JP2014025743A

JP2014025743A - 核変換方法

Info

Publication number: JP2014025743A
Application number: JP2012164571A
Authority: JP
Inventors: Yasuo Ishikawa; 泰男石川
Original assignee: TI KK
Current assignee: TI KK
Priority date: 2012-07-25
Filing date: 2012-07-25
Publication date: 2014-02-06

Abstract

【課題】低温で安価に核変換を起こさせる。
【解決手段】ＳＵＳ３０４の円筒状の反応セル１内をマイナス一気圧程度に減圧し、その中にＮａＯＨ又はＫＯHからなる反応剤を収納してこの反応剤を好ましくは５００℃以上に加熱して溶融塩表面から親水性の高い微細粒子を飛散せしめ、この微細粒子をＳＵＳ３０４の内壁成分と反応せしめ、Ｎａ_３Ｆｅ_５Ｏ₉等の高酸素数酸化膜を生ぜしめ、この酸化膜から逐次発達させながら核反応を生ぜしめ、低温で安価に安全に核反応を生ぜしめる。
【選択図】図１

Description

本発明は、低温で水素を発生しつつ核変換を起こさせる核変換方法に関する。

アルカリ金属溶融塩をステンレスケーシング内に収納し、それを５００〜６００℃に加熱して前記溶融塩の液面から微細粒子群を反応空間内に飛散せしめ、この微細粒子に水蒸気を接触せしめて水素を発生しながら低温で核変換を起こす方法が特許文献１に開示されている。

ＰＣＴ／ＪＰ２０１１／６６４７２

しかしながら、特許文献１は、核反応による水素の発生について開示しているが、そのためのより詳細なメカニズムについて説明が不十分であるばかりでなく具体的なデータが不足している。

そこで、本発明の核変換方法は、ステンレス鋼からなる反応セル内に反応剤としてのアルカリ金属水酸化物を収納せしめ、前記反応セル内を空気中の酸素がない無酸素状態で且つ大気圧より低い減圧状態とし、前記反応セルを前記アルカリ金属水酸化物の融点より高い温度に加熱してその溶融塩から微細粒子を発生せしめて反応セル内壁にステンレス鋼の成分金属とアルカリ金属とを含む酸素数が５以上の高酸素数酸化膜を生ぜしめ、前記高酸素数酸化膜の生成過程において、核反応を生ぜしめるようにした。

また、前記反応セル内に水又は水蒸気を供給せしめて反応を活発化しつつ高酸素数酸化膜を次々と形成していくことが好ましい。

更にまた、前記アルカリ金属水酸化物はカセイソーダ（ＮａＯＨ）又は水酸化カリウム（ＫＯH)であり、前記反応セルの加熱温度は３００℃以上であることが好ましい。

更にまた、前記反応セルはＳＵＳ３０４からなり、前記反応剤を絶縁材料で形成した容器内に収納し、前記容器内に、ＳＵＳ３０４からなる金属元素供給体を入れ、前記反応セルの水又は水蒸気を受ける位置にニッケル（Ｎｉ）、パラジウム（Ｐｄ）及び白金（Ｐｔ）のうち、少なくとも一種類の触媒金属材を設けることが好ましい。

更にまた、前記反応セル内の温度を、水供給管により瞬時に大量の水を供給することにより低下せしめることが好ましい。

更にまた、前記反応セル内の圧力を水素管のバルブを開くことにより急激に変化させることが好ましい。

ステンレス製の反応セル、反応剤としてのＮａＯＨ又はＫＯＨ、減圧反応剤の融点以上の加熱という条件で安価で且つ低温で核反応を起こすことが出来、低温で安全なエネルギー発生手段として種々の分野の応用が可能となる。

また、水又は水蒸気を反応セル内に供給すると反応が活発になり、大量の水素が採集できる。

また、反応セルをＳＵＳ３０４で形成し、ニッケル族の金属触媒を入れ、反応空間内の温度を急激に変化させたり、反応セルの水素管の弁を開いて圧力を変化させると、反応が活発になり化学反応における水素発生理論値の数倍の水素を発生させることができる。

本発明の核変換方法の実施システム図である。横型反応セルの縦断面図である。図２のII−II断面図である。図２のIII−III断面図である。反応セルの内壁状態図である。縦型反応セルの概略構成図である。横型反応セルの他の実施例説明図である。図６の縦型反応セルの水素発生量を示すグラフである。図７の横型セルの水素発生状態を示すグラフである。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。

図１において、本発明の低温で核変換を起こす核変換方法の実施システムＳは、横型反応セル１を有し、この反応セル１の片側上面には、反応セル内に水又は水蒸気を供給するためのタンクＴに連なる水管２が設けられ、この水管２には調節弁３を備え、この調節弁３の開度を調節することにより反応セル１内に供給する水又は水蒸気の流量が調節される。なお、水管２で水蒸気を送る場合には、温度低下を防ぐためにその周りに断熱材が巻かれる。前記反応セル１の他側上面には、反応セル１で発生した水素を排出するための水素管４が接続され、この水素管４には開閉弁５と圧力計６が備えられている。前記水素管４の先端は、反応セル１内で未反応のため、そのまま水素とともに排出される水蒸気をトラップするコールドトラップＣ・Ｔの冷却室６に臨まされ、この冷却室６は冷媒熱交換器７によって冷却され、ここで水蒸気と分離された水素は真空引き管８を通って、真空ポンプ９に吸引され、その後、流量計１０を通って例えば水素タンク（図示なし）に送られる。

前記反応セル１は、図２に示すように、円筒状のケーシング２０を備え、このケーシング２０の両端上面に前記水管２及び水素管４がそれぞれ接続されている。前記ケーシング２０内の水管２側には、水を受けるための水室２１が形成され、この水室２１内で送られた水が水蒸気となる（水蒸気を直接反応セル１内に送る場合には、水室２１は特に必要はない。）。

前記ケーシング２０内の大部分には、反応剤受け２２がスライド自在に収納され、この反応剤受け２２は、図３に示すようにその上部が開口して樋形状をなしている。前記反応剤受け２２には、反応剤Ｒが収納され、この反応剤Ｒとしはアルカリ金属酸化物が使用され、具体的には水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）、あるいは水酸化カリウム（ＫＯＨ）が使用される
前記反応剤受け２２の前端の端板２２ａと後端の端板２２ｂ間（図１、図４）に左右２本のヒータパイプ２３、２３が支持され、このヒータパイプ２３内に電気式の棒ヒータ２４がスライド自在に収納されている。前記ヒータパイプ２３の後端部分は、水室２１の壁面を貫いてケーシング２０の後端外方に突出している。前記ヒータ２４により、反応剤Ｒはその溶融点（３００℃以上）以上に加熱され、特に５００〜６００℃に加熱するのが好ましい。このような温度に加熱されると反応剤Ｒは溶融塩を形成し、その表面からは微細粒子Ｐが反応空間Ｒ・Ｓに飛散し、ここに水蒸気が流れてくると、前記微細粒子Ｐは強い親水性なので水蒸気の水粒子を完全に捕捉し、ステンレス鋼の金属元素雰囲気（Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒ）内で特異反応が減圧下で生じる。

前記反応セル１内は真空ポンプＶ・Ｐにより、水又は水蒸気を供給していないときには、−０．０５Ｍｐａ（マイナス０．５気圧）から−０．１Ｍｐａ（マイナス一気圧）に減圧され、特にマイナス一気圧及びその近傍に減圧されるのが好ましい。

・実験例１
前記反応セル１を反応剤受け２２及びヒータパイプ２３をＳＵＳ３０４（１８Ｃｒ−８Ｎｉ−７４Ｆｅ）で形成し、長さ７０ｃｍ直径１１ｃｍとし、反応剤としてＮａＯＨ２５モルを反応剤受け２２に入れ、棒ヒータ２４の設定温度を６５０℃とし、反応空間Ｒ・Ｓの温度を５１０℃とし、反応セル１内の圧力を-０．１Ｍｐａ（マイナス一気圧）とし、水又は水蒸気を一切入れることなく、単に反応空間Ｒ・Ｓの温度を５１０℃に保持したところ、水素流量計１０は、以下の水素を計量した。なお、反応セル内の温度は４日目で４０℃以上上昇した。なお、流量計１０を流出した気体を質量分析器で計測したところ、９９％以上の純度の水素であった。その流量は以下の通りであった。

水量流量積算値
１日目（２４時間）５４ｌ
２日目（２４時間）７２ｌ１２６ｌ
３日目（２４時間）８４ｌ２１０ｌ
４日目（２４時間）８６ｌ２９６ｌ
５日目（２４時間）７２ｌ３６８ｌ
６日目（２４時間）６０ｌ４２８ｌ
以後、発生量は著しく減少したが、継続して水素が発生した。

ＮａＯＨ２５モルに含まれる水素の量は、２７℃で約３０８ｌであり、その理論値を超えて、水素が発生した。前記理論値を超えるということは、反応セル１の内壁及びその内部に存在する元素は（酸素ガスは一切流量計１０を通っていないのを確認）、ステンレス鋼の成分、鉄（Ｆｅ）、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）と反応剤のＮａＯＨの中のナトリウム（Ｎａ）と酸素（Ｏ）のみであり、これら元素Ｆｅ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｎａ、Ｏの中から水素が発生していることとなる。

過去、同じような条件の短期間の実験結果によれば、反応剤受け２２及びケーシング２０の内壁には、酸素数が多い鉄酸ナトリウム（Ｎａ_３Ｆｅ_５Ｏ_９）、クロム酸ナトリウム（Ｎａ_３Ｃｒ_５Ｏ_９）の酸化膜Ｏ・Ｆが検出され、これら酸化膜Ｏ・Ｆは導電性（半導体）でしかも硬く、磁性があり、これら酸化膜が核反応に寄与していると思料される。なお、これら酸化膜は図５に示すように、一定厚になると、ケーシング２０及び反応剤受け２２の内壁２０ａ、２２ｃから剥離し、第一皮膜ｌ₁の内側に更に第２皮膜ｌ_２が発達してくる。この膜は複数枚形成される。

一方、反応セル１内に空気を入れて実験したところ、その内壁には、ＦｅＯ、Ｆｅ_２Ｏ_３、Ｆｅ_３Ｏ_４、Ｃｒ_２Ｏ_３が検出され、酸素数が５以上の皮膜は検出されておらず、空気中の酸素は単なる酸化物を作り、非導電性で硬度も低く磁性もなかった。これらの酸化被膜が生成されると短時間で反応は停止し、水素の発生は停止した。

なお、水又は水蒸気なしで水素を発生し続けた反応セル１に水を注入したところ、大量の水素が発生し、出願時現在も反応が継続している。すなわち、水又は水蒸気は反応を活発化する作用を果たす。

これらの事実から、空気中の酸素なしの状態で減圧下で反応剤を反応セル１内で加熱すると、ＮａＯＨの水素は分断されて排出され、ＮａとＯは分離されてステンレスの成分と酸素を含んだ酸化物としての合金（硬度の高さと、８００℃以上でも溶融しないことから金属を作っているものと思われる）を作り、この合金は、５００℃以上に加熱するのみで水素を発生する。現在までのところ、ケーシング２０の内壁にはニッケル酸化物は検出されておらず、Ｎｉは前記合金を作る際の触媒の役割を果たすものと思われ、また、Ｎａ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｏのいずれかが核分裂して水素を出すときの核触媒をなすものと思われる。

なお、水素のない状態から水素が発生し、反応セルの内壁からは、加熱前に存在し得ない元素（Ａｌ、Ｃｕ、Ｚｎ等）が検出されていること、時として質量分析器によるデータによれば、質量１５〜１７（炭化水素と思われる）の元素の存在が確認されていること、窒素がガス中に若干検出されてること等の事実から推測すると、水又は水蒸気を注入しない場合には、ＮａＯＨの微粒子は電離するとともに、Ｏ−Ｈボンドも切断し、Ｎａ^＋、Ｏ⁻、Ｈ^＋の各元素に電離したプラズマ状態となっており、これら元素がステンレス成分のＦｅ、Ｃｒと結合してＮａ_３Ｃｒ_５Ｏ_９、Ｎａ_３Ｃｒ_５Ｏ_９のような合金を作り（Ｎｉは触媒）、このとき不要な水素を外部に排出する。そして、前記合金が生成されながら、この合金の中の特に酸素原子の一部が崩壊し、陽子（水素）と窒素（Ｎ）に分裂するか、２つの陽子（水素分子）と炭素（Ｃ）に分裂し、この炭素は発生している水素原子と結合して炭化水素を作る。このときの核分裂は吸熱反応であるが、一方では、分裂した陽子の作用により、核融合が起こり、核分裂と核融合の熱がバランスし若干の発熱反応となっているものと思料される。

・実験例２
図５に示すように、図１の反応セル１の代わりに直径８９ｍｍ、高さ３０ｍｍのＳＵＳステンレス鋼の反応セル３０を準備し、この反応セル３０の下部をマントルヒータ３１でその底部（地点Ｐ₁）が５００℃前後に、中間部（反応空間）（地点Ｐ_２）が３００℃程度になるように加熱した。前記反応セル３０の底部には触媒としてのニッケル板３２を絶縁体３３で保持し、このニッケル板３２上にアルミのるつぼ３４を載置し、このるつぼ３４の中に反応剤としてのＮａＯＨ１モル、金属元素供給体としてのＳＵＳ３０４からなるフィン３５を７ｇ収納した。なお、この場合の反応空間Ｒ・Ｓはセルの中間部にあり、それに対応するセル内壁には、前記酸素数が５以上の酸化膜３７が形成されていることが判明した。水管３６は反応セル３０の底部まで伸び、発生した水素は水素管３７を経てコールドトラップＣ・Ｔまで伸びている。

この状態で、水を５ｃｃ程度供給したところ、図８に示すように、急に水蒸気圧力が３気圧以上となるとともに、水素が約２００秒程度の間に２８ｌも発生し、水５ｃｃに含まれる水素量は６．２２ｌ程度であり、水に含まれる水量の４．５倍の水素が発生した。

・実験例３
ＳＵＳ３０４性の反応セルのケーシング４０内にニッケル板４１を絶縁体４２を介して設置し、このニッケル板４１上にＳＵＳ３０４性の反応剤受け４３を載置し、この反応剤受け４３内にＮａＯＨ２モル、ＳＵＳ３０４製フィン４４を入れた。そして、ケーシング４０の右半分をマントルヒータ４５で加熱し、ケーシング４０内の右端部の地点Ｐ_３の温度を５００℃、反応剤受け４３の左側地点Ｐ_４の温度が３５０℃程度となるようにした。水管４６は、前記地点Ｐ_３近くまで伸ばして供給水がニッケル板４１に当たるようにし、ケーシング４０の左端壁には水素管４７が接続され、水素管４７には、開閉弁４８が設けられるとともに圧力計４９が設けられている。なお、反応空間Ｒ・Ｓに冷水管５０を設け、反応空間を急に冷やして刺激を与えるとともに、水管４６で短時間で大量の水を供給すると特異反応が起き易い。初期圧力は−０．１Ｍｐａで水６．５ｃｃ供給すると、水蒸気圧力は−０．０３６Ｍｐａまで上昇し、この状態で開閉弁４８を開けると圧力変動のため、図９に示すように、水素が大量に発生し（４３６９ｃｃ）、発生し終わると開閉弁４８を閉じ、この状態で水を注入しなくとも圧力が−０．０３６Ｍｐａ迄上昇し、このとき同じように、開閉弁４８を開けたら、今度は６６ｃｃの水素が発生した。開閉弁４８を閉じて水を注入することとなく４０秒経過したら再び圧力が−０．０３６Ｍｐａまで上昇したので開閉弁４８を開けたら７０５ｃｃの水素が発生した。すなわち、０．５ｃｃの水で総計５１４０ｃｃの水量が発生したことになり、明らかに水以外の他の元素から水素が発生していると考えざるを得ない。なお、反応空間Ｒ・Ｓに対応するケーシング４０の内壁には高酸素数酸化膜５１が形成されていた。

低温で安価に核変換を起こさせることができるので、水素エネルギーのみならず、熱エネルギー分野にも応用できる。

１…反応セル
２…水管
４…水素管
９…バキュームポンプ
１０…流量計
２０…ケーシング
２３…ヒータパイプ
２４…電気式棒ヒータ

Claims

ステンレス鋼からなる反応セル内に反応剤としてのアルカリ金属水酸化物を収納せしめ、前記反応セル内を空気中の酸素がない無酸素状態で且つ大気圧より低い減圧状態とし、前記反応セルを前記アルカリ金属水酸化物の融点より高い温度に加熱してその溶融塩から微細粒子を発生せしめて反応セル内壁にステンレス鋼の成分金属とアルカリ金属とを含む酸素数が５以上の高酸素数酸化膜を生ぜしめ、前記高酸素数酸化膜の生成過程において、核反応を生ぜしめる核変換方法。
前記反応セル内に水又は水蒸気を供給せしめて反応を活発化しつつ高酸素数酸化膜を次々と形成していく請求項１記載の核変換方法。
前記アルカリ金属水酸化物はカセイソーダ（ＮａＯＨ）又は水酸化カリウム（ＫＯH)であり、前記反応セルの加熱温度は３００℃以上である請求項１又は２記載の核反応方法。
前記反応セルはＳＵＳ３０４からなり、前記反応剤を絶縁材料で形成した容器内に収納し、前記容器内に、ＳＵＳ３０４からなる金属元素供給体を入れ、前記反応セルの水又は水蒸気を受ける位置にニッケル（Ｎｉ）、パラジウム（Ｐｄ）及び白金（Ｐｔ）のうち、少なくとも一種類の触媒金属材を設けた請求項２又は３に記載の核変換方法。
前記反応セル内の温度を、水供給管により瞬時に大量の水を供給することにより低下せしめる請求項１乃至４のいずれかに記載の核変換方法。
前記反応セル内の圧力を水素管のバルブを開くことにより急激に変化させた請求項１乃至５のいずれかに記載の核変換方法。