太陽光發(fā)電方法和發(fā)電裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明的目的是提供一種目前沒有的新的太陽光發(fā)電方法和發(fā)電裝置。本發(fā)明的發(fā)電方法是向溶解有正型氫分子或離子鍵性氫化氫的電離氫水照射至少包括193nm的光，在該電離氫水與包含陽離子的水之間產(chǎn)生電位差，從而進(jìn)行發(fā)電。
【專利說明】太陽光發(fā)電方法和發(fā)電裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及使用太陽光的發(fā)電方法和發(fā)電裝置，尤其是利用常溫、常壓的電離氫 水的氫等離子體場的發(fā)電方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 作為可再生利用的能源，利用太陽光發(fā)電受到注目。作為在太陽光發(fā)電中使用的 材料，已知單晶硅、多晶硅、無定形二氧化硅，但存在它們的能量轉(zhuǎn)換效率并不那么高的問 題。例如，專利文獻(xiàn)1公開了為了改善轉(zhuǎn)換效率而按照一定的規(guī)則排列太陽光發(fā)電部件的 太陽光發(fā)電裝置。此外，可以將紅外光以熱能的形式回收（專利文獻(xiàn)2)。
[0003] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0004] 專利文獻(xiàn)
[0005] 專利文獻(xiàn)1 :日本特開2000-106451號(hào)公報(bào)
[0006] 專利文獻(xiàn)2 :日本特開2011-198825號(hào)公報(bào)


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的是提供一種目前沒有的新的太陽光發(fā)電方法和發(fā)電裝置。
[0008] 此外，本發(fā)明的目的是提供利用在常溫、常壓的電離氫水中產(chǎn)生的氫等離子體的 太陽光發(fā)電方法和發(fā)電裝置。
[0009] 用于解決問題的手段
[0010] 本發(fā)明的發(fā)電方法是向溶解有正型氫分子或離子鍵性氫化氫的電離氫水照射至 少包括193nm的光，在該電離氫水與包含陽離子的水之間產(chǎn)生電位差，從而發(fā)電。優(yōu)選上述 光是太陽光。此外，上述光還可以是真空紫外光。優(yōu)選在上述電離氫水中浸漬陰極，在上述 包含陽離子的水中浸漬陽極，使兩電極之間產(chǎn)生電位差。例如上述包含陽離子的水可以使 用海水。
[0011] 本發(fā)明的發(fā)電裝置具有容納溶解有正型氫分子或離子鍵性氫化氫的電離氫水的 第1容納單元、容納包含陽離子的水的第2容納單元、在上述第1容納單元內(nèi)設(shè)置的第1電 極、在上述第2容納單元內(nèi)設(shè)置的第2電極和向上述電離氫水照射至少包括193nm的光的 照射單元。優(yōu)選上述第1容納單元包含至少能透過193nm波長的材料，上述照射單元隔著上 述透過的材料照射光線。優(yōu)選發(fā)電裝置還包含與上述第1和第2電極電連接的蓄電元件。 [0012] 發(fā)明的效果
[0013] 根據(jù)本發(fā)明，能通過目前沒有的新方法進(jìn)行發(fā)電。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014] 圖1是表不氫分子分類的表。
[0015] 圖2(A)是表示正型氫分子結(jié)構(gòu)的圖，圖2(B)是表示仲型氫分子結(jié)構(gòu)的圖。
[0016] 圖3是可溶于水的氫分子和不溶于水的氫分子的示意圖。
[0017] 圖4A是表不在水中添加仲型氫分子的氫氣時(shí)的氧化還原電位（ORP)和pH隨時(shí)間 變化的關(guān)系的曲線圖。
[0018] 圖4B是表示圖4A的水的溶解氫與pH隨時(shí)間變化的關(guān)系的曲線圖。
[0019] 圖5A是表不在水中添加正型氫分子的氫氣時(shí)的氧化還原電位（ORP)和pH隨時(shí)間 變化的關(guān)系的曲線圖。
[0020] 圖5B是表示圖5A的水的溶解氫與pH隨時(shí)間變化的關(guān)系的曲線圖。
[0021] 圖6A是表示在圖5A的水中添加氧氣時(shí)的溶解氫與pH隨時(shí)間變化的關(guān)系的曲線 圖。
[0022] 圖6B是表示在圖5A的水中添加氧化物時(shí)的溶解氫與pH隨時(shí)間變化的關(guān)系的曲 線圖。
[0023] 圖7是說明根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的氫等離子體場產(chǎn)生方法工序的流程圖。
[0024] 圖8是表示由于電離氫水而乳化的乳狀油的狀態(tài)的照片。
[0025] 圖9是表示向圖8的乳狀油照射太陽能時(shí)的乳狀油狀態(tài)的照片。
[0026] 圖10(A)是表示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的氫等離子體場產(chǎn)生裝置的構(gòu)成例的圖，圖 10 (B)是表示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的乳化裝置的構(gòu)成例的圖。
[0027] 圖11是說明根據(jù)本發(fā)明第2實(shí)施例的氫等離子體場產(chǎn)生方法的工序的流程圖。
[0028] 圖12是說明使用本發(fā)明實(shí)施例涉及的電離氫水進(jìn)行太陽光發(fā)電的原理。

【具體實(shí)施方式】
[0029] 圖1根據(jù)與溫度的關(guān)系對氫分子進(jìn)行分類。如該圖所示，氫分子的鍵合形式在高 溫（250°C以上）為離子鍵性，在低溫（_273°C )下為共價(jià)鍵性，在常溫（23±L 5°C )下，離 子鍵性與共價(jià)鍵性之比為75% : 25%。
[0030] 在氫鍵是離子鍵性的情況下，氫分子類型是100 %的正型，另一方面，在共價(jià)鍵性 的情況下，氫分子是100%的仲型。此外，在常溫下，正型與仲型之比為3 : 1。
[0031] 在氫鍵為離子鍵性的情況下，氫氣具有溶于水的溶解性，另一方面，在共價(jià)鍵性的 情況下，氫分子具有不溶于水的不溶性。此外，在常溫下，溶解性和不溶性之比為3 : 1。這 些氫分子與溫度的關(guān)系可以參考J. D. Lee浜口博?菅野等翻譯的《李氏-無機(jī)化學(xué)》東京 化學(xué)同人1982年。
[0032] 圖2(A)表示可溶于水的正型氫分子的結(jié)構(gòu)，圖2(B)表示不溶于水的仲型氫分子 的結(jié)構(gòu)。如圖2(A)所示，正型氫分子中，2個(gè)氫原子核10的自旋軸18是相同方向，2個(gè)電 子12在其中一個(gè)氫原子核10的周圍自由移動(dòng)。其結(jié)果，產(chǎn)生如圖所示的分子極性14。另 一方面，如圖2(B)所示，仲型氫分子中，核自旋軸18的取向是相反方向，2個(gè)電子12被2個(gè) 氫原子核10所共有。因此，不會(huì)產(chǎn)生分子極性。另外，16表示電子自旋軸。
[0033] 圖3表示不溶于水的仲型H2和可溶于水的正型H2的示意圖。如上所述，在_273°C 的低溫下，100%處于不溶于水的仲型氫分子、即共價(jià)鍵性的氫化氫的狀態(tài)，即使該共價(jià)鍵 性的氫化氫進(jìn)入水中，也是H 2 = H ? H，無法電離。
[0034] 另一方面，在250°C以上的高溫、無氧的還原狀態(tài)下，100%會(huì)成為可溶于水的正型 氫分子、即離子鍵性的氫化氫的狀態(tài)。若向仲型氫分子照射太陽能hv，則氫分子由仲型向 正型轉(zhuǎn)化，如果停止照射太陽能hv，貝U氫分子由正型向仲型轉(zhuǎn)化。這已經(jīng)由Michel Frunzi et al. :''A Photochemical On-OffSwitch for Tuning the Equilibrium Mixture of H2Nuclear Spin Isomers as a Function of Temperature"， Journal of the American Chemical Society(JACS)，No. 133, pp. 14232-14235,2011 進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。另外，如圖 2(A)、 圖3所示，添加MH或MH2 (M是指金屬，MH或MH2是氫化金屬）如后所述那樣誘發(fā)能形成氫 等離子體場的場。
[0035] 接著，對仲型或正型氫分子的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行說明。此外，在實(shí)驗(yàn)中，0RP/pH計(jì)使用 東亞DKK MM-60R，溶解氫計(jì)使用東亞DKK DH-35A。
[0036] 作為實(shí)驗(yàn)用水，在水中添加仲型氫分子的氫氣后使用。圖4A表示在水中添加仲型 氫分子的氫氣時(shí)的氧化還原電位（ORP)與pH隨時(shí)間變化的關(guān)系，圖4B是圖4A的水溶液中 的溶解氫與pH隨時(shí)間變化的關(guān)系。在添加氫氣的時(shí)刻ORP會(huì)暫時(shí)變小，但ORP會(huì)立即恢復(fù) 到原來的電位。此外，PH基本不發(fā)生變化。在添加氫氣時(shí)會(huì)暫時(shí)產(chǎn)生氫氣，但之后氫氣基 本不會(huì)再產(chǎn)生。發(fā)現(xiàn)共價(jià)鍵性氫分子即使進(jìn)入水中，氫也不會(huì)電離，氫不溶于水。
[0037] 圖5A表不在水中添加正型氫分子的氫氣時(shí)的氧化還原電位（ORP)與pH隨時(shí)間變 化的關(guān)系，圖5B表示圖5A的水中的溶解氫與pH隨時(shí)間變化的關(guān)系。在添加氫氣時(shí)，ORP 變小，然后ORP逐漸變大。此外，關(guān)于PH，在添加氫氣時(shí)pH會(huì)達(dá)到9左右，之后逐漸收斂至 PH8左右。此外，如圖5B所示，在經(jīng)過84小時(shí)后，氫逐漸產(chǎn)生，然后，即使經(jīng)過250小時(shí)，仍 會(huì)繼續(xù)產(chǎn)生氫。即發(fā)現(xiàn)，正型氫分子若進(jìn)入水中，則氫分子電離，可溶于水。
[0038] 圖6A表示如圖5A那樣在水中添加正型氫分子并在之后添加氧氣時(shí)的ORP與溶解 氫分子隨時(shí)間的變化?？芍?，若添加氧氣，則之后會(huì)強(qiáng)制產(chǎn)生溶于水的氫分子。氫分子的產(chǎn) 生在之后還持續(xù)至40小時(shí)以上。
[0039] 圖6B中，若如圖5A那樣在水中添加正型氫分子并在之后添加氧化物（含氧物 質(zhì)），則突然產(chǎn)生大量的溶于水的氫分子，峰值時(shí)達(dá)到80ppb。氫分子的產(chǎn)生在之后還持續(xù) 至90小時(shí)以上。因此，電離氫水中溶解的氫分子的量是將測定時(shí)間中產(chǎn)生的氫分子的量的 累計(jì)值作為溶解氫分子的量。
[0040] 由此，如果在水中加入離子鍵性的氫分子（正型），就會(huì)產(chǎn)生電離，以h2〇h++it 的方式而穩(wěn)定，形成電離氫水（等離子體水）。另一方面，共價(jià)鍵性的氫分子（仲型）即使 加入水中，氫也不會(huì)電離。H 2 = H* H，是非電離氫水。電離氫水可以在常溫、常壓下保存。 還確認(rèn)該水的抗氧化能力維持了 2年半以上。
[0041] 接著，對根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的氫等離子體場的產(chǎn)生方法進(jìn)行說明。首先，作為溶解 有正型氫分子的溶液（例如水），準(zhǔn)備電離氫水（S101)。電離氫水包含正型氫分子或離子 鍵性氫分子，在溶液中，氫分子電離成H 2<=*T+ir。這種電離氫水可以通過在水中添加例如 CaH2、MgH2等氫化金屬而得到。除了上述以外，添加的氫化金屬還可以是元素周期表上所示 的堿金屬、堿土金屬、第13族或第14族的金屬所形成的氫化金屬。
[0042] 接著，向電離氫水照射作為太陽能的超聲波或微波（S102)。除了照射太陽光以 夕卜，還可以向電離氫水照射人工生成的選定波長的超聲波或微波。在電離氫水中，氫分子通 過電離成形成作為霧化顆粒的微氣泡。如果向電離氫水照射超聲波或微波，則 對微氣泡形成攪拌（S103)，產(chǎn)生微空化（S104)，進(jìn)一步形成細(xì)小的微氣泡（S105)，誘發(fā)能 形成氫等離子體的場（能分解和合成氫等離子體的場）（S106)。變細(xì)小的微氣泡再次結(jié)合 而成長為大的微氣泡，若大到一定程度時(shí)會(huì)無法承受，微氣泡就會(huì)破裂，產(chǎn)生氫等離子體場 (S107)。這些微氣泡的成長、破裂在水中持續(xù)產(chǎn)生。由此，在電離氫水的溶液中誘發(fā)能形成 氫等離子體的場，在霧化顆?；奈馀萘验_時(shí)，形成氫等離子體場。
[0043] 接著，對在乳狀油的制造方法中采用本發(fā)明氫等離子體場產(chǎn)生方法的例子進(jìn)行說 明。通過在電離氫水中產(chǎn)生氫等離子體場，從而能穩(wěn)定地產(chǎn)生高質(zhì)量的乳狀油。圖8中所示 的照片表示：將CaO和MgO按重量比1 : 1混合后在無氧還原狀態(tài)的氣氛中進(jìn)行還原煅燒， 將所生成的5 %的CaH2、5 %的CaO、5 %的MgH2和5 %的MgO浸于超純水中，在所形成電離氫 水中產(chǎn)生的粒徑大小各異的乳狀油。某些顆粒的直徑為20 iim，某些顆粒的直徑為50 iim。 需要額外留意的是，此處所示的油乳液是在不添加表面活性劑或乳化劑等的情況下通過電 離氫水而乳化的。
[0044] 在圖8所示的乳液中，照射作為太陽能的超聲波或微波。如上所述，電離氫水會(huì)誘 發(fā)能形成氫等離子體場的場，在通過太陽能進(jìn)行振動(dòng)攪拌的微氣泡裂開時(shí)形成氫等離子體 場。圖9表示對圖8的乳狀油照射太陽光后的乳狀油。由該照片也可知，由于氫等離子體 場的產(chǎn)生，顆粒變得更加細(xì)小。在附圖的例子中，1個(gè)顆粒的直徑約為5 的程度。
[0045] 乳狀油通過照射太陽光，從而粒徑變細(xì)，但若停止照射太陽能，則乳狀油的粒徑恢 復(fù)到原始狀態(tài)，即成為如圖8所示的較大粒徑。因此，通過控制太陽光對乳狀油的照射或者 人工生成的選定波長的微波或超聲波對乳狀油的照射，能夠改變?nèi)闋钣偷牧健?br> [0046] 圖10(A)是表示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的氫等離子體場產(chǎn)生裝置的構(gòu)成例的框圖。本 實(shí)施例的氫等離子體場產(chǎn)生裝置的構(gòu)成至少包含：保持溶解有正型氫分子的電離氫水的保 持容器100、向保持容器100的電離氫水照射超聲波或微波的照射單元110和控制照射單元 110的照射的控制器120。相反，照射單元110只要使用太陽能進(jìn)行照射，則照射單元110 形成包含能透過太陽光或遮光的快門（* \ 7々一）?？刂破?30控制快門的開閉和快門 的開閉時(shí)間。
[0047] 圖10(B)是表示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的乳化裝置的構(gòu)成例的框圖。本實(shí)施例的乳化 裝置除了圖10(A)的構(gòu)成以外，還具有注入油的注入單元130。油在常溫下為固體的情況 下，通過加熱進(jìn)行液化，將其與保持容器100內(nèi)的電離氫水混合?？刂破?20經(jīng)由閥門控制 注入油的時(shí)機(jī)和量等。
[0048] 接著，參照圖11的流程對本發(fā)明第2實(shí)施例的氫等離子體場的產(chǎn)生方法進(jìn)行說 明。與上述圖7所示的實(shí)施例相同，準(zhǔn)備含有離子鍵性的氫分子（即正型氫分子）的電離 氫水（S201)。這種電離氫水也可以根據(jù)例如由本發(fā)明人所發(fā)明的日本專利第4404657號(hào) 的制造方法等制備氫化金屬（MH 2或MH)，在自來水等水中懸浮該氫化金屬（MH2或MH)而得 至IJ。由此，可以誘發(fā)能形成氫等離子體場的水（S202)。
[0049] 接著，若對能形成氫等離子體場的水照射真空紫外光（例如氬準(zhǔn)分子燈紫外光 (UV)燈（波長193nm)的市售UV燈）（S203)，則可得到溶解氧氣為0或幾乎不存在溶解氧氣 的堿還原性礦化水（S204)。換句話說，可以得到作為電離氫水的以H2O H^HTI的形式溶解 有氫分子的氫等離子體水。誘發(fā)氫等離子體場后的水由于太陽光或真空紫外光燈中所含的 波長193nm=振動(dòng)數(shù)50GHz (氫的振動(dòng)數(shù)）的光能量而引起水的光分解，形成氫氣（4H2 t ) 和氧氣（O2丨）而氣化，然后在水中殘留6個(gè)電子，形成堿還原性的水。在該水中，溶解氧為 〇或者基本不存在。由實(shí)驗(yàn)確認(rèn)到，在向該電離氫水照射太陽光時(shí)，溶解氧為〇或者基本不 存在。
[0050] 圖11⑶表示本發(fā)明第2實(shí)施例的其它例子。在圖11⑶的流程圖中，使用與圖 7所示的第1實(shí)施例時(shí)相同的過程來誘發(fā)能形成氫等離子體的場。即，向含有離子鍵合的 氫分子（正型氫分子）的溶液照射微波，形成微氣泡（S201A)，形成能得到氫等離子體的場 (3202)。該微波至少含有波長19311 111。以后的步驟與圖11仏）時(shí)相同，通過照射波長19311111 或振動(dòng)數(shù)50GHz的真空紫外光（S203)，從而生成溶解氧為0的真空狀態(tài)的電離氫水（氫等 離子體水）（S204)。
[0051] 本發(fā)明第2實(shí)施例的產(chǎn)氫方法可以使用圖10(A)所示的氫等離子體場產(chǎn)生裝置。 在該情況下，在照射單元110中，作為至少包含波長193nm的真空紫外光的光源，優(yōu)選使用 準(zhǔn)分子UV燈。此外，本發(fā)明的第2實(shí)施方式還可以應(yīng)用于圖10(B)中所示的乳化裝置。
[0052] 由此，根據(jù)本發(fā)明，可以在常溫、常壓、真空的水中或液體中產(chǎn)生氫等離子體場，而 該氫等離子體場是與目前在高溫、高壓的大氣中產(chǎn)生的氫等離子體場完全不同的體系。
[0053] 接著，對本發(fā)明的第3實(shí)施例進(jìn)行說明。本發(fā)明的第3實(shí)施例涉及使用在第1和 第2實(shí)施例中說明的能形成氫等離子體場的電離氫水進(jìn)行太陽光發(fā)電。如上所述，由于 193nm(50GHz)的微波所具有的能量足以切斷2個(gè)氫原子和1個(gè)氧原子經(jīng)由電子而形成的 鍵，因此若向溶解氧為0的電離氫水照射與該波長相當(dāng)?shù)恼婵兆贤饩€，則實(shí)質(zhì)上引起水的 光分解，產(chǎn)生霧化顆粒，引起水的蒸發(fā)。此時(shí)，電離氫水中，維系水分子的電子無處可去而殘 留下來，成為富電子的電離氫水、即氫等離子體水。
[0054] 利用該原理，例如在容器內(nèi)容納富陽離子的人工海水和富電子的電離氫水（氫等 離子體水），陽極使用例如銅（Cu)板，陰極使用例如鎂（Mg)板，若照射太陽光，則在電極間 產(chǎn)生電位差，形成電流流動(dòng)。圖12(A)是說明利用氫等離子體的產(chǎn)生進(jìn)行太陽光發(fā)電的原 理的圖。在該圖中，在容器300內(nèi)容納有能形成氫等離子體場的電離氫水310,在其中浸漬 陰極320。在優(yōu)選的方式中，容器300由至少能透過193nm波長的透明材料構(gòu)成，在更優(yōu)選 的方式中，容器300由對太陽光透明的材料構(gòu)成。另一方面，在容器400內(nèi)，放置富陽離子 的人工海水410,在其中浸漬陽極420。
[0055] 若向電子氫水310照射包括193nm波長的太陽光330,則如上所述，誘發(fā)氫等離子 體場后的水由于波長193nm(振動(dòng)數(shù)50GHz)的光能而引起光分解，形成氫氣（4H 2丨）和氧 氣（O2 t )而氣化，然后在水中殘留6個(gè)電子，形成富電子的電離氫水。由此，若將陽極420 和陰極320導(dǎo)電連接，則產(chǎn)生電流流動(dòng)。此外，如圖12(B)所示，通過在兩電極間連接電容 器等蓄電元件或蓄電裝置500,從而能在蓄電元件中積蓄電荷，可以使用積蓄的電能對負(fù)載 進(jìn)行電驅(qū)動(dòng)。
[0056] 由此，對于這種能形成氫等離子體場的電離氫水而言，對其照射太陽光，從而產(chǎn)生 氫等離子體場，使電離氫水成為富電子的狀態(tài)，由此能夠利用100%的太陽光進(jìn)行發(fā)電。另 夕卜，在上述實(shí)施例中，使用人工海水作為富陽離子的水，除了人工海水以外，還可以使用其 它包含陽離子的水。
[0057] 對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行了詳細(xì)描述，但本發(fā)明并不受到特定實(shí)施方式的限 定，只要在權(quán)利要求范圍內(nèi)記載的本發(fā)明要旨的范圍內(nèi)，就可以進(jìn)行各種變化和變更。
[0058] 符號(hào)說明
[0059] 10 :氫原子核
[0060] 12:電子
[0061] 14:分子極性
[0062] 16:電子自旋軸
[0063] 18:核自旋軸
[0064] 300、400:容器
[0065] 310:電離氫水
[0066] 320:陰極
[0067] 330:太陽光
[0068] 410:富陽離子的人工海水
[0069] 420:陽極
[0070] 500:蓄電元件
【權(quán)利要求】
1. 一種發(fā)電方法，其中，向溶解有正型氫分子或離子鍵性氫化氫的電離氫水照射至少 包括193nm的光，在該電離氫水與包含陽離子的水之間產(chǎn)生電位差，從而進(jìn)行發(fā)電。
2. 如權(quán)利要求1所述的發(fā)電方法，其中，所述光是太陽光。
3. 如權(quán)利要求1所述的發(fā)電方法，其中，所述光是真空紫外光。
4. 如權(quán)利要求1所述的發(fā)電方法，其中，在所述電離氫水中浸漬陰極，在所述包含陽離 子的水中浸漬陽極，使兩電極之間產(chǎn)生電位差。
5. 如權(quán)利要求1所述的發(fā)電方法，其中，所述包含陽離子的水是海水。
6. -種發(fā)電裝置，其具有容納溶解有正型氫分子或離子鍵性氫化氫的電離氫水的第1 容納單元、容納包含陽離子的水的第2容納單元、在所述第1容納單元內(nèi)設(shè)置的第1電極、 在所述第2容納單元內(nèi)設(shè)置的第2電極和向所述電離氫水照射至少包括193nm的光的照射 單元。
7. 如權(quán)利要求6所述的發(fā)電裝置，其中，所述第1容納單元包含至少能透過193nm波長 的材料，所述照射單元隔著所述透過的材料照射光。
8. 如權(quán)利要求6或7所述的發(fā)電裝置，其中，所述照射單元照射太陽光。
9. 如權(quán)利要求6所述的發(fā)電裝置，其中，所述發(fā)電裝置還包含與所述第1和第2電極電 連接的蓄電元件。
【文檔編號(hào)】H05H1/24GK104321467SQ201380018218
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2013年3月28日 優(yōu)先權(quán)日:2012年4月2日
【發(fā)明者】及川胤昭 申請人:株式會(huì)社Ｔａａｎｅ