オーバーユニティ水素発生機〜US.PATENT4,394,230
Method and apparatus for splitting water molecules
Abstract
本明細書に開示されるのは、通常の水分子から、または常温常圧の海水から水素ガスおよび酸素ガスを生成するための新しく改良された熱力学的装置である。 また、水分子を電気的に処理して、それらを約８０〜１００％の範囲の効率レベルで水素ガスおよび酸素ガスに分解するための新しく改良された方法も開示されている。 発生した水素ガスは燃料として使用できます。 発生した酸素ガスは酸化剤として使用できます。
Description
科学界は、地球の表面に3億立方マイル以上の水があり、そのすべてが燃料として使用される水素の潜在的な供給源であるため、水は巨大な自然エネルギー資源であり、実際には無尽蔵の供給源であることを長い間認識してきました。実際、100年以上前、ジュールヴェルヌは、水が最終的に燃料として使用され、それを構成する水素と酸素が無尽蔵の熱と光の源になると予言しました。 水は、非常に非効率的な電解法、同様に非効率的で非常に高価な熱化学的水分解と呼ばれる熱化学的抽出プロセス、およびいくつかを含む他のプロセスによって、水素と酸素の構成要素に分割されています太陽エネルギーを採用しています。さらに、光合成の自然なプロセスを模倣した人工葉緑体は、複雑な膜と洗練された人工触媒を利用して水から水素を分離するために使用されてきました。しかし、これらの人工葉緑体はまだ効率的かつ経済的な速度で水素を生成していません。 これらおよび他の提案された水分解技術はすべて、豊富で、クリーンで、安価な燃料源を見つけるための科学界による大規模な努力の一部です。いずれの方法もまだ商業的に実現可能であることが証明されていませんが、それらはすべて、クリーンな燃料としての水素ガスの既知の受容性を共有しています。 古典的な量子物理化学では、水分子には2つの基本的な結合角があります。1つは104°、もう1つは109°28 'です。 本発明は、結合角を１０４°構成から１０９°２８ '四面体幾何学的構成にシフトするように、水分子を電気的手段によってエネルギーを与えることができる方法を含む。 電気関数発生器（コンポーネント1）は、水の四面体幾何学的形態の複雑な共振周波数に適用され、一致する複雑な電気波形周波数を生成するために使用されます。
特別な熱力学的装置（コンポーネントII）に含まれているのは、水に適用されるこの複雑な電気波形であり、共鳴によって水分子をそのコンポーネント分子（水素、酸素）に粉砕します。 次に、ガス状の水素を燃料として使用することができます。 ガス状の酸素が酸化剤として使用されます。 例えば、本発明の熱力学的装置は、あらゆるタイプの内燃機関、タービン、燃料電池、スペースヒーター、給湯器、熱交換システムなどの既存の熱機関の水素燃料源として使用することができる。 および他のそのようなデバイス。 また、海水の脱塩やその他の浄水にも使用できます。 また、水が燃料として入り、水がきれいな排気として出てくる新しいクローズドサイクル熱機関の開発にも適用できます。
本発明をより完全に理解し、それに付随する利点をより深く理解するために、添付の図面と併せて取られる以下の詳細な説明を参照されるべきである。
FIG. 1 is a schematic block diagram illustrating the electrical function generator, Component I, employed in the practice of the present invention;
FIG. 2 is a schematic illustration of the apparatus of the present invention, including a cross sectional representation of the thermodynamic device, Component II;
FIG. 3 is a cross-sectional view of Component III of the present invention, the water cell section of Component II;
FIG. 4 is an illustration of the hydrogen covalent bond;
FIG. 4A is an illustration of the hydrogen bond angle;
FIG. 4B is an illustration of hybridized and un-hybridized orbitals;
FIG. 4C is an illustration of the geometry of methane ammonia and water molecules;
FIG. 5 is an illustration of an amplitude modulated carrier wave;
FIG. 6 is an illustration of a ripple square wave;
FIG. 6 A is an illustration of uni-polar pulses;
FIG. 7 is a diagram showing ion distribution at the negative electrode;
FIG. 8 is an illustration of tetrahedral bonding orbitals;
FIG. 9 is an illustration of water molecules;
FIG. 10 is an illustration of productive and non-productive collisions of hydrogen with iodine;
FIG. 11 is a wave form found to be the prime characteristic for optimum efficiency;
FIG. 12 is an illustration of pearl chain formation;
FIG. 13 is a plot of the course of the onset of the barrier effect and the unblocking of the barrier effect; and
FIGS. 14A, B, and C are energy diagrams for exergonic reactions.
本発明の装置は、３つの構成要素、電気関数発生器、熱力学的装置、および水セルからなる。 このデバイスは、搬送波（範囲200 Hz〜100,000 Hz）の可聴周波数（範囲20〜200 Hz）の振幅変調で構成される出力を備えています。この出力信号のインピーダンスは、2番目のコンポーネントである熱力学的デバイスである負荷に継続的に一致しています。 電気関数発生器は、私の以前の米国特許第5,059,059号に開示された回路の新しい用途を表す。米国特許第3,629,521号; 3,563,246;および３，７２６，７６２は、参照により本明細書に組み込まれる。図１を参照されたい。コンポーネントIのブロック図は1。 熱力学的装置は、より大きな管状鋼シリンダーによって囲まれた中心の中空管状電極からなる同軸シリンダーの幾何学的形態の金属およびセラミックで製造され、前記２つの電極は、電気機能発生器、構成要素Ｉ。前記中央の中空管状電極は水を運び、多孔質セラミックガラス質材料によって外側の円筒形電極から分離されている。絶縁セラミックガラス質材料の外面と外側円筒形電極の内面との間には、電気分解される水を収容するための空間が存在する。この水セル空間は、本発明の第３の構成要素（構成要素ＩＩＩ）を含む。それは、図１および２に示される２つの長さの管状パイレックスガラスを含む。水と接触している2つの電極の金属電極表面はニッケル合金でコーティングされています。 同軸電極システムは、水分子にエネルギーを与えて電気分解される可能性があるように、材料と形状が特別に設計されています。中心電極は中空管であり、コンポーネントIIIセルへの水の導体としても機能します。中央の管状電極はニッケル合金でコーティングされており、2番目の電極に面する先端を除いて多孔質ガラス質セラミックとガラス管で囲まれています。外側の円筒形電極は、外側にフィンが付いた熱伝導鋼合金でできており、内側はニッケル合金でコーティングされています。中心電極と円筒形電極は、外側電極のアーチ型ドーム延長部によって電気的に接続されています。これにより、2つの電極が、水素の既知の消光距離によって決定される臨界ギャップ距離に到達します。図１を参照されたい。コンポーネントIIの説明については、2を参照してください。 ウォーターセルはコンポーネントIIの上端の一部であり、説明されています。セルの拡大概略図が図１に示されている。 3.コンポーネントIIIは、熱力学的デバイスであるコンポーネントIIのセルの壁の幾何学的形状に含まれる水管とガラス管で構成されています。本発明を実施するための実用的な装置の要素には、以下が含まれる。
(A) Water reservoir; and salt reservoir; and/or salt
(B) Water injection system with microprocessor or other controls which sense and regulate (in accordance with the parameters set forth hereinafter):
a. carrier frequency
b. current
c. voltage
d. RC relaxation time constant of water in the cell
e. nuclear magnetic relaxation constant of water
f. temperature of hydrogen combustion
g. carrier wave form
h. RPM of an internal combustion engine (if used)
i. ignition control system
j. temperature of region to be heated;
(C) An electrical ignition system to ignite the evolved hydrogen gas fuel.
コンポーネントIIIの重要な側面は、管状のガラス質材料、セルの収容壁の幾何学的形状、およびセルに含まれる水分子の幾何学的形態です。本発明のさらに重要な態様は、本明細書の後続のセクションでより完全に説明される新規の方法および手段による水分子の四面体形状の操作である。 分子のさまざまな部分が電子によって結合されています。存在する可能性のある電子配置の1つは、電子の共有によって実現される共有結合です。水素ガスの分子であるＨ ２は、図１に見られるように、共有結合の最小の代表的な単位である。 4.水素ガスの分子は、1s軌道電子の重なりとペアリングによって形成されます。図１に示すように、共有電子対が両方の原子核を周回する新しい分子軌道が形成される。 4.共有電子に対する原子核の引力により、原子は共有結合で結合されます。 共有結合には方向性があります。結合されていない原子の電子軌道は、その原子が分子の一部になると、形状と方向を変えることができます。 2つ以上の共有結合が存在する分子では、分子構造は中心原子の周りの結合角によって決定されます。最も外側の孤立電子対（非結合性）電子は、分子構造に大きく影響します。 水の幾何学はこの概念を示しています。基底状態では、酸素は外殻構成を持っています
1s.sup.2 2s.sup.2 2p.sup.2.sub.x 2p.sup.1.sub.y 2p.sup.1.sub.z
水中では、2つの水素からの1s電子が酸素の2pyおよび2pz電子と結合します。 ｐ軌道は互いに直角にあるので（図４Ａを参照）、９０°の結合角が期待され得る。 ただし、結合角は実験的に約104°であることがわかっています。 理論的には、これは混成軌道に対する孤立電子対の影響によって説明されます。 結合軌道またはハイブリッド軌道は、2s電子の励起により、基底状態から2p軌道とエネルギー的に同等の状態に昇格したときに形成されます。 新しいハイブリッドは、1つのs軌道と3つのp軌道の組み合わせからsp3と呼ばれます（図4Bを参照）。 ハイブリッドsp3軌道は、正四面体の中心から四隅に向かって空間に向けられます。 軌道が等しい場合、結合角は次のようになります（図15を参照）。
109°28'
四面体の形状と一致します。水の場合、軌道の2つは非結合性電子によって占められています（図4Cを参照）。 2つの原子核を周回する結合軌道の電子の反発と比較して、1つの原子核のみを周回するこれらの孤立電子対の反発が大きくなります。これにより、非結合性軌道間の角度が109°より大きくなる傾向があります。これにより、結合性軌道が一緒に押し出され、結合角が104°に減少します。孤立電子対が1つしかないアンモニア、NH3の場合、反発力はそれほど大きくなく、結合角は107°です。炭素は典型的な四面体の形を形成し、最も単純な成分はガスメタン、CH4です。 （図4Cおよび8を参照）。孤立電子対の反発は電荷分布に影響を与え、共有結合の極性に寄与します。 （図16を参照） この特許明細書の後続のセクションで示されるように、本発明の重要かつ新規な態様は、電子的方法および手段による、水分子のエネルギー準位の操作、および水分子の、への、およびその外への変換である。四面体の幾何学的形態。これは、本発明の構成要素Ｉ、ＩＩ、およびＩＩＩの間の特定の微妙な動的相互作用によってのみ可能になる。 コンポーネントI、II、およびIIIの電気力学は、時間の経過に伴う純水反応速度の進行中に個別に、および相互作用して説明されます。食塩水の反応についてはセクション3で説明します。コンポーネントIの出力は、共振キャリア周波数、波形、電流のパラメータを変更することにより、反応速度の7つのステージ（以下、ステージAF）に自動的に追従することに注意してください。電圧とインピーダンス。本明細書に記載の反応の７つの状態すべては、システムの実際の動作に必要ではないが、本発明のダイナミクスおよび新規の態様を説明するために含まれている。 7つの段階は、純水の電気分解にのみ適用できます。 新しいシステムを動作可能にするために、コンポーネントIの出力電極はコンポーネントIIに接続されていますが、コンポーネントIIIのセルには水が入れられていません。コンポーネントIの出力がコンポーネントIIの負荷を超えている場合、次の電気的パラメータが観察されます。 （乾燥）負荷での電流（I）出力の範囲： 0〜25 mA（ミリアンペア）rms。 （乾燥）負荷での電圧（E）出力の範囲： 0〜250ボルト（AC）rms。 振幅変調（AM）、または中心周波数fc 'の正弦波キャリアの歪みはありません。 59,748 Hz〜66、221Hzの範囲 fc平均= 62、985 Hz 搬送波周波数は、アンペア（電流）の増加に伴ってfcが低下するという点で、出力に応じて変化します。 ＡＭ波形を図３に示す。 5.ここで、電気関数発生器のコンポーネントIには、AMの次数を0％から100％まで、次に100％から0％まで≅3.0秒ごとに循環させる自動振幅変調ボリューム制御があることに注意してください。 。この3.0秒のサイクル速度は、コンポーネントIIIの水の核スピン緩和時間τ/秒に対応します。この効果の意味については、後のセクションで詳しく説明します。 要約すると、コンポーネントIIのステージA-乾式充電中に注意すべき主な影響は次のとおりです。
a. Tests the integrity of Component I circuitry.
b. Tests the integrity of the coaxial electrodes, and the vitreous ceramic materials of Component II and Component III.
c. Electrostatic cleaning of electrode and ceramic surfaces.
コンポーネントI、コンポーネントII、および純水を含むコンポーネントIIIの初期操作。 ステージBの間、水の電気分解はありません。ただし、ステージBでは、コンポーネントIの正弦波出力は、処理時に水のRC定数が変化することによって波状の方形波に成形されます。 半波整流と正の単極パルスの出現につながる水の偏光効果により、コンポーネントIIIで発生する「開回路」の可逆しきい値効果があります。 と コンポーネントIIには、酸素と水素の気泡の形成によって証明されるように、水の真の電気分解の前兆である電極分極効果があります。 フェーズ1：ステージAの乾式充電の終了時に、コンポーネントIの出力は次の標準値に低下します。
I=1mA. E=24VAC. f.sub.c ≅66,234 Hz.
フェーズ２：次に、水は、図１の中心電極１ 'の上部まで一滴ずつ構成要素ＩＩＩの水セルに加えられる。 3が覆われ、この水が2 'で上部外部電極の内面にちょうど接触したとき。 水による2つの電極のこの結合が発生すると、次の一連のイベントが発生します。 フェーズ3：fcは66,234Hzから1272Hzから1848Hzの範囲に低下します。 電流と電圧の両方が低下し、水核スピン緩和定数τ= 3.0秒に伴ってパルスを開始します。 核スピン緩和振動の存在は、オシロスコープのX-Y軸上の特徴的なヒステリシスループによって証明されます。
I=0 to 0.2mA surging at τ cycle E=4.3 to 4.8VAC surging at τ cycle
正弦波キャリアは、水のRC時定数を反映する波状の方形波パルスに変換され、方形波には高次の高調波が含まれていることが観察されます。図１を参照されたい。 6： 波状の方形波の出現により、加水分解のしきい値は、コンポーネントIIIセル上に配置され、低倍率の顕微鏡で観察されたカバーガラススリップ上の蒸気沈殿として（わずかに）検出される場合があります。 フェーズ4：波形に対する水のRC定数の変化の二次効果は、搬送波の完全な半波整流として現れ、外部電極で四面体の形の水分子の高レベルの分極を示します。 波状の方形波のすでに述べた外観、および電気分解の初期段階を示すかすかな蒸気沈殿の兆候により、可逆的な加水分解閾値の存在をテストすることが可能です。このテストは、コンポーネントIとIIの間に開回路を作成することによって実行されます。つまり、電流は流れません。これは、図１に示される領域－１ 'および２'の２つの電極間の水位を下げることによって行われる。 3;または、コンポーネントIの信号発生器がオンで発振しているときに、コンポーネントIとIIの間の回路を遮断します。 すぐに、「開回路」状態が発生すると、次の影響が発生します。
(a) The carrier frequency, fc, shifts from Phase 4 valve 1272 Hz to 1848 Hz to 6128 Hz.
(b) The current and voltage drop to zero on the meters which record I and E, but the oscilloscope continues to show the presence of the peak-to-peak (p-p) voltage, and the waveform shows a remarkable effect. The rippled square wave has disappeared, and in its place there appear unipolar (positive) pulses as follows in FIG. 6A.
ユニポーラパルス周波数は約に安定します。 5000Hz。ユニポーラパルスは、3.0秒でτの0〜1.3ボルトのパルス振幅変調を受けます。 したがって、水分子が0.0002秒の特徴的な低周波RC時定数でコンデンサを充電および放電する、水の電気分解のための純粋な開回路可逆しきい値が存在します。純水は非常に高い誘電率を持っているため、このような効果が可能であることに注意してください。電圧のパルス振幅変調は、水素核スピン緩和定数によって決定されます。ここで、τ≅3.0秒です。正のパルススパイクの後に負のアフターポテンシャルが続くことに注意してください。これらの脈波形は、神経系を持つすべての生物種の神経系に見られる古典的な神経活動電位スパイクと同じです。これらの単極パルスが可逆的閾値加水分解の条件下で水中で発生することが観察されたという事実は、重大な意味を持っています。これらの発見は、水の「結晶」ダイナミクスのウォーレンマカロック理論が神経ダイナミクスの基礎であることを明らかにし、確認しています。そして、水の包接水和物の形成が神経麻酔のメカニズムであると主張するライナス・ポーリングの逆の理論。
フェーズ5：可逆しきい値電解に関連する効果は、コンポーネントII、熱力学的デバイスの電極表面で発生しているイベントを反映しているため、パッシムでのみ示されます。 熱力学的デバイスであるコンポーネントIIのステージB、フェーズ3で発生する主な効果は、2つの電極が分極のステージを経ることです。コンポーネントIIのセル内のさまざまな種類の流体、つまり蒸留水、海水、水道水、リンゲル液、動物およびヒトの血球の希釈懸濁液を使用した広範な実験で、外輪電極の内面が観察されています。図３の３ 'で。 3（流体と接触している電極）は負に帯電します。図１を参照すると、 7、これは、電極⊖とマークされた左側の柱状領域に対応します。
コンポーネントIIの電極分極効果につながるτ一定サイクルでのコンポーネントIのドライバーパルスと同時に、コンポーネントIIIに作用があり、水分子にエネルギーを与えて、結合角を104°からシフトするより高いエネルギーレベルに引き込みます。図1および2に示すように、角度109°28 'の四面体形状に変換します。この電子ポンプ作用は最も重要であり、いくつかの理由で本発明の新規な方法の重要な部分を表している。まず、水を四面体型にシフトすると、水分子の構造的安定性が高まり、正しい共振周波数での破損の影響を受けやすくなります。第二に、水分子の分極を増加させると、酸素分子とS-接続された孤立電子対がより電気陰性になります。弱く正の水素原子、S +はより正です。図１を参照されたい。図９および図９。 22。 示されるように、外側電極がより電気陰性になるにつれて、中央電極は同時により電気陽性になる。水分子四面体の極性が増加すると、図１に示すように、水四面体の２つのＳ ＋頂点とヘルムホルツ層の領域内の負に帯電した電極表面との間に反発力が発生する。 7.この効果は、フィールド内の水分子を「配向」し、電気化学のよく知られた「配向因子」であり、水分子からの酸素解離速度を触媒する働きをし、それによって反応速度を最低のエネルギーレベル。図１を参照されたい。配向係数がどのように機能するかの例については、10を参照してください。 ステージBの終わり近くに、次のステージ、つまり水の高効率電気分解のステージの開始のための条件が確立されます。
コンポーネントIからの複雑な波形周波数の生成は、角度が109°28 'の四面体形のエネルギーを与えられた高度に分極された水分子の複雑な波形の共振周波数と一致します。ステージCで実行されます。 本発明の操作において、水の能動気泡電気分解は、成分Ｉの出力を以下に（自動的に）設定することにより、ステージＢ、フェーズ３に続いて開始される。
I=1mA., E=22VAC-rms,
波状の鋸歯状波の出現により、波状の方形波パルスが消えます。 キャリアの基本周波数は、fc = 3980Hzになります。 波形は、水の電気分解における最適な効率に必要な主要な特性であることが見出され、図１に示される形態に自動的にシフトする。 図１１の波形では、 11、基本的なキャリア周波数、fc = 3980 Hz、およびキャリアの高調波変調は次のとおりです。
1st Order Harmonic Modulation (OHM)=7960 Hz.
2nd Order Harmonic Modulation (II OHM)=15,920 Hz.
3rd Order Harmonic Modulation (III OHM)=31,840 Hz.
4th Order Harmonic Modulation (IV OHM)=63,690 Hz.
このIVOHM効果で起こっていると考えられているのは、四面体の水分子の4つの頂点のそれぞれが、観測された4つの高調波の1つに共鳴していることです。外側電極での負の反発力と今説明した共振周波数の組み合わせが連携して、水分子をその成分である水素原子と酸素原子（ガスとして）に粉砕すると考えられています。この推定は、低倍率の顕微鏡によるプロセスの以下の観察に基づいています。水素気泡は、図１の電極縁４ 'で発生するのが見られた。次に、気泡は、（ホイールのスポークのように）求心的に非常に整然とした「真珠の鎖」の形成で、図３の中心電極１ 'に向かって移動した。図３。図１２は、この効果の上面図を示している。 その後、コンポーネントIの出力を下げると、コンポーネントIIIのセル上のガラスカバープレート上に水滴が蒸着することで証明される水の電気分解のしきい値は次のようになります。## EQU1 ##他のすべての条件と波形は次のとおりです。上記のステージCで説明されています。場合によっては、このしきい値を次の値に下げることができます：## EQU2 ## このステージCの蒸気加水分解しきい値効果は、気泡が形成されないため、流体内で発生するものとして直接観察することはできません。ガラス板に衝突して水分子に結合し、蒸気として現れる液滴を形成するときに見えるようになる目に見えないガス分子のみです。 コンポーネントIIおよびIIIに適用される電力量に関係なく、バリア電位が形成されると、効率的な水の電気分解速度での水素および酸素ガスの生成が遅くなり、バリアが電気分解をブロックします。 典型的な実験は、障壁ポテンシャル形成の問題を説明します。コンポーネントI、II、およびIIIは、次のパラメーターで動作するように設定されています。## EQU3 ## コンポーネントIIIへのこの入力により、水の電気分解により、1気圧および289°Kで毎分約0.1 cm3の水素ガスが生成されます。時間の関数として、fcが27分で2978Hzから6474Hzに上昇したことが観察されます。 。電流と電圧も時間とともに上昇しました。 ２７分で、バリア効果が水の電気分解を遮断し、図１を参照することにより、事象のサイクルを最もよく理解することができる。 13.13。
Region A: Shows active and efficient hydrolysis
Region B: The barrier region effect can be initiated with taps of the finger, or it can spontaneously occur as a function of time.
Phase a: The current rose from 1 mA to 30 mA. The voltage fell from 22 volts to 2.5 V.
Phase b: If component II is tapped mechanically during Phase a supra--it can be reversed as follows: The current dropped from 30 Ma to 10 Ma. The voltage shot up from 5 volts to over 250 volts (off scale).
フェーズaおよびフェーズbを通じて、すべての加水分解が停止しました。 顕微鏡下で、外部電極の内面が水素気泡で厚く覆われていることが観察された。 水分子の四面体が反転してS +水素の頂点がヘルムホルツ層に入り、電極の電気陰性電荷に吸収されたため、水素気泡が電歪層に閉じ込められたと考えられました。 これにより、孤立電子対の頂点が電気的に制限された層に面したままになりました。 このプロセスは、反応をブロックする新たに形成されたH +イオンを結合しました
H.sup.+ +H.sup.+ +2e→H.sub.2 (gas)
Region C: It was found that the barrier effect could be unblocked by some relatively simple procedures:
(a) Reversing the output electrodes from Component I to Component II, and/or:
(b) Mechanically tapping the Component III cell at a frequency T/2=1.5 seconds per tap.
これらの効果は図１に示されている。 12そしてバリアポテンシャルの低下を以下から誘発します：## EQU4 ## バリア効果のブロックを解除すると、水の電気分解が再開され、水素ガスの気泡が新たに形成されました。 バリアポテンシャルの問題は、純水の高誘電率を下げ、純水に塩（NaCl、KOHなど）を添加して導電特性を高めることにより、実用化のために解決されました。最適な効率を得るために、塩分濃度はセクション3「本発明の熱力学」の海水の濃度（0.9％塩分）を超える必要はありません。説明されているすべての水溶液はセクションBのように「純粋な」水ではないことを理解してください。ただし、塩水のみを参照してください。 このセクションでは、水の電気分解中に燃料として水素を生成し、酸化剤として酸素を生成する際のコンポーネントI、II、IIIの通常の操作における熱力学的考慮事項、およびさまざまな熱機関で機能する水素燃料の燃焼について説明します。 。 化学反応では、関与する原子が新しい結合を形成し、異なる電子配置を持つ化合物を生成します。エネルギーを放出する化学反応は発エルゴン反応であり、化学結合のエネルギー含有量が反応物よりも低い生成物をもたらすと言われています。最も頻繁に放出されるエネルギーは熱として現れます。エネルギーは、物質と同様に、保存則に従って作成も破壊もできません。化学反応で放出されるエネルギーに生成物の低エネルギー状態を加えたものは、反応物の元のエネルギー含有量に等しくなります。水素の燃焼は、次のように水を生成するためにかなり激しく発生します。
2H.sub.2 +O.sub.2 →2H.sub.2 O-ΔH 68.315 Kcal/mol (this is the enthalpy, or heat of combustion at constant pressure)
(18 gms)=1 mol)
水分子の化学結合は、反応物に作用する水素ガスや酸素ガスよりもエネルギー含有量が低くなっています。低エネルギー分子は、その能力によって特徴付けられます。高エネルギー分子は本質的に不安定です。これらの関係は、図１の２つのグラフに要約されている。図１４に留意されたい。図１４（ｂ）は、水が電気分解によって水素および酸素に分解されるときの本発明の吸エルゴン反応の態様を示している。図。図14（a）は、水素ガスと酸素ガスが結合してエネルギーを解放し、水に再形成するときの反応を示しています。 2つの反応の位置エネルギーに違いがあることに注意してください。図。 14（c）は、この位置エネルギーには2つの要素があることを示しています。放出された正味エネルギー、またはネットワークを生み出すエネルギーは、図では放出された正味エネルギーとしてラベル付けされており、ギブズ関数-ΔGで示される自由エネルギー変化とより適切に呼ばれます。自発性（燃焼）を達成するために反応のために供給されなければならないエネルギーは、活性化エネルギーと呼ばれます。 2つの合計は、放出される総エネルギーです。本発明の熱力学的装置の最初の熱力学的微妙さは、アンガス・マクダガルの燃料電池、エネルギー代替シリーズ、マクミラン出版社、ロンドン、１９７６年、１５ページに記載されている。 「ギブズ関数は、システムのエンタルピーHとエントロピーSで定義されます。
G=H-T S(where τ is the thermodynamic temperature)
特に重要な結果は、一定の温度と圧力で可逆的に動作する電気化学セルの場合、行われる電気的仕事はネットワークであり、したがって、
ΔG=-w.sub.e
これが可逆プロセスであるためには、セルが「開回路」にある必要があります。つまり、電流が流れず、電極間の電位差がEMF、Eです。
ΔG=-zFE
（ここで、Fはファラデー定数-アボガドロ定数+ NA = 6.022045×1023mol-1と電子の電荷e = 1.602189×10-19Cの積-両方ともSI単位系です。zは輸送された電子の数。）細胞反応が左から右に進行するとき。」 活性化エネルギーは、反応速度の制御プロセスに直接関係しているため、ギブズの自由エネルギーの変化に関係していることに注意してください。 他の熱力学的微妙さは、S。S。ペナーの作品で説明されています。 Penner、S。S. and L. Icerman、ENERGY、Vol、II、Non-Nuclear EnergyTechnologies。 Addison-Wesley Publishing Company、Inc。改訂版、1977年。マサチューセッツ州レディング。140ページ以降。 「最適な動作条件下では、電気分解による理論的に達成可能なエネルギー変換は電気エネルギー入力の約120％であるため、実際の電気分解で達成される効率を約100％に向上させることができるはずです。この最後のステートメントの物理的根拠は次のようになります。今考慮されます。 「電気分解におけるエネルギー効率の有用な定義は次のとおりです。エネルギー効率は、形成された電気分解生成物から放出されるエネルギー（後で使用される場合）と、電気分解を行うために必要なエネルギーの比率です。プロセスによって放出されるエネルギー
H.sub.2 (gas)+(1/2)O.sub.2 (gas)→H.sub.2 O (liquid)
標準状態（この例の標準状態は次のとおりです：（1）大気圧= 760 mm Hgおよび（2）温度= 298.16°K = 25°C = 77°F）は68.315 Kcalであり、数値的には 示されたプロセスのエンタルピー変化（ΔH）。 一方、電気分解のために一定の温度と圧力で必要な最小エネルギー（または有用な仕事の入力）は、ギブズの自由エネルギーの変化（ΔG）に等しくなります。 等温変化の熱力学の第1法則と第2法則から導き出せる基本的な関係があり、それは次のことを示しています。
ΔG=ΔH-TΔS
ここで、ΔSは化学反応のエントロピー変化を表します。 ギブズの自由エネルギーの変化（ΔG）は、ファラデーの方程式による電気分解を実装するために必要な電圧（E）にも関連しています。
E=(ΔG/23.06n) volts
ここで、ΔGはKcal / molで、nは電気分解された水1 molあたりの電子（または同等物）の数であり、数値は2です。 「大気圧および300℃で、液体水の電気分解について、ΔH= 68.315 Kcal / mol H2 O（i）およびΔG= 56.62 Kcal / mol H2 O（i）。したがって、電気分解のエネルギー効率は、 300°Kは約120％です。」 ## EQU5 ## "（場合）H2（ガス）とO2（ガス）が電気分解によって生成される場合、電解セルは一定の温度を維持するために周囲から熱を吸収する必要があります。これがガス状の電気分解生成物を生成する能力です。周囲からの熱吸収により、電気分解中のエネルギー変換効率が1を超えます。」 これら２つの当局の基準を使用して、本発明の効率の大まかな計算を行うことが可能である。 効率は、システムに入力された総エネルギーの正確な測定（借方）、およびシステムから取得された総エネルギー（または作業）の正確な測定（貸方）に基づく科学会計原則に基づいて推定されます。原則として、これに続いて、エネルギーの借方と貸方の貸借対照表を作成し、それらを効率比ηとして表現します。 ##EQU6##
コンポーネントIのエネルギー出力は、非常に非線形な負荷、つまり水溶液を調べる交流です。この交流発電機（コンポーネントI）は、ピーク負荷で共振するように設計されており（コンポーネントI、II、III）、ベクトル図は、容量性リアクタンスと誘導性リアクタンスがほぼ正確に180°位相がずれていることを示しています。 、そのため、正味の電力出力は無効であり、散逸電力は非常に小さくなります。この設計により、出力システム全体で電力損失を最小限に抑えることができます。これから説明する実験では、最小の適用エネルギー（借方）と引き換えに最大のガス収量（貸方）を達成することに全体的に重点が置かれました。 コンポーネントIIおよびIIIに適用されるエネルギーを測定する最も正確な方法は、電力Pをワット、Wで測定することです。これは、コンポーネントIIの両端のボルトを二乗平均平方根（rms）ボルトとして正確に測定することによって行われました。 rmsアンペアとしてシステムに流れる電流。正確に校正された機器を使用して、これら2つの測定を行いました。高効率の加水分解を得るための典型的な一連の実験（0.9％食塩水の形の水= 0.1540モル濃度を使用）では、次の結果が得られました。
rms Current=I=25 mA to 38 mA (0.025 A to 0.038 A)
rms Volts=E=4 Volts to 2.6 Volts
結果として生じる電流と電圧の比率は、中心電極とリング電極の間のギャップ距離、水の誘電特性、水の導電率特性、平衡状態、等温条件、使用される材料、さらには存在など、多くの要因に依存します。 クラスレートの。 上記の電流と電圧の値は、そのようなパラメータのさまざまな組み合わせの正味の効果を反映しています。 rms電流とrmsボルトの積は、電力の測定値であり、ワット単位のPです。
P=I×E=25 mA×4.0 volts=100 mW(0.1 W) P=I×E=38 mA×2.6 volts=98.8 mW(0.0988 W)
これらの電力レベル（負荷あり）では、システムの共振周波数は、高精度周波数カウンターで測定して600 Hz（±5Hz）です。適切なヒステリシスループ図を維持するために、波形をオシロスコープで高調波成分を監視し、核磁気緩和サイクルをX-Yプロットオシロスコープで監視しました。すべての実験は、コンポーネントI、II、およびIIIを介して適用されるワット単位の電力が98.8mWから100mWの範囲になるように実行されました。 国際単位系-1971（SI）により、1ワット秒（Ws）は1ジュール（J）に正確に等しいため、効率の測定では、これら2つのヤードスティック（1 Ws = 1 J）を使用しました。測定の借方側。 システムのエネルギー出力は、もちろん、水素（H2）と酸素（1 / 2O2）の2つのガスであり、このクレジット側は、2種類の校正済み機器、つまりガスクロマトグラフィーマシンの2つの研究所で測定されました。 、および、質量分析機。 ガスの量H2と（1/2）O2は、標準的な温度と圧力の条件下で単位時間、つまり立方センチメートル/分（cc / min）で生成されたものと、汚染されている可能性のあるガスで測定されました。空気中の酸素、窒素、アルゴンなど。一酸化炭素、二酸化炭素、水蒸気など。 電気およびガスの測定値は、エネルギーのジュールの共通分母に縮小されたため、効率の計算はすべて共通の単位で処理できました。多くの実験の平均結果は次のとおりです。異なるサンプル、マシン、および場所間の標準誤差は±10％であり、以下のすべての計算には平均のみが使用されました。 次の反応による、標準気圧（754〜750 mm Hg）、および標準等温条件@ 25°C = 77°F = 298.16°Kでの液体水（塩漬け）のガスへの吸エルゴン分解の熱力学的効率：
H.sub.2 O(1)→H.sub.2 (g)+(1/2)O.sub.2 (g)+ΔG56.620 KCal/mole
すでに説明したように、ΔGはギブズ関数です（図14b）。 Kcalを一般的な単位であるジュールに変換する式は、1カロリー= 4.1868ジュールでした。 ΔG= 56.620Kcal×4.1868J = 236,954 J / molのH2O（1）ここで、1molは18グラムです。 ΔG=ガスH2と（1/2）O2の形でH2Oから同等量のエネルギーを生成するために必要な自由エネルギー。 計算を単純化するために、1.0c.c。を生成するために必要なエネルギー。 ガスとしてのH2O、H2および（1/2）O2を測定した。 （標準状態では）1モルのH2Oに22,400c.c。= Vのガスがあります。したがって、## EQU7 ##
次に、1.0ccのH2Oガス（H2 = 0.666部、（1/2）O2 = 0.333部）を液体の水から放出するために必要な電気エネルギーを決定します。 P = 1 Ws = 1ジュール、V = 1.0ccのガス= 10.5783ジュールなので、## EQU8 ## 実験は、コンポーネントII、IIIの水サンプルに適用された100 mW（0.1 W）で30分間実行されたため、この合計適用電力レベルでの理想的な（100％効率の）ガス生成が計算されました。
0.1 Ws ×60 sec×30 min=180.00 Joules (for 30 min)
理想的な100％の効率での総ガス生産量は、
180.00 J/10.5783 J/cc=17.01 cc H.sub.2 O (g)
次に、17.01 cc H2 O（g）に存在する水素の量を計算しました。
17.01 cc H.sub.2 O (gas)×0.666 H.sub.2 (g)=11.329 cc H.sub.2 (g) 17.01 cc H.sub.2 O (g)×0.333(1/2)O.sub.2 (g)=5.681 cc (1/2)O.sub.2 (g)
予想されるガス生産の効率のこの理想的な基準に対して、実際に生産されるガスの量は、（1）上記で定義された標準条件（2）30分間にわたって適用される0.1Wsの電力の下で測定されました。 実験では、精密に校正されたGC、および2つの異なる研究所のMSマシンで測定された、生成されたH2と（1/2）O2の平均量。 は±10％、だった、
______________________________________Measured Mean = 10.80 cc H.sub.2 (g)Measured Mean = 5.40 cc (1/2) O.sub.2 (g)Total Mean = 16.20 cc H.sub.2 O(g)______________________________________
理想収量と測定収量の比率η## EQU9 ## ガスH2とO2の発エルゴン反応からの（熱または電気としての）総エネルギー放出は、## EQU10 ##で与えられます。 反応物が最初に室温（298.16°K）に近い場合、上記の反応で、燃料電池の全熱放出、または全電気への変換を得ることが可能です（Penner、Op。Cit。、p.128）。 、そして反応物生成物（Ｈ ２ Ｏ）は最終的に室温に戻される。 この権威ある意見を念頭に置いて、発エルゴン実験から放出される（理想的な）エネルギー量を決定することが望ましい。 上記のように、1.0ccのH2O（1）の総エネルギーは次のとおりです。 2）O2 発エルゴン反応の実験で生成されたガスから生成されたエネルギーは、
16.20 cc H.sub.2 O (g)×12.7687 J/cc H.sub.2 O=206,8544 J.
全体的なエネルギー取引は、## EQU12 ##と書くことができます。 実際の簿記用語では、借方と貸方のバランス、n =（-ΔH）-（+ΔG）、したがって、n = 206.8544 J-180.0 = + 26.8544 J（余剰） 本発明では、ガスは必要な場所で必要なときに生成されるので、水素燃料、および酸素酸化剤の液化、貯蔵、または輸送を説明する追加費用はない。したがって、実用的な効率は## EQU13 ##です。 実際のアプリケーションでは、コンポーネントIIシステムのエネルギー出力（発エルゴン）は、等温閉ループとして、コンポーネントIシステムに電力を供給するために必要な電気エネルギー間で解析できます。一方、約15％の余剰分は、作業負荷のあるエンジン（熱）電気、バッテリーなどにシャントすることができます。このエネルギー原価計算は理想的なモデルですが、有用な作業に使用できる正味のエネルギー利益を生み出すのに十分な資本エネルギー投資の見返り（約15％）があると考えられています。 前述の開示から、説明および図示された特別な装置において、エネルギーを与えられた水分子、すなわち、109°28 'の結合角を有する四面体分子に複雑な電気波形を適用することによる効率的な水分解の達成が十分なものを提供することが理解されよう。容易に入手できる水源からの水素ガスと酸素ガスの経済的な生産。本明細書に開示および論じられる本発明の特定の形態は、本開示の明確かつ特定の教示から逸脱することなく様々な変更を行うことができるので、代表的かつ例示的な例としてのみ意図されていることを理解されたい。したがって、本発明の方法および装置の全範囲を決定する際には、以下の添付の特許請求の範囲を参照されるべきである。
