TW201404941A - 太陽光發電方法及發電裝置 - Google Patents

Abstract

本發明之課題係在於提供先前不存在的新穎的太陽光發電方法及發電裝置為目標。本發明之發電方法，係對溶解原型氫分子或離子鍵結性氫化氫之游離氫水照射至少包含193nm的光，於該電子氫水與含有陽離子之水之間產生電位差，而進行發電者。

Description

太陽光發電方法及發電裝置

本發明係關於使用太陽光的發電方法及發電裝置，特別是關於利用常溫、常壓的游離氫水的氫電漿場的發電方法。

作為可再生利用的能源，利用太陽光的發電受到矚目。作為用於太陽光發電的材料，已知單晶矽、多晶矽、非晶矽，但該等有能量轉換效率並不高的問題。例如，專利文獻1，為改善轉換效率，揭示有將太陽光發電構材以既定的規則排列的太陽光發電裝置。此外，可將紅外光作為為熱能回收(專利文獻2).

[先前技術文獻]

[專利文獻]

[專利文獻1]日本特開2000-106451號公報

[專利文獻2]日本特開2011-198825號公報

本發明係以提供先前不存在的新穎的太陽光發電方法及發電裝置為目標。

再者，本發明係以提供，利用於常溫、常壓的游離氫水所產生的氫電漿之太陽光發電方法及發電裝置為目標。

關於本發明之發電方法，係對溶解原型氫分子或離子鍵結性氫化氫之游離氫水照射至少包含193nm的光，於該電子氫水與含有陽離子之水之間產生電位差，而進行發電者。上述光以太陽光為佳。或者上述光，可為真空紫外光。較佳的是，陰極浸漬於上述游離氫水，陽極浸漬於上述含有陽離子之水，於兩電極間產生電位差。例如，上述含有陽離子的水，可使用海水。

關於本發明之發電裝置，包含：第1收容手段，其係收容溶解原型氫分子或離子鍵結性氫化氫之游離氫水；第2收容手段，其係收容含有陽離子之水；及照射手段，其係對設於上述第1收容手段內之第1電極及設於上述第2收容手段內之第2電極，及上述游離氫水照射至少包含193nm之光的。較佳的是，上述第1收容手段，包含至少可使193nm的波長穿透的材料，上述照射手段，經由上述可穿透之材料將光照射。較佳的是，發電裝置，進一步包含電性結合於上述第1及第2電極之蓄電元件。

根據本發明，可藉由先前不存在的新穎方法進行發電。

10‧‧‧氫原子核

12‧‧‧電子

14‧‧‧分子極性

16‧‧‧電子自旋軸

18‧‧‧核自旋軸

300、400‧‧‧容器

310‧‧‧游離氫水

320‧‧‧陰極

330‧‧‧太陽光

410‧‧‧富含陽離子之人工海水

420‧‧‧陽極

500‧‧‧蓄電元件

第1圖係表示氫分子的分類之表。

第2圖(A)係表示原型氫分子之構造之圖、第2圖(B)係表示對型氫分子之構造之圖。

第3圖係可溶於水之氫分子與不溶於水之氫分子之示意圖。

第4圖A係對水添加對型的氫分子之氫氣氣體時之氧化還原電位(ORP)與pH之時間經過的關係之圖表。

第4圖B係表示第4圖A之水的溶存氫與pH之時間經過的關係之圖表。

第5圖A係表示對水添加原型的氫分子之氫氣氣體時之氧化還原電位(ORP)與pH之時間經過之關係之圖表。

第5圖B係表示第5圖A之水的溶存氫與pH之時間經過的關係之圖表。

第6圖A係表示對第5圖A之水添加氧氣氣體時之溶存氫與pH之時間經過之關係之圖表。

第6圖B係表示對第5圖A之水添加氧化物時之溶存氫與pH之時間經過之關係之圖表。

第7圖係說明本發明之實施例之氫電漿產生方法之步驟的流程。

第8圖係表示藉由游離氫水乳膠化之乳膠油之狀態的照片。

第9圖係表示對第8圖的乳膠油照射太陽能時的乳膠油的 狀態的照片。

第10圖(A)係表示根據本發明之實施例之氫電漿產生裝置之構成例之圖、第10圖(B)係表示根據本發明之實施例之乳膠化裝置之構成例之圖。

第11圖係說明本發明之第2實施例之氫電漿場產生方法之步驟之流程圖。

第12圖係說明關於使用本發明之實施例之游離氫水之太陽光發電之原理之圖。

第1圖係將氫分子以與溫度的關係分類者。於同圖所示，氫分子的鍵結模式，於高溫(250℃以上)，係離子鍵結性，於低溫(-273℃以下)，係共價鍵結性，於常溫(23±1.5℃)，則離子鍵結性與共價鍵結性之比，成75%：25%。

氫鍵結為離子鍵結性時，氫分子類型，係100%的原型，另一方面，於共價鍵結性時，係100%的對型。然後，於常溫，原型與對型之比為3：1。

氫鍵結為離子鍵結性時，氫，對水係可溶解之可溶性，另一方面，於共價鍵結性時，氫對水係不溶解之不溶性。然後，於常溫，溶性與不溶性之比為3：1。該等氫分子與溫度的關係，係以J.D.Lee、濱口博．菅野等譯「Lee無機化學」東京化學同人1982年)作為參考者。

第2圖(A)係表示可溶於水之原型氫分子之構造、第2圖(B)係表示不溶於水之對型氫分子之構造。原型氫分子， 係如第2圖(A)所示，2個氫原子核10之核自旋軸18為同方向，一方的氫原子核10周圍的2個電子12可自由移動。結果，如圖產生分子極性14。另一方面，對型氫分子，係如第2圖(B)所示，核自旋軸18的方向為逆方向，二個電子12，以2個氫原子核10共價。因此，不會產生分子極性。再者，16係表示電子自旋軸。

第3圖，係示意表示不溶於水之對型H₂，及可溶於水之原型H₂。如上所述，於-273℃的低溫，100%為不溶於水之對型氫分子，即，在於共價鍵結性氫化氫的狀態，即使將該共價鍵結性氫化氫放入水，係H₂=H．H，而不會游離。

另一方面，於250℃以上的高溫，於無氧還原狀態，會變成100%可溶於水之原型氫分子，即成為離子鍵結性氫化氫的狀態。對對型氫分子照射太陽能hv，則氫分子，會由對型轉換成原型，停止太陽能hv的照射，則氫分子會由原型轉換成對型。此由Michael Frunzi et al.”A Photochemical On-Off Switch for Tuning the Equilibrium Mixture of H₂ Nuclear Spin Isomers as a Function of Temperature”,Journal of the American Chemical Society(JACS)，No.133，pp.14232-14235，2011做了實驗。此外，如第2圖(A)、第3圖所示，MH或MH₂(M係金屬的意思，MH或MH₂係氫化金屬)之添加，將誘發後述之可形成氫電漿場之情形

其次，說明對型及原型的氫分子之實驗結果。再者，於實驗，ORP/pH計，使用東亞DKK MM-60R，氫溶存計， 使用東亞DKK DH-35A。

實驗用的水，使用於水，添加對型的氫分子之氫氣氣體者。第4圖A係表示，對水添加對型氫分子之氫氣氣體時之氧化還原電位(ORP)與pH之時間經過之關係，第4圖B係表示，第4圖A之水的溶存氫與pH之時間經過的關係之圖表。添加氫氣氣體時ORP會一時變小，但是ORP會馬上回恢復原來的電位。此外，pH幾乎沒有變化。添加氫氣氣體的時候，會一時產生氫氣氣體，但之後幾乎不會產生氫氣氣體。可知共價鍵性氫分子，即使放入水中氫並不會游離，氫不會溶於水。

第5圖A係表示對水添加原型的氫分子之氫氣氣體時之氧化還原電位(ORP)與pH之時間經過之關係，第5圖B係表示第5圖A之水的溶存氫與pH之時間經過的關係。於添加氫氣氣體時，ORP變小，之後ORP逐漸變大。此外，pH於添加氫氣氣體時成為pH9左右，以後逐漸地收斂在pH8左右。此外，如第5圖B所示，經過84小時後，逐漸地產生氫，即使之後經過250小時，仍繼續產生氫。即，可知原型氫分子，若放入水，則氫分子游離，而溶於水。

第6圖A，係表示如第5圖A，將原型氫分子添加於水，並且之後添加氧氣氣體時之ORP與溶存氫的時間經過。可知添加氧氣氣體，則之後，溶於水的氫被強制性地產生。氫的產生，之後，持續40小時以上。

第6圖B，係表示如第5圖A，將原型氫分子添加 於水，並且之後添加氧化物(包含酸的物質)，則溶於水的氫急劇地大量產生，尖峰時達到80ppb。氫分子的產生，之後，持續90小時以上。因此，游離氫水中的溶存氫分子量，係於測定時間中所產生的氫分子量的積算值成為溶存氫分子量。

如此地，將離子鍵結性氫分子(原型)放入水，則游離，H₂<=>H⁺+H^-穩定，形成游離氫水(電漿水)。另一方面，共價鍵結性的氫分子(對型)，即使放入水，氫並不會游離。係H₂=H．H，而非游離氫水。游離氫水，可於常溫，常壓儲存。然後，該水的抗氧化能力已確認可維持2年半以上。

接著，說明以本發明之實施例之氫電漿場的產生方法。首先，作為溶解原型的氫分子之溶液(例如，水)，準備游離氫水(S101)。游離氫水，係包含原型氫分子或離子鍵結性的氫分子者，在於液中氫分子游離為H₂ ⁰<=>H⁺+H^-。如此之游離氫水，例如，可藉由對水添加CaH₂、MgH₂等的氫化金屬而得。添加之氫化金屬，於上述之外，亦可係元素週期表上所示之鹼金屬、鹼土金屬、第13族或第14族的金屬者。

其次，對游離氫水照射作為太陽能之超音波或微波(S102)。於照射太陽光以外，對游離氫水照射人工生成之選擇波長之超音波或微波亦可。於游離氫水，藉由氫分子游離成H₂ ⁰<=>H⁺+H^-而作為霧化粒子形成微泡。於游離氫水照射超音波或微波，則微泡被攪拌(S103)，發生微氣穴(S104)，形成更細的微泡(S105)，誘發可形成氫電漿之場(可分解與合成氫電漿之處)(S106)。變細的微泡再結合成長為大的微泡，成為一定大 小而無法承受，則微泡破裂，而產生氫電漿(S107)。該等微泡的成長，與破裂，係於水中連鎖產生。如此地於游離氫水的液中誘發可形成氫電漿之場，而霧化粒子化之微泡破彈時，產生氫電漿場。

其次，說明將本發明之氫電漿場產生方法，使用於乳膠油的製造方法之例。藉由於游離氫水中產生氫電漿場，可生成穩定而高品質的乳膠油。第8圖所示照片，係將CaO與MgO以重量比1：1混合者於無氧還原狀態的氣氛中還原煅燒生成之5%CaH₂、5%CaO、5%MgH₂、5%MgO，浸於超純水而得之游離氫水中所產生之具有各種大小的粒徑的乳膠油。某粒子之徑為20μm，某粒子之徑為50μm。再者，在此表示之油乳膠，請留意，係無須添加界面活性劑或乳化劑等，而藉由游離氫水乳膠化者。

於第8圖所示之乳膠油，照射作為太陽能的超音波或微波。游離氫水，如上所述地誘發可形成氫電漿場之場，因太陽能而被振動攪拌的微泡破彈而形成氫電漿場。第9圖，係表示對第8圖之乳膠油照射太陽光之後之乳膠油。由該照片明顯可知，藉由氫電漿場產生而粒子變得更細。於圖之例，1個粒子之徑，約為5μm左右。

乳膠油，藉由照射太陽光可使粒徑變細，但停止太陽能的照射，則乳膠油的粒徑將恢復成原來的狀態，即，成為如第8圖所示之相對較大的粒徑。因此，藉由控制對乳膠油的照射太陽光，或控制人工產生的微波或超音波的照射，可使 乳膠油的粒徑變化。

第10圖(A)係表示根據本發明之實施例之氫電漿場產生裝置之構成例之區塊圖。本實例之氫電漿場產生裝置，其構成包含：保持至少溶解原型氫分子之游離氫水的保持容器100；對保持容器100之游離氫水照射超音波或微波之照射手段110；控制照射手段110之照射之控制器120。假設，照射手段110係進行利用太陽能之照射，則照射手段110，可使太陽光透過或包含遮光快門。控制器130，係控制快門的開關，或快門的開關時間。

第10圖(B)係表示根據本發明的實施例之乳膠化裝置之構成例之區塊圖。本實例之乳膠化裝置，加上第10圖(A)之構成，具有：注入油之注入手段130。油在常溫固化時，可藉由加熱使之液化，將此與保持容器100內的游離氫水混合。控制器120，將注入油的時機及量經由閥門控制。

其次，參照第11圖說明關於本發明之第2實施例之氫電漿場的產生方法。與上述第7圖所示實施例同樣地，準備離子鍵結性氫分子、即包含原型氫分子之游離氫水(S201)。如此之游離氫水，亦可藉由例如，將根據本發明者所發明之專利第4404657號製法等，製作氫化金屬(MH₂或MH)，將該氫化金屬(MH₂或MH)懸浮於自來水等的水。藉此，可誘發可形成氫電漿場之水(S202)。

其次，對可形成氫電漿場的水，照射真空紫外光(例如，氬準分子燈紫外光(UV)燈(波長193nm)之市售的UV 燈)(S203)，則可得溶存氧為零或溶存氧幾乎不存在的鹼還原性礦物離子水(S204)。換言之，可得游離氫水，將氫分子以H₂ ⁰<=>H⁺+H^-溶存之氫電漿水。被誘發氫電漿場的水，藉由含於太陽光或真空紫外光燈包含之波長193nm=振動數50GHz(氫的振動數)的光能，引起水的光分解，成為氫氣(4H₂↑)與氧氣(O₂↑)而氣化，之後將6個電子留在水中，成為鹼還原性的水。此水中，溶存氧為零，或幾乎不存在。

第11圖(B)，係表示本發明之第2實施例之其他例。第11圖(B)的流程圖，係於可形成氫電漿的場的誘發，係使用與第7圖所示之第1實施態樣時同樣的製程者。即，於包含離子鍵結之氫分子(原型的氫分子)之溶液，照射微波形成微泡沫(S201A)，形成可氫電漿之場合(S202)。該微波，至少包含波長193nm。之後的步驟，係與第11圖(A)時同樣地，藉由照射波長193nm或振動數50GHz的真空紫外光(S203)，生成溶存氧為零之真空狀態的游離氫水(氫電漿水)(S204)。

根據本發明之第2實施例之氫產生方法，可使用第10圖(A)所示之氫電漿場產生裝置。此時，於照射手段110，作為至少包含波長193nm的真空紫外光的光源，使用準分子雷射UV燈為佳。再者，本發明之第2實施態樣，異可使用第10(B)所示之乳膠化裝置。

如此地，根據本發明，以與先前的高溫、高壓的大氣中所產生的氫電漿場完全不同的系，在於常溫、常壓、真空水中或液中，產生氫電漿場。

其次，說明關於本發明之第3實施例。本發明之第3實施例，係關於利用第1及第2實施例所說明之可形成氫電漿場之游離氫水之太陽光發電。如上所述，193nm(50GHz)的微波，具有切斷2個氫原子與1個氧原子經由電子之鍵結之充分的能量，故將相當於該波長之真空紫外線，對溶存在氧為零的游離氫水照射，則實質性地引起水的光份姐，產生霧化粒子，引起水的蒸發。此時，游離氫水中，由於聯繫水分子之電子沒有可去之場而殘留，成為富含電子富之游離氫水，即氫電漿正水。

利用此原理，例如，將富含陽離子之人工海水與富含電子之游離氫水(氫電漿水)收容於容器內，於陽極使用例如銅(Cu)板，於陰極使用例如鎂(Mg)板，照射太陽光，則在電極之間產生電位差，而流有電流。第12圖(A)，係說明利用氫電漿的產生之太陽光發電之原理之圖。在於同圖，於容器300內，收容可形成氫電漿場之游離氫水310，對此浸漬陰極320。於較佳的態樣，容器300係以至少可穿透193nm之波長的透明的材料所構成，更佳的態樣，容器300係由可穿透太陽光之材料所構成。另一方面，於容器400內，收容富含陽離子之人工海水410，對此浸漬陽極420。

於電子氫水310，照射包含193nm的波長的太陽光330，則如上所述，誘發上述氫電漿場的水，藉由波長193nm(振動數50GHz)的光能，引起光分解，成為氫氣(4H₂↑)與氧氣(O₂↑)而氣化，之後成為將6個電子殘留於水中的富含 電子之游離氫水。如此第，將陽極420與陰極320以導電聯繫，則會流電流。此外，第12圖(B)所示，藉由在兩電極之間連接電容器等的蓄電元件或蓄電裝置500，於蓄電元件蓄積電荷，可使用蓄電之電力，將負荷電性驅動。

在於如此之可形成氫電漿場之游離氫水，藉由對此照射太陽光而產生氫電漿場，藉由史游離氫水為富含電子的狀態，可將太陽光利用100%的發電。再者，於上述實施例，使用人工海水作為富含陽離子水，惟並不限於人工海水，可使用包含其他的陽離子的水。

詳述了關於本發明之較佳的實施形態，惟本發明並非限定於特定的實施形態，在於專利申請範圍所記載的本發明的要旨的範圍內，可有各種變形變更。

300、400‧‧‧容器

310‧‧‧游離氫水

320‧‧‧陰極

330‧‧‧太陽光

410‧‧‧富含陽離子之人工海水

420‧‧‧陽極

500‧‧‧蓄電元件

Claims (20)

1. 一種發電方法，對溶解原型氫分子或離子鍵結性氫化氫之游離氫水照射至少包含193nm的光，於該電子氫水與含有陽離子之水之間產生電位差，而進行發電。
2. 根據申請專利範圍第1項所述的發電方法，其中上述光，係太陽光。
3. 根據申請專利範圍第1項所述的發電方法，其中上述光，係真空紫外光。
4. 根據申請專利範圍第1項所述的發電方法，其中陰極浸漬於上述游離氫水，陽極浸漬於上述含有陽離子之水，於兩電極間產生電位差。
5. 根據申請專利範圍第1項所述的發電方法，其中上述含有陽離子的水，係海水。
6. 一種發電裝置，包含：第1收容手段，其係收容溶解原型氫分子或離子鍵結性氫化氫之游離氫水；第2收容手段，其係收容含有陽離子之水；第1電極，其係設於上述第1收容手段內；第2電極，其係設於上述第2收容手段內；及照射手段，其係對上述游離氫水照射至少包含193nm之光。
7. 根據申請專利範圍第6項所述的發電裝置，其中上述第1收容手段，包含至少可使193nm的波長穿透的材料，上述照射手段，經由上述可穿透之材料將光照射。
8. 根據申請專利範圍第6或7項所述的發電裝置，其中上述 照射手段，係照射太陽光。
9. 根據申請專利範圍第6項所述的發電裝置，其中發電裝置，進一步包含蓄電元件，其係電性結合於上述第1及第2電極。
10. 一種氫電漿場產生方法，包含：準備溶解原型氫分子之游離氫水之步驟；及於上述溶液，照射真空紫外光之步驟。
11. 一種氫電漿場產生方法，包含：準備溶解離子鍵結性氫化氫之游離氫水之步驟；及於上述溶液，照射真空紫外光之步驟。
12. 根據申請專利範圍第10或11項所述的氫電漿場產生方法，其中在於照射上述真空紫外光之前，包含照射超音波或微波之步驟。
13. 根據申請專利範圍第10或11項所述的氫電漿場產生方法，其中上述真空紫外光，包含193nm之波長。
14. 一種乳膠化方法，藉由申請專利範圍第10至13項中任一項所述的氫電漿場產生方法所產生的氫電漿場使油乳膠化。
15. 根據申請專利範圍第14項所述的乳膠化方法，其中乳膠化的方法，包含對油注入上述游離氫水之步驟。
16. 一種氫電漿產生裝置，包含：保持手段，其係將溶解原型氫分子之游離氫水之保持；及照射手段，其係對上述保持之游離氫，照射真空紫外光之 照射手段。
17. 一種氫電漿產生裝置，包含：保持手段，其係將溶解離子鍵結性氫化氫之游離氫水之保持；及照射手段，其係對上述保持之游離氫，照射真空紫外光之照射手段。
18. 根據申請專利範圍第16或17項所述的氫電漿場產生裝置，上述照射手段在於照射上述真空紫外光之前，包含照射超音波或微波之步驟。
19. 根據申請專利範圍第16或17項所述的氫電漿場產生裝置，其中上述真空紫外光，包含193nm的波長。
20. 一種乳膠化裝置，具有：氫電漿場產生裝置，申請專利範圍第16至19項中任一項所述者；及注入手段，其係對上述保持手段所保持之游離氫水注入油。