JP2012532986A - 電場の増大をもたらすエネルギ変換用システム - Google Patents

Abstract

本発明は、第１の電極（１０６）と第２の電極（１０７）と機能媒体を有するそれらの間の電極間ギャップ（１１）とを有するエネルギ変換システムに関し、第１の電極（１０６）が、全長Ｌ、湾曲断面及び曲率半径Ｒを有し、多少の開口パターンを有する頑丈な組み立て構造に構成され、任意の場所で同じ電位を有し得ることで前記第１の電極（１０６）を構成する少なくとも１の細長い導電手段で作成される。このシステムは、Ｒが４０×１０^−６ｍ（４０マイクロメートル）よりも小さく、電極間ギャップが１×１０^−９ｍ乃至５×１０^−３ｍ（１ナノメートル乃至５ミリメートル）の厚さを有し、第１の電極（１０６）の前記少なくとも１の導電手段の全長Ｌが１×１０^３ｍ（１キロメートル）よりも長く、Ｌ／Ｒ比が１０^６（１００万）よりも大きく、第１の電極（１０６，３０６）が、ナノメートル乃至ミリメートル規模で、第２の電極（１０７）によって感知される電場の顕著な増加を発生させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、エネルギ変換システム、特に、その２つの電極の少なくとも一方の周りの電場を増大させるエネルギ変換システムに関する。また、本発明は、このようなシステムを備えて提供される様々なエネルギ変換装置に関する。また、本発明は、このようなシステムの２つの電極のうちの少なくとも一方を作成し、他方の電極によって感知される電場の顕著な増加を発生させるための導電手段の適用に関する。

第１の電極、第２の電極及び電解質又は誘電体といった機能媒体を含む電極間ギャップを具えるエネルギ変換システムが知られている。このようなシステムの効率は、特に、２つのパラメータ：システムの効率性及びそのコストに依存する。それらの最適化は、通常、システムを規定する様々なパラメータを調整するよう構成する経験的な方法に基づいている。

専門的な文献（Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ｄｅ ｌ’ｉｎｇｅｎｉｅｕｒ，Ｅｎｃｙｃｌｏｐｅｄｉａ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，Ｅｄ．Ｗｉｌｅｙ ２００７，Ｈａｎｄｂｏｏｋ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，１ｓｔ Ｅｄ．，Ｃｙｎｔｈｉａ Ｇ．Ｚｏｓｋｉ，Ｅｄ．Ｅｌｓｅｖｉｅｒ ２００７）が、電気化学的反応器の効率及び付随するコスト全体を最適化するための様々な方法論を示唆している。特に、重要なパラメータが、効率を増大させることに関する態様に関して、主に電極間ギャップ、触媒及び電解質である一方、投資コストに関する態様に関して、電極の表面積及び電極の体積に対する表面積の比の増大（電流の増大による所定の体積に対する生産効率の増大）であることが、そこで示されている。

ＧＢ−Ａ−２０１８８２６は、電極が電解質に対して可能な限り最も大きな表面積を与えるべきであることを記載しており、それは、微小な粗さを有する電極を提供することによって、又はこのような大きな表面積をもたらす電極アッセンブリを構造を提供することによって実現し得る。

また、ＵＳ４０４６６６４は、電気化学的反応体の効率が動作電極の表面積に依存することを記載しており、それを最大限にし電解質に完全に露出すべきことを記載している。この文献は、このような目的のために、銅又は金属でコーティングされたカーボンファイバでできた、同じ長さを有する、多数の類似するフィラメントでできた芯から成る動作電極を説明しており、カーボンファイバは互いに並んでおり、その上端がアッセンブリから吊され、電気的接続部材が芯の総てのフィラメントに電気的に接触し得る。フィラメントの断面は、２つの機能：電解質との動作電極の接触領域を増加させること、フィラメントの芯を電解質が通過できること、を発揮するよう可能な限り小さい。反応体は、非導電案内部材に配置された、上記のような動作電極、及び従来の対電極を具える。動作電極のフィラメントは、フィラメントの周りの電解質の流れのため、電解質に個々に構成し易い。フィラメントは、互いに絡むのを防止するよう円形断面を有しており、電解質の通過を防ぐ。

ＵＳ４１０８７５５は、ＵＳ４０４６６６４に記載されたタイプの反応体を説明しており、動作電極は多数の金属フィラメントでできた芯である。

ＵＳ５２９４３１９は、少なくとも１つの電極が、２５４×１０^−６ｍ（１０ミル（ｍｉｌ））よりも小さい単位直径を有するファイバ又はフィラメントの物質でできた電気化学反応体を説明しており、電極は芯又はストリップの形式でもよく、当該物質は、最終的な電極（触媒の付着、アニーリング、圧縮）を形成するよう連続的動作を受ける。

ＵＳ４１０８７５４は、ＵＳ４０４６６６４に由来する反応体を説明しており、動作電極が、上部の電解質の入口及び下部の電解質放電オリフィスを具える溝に配置されている。この動作電極は、ぴったり押し付けられる多数のカーボンファイバでできており、互いに電気的接続部を形成する。５０００乃至１００００もの繊維で形成され、それぞれが５乃至１５マイクロメートル（５×１０^−６ｍ乃至１５×１０^−６ｍ）の直径を有するが、他の直径が実現可能であることを示唆しているため、この範囲は単なる具体例である。

ＵＳ４１０８７５７は、カーボンファイバ及びこのファイバの長さ方向の少なくとも限定的な部分を覆うように配置されたカーボン結合手段を具える、ＵＳ４１０８７５４に記載されたタイプの反応体用電極を説明している。

このように、これらの様々な文献の示唆は、最大限にされ電解質に晒される所望の動作電極の表面のみに関する。いくつかのフィラメントから成る芯の使用が、電場に関する構造の観点から、直径がほぼ芯のフィラメント数の平方根によって乗算される単位フィラメントの直径であるフィラメントと同等なため、実際には、静電的効果が、電極の微細構造、特にフィラメントの曲率半径から引き出されない。

さらに、ＵＳ４３３７１３８は、エネルギ変換システムの効率を増加させることに関する課題を提起している。この目的のために、この文献は、導電集電器及び非導電マトリクス中の複数の導電島を含む動作面を具える電極を説明している。

ＵＳ４３６９１０４は、同じ課題を扱っており、この目的のために、改良型のグラファイト複合材料電極を説明しており、３０マイクロメートル（３０×１０^−６ｍ）よりも小さい直径を有するグラファイトファイバが熱可塑性樹脂のマトリクスに分散しており、互いに平行に且つマトリクス表面に対して直交するよう配置されている。

これらの２つの構成では、マトリクスに埋め込まれた導電部分から効果が引き出されない。

また、ＷＯ２００８／０１２４０３は、効率増加の課題を扱っており、カソード区画、アノード区画、及びこれら２つの区画を結合する部材を具える電解装置を説明しており、カソード区画は少なくとも１の弱酸を含んでいる。このような装置はイオン交換膜の使用を要し、そのコストを高いものにする。

ＵＳ−Ａ−２００８／０２７７８７は、同じ課題を扱っており、間隙の懸濁液中にニッケルのナノ粒子を具えた多孔質の電極を説明している。このような構成は複雑で且つコストがかかる。

このため、第２シリーズの文献の示唆は、エネルギ変換システムの効率を増加させる効果及びこの問題が多くの様々な技術的解決法を有するという事実に注意を向けるものである。しかしながら工業的動作を目的として、このような技術的問題は、認容できるコスト条件の下で実現可能且つ動作可能であるべきであり、このような背景では明らかであるように思われない。

このため、この発明の基本的な問題は、工業的規模において妥当な生産コストで且つ妥当な動作コストで高い効率を形成するよう最適化され、商業的利用が可能となる、第１の電極、第２の電極及び電解質又は誘電体といった機能媒体を具える電極間ギャップを具えるタイプのエネルギ変換システムを有することである。

本発明の目的は、この問題に対する解決法であって、実施するのがさらに容易であり、再現可能且つ信頼性を有するものでもある解決法を提供することである。

本発明は、まず最初に、本発明に関連してこれまで特定された効果の実証に基づくものであり、細長い導電手段が、第２の電極及び機能媒体を具える電極間ギャップをさらに具えるエネルギ変換システムの少なくとも第１の電極を構成するよう配置された４０×１０^−６ｍ（４０マイクロメートル）よりも小さい曲率半径Ｒを有しており、ナノメートル乃至ミリメートル規模で、このように構成された第１の電極の周りの電場を顕著に増加させ得る。

このような効果は、約数十キロボルトの高電圧の下で約数センチメートルの直径を有する電線のケースで知られた従来のコロナ効果とのアナロジーによって、ここでは「コロナ効果」と称される。

本発明では、従来のコロナ効果のケースの既知の曲率半径及び電圧と比較すると、４０×１０^−６ｍ（４０マイクロメートル）よりも小さい非常に小さな曲率半径Ｒを有する導電手段で、及び非常に低い電圧でいわゆる「コロナ効果」が得られる。

また、本発明は、１×１０^−９ｍ乃至５×１０^−３ｍ（１ナノメートル乃至５ミリメートル）の厚さを有する電極間ギャップと組み合わせたこのような第１の電極が、第２の電極が増大する電場を感知し得るという発見に基づいており、これにより、エネルギ変換システムがこのような「コロナ効果」の利益を有する。

また、本発明は、短いフィラメント長さに関して測定可能であることなしに存在するこのような「コロナ効果」が、構成要素であるフィラメントの長さがその半径に対して１０^６（１００万）倍を超える場合、好適には、２．５×１０^７（２５００万）倍を超える効率の観点から利点を有するという発見に基づく。

また、本発明は、電極の界面領域が大きくなるよう第１の電極の構造と組み合わせたこのような構造−第１の電極及び電極間ギャップ−が、エネルギ変換効率の観点から驚くべき結果をもたらすという発見に基づく。

また、本発明は、上記の構成が一般的な範囲であり、多数の適用例を提供する多くの様々な実施形態の主題となり得るという発見に基づく。

第１の態様によれば、本発明は、第１の電極と、第２の電極と、機能媒体を具えるそれらの間の電極間ギャップとを具えるエネルギ変換システムから成り、第１の電極が、全長Ｌ、湾曲断面、及び曲率半径Ｒを有し、多少の開口パターンを有する頑丈な組み立て構造に構成され、任意の場所で同じ電位を有し得ることで前記第１の電極を構成する少なくとも１の細長い導電手段で作成される。本発明に係るエネルギ変換システムは、Ｒは４０×１０^−６ｍ（４０マイクロメートル）よりも小さく、電極間ギャップが、１×１０^−９ｍと５×１０^−３ｍとの間（１ナノメートルと５ミリメートルとの間）の厚さを有しており、第１の電極の少なくとも１の導電手段の全長Ｌが、１×１０^３ｍ（１キロメートル）よりも大きく、Ｌ／Ｒ比が、ナノメートル規模からミリメートル規模で、第２の電極によって感知される電場の顕著な増加を第１の電極が発生させるように、１０^６（１００万）よりも大きい。

また、第２の態様によれば、本発明は、第１の電極と、第２の電極と、機能媒体を具えるそれらの間の電極間ギャップとを具えるエネルギ変換システムに関し、第１の電極が、全長Ｌ、湾曲断面、及び曲率半径Ｒを有し、多少の開口パターンを有する頑丈な組み立て構造に構成され、任意の場所で同じ電位を有し得ることで前記第１の電極を構成する少なくとも１の細長い導電手段で作成される。このシステムは、Ｒは５０×１０^−６ｍ（５０マイクロメートル）よりも小さく、電極間ギャップが、１×１０^−９ｍと２×１０^−２ｍとの間（１ナノメートルと２センチメートルとの間）の厚さを有しており、Ｌ／Ｒ比が、ナノメートル規模からミリメートル規模で、第２の電極（１０７，３０７）によって感知される電場の顕著な増加を第１の電極（１０６，３０６）が発生させるように、３×１０^６（３００万）よりも大きい。

実施可能な実施例によれば、第１の電極の導電手段が導電体から成り又は導電外部構造で覆われた絶縁中間構造を具えており、可能な前記外部構造が層状である。

一実施例によれば、外部構造が層状である。

一実施例によれば、第１の電極の導電手段が、カーボン、グラファイト、ニッケル又はニッケルを含む合金、鋼、及び鉄を含む合金を含む群から選択される少なくとも１の材料で作成され又はこれを具える。

一実施例によれば、第１の電極の導電手段が自立型又は非自立型であり、第１の電極が機械的な強化部を具える。

一実施例によれば、第１の電極（１０６，３０６）の導電手段が、フィラメント、ファイバ、又は点の形式を有する。

一実施例によれば、第１の電極の導電手段の組み立て構造が、非組織化バルク構造又は特にシート、プレート、ストリップ又はコイルの形式を有する組織化構造である。

一実施例によれば、第１の電極の導電手段自身が、閉回路となるよう環状である。

一実施例によれば、第１の電極の導電手段自身が、環状ではなく、開回路である。

第１の実施例によれば、変換システムが、対称又は擬対称構造を有する第１の電極及び第２の電極を有する。第２の代替的な実施例によれば、変換システムが、非対称構造を有する第１の電極及び第２の電極を有する。

また、本発明は、上記の第１の実施例によるエネルギ変換システムを有するエネルギ変換装置に関し、電気分解、光分解又は逆電気分解によって電気を発生させるための電気合成用の、燃料電池、電池、又はオゾン発生器用の、又は電気透析用の、装置から成る。

また、本発明は、上記の第２の実施例に係るエネルギ変換システムを有するエネルギ変換装置に関し、コンデンサ、放電ランプ、太陽光発電器、光活性導電体を具える太陽電池といった装置から成る。

さらに、本発明は、Ｌ／Ｒ比が１０^６（１００万）よりも高くなるように、１×１０^３ｍ（１キロメートル）よりも大きい長さＬ及び４０×１０^−６ｍ（４０マイクロメートル）よりも小さい曲率半径Ｒを有し、第２の電極及び機能媒体を具える電極間ギャップをさらに具えるエネルギ変換システムの第１の電極を構成するための細長い導電手段の適用に関し、第１の電極が、ナノメートル規模乃至ミリメートル規模で、電場の顕著な増加を発生させる。

また、本発明は、Ｌ／Ｒ比が１０^６（１００万）よりも高くなるように、１×１０^３ｍ（１キロメートル）よりも大きい長さＬ及び４０×１０^−６ｍ（４０マイクロメートル）よりも小さい曲率半径Ｒを有し、第２の電極及び機能媒体を具える電極間ギャップをさらに具えるエネルギ変換システムの第１の電極を構成するための細長い導電手段の適用に関し、第１の電極が、ナノメートル規模乃至ミリメートル規模で、第２の電極によって感知される電場の顕著な増加を発生させ、電極間ギャップが、１×１０^−９ｍと５×１０^−３ｍとの間（１ナノメートルと５ミリメートルとの間）の厚さを有する。

また、本発明は、ナノメートル規模乃至ミリメートル規模の粉末を生成するための、本発明のエネルギ変換システムの適用に関する。

ここで、本発明の様々な非限定的な実施例を、添付図面を参照して説明することとする。

図１は、本発明に係るエネルギ変換システムを有する装置、すなわち、電気分解装置の第１の特定の実施可能な実施例の斜視図であり、このシステムの第１の電極及び第２の電極が対称又は擬対称構造を有する。 図１−２（１’）は、実施された総ての実施例に関するパーセンテージで示す電気分解装置の効率（ｙ軸）の変化を、フィラメントの半径に対するフィラメントの長さの比（ｘ軸）の関数として示すグラフである。 図２は、本発明に係るエネルギ変換システムを有する装置、すなわち、コンデンサの第２の特定の実施例の斜視図であり、ここでは２つの電極が非対称構造を有する。 図３は、エネルギ変換システムの電極の第１の実施可能な実施例を示すマイクロメートル規模の図であり、導電手段が非組織化バルク構造を具えたファイバの形式である。 図４は、エネルギ変換システムの電極の第２の実施可能な実施例を示すマイクロメートル規模の図であり、導電手段がファブリック又はネットワークといった組織化したアッセンブリを具えたフィラメントの形式である。 図５は、エネルギ変換システムの電極の第３の実施可能な実施例を示すマイクロメートル規模の図であり、導電手段がポイントの形式、ネットワークに組織化されたアッセンブリ構造である。

ここで、回転軸１０２を有する電解装置１０１を示す図１を参照することとする。

この電解装置１０１は、図示するように、円筒形を有する中空の外部チャンバ１０３を具える。

中空の外部チャンバ１０３は、アノード区画１０４及びカソード区画１０５を含んでいる。これらの２つの区画１０４，１０５は、軸１０２に対して同心の略円筒形を有する。それらは他方の中に一方が配置され、外側のアノード区画１０４がカソード区画１０５を囲んでいる。

アノード区画１０４はアノード１０６を形成する電極を具えており、カソード区画１０５はカソード１０７を形成する電極を具える。

電位差が、アノード１０６及びカソード１０７間の１０８に印加される。

アノード１０６の内面１０９及びカソード１０７の外面１１０が互いに対向するよう位置しており、電極間ギャップ１１１を規定する。

電極間ギャップ１１１に配置されたフィルタ１１２は、アノード１０６とカソード１０７とを分離し、それらの間に電解質の存在を可能にする。実施される試験の状況では、電解質は都市用水（水道水）であり、わずかにイオン化し、ＮｄＦｅＢ磁石といった円筒形磁石１１３から成る受動的システムが、中央の空洞にこのような目的のために提供されるカソード区画１０５の中央に配置される。

アノード１０６及びカソード１０７は、ここで考える実施例では、同一又は類似する構造を有するが、必ずしも同じ表面積を有しないため、このような構造を対称又は擬対称に限定する役割を有する。

アノード１０６及びカソード１０７をそれぞれ形成するのに実施可能な実施例によれば、２５×１０^−６ｍ（２５マイクロメートル）の穴を具えた中空の円筒の一般的形状を有するフィルタから成る構造が提供される。このような構造に対して外側及び内側に、９×１０^−６ｍ（９マイクロメートル）の小さな曲率半径Ｒを有するスチールウールが包装される−空洞含有量は７０％よりも高く、各スチールウール電極の全長Ｌは１０×１０^３ｍ（１０キロメートル）である。

実施された試験は、このような電解装置１０１により約０．８乃至１Ｖ（０．８乃至１ボルト）の電圧で、非常にわずかにイオン化した都市用水を用いて電解質の水分子を分解することが可能であることを示し、測定される水素生成物は８８％であり、収集される水素は純度が高く、二酸化炭素及び水蒸気のいずれも含んでおらず、装置は周囲温度で動作した。

実施された試験は、電解質として塩水を用いることによって、生成物を９７％に上げることができることを示し、このシテテムは、このようなケースでは磁石１１３を有さなかった。

このため、上記の電解装置１０１は、その高い効率性で特徴付けられる。

このような高い効率性は、多くの要因によって説明可能であることが分かる。

まず、１×１０^３ｍ（１０キロメートル）の長さＬ及び４０×１０^−６ｍ（４０マイクロメートル）よりも小さい非常に小さな曲率半径Ｒを有し、Ｌ／Ｒ比が１０^６よりも高く（このケースでは、１．１×１０^９）、電極間ギャップ１１１が１×１０^−９ｍと５×１０^−３ｍとの間（１ナノメートルと１ミリメートルとの間）の短い厚さを有する、細長い導電手段（スチールウールファイバ又はフィラメント）で用意されるアノード１０６とカソード１０７の組み合わせに由来するここで「コロナ効果」と称される効果により、ナノメートル乃至ミリメートル規模の電極の周りの電場が顕著に増加し、他の電極によって感知可能となる。

第２に、アノード１０６及びカソード１０７の構造は、それらの界面領域が大きくなるような構造であり、ひいてはシステムの効率を改善することに寄与する。

都市用水（水道水）から成る機能媒体に対して不活性であることを強調すべきである。それは、反応物の電気化学的過程の間に迅速に崩壊する。このため、さらなる試験が、ニッケルといった通常比較的不活性であると考えられる材料について実施された。アノード及びカソードのニッケル電極の分解が迅速に現れ、ミクロンサイズの粉末の形式でニッケルの酸化化合物が現れた。

純ニッケルのファブリックカソード及び金のアノードを含む電解槽の構成もまた、双方の電極の分解をもたらし、ニッケルカソードに黒い粉末が現れ、金のアノードが金の微粒子に砕かれた。

このような一連の試験で、電場の増大による静電効果である「コロナ効果」が、電気分解に関する材料の不活性よりも大きかった。

また、さらなる試験が、亜鉛及びアルミニウム電極に関して不動態化層の形成の不存在を呈し、前者のケースでの酸化亜鉛粉末の形成、第２のケースでの酸化アルミニウム又は水酸化アルミニウム粉末の形成は、電解槽の端子に印加される電流の強度に直接的に依存する直径を有した。低電流では、粒径の測定値がサブミクロンの直径を有する集団の存在を示した。

電解槽の代替的な実施例で他の試験を実施した。

このような実施例によれば、ケイ酸ナトリウム及び水酸化ナトリウムから成る機能媒体を使用し、曲率半径及びフィラメント電極のＬ／Ｄ比の直接的な効果を示す測定値も取得された。

典型的な電解槽を、アノード区画とカソード区画との間の分離壁（フィルタ又は膜）なしに、円筒形状で構成した。各電極の対向表面積は３０ｃｍ^２に設定され、電圧が２．５Ｖに設定され、電極間ギャップが５×１０^３ｍ（５ミリメートル）に設定され、電解質は、イオン水中の２０重量％のケイ酸ナトリウム及び２０重量％の水酸化ナトリウムで構成され、この電解質は高い導電率を取得する一方、鋼のケースにおいてさえも電極の安定性を保証するよう機能した。

これらのパラメータ（特に、５ミリメートルの最大電極間ギャップ）が選択され、試験の再現性を保証する一方、水素生成効率の大きな相違に関する測定を可能にした。実際には電極間ギャップの減少により、総ての電極構造について、より高い効率をもたらすが、これらの効率間の相違は低いため測定及び読み取るのが困難である。これらのパラメータの総ては一定であったため、変化は、電極の構造、特に曲率半径及びフィラメントの全長に関係する。水素生成効率の測定値の許容誤差は３％であった。数百時間にわたって試験が実施された。

結果全体を以下の表に示す。

測定効率は、電力供給によるエネルギ入力により生成する水素に含まれるエネルギの比である。

鋼プレート（曲率半径無し、Ｌ／Ｒ比は１）から成る電極で、３４％の効率を得た。

また、１ｍｍの直径を有する鋼のフィラメント（Ｌ／Ｒ比は約２０００）を用いて、３４％の同様な効率が測定された。

５５×１０^−６ｍの直径を有するフィラメントを具えたニッケルファブリックを用いた場合、測定された効率は４７％であった（Ｌ／Ｒ比は約２００００００）。

１８×１０^−６ｍ（１８マイクロメートル）の直径のスチールウールの測定により、効率が５１％であると分かった（Ｌ／Ｒ比は約２００００００００）。

図１’のグラフは、フィラメントの半径に対するフィラメントの長さの比（ｘ軸）の関数として、実施された総ての試験についてパーセンテージで効率（ｙ軸）の変化を示す。

水素を生成することを意図するニッケルファブリックで用意されるカソード及びステンレス鋼ファブリックのアノードを含む電解槽セルであって、双方の電極が１ｄｍ^２（１平方デシメートル）の対向表面積及びそれらの間に５ｍｍ（５ミリメートル）のギャップを有する電解槽セルについて、最終的な試験を実施した。電解質は、イオン水中の３０％の水酸化カリウム及び２０％のケイ酸カリウムから成るものであった。１．９Ｖの電圧について室温且つ大気圧においてこれらの最適でない条件の下で測定された効率は、８８％であることが分かった。非常に低い生産コスト及び動作コストを負うこのタイプの装置は、商業用途として適していることが分かる。

電気分解装置の代わりに、対称又は擬対称構造を有する第１の電極及び第２の電極を有するエネルギ変換システムもまた、発電機を構成するのに適している。この装置は、電気分解装置に構造的に同一又は類似するものである。このケースでは、微小気泡の形式で、水素が装置の下部を介してアノード区画の中に放出され、空気がこの下部を介してカソード区画の中に放出される。逆電解反応が電流を発生させるよう機能する。このような装置により、可逆的反応：電気分解又は電流の発生が可能となる。

光分解装置、電気合成装置、燃料電池、電池、オゾン発生器、電気透析装置といった、対称又は擬対称の電極構造を具えた他の装置が適している。

ここで、図３の実施例を詳細に説明する。

上述の実施例のような対称又は擬対称の構造の代わりに、電極は、図３の実施例に対応するコンデンサ３０１のケースのような非対称構造を有する。

従来のように、コンデンサ３０１は円筒形であって、軸３０２を有する中空の外部チャンバ３０３を具える。

中空の外部チャンバ３０３は、第１の電極３０６及び第２の電極３０７を収容する。

第１の電極３０６は、１×１０^３ｍの長さ及び５０×１０^−６ｍ（５０マイクロメートル）の直径（２×Ｒ）を有する銅線でできており、環状であり、それ自身は中空の外部チャンバ３０３に置かれる円筒形の支持部の外面に配置される。

第２の電極３０７は、第１の電極３０６の導線を外から覆う層の形式の誘電体３１１と中空の外部チャンバ３０３との間の空間に置かれる電解質である。

このため、誘電体３１１が電極３０６及び３０７間の空間を満たす。

ここで、誘電体３１１はポリウレタンである。

電気コネクタ３１６及び３１７が、一方において第１の電極３０６の導線及び第２の電極３０７を形成する電解質に接続されている。

誘電率が約２のポリウレタンにより、計算されるコンデンサ３０１の理論上の静電容量は、３μＦ（３マイクロファラド）である。ＮａＣｌの飽和水溶液を選択する場合、静電容量は初め２５μＦ（２５マイクロファラド）であり、その後増加して１２０μＦ（１２０マイクロファラド）に達し、その後安定化する。

明らかに、これらの静電容量の値は、単なる指標である。

第１の電極３０６は、上記のアノード１０６及び２０６と同様なタイプであり、第２の電極３０７、ここでは電解質が、第１の電極３０６及び上記のカソード１０７双方とは異なる構造を示し、コンデンサ３０１の電極の構造が当たり前に非対称と見なされる。

代替的に、第１の電極３０６がエナメル銅線で用意されず、４０×１０^−６ｍ（４０マイクロメートル）の直径（２×Ｒ）及び約６００ｍ（６００メートル）の長さを有するアルミニウム線で用意される。

層の酸化が、所要の最大使用電圧に応じて、例えば１００Ｖ（１００ボルト）の電圧に対して１５０×１０^−９ｍ（１５０ナノメートル）のアルミニウム線に形成される。

このため、用意される電極の表面積は、約１４５×１０^−４ｍ^２（１４５平方センチメートル）である。このようなコンデンサの理論上の静電容量は、９μＦ（９マイクロファラド）であるが、その実際の静電容量は「コロナ」増大効果を考慮すると、もっと高い。

放電ランプ、太陽電池発電器、光活性の導電体を具えた太陽電池といった電極の非対称構造を用いて、他の装置を考え得る。

総てのケースにおいて、これらの装置は、第１の電極（１０６，３０６）、第２の電極（１０７，３０７）及び機能媒体を含むそれらの間の電極間ギャップ（１１１，３１１）を具えるエネルギ変換システムに基づいている。

非対称構造では一方の電極−このケースでは、第１の電極又はアノード−、又は対称又は擬対称構造では双方の電極が、細長くて全長Ｌを有し、湾曲断面及び曲率半径Ｒを有し、多少の開口パターンを有し、任意の場所で同じ電位を有することで前記第１の電極又は前記第１の電極及び第２の電極を構成し得る、頑丈な組み立て構造に構成される少なくとも１の導電手段を用いて用意される。

本発明によれば、曲率半径Ｒが４０×１０^−６ｍ（４０マイクロメートル）よりも小さく、長さＬは、Ｌ／Ｒ比が１０^６（１００万）よりも高くなるように、好適には２．５×１０^７（２５００万）よりも高くなるようになっている。

一緒に組み合わせて、電極間ギャップ（１１１，３１１）は、１×１０^−９ｍ乃至５×１０^−３ｍ（１ナノメートル乃至５ミリメートル）の厚さ（２つの電極間の距離）を有する。

このため、電場の顕著な増加が形成され、対向する電極によって感知し得る。

考えられる電極又は複数の電極の導電手段が、様々な代替的な実施例の主題である。

第１の実施例では、導電手段が導電体から成る。

第２の実施例では、導電手段が、外部の導電構造によって覆われた内部の絶縁構造を具える。このような外部構造は一般に層の形式である。

上記から結論付けられるように、導電手段は、考えられる適用例（電気分解、光分解、粉末生成）に関する機能媒体を構成するよう選択される少なくとも１の材料を有する。例えば限定するものではないが、この材料は、カーボン、グラファイト、ニッケル又はニッケルを含む合金、ステンレス鋼又は感光性材料である。一般に導電手段は、本質的に全体的な所要の機械的強化を有し得ない。このため一実施例では、それは、機械的強化部及び導電部を有するための導電手段として提供される。別の実施例では、導電手段が、プレート、ストリップ、コイル等といった別の機械的強化手段４００によって支持される。

上記の実施例では、導電手段が、図３及び４にも示すように、フィラメント又はファイバ４０１の形式である。この実施例は、例えば図５に示すようなポイント形状４０２といった他のものを排除するものではない。このようなポイント４０２は、プレートといった機械的強化手段４００から突出する。

ここで、特に、導電手段の組み立て構造を示す図３乃至５を参照する。

図３に示す実施例では、導電手段の組み立て構造がまとめて組織化されていない。

図４及び５に示す実施例では、導電手段の組み立て構造が組織化される。それは、一種のファブリック（図４）、又は薄いコイルひいてはポイントのネットワーク（図５）である。

必要に応じて、導電手段自身が閉回路となるよう環状になり、又は環状にならず、このケースでは開回路となる。総てのケースにおいて、導電体が総ての場所で同じ電位を有する。

上記から分かるように、本発明は、ナノメートル乃至ミリメートル規模の電場の顕著な増加をもたらす、少なくとも１の、可能ならば２つの、エネルギ変換システムの電極（１０６，１０７，３０６）の上記のような導電手段の適用例として考えられる。

このような態様は、１×１０^−９ｍ乃至５×１０^−３ｍ（１ナノメートル乃至５ミリメートル）の厚さを有する電極間ギャップ（１１１，３１１）と組み合わせて、電場の顕著な増加の効果を対向する電極によって感知し得る。

このため、第１の電極、第２の電極及び電解質又は誘電体といった機能媒体を含む電極間ギャップを具えるタイプのエネルギ変換システムを得ることができ、妥当な工業的規模の生産コストで及び妥当な動作コストで高効率をもたらすように最適化され、商業的利用が可能となる。

本発明のさらなる実施例（図示せず）を非限定的な例として以下で説明する。

この実施例によれば、エネルギ変換システムは、全長Ｌを有し湾曲断面及び４５×１０^−６ｍ（４５マイクロメートル）の曲率半径を具える細長い導電スチールワイヤでできた第１の電極を具える。

さらに、エネルギ変換システムは、第２の電極、及びそれらの間のイオン水中の２０重量％のケイ酸ナトリウム及び１０重量％の水酸化ナトリウムから成る機能媒体を含む１．５センチメートルの電極間ギャップを具える。

さらに、本発明によれば、Ｌ／Ｒ比は５×１０^６（５００万）であり、ナノメートル乃至ミリメートル規模で、第２の電極によって感知される電場の顕著な増加を得るよう機能する。

Claims (17)

1. 第１の電極（１０６，３０６）と、第２の電極（１０７，３０７）と、機能媒体を具えるそれらの間の電極間ギャップ（１１１，３１１）と、を具えるエネルギ変換システムであって、
   前記第１の電極（１０６，３０６）が、全長Ｌ、湾曲断面、及び曲率半径Ｒを有し、多少の開口パターンを有する頑丈な組み立て構造に構成され、任意の場所で同じ電位を有し得ることで前記第１の電極（１０６，３０６）を構成し得る細長い少なくとも１の導電手段で作成され、
   Ｒは４０×１０^−６ｍ（４０マイクロメートル）よりも小さく、
   前記電極間ギャップが、１×１０^−９ｍと５×１０^−３ｍとの間（１ナノメートルと５ミリメートルとの間）の厚さを有しており、
   前記第１の電極（１０６，３０６）の前記少なくとも１の導電手段の全長Ｌが、１×１０^３ｍ（１キロメートル）よりも大きく、
   Ｌ／Ｒ比が、ナノメートル規模からミリメートル規模で、前記第２の電極（１０７，３０７）によって感知される電場の顕著な増加を前記第１の電極（１０６，３０６）が発生させるように、１０^６（１００万）よりも大きいことを特徴とするエネルギ変換システム。
2. 前記第１の電極（１０６，３０６）の前記導電手段が、導電体から成り又は導電外部構造で覆われた絶縁中間構造を具えることを特徴とする請求項１に記載のエネルギ変換システム。
3. 前記外部構造が、層状であることを特徴とする請求項２に記載のエネルギ変換システム。
4. 前記第１の電極（１０６，３０６）の前記導電手段が、カーボン、グラファイト、ニッケル又はニッケルを含む合金、鋼、及び鉄を含む合金を含む群から選択される少なくとも１の材料で作成され又はこれを具えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のエネルギ変換システム。
5. 前記第１の電極（１０６，３０６）の前記導電手段が自立型又は非自立型であり、前記第１の電極が機械的な強化部（４００）を具えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のエネルギ変換システム。
6. 前記第１の電極（１０６，３０６）の前記導電手段が、フィラメント、ファイバ、又は点の形式を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のエネルギ変換システム。
7. 前記第１の電極（１０６，３０６）の前記導電手段の組み立て構造が、非組織化バルク構造又は特にシート、プレート、ストリップ又はコイルの形式を有する組織化構造であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のエネルギ変換システム。
8. 前記第１の電極（１０６，３０６）の前記導電手段自身が、閉回路となるよう環状であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載のエネルギ変換システム。
9. 前記第１の電極（１０６，３０６）の前記導電手段自身が、環状ではなく、開回路であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載のエネルギ変換システム。
10. 第１の電極（１０６）及び第２の電極（１０７）が、対称又は擬対称構造を有することを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載のエネルギ変換システム。
11. 第１の電極（３０６）及び第２の電極（３０７）が、非対称構造を有することを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載のエネルギ変換システム。
12. 電気分解、光分解又は逆電気分解によって電気を発生させるための電気合成用の、燃料電池、電池、又はオゾン発生器用の、又は電気透析用の、装置から成ることを特徴とする請求項１０に記載のエネルギ変換システム。
13. コンデンサ、放電ランプ、太陽光発電器、光活性導電体を具える太陽電池といった装置から成ることを特徴とする請求項１１に記載のエネルギ変換システム。
14. Ｌ／Ｒ比が１０^６（１００万）よりも高くなるように、１×１０^３ｍ（１キロメートル）よりも大きい長さＬ及び４０×１０^−６ｍ（４０マイクロメートル）よりも小さい曲率半径Ｒを有し、
    第２の電極（１０７，３０７）及び機能媒体を具える電極間ギャップ（１１１，３１１）をさらに具えるエネルギ変換システムの第１の電極（１０６，３０６）を構成するための細長い導電手段の適用であって、
    前記第１の電極が、ナノメートル規模乃至ミリメートル規模で、電場の顕著な増加を発生させることを特徴とする細長い導電手段の適用。
15. Ｌ／Ｒ比が１０^６（１００万）よりも高くなるように、１×１０^３ｍ（１キロメートル）よりも大きい長さＬ及び４０×１０^−６ｍ（４０マイクロメートル）よりも小さい曲率半径Ｒを有し、
    第２の電極（１０７，３０７）及び機能媒体を具える電極間ギャップ（１１１，３１１）をさらに具えるエネルギ変換システムの第１の電極（１０６，３０６）を構成するための細長い導電手段の適用であって、
    前記第１の電極が、ナノメートル規模乃至ミリメートル規模で、前記第２の電極によって感知される電場の顕著な増加を発生させ、
    前記電極間ギャップが、１×１０^−９ｍと５×１０^−３ｍとの間（１ナノメートルと５ミリメートルとの間）の厚さを有することを特徴とする細長い導電手段の適用。
16. ナノメートル規模乃至マイクロメートル規模の粉末を製造するための請求項１乃至１１のいずれか１項に記載のエネルギ変換システムの適用。
17. 第１の電極（１０６，３０６）と、第２の電極（１０７，３０７）と、機能媒体を具えるそれらの間の電極間ギャップ（１１１，３１１）と、を具えるエネルギ変換システムであって、
    前記第１の電極（１０６，３０６）が、全長Ｌ、湾曲断面、及び曲率半径Ｒを有し、多少の開口パターンを有する頑丈な組み立て構造に構成され、任意の場所で同じ電位を有し得ることで前記第１の電極（１０６，３０６）を構成する少なくとも１の細長い導電手段で作成され、
    Ｒは５０×１０^−６ｍ（５０マイクロメートル）よりも小さく、
    前記電極間ギャップが、１×１０^−９ｍと２×１０^−２ｍとの間（１ナノメートルと２センチメートルとの間）の厚さを有しており、
    Ｌ／Ｒ比が、ナノメートル規模からミリメートル規模で、前記第２の電極（１０７，３０７）によって感知される電場の顕著な増加を前記第１の電極（１０６，３０６）が発生させるように、３×１０^６（３００万）よりも大きいことを特徴とするエネルギ変換システム。
    

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