分子高能增强模块的制作方法

本发明属于电化学技术领域，特别是涉及一种从低压电源产生高压脉冲/变频的装置，以及将该装置应用于电化学领域。

背景技术

因世界能源需求和气候变化问题的不断增长而引发的经济风险，并没有能够找到一个快速解决该问题的办法。但是一些可再生能源技术可以帮助解决这些问题，如水电、太阳能、风能、波浪发电、地热能、生物能源、潮汐能等。可再生能源或节约能源是指通过使用较少的能源服务来达到降低能源消耗的目的。能源节约不同于能源的高效利用，能源的高效利用是指使用更少的能源得到相同的服务。能源节约和提高效率都是节能技术。节约能源是效率概念（conceptofsufficiency）的一部分。即使节约能源会减少能源服务，但可以提高环境质量、国家安全、个人金融安全和更高的储存率。能源节约处于可持续能源结构层次的最高层，它还通过防止未来的资源枯竭降低能源成本。此外，我们必须意识到，除了节能，可持续能源，即与其供应和管理的附带效应，特别是环境效应相比以微不足道的速度消耗的能量也是一种方法。可持续能源的一个完美的例子就是将一种温室气体co2转化成生物燃料。现有不同的技术正在研究将一部分温室气体如co2、so2和no2转化成生物燃料，但这些技术大多仍处于研发阶段，虽然在实验室可测量范围内制备生物燃料已取得巨大成功，但是他们中大多数人所面临的问题是将其扩大到一个完整的项目规模时，会出现高能耗问题。

技术实现要素：

为了克服现有技术中存在的问题，本发明公开了一种用于从低压电源产生高压脉冲/变频的装置，具体包括用于将低电压输入转换成高电压输出的电路模块、包含电路模块的用于将低电压输入转换成高电压输出的单元、以及将该单元用于生产o3、ch4和h2的装置。该装置是通过将低能量输入转换成高能量的输出，进而将用于解决上述应用中出现的问题。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种用于将低电压输入转换成高电压输出的电路模块，包括分压模块、定时模块和放大模块；

所述定时模块的输入端接低压直流电源，所述分压模块并联于低压直流电源与定时模块输入端之间，所述定时模块的输出端接放大模块的输入端，所述放大模块的输出端输出高电压。

作为一种优选实施方式，所述放大模块包括电阻r6、晶体管q1、晶体管q2、电容c4、电容c5、电容c6、电容c7、二极管d1、及包括初级绕组和次级绕组的线圈t1；

所述晶体管q1和晶体管q2串联，所述晶体管q1的基极接所述定时模块的输出端，所述晶体管q1的发射极接所述晶体管q2的基极，所述晶体管q1的集电极分别与电容c4、初级绕组和次级绕组的一端相接，所述电容c4的另一端接地，所述初级绕组的另一端与电阻r6一端相接，所述电阻r6的另一端接入低压直流电源，所述次级绕组的另一端与二极管d1的负极相接，所述二极管d1的正极分为两个支路，第一支路作为高压电输出端，第二支路与电容c5的正极相接，所述电容c5、电容c6、电容c7依次串联，所述电容c7的负极与电容c4的接地端相接，所述电容c4的接地端与晶体管q2的发射极相接。

作为一种优选实施方式，分压模块由并接的电阻r2和电容c1组成，所述电容c1的负极接地；所述定时模块包括开关s2、定时器icm7555、电阻r3、电阻r4、电阻r5、电容c2、电容c3；

所述定时器icm75554脚和8脚的公共连接点接低电压直流电源，所述电阻r3和所述电阻r4串联于所述定时器icm7555的4脚和8脚的公共连接点、及6脚之间，所述电阻r3和所述电阻r4的公共连接点接所述定时器icm7555的7脚，所述电容c2的一端接所述定时器icm7555的2脚，另一端接地，所述定时器icm7555的6脚和2脚连接，所述定时器icm7555的1脚接地，所述电容c3的一端接所述定时器icm7555的5脚，另一端接地，所述电阻r5的一端接所述定时器icm7555的3脚，另一端接开关s2，所述开关s2接晶体管q1的基极。

作为一种优选实施方式，所述的电路模块还包括开关s1和电阻r1，所述低压直流电源通过开关s1与所述电阻r1的一端相接，所述电阻r1的另一端分别与所述分压模块、所述定时模块和电阻r6相接。

优选地，在所述电路模块中，所述晶体管为rs2030晶体管，所述定时器为icm7555cmosrc定时器，所述线圈t1为45223系列并联线圈，所述二极管为zenor二极管。

一种用于将低电压输入转换成高电压的输出单元，所述输出单元是由一系列上述任一所述电路模块并联构成的，所述电路模块的输入端接低压直流电源，输出端接工作单元。以下均表示为“所述输出单元”。

可以将低电压输入转换成高电压输出的单元应用到不同的技术领域，诸如在o3制备应用中，大多数工业和个人应用中最常见的臭氧发生器类型是带有电晕放电的典型臭氧发生器。虽然用于臭氧产生的“热火花”电晕放电的方法有各种变型，包括医疗级和工业级臭氧发生器在内的，但这些装置通常是通过电晕放电管工作的（https://en.wikipedia.org/wiki/ozone-cite_note-70）。由于高电耗且需要氧源，使得通过电晕放电管工作的这类臭氧发生器通常需要非常高的成本才能产生浓度为10-12％的o3。而利用分子高能增强模块则需要较低的电损耗就可以产生浓度为25-35％的o3。参见：(臭氧发生器(ozonegenerator)us5879641a)，(臭氧发生器(ozonegenerator)us5223105a)，(臭氧发生器(ozonegenerator)us6165423a)。

o3制备的应用是通过如下技术方案实现的：

一种利用低电压输入转换成高电压输出单元用于生产o3的装置，包括输出单元和一系列用于高电压输出的栅极/网格（grid/gate），所述输出单元中的电路模块与栅极/网格一一对应，所述电路模块的输出端与栅极/网格一侧的顶部相接，所述栅极/网格另一侧的底部与电路模块的接地端相接，相邻电路模块中的输出端与栅极/网格一侧底部相接，栅极/网格另一侧顶部与电路模块的接地端相接，使电流交替从栅极/网格的顶部传到底部，再从相邻栅极/网格的底部传到顶部。

一种利用低电压输入转换成高电压输出模块用于生产o3的方法，

o2通过带电栅极使o2转化成o3，所述栅极是通过接受从一侧顶部到另一侧底部的高压电来带电的；

o2通过带电栅极使o2转化成o3，所述相邻栅极是通过接受从一侧底部到另一侧顶部的高压电来带电的。

本发明的一个应用是从电解水中产生h2，是由于在水中通入电流而将h2o分解成o2和h2。该反应的标准电极电势（电位）为-1.23v，这意味着从理论上讲需要1.23v的电势（位）差才能将水分解。电解纯水需要更多的能量以电极电势的形式越过各种活化能垒。也可以通过阳极和阴极管工艺来生产h2。在没有多余能量的情况下，纯水的电解将很缓慢甚至电解根本就不会发生。这是由于在某种程度上水的自由电离受限引起的。纯水的电导率约为海水电导率的百万分之一。许多电解池也可能缺乏必要的电催化剂。因此，可以通过添加电解质（如：盐、酸或碱）和使用电催化剂来提高电解效率。利用分子高能增强模块（装置）来克服由纯水生成h2的能垒并降低成本。目前，用化石燃料制备h2更加经济，因此，在工业应用中，电解工艺的应用很少。现在应用分子高能增强模块（装置），将使电解工艺或类似工艺更经济。在这些应用中，有很多种方式，使用分子高能增强模块来产生高电压，且对增加电压输出几乎无限制或限制很少。参见：(levie,r.de(october1999)，"电解水（theelectrolysisofwater）"，电分析化学杂志（journalofelectro-analyticalchemistry）)，(wernerzittel;reinholdwurster(8july1996).“第3章氢气的生产（chapter3:productionofhydrogen），第4章通过电解法来生产电力（part4:productionelectricitybymeansofelectrolysis）”)。

从电解水中产生h2的应用是通过如下技术方案实现的：

一种利用低电压输入转换成高电压电路模块用于生产h2的装置，包括所述输出单元和至少一个湿电池储存罐，在所述湿电池储存罐中设有若干组电极，并与所述输出单元中的电路模块一一对应，形成湿电池，从而使水转化成氢气。

一种利用低电压输入转换成高电压电路模块用于生产h2方法，包括：

将接通有高压输出电压的具有金属涂层的电极浸没在海水或淡水中进行电解，形成湿电池，从而使水转化成氢气。

本发明的另一个应用是将co2转化为ch4，这是一种基于在微生物电解池中通过生物电化学的方式将co2转化为ch4的技术。这个转化过程是由发生氧化反应的阳极和发生还原反应的阴极组成的。对于由阴极和阳极两个半反应组合而成的整个反应的发生，需要补充额外的电能。众所周知，在湿电池应用中发生的多个转化也可以应用在干电池中，在电解室内利用单个电极来诱导电解的产生。因此，该技术可用于转化电能并将co2和h2转化为ch4，从而在不依赖生物质的情况下产生可再生气体。该应用已在实验室试验中取得成功，但若要应用于工业中，可能需要的能量输入，即电力需求会极高（千瓦每小时kw/h），从而造成运营成本不够经济可行。而借助分子高能增强模块，这个转化工艺则需要很少的能量输入（瓦每小时w/h）。通过增加电压输出，且通过施加要求的电压，可利用电解将co2和h2转化成大量的ch4。参见：(steinbergm.fossilfueldecarbonizationtechnologyformitigatingglobalwarming),(muradovn.catalysisofmethanedecompositionoverelementalcarbon)。

一种将低电压输入转换成高电压输出用于将co2转化为ch4的装置，包括：所述输出单元和设有电极的高压室，所述电极为镀铜或镀铂电极，所述输出单元输出的高压与高压室中的电极相连。

一种将低电压输入转换成高电压输出用于将co2转化为ch4的方法，包括：

将接通有高压输出电压的具有催化作用的镀铜或镀铂电极进行电解，形成干电池，促使co2和h2转化成ch4。

本发明还可以应用于将低电压输入转换成高电压输出用来将co2和利用湿电池产生的h2通过干电池将二者转化为ch4，是通过如下技术方案实现的：

一种利用低电压输入转换成高电压输出模块用于将co2和湿电池产生h2用干电池转化为ch4的组合装置，包括：湿电池储存罐和高压室及与两者对应的所述输出单元，在所述湿电池储存罐中设有若干组电极，并与所述输出单元中的电路模块一一对应，形成湿电池，从而使水转化成氢气，所述湿电池储存罐的氢气出口与高压室的氢气进口连通。

一种将低电压输入转换成高电压输出用于将利用湿电池产生h2和利用干电池将co2转化为ch4组合的方法，包括：

在湿电池储存罐中，利用水和高压电荷，将水转化成o2和h2；

在高压室中，h2和co2在高压电荷的作用下，将h2和co2转化成ch4。

一种将低电压输入转换成高电压输出的单元用于将co2转化为ch4的装置，包括：

所述输出单元和至少一个湿电池储存罐，在所述湿电池储存罐中设有若干组电极，并与所述输出单元中的电路模块一一对应，形成湿电池，从而使水和co2转化成ch4。

一种将低电压输入转换成高电压输出的单元用于将co2转化为ch4的方法，包括：

将接通有高压输出电压的阳极和阴极浸没在海水或淡水中，并向水中通入co2气体进行电解，形成湿电池，从而使水和co2转化成ch4。

一方面，本发明的一个或多个实施例公开了一种通过低电压输入（12v）来产生高电压输出（45kv）的装置和方法。该装置有多种应用，例如，将o2转化为o3，将co2转化为ch4，以及从h2o中产生h2。这些应用均需要消耗高能量（电力，千瓦每小时kw/h）来生产最终产品，而采用分子高能增强模块则只需要较低的能量（电力，瓦每小时w/h）却能带来高产量。

当分子高能增强模块用于将o2转化为o3时，将会有高压电荷产生并穿过氧气流，将o2转化为o3，其所需的能量为240瓦/小时（240w/h）；而在典型的臭氧发生器中，其所需的能量将在6.5千瓦/小时（6.5kw/h）至7.0千瓦/小时（7.0kw/h）之间。此外，在典型的臭氧发生器中，仅有10%的o2转化为o3，而使用分子高能增强模块后，将会有超过25-35%的o2转化为o3。在典型的臭氧发生器中，o3是通过在密封容器内氧分子对高压电荷极板的随机碰撞而产生的。而分子高能增强模块是控制o2通过一系列带电网格或栅极，允许更多的氧分子被转化成o3。

当分子高能增强模块用于将co2转化为ch4时，将产生高能量的带电电荷并将其聚集在防护壳（密封容器）的阳极和阴极，将co2和h2转化成ch4。其它使用类似工艺的技术，例如利用太阳能产生的能量将co2和h2转化成ch4的技术在实验室规模上已取得了成功，但是该技术需要非常庞大（数量级）的设备才能实现完整的项目规模。另一项类似技术则需要使用高能量源，使其在整个项目中使用变得不切实际，而采用分子高能增强模块和装置仅使用非常少的能量，并且不受规模限制。

在典型的电解水制备h2的过程中，其所需要的电能是非常高的，而采用分子高能增强模块和装置仅使用非常少的能量就能发生电解产生h2。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为分子高能增强模块的电路图。

图2为分子高能增强模块的防护壳示意图。

图3为用于产生o3的网格或栅极系统。

图4为网格或栅极系统的壳体示意图。

图5为用于产生h2的高能增强模块的示意图。

图6为用于产生ch4的高能增强模块的示意图（干电池）。

图7为将两个高能增强模块组合用于产生h2和ch4的示意图。

图8为用于产生ch4的高能增强模块的示意图（湿电池）。

具体实施方式

在本发明的具体实施方式部分将结合附图进行详细说明。为了达到一致性，各图中的相同单元用相同的符号标记。

为了对本发明有更透彻的理解，在以下本发明实施例的详细说明中，将会对许多细节进行阐述。然而，对于本领域技术人员来讲，即使没有这些细节的阐述，本发明也可以实施。除此之外，本发明并没有对公知常识进行详细的介绍，以避免因不必要描述而冗长复杂化。

总体上，本发明在具体实施方式中公开了一种用于由低压电源产生高压电能的装置和方法。具体地说，在本发明的一个或多个实施例中公开了一种由12伏（12v）电源来产生45000伏（45kv）或更高的高压放电的装置和方法。该电源为典型的ac（交流）-dc（直流）转换器，从而使正常的插座输出电源，如120/240伏或类似的各种大小电流的电源，转换为12伏的直流电供应给分子高能增强模块。本发明还可以用来将o2转化为o3，即：在网格或栅极处施加有高压放电，以将o2转化为o3。本发明还可以用来将co2和h2转化为ch4，即：借助密封容器内一系列带有高压电电荷的阳极和阴极将co2和h2转化成ch4。本发明还可以用水制备h2，其是通过水容器中的一系列高压放电的电子探针将h2o电解成h2。

在本发明的具体实施方式中，分子高能增强模块是一个由诸如电阻、晶体管、电容、线圈和二极管这类单个电子元件通过导线或电流流经的线路连接组成的电子电路器件。各个元件和电线允许执行简单和复杂的操作：可以放大信号，可以执行计算，还可以将数据从一个地方传输到另一个地方。

此外，根据本发明的具体实施方式，本领域的普通技术人员应当理解，在不脱离本发明公开范围的情况下，任何顺序排列中的任意数量的元件都是允许使用的。例如线圈输出的放电值可能更高或更低，并且可以在不脱离本发明公开范围的情况下使用。

在本发明的实施例中，分子高能增强模块是一种当向那些目标分子施加高压电能时，可以改变分子性能，或者理论上讲，将分子电离（离子化）的装置。在电离（离子化）过程中，原子或分子获得或失去电子以获得负电荷或正电荷，从而形成离子，通常还伴随有其它的化学变化发生。与亚原子颗粒、其它原子、分子和离子碰撞后，或通过光相互作用均会产生电离（离子化）。异裂和异裂取代反应会导致形成离子对（离子缔合）。在内部转化过程中，离子化会通过放射性衰变发生，其中，受激原子核将其能量转移至一个内核电子上使内核电子喷射而出。当自由电子与原子碰撞时，产生阴（带负电荷）离子，带负电荷离子随后受困于电势垒，释放多余能量，该过程被称之为电子捕获电离。在和带电粒子（例如：离子、电子或正电子）或光子的碰撞中，通过向束缚电子转移足够数量的能量会产生阳（带正电荷）离子，所需能量的极限数量即称为电离势。绝热电离是电离的一种形式，即在最低能量状态时，从原子中移除电子，或将电子施加于分子上从而在其最低能量状态时形成离子。汤森放电就是一个因离子碰撞而产生阳离子和自由电子的一个绝好例子。它是一个涉及在可电离的气态介质，如空气中，在具有足够高的电场区域内电子的级联反应。电离效率指的是形成的离子数量与所用的电子或光子的数量之比。

撞击电子的动能与所施加的电压有关，或者说由所施加的电压控制，即所施加的电压越高，撞击电子的动能就会增加。为了确定原子的电离能，增加电压直至撞击电子的动能与克服原子核和最易离开原子的电子之间的吸引力相等。当达到临界电压时，形成阳离子，阳离子的形成标志即电流流动方向的突然改变。现有技术的电离工艺（过程）使用热能而非电能是考虑到其中的经济价值，而电能需要高能量才能产生高的电离能，导致该工艺（过程）不够经济可行。而使用分子高能增强模块装置只需要很低的能量就可以产生高的电离能量，相较于现有技术，分子高能增强模块是一种更为理想的工艺。

图1给出了本发明具体实施方式中分子高能增强模块的完整电路图，其中所提供的12v（伏）的dc（直流）电源与电路的s1(开关1)的一端（0100）接通，将电压施加到电路中，当s1(开关1)（0101）接通或闭合时，使得电压可以施加到电路的其余部分。

此外，在本发明的实施例中，s1(开关1)（0101）是一个可以断开电路、中断电流或将电流从一个导体转移到另一个导体的电子元件。开关结构可以由操作者直接操作，也可以借助一些压力、温度或流量的传感元件进行操作，以控制电路。继电器是一种由电控制的开关。开关都是为了处理不同范围的电压和电流，非常大的开关可用于隔离变电站中的高压电路。

此外，在本发明的实施例中，当s1(开关1)（0101）闭合时，电压或电流将接通至电路阵列的其余部分，电流将会流经电阻网络(0102)、(0103)、(0104)、(0105)、(0106)。电阻（器）作为无源二端电子元件，是一种用于实现电阻的电路元件。在电路中，电阻（器）用于限流、调节信号电平、分压、偏置有源元件和终止传输线等。固定电阻器的电阻值只随温度、时间或工作电压发生轻微的改变。可变电阻器可用于调节电路元件（如音量控制器或灯光控制器），或作为热、光、湿度、力或化学活性的感测设备。电阻（器）是电器网络和电子电路中的常用元件，并且在电子设备中普遍存在。作为分立元件的实际电阻器可以由各种化合物以不同的形式组成。电阻器也可以在集成电路中使用。电阻器的电气功能是由其电阻值确定：通用商业电阻器就是在超过九个数量级范围内制造的。电阻的标称值落在制造公差范围内，并在其元件上标明。

此外，如图1所示的实施例中，r1(0102)是1kω10-w10%的电阻器，r2(0103)是10kω10-w-10%的电阻器，r3(0104)是390kω0.25-w-5%的电阻器，r4(0105)是39kω0.25-w5%的电阻器，r5(016)1kω0.25-w5%的电阻器，r6(0107)是1.8kω10-w10%的电阻器。本领域的普通技术人员应当理解，在不脱离本公开范围的情况下，任何顺序排列中的任意数量或数值的元件都是允许使用的。

此外，在图1所示的实施例中，电压或电流施加到电容器网络c1(0108)、c2(0109)、c3(0110)、c4(0111)、c5(0112)、c6(0113)和c7(0114)上。电容器是一种用于暂时储存电能（荷）的无源二端电子元件。实际电容器的形式差别很大，但大多数包含至少两个电导体（板），且电导体（板）由介电材料分隔开。电导体（板）可以是薄膜、箔、金属或导电电解质的烧结珠等。非导电电介质用于增加电容器的充电容量。在许多常见的电气设备中，电容器通常作为电路部件使用。与电阻器不同，理想电容器并不消耗能量。相反，电容器以其板间静电场的形式储存能量。当导体之间存在电位（势）差（例如，当电容器连接在电池上时），在电介质之间形成电场，使正电荷+q聚集在一个极板/电导体（板）上，负电荷−q聚集在另一个极板/电导体（板）上。如果电池连接到电容器上充电的时间足够长，则没有电流可以流过电容器。然而，如果在电容器两端的导线上施加交变电压，将会产生位移电流（adisplacementcurrentcanflow）。

在本发明的实施例中，理想电容器的特征是其电容为一个恒定值。电容的定义为每个极板/电导体（板）上的电荷q与两个极板/电导体（板）之间电位差v的比值。电容的国际单位是法拉（f），1法拉（f）等于每伏特一库伦（1c/v）。常用电容值的范围大约为1pf(10⁻¹²f)~1mf(10⁻³f)。“极板”（电导体（板））的表面积越大，极板之间的间隙越窄，电容越大。实际上，极板之间的电介质会有少量的泄露电流通过，并且还有被称为击穿电压的电场强度极限。电导体（板）和导线引入不需要的电感和电阻。

在图1所示的实施例中，c1（0108）是500μf，35v电解电容器，c2（0109）和c4（0111）是0.047μf电容器，c3（0110）是0.01μf电容器，c5（0112）和c7（0114）是470pf，6000v电容器，c6（0113）是330pf，6000v电容器。本领域的普通技术人员应当理解，在不脱离本公开范围的情况下，任何顺序排列中的任意数量或数值的元件都是允许使用的。

如图1所示，在电路配置中设有2个晶体管q1（0122）和q2（0123），其晶体管是用于放大或切换电子信号和电源的半导体器件。晶体管是由半导体材料制成的，通常具有至少三个用于连接外部电路的端子。施加到晶体管一对端子上的电压或电流通过另一对端子改变电流。因为受控（输出）功率可以高于控制（输入）功率，所以晶体管可以用来放大信号。

晶体管几乎是所有现代电子产品中关键的有源器件，其灵活性和可靠性使其成为一种无处不在的器件。在控制装置和机械装置领域，晶体管数字电路已经取代了机电设备。晶体管的基本用途在于它能够在一对端子之间使用一个小信号来控制另一对端子处更大信号。晶体管可以产生更强的输出信号、电压或电流，且与较弱的信号成比例，故晶体管可以作为放大器使用。或者，晶体管可以作为电路中的电控开关用于接通或断开电流，其中电流的大小由其它电路元件确定。

此外，如图1所示的实施例，设有定时器（0116），用于改变分子高能增强电路的放电频率或信号。定时器（0116）为cmosrc定时器，与标准se/ne555/556和355定时器相比，能够显著地提高相应性能，并且在大多数情况下，可用定时器（0116）直接替换标准se/ne555/556和355这类定时器。定时器（0116）的参数包括低电源电流、宽工作电源电压范围、低阈值、触发和复位电流，输出转换期间电源电流不会出现阻塞，能表现出更高的频率性能，不需要解耦控制电压就可以稳定工作。在单次触发模式下，每个电路的脉冲宽度由一个外部电阻器和电容器精确地控制。为了振荡器的稳定操作，自由运行频率和任务循环由两个外部电阻器和一个电容器进行精确调控，控制电压终端不需要用电容去解耦。该电路在下降（负）波形的作用下被触发和复位，输出逆变器可以汲取足够大的源电流，以抵消驱动cmos负载。

在图1所示的电路图中，定时器（0116）输出端的开关s2（0121）用于断开和闭合电路。当开关s2（0121）闭合时，电流通过晶体管q1（0122）和q2（0123）引流至线圈t1（0124）。线圈t1（0124）是可以将低压转换成产生电弧所需的数千伏高压的感应线圈。有些线圈具有内部电阻，而另一些线圈则需要依靠电阻丝或外电路电阻来限制由12伏电源流入线圈的电流。线圈t1（0124）是由被两个铜线圈缠绕的层压铁芯组成的。与电源变压器不同，线圈t1（0124）具有开放磁路，铁芯在绕组周围并不形成闭环。存储在铁芯磁场的能量转移输出并加以应用。初级绕组由相对较少匝数的粗导线缠绕而成，次级绕组是由数千匝较细的导线绕制而成的，并通过在导线上涂覆搪瓷和油纸绝缘层来达到与高压绝缘的目的。线圈通常会插入设有高压和低压连接的绝缘端的金属罐或塑料壳体中。当电流在线圈t1（0124）的初级绕组中积累时，由于线圈的电感，电流不会立即通过，但流经线圈的电流会在铁芯和铁芯周围的空气中产生磁场。电流必须在电场中流经足够长以存储足够多的能量来作为输出电压。一旦电流积累到满级，触点断路器将会断开。由于线圈t1与电容器相连，初级绕组和电容器之间形成调谐电路，并且当存储的能量在线圈t1（0124）和电容器形成的电感器之间振荡时，线圈中心的磁场变化将会在铁芯的次级绕组上产生更大的电压。

此外，在图1所示的实施例中，线圈t1（0124）从线圈中释放出大量电压，并定向流经二极管d1（0125）。二极管为二端电子元件，允许电流单向传导，并且在一个电流流动方向上具有低电阻（理想电阻为零），而在另一个方向上具有高电阻（理想电阻为无穷大）。目前，最常见的半导体二极管类型是一种利用p-n结半导体材料制成的晶体片，用于连接两个电子端子。现在，大多数二极管是由硅制成的，但其他半导体材料诸如硒或鍺有时也会使用。二极管最常见的功能是允许电流由单一方向流过（称为二极管的正方向），而相反方向上将会阻断电流（称为二极管的反方向）。因此，可以把二极管当做电子版的逆止阀。这种电流方向性称为“整流（rectification）”，用于将交流电（ac）转换为直流电（dc），包括提取从无线电接收机中调制的无线电信号，这些二极管就是整流器的几种形式。为了增加分子高能增强电路的输出电压，可以改变线圈t1（0124）和二极管（0125）以将输出电压增强到80000伏特（80kv）或120000伏特（120kv），而在大多数情况下，分子高能增强电路的其他元件将保持在相同的数值。

此外，在图1所示的实施例中，电路产生的高电压通过电子探针（0126）引导与产品应用相连。同时，电路中的电子和数字元件安装到印刷电路板（0127），而印刷电路板（pcb）（0127）使用导电导轨、垫圈和其他以“铜板蚀刻层压至非导电基质”为特征的部件与电子元件采用机械支撑和电子连接的方式连接。元件-电容、电阻或有源器件-一般都焊接在pcb上。印刷电路板可以单面（一个铜面）、双面（两个铜面）或多层（外层和内层）。不同层面上的导体与通孔连接。多层印刷电路板允许有更高的元件密度。分子高能增强电路中设有接地点（0115）、（0117）、（0118）、（0119）和（0120），用于为元件和器件提供合适安全的条件。

总的来说，本发明的实施例提供了一种通过输入低电压来产生高电压的装置和方法。更具体地说，本发明的实施例提供了用于产生o3、h2和ch4的高压输出。此外，当高压输出，接触到大多数气体分子时将诱导或增强分子，以增加或减少其能量，从而有利于分子结构的改变。

在本发明的实施例中，分子高能增强模块是由安装在防护壳内的电子线路和元件组成的。每个分子高能增强模块可以有多达8个独立电路用于将o2转化为o3，或者分子高能增强模块可以有2个或多个独立电路用于产生h2和ch4。

在本发明的实施例中，结合图2可知，电子电路板（0201）安装在矩形防护壳（0200）中，每个电子电路板（0201）由安装在防护壳四周侧壁上的轨道（0202）固定。在防护壳（0200）的侧面上钻有孔结构（0203），用于将12伏的电源电缆插入到防护壳内，与电源连接器（0204）连接，电源连接器（0204）位于远离安装电子线路板的防护壳（0200）一侧。如图2所示，防护壳（0200）设有顶盖（0205），顶盖（0205）上设有穿孔设计的螺栓孔或螺纹孔（0206），以便将顶盖（0205）与防护壳（0200）的其余部分固定密封。

此外，在图2所示的实施例中，在分子高能增强模块防护壳（0200）的两侧（0207）设有通风格栅（0208）的排孔结构，以便空气通过密封防护壳（0200）以使电子电路板（0201）保持冷却，或防其过热。在某些情况下，当环境温度高于常温时，可以在防护壳壳体内部安置小风扇（未在图中显示）。本领域的普通技术人员应该理解，在不脱离本公开范围的情况下，任何顺序排列中的任意数量或数值的元件都是允许使用的。

在本发明的实施例中，在如图2所示防护壳的俯视图中可以看出，在防护壳四周的凸缘或边缘（0209）设有螺纹孔（0210），用于与防护壳顶盖（0205）上的螺钉和/或螺栓配合。从俯视图中看，在防护壳内部设有一系列与电源连接器（0211）连接，流向每个电子电路板（0201）的电源线，以便向每个电子电路板自身供给12伏的电源。在每个电子电路板上设有以便辨识的标签（0212）。

在本发明的实施例中，图3展示了将分子高能增强电子电路应用到一系列网格或栅极处，用于将o2转化为o3。12伏的直流电源（dc）（0300）与8个分子高能增强电子电路（0302）相连接，用于向每个电路供给12伏直流电（dc）。每个分子高能增强电子电路产生45000伏（45kv）的直流电源（dc）（0303），并将产生的电荷传递至网格或栅极处。第一网格或栅极（0304）是从其一侧底部充电，并由其另一侧顶部返回到分子高能增强电子电路中。而第二网格或栅极（0305）则是从其一侧顶部充电，并由其另一侧底部返回至分子高能增强电子电路。网格或栅极是由不锈钢或钨丝网搭建、切割、成型，使其适合防护壳尺寸且便于检修。在每个单独的分子高能增强电子电路的每个网格或栅极处电荷自上而下（上下两端）进行交替。当氧气供应（0306）通过网格或栅极时，第一网格或栅极（0304）上的电荷在45kv条件下自其顶部向底部传输，从而将部分o2转化为o3，随着o2的继续供应，第二网格或栅极（0305）上的电荷在45kv条件下自其底部向顶部传输。每个网格或栅极的电荷运动路径从顶部到底部交替进行，然后下一网格或栅极的电荷运动路径则由底部到顶部交替进行，而氧气供应（0306）流经每个网格或栅极，并将部分o2转化成o3。经过第8个网格或栅极后，大部分的o2已经转化成o3，并且o3自网格或栅极输出后可以应用到任何需要臭氧的工艺中。

在本发明的实施例中，图4展示了网格或栅极配置的完整外壳，其主体是由非金属、防爆和防火材料制成的。在网格或栅极外壳（体）内的一系列网格或栅极（0401）固定在壳体（0400）的两侧壁上，并通过夹持器（0402）将网格或栅极与壳体（0400）的顶部和底部拧紧。每个网格或栅极有电子探针（0403），并伸出壳体，便于和来自分子高能增强电子电路的高压充电电缆连接。在外壳（体）的一端设有安全密封的不锈钢适配器（0404），因此，o2可以输送至安装网格或栅极的外壳内。在适配器的末端设有由不锈钢管焊接的标准螺纹件，与o2供应管线连接。不锈钢管的标准螺纹件（0406）密封连接在壳（体）的另一端，而o2穿过一系列的网格或栅极转化成o3后直接通过不锈钢管（0406）从壳体排出。在不锈钢管（0407）的末端安装有标准螺纹管，便于和需要臭氧的工艺段连接。此外，在本发明的实施例中，在壳体（0400）凸缘上设有用于密封顶盖（0410）的垫圈（0408），以确保安全密封，且壳体中无任何臭氧泄露。在壳体的凸缘上设有螺纹孔（0409），用于承载壳体（0400）顶盖（0410）上的螺栓/螺钉。在壳体顶盖（0410）上依次穿设螺栓孔（0411），用于将螺栓/螺钉通过螺栓孔固定或拧紧到壳体（0400）凸缘上的螺纹孔（0409）中，以实现壳体（0400）的安全密封。

在本发明的实施例中，图5所示的为用于从海水和淡水（freshwater）（h2o）中产生h2的高能增强模块示意图。分子高能增强模块（0500）与12伏电源（0501）连接，并将电压施加到6个分子高能增强电路板（0502）上。每个电路板将产生的45kv电压（0503）引流至6个湿电池储存罐（0504）中。湿电池储存罐（0504）是由定制的聚乙烯通过精确地机械加工制成的塑料产品和零件。聚乙烯是最常用的塑料罐材料，具有良好的耐化学性、耐冲击性、质轻、可塑性强、抗拉强度高、耐冲击、抗压强度高、介电性能优异、不导电、耐酸碱腐蚀。此外，聚乙烯（pe）有3个级别，分别是低密度聚乙烯（ldpe）、高密度聚乙烯（hdpe）和超高分子量聚乙烯（uhmwpe），而低密度聚乙烯（ldpe）常用在可移动但没有应力疲劳的塑料罐领域；第二种高密度聚乙烯（hdpe）无毒、无污染，符合fda和usda关于食品加工的认证；第三种超高分子量聚乙烯（uhmwpe）是一种自润滑、耐摔、耐磨和耐腐蚀塑料，符合fda和usda关于食品和制药领域的认证。

在本发明的实施例中，主水源（0505）将水（0506）分别引流至所述6个湿电池储存罐（0504）中，当该工艺过程需要水时，每个罐将会通过相应的控制阀（0507）调节进入到各个湿电池储存罐（0504）中的水量。在每个湿电池储存罐（0504）的顶部插入水位控制器（0512），当水位下降时，水位控制器将会向控制阀（0507）发出信号，打开控制阀（0507）重新向湿电池储存罐（电解槽）（0504）中注水。当湿电池储存罐（0504）中的水位达标后，水位控制器（0512）将会向控制阀（0507）发出信号将其关闭。

在本发明的实施例中，每个湿电池储存罐内部均有一个阳极（0508）和阴极（0509），用于接受来自分子高能增强电路板（0502）的电荷，其中，常规电流通过阳极（0508）流至用于极化的电子装置。（正）电流的方向与电子流动方向相反；（带负电的）电子从阳极流至外电路。“阳极”（0508）和“阴极”（0509）与这些电极的电压极性无关，仅与装置中正电荷流入或流出的电流方向有关。常规电流指的是正电荷流。在大多数情况下，正电荷通过阴极离开装置，而负电荷通过阳极流入装置。常规电流通过阴极（0509）离开用于极化的电子装置。常规电流指的是正电荷流动的方向。电子带有负电荷，因此，电子的流动方向与常规电流的方向相反。阴极（0509）和阳极（0508）也可以叫做正极或负极，这取决于装置的操作方式。

在本发明的实施例中，向充满水的湿电池储存罐中施加高压电荷(45kv)，利用阳极（0508）和阴极（0509）在水中产生电解反应。水的电解是由于电流从水中通过，使h2o分解成o2和h2，该反应的标准电极电势（电位）为−1.23v，这就意味着需要1.23v的电势（位）差才能将水分解。将直流电源连接到两个电极或两个极板（通常是由一些置于水中的惰性金属，如铂、不锈钢或铱制成的），在阴极产生h2，在阳极产生o2。按照法拉第效率（法拉第电解定律）的理想假设，该反应所产生h2的量为o2量的两倍，并且两者的量均与溶液中总电荷的传导量成正比。电解纯水需要多余能量以越过位垒（电位、电势）来克服各种活化能垒。在没有多余能量的情况下，纯水的电解将很缓慢甚至根本就不会发生。使用分子高能增强模块（装置）后，纯水将具有额外的能量以非常快地速度产生h2，并且使工艺过程更经济。在纯水中，在带负电荷的阴极（0509）处发生还原反应，使氢离子（阳离子）得电子生成h2。

阴极发生还原反应：2h⁺(aq)+2e⁻→h2(g)

在带正电荷的阳极（0508）处，失电子发生氧化反应产生o2，并向阳极提供电子从而形成完整的电路。

阳极发生氧化反应：2h2o(l)→o2(g)+4h⁺(aq)+4e⁻

相同的半反应也可以通过如下所示的碱平衡来配平，但并不是所有的半反应通过酸或碱来配平。很多情况下，像这里所列的水的氧化或还原反应一样。为了添加半反应，它们必须与酸或碱都配平。

阴极(还原反应)：2h2o(l)+2e⁻→h2(g)+2oh⁻(aq)

阳极(氧化反应)：4oh⁻(aq)→o2(g)+2h2o(l)+4e⁻

结合任一对半反应产生相同的总反应——将水分解成o2和h2。

总反应：2h2o(l)→2h2(g)+o2(g)

因此，产生的氢分子的数目是氧分子数目的两倍。因此，假设两种气体的温度和压力相等，所产生的h2体积将会是所产生o2体积的两倍。电解水所产生的电子数是生成氢分子数的两倍，是生成氧分子数的四倍。

在本发明的实施例中，结合图5可以看出，o2(0510)通过管道配件网从湿电池储存罐（电解槽）（0504）排出，并引流至o2存储罐（0513）中对o2进行储存。当需要氧气存储罐（0513）中的o2时，o2通过一系列管道和配件(0515)排出，可以将o2压缩运输，或与生产o2的设施连接。产生的h2通过管道配件网从湿电池储存罐（电解槽）（0504）排出，并引流至用于存储h2的氢气存储罐（0514）中。当需要使用h2时，氢气存储罐（0514）中的h2通过一系列管道和配件(0516)排出，再进行压缩运输或与生产氢气的设施连接。

在本发明的实施例中，图6展示了应用分子高能增强模块将co2和h2转化产生ch4。通过施加电压并利用电子和质子，将co2转化成ch4，众所周知，在工业领域中，h2和co2在带电金属颗粒的作用下，可以将co2转化成ch4。如图6所示，在分子高能增强模块（0600）内设有4个电路，用于将12伏的电源（0601）转换产生80kv的高压电(0602)放电，进而将产生的高压放电施加到安装在高压室（干电池室）（0604）的电极（0603）上。高压室（0604）是由带有环氧树脂或橡胶内衬的不锈钢制成的，用于确保高压容器内的无金属表面。电极是用来与电路的非金属部分（例如半导体、电解质、co2和h2的加压室）接触的电导体。将co2（0605）和h2（0606）引流至加压室的底部，并与充满电的电极（0603）接触，从而使co2气体（0605）和h2（0606）转化为ch4，生成的ch4气体夹带着部分co2、h2和o2，会通过高（加）压室（0604）顶部的排气口逸出。混合气体（指夹带有部分co2、h2和o2的ch4气体）进入聚合物膜（0607）后，将ch4与其它气体分离。其它气体（0608）将重新返回至高压室中，以便转化co2气体（0605）和h2（0606）转化。将分离出的ch4引流至储存设施，准备作为燃料使用或运输。

在本发明的实施例中，图7为生产h2和ch4两个高能增强模块的组合示意图。将co2转化为ch4时，需要co2和h2同时存在并与通电的电极接触。h2分子和co2分子按4：1的比例来使co2转化成ch4。因此，相比于从部外输送氢气，将氢气生产应用与co2转化为ch4工艺相结合，可以使co2转化为ch4工艺更加经济。

在本发明的实施例中，图7所示的分子高能增强模块（0700）配置有4个电路，所述4个电路连接12伏的电源（0701）后，每个电路将产生4.5kv（0702）的电压输出。将输出的每个4.5kv定向输送至安装在每个湿电池储存罐（电解槽）（0705）中的阳极（0703）和阴极（0704），然后又返回到分子高能增强模块（0700）的电路中。通过供水系统（0706）将水引流至湿电池储存罐（电解槽）（0705）中，当需要调节湿电池储存罐（电解槽）（0705）中的水位时，其水位是通过控制阀（0707）调节，并通过水位控制器（0708）监控，来调节和/或打开和关闭控制阀（0707）。本领域的普通技术人员应当理解，在不脱离本公开范围的情况下，可以采用或不采用任何顺序排列的任意数量的元件和/或装置都是允许使用的。

在如图7所示的实施例中，当水（h2o）与带电的阳极（0703）和阴极（0704）接触时，将产生o2和h2，并通过管道和配件网从湿电池储存罐（电解槽）（0705）排出。o2通过管道和配件网引流至存储设备（0709），h2通过管道和配件网定向输送至干电池压力容器或高压室（0712）的底部。co2原料气源（0711）通过管道和配件网将co2定向输送至每个高压室（0712）（干电池）的底部。

在本发明的实施例中，向第二分子高能增强模块（0713）电路提供12伏的电源（0714），而第二分子高能增强模块（0713）电路却产生80kv的输出电压（0715）。80kv的输出电压（0715）是用来生产ch4的，其比第一分子高能增强模块（0700）输出的用于生产h2的45kv电压值更高，主要是为了降低生产ch4所需的时间。80kv的输出电压通过所需的布线、接线和连接器定向输送至安装在高压室（0712）中的电极（0716）上。h2和co2与高压电极接触，co2转化为ch4后从高压室（0712）中输出，然后输送至聚合物膜（0717）过滤系统。在聚合物膜（0717）过滤系统中，将ch4和未转化的过量co2和h2分离。分离后的ch4气体通过管道和配件网（0718）输送至ch4存储设备。分离后的过量co2和h2重新返回至高压室（0712），以便在h2和co2的反应过程中再利用。

在本发明的实施例中，图8展示了应用分子高能增强模块将co2和h2转化成ch4的示意图。h2是在水（湿电池）中产生的，将co2注入水中使co2转化为ch4。通过施加电压并利用电子和质子，将co2转化成ch4，在工业领域中众所周知的是，h2和co2在带电阳极和阴极序列的作用下，将co2转化成ch4。如图8所示，分子高能增强模块（0800）内设有6个电路，用于12伏的电源（0801）放电产生45kv（0802）的高压电压。将高压放电施加到正极（0803），并通过负极（0804）返回到分子高能增强（模块）电路。阳极（0803）和阴极（0804）安装在第一高压水密封室（0805）和第二高压水密封室（0806）中，所述第一高压水密封室（0805）和第二高压水密封室（0806）均是由带有环氧树脂或橡胶内衬的不锈钢制成的，用于确保高压容器（高压水密封室）内的无金属表面。

在本发明的实施例中，每个第二高压水密封室（0806）是从容器（高压水密封室）底部的主水源供水的。每个第一高压水密封室（0805）都安装有一个用于引导并控制进入到容器中水量的控制阀（0808），和用于调节控制阀（0808）的水位控制器（0809），当高压水密封室需要水时，打开控制阀（0808），当高压水密封室水量充足时，关闭控制阀（0808）。此外，每个第一高压水密封室（0805）都是由co2气源（0810）提供co2气体的。在每个第一高压水密封室（0805）上都安装有用于引导并控制进入到容器中co2量的控制阀（0811），以及用于调节控制阀（0811）的co2流量计控制器（0812），当高压水密封室需要更多co2时，打开控制阀（0811），当高压水密封室co2量充足时，关闭控制阀（0811）。

在本发明的实施例中，在第一高压水密封室（0805）内，当阳极（0803）和阴极（0804）通电后，h2o转化成o2和h2（氢气），并且h2和co2非常快地转化为ch4。o2通过第一高压水密封室（0805）中的端口（0813）后，进而通过一系列的管道和配件引流至氧气储罐（0815），进而可以通过管道连接（0816），供工厂需氧工段使用。ch4通过第一高压水密封室（0805）的另一个端口（0814）引出后，通过一系列的管道和配件引流至ch4储罐（0817），通过管道连接（0818）以备工厂使用，或液化后进行运输。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。