【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は地球の極冠領域の電離層から電気エネルギーを導出する方法、及び導出した電気エネルギーを使用し、水素、酸素を製造する製造方法とその製造装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、電気エネルギーを生成する方法及び装置として化石燃料である石炭、石油、天然ガス等を燃焼させることによって得られた熱エネルギーを利用して高熱の水蒸気を発生し、蒸気タービンを回転して発電を行う火力発電が主流であった。 また、近年上述の化石燃料の水素成分を抽出し、この水素成分と空気中の酸素とを化学反応させ、発生する化学エネルギーを直接電気エネルギーに変換する燃料電池による発電も行われ、カルノーの効率の制限を受けない高効率の発電として注目されている。

【０００３】ところで、これらの火力発電や燃料電池による発電は、資源の量からくる制約が問題となっている。 また一方では、その資源を利用することから派生する環境破壊も問題である。 特に、燃料資源には、個体、
液体、気体の三態様が存在するが、個体燃料は酸素、窒素、硫黄などの成分をより多く含有するため、燃焼の際には大量の残 のみではなく、ＮＯx、ＳＯx、その他の有害な物質、さらに微粒子を排出し、大気や環境を汚染する。

【０００４】現在、大気中の炭酸ガスの濃度は１００年前に比べて約４０倍となっており、しかもそれは対数的に増加している。 この原因の多くは、石油、石炭等の化石燃料の燃焼によるものである。 大気中の炭酸ガスは、
大気熱を吸収し、地表面に温室効果をもたらし、大気中の炭酸ガスの濃度の増加は異常気象の原因と言われている。

【０００５】図４は各種燃料の組成を炭素、水素、酸素の分子比により示す図であり、上述の化石燃料の問題点を考えれば、同図に示す横軸右側に示すように、なるべく炭素含有量の少ない燃料を使用することが必要である。 すなわち、石油から天然ガスを経て水素に移行することが重要な課題となっている。

【０００６】一方、図５は世界の燃料資源確認可採埋蔵量を示す図であり、ＩＥＡ資料（１９８６年）に基ずくデータである。 この資料によれば化石燃料には限りがあると考えられており、この点から半永久的に利用できる燃料資源の確保が要請されている。

【０００７】そこで、本発明の出願人は半永久的に利用できると共に、環境汚染等により生態系のバランスを崩さない電気エネルギーの導出方法、及びその電気エネルギーを用いた水素製造方法を先に出願した（特願平５ー１２１６７９）。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記特許出願は、電離層及び地球表面間に存在する大気電場から電気エネルギーを取り出そうとするものであるが、化石燃料に変わるエネルギー資源としてはその取り出せる電気エネルギーの量は不十分であった。

【０００９】本発明はこのような問題点に鑑み、半永久的に利用できると共に、化石燃料に変わる充分なエネルギー量を有し、環境汚染等による生態系のバランスを崩さない、地球の特に極冠領域の電離層から電気エネルギーを導出する方法、及び導出した電気エネルギーを用いた水素、酸素の製造方法とその製造装置を提供するものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題は本発明によれば、地球の磁気圏の外壁を通して結合する太陽風によって運び出された太陽風磁場を形成する磁力線と地球の極冠領域に根をもつ地球磁場を形成する磁力線を、彗星状に形成された地球磁気圏の頭の外壁に衝突してから該地球磁気圏の外壁に沿って吹き流れる太陽風プラズマが横切ることで電磁流体の原理で発電され、地球の極冠領域に根をもつ地球磁場を形成する磁力線のまわりを螺旋状に運動しながら前記地球磁気圏の外壁から地球の極冠領域の電離層に移動する荷電粒子によって前記地球の極冠領域の電離層に運び込まれた電気エネルギーを、セルフチャンネリングを伴う高出力の高周波レーザ光線により大地と極冠領域の電離層間に介在する大気を光電離し、
該レーザ光線の光路を通して前記発電による電気エネルギーを取り出すことを特徴とする電離層から電気エネルギーを導出する方法を提供することで達成できる。

【００１１】また、前記電離層から電気エネルギーを導出する方法により導出した電気エネルギーを用いて水を電気分解し、例えば水素を製造する水素の製造方法を提供することで達成できる。

【００１２】また、前記電離層から電気エネルギーを導出する方法により導出した電気エネルギーを用いて水を電気分解し、例えば水素を製造する水素の製造装置を提供することで達成できる。

【００１３】さらに、前記電離層から電気エネルギーを導出する方法により導出した電気エネルギーを用いて水を電気分解し、例えば酸素を製造する酸素の製造方法を提供することで達成できる。

【００１４】さらに、前記電離層から電気エネルギーを導出する方法により導出した電気エネルギーを用いて水を電気分解し、例えば酸素を製造する酸素の製造装置を提供することで達成できる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態について詳細に説明する。

【００１６】先ず、本発明の原理を説明する。 地球は太陽からの太陽風と磁力線により大きな影響を受けている。 太陽風は太陽表面から吹き出す高温のコロナに起因し、コロナのガスの流れが地球に吹き付けるものである。 そして、その成分は微粒子であり陽子と電子で構成され、地球の磁場とこの太陽風によって形成される彗星状の地球の磁気圏の外側を流れる。 一方、磁力線は太陽の自転により、太陽の表面から螺旋状に出力し地球の磁場に影響を与える。

【００１７】図２は地球周辺の太陽風の流れ、及び磁力線の状態を示す図である。 同図において、○印と・印は太陽風を構成する陽子と電子を示し、地球１のまわりに形成される彗星状の磁気圏２の外壁に沿って、同図の左側（不図示の太陽側）から右側に流れる。 また、太陽からの磁力線３は長い実線矢印で示すように、斜め左上方から供給され、地球１の磁気圏２に沿って、又は地球１
の磁気圏２の外壁２´で大きく折れ曲がって地球１の極冠領域に達している。 尚、同図に示す地球１近傍のドーナツ状の範囲４は非常に高いエネルギー粒子を有するバンアレン帯であり、さらにその外側のドーナツ状の範囲５は赤道環電流を示す。 また、太陽と反対側に長く延びる磁気圏２内の層はプラズマシート６である。

【００１８】このような構成において、彗星状の磁気圏２の外壁２´では太陽からの磁力線と太陽風がほぼ垂直に交差し、しかも太陽風は陽子と電子の微粒子で構成されたプラズマであるため電磁流体の原理で発電（ＭＨＤ
発電）する。 このようにして発電した電気エネルギーは荷電粒子の形態で地球の極冠領域に根をもつ地球磁場まで磁力線に沿って螺旋状に運動しながら移動する。

【００１９】図３は地球１の極冠領域８の電流の流れを示す図である。 上述のように極冠領域８まで移動した荷電粒子は矢印で示すように極冠領域８の電離層９を通過した後、磁力線に沿って磁気圏２又は磁気圏外に移動する。 本発明は地球の極冠領域８の電離層９を通過する荷電粒子のもつ電気エネルギーを、高出力の高周波レーザ光線により大地と極冠領域８の電離層９間に介在する大気を光電離し、該レーザ光線の光路を通して前記発電による電気エネルギーを取り出すものである。

【００２０】次に、具体的な実施形態を説明する。

【００２１】図１は高出力の高周波レーザ光線を発振するレーザ発振器を用いた一実施形態の装置及び方法を説明する図である。 同図に示す通り、大地１１上には接地された高出力の高周波レーザ光線の発振体１２（以下本体１２という）が大地１１に対して垂直に立設されている。 本体１２の上端には、上述の電離層９に向けて放射することにより大気１４を光電離し、大地１１と電離層９間を電気的に結線するための高周波レーザ光線１５の放射口１６が設けられている。 また、放射口１６には電流を取り出すための装置を構成する導線１７が接続された透明電極板１８が固設されている。 また、この透明電極板１８の固設は放射口１６上に絶縁材料１９を介装し、高周波レーザ光線１５の出力方向とは垂直となる状態で設置されている。 また、放射口１６の直前には集光レンズ１０が配設され、電離層９に向けて出力される高周波レーザ光線１５を所定位置で集光させる。

【００２２】さらに、透明電極板１８に接続する導線１
７には、水から水素を製造するために、電解液２０を満たした容器２１内に配設された陰極板２２、及び陽極板２３が設置されている。 尚、陽極板２３は導線２５、電流切換装置２４を介して導線１７に接続し、陽極板２２
は電流切換装置２８、導線３０（抵抗２９）、電流切換装置２４を介して導線１７に接続している。 また、陰極板２２は電流切換装置２８を介して導線２６により容器２１の底部を貫いて、マイナスに帯電する大地１１に接地している。

【００２３】一方、不図示の水素吸蔵合金を内蔵した水素ガスタンク３１とパイプ３２を介して接続された試験管状の容器３３が口を下にして陰極板２２を内包するように配設されている。 また、陽極板２３も酸素ガスタンク３４とパイプ３５を介して接続され、口を下にして試験管状の容器３６に内包されている。 尚、水素ガスタンク３１及び酸素ガスタンク３４は、共に容器２１の外にそれぞれ足部３７、３８により大地１１に垂直に設置されている。

【００２４】以上の構成において、本実施形態の処理動作を以下で説明する。

【００２５】先ず、大地１１上に設置された本体１２の放射口１６から電離層に向けて高周波レーザ光線１５を出射する。 この時高周波レーザ光線が出射された電離層９は図３で説明したように地球１の極冠領域８に位置する電離層９であり、この電離層９には上述のように太陽風と磁力線によって発電された電気エネルギーが移動荷電粒子の形態で常時補給されている。 この電離層９に向けて出射された高周波レーザ光線１５は、途中の大気１
４を通る際、その光路上に位置する大気１４中の元素をイオン化し、大地１１と電離層９間に１本の良導体を形成する。 また、大地１１と電離層９間の距離は約１００
Ｋｍにも及ぶが、本実施形態の構成では集光レンズ７を使用し、高出力の高周波レーザ光線１５を集光すると共に、セルフチャンネリングを伴う高周波レーザ光線を使用することからレーザ光線は電離層９まで集光状態を維持する。 すなわち、極冠領域８は強い電場領域であり、
これに向かう高周波レーザ光線１５には伝搬波の集中化が起こり、レーザ光線は極冠領域８の電離層９まで１本の光路として集光状態を維持するのである。

【００２６】したがって、本体１２から出射した高周波レーザ光線１５は極冠領域８の電離層９まで確実に到達し、この電離層９を移動する荷電粒子の有する電気エネルギーを本体１２に導く。 すなわち、高周波レーザ光線１５の光路は光電離によりイオン化しており、この良導体となった１本の導体を電離層９から本体１２へ向かって電流が流れる。 尚、この時電流を運ぶ実体は光電離によって作り出されるイオンと電子であるが、イオンの移動度μiと電子の移動度μeとの間にはμi＜μeの関係が成立するので、電流の大部分は電子の上向きの流れによって発生する。

【００２７】極冠領域８の電離層９から取り出された電気エネルギーは、高周波レーザ光線１５の光路を逆にたどって透明電極板１８に達し、導線１７で電流として取り出される。 この時、電流切換装置２４により導線１７
と導線２５を接続すると、上述の取り出された電流は電流切換装置２４、導線２５を介して陽極板２３に流れ込む。 一方、マイナスに帯電した大地１１に接地された導線２６には大地１１から不図示に電子が流れ込む。 そしてこの時、電流切換装置２８により導線２６と２７を接続すると、この電子が導線２６を通して陰極板２２に流れ込む。 したがって、陽極板２３は前述のＭＨＤ発電で得た電流の流れ込みによってプラスに帯電し、陰極板２
２は電子の流入によってマイナスに帯電することから容器２１内の電解液２０は電気分解され、陰極板２２の表面には水素が生成され、陽極板２３の表面には酸素が生成される。 このようにして生成された水素は、口を下にして陰極板２２を内包する試験管状の容器３３に取り込まれ、パイプ３２を介して足部３７により大地１１に設置された水素ガスタンク３１に送られ、水素ガスタンク３１内の不図示の水素吸蔵合金に吸収される。 一方、生成された酸素は、口を下にして陽極板２３を内包する試験管状の容器３６に取り込まれ、パイプ３５を介して足部３８により大地１１に設置された酸素ガスタンク３４
に送られ、酸素ガスタンク３４内に貯蔵される。

【００２８】その後 このようにして水素ガスタンク３
１、及び酸素ガスタンク３４に貯蔵したガスを使用して電気を発生させる場合には、上述した電流切換装置２４
を切り換えて導線２５と３０を接続し、同時に電流切換装置２８をオンして導線２７と３０を接続し、陰極板２
２に接続された導線２６の接地を解除する。 この結果、
陽極板２３と陰極板２２は抵抗２９を介して接続されることになり、陰極板２２を内包する試験管状の容器３３
には水素ガスタンク３１から水素が送られ、上述とは逆に陰極板２２によって水素イオンが電解液２０に放出される。 また、陽極板２３においても、陽極板２３を内包する試験管状の容器３６には酸素ガスタンク３４から酸素が送られ、上述とは逆に陽極板２３によって酸素イオンが電解液２０に放出され、陰極板２２に発生する電子が導線３０（抵抗２９）を介して陽極板２３に流入する。 このようにして、水素ー酸素燃料電池と同様の原理で一旦貯留した水素ガス、酸素ガスを電気エネルギーに再生することもできる。

【００２９】このようにして得られる電気エネルギー、
又は水素ガス、酸素ガスは、上述のように地球近傍でのＭＨＤ発電によるエネルギーであり、太陽風とこの太陽風に乗って地球に送られる磁力線によるものである。 例えてみれば、太陽という強大なエネルギーをもった磁石と地球という磁石の間に太陽風というエネルギーが吹き付けられ、このエネルギーの移動によって電流（電気エネルギー）が得られるのである。

【００３０】したがって、このエネルギーの根元は高温の太陽プラズマ、つまりコロナによるものであり、無尽蔵のエネルギーである。 今日、このＭＨＤ発電による発生電力は１兆ワットに達するものと考えられており、例えば２０００年にアメリカが消費すると推定される電力の１０倍にあたると言われている。 したがって、この太陽からからのエネルギーによって極冠領域８に発生する電気を取り出すことができれば人類にとって計り知れないメリットがある。

【００３１】しかも、大きなエネルギーをもつ太陽風が地球に吹き込んでいるのであるからこれを積極的に利用すべきである。 また、この太陽風の存在は多くの人工衛星等による観測で実証されており、今ままではエネルギーとして強すぎるため使用されなかった。 しかし、１０
０億以上の人口を抱えることになる地球で必要なエネルギーを確保するためには自然で、強大なエネルギーをもつ太陽風の利用が不可欠である。 地球という小さな容れ物だけにこだわったエネルギー対策では今後エネルギー問題で息詰まりを生じることは明らかであり、地球近傍又は地球外の宇宙空間に目をむけなくては、決して永久的なエネルギーの獲得はできない。 この点からも、強大な太陽風の利用は重要であり、本発明の電離層９から電気エネルギーを導出する方法は極めて有用な発明である。

【００３２】尚、本実施形態の説明では電流を取り出すために透明電極板１８を用いたが、同様な効果を有するものであれば他の材料を使用することができ、例えば雷電流の測定に用いるロゴスキーコイル等を使用しても良い。 また、電極板も白金その他、効果のある材料であれば何を用いてもよく、さらに電解液も効率が上がるものであれば希硫酸でも、苛性カリのようなアルカリ溶液でも良い。

【００３３】また、固体高分子電解質膜水電解装置を用いても良い。

【００３４】また、本実施形態の説明では取り出した電流を用いて水素と酸素を生成したが、取り出した電流をそのまま電気エネルギーとして用いても良いことは勿論である。

【００３５】さらに、本実施形態では取り出した電気エネルギーを水素として貯蔵する方法を示したが、超電導コイルに電気エネルギーのまま貯蔵することも可能である。

【００３６】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によれば太陽風を利用することで無尽蔵の電気エネルギーを確保することができる。 すなわち、太陽風は高温の太陽プラズマ、つまりコロナを根元とするものであり、無尽蔵のエネルギーである。

【００３７】また、本発明による電気エネルギーの確保は、地球の磁気圏の外壁でおこるＭＨＤ発電を利用するものであり、二酸化炭素等の有害な物質を発生することのなく、クリーンで地球環境に悪影響を与えることのない方法である。

【００３８】また、本発明による電離層から電気エネルギーを導出する方法によって得られた電気エネルギーを用いた水素や酸素の製造方法によれば、簡単に大きな容量の水素ガスや酸素ガスを得ることができる。 また、その製造装置も一旦生成した水素ガスと酸素ガスから容易に電気エネルギーを再生できる装置であり、極めて利便性の良い装置である。

【００３９】

【図面の簡単な説明】

【図１】レーザ発振器を用いた一実施形態を説明するシステム構成図である。

【図２】地球周辺の太陽風の流れ、及び磁力線の状態を示す図である。

【図３】地球の極冠領域の電流の流れを示す図である。

【図４】各種燃料の組成を炭素、水素、酸素の分子比により示す図である。

【図５】世界の燃料資源確認可採埋蔵量を示す図であり、ＩＥＡ資料（１９８６年）に基ずくデータである。

【符号の説明】

１ 地球 ２ 磁気圏 ２´ 外壁 ４、５ 範囲 ６ プラズマシート ８ 極冠領域 ９ 電離層 １０ 集光レンズ １１ 大地 １２ 高周波レーザ光線の発振体（本体） １４ 大気 １５ 高周波レーザ光線 １６ 放射口 １７、２５、２６、３０ 導線 １８ 透明電極板 １９ 絶縁材料 ２０ 電解液 ２１ 容器 ２２ 陰極板 ２３ 陽極板 ２４、２８ 電流切換装置 ２９ 抵抗 ３１ 水素ガスタンク ３２、３５ パイプ ３３、３６ 容器 ３４ 酸素ガスタンク ３７、３８ 足部