TW201839177A - 氫/氧混合氣體製造裝置 - Google Patents

Abstract

[課題] 在傳統之氫/氧混合氣體製造技術中，存在所謂之水需要電解質、裝置需要高壓、製造速度慢之問題。 [解決手段] 發明提供一種氫/氧混合氣體製造裝置，具備：水，其不需要追加之電解質；電極，其在前述水中維持固定間距；以及電流施加裝置，其在前述電極間施加脈衝電流。據此，即使透過純水、海水，亦能以充分之速度製造氫/氧混合氣體。該氫/氧混合氣體除了直接利用作燃燒能源等以外，亦能溶解於水而利用作富氫水、殺菌水等，能將富氫水作為淋浴液而大量地沐浴之富氫水淋浴被實現。

Description

氫/氧混合氣體製造裝置

本發明關於一種利用相異於電解之原理對水施行分解來製造氫/氧混合氣體之裝置，特別係關於一種技術：藉由將該氣體除了作為氣體取出以外，亦以溶解於水之狀態取出，據此能作為用於健康用途之富氫水施行利用，進而能作為富氫水淋浴施行利用。

近年，研究一種應用方法，其藉由在特定之條件下對水施行電解，使由氫及氧形成之氣體生成，著眼於該氣體之特殊特性。作為此等氣體之名稱，大多情況下被稱作HHO氣體、布朗氣體、氧氫氣體、氫氧氣體、OHMASA-GAS等。

然而，在此等氣體之製造方法中，因仍有許多不明晰之部分，並且大多情況下缺少製造條件、製造結果之資料，因此並非闡明是否顯示相同之氣體之情況多。

因此，在本說明書中，將藉由本發明之方法（電共振分解系統：Electrical Vibrancy Decomposition System）製造之氣體定義為EVD氣體，不論與由其他之稱呼表示之氣體是否相同，在本說明書中作為一個意義使用。

在專利文獻1中，使用由熱固性樹脂與碳奈米管製作成之電極來施行電解，但由於係特殊之電極，因此難以準備大型且大量之電極。在專利文獻2中，具有1mm～5mm之電極間距，並施行振動攪拌，據此來促進產生氫-氧氣體，但在需要電解質之方面，僅係關於傳統之電解技術。在專利文獻3中，記載如下內容：在電解時，藉由對氧分子、氫分子、水分子引起共振而使氣體之產生效率提高，但該技術僅係關於通常之電解技術。

如此，在此等先前技術中，由於藉由通常之電解來製造氫/氧混合氣體，因此需要電解質。進而，由於使用之電壓係100V以上之高壓，因此為了實施利用而需要商業電源。此外，在此等先前技術中，所謂能得到可承受單位時間實際使用之量之氫/氧混合氣體之具體數據並不明確。 [先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本特開2016-37662號公報

[專利文獻2]日本專利第4599387號公報

[專利文獻3]日本再公表WO95/06144號公報

[發明所欲解決之技術問題] 　　在傳統之氫/氧混合氣體製造技術中，存在所謂之水需要電解質、裝置需要高壓、製造速度慢之問題。

[技術手段] 　　本發明係氫/氧混合氣體製造裝置，其具備：水，其不需要追加之電解質；陽極及陰極各一枚以上的電極，其在前述水中維持0.8～1.5mm之間距；以及電流施加裝置，其在前述電極間施加脈衝電流。

[發明之效果] 　　如本發明，使用僅由幾枚幾平方釐米之電極形成之小型之元件，能由純水製造1ml/分鐘之EVD氣體。藉由該高製造速度，不僅限於能大量生產EVD氣體，而且如果溶解於水，即可製造大量之富氫水，進而如果使用富氫水之水流，則使充分之氫濃度及量之富氫水淋浴被實現。

市售之富氫水製造裝置將500ml之靜止水製成ppm或ppb量級之富氫水需要幾分鐘，與上述情況相比，本發明係不同數量級之速度。

此外，使用之水亦不需要追加電解質，因此無論係人工水、天然水，大部分情況均可直接利用。如果係海水，則進一步增大生成速度，因此效果更佳。

以下，對本發明之技術特徵進行具體記載，但此等不僅以數值限定作為目的，而是以實現本發明之技術特徵作為最大目的。不限於數值限定，只要能實現技術特徵，即使在具體記載之數值以外，亦屬於本發明之技術特徵。

電極至少由一對陽極及陰極形成，其間距理想為0.8～1.5mm，更理想為1.0mm～1.2mm，特別理想為1.0mm。

對於不需要用於反應之追加之電解質之水而言，可以使用純水、自來水、雨水、地下水、泉水、河川水、湖水、海水等可容易獲取之任一種水。在不產生、不積存雜質且裝置之腐蝕亦少這方面而言，理想為純水，在EVD氣體之製造速度這方面而言，理想為海水。 　　需要說明，「不需要追加之電解質」係指，所謂之即使不追加電解質亦能用於本發明之EVD氣體製造之意思，根據情況，並不排除追加電解質。

作為本發明之意想不到之一點，通常在對海水施行電解之情況下，會產生氫及氯，但在本發明中所產生之EVD氣體係氫與氧之混合氣體，在以生成氫/氧混合氣體為目的而能使用海水這一方面，無法從先前技術中想到。因此，對於本發明使用海水之情況而言，亦不需要淡水化等，在能利用容易獲取之海水本身這一方面，極其有利。需要說明，在將海水濃縮2倍左右之情況下，由於會產生氯，因此既然以生成氫/氧混合氣體為目的，利用濃縮2倍以上之海水為非理想的。

作為本發明之意想不到之另一點，如果係通常之電解，則為了流通電流將需要電解質，相對於此，在本發明中，在即便使用純水亦會產生EVD氣體這一方面，無法從先前技術中想到。因此，本發明相異於電解，未必一定需要電解質，因此不僅在成本上有利，而且裝置之腐蝕等的可能性亦低。

電極之材質可以使用通常電解之電極所使用之材質，但如果考慮電極之劣化之方面，則理想難以電離之材質。金及鉑雖然獲取成本高，但在對反應之效率良好之方面理想。碳雖然電阻高且效率低，但在低成本且可大量獲取之方面理想。

如果電極之面積小，則可內置於小型之元件，如果面積大，則可擴展為能實現EVD氣體製造工廠。通常理想使用平面之電極，但如果能維持間距固定，則亦可以由曲面等構成。

作為使電極之面積增大之其他方法，亦可以使用三枚以上之電極之疊層體。由於陽極與陰極交替地疊層，在各個電極間發生反應，因此在既能代替使用面積大之電極，又能收裝於小型之組件這一方面理想。

如果所需之產量少，則可以運用一台收裝有電極之小型元件，但在製造大量之EVD氣體時，亦可以同時使用多台元件。該方法具有元件單元之可擴展性，與疊層同樣地，係可代替使用面積大之電極之有效手段。 　　進而，由於可更換元件單元，因此在故障時，在能僅更換相應元件來進行處理這一方面高效率。

施加之脈衝電流係藉由將恆定電壓之直流按固定頻率施行切換而得到。 　　前述電壓能簡單地使用6～24V，但其中，若太陽能電池面板、充電電池之對應產品大部分使用12V，則使EVD氣體製造元件之周邊設備之籌備廉價且容易。如此，本發明所需之電壓比使用商業電源之先前技術低，因此能簡單地實現所需之電源以及電路。

前述頻率寬泛地係20kHz～1GHz，但目的並不僅係在實際使用中選擇唯一固有之頻率。在本發明中，流通脈衝電流之目的，係使水分子中之氧原子共振而使水分解，例如，即使為低頻率之脈衝電流，但若與氧原子產生共振，則其頻率為實現本發明目的之頻率。雖然頻率的最佳值會根據水質、電極之材質、電極之間距、電極之面積、電壓等而改變，但此等只要在詳細設計之階段選擇適合最佳之頻率即可。當然若頻率為最佳值則有利，但即使係與氧原子共振而導致產生EVD氣體之最佳值以外之頻率，亦仍為本發明技術特徵之一部分。特別對於能以低頻率製造EVD氣體之頻率而言，在電路設計以及消耗能量之方面有利。

關於反應時之溫度，一般理解為溫度高則反應速度快，但對於既不需要用於加熱之裝置亦不需要能量之室溫或者室外氣溫下之反應而言，在減少消耗能量及簡化裝置整體之方面優越。當然，使用關於加熱之裝置來提升反應速度亦在本發明之技術範圍內。此外，在氣體製造過程中，雖然一點一點地，但對電極周圍之水發熱情況亦深切關注。

另一方面，意想不到以下情況：藉由對電極附近之水賦予物理性振動，產生效率會飛躍性地提高。產生振動之方法能藉由小型之振動元件來簡單地達到。物理性振動之頻率不需要一定與脈衝電流之頻率相同，在該情況下亦能使氣體之產量充分增大。但是，物理性振動之頻率與脈衝電流之頻率存在共振關係時，會發揮協同效果，會像水沸騰般產生大量氣體。

如果從製造裝置將所產生之EVD氣體以氣態排出，則作為氫與適量之氧共存之燃燒能源而言有用。

而且，EVD氣體之保存非常簡單，即使手邊之塑膠瓶亦能充分用於其保存。EVD氣體被認為以將氫及氧由水隔開之微小之氣泡群的形式存在，即使塑膠瓶亦能充分隔絕、不洩漏地保存上述氣泡群。 　　而且，由於係氣泡群，因此在藉由施壓而使體積變小這一方面，亦對保存發揮優越性之作用。即使為相同體積之容器，藉由提高壓力進行保存，亦能保存更大量之EVD氣體。 　　除此以外，亦不存在以下可能性：如液態氫以及液態氧這般之溫度管理之負擔、如氣態氫以及氣態氧這般之因衝擊引起之爆炸。

如此，利用易於保存之EVD氣體之特性，能有效地利用EVD氣體之保存作為整個系統之緩衝器。例如，在利用太陽能發電之電力來產生EVD氣體，由將EVD氣體作為燃料之發動機對發電機施行驅動之發電系統之情況下，藉由在EVD氣體製造裝置與發動機之間設置EVD氣體保存裝置，由此能比保存電力更高效地保存能量。在白天、特別係晴天時製造EVD氣體，在夜晚或需要大量電力時施行發電，據此，能藉由EVD氣體之保存特性來解決自然能量具有供給不穩定之問題及對需求改變之應對。

另一方面，如果將所產生之EVD氣體從製造裝置以溶解於水之液態排出，則能作為以健康目的受到關注之富氫水而大量地製造。如果將該富氫水利用作水流，則能暢快地沐浴有益於人體健康之富氫水淋浴。

此外，由於除了氫以外亦含有氧，因此上述富氫水亦具有殺菌作用。除此以外，如果向富氫水中之氧照射特定之紫外線，則能製造臭氧水，進而能廉價且大量地製造具有強力殺菌效果之水。

[實施例1] 　　使用將20mm×85mm之不銹鋼電極按以下之間距使陰極與陽極交替地疊層七枚而形成之電極（最外極為陰極），在水中施加了12V之直流脈衝電流。使用之脈衝電流之頻率在400kHz～8MHz左右之間進行調整，以便使泡之生成速度達到最大。關於使用之水質，使用純水、自來水、海水，對電極所產生之泡之量進行比較。進而，在使用自來水時，對因電離傾向導致之電極之劣化（向溶液中溶解析出）進行觀察。

藉由實驗確認：按照如以下之表現所表現之微泡等氣體從電極連續地產生。

表1

[實施例2] 　　除了使用純水，設定電極之枚數為五枚、七枚、九枚來改變電極之總面積以外，與實施例1同樣地施行。

表2

如上述實施例1以及2之結果，與使用之水質、電極之面積無關，氣體產量大之電極之間距為0.8mm～1.5mm，最理想為1.0mm。

[實施例3] 　　在圖3所示之組件內，將七枚15mm×75mm之不銹鋼電極（陰極與陽極交替地疊層七枚而形成之電極）按1.0mm間距施行疊層，在人工海水中施加12V、1.0A、8kHz左右之脈衝電流。在以下示出藉由神奈川縣產業技術中心之氣相色譜儀對所產生之氣體之成分分析施行測定之結果。

就所產生之氣體中之氧及氮（體積%）而言，氧：9%、氮：1%。 　　如氣相色譜之面積（%）之原始資料，所產生之氣體主要三種係氫、氧、氮，未確認到有效量之氯。

因此確認：藉由通電來產生氫及氯之通常之電解與本發明之EVD系統係以不同原理來產生氣體。 　　此外，對於氣體之產量而言，像水沸騰時般極大量地產生。其表示：如果使用海水，則能以極高效率製造EVD氣體。

需要說明，在該試驗中，與實施例1同樣地使用不銹鋼之電極，因此隨著通電會沉澱、積存有紅碣色之雜質，從而推測生成之大部分氧會因氧化鐵之製造而被消耗。因此可以理解：為了使所使用之電極材料不會因通電而溶解析出於水中，理想情況係使用難以電離之材料。

[實施例4] 　　在圖3所示之組件內，將七枚15mm×75mm之碳電極（陰極與陽極交替地疊層七枚而形成之電極）按1.0mm間距進行疊層，在純水中施加12V、1.0A、8kHz左右之脈衝電流。在以下示出藉由神奈川縣產業技術中心對氣體之產量以及成分分析施行測定之結果。

對於氣體之產量而言，每單位時間1ml/分鐘，所產生之氣體中之氫及氧（體積%）係，氫：60%、氧：6%。

因此確認到：在純水中，因未通電而不產生氣體之通常之電解與本發明之EVD系統係利用不同原理來產生氣體。 　　此外，對於氣體之產量而言，與市售之富氫水製造裝置相比，製造速度亦快得顯著。除此以外，如果使用上述實施例1之結果確認出之EVD氣體之產生效率比純水高之自來水，在溶解於水流而使用之情況下，即使考慮使用作淋浴情況之單位時間之水量，亦表示能實現具有實用之濃度之富氫水淋浴。

[實施例5] 　　將所產生之EVD氣體放入500ml之塑膠瓶並放置一周。即使對上述塑膠瓶賦予落下等衝擊，亦不會存在爆炸等危險。對一周後之氣體點火，可瞬間點燃，能確認可以利用極簡之方法且安全地進行儲存。

[產業利用性] 　　在大量地製造EVD氣體之目的中，可從家庭用之小型產品擴展至工廠級別之大規模產品，在其使用場所、使用規模、用途範圍廣泛之方面有利。

作為EVD氣體之利用方法，即使作為熱源使其燃燒，因所生成之產物僅為水，因此非常乾淨，如果用於內燃機、蒸汽機、燃氣輪機等，則產生動力，亦能利用作移動體之推進力、幫浦等之動力。

為了在EVD氣體中共存有氫與適量之氧，與通常僅依賴來自外部之氧供給之傳統之氫氣單體之燃燒、化石燃料之燃燒相異，不會成為過度之高熱，即使在用於發動機之情況下，因高熱導致之負擔少，因此能使故障率降低。

如果藉由上述動力對發電機施行驅動，不用從遠處輸電而在現場就可供電。如果設置許多小型發電站，則與建設大型發電站以及輸電設備相比，能大幅度地抑制成本。進而，藉由分散化，亦能分散對於故障之風險。

此外，因僅需維持比較小之電力之驅動電路程度之電力及水，據此藉由利用太陽能電池等自然能量及佔據地球上大半部分之海水，亦能利用於世界之孤島、航行中之船舶。即使傳統必須依賴外部之能量補給之場所，亦能獨立地自給自足能量。

如上述，本發明之製造裝置所需之電力極少，可以被太陽能電池等充分驅動，由於可以直接利用雨水、地下水、泉水、河川水、湖水、海水，因此可以補給自然水，並且可以設置於太陽照射到之地球上大多數之場所。 　　當然，只要具備自來水基礎設施之地區，就可以使用生活水之一部分來容易地實施本發明。在該情況下，雖然可以使用電力基礎設施，但亦可以使用以太陽能為代表之自然能量。

此外，在用於產生蒸汽之動力等第一目的後，亦能利用作保持一定程度之溫度之純水，因此，可以供於溫水淋浴、寒冷地區之融雪設備、蒸餾水之製造等有益於生活之第二目的。

本發明係： 　　〔手段１〕一種氫/氧混合氣體製造裝置，其特徵係具備：水，其不需要追加之電解質；陽極及陰極各一枚以上的電極，其在前述水中維持0.8～1.5mm之間距；以及電流施加裝置，其在前述電極間施加脈衝電流。 　　〔手段2〕如上述手段１所記載之氫/氧混合氣體製造裝置，其中，前述電極之間距係1.0～1.2mm。 　　〔手段3〕如上述手段1～2所記載之氫/氧混合氣體製造裝置，其中，前述水選自純水、自來水、雨水、地下水、泉水、河川水、湖水、海水。 　　〔手段4〕如上述手段1～3所記載之氫/氧混合氣體製造裝置，其中，前述電極係由以前述間距將陽極與陰極交替地疊層三枚以上之疊層體形成之電極。 　　〔手段5〕如上述手段1～4所記載之氫/氧混合氣體製造裝置，其中，前述電極之材料選自金、鉑、碳。 　　〔手段6〕如上述手段1～5所記載之氫/氧混合氣體製造裝置，其中，前述脈衝電流之電壓係6～24V。 　　〔手段7〕如上述手段1～6所記載之氫/氧混合氣體製造裝置，其中，前述脈衝電流之頻率係20kHz～1GHz。 　　〔手段8〕如上述手段1～7所記載之氫/氧混合氣體製造裝置，其中，其進一步具備：振動裝置，其對水中之電極賦予物理性振動。 　　〔手段9〕如上述手段1～8所記載之氫/氧混合氣體製造裝置，其中，其進一步具備：氣體排出裝置，其捕捉並排出所產生之氣體。 　　〔手段10〕如上述手段1～8所記載之氫/氧混合氣體製造裝置，其中，其進一步具備：液體排出裝置，其將所產生之氣體以溶解於水之狀態排出，具有水之流入部及流出部。 　　〔手段11〕如上述手段10所記載之氫/氧混合氣體製造裝置，其中，在前述液體排出裝置之排出目的地進一步具備：臭氧化裝置，其具有紫外線照射部。 　　〔手段12〕一種氫/氧混合氣體供給方法，其特徵係使用上述手段1～11所記載之氫/氧混合氣體製造裝置。

a‧‧‧電流施加裝置

b‧‧‧水

c‧‧‧電極

【圖1】表示本發明之EVD系統之基本構成之圖。 　　【圖2】表示疊層五枚電極之情況之圖。 　　【圖3】係由實施例3、4所使用之利用EVD氣體生成之氫/氧混合氣體之製造元件。 　　【圖4】係上述元件之神奈川縣產業技術中心之測定場景。

Claims (12)

1. 一種氫/氧混合氣體製造裝置，其特徵係具備： 水，其不需要追加之電解質； 陽極及陰極各一枚以上的電極，其在前述水中維持0.8～1.5mm之間距；以及 電流施加裝置，其在前述電極之間施加脈衝電流。
2. 如申請專利範圍第1項所記載之氫/氧混合氣體製造裝置，其中，前述電極之間距係1.0～1.2mm。
3. 如申請專利範圍第1或2項所記載之氫/氧混合氣體製造裝置，其中，前述水選自純水、自來水、雨水、地下水、泉水、河川水、湖水、海水。
4. 如申請專利範圍第1至3項中任一項所記載之氫/氧混合氣體製造裝置，其中，前述電極係由以前述間距將陽極與陰極交替地疊層三枚以上之疊層體形成之電極。
5. 如申請專利範圍第1至4項中任一項所記載之氫/氧混合氣體製造裝置，其中，前述電極之材料選自金、鉑、碳。
6. 如申請專利範圍第1至5項中任一項所記載之氫/氧混合氣體製造裝置，其中，前述脈衝電流之電壓係6～24V。
7. 如申請專利範圍第1至6項中任一項所記載之氫/氧混合氣體製造裝置，其中，前述脈衝電流之頻率係20kHz～1GHz。
8. 如申請專利範圍第1至7項中任一項所記載之氫/氧混合氣體製造裝置，其中，進一步具備：振動裝置，其對水中之電極賦予物理性振動。
9. 如申請專利範圍第1至8項中任一項所記載之氫/氧混合氣體製造裝置，其中，進一步具備：氣體排出裝置，其捕捉並排出所產生之氣體。
10. 如申請專利範圍第1至8項中任一項所記載之氫/氧混合氣體製造裝置，其中，進一步具備：液體排出裝置，其將所產生之氣體以溶解於水之狀態排出，具有水之流入部及流出部。
11. 如申請專利範圍第10項中任一項所記載之氫/氧混合氣體製造裝置，其中，在前述液體排出裝置之排出目的地進一步具備：臭氧化裝置，其具有紫外線照射部。
12. 一種氫/氧混合氣體供給方法，其特徵係使用申請專利範圍第1至11項中任一項所記載之氫/氧混合氣體製造裝置。