TWI447068B

TWI447068B - A hydrogen generation method, an apparatus for carrying out the method, and an automotive fuel generator using the same

Info

Publication number: TWI447068B
Application number: TW100129597A
Authority: TW
Inventors: Chung Ming Liu; Yasushi Nishida; Ken Ichi Iwasaki
Original assignee: Univ Lunghwa Sci & Technology
Priority date: 2011-08-18
Filing date: 2011-08-18
Publication date: 2014-08-01
Also published as: TW201309588A

Description

氫氣產生方法、執行該方法之裝置以及使用該裝置之汽車用燃料發電機

本發明係有關由含氫化合物中得到氫氣之氫氣產生方法、為執行該方法之氫氣產生裝置與使用該裝置之汽車用燃料發電裝置。

有關由含氫化合物中取得氫氣的方法有以下的方法廣為人知。

(1)　將水分解的方法。

(2)　分解甲醇或精製石灰粉的方法。

(3)　甲烷水蒸氣改質法。

(4)　由甲烷氣體或者乙烯氣體等含碳化氫氣體源將氫氣分離的方法。

在上述(1)分解水的方法中，例如以使用鎂的顆粒在400℃~600℃的範圍內與水反應而得到氫氣。

上述(2)使用氧化鈦與白金之混合物(Pt/TiO2)的光觸媒，將太陽能作為分解能源來利用，由甲醇得到氫氣，而本方法以下述「專利文獻1」的方法被揭露出來。

上述(3)甲烷水蒸氣改質法中在反應爐內所使用觸媒必須加熱至高溫。因此，因為必須由石化燃料來取得所需之熱能，所以該部分將造成能源效率之降低。除此之外再加上會產生使地球環境惡化之其中一個原因的副產物-二氧化碳。

上述(4)含碳化氫氣體源將氫氣分離的方法係在電極間引起放電現象，雖然以該放電由甲烷或者將乙烯精製，此時副產物方式可形成氫氣或可將含於原料中之硫黃成份分解。但是，這個方法將會有因為高電壓而產生電磁波雜訊、絕緣破壞之危險性或造成一旦分離之氫氣再次結合而形成高次碳氫等難點。

另外，汽車所用之燃料發電裝置(一般稱為燃料電池)中，係使用氫氣作為燃料。並且所用之氫氣因為考慮其搬運性之需求，而多使用液化氣體。而所謂液化，即是在低壓下以加壓方式取得，所以會消耗大量之能源，因此如果須提高其能源效率將有其困難性。

如以上所述，雖然可由上述各種方法得到氫氣，並由氫氣得到電能時，必須將氫氣加以液化並裝入鋼瓶中後載搬運至使用現場，在該現場藉由燃燒氫氣而得到電能，但是將氫氣液化時所耗費之能量，遠大於藉由氫氣燃燒所產生之能量，因此將氣體狀態的氫氣作為原料，並企圖使能量產生效率提升的方法是非常困難的。

並且，由含氫化合物中將氫分離時，為避免所產生碳類物質將過濾器阻塞而使該碳類物質集中聚集在外壁之由混合氣體萃取氫氣的方式也由下述之「專利文獻2」被揭露出來。

【先行技術文獻】

(專利文獻1)特開2005-2300654號公報

(專利文獻2)特開2002-248315號公報

在上述(4)由乙烯或乙烷氣體等含氫之碳氫氣體源，藉由放電而將氫氣分離的方法中，當將其利用於汽車用燃料發電裝置時，不用將氫氣液化而可直接得到電能的可能性將可以預測。但是，當想藉由放電而從含碳氫化合物來生成氫氣時，必須在放電之電極間加上必要之高電壓，而因為放電而造成大量之能量耗損，所以要提高能源效率也是非常困難的。

在此，本發明係以在進行由含碳氫化合物中形成氫氣的方式中，使用能量耗損非常小的方法，而可以得到以高效率產氫氣的方法及提供為了實行該方法之氫氣產生裝置，並且提供可以不用將氫氣液化而直接將該裝置所產生之氫氣直接利用之汽車用燃料發電裝置為其目的。

為了解決上述課題，本發明之氫氣產生方法係如申請專利範圍第1項中所記載之發明，其特徵為在反應器內裝設一對電極，使在該電極間在不會產生輝光放電或者是弧光放電的範圍內，加上足以將由外部所供應而存在於兩電極間含氫化合物氣體分解而取得氫氣之電壓，而且此電壓之特性為以起動電壓短與脈衝的方式導入，並且在其所產生的電場中將含氫化合物分解而取得氫氣。

申請專利範圍第2項中所記載之發明，其特徵為在上述申請專利範圍第1項中所記載之發明中，該脈衝電壓之起動時間為1μ秒以下。

申請專利範圍第3項中所記載之發明，其特徵為在上述申請專利範圍第1項中所記載之為執行氫氣產生方法之氫氣產生裝置中，在可以使含氫化合物通過之通路中，設置2層平行接近之網狀電極，將兩電極接上同一電位，並具備有可在前述通路上供給含氫化合物之原料供給手段及收集所產生氫氣之氫氣收集手段。

申請專利範圍第4項中所記載之發明，其特徵為在上述申請專利範圍第1項中所記載之為執行氫氣產生方法之氫氣產生裝置中在可以使含氫化合物通過之通路中，設置3層平行接近之網狀電極，將外側兩電極與中間之電極接上同一電位，並具備有可在前述通路上供給含氫化合物之原料供給手段及收集所產生氫氣之氫氣收集手段。

申請專利範圍第5項中所記載之發明，其特徵為在上述申請專利範圍第1項中所記載之為執行氫氣產生方法之氫氣產生裝置中，設置2層平行之一對電極，在兩電極間充填入已絕緣體覆蓋之金屬球體，在前述電極間形成可使含氫化合物通過之通路，並在兩電極間接上同一電位，並具備有可在前述通路上供給含氫化合物之原料供給手段及收集所產生氫氣之氫氣收集手段。

申請專利範圍第6項中所記載之發明，其特徵為在上述申請專利範圍中，該含氫化合物為碳氫類或者是酒精類化合物。

申請專利範圍第7項中所記載之發明，其特徵為使用上述申請專利範圍第3項至第5項中任何一項所記載之氫氣產生裝置之汽車用燃料發電裝置，其中將氫氣產生裝置連接搭載於汽車上之汽車燃料電池。

雖然使用輝光放電或弧光放電時，為了產生放電而加入大量之能量，但其大部分卻轉換成熱能，無法有效率的使用在將含碳氫等含氫化合物分解而取得氫氣的過程，所以其效率非常低。但是在本發明的氫氣產生方法中，於使該電極間部產生輝光放電或者弧光放電的範圍內，以足以將存於兩電極間含氫化合物分解出氫氣之高壓，並且以起動時間非常短之脈衝方式斷續地導入，可在兩電極間形成足夠之高電場。

並且使含氫化合物存在於該電場中，以便該含氫化合物於該電場內產生氫氣分解與結合反應，所以能以較放電狀態更少之能量而有效率地產生氫氣。

此時，因為C-H結合分離能要較O-H結合分離能要來的小，所以能以較少之電力消耗使存於含氫化合物中之氫氣解離出來。

此外，因為能在接近常壓之氣壓下產生氫氣，所以管理上非常容易，不需要為了作壓力之控制而增加額外之壓力控制裝置。

而且，具有沒有因由輝光放電或弧光放電所造成之電極損耗而必須換電極之優點。

在申請專利範圍第4項所記載的發明中，藉由上述方法，因在2層平行電極間充填覆蓋絕緣體之金屬球能更提升電極間電場，而能有效的由通過該電場之含氫化合物中得到氫氣。

在申請專利範圍第5項所記載的發明中，藉由上述方法能使3層平行接近之網目狀電極中在接上同一電位之外側兩電極與內側電極間產生電場，而能有效的由通過該電場之含氫化合物中得到氫氣。

在申請專利範圍第6項所記載的發明中，因為搭載於汽車上之汽車用燃料電池中接上上述氫氣產生裝置，使該氫氣產生裝置所產生之氫氣能以氣體的方式直接送入燃料電池內。

因此，便沒有架構氫氣儲存裝置或輸送用之內部管線，在具有經濟效益的同時也能減少氫氣洩漏等事故之危險性。並且也能減少氫氣儲存所造成之能量耗損。

本發明雖然係為氫氣產生方法，為執行該氫氣產生方法之氫氣產生裝置及使用該氫氣產生裝置之汽車用燃料發電裝置，以下述之氫氣產生裝置為例來說明為執行此發明之型態。

本發明之氫氣產生設備9如圖2所示，具備有將原料之含氫化合物向吸入口1供應之原料供應手段。接者，所供應之化合物將在反應器2內之框體內空間由該化合物分離出氫氣。

因為前述由氫化合物所分離出之氫氣為混有碳氫類等之混合氣體，所以必須有氫氣收集手段來將氫氣收集。為此，在前述之氫氣收集手段中，將含有氫氣混合氣體以氫氣過濾器4在過濾器的內部5將氫氣分離並收集，並由設置於此過濾管8之排出口只將氫氣排到外部並加以收集。

前述原料供應手段，可與儲存有原料之含氫化合物的鋼瓶與吸入口1以配管相連接而將含氫化合物供入反應器2內。

在配管途中藉由所具備之電子迴路控制閥門加以開閉調整，使其得以對流量做最適當之控制，而達到適當的原料供應。

此外氫氣產生裝置9前述氫氣收集手段為了在框體空間3內之混合氣體中單只將氫氣分離出來，將如圖3所示般，在陶瓷等絕緣體過濾管8中，使用鍍有鐵、鎳或鈮(Nb)等之玻璃過濾材7，藉由將混和氣通過的方式，可以將殘留碳素燃料氣體與氫氣加以分離，過濾管內部5所分離，得來的氫氣將由排出口6向外部排出，所以可以單只將氫氣加以收集。

前述過濾器4係如圖3所示般，分解所生成之碳類部分為粗格之過濾網4，例如能使用在陶瓷系等之圓筒狀容器之表面鍍上鐵、鎳及鈮(Nb)等金屬之過濾器4，在此過濾器4中，只能讓分子量小的氫氣通過，而分子量大的其他氣體則無法通過。

此外，與此不同之過濾器4則可以選擇適合各種使用目的之材料或構造。此時，因為將鉑與銀合金金屬管加熱至300℃左右可產生使氫原子通過之特性，所以也可以利用此種合金所製成的過濾器4。

但是，為了不會產生因氫氣的分離所產生碳類物質將過濾器4阻塞的情況，也可以採取離心分離方式將其集中於分離機的外壁。在此種的過濾器4的情形下，因為於過濾管8內部5之中央部分只有氫氣存在，所以精製之氫氣可直接供應往燃料電池等。

並且，在前述過濾管內部5之氫氣壓力將在1大氣壓以上，能調整為供應往燃料電池知構造或使用時最適當之壓力。此時，可藉由在供給原料氣體側之壓力控制，而變更排出口6之氣體壓力。

在本發明作為為了得到氫氣之含氫化合物原料，可以使用碳氫類或者酒精類化合物。

所使用之含氫化合物原料，可以為氣化之碳氫或含碳氫化合物，將固體粉體化再加以氣化之碳氫或含碳氫成份之化合物，或者是將液體氣化後之碳氫或者含碳氫成份之化合物中任何一種。

例如，含碳化氫之原料氣體可使用LPG(液化天然氣)、都市瓦斯或甲烷、乙烷、甲醇、乙醇及丁醇等，將這些物質氣化後供往反應器2內便可使用。

這些含有碳化氫類氣體係以接近常壓相對高壓(1~3大氣壓程度)來供應，送往裝設在氫氣產生裝置9內之反應器2吸入口1，在通過該反應器2內時可以將氫氣與其他分子或者原子之成份加以分離。

雖然該氫氣分離係在電極上加上脈衝電壓，但會形成含氫之碳類成分及未分解之氣體混合共存之情形，在以如圖2所示之氫氣過濾用過濾器4將碳加以分離並收集保存，爾後再以定期方式交換前述過濾器4而將它取出。

將反應器2收藏於內部之框體內空間3，主要是使其不產生燃料氣體或產生氫氣等外漏的情形，所以除了吸入口1及排出口6之外，全部加以密封。

此外，最好使通過前述反應器2時，為分解的氣體能盡可能分解使得殘留燃料氣體達到最小量。為此，在氫氣產生器9內之反應器2將因應原料氣體之供應量以複數方式來設置，使其分解能力得以增強。

接者說明有關本發明之加電壓電極。

所使用之電極係在氫氣產生裝置9之內，如圖1所示之網目狀型態及如圖4所示般，將以絕緣體覆蓋之金屬球體充填在平行電極間的電極型態。

前述網目狀電極係如圖1所示般，可以為在反應器2內之含氫氣體可自由過之具有導電性材料以兩層或者如圖1所示般以三層的結構型態。

當含氫化合物之氣體通過前述兩層或三層之電極10,11,12時，在電極上加上電壓後，便形成電場，所以在該電極10,11,12間之含碳化氫氣體將分解出氫氣。

使含有氫氣之混合氣體能於氫氣產生裝置9內排出，並由該氫氣產生裝置9內將氫氣移送至前述氫氣收集製程並加以收集。

不管電極是兩層或三層之任何一種情況，均由吸入口供應含有碳化氫的氣體。並在該氣體通過電極間時加上脈衝電壓，在所產生之電場中分解含氫化合物，使其產生氫氣。

將本發明之氫氣產生裝置更詳細的如圖1所示般，使用三層之網目狀電極以反應器2為例，於下述加以說明。

以導電性材料所作成之網目狀電極只要為在上述電極10,11,12中，可使氣體自由通過之網目狀的孔所形成即可。

此網目狀電極最好為平行面板沖壓加工或者以模具一體成型之網材，而以線材編織成的網材則因表面形成凹凸形狀而容易產生放電的情況，所以較不適合。

前述電極10,11,12之連接係為內部電極10與在其外側並加以遮蔽之外部電極11,12所形成，兩外部電極11,12係接於同一電極。

兩極分別連接藉由接有直流或交流電源之脈電壓產生器，所以在前述兩外部電極11,12與內部電極10間，可加上起動時間短之脈衝電壓。

在此種三層的電極中，因為在內部電極10之兩側會形成電場，所以其效率要較兩層電極要來得高。

為使前述外部電極11,12不會受到電極外電性影響，所以最好加上接地處理。

有關前述電極10,11,12之間隔，在取得如圖7數據的實驗中，設定為1 mm。例如將此間隔變成1 cm以上之過度放大時，因為以少電壓形成有效電場的企圖將變成非常困難，所以不適當。

所加之電壓，控制在不產生放電現象之低脈衝電壓，並且可加上遠範圍內高電壓且起動時間短之脈衝電壓。

其原因在於因為在電極10,11,12間之電場值，在不引起放電現象的前提下，如呵使其增強是非常要的。為此，因為有關電極10,11,12之構造或電極間隔之設定可做不同型式的考量，可配合使用目的及使用狀況選擇最適當的構造或電極間距離。

因為為了在前述電極10,11,12間得到最高之電場值，脈衝之波形與電壓有其密切之關係，所以以最適當條件加入脈衝電壓將是非常重要之要素。

因為本發明盡可能縮短脈衝之起動時間，所以存在於電極間之帶電粒子，特別是電子將可以更早並且更快加速，結果便可以提高氫氣之分離效率。更詳細的加以說明，脈衝將如圖7所示般，初期起動為0.4μSec程度，急昇部分之脈衝寬為1μSec以下。

在此是因為推測急峻之昇壓及降壓的電壓變化將與分解有密切之關係。

在圖7的實驗中脈衝之電壓值為2kV時，起動時間為0.5μSec，方波之脈衝寬為7μSec。

圖7所示之脈衝，雖然最初之昇壓後極立刻降壓，約0.5μSecc後關閉，但推測後面之7μSec附近之極速降壓部分也影響氫之分離。

因此會影響氫氣分離之有效範圍將再昇壓與降壓部分的1μSec之內。

但是方波之昇壓與降壓間電壓幾乎處於一定時間帶，所以不能推測只關係到氫氣分離而與碳氫分解無關。

在此，因為只使用方波脈衝中急速升壓與降壓部分，所以電力損失考量只計算此部分時間積分值即可。

甚至，雖然在此實驗中使用300Hz之反覆脈衝，但此條件可依使用狀況作必要之調整變更。

有關脈衝電壓產生器電力源，雖然考慮車載時為車載DC電瓶，但因為將此方式固定在地上使用時也可以使用商業用電源，所以只要依使用狀況決定即可。

以上雖然說明反應器2以三層網目狀電極的情形，接著說明前述電極內是用金屬球體反應器2的型態。

在此型態中，如圖4所示般，將金屬球體17充填於平面電極15,16間，而該金屬球17係如圖5所示般，使用在中心部為金屬球13而外部覆蓋有陶瓷等高誘電率絕緣體14。

將此具有金屬球體之電極裝入氫氣產生器中。

前述金屬球體17之尺寸為金屬球13直徑為1~2 mm程度，絕緣體14厚度為0.1~0.2 mm程度。

有關金屬球體13之金屬材料可使用氧化鋁、不銹鋼、鐵及銅等各種金屬。此外，絕緣體14可使用陶瓷、鐵氟龍等各種絕緣材料。

前述電極15,16係在側面及端部以陶瓷等絕緣材18,18來密封固定，在端部之一側，設有供給含氫原料氣體之吸入口9，另一側則設有含氫氣體之排出口20，並具備有在前述流路中可供給含氫化合物原料之原料供給手段及收集所產生氫氣之氫氣收集手段。

因使用前述金屬球體17，所以能進一步提高電極間電場強度，並可以提高分離氫氣之效率。

為了安定前述金屬球體17的位置，可以利用放至塑膠類網材將金屬球體17夾於往間的固定方式或者在金屬球體17上蓋上一定厚度間隔固定材料使金屬球體間之間隔達到均一化的方法，而在該間隙內便可形成供給原料氣體之通路。

有關前述反應器2，不管是以上說明前述網目狀電極或者是充填前述金屬球體17之電極的任何一種型態，都能有效的由含氫化合物中將氫氣分離出來。

接著，將說明有關使用上述氫氣產生裝置之汽車用燃料發電裝置。

本發明之汽車用燃料發電裝置係如圖8所示般，將上述氫氣產生裝置直接連接於汽車用燃料電池上。

上述氫氣產生裝置係將含有碳化氫等含氫化合物氣化，並將其送往前述氫氣產生裝置，由該化合物得到含氫氣之混合氣體，在使混合氣體通過氫氣過濾器使氫氣單獨被分離出來。

因為將此氫氣產生裝置直接連接於汽車用燃料電池上，所以由氫氣產生裝置所得到之氫氣可以直接供應於汽車用燃料電池。

因為前述氫氣產生裝置系以輕量化，可以與燃料電池一同搭載於汽車上，所以沒有架構氫氣儲存設備或內部管線的必要。也因為如此，在有利於經濟效益的同時也可以大幅地降低因氫氣外漏等問題造成事故的危險性。

並且，因為可能可使儲存氫氣時所必要耗損的能量降低，甚至可完全使其消失的結果，可以使全體之能量成本降低，能以非常高的能源效率來加以利用。

並且，因為以往使用天然瓦斯或都市瓦斯為燃料的車輛也非常普及，因此這些車輛也可以從所搭載的氣體中將氫氣提煉出來，並將氫氣直接使用於燃料電池上。

但是在以往的方法中，具備使用氫氣為燃料之燃料電池汽車所採用氫氣主要供給方式為在別的地方產生氫氣，在將其液化後搭在於車上的方式，由反應機制來說這是一種能量效率極低的方法。

此外，以往氫氣產生方法多採取使用固體觸媒的方式，除了分解碳氫時能量效率低的問題，為了搭載於車上，所以必須將所產生之氫氣加以液化。

有關氫氣之液化，因為氫之沸點為-252.87℃，所以為了將其冷卻至超低溫，須要莫大的能量。而且因為必須從新進行氫氣供應站的設置等內部供需管道的設置，所以想像將來之氫燃料社會的狀況將是一個實用性低且經濟性與能源效率低之現實狀況。

相較於此，本發明係直接使用既然存在之都市瓦斯供應方式，所以以這種方式架構氫燃料社會之可行性是較高的。

並且，都市瓦斯、乙烷或者是丁烷等氣體液化時所需能量要遠低於液化氫氣時所需之能量，所以在實用化之目標上有其存在之優勢。

也就是說，在20℃時的壓縮壓力，丁烷為0.21MPa(約2.1大氣壓)、液化都市瓦斯為0.86MPa(約8.5大氣壓)，所以可以容易的將其液化，而體積為氣化氣體之250分之1，有優異搬運性。此外，可以用耐壓較低之容器來儲存，對運輸的條件來說來是一個利點。

此外，因為本發明係由含氫化合物(乙烯、乙烷氣體等含碳氫化合物或酒精類等)得到氫氣，所以也可以使用丁烷氣體或液化都市瓦斯為燃料。

本發明雖然係將含化合物之C-H結合切斷而取得氫氣，並將氫氣直接送往汽車之燃料電池，但在含氫化合物中C-H之結合能要較O-H之結合能要小很多，所以非常容易將C-H結合切斷，因此可以用滴能量而有效率的方式取的氫氣。

為了分離氫氣結合，雖然如以往可以用高電壓在電極間引起放電而藉由輝光放電或弧光放電等電漿狀態來加以分解，但是此時所投入之大部份能量將轉換成熱能，實際上用於參與氣體分解的能量非常少，其能量效率甚低。

相較於此，因為本發明不會產生光放電及弧光放電，所以電壓之絕大部分均為參與電場之產生，轉換為熱能的部分甚少，所以在能量直接參與分解的結果，可以在電場中有效率的進行氫氣的分解而產生氫氣。也藉此種方式可不用將所產生之氫氣加以液化而直接以氣體的狀態供往氫燃料電池，並轉換成電能利用來提高能源效率。

接者說明有關本發明之氫氣產生方法。

圖6為典型的加入電壓與因放電所產生電流的關係圖。

本發明中電極間所存在的係以事先將液體或固體加以氣化之化合物為對象。

圖6中符號由E到K之範圍為放電區域，符號C到D為非放電區域。

本發明係於放至於反應器內之電極間，如圖6所示般，符號D到K之灰光放電與弧光放電的區域外符號C到D為中心的非放電區域內，斷續的加上脈衝電壓，使其盡量形成高的電場。

接著在此時，以存於兩電極間可由含氫化合物將氫氣分離出來之高電壓，且其起動時間為1μSec以下之短脈衝電壓以斷續的方式導入。

因為脈衝關的時間積分會對應能量之損失，所以為了提升能量效率，脈衝寬也是越短越好。因此，在本發明中為了提升能量效率，採用啟動時間為1μSec以下之短脈衝電壓以斷續的方式導入。

並且，因為起動時間非常短，所形成電場能以很高效率由含氫化合物中將氫解離出來。

接著以含氫化合物中之一的碳氫為例，藉由屬於非放電之電壓，說明能以低能量將氫氣解離之理由。

在大氣壓下乙烷氣體中天然瓦斯占了約83%，其沸點為-161.6℃。

另一方面，因為氫氣沸點為超低溫之-252.87℃，所已將氫氣液化將須要加壓到更高之壓力。

以下將主要化學結合方程式顯示於(1)~(3)式中

【化1】

C₃ H₈ →3C+4H₂ 　(1)

C₂ H₄ →2C+2H₂ 　(2)

H₂ O→H₂ +1/2O₂ 　(3)

上述化1之(1)式為液化瓦斯分解之化學式，(2)式為乙烯氣體分解之化學式，此外前述化1(3)式為水分解之化學式。

液化瓦斯之化學結構式變成下述化2的式子。

【化2】

CH₃ -CH₂ -CH₃

液化瓦斯之沸點為-42.1℃

在此重要的事原子間接和解離能量。碳原子間之結合解離能量以下面的化3來表示。

【化3】

CH₂ =CH₂ ：718±6KJ/mol≒7.4eV

此外，碳與氫間之結合解離能量以下面的化4來表示。

【化4】

C-H：339±4KJ/mol≒3.5eV

另一方面，在水的結合中，其基本構成之結合解離能量以下述之化5及化6來表示。

【化5】

OH-H：499±1KJ/mol≒5.2eV

【化6】

O-H：427±1KJ/mol≒4.5eV

也就是說，如化4所示，碳氫結合解離能量為3.5eV，因為如化4所示，較O-H之結合解離能量之5.2eV要來的小，C-H結合可能比較容易切斷，相對的水之OH-H結合之分離則較不容易。

換言之，將水分解使其產生的情形，與分解碳氫而得到氫氣的方法相比較，前者需要非常大的能量。

另一方面，燃燒氫氣時所產生之能量以下述之化7來表示

【化7】

2H₂ (g)+O₂ (g)→2H₂ O(l)+572KJ/mol　(285.83KJ/mol≒2.98eV)

一般而言，在化1之(3)是中，為了分解所加入之能量大多變成熱能，絕大部分沒有參與分解反應。

另一方面，由化7之式子中可明白的顯示，藉由燃燒氫氣而向外部所釋放之能量，由所生成的水為液體來說能較有效率的來加以利用。也就是說，與為了將水分解得到氫氣而所需要的能量相比，以碳氫的分解方式來得到氫氣，其必要之能量要少得很多。

結果分解必要投入能量與藉由燃燒氫氣所產生之產生能量的差值，是以使用碳氫的方式要來的小。

也就是說，以水作為原料來產生氫氣並加以利用的方式，其能源效率是非常的低。

另一方面，碳氫元素係以天然瓦斯、液化瓦斯或Butan氣體所代表。而乙烯氣體或乙烷氣體也可由農業區來產生，而本發明可以以這些氣體為燃料。

並且也可以使用Butan、Hekisan等高級碳化氫或酒精類。這些氣體之C-H結合離能量為如化4所示般，只有3.5eV。

在上記圖7實驗中，脈衝電壓其峰值為2kV，，起動時間為0.5μSec，雖然沒有達到將水之OH-H結合加以分解所需之5.2eV，但已屬於能將碳化氫類等含氫化合物之C-H結合分解所需之3.5e的範圍之內。而且此數值也在不引起輝光放電或弧光放電之條件範圍之內。

如此，本發明將可以以加入短起動時間之脈衝電壓，由含氫化合物中以最低限度之能量有效率的產生氫氣。

本發明氫氣產生裝置除了汽車用之外，也可以作為家庭用等發電來利用。

1．．．吸入口

2．．．反應器

3．．．框體內空間

4．．．過濾器

5．．．過濾管之內部

6．．．排出口

7．．．過濾材

8．．．過濾管

9．．．氫氣產生裝置

10．．．內電極

11．．．外電極

12．．．外電極

13．．．金屬球

14．．．絕緣體

15．．．電極

16．．．電極

17．．．金屬球體

18．．．陶瓷

19．．．吸入口

20．．．排出口

(圖1)顯示本發明之使用網目狀電極之反應器模型斜視圖。

(圖2)顯示本發明之氫氣產生裝置模型縱斷側面圖。

(圖3)顯示過濾器部分模型縱斷側面圖。

(圖4)使用充填金屬球電極之反應器模型縱斷側面圖。

(圖5)金屬球體之縱斷側面圖。

(圖6)所測定之電壓電流關係圖。

(圖7)所使用脈衝波形圖。

(圖8)汽車用燃料發電裝置概念圖。

Claims

一種氫氣產生方法，包括下列步驟：在一反應器內裝設一對電極；以及在該對電極間在不會產生輝光放電或者是弧光放電的範圍內，加上足以將由外部所供應而存在於該對電極間含氫化合物氣體分解而取得氫氣之電壓，以在該對電極所產生的電場中將該含氫化合物分解而取得氫氣，其中該電壓之特性為以起動電壓短及脈衝電壓的方式導入，並且該脈衝電壓之起動時間為1μ秒以下。
一種氫氣產生裝置，包括：一反應器；二層平行接近之網狀電極，裝設於該反應器內，且該二層電極連接同一電位；一脈衝電壓產生器，係電性連接該二層電極，用以在該對電極間在不會產生輝光放電或者是弧光放電的範圍內，加上足以將該含氫化合物氣體分解而取得氫氣之電壓，其中該電壓之特性為以起動電壓短及脈衝電壓的方式導入，並且該脈衝電壓之起動時間為1μ秒以下；一供給手段，用以在該通路上供給該含氫化合物之原料；以及一收集手段，用以收集所產生之氫氣。
如申請專利範圍第2項所述之氫氣產生裝置，更包括一內部電極，該內部電極設於該二層電極之間並與該脈衝電壓產生器電性連接，該脈衝電壓產生器用以在該內部電極與該二層電極之間在不會產生輝光放電或者是弧光放電的範圍內，加上足以將該含氫化合物氣體分解而取得氫氣之電壓，其中該電壓之特性為以起動電壓短及脈衝電壓的方式導入，並且該脈衝電壓之起動時間為1μ秒以下。
如申請專利範圍第2項所述之氫氣產生裝置，更包括以絕緣體覆蓋之金屬球體，該金屬球體填充於該二層電極之間。
如申請專利範圍第2項至第4項其中任一項所述之氫氣產生裝置，其中該含氫化合物為碳氫類或者是酒精類化合物。
一種汽車用燃料發電裝置，包括：一汽車燃料電池；以及一如申請專利範圍第5項所述之氫氣產生裝置，係與該汽車燃料電池一同搭載於汽車上，產生之氫氣並直接供應於該汽車燃料電池。