[發明專利]用于制造氫的裝置

有效

• 申請號: 201210376992.9
• 申請日: 2008-07-07
• 公開（公告）號: CN103172022A
• 公開（公告）日: 2013-06-26
• 發明（設計）人: 約翰·W·埃文斯;愛德華·L·科伊爾
• 申請（專利權）人: 伊瓦可有限責任公司
• 主分類號: C01B3/04
• 分類號: C01B3/04
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司 11219
• 代理人: 陸弋;王偉

分案申請

本申請是申請號為200880103814.0的中國專利申請的分案申請，上述申請的申請日為2008年7月7日，發明名稱為“水的無碳解離和相關氫的生產”。

優先權

本申請主張2007年7月6日提交的美國臨時申請60/929643的優先權，其完整內容通過參考并入本文中。

技術領域

在一個方面中，本發明涉及用于制造氫的裝置，還涉及產生一定體積的等離子體場的裝置，以用于將水解離成元素氫和水。在另一個方面中，本發明涉及解離水以產生元素氫和水的方法。在還另一個方面中，本發明涉及從在等離子體場中產生的氫產生能量。

發明背景

在過去的十年間，氫已經獲得了作為能量來源的明顯勢頭。很長一段時間以來，氫已經由希望成為未來可再生、無污染的能量來源的優異源頭。用于產生能量和用于運輸的油的成本日益增加。例如，美國每年為進口的外國石油要支付數千億美金。

氫無色、無臭、無味且無毒，這使得其與當今通常所使用的各種其他燃料不同。氫是用于供給燃料電池動力的優選燃料，其中僅有的排放物是水和一些熱。類似地，當氫在內燃機中燃燒時，產生的排放物僅為水和熱。另外，氫是所期望的燃料，用來代替大型發電廠中、以及大多數其他烴基能量系統中的烴基燃料。

氫是一種元素，是世界上最豐富的元素。氫在水中存在且在所有生物中以水或其他形式被發現。氫還是最簡單、最輕的元素，僅具有一個質子和一個電子。盡管氫無處不在，但是很少發現其自由浮動或元素的形式。其與其他元素結合而形成普通的物質如水、糖、烴和碳水化合物。

目前，大約95%的元素氫通過在煉油廠對天然氣進行“蒸汽轉化”而制得。不幸的是，所述蒸汽轉化工藝使用不可再生的化石燃料且產生含高碳排放物的污染物。因此，將經濟發展和生產清潔能源作為長期目標，期望從可再生的能源如風或太陽能、生物質（植物）、甚至從水生產氫。

生產氫的三種最適宜的可再生能源中的兩個為生物質和水。當使用目前已知的方法時，兩者都不是非常有效，生產速率緩慢且氫的體積收率低。

生物質（即植物材料）是可再生的能源且使用有機工藝以環境友好的方法來清潔地生產氫。美國的大部分地區具有豐富的生物質資源，包括源自糖用甜菜工廠、罐頭工廠、乙醇和生物柴油制造工廠的廢料。長期論證計劃表明，未來可以可再生地使用有機生物質方法（使用酶、催化劑、發酵和藻類）來制氫。富糖的廢料制造大部分氫，且認為，在五到十年內，早期生產規模的設施能夠制造有限體積的氫。

利用“電解”法，能夠使用水來制氫。在電解中，將電流通過水造成氫和氧的解離來制氫。然而，這種方法需要大量的電，且當使用電的最普通來源（即燃燒煤、油或氣）時，會產生至少一部分污染。如果通過風或太陽能來提供電能，在制氫時基本上不會產生污染。不幸的是，沒有非常豐富的風或太陽能電力，因此可用于制氫的電力的主要來源基本上為化石燃料，具有碳基排放。政府和行業的目標是發現一種更有效且產生更少污染的系統和方法來生產大量的氫和氫相關的電力。

目前的制氫方法，因為制氫的高成本和容量有限而限制了氫作為能源的所有重要用途。沒有足夠的氫生產能力或分配系統來與使用煤、燃料油、柴油、汽油和天然氣作為能源進行競爭。方便可行的技術是將電站、加熱裝置和工業設施轉變成燃燒氫而不是燃燒化石燃料，盡管適宜環境并降低國家對石油的能源依賴性，但是氫的可用性受限嚴重限制了所有的這種開發。

很早就已經意識到，如果發現可以在更低成本下提高制氫的效率和容量的方法，就能夠降低或消除許多運輸問題，包括交通工具所產生的嚴重污染。將今天的內燃機轉變成使用氫燃料是完全切實可行的，因為甲烷和天然氣作為動力的交通工具通常就是這樣做的。然而，針對氫的方便方法是一個重要限制因素。氫與化石燃料的共混也被認為處于下一步的早期，因為它不需要獨立的分配系統。向化石燃料添加氫可提高性能并降低污染。然而，即使所述簡單步驟也因受限的容量和高成本、以及制氫和分配氫的危險而使得難以推進。