、液体からの放電が異種材料の電極を通して生じる。しかし、分子状水素の抽出及び犠牲材料の存在が、放電中のプロセスの完全な反転を防止する。放電は、異なる反転化学反応のセットにより延長される。
【００１６】
一態様によれば、液体及びデバイスにより放出された自由電子が、デバイスに適合するように分極された電解コンデンサに特定的に向けられて電解コンデンサにより捕捉され、電解コンデンサは、これらの電子のためのシンクを提供する。システムには接地電位が存在しない。充電されたコンデンサがエネルギーを供給し、このエネルギーが、デバイス内のリアクタンス値により支配される固有の周波数のセットを有する変更された波形を生成する。オフサイクル（すなわち、デューティサイクルのオフフェーズ）を含む時間にわたり、未使用エネルギーを、次の過電圧印加を支援するために利用でき、こうしてデューティサイクルが完了する。
【００１７】
上述の装置及び方法は、従来の装置及び方法と比較して、幾らかの利益及び利点を提供できる。例えば、例示的な実施形態によれば、上述の（及び、以下にさらに詳細に記載する）方法及び装置は、アノードとカソードとの間で水溶液に電流を印加することにより水素を生成するのに有用である。さらに、キャビテーション及び／又はパルス誘電分極を水溶液内で発生でき、それにより、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できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】例示的な実施形態によるシステムを示す図である。
【図２】例示的な実施形態による態様を示す図である。
【図３】例示的な実施形態によるバランス回路を示す図である。
【図４】例示的な実施形態による方法を示す図である。
【図５】図１の再循環システムを示す図である。
【図６】図１のシステムを動作させるための例示的な実施形態によるコンピューティングデバイスを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
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用途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る文言は、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、記載される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。開示される方法は、開示されるものと同一の順序で実施される方法だけでなく、特許請求の範囲に別段の指示がない限り、開示されたステップを任意の順序で実施する方法も包むものとする。
【００２０】
本明細書で使用する単数形「１つの」(“a”）(“an”）及び「その」(“the”）は、そうでないことを文脈が明白に示さない限り複数形も含むものとする。さらに、「又は」(“or”)の使用は、そうでないことを文脈が明白に示さない限り「及び／又は」」(“and/or”）も含むものとする。
【００２１】
本明細書で使用される用語「パルス誘電分極」(“Pulsed dielectric Polarization”)は、アノードとカソードとの電位差を利用した、カソード表面付近の燃料又は原材料成分の局所分極生成を指す。
【００２２】
本明細書で使用する用語「電気分解」(“Electrolysis”)は、水素を生成するための本出願人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、従来理解されている用語と同等であることを認めるものではない。本出願人は、本明細書において、例えば、水素及び二酸化炭素を、純粋な電気分解とは有意に異なる改変された電気化学的プロセスにより生成することを実証した。しかし、用語「電気分解」が、本明細書に記載する改変された電気化学的水素生成プロセスの略記である場合もある。
【００２３】
本明細書でさらに説明するように、少なくとも１つの実施形態は、所与の内径を有する外側の電極円筒部と、これと同軸状の、所与の外径を有する中実ロッドである中央電極とを含むセル設計である。シリンダ内の電極離間距離を決定する２５：１の半径比が維持されている。セルチャンバ設計及び導電性流体（すなわち、原材料）組成物に使用される材料は、電気化学的プロセス（犠牲材料プロセスを含む）において、重要で相互依存的な役割を果たす。セル材料、及び、化学流体混合物を変更すると、反応のタイプ及び強度が変化し、次いで、生成されるアウトガス、アウトガスの生成流量、及び、アウトガスの相対組成比が決定される。従って、材料と流体との組み合わせは、所望の化学反応、出力、及び電気化学反応性の強度に基づいて選択される。
【００２４】
例えば、グラファイトアノード、タングステンカソード、及び、塩水流体の使用により、主に水素ガスが生成されることが示された。別の流体反応を用いるか、又は、チャンバ壁内での酸化反応により、大量の酸素を装置内に分子として保持できる。また、少量の二酸化炭素ガスも生成される。
【００２５】
入力信号及び回路に関し、少なくとも一実施形態において、回路設計、容量性セルチャンバ設計、及びチャンバ流体（すなわち、原材料）は電気化学回路設計の不可欠な要素である。セルチャンバ設計は、本明細書に記載される２５：１の比率に基づいている。セルチャンバは、チャンバに流体が充填されたならば、４７マイクロファラッド〜４，７００マイクロファラッドの範囲の所望の容量値を、１マイクロヘンリ〜１，０００マイクロヘンリの範囲の平衡インピーダンス回路により有する。これらの値を動作中に調整するために、入力回路に電子部品が用いられる。電子部品の極性は、全体の動作に重要である。これは、部品の極性配置が、入力パルスサイクルのオンフェーズ中及びオフフェーズ中に、電子流の方向を、チャンバの化学的に発生されたエネルギーの戻りに関して支配するからである。セルチャンバと流体とは、電子入力信号に対するエンドロードとして扱われるのではなく、相補的な電子反応性の構成要素として扱われ、リアクタンス機能及びトータル回路設計機能が入力パルスによりトリガされる。セルチャンバは、そのオフサイクル放電又は磁束位相中にエネルギーを蓄積し、次いでそのエネルギーを、調整された波形に生成する。磁束位相中に放出されるエネルギーは、容量性セルの化学特性を変化させて、流体中にガス泡を生成する。このように生成されたガスの一例が分子状水素である。
【００２６】
例示的な実施形態によれば、上述の円筒状電極のセットアップ、及び、入力信号、並びに回路は、以下のように機能する。最初に、所与の電力レベル、時間シーケンス及び振幅を有する間欠パルスＤＣ入力信号が、カスタム設計された、電力平衡化及びプレコンディショニング電子回路に供給される。次いで、パルス信号が、セル内部及び流体に供給される。パルスＤＣ入力信号の基本周波数範囲は、１ｋＨｚ〜１０ｋＨｚである。この基本周波数は、動作中の最適周波数（所望の化学反応のためのシーケンスの必要なオフタイミング増分に基づいて与えられる範囲内）に設定される。プレコンディショニング回路は、（ｉ）入力振幅と、（ｉｉ）セルチャンバの無効電力振幅と、を調和及び平衡化させ、そして、デューティサイクルのオフフェーズの終了期間中にセルにより生成された余剰エネルギーをチャンバに戻す。
【００２７】
入力信号と、戻されるチャンバエネルギー応答との電子的平衡保持が、チャンバの電気化学特性により支配される固有の周波数及び波形のセットをもたらす。これらの特性は、チャンバ固有の化学依存の放電パターンを含む。チャンバの化学エネルギー及び反応エネルギーは、時間シーケンス又は周波数を有さない直線ＤＣ振幅に似ている。チャンバの反応エネルギーに埋め込まれた周波数の組は固有であり、以下の３つの異なる範囲内に入る。すなわち、（ｉ）６５０ｋＨｚ〜９５０ｋＨｚで開始する低周波数のセット、（ｉｉ）１ｍＨｚ〜５ｍＨｚで開始する中間範囲の周波数のセット、（ｉｉｉ）１１ｍＨｚ〜１７ｍＨｚで開始する高周波数範囲。
【００２８】
固有の周波数のセットが、デューティサイクルのオフ部分（すなわち、オフフェーズ）の開始の１ナノ秒以内に入力パルス波に与えられる。固有の周波数セットに対応する信号が電子平衡回路に取り込まれ、増幅されて、セル内部（すなわちチャンバ）にフィードバックされる。こうして、これらの信号は流体に導入され、オフ期間中の入力サイクルの時間増分の延長、及び、所望の化学反応の活性化による所望のタイプのアウトガス放出の達成を補助する。これらの周波数は、入力パルスゼロ基準に対して正の極性を有する独特の波形を有する。入力パルスのオフシーケンス後、エネルギー（周波数の形態及び波状）が数マイクロ秒間継続する。これらの波形及び周波数は、チャンバの放電シーケンス又は磁束位相に関連する平衡回路の容量性及びインピーダンス規格値に関連している。
【００２９】
チャンバ流体は、水、塩及びその他の微量化学物質から成る溶液である。溶液設計及びセル設計は、上述のように、特定のタイミング、周波数の相補的な入力信号を必要とする。例えば、特定の物質を除去するために最小限にろ過した海水、又は、海水に似せるように化学物質で処理した脱イオン水を使用できる。この信号は、反応チャンバ内の初期状態のセットアップのために用いられる。入力信号のオフシーケンス中、チャンバエネルギーは、所望の反応を達成するようにカスタム電子平衡回路に応答する。また、チャンバの化学反応により供給されたエネルギーが、所望の出力ガス（例えば分子状水素）の生成において、より大きな電子効率をもたらす。
【００３０】
例示的な実施形態による幾つかの例示的で非限定的な態様が、図１に概略的に示されている。図１に示されているように、装置１００は、水素及び二酸化炭素を生成する装置又はシステムを形成している。装置１００は第１の部材１０２を含む。例示的な一実施形態によれば、第１部材１０２は、任意の適切な材料から形成された壁部により画成されている。中空の円筒状部材１０２は、流体材料１０４のための容器として機能し得る。
【００３１】
任意の適切な流体材料１０４、例えば、水性の原材料（海水を含む）を使用し得る。さらなる任意選択的な実施形態によれば、原材料は、米国特許出願第１３／１７０，１３２号に記載されているような組成を有し得る。この出願の全内容が参照により本明細書に組み込まれる。
【００３２】
装置１００は、第１部材１０２内に配置された第２の部材１０６をさらに含み得る。例示的な一実施形態によれば、第２部材１０６は、任意の適切な材料から形成された中実の円柱状部材の形態である。さらなる任意選択的な実施形態によれば、第２部材１０６は、第１部材１０２に対して同心状又は同軸状に配置される。
【００３３】
例示的な一実施形態によれば、第１部材１０２及び第２部材１０６は、円筒（円柱）状部材として形成され、第２部材１０６が第１部材１０２内に配置され、これらの２つの部材は、任意の適切なサイズ又は寸法を有し得る。第１部材及び第２部材は、第１部材に対する第２部材の半径比が約１：２５となるような半径を有し得る。
【００３４】
装置１００は、さらに電源１０８を含み得る。電源１０８は、図１に破線で示されているように、第１部材１０２及び第２部材１０６の両方に電気的に連通している。この目的のために、任意の適切な電気接続手段を利用できる。図１に示されているように電源に接続される場合、第１部材１０２及び第２部材１０６は両方共、それらの全体が導電材料から形成され得る。或いは、第１部材１０２の、原材料１０４に露出される少なくとも内面が導電材料から形成され、第２部材１０６の、原材料１０４に露出される少なくとも外面が導電材料から形成される。第１部材１０２及び第２部材１０６の残りの部分は、それぞれ、任意選択的に非導電性材料から形成され得る。
【００３５】
幾つかの実施形態によれば、電源１０８は、第１部材１０２の少なくとも導電部（例えば、内面）が電源１０８の正端子に電気接続されるように、且つ、第２部材１０６の少なくとも外面が電源１０８の負端子に電気接続されるように構成される。従って、第１部材１０２はアノードを形成し、第２部材１０６はカソードを形成する。その結果、カソード１０６の内面とアノード１０２の外面との間に電位が生成される。
【００３６】
チャンバ１０２の壁部はグラファイトから構成されることができ、正に帯電する。壁部は、高さが約５０ｍｍであり得る。チャンバは、約２５ｍｍの直径（すなわち、１２.５ｍｍの半径）を有し得る。第２部材１０６はタングステンから構成されることができ、負に帯電する。このような場合、タングステンロッドは、約１ｍｍの直径、及び、約５０ｍｍの高さ又は長さを有し得る。導電性の流体（例えば、塩化ナトリウム及びその他の微量化学物質を含む水）をチャンバの間隙に（すなわち、ロッドとチャンバ壁との間に）供給し得る。この流体が、外側チャンバ壁から内側チャンバロッドへの導電路を形成し得る。流体とチャンバとの組み合わせが、容量値及び誘導値を有する非理想のコンデンサを形成する。
【００３７】
電源１０８の正端子は、正のリアクタンス(reactive)回路１５０を介してチャンバ１０２に接続されている。電源１０８の負端子は、負のリアクタンス回路１６０を介して第２部材１０６に接続されている。リアクタンス回路１４０及び１５０は、両方共、オフサイクルチャンバの戻り負荷回路１７０にも接続され得る。リアクタンス回路及びオフサイクルチャンバ戻り負荷回路に関しては、図３を参照して以下にさらに説明する。チャンバ１０２への電源接続が、チャンバ１０２への電子流を提供する。チャンバ内部の化学エネルギーが、逆極性の電子流を提供する。この逆極性の電子流を、誘導起電力（ＥＭＦ）とも称する。電子が流れるとき、磁場が、予測可能な順序で発生する。電子流シーケンスより以前には、チャンバ内の分子の極性は混沌とした順序である。流体中の各分子は、シーケンスの開始時に、個々の極性の向きを有する。エネルギーがチャンバに供給されて電子流が開始すると、分子配向は、チャンバ内の新しい磁場極性に応答して変化する。パルスエネルギーが、タイミング回路の各オン‐オフシーケンスにより、磁場を上昇及び崩壊させる。磁場の上昇及び崩壊は、分子回転も引き起こす。
【００３８】
チャンバ内での磁場の順序の上昇及び崩壊中の分子回転は、ベクトル及び速度値の形態の付加的な力を生成する。これらの回転は、原子間のそれぞれのナノスケールの距離を増減させる。インパルス周期のオン部及びオフ部中の回転作用が原子結合の強度を低減させて、各分子の組成を構成している原子の分離を補助する。回転周期により引き起こされる分子間の衝突が、化学反応も引き起こす。
【００３９】
磁場フラックスが、電磁場及び対応する磁場が形成されるときのパルスデューティサイクルのオンフェーズ（すなわち、オン部）中と、デューティサイクルのオフフェーズ（オンと反対の作用）中との両方において生じる。デューティサイクルのオンフェーズ中に磁場が形成されると、双極子モーメントを有する流体１０４（例えば、水）中の分子が磁場に対して整列される。チャンバ内の流体１０４の分子配向は、流体１０４が部材１０２のチャンバ内を通して再循環されて流体分子が磁力線に押し通されるときにさらに調整される。
【００４０】
パルスデューティサイクルのオフフェーズ中、電界が変化して、チャンバ内の遅れ無効電流ダイナミクスを反映し、それに応じて磁場が変化する。一般的に、流体１０４内での分子整列は、デューティサイクルの次のオンフェーズまで次第に、平均的な状態、すなわちランダムな分子配向又は極性に戻っていく。
【００４１】
また、デューティサイクルのオフフェーズ中、チャンバの放電作用は、電子流制御回路を用いて減速される。電子流制御回路の作用は、電場及び磁場の低下を調整し、磁束を低減及び延長し、それにより、チャンバ内の双極子流体分子のベクトル速度の分子回転を調節することである。
【００４２】
磁場の変化は、それ自体の二次的効果を有する。ＥＭＦが磁束により誘導されると、誘導されたＥＭＦの極性又は電流方向が、反対の電流磁場の磁束成分を生成する。ワイヤループ内の誘導磁場が、ループ内の磁束を一定に保つように作用する。
【００４３】
チャンバの正味の磁場は非常に複雑である。チャンバの磁場は、チャンバ内の導電性流体の分子構造に強い影響を及ぼすように設計され、チャンバ内での分子分離及びエネルギー収穫を補助する。チャンバ内の導電性流体は、能動的な再循環システムの使用により一定の動きをする。チャンバへの入力パルスは、チャンバ内への入力電子の流れに対して整列された磁場を開始する。初期の磁場線は、動いている導電性流体により中断される。チャンバを通る流体の動きが、チャンバ内の磁場強度を増大させる。具体的には、初期入力誘導磁場（入力サイクル）の影響下での流体の動きが、測定可能な追加のエネルギーを生じる。追加のエネルギーは、電子回路の戻り脚を介してチャンバから戻される。
【００４４】
回路の戻り脚を介して戻されるエネルギーは、周波数値を有する。エネルギー周波数は、チャンバにより動的に形成された波形である。これらの波は、戻り電子ループ内に捕捉され、次いで、逆極性の放電フィードバックサイクルにてチャンバに再印加されて、導電性流体の所望の分子リセットサイクルを調整し、且つ、導電性流体内での分子分離を補助する。このプロセスにより、チャンバ内にて、より低いエネルギー状態で分子分離が生じることが可能になる。
【００４５】
デューティサイクルのオフフェーズ中、上述のチャンバの誘導エネルギーの戻り（すなわち、リアクタンス）により、電気が依然として流れる。チャンバ固有のシグネチャの戻りループ及び正味リアクタンスが、オフサイクルの分子極性リセットサイクルシーケンスを修正する。オフサイクル中に減衰されなかった余剰の戻りループエネルギーが、デューティサイクルの次のオンフェーズに加えられる。このような付加が、デューティサイクルの次のオンフェーズを修正する（すなわち、オンフェーズに建設的に干渉する）。
【００４６】
図１の装置のチャンバ１０２及び部材１０６（ロッド）は、均一及び不均一な磁力線の形成を可能にする独特の形状を形成している。これらの磁場はファラデーの電磁誘導法則に従うが、分子磁場の影響は例外である。分子磁場は、入力サイクルのオン状態中に影響を受け、分子レベルでの極性シフトを生じる。これらの分子磁場は、逆起電力（ＥＭＦ）を形成し、これは、電極にて電圧差の形態で測定され得る。これらの電圧差は、初期エネルギーが印加される前には少なくとも０．９ＶＤＣであり、エネルギーが印加された後には、少なくとも３．４ＶＤＣである。対向する又は反対の磁場極性に関するレンツの法則が、チャンバ動作のこの状態に該当するであろう。
【００４７】
これらの磁場は、中央のカソード材料周囲に３６０度の処理領域を形成し、この領域は、ガス生成が生じる表面からわずかに離れている。また、これらの磁場は、アノード材料の表面からわずかに離れた位置に、類似の領域を形成する（チャンバのこの領域においては、ガスの生成は目視観察されないが）。従って、（ｉ）チャンバ壁（アノード）の表面に沿って、及び、（ｉｉ）中央のロッド（カソード）の表面に沿っては、表面反応が起こらない。これは、カソード及びアノードが劣化しないことにより確認されている。また、中央電極がチャンバより下に突出し、且つ絶縁部（チャンバ１０２上部の絶縁部１１０のような）が設けられていない状況では、中央電極の劣化が明らかであった。
【００４８】
導電性流体で満たされたときのチャンバ設計は、高リアクタンス性の電子回路を形成する。上述のように、様々な力が相互作用している。これらは、電気化学的及び磁気‐流体力学的な力を含む。チャンバ制御回路（図１の正のリアクタンス回路１５０及び負のリアクタンス回路１６０を含む）が、インピーダンスマッチング及び容量平衡（バランシング）のために用いられる。制御回路のバランスをとることにより複数の機能が達成される。これらの機能は、電子回路の効率、リアクタンス回路の電流需要の低減、及び、適切な周波数管理を含むが、これらに限定されない。制御回路は、パルスＤＣ入力信号を所与の基本パルス周波数で反応チャンバに導くように設計されている。図３に示されているように、回路設計は複数のセクションを含む。この回路は、入力電圧の振幅及び電流を制限しつつ、反応チャンバの非常に高効率なガス生成レベルを支援する。
【００４９】
図３の回路３００において、パルスＤＣセクション３１０は、図１の電源１０８に対応し得、回路の入力段に直接パルスを供給する。パルスは、０ＶＰＤＣ〜５０ＶＰＤＣの範囲の振幅を有し得る。入力振幅の変動は、所望のチャンバ性能に基づき得る。パルスＤＣセクションは、ガスのタイプ及び発生量における所望のチャンバ性能に基づいて、パルス幅又はデューティサイクルの調整を提供する。パルス幅は、オン・オフサイクルのタイミングの所望の長さに設定され得る。オンとオフを組み合わせたサイクルが１つのフルサイクルを形成する。デューティサイクルのタイミングが、パルス直流信号の基本周波数を確立する。このパルスベースの周波数は、例えば１００Ｈｚ〜１０ｋＨｚの範囲であり得る。入力パルスのタイミングは、最適な立上り時間を維持しながら、立上り時間中の時間スイープを最小量に維持するように調整される。デューティサイクルの変動は、例えば、１０％〜１３％（オンサイクル時間対オフサイクル時間）であり得る。デューティサイクル又はタイミングは、ガスのタイプ及び発生量に対する所望のチャンバ効率のために設定される。
【００５０】
遮断ダイオードセクション３２０が、チャンバから戻された電圧が入力信号と干渉することを防止する。３２０内のダイオードが、オフサイクル中に下流回路を絶縁し、その間に回路のリアクタンス部が回復される。入力から絶縁することにより、反応チャンバから戻されているエネルギーの収集及び操作を補助する。反応チャンバは、ＤＣ戻り電圧に組み込まれた周波数値を有する。戻り電圧は、０．９ＶＤＣ〜４．２ＶＤＣの範囲の振幅を有することができ、一方、パルス幅に基づく入力電圧平均振幅は、０．７ＶＰＤＣ〜１．４ＶＰＤＣの範囲であり得る。
【００５１】
正のリアクタンス平衡セクション３３０が、反応チャンバ内のインピーダンスとキャパシタンスを設定及び平衡化（バランス）する。反応チャンバは、変動する内部抵抗（オーム）及び電圧振幅値を有する。変動は、入力パルスが克服しなければならない電解質条件に基づき得る。キャパシタンスはエネルギーの蓄積を補助し、このエネルギーが、チャンバ内の反応サイクルを駆動するのに必要な過電位を補助するために適切な時間に放出される。インピーダンスは、オンサイクル中の低振幅及び定常状態の電流引き込みを提供しながら回路の平衡を保つ。回路のこの部分が、戻り回路の非平衡も提供する。反応チャンバへの正入力が、回路のこのセクションに接続される。
【００５２】
負のリアクタンス平衡セクション３４０が、負の戻りの際に反応チャンバ内のインピーダンスとキャパシタンスとを設定及び平衡化（バランス）する。チャンバは、接地において、入力パルスセクションと同じゼロ値を有さない。チャンバは回路設計の従来の意味では接地されていない。チャンバは、回路設計を通じて、反応チャンバに固有のゼロ基準点を確立する。このゼロ基準点は、オフサイクル中の反応チャンバのリセット／リターン動作中に使用される。入力パルスが克服しなければならない内部抵抗（オーム）及び電圧振幅は、正のリアクタンス回路に類似のセクションにより補助される。インピーダンス及びキャパシタンスの値は正側の値とは異なる。キャパシタンスはエネルギーの蓄積を補助し、このエネルギーが、チャンバ内の反応サイクルを駆動するのに必要な過電位を補助するために適切な時間に放出される。インピーダンスは、オンサイクル中の低振幅及び定常状態の電流引き込みを提供しながら回路の平衡を保つ。回路のこのセクションが、戻り回路を非平衡にもする。反応チャンバへの負入力が、回路のこのセクションに接続される。
【００５３】
オフサイクルのチャンバの戻り負荷セクション３５０は、パルスＤＣ入力に対して逆極性である。回路のこのセクションは、逆極性の発光ダイオード（方向性負荷）から成り、これが、逆極性の電解コンデンサのセットを介して回路を完成させる。それらは、オフサイクル中のチャンバのリセット反応に対する二次負荷として作用し、従って、電子放出流量を制限する。次いで、正及び負のコンデンサバンクに保存されたエネルギーが、チャンバリセットエネルギーと相互作用することが可能にされる。この相互作用が、チャンバ内の分子リセット機能により発生される周波数のセットの確立を補助する。これらの周波数はオフサイクル中にオンデマンドで確立される。この時点で、全ての入力エネルギーがサイクルのオフ位置にある。この時点で使用される全てのエネルギーは、コンデンサバンク内の蓄積されたエネルギーポテンシャルからのもの、或いは、チャンバ内で生成されて回路に押し戻されたエネルギーのいずれかである。入力パルスのオフサイクル中のオシロスコープ監視が、チャンバ及びシステム制御回路からの相互作用を確認する。遮断ダイオードセクション３２０が、いかなる電子流もパルスＤＣセクション３１０に到達しないよう防止する。これにより、次のオンサイクルが開始されるときに、パルスＤＣ入力信号との干渉が抑制される。
【００５４】
代替的に、カソードを、グラファイトなどの基材から形成し１０６、その上に、白金のシース又は層を設けてもよい。さらなるオプションによれば、カソード１０６を、炭化タングステン又は類似のタングステン合金から形成できる。
【００５５】
例示的な実施形態によれば、原材料１０４に露出されるカソードの長さは、アノードの高さＨにほぼ等しい。図１に示されているように、カソード１０６の実際の長さは、アノード１０２の高さを超えて延在し得る。このような場合、カソード１０６の、アノード１０２の高さを超えて延在する部分を、原材料に連通している部分から電気的に絶縁できる。これは任意の適切な技術により達成でき、例えば、図１にも示されているように、例えば、カソード１０６の周囲に絶縁材料のカラー１１０を配置することにより可能である。
【００５６】
例示的な実施形態によれば、電源１０８（少なくともアノード１０２及びカソード１０６に電力供給するために用いられる）は、直流（ＤＣ）電力を供給するように構成及び配置される。装置１００の１つの任意選択的な変型例によれば、複数のチャネルを有するＤＣ電源が、アノード１０２及びカソード１０６に電力供給するために用いられる。
【００５７】
アノード／カソードベースのシステムの効率は、印加される電力信号の操作により著しく改善される。例えば、例示的な実施形態によれば、電源は、アノード及びカソード（例えば、１０２，１０６）への電気信号を生成するように構成及び配置され得る。電源１０８は、アノード及びカソードへの電気信号を生成する。
【００５８】
装置１００に、原材料再循環システム１１８が任意選択的に設けられ得る。再循環システム１１８は、図１（及び図５）に概略的に示されており、本明細書に提示される教示に基づいて、当業者に明らかな任意の適切な構成を有し得る。例示的な一例によれば、原材料１０４は、第１導管１２７を通り、ガスコントラクタ１２０を通って燃料リザーバ１２２に入る。原材料は、ポンプ１２４を通して引き出され、熱交換器１２６に送られ、次いで、容器（第１部材１０２により形成されている）に、第２の導管１１９を介して戻される。リザーバ１２２は、原料及び触媒濃度を所望のレベルに維持するためのプレコンディショニングゾーンとして機能し、また、循環システム内に検出ポイントを提供し得る。熱交換器は一定の温度を維持する。システムの閉鎖性が、特定の選択された動作圧力又は圧力範囲の選択及び維持を可能にする。
【００５９】
図１に示されているように、装置１００は、さらに、ガス収集装置又はシステム１２８を含み得る。装置又はシステム１２８は、本明細書に提示される教示に基づいた、当業者には明らかな任意の適切な構造を有し得る。さらなる例示的で非限定的な例によれば、ガスは、ガスコンタクタ１２０から、導管１２７を通して、真空ポンプ１３６によりコールドトラップ１３８を通して引き出される。真空ポンプ１３６は、流量計１４０にガスを押し出す。さらなる任意選択的な態様によれば、ガスは、要素１４２に示されているように、図示されているシステム又は装置１００の外部で収集及び利用され得る。
【００６０】
例示的な実施形態に従って構成された装置は、さらに、装置及びシステムの様々な態様を監視及び制御するための複数のセンサ（図示せず）を含み得る。このようなセンサは、装置の電磁環境、システムの温度、システムの圧力、熱交換器の温度、システム内の音響環境、原材料及び／又はその１以上の構成成分の濃度を監視するための１つのセンサ又はセンサの組合せを含み得る。音響センサ及び電磁センサは、最適化された水素出力を維持するための信号を提供できる。その他の環境センサは、最適な動作条件を維持する性能を提供する。特に、分離されたガスの出力を監視するセンサは、ガス分離プロセスの効率の監視を容易にし得る。
【００６１】
電源１０８は、水性原材料から水素及び二酸化炭素を抽出するシステムとして使用される場合、カソード１０６を負に帯電させ、アノード１０２を正に帯電させる。その結果、カソード１０６とアノード１０２との間に電位差が発生する。電位差は、カソード付近のイオンを分極化する。電気化学反応が進むに従い、所定量の電流も生成される。原材料１０４に対するこれらの作用により水素及び二酸化炭素が生成される。ガス抽出システムは、ガスを、さらなる使用のために容器１０２から取り出す（矢印１４２で示す）。これは、例えば、水素燃料電池用の燃料を供給するため、輸送車両のエンジンに電力を直接供給するため、或いは、さらなる化学プロセス（例えば、フィッシャー・トロプシュ反応システム）のための構成要素を提供するためである。原材料１０４が消費され、構成ガスがシステム１００から取り出されたならば、追加の原材料を、入口（例えば１１９）を通して追加し得る。
【００６２】
図２に示されているような例示的な実施形態は、安定化プラットフォームを含み得る。安定化プラットフォームは、剛性の４つの非導電性ベースプレート２３０と、剛性の非導電性管２３１と、剛性の非導電性プレート２３５と、非導電性の剛性管２３６と、一連の６本のステンレス鋼ボルト２３２及び付随するナット、ワッシャ並びにスペーサとを有し、液密支持構造のためのフレームワークを提供している。２つのベースプレート２３０及び管２３１が燃料リザーバを形成している。プレート２３５はベースを形成している。ポリカーボネート管２３６が、ベースプレート２３０とプレート２３５との間を支持している。図２に示されているその他の要素は、図１の装置１００に含まれる要素の、対応する特徴物を有する（例えば、カソード１０６に対応して２０６）。
【００６３】
例示的な実施形態従う方法を図４に示す。ステップ４１０で、導電性の原材料をチャンバに供給する。ステップ４２０で、電源の正端子を、正のリアクタンス回路を介してチャンバ壁に接続する。ステップ４３０で、電源の負端子を、負のリアクタンス回路を介して円柱状部材に接続する。ステップ４４０で、リアクタンス回路をオフサイクルのチャンバの戻り負荷回路に接続する。ステップ４５０で、デューティサイクルのオン部中に入力パルスＤＣ電圧をアノード及びカソードに印加する。ステップ４６０で、水素ガスを導電性原材料から抽出する。ステップ４７０で、リアクタンス回路及びオフサイクルのチャンバの戻り負荷回路が、デューティサイクルのオフ部中に、チャンバから戻ってきた電圧を処理し、処理した電圧をチャンバに戻す。この処理は、チャンバ内のインピーダンスとキャパシタンスとのバランスをとるステップと、戻り波が、チャンバに入力されている信号と干渉することを防止し、且つ、処理された電圧をチャンバに戻すステップとを含み得る。
【００６４】
例示的な実施形態、例えば、図４に関する上述のプロセス又は方法のステップは、汎用コンピュータで実行可能なコンピュータプログラム内で実行され得る。例示的なコンピュータ６００（例えば、図６に示されているような）が、トランシーバ６１０、プロセッサ６２０、及び、コンピュータ可読媒体６３０を含む。トランシーバ６１０とプロセッサ６２０とメモリ６３０とは、バス６４０を介して相互接続され得る。コンピュータプログラムはメモリ６３０に記憶され得る。コンピュータ６００は、図１の例示的なシステム１００に接続されて図４のステップを実行し得る。
【００６５】
一実施形態において、プロセッサ６２０に、図４に示すステップを実行させるために、メモリ６３０は、コンピュータプログラムモジュールを有するコンピュータプログラム（ＣＰ）６３５を含み得る。コンピュータプログラムモジュールは、プロセッサ６２０により実行されるときに、図４に示したステップの全て又は一部をユーザ機器６００に実行させる。複数のセンサ（システム１００の様々な態様を監視する）が、コンピュータ６００にデータを提供し得る。
【００６６】
水素ガスの生成率は、反応チャンバに供給される入力のタイプ、及び、チャンバ内の導電性流体のタイプに依存する。上述のような反応チャンバは、設定スペクトルのセット全体においてガスを生成する。これらの設定（例えば、パルスＤＣ幅デューティサイクル、パルスの振幅及びパルスベース周波数）は、所望の効率対所望のガス生成レベルのために調整される。
【００６７】
ガス生成レベルには所定の効率が要求される。効率測定は、使用される入力エネルーの量を、水素ガスの形態で放出されるエネルギー量と比較することにより行われる。所与の大気圧及び温度に基づいて、値が得られる。標準大気圧及び海面温度において、約６.０６ミリリットルの水素ガスが１ワットのエネルギーに相当する。
【００６８】
水素生成において、１対１よりも大きい効率が望ましい。本明細書に記載したような独特のチャンバ設計、及び、カスタマイズされた電子回路が、このような効率を得ることを容易にする。このような効率は、０.０３８７アンペアでの０.７３ＶＰＤＣの入力設定で実現される。これらの設定は０.２８ワットに相当する。このワット数の設定で、水素ガスの生成率を１対１にするためには、１.７１ミリリットルの量のガスを生成しなければならない。
【００６９】
本明細書に記載したシステム及び方法において、３.４２ミリリットルを上回る量の水素ガスが得られた。この生成率は１対１の比率よりも大きく、２倍である。すなわち、得られる効率は２対１（３.４２＝１.７１×２）である。例示的なシステムにおいて、１ワットの入力エネルギーに対し、水素ガスの形態の２ワットのエネルギーが得られる（２００パーセントのレベル）。
【００７０】
上述のように、効率及び水素生成率は、回路に結合される様々な入力設定により変えることができる。３よりも大きい効率が達成された。１つのセル／チャンバにつき５ミリリットルよりも大きい生成率が、繰り返し達成された。
【００７１】
電気分解において、電解液中の２つの電極間の電気導体として塩橋が用いられる。海水を使用する場合、２つの電極が比較的近接していれば、塩橋が２つの電極間に形成され得る。これは、生成領域を縮小し、最終的には電極間の短絡を形成するであろう。上述のように塩水を絶えず再循環させることにより、また電極間の距離を長くすることにより、このような塩橋の形成を回避した。
【００７２】
電極材料の表面積の差が大きいことにより、カソードでの濃縮又は電子蓄積が生じる。これは、大きい面積のアノードが有する電子が小さいカソードに向かって移動するからである。負帯電電子がチャンバを出てカソードに達する経路を見つけようとするため、カソード周囲の領域は非常に飽和された状態になるであろう。
【００７３】
電子は、正に帯電されたアノードを形成している５０ｍｍのチャンバ高さの長さに沿って、チャンバ壁の全３６０度から放出される。電子が、中央（すなわち、負に帯電したカソード）に向かって流れると、電子は、連続的に低減する面積へと送り込まれる。これが、カソード表面からわずかに離れた場所に電子飽和領域を形成する。電子は同一の負電荷を有する。電子は互いに反発しようとし、タングステン棒に沿った表面反応をなくすことに寄与し得る。
【００７４】
上述の動作及び機能に関連する方法及び技術は、以下のステップの１以上を含み得る。すなわち、上述の特徴のいずれかの組合せを含む配置を形成するステップ、電気信号を装置の幾つかの部材に、本明細書で以上に説明した方法のいずれかにより伝送するステップ、生成物（例えば、水素）を生成するステップ、生成物を、本明細書で記載した方法のいずれかにより捕捉し取り扱うステップである。
【００７５】
本明細書の請求項の範囲内のその他の実施形態は、本件に開示した明細書の考察、又は、例示的な実施形態の実行により、当業者に明らかになろう。明細書は例示的なものに過ぎず、本開示の範囲及び精神は特許請求の範囲により示されるものとする。
【００７６】
上記に鑑みて、本発明の幾つかの利点が達成され、その他の利点も達成されることが理解されよう。上述の方法及び組成物に様々な変更を行うことが、本発明の範囲から逸脱せずに可能であるため、上述の説明に含まれる全ての事項は例示的であると解釈されるべきであり、限定的な意味で解釈されるべきではない。
【００７７】
本明細書で用いた任意の数値（成分、構成要素、反応状態などの量を表す）を、全ての場合に、用語「約」(“about”)で修飾し得ることが理解されよう。本明細書に記載した数値は可能な限り正確であるが、記載した数値の全範囲及びパラメータ、並びに主題の広範囲は近似値であり得る。例えば、任意の数値は、それぞれの測定技術に見られる標準偏差から明らかなように、幾分の誤差又は不正確さを本来的に含み得る。本明細書に列挙された特徴のいずれも、用語「手段」(“means”)が明確に使用されていない限り、米国特許法第１１２条第６項を適用するものと解釈されるべきではない。
優先権の主張
【００７８】
本開示は、２０１４年１２月１５日に出願された米国仮特許出願第６２／０９１,７０２号に対する優先権を主張し、当該出願の内容が参照により本明細書に組み込まれる。
【符号の説明】
【００７９】
１００  装置
１０２  チャンバ
１０６  カソード
１０８  電源
１１０  絶縁部
１１８  原材料再循環システム
１１９  第２導管
１２０  ガスコントラクタ
１２２  燃料リザーバ
１２４  ポンプ
１２６  熱交換器
１２７  導管
１２８  ガス収集装置又はシステム
１３６  真空ポンプ
１３８  コールドトラップ
１５０  正のリアクタンス回路
１６０  負のリアクタンス回路
１７０  オフサイクルのチャンバの戻り負荷回路
２０６  カソード
２３０  非導電性ベースプレート
２３１  剛性の非導電性管
２３２  ステンレス鋼ボルト
２３６  ポリカーボネート管
２３５  剛性の非導電性プレート
【図１】
2018505306.tif 000003
【図２】
2018505306.tif 000004
【図３】
2018505306.tif 000005
【図４】
2018505306.tif 000006
【図５】
2018505306.tif 000007
【図６】
2018505306.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成29年8月18日(2017.8.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性流体から水素を抽出するためのシステムであって、
円筒状壁部により画成された中空のチャンバと、
前記チャンバ内に、前記壁部に平行に配置された円柱状部材と、
導電性の原材料を前記チャンバに供給するための機構と、
前記導電性原材料を、前記チャンバを通して再循環させるための第２の機構と、
正のリアクタンス回路を介して前記チャンバ壁に接続されてアノードを形成する正端子、及び、負のリアクタンス回路を介して前記円柱状部材に接続されてカソードを形成する負端子を有する電源であって、デューティサイクルのオン部にわたって入力パルスＤＣ電圧を供給する電源と、
前記正のリアクタンス回路及び負のリアクタンス回路に接続されたオフサイクルのチャンバの戻り負荷回路と、を備え、前記リアクタンス回路及び前記オフサイクルのチャンバの戻り負荷回路が、
前記デューティサイクルのオフ部中に、前記チャンバから戻ってきた電圧、すなわち、前記チャンバにおける、前記円柱状部材上で表面反応しない電気化学反応から生じた戻り電圧を処理し、且つ、
前記処理された電圧を前記チャンバに戻し、前記チャンバが水素ガスを放出する、前記システム。
【請求項２】
前記原材料が海水である、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記円柱状部材がタングステンから形成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記壁部がグラファイトから形成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記チャンバの半径の、前記円柱状部材の半径に対する比率が２５：１である、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記チャンバの直径が２５ｍｍである、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記円柱状部材の直径が１ｍｍである、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記壁部の高さが５０ｍｍである、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記チャンバがブロックグラファイトから形成され、前記ブロックが複数のチャンバを含み、各チャンバがそれぞれの円柱状タングステンロッドを有する、請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記アノードの内面のみが前記原材料と連通している、請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
さらに、前記システム内の活動を監視するための複数のセンサを備えた、請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
導電性流体から水素を抽出する方法であって、
導電性の原材料を、円筒状壁部により形成された中空のチャンバに供給するステップを含み、当該チャンバが、当該チャンバ内部に前記壁部に平行に配置された円柱状部材を含み、前記方法が、さらに、
電源の正端子を、正のリアクタンス回路を介して前記チャンバ壁に接続してアノードを形成するステップと、
前記電源の負端子を、負のリアクタンス回路を介して前記円柱状部材に接続してカソードを形成するステップと、
前記リアクタンス回路をオフサイクルのチャンバの戻り負荷回路に接続するステップと、
デューティサイクルのオン部中に、入力パルスＤＣ電圧を前記アノード及び前記カソードに印加するステップと、
前記導電性原材料から水素ガスを抽出するステップと、を含み、前記リアクタンス回路及びオフサイクルのチャンバの戻り負荷回路が、
前記デューティサイクルのオフ部中に、前記チャンバから戻ってきた電圧、すなわち、前記チャンバにおける、前記円柱状部材上で表面反応しない電気化学反応から生じた戻り電圧を処理し、且つ、
前記処理された電圧を前記チャンバに戻す、前記方法。
【請求項１３】
前記原材料が海水である、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記アノード及びカソードが円筒状及び円柱状であり、前記円柱状カソードが前記円筒状アノード内に対称的に配置されている、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記アノードの半径に対する前記カソードの半径の比が１：２５である、請求項１２に記載の方法。
【請求項１６】
さらに、前記アノードをグラファイトから形成し、且つ、前記カソードをタングステンから形成するステップを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１７】
前記円筒状アノードが円筒状の内面、及び、円筒状の外面を有し、前記アノードの前記円筒状内面のみが前記原材料と連通する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１８】
前記デューティサイクルのオン部が前記デューティサイクルの１３％未満である、請求項１２に記載の方法。
【請求項１９】
さらに、前記流体を前記チャンバを通して再循環させるステップを含む、請求項１２に記載の方法。
【国際調査報告】
2018505306.tif 000009
2018505306.tif 000010
2018505306.tif 000011