WO1995035574A1

WO1995035574A1 - Appareil et procede de production d'energie thermique

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Publication number: WO1995035574A1
Application number: PCT/JP1994/001000
Authority: WO
Inventors: Yoshiaki Arata; Yue Chang Zhang
Original assignee: Yoshiaki Arata; Yue Chang Zhang
Priority date: 1994-06-20
Filing date: 1994-06-20
Publication date: 1995-12-28

Description

明細書

熱エネルギ発生方法及び装置

技術分野

この発明は、例えば 1 5 0 0 'C以下の利用し易い温度領域において熱エネルギを効率よく発生させる熱エネルギ発生方法及び装置に関する。

背景技術

フライシュマンとポンズ（F l ei schmann and Pons ) は、 1 9 8 9年 3月、パラジユウム（P d ) を Ca thode とする重水中での電気分解で発熱現象があり、未知の核融合反応が存在していると発表した。この論文で使用された実験装置は、パラジュゥム（P d ) を陰極とし白金（P t ) などを陽極として水酸化リチウム L i 0 H又は重水酸化リチウム L i 0 Dの重水 D ₂ 0溶液中で電気分解するという簡単なものであった。

上記核融合反応は、ブラズマ核融合が 1億' Cという高温下での現象であるのに対して、室温から数百での範囲の適常一般産業界で使用し得る温度での現象であるため「常温（cold) 」の名称が付され、常温核融合と呼ばれている。

しかし、この常溫核融合は、現在では現象の再現性が悪く、現象のメカニズムが解明されておらず、発生確立が極めて低い等の理由から、その現象そのものの存在について科学者の間では見解が分かれている。

そこで、本発明者等はかかる異常反応熱が核融合による熱エネルギの発生現象によるものであるかについて種々の試みを行ない、例えば同様な装置により 1 0 0 °C近傍において重水素の爆発的な放出と吸水現象が交互に自動的に発生し、これに応じてほぼ 3 0 °C程度の温度変化が繰り返され、 2 0 W程度の発熱があることを見出し、この新しい現象を" O N— O f f 効果" と命名して発表した。又、最初の電解法が発表された後多くの研究者によりガス吸収法、放電法等多くの方法が研究されているが、未だに明白な再現実験は行なわれていないのが実情である。その実験の再現性は必ずしも良好ではなく、反応の規模が小さいために注入電気ヱネルギに対する発生熱量も最大 3 5 %、县時間の平均値 1 5 %と少なく、実用核融合炉との構造的な関連が不明であるなどの問題がある。この発明は、かかる種々の問題を解決するためになされたものである。

発明の開示

この発明は、耐圧真空容器内に重水素吸収性の大きな金属の超微粒粉末を真空封入し、この容器内に重水素を導入して高圧下で超微粒子特有の機能によつて重水素を上記金属超微粒粉末に吸収させ、かつ重水素を十分吸収した状態で耐圧真空容器を適正な温度域に保持し、異常反応熱を発生させるようにした熱ヱネルギ発生方法としたのである。

なお、後で説明するように、前記適正な温度域は適正温度域外に変動させた後に保持するようにしてもよい。

上記熱エネルギ癸生方法は、重水素を高圧下でパラジゥム等の金属の超微粒粉末に吸収させて異常反応熱を生じさせるものであり、理論的根拠は明らかでないが、かかる未知の反応熱はいわゆる常温核融合により熱エネルギが発生しているものと確信している。従って、以下ではこれを常温核融合として説明する。さて、重水素を結合させて核融合反応を起こさせるためには、一般には超高温状態にすることによりエネルギーを与えて重水素ィォンを活性化すること、あるいは地球の中心圧力以上の超圧力を加えて重水素ィオン同士の距離を接近させることが必要とされている。

ところが、パラジウム等に重水素を吸収させると、理論的にはパラジウムの原子数と同数またはそれ以上の重水素イオンを吸収させることができ、その結果重水素イオン同士の距離をパラジゥムの原子間隔と同等またはそれ以下にまで接近させることができる。これは通常の気体圧縮手段では到底到達させることができない短い距離である。従来の常温核融合実験では、パラジウムが理論値の 8 5 % 以上の重水素を吸収した場合に成功する例が多いとされている。

パラジゥム內の重水素濃度を高めるための第一の要件は、パラジゥムを超微粒粉末化することである。粉末化すると、粉末粒子が小さい程パラジウムの表面積が増大すると同時に、超微粒子特有の表面活性機能が出現し、表面から中心部までの距離も短縮される結果、重水素原子あるいはィォンの各超微粒子表面分布濃度は瞬時に均質化し、各粒子内への移動も早く短時間内に飽和に達し、短時間内に超微粒粉末の重水素濃度を上昇させることができる。特に、表面粒子の数と内部粒子の数がほぼ同数に近い「クラスター」状態の超微粒子群の粉末では重水素濃度は瞬時に飽和量に近づく。従って、超微粒粉末は直径がナノメータから少なくともミクロン以下の大きさがよい。

パラジゥム内の重水素濃度を高めるための第二の要件は、バラジゥム粉末に高圧下で重水素を導入して吸収させることである。パラジウム超微粒粉末の重水素飽和濃度は、周囲の重水素の圧力が高い程、そして温度が低い程增大する。さらに、重水素は分子状よりは原子状、原子状よりイオン状態の重水素が吸収され易いことは当然である。核融合反応では表面機能とその近傍での重水素濯度が重要な因子であるため、実質的面積を増大でき、広範囲にわたる局所的高濃度化を実現出来る超微粒子ほど核反応の効率を増大させる。

第三の要件は、パラジウム粉末を収容した耐圧真空容器を適切な温度に保持することである。常圧のもとで、重水素を吸収させたパラジウムを昇温させると、図 1 4に示すように、重水素を吸収した領域 Aから、 1 0 5て付近で急激に重水素を放出することによって領域 Bに移行する。そして、降温させると、 8 0 Ϊ付近で急激に重水素を吸収して領域 Aに戻る。この現象は、これらの移行点近辺でパラジゥムの電子の状態に変化が起こり、これにより重水素の含有可能状態が変化し、これを運動させるものと考えることができる。パラジウムの純度 ' 表面状態によつてはこの領域 Aおよび領域 Bの温度域は変化する。

本発明による熱エネルギ発生方法を実施する際の方法としては次の 2つの方法を採用することができる。 1つは、電気分解により重水素を発生させる方法である。この場合は、上記熱エネルギ発生方法において、超微粒粉末を內蔵した前記耐圧真空容器を重水素透過性金属製とし、この耐圧真空容器を陰極として電解質の重水溶液中で電気分解により発生した重水素を耐圧真空容器に透過させて重水素を容器内超微粒粉末に導入する方法である。

電気分解によってパラジゥム陰極の表面で発生した発生機の重水素は、互いに結合して重水素ガス D ₂ を作る一方で、積極的にイオン状態でパラジウム内にもぐり込むため、パラジウム内の重水素濃度はパラジウムを重水素ガス D ₂ 中に置いた場合よりも効率よく高まり、 1 0 0 %に近づき、特にパラジウムの表面付近では、局所的に著しく高濃度になる。しかし、陰極が棒状や板状の場合は、陰極体内全体の重水素濃度を高めるのに、かなりの時間が必要であると同時に表面濃度と内部濃度が一致するのは難しい。

他の 1 つは予め高圧化された重水素を導入する方法であり、上記熱エネルギ発生方法において前記耐圧真空容器を重水素不透過性金属製とし、この耐圧真空容器内に加圧活性化した重水素を導入する方法である。

上記第 1 の実施方法を実施する装置として、重水素吸収性の大きな金属の粉末を、一部又は全部が重水素透過性金属製の耐圧真空容器に封入してこれを陰極とし、その外周に設けた他の金属材を陽極として、これらを電解質の重水溶液入れた容器内に設けると共に、上記耐圧真空容器を適正温度域に変動 · 保持する手段を備え、上記両極間への通電による電気分解により生じた重水素を金属超微粒粉末に吸収させて異常反応熱を発生させるように構成して成る熟エネルギ発生装置が用いられる。

この発明においては、重水素を十分吸収したパラジウム超微粒粉末が、重水素透過性の力プセル內に封入されており、それだけで反応が起こらない場合には、その状態で図 1 4の領域 Aから領域 Bに移される。一般に、カブセル内の空間の体積はパラジゥムの体積よりも桁違いに小さいため、この昇温によりこの局所空間に重水素が微粒子から瞬時に放出され、空間の圧力は瞬間に数万気圧以上に達することもあり、粒内外に重水素の激しい運動を伴なうため、粒内重水素濃度が極端に局在化し、核融合反応を誘起することになる。

また、領域 Aから領域 Bへ移る際に十分な核融合反応が起こらなかった場合は、これを領域 Bから領域 Aへ戻すと、空間内の重水素が超微粒粉末粒子内に飛込む際に、その界面で濃度が極度に局在化し、核融合反応を生ずる。このようにして、領域 Aと領域 B とにわたって濃度の昇降をくり返すことにより、十分な核融合反応が起こつてくる。

しかし、極最近の実験では、領域 Aから領域 Bへの移行が行われなくても、領域 A内の或る適当な温度のもとでも発熱反応が起こることを確認した。

一旦十分な核融合反応が発生したら、容器の周囲の熱媒体より熱交換により取出す熱エネルギーの量を調節することによって、容器を核融合反応に最適の温度に維持すれば継続的に発熱反応が起こり、取出した熱エネルギーは利用に廻すことができる。

ここで、仮にカプセル内のパラジウムの実際の体積を 1 cm³ とすると、これには大略 1 0²²偭のパラジゥム原子が存在するから、これに重水素を 1 0 0 %吸収させると、カプセル內の重水素原子数も大略 1 0²²個になる。このカプセルからヮット ' オーダーの熱を取出すためには、通常の重水素核融合反応では毎秒 1 0 ¹²個程度反応させれば足りるので、安全に县期間にわたって発熱を継続ざせることができる。

実用炉では、共通の熱媒体中に、多数の上述の容器を支持体に取付けたもの、或いは籠状容器内に多数の容器を収容したものなどを浸漬する。

重水素吸収性あるいは透過性が大きい金属としては、パラジウム、ニッケル、チタン、ジルコニウム、バナジウム、 L a N i ₅ 、 N a ₂ W0₂ 等が挙げられ、これらはまた多量の重水素を吸蔵させることができるとされている。超微粒粉末の粒径は 1ナノメータから少なくともミクロン以内の超微粒子が重要であって小さいほどよく、特にクラスター状態ゃァモルファス状態の超微粒粉末がよい。重水素透過性の金属としては、上記した重水素吸収性が大きい金属と同じものを用いることができる。

この熱エネルギ発生装置では、上述したように重水素を吸収させる金属超微粒粉末は重水素透過性の金属容器内に真空封入されており、従来の常温核融合装置と呼ばれている装置では重水素吸収性の金属としてはロッド状、線状、板状の単一構造であり、これに直接重水素を吸収するだけであるのに対して、上記構成のものはいわば Cathode が二重構造を有する点で大きな特徵を有する。

次に、この二重構造と単一構造の Cathode の機能の差異について述べる。一般に電気分解によって発生する水素あるいは重水素圧力およびこれら分子状態の中に置かれた P d内の原子濃度について次のように考えられている。

図 1 5の（a ) に示すように電気分解中水素あるいは重水素は大きな浸透圧 P H (P_D ) を受けて P d中に侵入し、相当する濃度 [H] ( [D] ) に達する。これはまた P dに対する原子比（％) として、記号 (= [H] /P d ) D * (= [D] /P d) で表現できる。この濃度を維持するガス圧 P_H2は

H* = a + b logP_H2 (1) で与えられる。 a、 bは温度依存定数である。従って、電気分解によって P dの内部圧は電界圧とほぼ同じ程度まで上昇するはずである（PH 〜P _H2、 P D 〜P _D2) 。（1) 式に従えば常温で

H* = 0. 8— P_HZ〜 5 0 [ a t m] -

(2)

= 0. 9→ 〜 5 0 0 0 [a t m] - 重水素では水素ほど正確ではないが、ほぼ同様と考えれば

D* = 0. 7→P_D2〜 1 0 0 [ a t m] -

(3)

= 0. 8→ 〜 3 0 0 0 [a t m] - 程度の大きなガス圧が発生することが予想できる。これは発明者らの最初の実験で経験した Cathode の爆発的な大きな変形にその事実を見ることが出来、これは 5 0 0 0気圧以上の内部圧の発生していることを示した。

そこで多くの研究者が従来の単一構造の Cathode で経験しているように、高電流密度を用いた县期の電解は電解液や Cathode 内外を汚染するので、発明者等は Cathode を 2重構造にして内部に別個の Cathode 材をセットした。これによって内部 Cathode を、各種の材質、サイズ、形状の選択、混合材の使用を可能にするなど数多くのよりよい条件のもとで、運転することが可能になった。これは 2重型構造の Cathode の本質的な特徴であって、これを D S— Cathode(Double struc. trure Cathode)と呼ぶ。

大きな単一構造の Cathode では、內部に行くほど濃度を高めるのが困難であり、そのため表面濃度を高める必要があり、電解電流密度が高くなること、さらに重水素の中心部への拡散には時間がかかり、县時間の電解時間を必要とする。そのため実験上大きな単一 Cathode では実用化できない。そのため現在の研究は全て極めて小さい Cathode を用いている。小さい Cathode では実用化が困難であるさらに、単一構造のブロックを重水素分子のガス中におくと、上記（1) 、 (2) 、 (3) 式のように極端に高圧状態にしないとブロックの中心を重水素の高濃度化することはできない。

これに対し、 D S— Cathode ではこれらの欠陥は全て解消されている。これは内部 Cathode として用いられる超微粒子の固有の特性に起因している。上記 D S—Cathode には、 P dの超微粒粉末を真空封入し、これに重水素を吸収させることによつて常温核融合反応を生じさせることができるのであるが、その際 P dの超微粒粉末に重水素を吸収させる方が従来のように P dロッドに直接重水素を吸収させる方法より核融合反応を生じさせる上ではるかに有利である理由は次の通りである。

図 1 6の（ a ) 、 ( ) に示すように、重水素吸収性又は透過性の高い P d金属の真空耐圧容器内に、 A、 B、 …… X、 Y、 Ζのような無数の P d超微粒粉末粒子が真空封入されている状態で、容器外部から内側へ H+ イオンが吸収透過されて侵入すると、各超微粒粉末粒子は互いに接触状態にあるから H+ イオンは（ a ) の場合は左から右へ（A→Z) 各粒子の表面を移行して瞬時に伝達され各粒子に対してほぼ均一に H+ イオンが付着分布する。このことは（b) のように左右の容器壁から中央の超微粒粉末粒子（A— Z— A) へ H+ イオンが伝達されると考えた場合も同様に瞬時に伝達される。この場合（b) 図は容器断面を示す。このようにして、 H+ イオンが各粒子間に転移され伝達さされることを一般にスピルオーバ（Spilover) あるいは表面移動（Surface migration)と呼ぶ。このスピルオーバにより各粒子表面にほぼ的一に分布付着した H+ イオンはその後各粒子内に通常の拡散あるいは "さし込み現象" （Intercalation) を通じて急速に吸収される。この場合、容器內には前述した理論式に従うまで D₂ のガス圧はゆつくりと昇圧する。 D S - Cathode ではこのような過程を経て極めて大きな異常反応熱が発生するのである。このような反応は、単一 P d口ッドでは発生させることができないものである。

図 1 7には各個々の超微粒子內に H+ イオンが侵入する状態を示している。（ a ) は図 1 6で説明したのと同じであり、超微粒子が同種の金属の場合を示している。（b) は、例えば P t超微粒粉末と異種元素又は化合物、例えば S i 0₂ 又は C a b o n B l a c kの超微粒粉末を用いた場合を示しており、この場合も H⁺ ィォンがそれぞれの超微粒子表面を転移することについては全く同じである。

かかる二重構造の Cathode を用いた異常反応熱による熱エネルギーの発生を数式を用いて説明すると次のようになる。図 1 5の（ b ) において、 Q_inは電気分解による入力、 Q_out は出力、 Q_L0SS は熱エネルギの発生部の固有の熱損失、 Q_{E X}は正味発生熱エネルギである。

Qout = QEX+ QLOSS k j ] (1)

ε = Qout - Qin 、 ε は過剰熱エネルギ

= (QEX- Q in) + QLOSS [ k j ] ……（2)

ε * = ε / Q_{i n} = ( Q_{E X} - Q in) / Q _{i n} + (QLOSS/Q J

= Q* + Q* LOSS ε * は過剰熱エネルギの発熱効率 ……（3) (3) 式より ε * > CT (·.' Q* LOSS≥ 0 )

但し、 Q* は実測可能な過剰熱の実効発熱効率であり、過剰発熱を示す最も重要なパラメータである。

従って、過剰熱エネルギ εは ≥ 0であれば必ず発生していることになる。上記理論は過剰熱エネルギの発生が常温核融合に基づいていることを前提とし、 Q* は実際に実験により既に測定されており、以上からこの異常反応熱が常温核融合に基づくものであることが推論される。

上記第 2の実施方法を実施する装置として、重水素吸収性の大きな金属の超微粒粉末を真空封入した重水素不透過性金属材の耐圧真空容器と、この耐圧真空容器内に重水素を高圧で導入する手段と、内部の金属超微粒粉末が重水素を十分吸収した状態で上記耐圧真空容器を適正温度域に変動 · 保持する手段とを備えて成る熱エネルギ発生装置を利用することもできる。この場合は重水素は予め他の加圧手段により所定の高圧に加圧して導入手段により耐圧真空容器内に導入される。あるいは、上記圧力容器を外部よりさらに高圧のガス圧で圧縮し超高圧状態にする。

上記の実用的な重水素不透過性金属としては、銅、ステンレス鋼などが挙げられ、特に容器の内面には顕著な不透過性を示す金などをメツキすることが望ましい。

上記装置に代えて、前記耐圧真空容器を重水素透過性金属製とし、この容器を重水素不透過性金属で囲み、両容器の間に前記高圧の重水素ガスを導入するように構成した熱エネルギ発生装置とすることもできる。

上記いずれの装置でも、重水素は予め加圧手段により高圧に圧縮された状態で導入され、電気分解で浸透圧により耐圧真空容器内に重水素が導入されるのと同様な作用を得ることができる。

図面の簡単な説明

図 1 は、第一実施例の熱エネルギ発生装置の縦断面図、図 2は上記装置の動作確認するための実験装置の横断面図、図 3は上記実験装置による実験 1の各部測定温度の時間的推移を示すグラフ、図 4は上記実験装置による実験 1の加熱効率の時間的推移を示すグラフ、図 5は上記実験装置による実験 2の加熱効率の時間的推移を示すグラフ、図 6は上記実験装置による実験 2の発熱効率 ε (実効発熱効率 ) の時間的推移を示すグラフ、図 7は上記実験装置による実験 2の入出力エネルギを対比するグラフ、図 8は化学反応の発熱特性のグラフを比較例とし示す図、図 9は第二実施例の熱エネルギ発生装置の縦断面図、図 1 0は第三実施例の熱ヱネルギ発生装置の縦断面図、図 1 1 は第三実施例の装置による入出力ェネルギ及び実効発熱効率 Q * を示すグラフ、図 1 2は第四実施例の熱エネルギ発生装置の縦断面図、図 1 3は第五実施例の熱エネルギ発生装置の縦断面図、図 1 4はパラジウムの重水素吸収の温度特性曲線、図 1 5 は D S— Ca thode の圧力上昇理論及び熱エネルギ発生理論の説明図、図 1 6 はスピルオーバ理論の説明図、図 1 7 はスピルオーバ理論のさらに詳細な説明図である。

発明を実施するための最良の形態

以下この発明をさらに詳細に説明するため添付図面を参照して説明する。図 1 は第一実施例の熱エネルギ発生装置の主要断面を示しており、 1 はパラジゥム製の耐圧真空容器で、内部にパラジウム超微粒粉末 2が充塡され、パラジゥム製の蓋 1 aが真空電子ビーム溶接されており、 Xは溶接部を示す。これらは、リ一ド線 3 aが取付けられて陰極 4を構成する。 5は液槽で、重水酸化リチウム L i 0 Dの重水溶液 6が満たされ、その中に前記陰極 4とこれを囲む H筒形の白金陽極 Ί とが浸漬されていて、 3 bは陽極リ一ド線を示す。

上記液槽 5は耐圧真空容器 1を適正温度に加熱保持する手段 8内に設置されている。 9は冷却水コイルであり、後で説明する異常反応熱として発生した熱エネルギを外部へ取り出すためのものである。

リード線 3 a と 3 bの間に電流を通じると、電気分解によつて生じた発生機の重水素 Dは、一部は容器 1 の壁内に積極的にもぐり込み、残部は互に結合して重水素ガス D ₂ の気泡となって陰極 4の表面に沿って淳上する。容器 1 の壁内の重水素原子 Dの含有量が高まると、重水素原子 Dは容器 1 の内壁を通じて超微粒子に急速に伝達されると同時に余分のものが内部空間に集まり内圧が次第に上昇する。最終的には、容器 1 の壁及び超微粒粉末 2内にはその温度での飽和状態にまで重水素が吸収され、容器 1 の表面における発生機の重水素の渗透圧と容器內圧とはほぼ平衡するに至る。

電気分解中、電解液 6 は抵抗発熱により特に陰極 4の表面近傍で昇温し、陰極 4の温度を上昇させる。また、重水素原子が容器壁内或いは超微粒粉末 2内に吸収される際は溶解熱も発生する。しかし、超微粒粉末 2內の重水素濃度が上記の昇温下で飽和状態に近づくと、重水素原子同士が核融合反応と思われる異常反応熱を生じ、上記抵抗発熱及び溶解熱をはるかに上回る発熱が継続的に発生する。上記発熱の原因を確かめるために次のような実験を行った。

実験 1

図 2に示すように、液槽を加熱保持手段 8 として設けた魔法瓶に収容し、陽極 7の周囲に冷却水管 9を廼らして、陰極 4 として外径 2 O mm、高さ 5 O mm. 内径 3 mm. 内腔の高さ 3 8關のパラジゥム容器内に粒径約 5 0 〃 mのパラジゥム超微粒粉末を充填したものを用いた。

陰極 4の內部温度 T c、陰極表面における電解液温度 T L、及び管 9に流入する冷却水の温度 T 0を 6時間ごとに記録しながら、陰極 4 と陽極 7 の間に電流を流し、液温 5 0〜 7 0 'Cで電気分解を行った。

電気分解開始後 7 0 ョ間は、陰極温度 T c と液温 T Lの閭に殆ど温度差が無かつたが、図 3に示すように 7 0 日経過後から陰極温度 T c と液温 T Lの間に差が現れ始め、その差 T c 一 T Lは時間の経過と共に増大し、最大 3 . 5 でに達した図 4 はこのときの陰極温度 T cを冷却水温 T 0から 1 'C上げるに必要な入力ェネルギー（電気分解の電力）を 6時間ごとに記録したものであり、陰極の昇温に要するエネルギーが急速に減少していることがわかる。

なお、図 3、図 4に示す A T、 T _c 、 T _L 、 T o 及びそのグラフの曲線については、次のようなことを意味している。

今仮に、パラジゥム容器内に常温内で常温核融合による異常反応熱が発生していないとする。このときは通常の電気分解により陰極 4の外側の重水溶液に熱ェネルギが与えられるから T c < T _L ( ε = 0 ) となる。

これは、陽極 7 と陰極 4の間に電流を流したとすると、陰極 4 自体は内部まで金属であるから電気的に良導体であり、反対に陽極 7 と陰極 4の間の空間は重水溶液のみであって上記良導体に比べると極めて大きな抵抗値を有するニクロム線があるのと同じであるから、その発熱エネルギにより陰極 4の表面で温度が高く、陰極 4内では温度は低くなるためである。

しかし、実際の測定では、上記のような温度の関係とは反対に Δ Τ = Τ c — Τ L は正の値を示している（ ε > 0 ) 。

このことは、通常の電気分解による発熱作用だけでなく、陰極 4内で異常発熱作用が生じている結果であると説明できる論拠となるものである。

実験 2

陰極 4 として、外径 2 0 mm. 高さ 5 0 mm. 内柽 1 4 、内腔の髙さ 3 8 mmのパラジウム容器内に粒径約 0 . 4 mのパラジゥム超微粒粉末を充璲したものを用い、実験 1 と同要領で実験を行った。

電気分解開始後、陰極温度 T cを冷却水温 T ₀から 1 'C上げるに必要な入力ェネルギ一は、図 5 に示すように直ちに減少し始め、約半月後に最低になった。その時の陰極 4内の発生エネルギーの入力エネルギーに対する実効発熱効率 Q * は、図 6に示すように約 1 0 0 %にも達していた。図 7 は約 1 ヶ月間の入力エネルギー Q _{i n}と出力エネルギー Q _{E X}の関係を示し、最終的には約 3 M Jの入力に対して約 6 M Jの出力があり、約 3 M Jの発熱があつたことを示している。

実験中、通電電流を 2 0分間遮断し、電気分解を停めてみたが、図 6に示すように通電再開後速やかに面復し、電気分解開始当初のような县ぃ伏培期間は存在しなかった。

比較例として図 8に化学反応の発熱特性を示すダラフを表わしている。このグラフは図 1 の D S - Ca thode による装置の発熱特性と比較するため作成したものであり、 D S— Ca thode に用いたパラジウムと同じ超微粒粉末（ 0 . 4 〃）を同じ形状のステンレス製の真空容器に詰め、重水素ガス（分子状 D ₂ ) を導入したところ化学反応熱が発生し、 1〜 2時間で反応が終了した。図中の T c は真空容器中心部の温度、 T s は真空容器の表面の温度である。発熱量は理論値とほぼ同じでほぼ 1 K Jであつた。これに対し、 D S - Ca thode では 1 0 0 0時間以上現在もなお続いておりこのときのエネルギは 1 0 0 M Jで約 1 0万倍に達している図 9に示す第二実施例では、容器 2 0 はステンレス鋼製の材料よりなる小径筒状の反応部 2 1 ' と、その一端に連なるパラジゥム製の加圧部 2 1 とよりなり、その境界部分で例えばセラミック製の絶縁板 2 5 Xに支持されている。容器 2 0 内には、両部分 2 1、 2 1 ' を通じて空洞 2 1 Xが形成され、その内部にパラジゥム超微粒粉末 2 2が収容され、かつ高真空に排気されている。

加圧部 2 1 の外面には、その表面積を増大させるためにパラジゥム溶射層 2 1 Pが設けられている。絶緣扳 2 5 Xは適当な材料で作られた周壁 2 5 Xと共に電解糟 2 5を構成し、その内部には例えば重水酸化リチウム L i 0 Dの重水溶液 2 6が充たされ、かつ適当な材料よりなる陽極 2 7が液中で容器加圧部 2 1を囲んで設けられている。

上述の装置において容器 2 0の加圧部 2 1を陰極として電気分解を行うと、陰極面に発生機の重水素を生じ、この発生機の重水素は互に結合して重水素ガス D ₂ になる一方で、積極的に加圧部 2 1 の体内にもぐり込む。加圧部体内の重水素濃度が高まると、その重水素は空洞内壁を通じて急速に粒子群に移動するとともに一部は表面よりガス化し、粒子間隙に充满し数千〜数万気圧に達する。電解液域から重水素は連続的に外部表面を通って内部に移動し粒子群の内部の飽和域まで達する。

そこで、反応部 2 1 ' に領域 Aと領域 Bとにまたがる温度サィクルを与えると、前記実施例と同様に発熱反応を起こし、発生した熱エネルギーは、反応部 2 1 ' の周囲の熱媒体及び電解液 2 6の双方から取出すことができる。

なお、この実施例でも電解槽 2 5 は図 1 の変動保持手段 9 と同様な手段の中に設置されているが、この実施例のほかに以下の全ての実施例で簡略化のため図示省略している。図 1 0 は第三実施例の熱ヱネルギ発生装置の縦断面図である。この実施例も基本的な原理は第一、第二実施例と同様であるが、図 9の実施例と反対に異常反応熱発生部であるパラジウム製の耐圧真空容器 3 1 が下方に設けられ、その上部に連続してステンレス鋼製の容器 3 1 ' が設けられている点が異なっている。容器 3 1 ' の上端は蓋 3 1 aで閉じられ、その内部にパラジウム超微粒粉末 3 2が真空密封され、上端にリード線 3 3 aが接続されており、下部の耐圧真空容器 3 1 と一体で陰極 3 4を構成している。これらは、ステンレス鏞製の液槽 3 5 内に設置され、その内部には重水酸化リチウム L i O Dの重水溶液 3 8が満たされ、陰極 3 4の外周に白金陽極 3 7が設けられている。 3 3 bは十端子である。

3 9 は冷却水コィルであり、冷却水入口 3 9 I Nから流入した冷却水を過剰熱エネルギを取り出す。この実施例では冷却水コイル 3 9 は、発生した熱エネルギを上部の容器 3 1 ' へ伝達しそのエネルギを平均的に取り出すため容器 3 1 ' の县さに応じてコィル卷数を調整自在とする例である。

この実施例の熱ェネルギの発生も、基本的には図 9 の第二実施例の場合と同様である。この実施例の装置による過剰熱ヱネルギの発生及び発生効率のグラフを図 1 1 に示す。図中入力 Q _{i n}、出力 Q . を W a t t の単位で表している。

なお、この実施例では陰極 4の外周には前記冷却水コイル 3 9 とは別の冷却水コイル 4 0が設けられている。 4 0 I nは冷却水入口、 4 0 ou t 冷却水出口である。これは、実際の異常反応熱が発生した場合に、その発熱温度は重水液中の容器 3 1 の外周より陰極 3 4の部分の方が高くなり、従ってこの陰極 3 4の县さを必要に応じて县くしてその外周に卷面した冷却水コィル 4 0により発熱エネルギを外部へ取り出す方式とすれば、発電装置等に利用する際の工業化に有利な構成が得られるからである。

図 1 2に示す第四実施例では、 4 1 はステンレス鋼製の容器で、内部に小径の空涧 4 1 Xを有し、空洞 4 1 Xの一端には室 4 1 aが形成され、それらの内面には金メツキが施されている。室 4 1 a には排気管 4 0 1及び給気管 4 0 2が接続され、かつ内面に螺条 4 0 3が刻まれており、螺条 4 0 3に気密に螺入された螺子 4 0 4から空洞 4 1 Xへ向って栓 4 0 5が伸びている。なお、使用している容器の寸法は、外径 1 0 mm、内径 2〜 5關、县さ 1 0 0随である。排気管 4 0 1 は、コック 4 0 6を経て真空ポンプ 4 0 7に連結され、袷気管 4 0 2 はコック 4 0 8及び圧入ポンブ 4 0 5を経てボンべ 4 1 0 に連結されており、ボンべ 4 1 0内には重水素ガスが収容されている。

上述の装置において、先ず空洞 4 1 X內に粒径 0 . 4 /u m前後のパラジゥム超微粒粉末 4 2を充填し、螺子 4 0 4を図示の状態まで螺入する。この状態では、栓 4 0 5 は空洞 4 1 X内へ挿入されておらず、排気管 4 0 1及び袷気管 4 0 2 は空洞 4 1 Xに連通している。

ここで、コック 4 0 6を開いて真空ポンプ 4 0 7を運転し、空洞 4 1 X内を真空に排気する。その際、容器 4 1及びパラジゥム超微粒粉末 4 2を数 1 0 0でに加熱して、吸蔵ガスを十分排出させるのが望ましい。

次に、コック 4 0 6を閉じると共にコック 4 0 8を開き、圧入ポンプ 4 0 9を運転して空洞 4 1 X内に重水素ガスを圧入する。その際、容器 4 0 1及びパラジゥム超微粒粉末 4 2 は、液体窒素などで冷却する。超微粒粉末が重水素ガスを吸収するに必要な時間保持した後、螺子 4 0 4を更に螺入して栓 4 0 5を空洞 4 1 Xの端部に圧入し、排気管 4 0 1及び袷気管 4 0 2を封止して切断する。

上記容器を適当な温度に昇温させ、あるいは領域 Aと領域 Bとにまたがる温度サイクルをくり返すと、超微粒粉末内で核融合反応がスタートし、発熱が始まるので、周囲の熱媒体より熱エネルギーを取出して、容器を適温に維持する。図 1 2に示した実施例では、容器 4 1 を如何に厳重に封止しても、县年月の間には内部の重水素が漏出して內圧が低下する可能性があるが、図 9 に示した実施例では、絶えず容器内に重水素が挿入されるため、内圧の低下を防ぐことができるため、図 9、図 1 2 の組合せ方式にすることもできる。

図 1 2に示す第五実施例では、図 1 における陰極 4 と同様に、パラジゥム製容器 5 1 内にパラジウム超微粒粉末 5 2を充填し、蓋 5 1 aを真空電子ビーム溶接により溶接して得たカプセル 5 4を耐圧真空容器 5 5内に収容し、管 5 9を経由してカプセル 5 4内に重水素ガス D _z を圧入したものである。 5 7 は管 5 6 に設けたコックである。なお、容器 5 1 は薄肉の耐圧性が低いものでよい。

重水素ガス D _z を圧入する際は、図 1 4に示されているように温度が低い程多量の重水素ガスを超微粒粉末 5 2に吸収させることができる。そして、十分な伏培期間の後に温度を常温乃至 1 0 0 'C近辺に上昇させることにより、発熱現象がしる。

産業上の利用可能性

以上の詳細な説明で明らかなように、この発明によるときは容易に効率良く重水素の異常熱反応を行わせることが可能になり、大規模な実用炉の設計も可能であり、発電装置に応用すれば画期的なエネルギ供給源として利用される。

Claims

m 求の範囲

1 . 耐圧真空容器内に重水素吸収性の大きな金属の超微粒粉末を封入し、この容器内に重水素を導入して高圧下で重水素ガスを上記金属粉末に吸収させ、かつ重水素を十分吸収した状態で耐圧真空容器を適正な温度に保持し、異常反応熱を発生させるようにした熱エネルギ発生方法。

2 . 前記適正な温度域は適正温度域外に変動させた後に保持するようにしたことを特徵とする請求項 1 に記載の熱エネルギ発生方法。

3 . 前記耐圧真空容器を重水素透過性金属製とし、この耐圧真空容器を陰極として電解質の重水溶液中で電気分解により発生した重水素を耐圧真空容器に透過させて重水素を容器内に導入することを特徴とする請求項 1又は 2 に記載の熱エネルギ発生方法。

4 . 前記耐圧真空容器を重水素不透過性金属材製とし、この耐圧真空容器内に予め加圧手段により加圧した高圧重水素を導入することを特徴とする請求項 1 又は 2に記載の熱エネルギ発生方法。

5 . 重水素吸収性の大きな金属の超微粒粉末を、一部又は全部が重水素透過性金属製の耐圧真空容器に真空封入してこれを陰極とし、その外周に設けた他の金属材を陽極として、これらを電解質の重水溶液を入れた容器内に設けると共に、上記耐圧真空容器を適正温度域に変動 · 保持する手段を備え、上記両電極間への通電による電気分解により生じた重水素を金属超微粒粉末に吸収させて異常反応熱を発生させるように構成して成る熱エネルギ発生装置。

6 . 重水素吸収性の大きな金属の超微粒粉末を封入した重水素不透過性金属の耐圧真空容器と、この耐圧真空容器内に重水素を高圧で導入する手段と、内部の金属超钕粒粉末が重水素を十分吸収した状態で上記耐圧真空容器を適正温度域に変動 · 保持する手段とを備えて成る熟エネルギ発生装置。

7 . 前記耐圧真空容器を重水素透過性金属製とし、この容器を重水素不透過性金属で囲み、両容器の間に前記高圧の重水素を導入するように構成して成る請求項 6に記載の熱エネルギ発生装置。