JP2015057937A

JP2015057937A - ナトリウム発電

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Publication number: JP2015057937A
Application number: JP2014166964A
Authority: JP
Inventors: 鈴木　俊樹; Toshiki Suzuki; 俊樹鈴木
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-08-16
Filing date: 2014-07-10
Publication date: 2015-03-26
Anticipated expiration: 2034-07-10
Also published as: JP5733653B2

Abstract

【目的】本発明は、ナトリウムと水の反応を利用して発電する方法及びその装置を提供する。
【構成】過酸化ナトリウム（Ｎａ_２Ｏ_２）とナトリウム（Ｎａ）との混合物であるナトリウム粉体を水に散布し、
２Ｎａ＋２Ｈ_２Ｏ→２ＮａＯＨ＋Ｈ_２
２Ｎａ_２Ｏ_２＋２Ｈ_２Ｏ→４ＮａＯＨ＋Ｏ_２
２Ｈ_２＋Ｏ_２→２Ｈ_２Ｏ
の反応により水蒸気（Ｈ_２Ｏ）を得、これにより発電機で発電する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ナトリウムが水と接触すると激しく反応し発熱することを利用する、二酸化炭素を発生しない発電方法およびその発電装置、更には反応後の生成物である水酸化ナトリウム（以下ＮａＯＨと記す）を太陽電池を電源として、ゼロ・エミッションでナトリウム（以下Ｎａと記す）の固形物を折出し再利用する方法に関する。

クリーンなエネルギー源として、風力発電、太陽光発電等があるが、いずれも発電する電力量の時間変動が大きく、また、発電量対設置面積が余り大きくなく、火力発電並みの安定した大電力量を得ることが困難であるという欠点が有った。

本発明は、発電する電力量の時間変動を小さくし、発電量対設置面積の値を従来の火力発電所並みに大きくなるように改善し、しかもクリーンな（燃料のＮａが閉じた系のゼロ・エミッションのループを形成する）エネルギー源を提供することを目的としている。

発明を解決するための手段

容器内に水を満たし、そこへ純粋なＮａ粉体を加えると、Ｎａは水と激しく反応し、発熱し、該水の一部は蒸発し、その水蒸気により発電機のタービンを回し発電することによる。

発明の効果

発電する電力量の時間変動がない。
発電量対設置面積の値を火力発電所並みに大きくできる。
二酸化炭素（以下ＣＯ_２と記す）、窒素酸化物（以下ＮＯＸと記す）等の廃棄物を排出しない。
Ｎａは、太陽電池と組み合わせることにより、再利用可能である。

純粋なＮａの固体物を粉体状にし、容器に溜められた水に容器上部に設置されたナトリウム散布口から散布し、この純粋なＮａの固体物を粉体状にしたＮａ粉体と水の激しい発熱反応により発生する水蒸気により発電機で発電する。尚、Ｎａの固体物の替わりに液体Ｎａでも良い。

該ナトリウム粉体の粒子を充分小さくすることにより、又、液体Ｎａは霧状にすることにより、激しい反応を小規模、連続的であるように制御する。

本発明の好ましい実施例を述べる。

請求項１において、ナトリウム粉体（１２）又は液体状のナトリウム粉体（１２）（固体のナトリウム粉体（１２）が高温により液化した場合のナトリウム散布口（４）内に存する液体ナトリウムを噴霧口（４０）から噴霧したものを含む。）は、純粋なナトリウム（Ｎａ）であり、該ナトリウム粉体（１２）又は液体状のナトリウム粉体（１２）を水に散布すると、
２Ｎａ＋２Ｈ_２Ｏ→２ＮａＯＨ＋Ｈ_２…（ａ）
の反応が越きる。このとき、Ｈ_２（水素ガス）は大気中又は発生させた酸素（Ｏ_２）と反応し燃焼する。即ち、
２Ｈ_２＋Ｏ_２→２Ｈ_２Ｏ…………………（ｂ）
（ｂ）式の反応による水蒸気（３）を図１の発電機（７）に誘導し、発電し電力を得る。

請求項２について、常温でナトリウ粉体（１２）群が過酸化ナトリウム（Ｎａ_２Ｏ_２）の粉体群又は超酸化ナトリウム（ＮａＯ_２）の粉体群との混合物であるからこのＮａ_２Ｏ_２とＮａＯ_２とＮａとが水（２）と反応すると、
２Ｎａ_２Ｏ_２＋２Ｈ_２Ｏ→４ＮａＯＨ＋Ｏ_２………（ｃ）
４ＮａＯ_２＋２Ｈ_２Ｏ→４ＮａＯＨ＋３Ｏ_２………（ｃ′）
２Ｎａ＋２Ｈ_２Ｏ→２ＮａＯＨ＋Ｈ_２ ……………（ｄ）
なる反応が越きる。このとき、（ｃ），（ｃ′）式のＯ_２と（ｄ）式のＨ_２が反応し（燃焼である。）、
２Ｈ_２＋Ｏ_２ → ２Ｈ_２Ｏ …………………（ｅ）
となる。該水蒸気（３）（Ｈ_２Ｏ）を図１の発電機（７）に誘導し発電し電力を得る。この場合は、非大気依存式の発電方法となる。尚、Ｎａ粉体群、Ｎａ_２Ｏ_２粉体群又はＮａＯ_２粉体群は液体でも良く、固体・液体共に噴霧口（４０）から散布される。

請求項３について述べる。
図１のように容器（１）内には水（２）が溜められており、この水（２）の上方のナトリウム散布口（４）よりナトリウム粉体（１２）又は液体状のナトリウム粉体（１２）が水（２）に向けて散布されている。該ナトリウム散布口（４）には伸縮する管（１３）が接続されており、該伸縮する管（１３）には伸縮する襞（３３）の部位があり、この伸縮する襞（３３）の中間部位にある固定点（３２）でモータ（１８）よりのテコ（２０）が固定されている。このテコ（２０）は回転板（１９）に取付けられており、モータ（１８）の回転運動を伸縮方向（１５）の方向の伸縮運動に変換している。更に伸縮する管（１３）には一以上の高圧アルゴン・ガス・タンク（２９）（カートリッジ式のもの）が接続されている。この高圧アルゴン・ガス・タンク（２９）内のＡｒガス（Ｈｅ，Ｎｅ，Ｎ_２，ＣＯ_２などの不活性ガスを含む。）が伸縮する管（１３）内及びナトリウム散布口（４）内に充満し、酸素を含む外気及び水蒸気（３）の該ナトリウム散布口（４）内への侵入を遮断し、ナトリウムの燃焼、ナトリウムと水蒸気との反応を防止している。（ナトリウム・タンク内もＡｒガスで満たす）。更に、ナトリウム散布口（４）の外周面に設けられたナトリウム粉体放出口（２１）先端には、図４に示す通常「閉」の開閉する蓋（３０）が、バネ（３９）を介して取り付けられており、ゴム製の蓋部材（３８）で密閉されている。尚、開閉する蓋（３０）の板部材（３７）は断熱のためセラミック製としても良い。
（更にナトリウム散布口（４）も同様の理由でセラミック製としても良い）。

以上の構成において、ナトリウム粉体（１２）又は液体状のナトリウム粉体（１２）と水（２）が反応し、（（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｃ′）式）、発生した水蒸気（３）は水蒸気誘導管（１０）を通って誘導され、発電機（７）に至って発電する。
その水蒸気（３）は復水器（８）で冷却され、水（２）に戻り、循環モータ（９）により強制的に水誘導管（１１）を通り、容器（１）に戻される。（水誘導管（１１）を大気開放とし失われた水（２）を水道の蛇口から補給しても良い）。

請求項４について述べる。
図３において、多段に接続された太陽電池（２３）により高電圧を得、この高電圧を電極の陽極（２４）と陰極（２５）に印加する。
ガラス容器（２６）内には請求項１及び請求項２記載のナトリウムと水の反応による発電法並びに請求項３記載のナトリウムと水の反応による発電装置で生成された水酸化ナトリウム水容液（ＮａＯＨ＋Ｈ_２Ｏ）の水分を蒸発させた水酸化ナトリウの原液（２７）が溜められている。
以上の構成に於いて、多段に接続された太陽電池（２３）の出力が充分大きければナトリウム・イオン（Ｎａ^＋）は陰極に集まる。
このとき、Ｎａ^＋よりイオン化傾向の大きなカリウム（Ｋ）やカルシウム（Ｃａ）を添加すると、カリウム・イオン（Ｋ^＋）やカルシウム・イオン（Ｃａ^２＋）が水酸化ナトリウムの原液（２７）に溶け、Ｎａの固形物（２８）が陰極に析出する。この析出したＮａの固形物（２８）に超音波を照射するなどして該Ｎａの固形物（２８）を粉体状にし、再利用する。
尚、前記水酸化ナトリウム原液（２７）とは、水酸化ナトリウム水溶液の水分を蒸発させた後、ＮａＯＨの固体塊を得、真空中で加熱し、融解させて得た液体状のＮａＯＨのことをも含むものとする。
また、太陽電池の替わりに、風力、水力等により発電された電力、或は余剰電力を利用しても良い。

請求項５及び請求項６について述べる。
図２において、ナトリウム散布口（４）の外周面とはナトリウム粉体放出口（２１）が複数設けられており、このナトリウム粉体放出口（２１）の先端部には通常「閉」の開閉する蓋（３０）が取付けられている。
また、ナトリウム散布口（４）は伸縮する管（１３）に接続されている。
この伸縮する管（１３）のＮａタンク側（図示せず）の伸縮する襞（３３）の中間部位の固定点（３２）付近には開閉弁（１４）が設置されている。
この伸縮する襞（３３）の中間部位の固定点（３２）にはテコ（２０）が固定されており、回転板（１９）を介してモータ（１８）の回転運動が伸縮方向（１５）の伸縮運動に変換されている。
この伸縮する襞（３３）は耐熱性、耐久性、耐アルカリ性、密閉性等が要求され、これを満たす材質（例えばテフロン製）を用いる。
伸縮する襞（３３）よりＮａタンク側の伸縮する管（１３）には複数箇所に高圧アルゴン・ガス・タンク（２９）が接続されている。この高圧アルゴン・ガス・タンク（２９）内の圧力は、１．２〜数気圧とし、液体状のナトリウム粉体（１２）の沸点を上げ、該液体状のナトリウム粉体（１２）が気化するのを防いでいる。
尚、伸縮する管（１３）は、伸縮する襞（３３）の部分以外は伸縮せず、固定脚（３１）で固定されている。
また、ナトリウム粉体放出口（２１）には、図４に示す通り、先端に板部材（３７）とゴム製の蓋部材（３３）から成る開閉する蓋（３０）が取り付けられており、該開閉する蓋（３０）はバネ（３９）により通常「閉」でナトリウム散布口（４）内を密閉しており、ナトリウム粉体放出口（２１）の出口の圧力が充分高くなったとき、押し開き、先端が噴霧口の形状をした出口噴霧口（４０）から、固体のナトリウム粉体（１２）は縦一列に、また、液体状のナトリウム粉体（１２）は霧状に水（２）に向け放出される。

以上の構成において、請求項５について述べる。
請求項３記載のナトリウムと水の反応による発電装置の始動時、容器（１）内に在るナトリウム散布口（４）内の温度は常温であり、ナトリウム粉体（１２）は固体である。この固体のナトリウム粉体（１２）がナトリウム粉体放出口（２１）の先端部位の噴霧口（４０）の出口（径が０．５〜２ｍｍ程度の大きさ）から縦一列状になって水（２）に向かって散布される。この時、ナトリウム粉体放出口（２１）内の圧力は充分高くなっており、開閉する蓋（３０）は押し開かれている。同時にＡｒガスも微量、放出される。
ナトリウムと水の反応が継続し、ナトリウム散布口（４）内の温度が上昇し、ナトリウムの融点を越えると、ナトリウム粉体（１２）は液体状となり液体ナトリウムとなる。
この状態でナトリウム散布口（４）内の圧力が充分高くなると、ナトリウム粉体放出口（２１）の先端部位の噴霧口（４０）の出口から液体状のナトリウム粉体（１２）（液体ナトリウムのこと。以下同じ。）が霧状になって放出され、ナトリウム粉体放出口（２１）内の圧力は充分高くなるので、開閉する蓋を押し開き、液体状のナトリウム粉体（１２）が水（２）に向け散布される。
そして、（ａ）式の反応により水蒸気（３）を発生し、発電機（７）で発電する。従って、ナトリウム散布口（４）内、伸縮する管（１３）内及びナトリウム・タンク内のナトリウムは液体ナトリウムでも良く各部材の動作は固体のナトリウム粉体（１２）の時と同一である。

請求項６について述べる。
伸縮する管（１３）に設置された伸縮する襞（３３）が図２に向って左へ縮むと、テコの左側の空間（２２）は圧縮され、圧力が上がり、テコの右側の空間（２２′）は膨張し、圧力が下がるので、開閉弁（１４）は閉じ、伸縮する管（１３）内のナトリウム粉体（１２）又は液体状のナトリウム粉体（１２）をナトリウム散布口（４）内へ吹き出す。ナトリウム散布口（４）内の圧が上がるので、同時にナトリウム粉体放出口（２１）の先端の開閉する蓋（３０）を押し開き、ナトリウム粉体放出口（２１）からナトリウム粉体（１２）又は霧状の液体状のナトリウム粉体（１２）を水（２）に向けて放出し、（ａ）式の反応により水蒸気（３）を発生し、発電機（７）で発電する。

また、前記伸縮する襞（３３）が図２に向かって右へ伸びると、テコの左側の空間（２２）は膨張し、圧が下がり、テコの右側の空間（２２′）は圧縮され圧が上がり、開閉弁（１４）が開き、テコの右側の空間（２２′）のナトリウム粉体（１２）又は液体状のナトリウム粉体（１２）の一部を、テコの左側の空間に吸い込む。この時、ナトリウム散布口（４）内の圧も下がり、開閉する蓋（３０）はバネ（３９）の力も加わって閉じている。

図１は本発明のナトリウムと水の反応による発電装置の概念図である。
図２は本発明のナトリウムと水の反応による発電装置のナトリウム粉体散布口及びそれに接続する伸縮する管の部位拡大側面図である。
図３は本発明の水酸化ナトリウムの再利用のためのナトリウム粉体の固形物を析出する水酸化ナトリウム水溶液の電気分解炉の概念図である。
図４は本発明のナトリウム散布口の外周面に設置されたナトリウム粉体放出口の一を拡大した横断面図である。

符号の簡単な説明

▲１▼は容器である。
▲２▼は水である。
▲３▼は水蒸気である。
▲４▼はナトリウム散布口である。
▲５▼は振動モータである。
▲６▼は安全弁である。
▲７▼は発電機である。
▲８▼は復水器である。
▲９▼は循環モータである。
▲１０▼は水蒸気誘導管である。
▲１１▼は水誘導管である。
▲１２▼はナトリウム粉体である。
▲１３▼は伸縮する管である。
▲１４▼は開閉弁である。

▲１５▼は伸縮方向である。
▲１６▼は開口部である。
▲１８▼はモータである。
▲１９▼は回転板である。
▲２０▼はテコである。
▲２１▼はナトリウム粉体放出口である。
▲２２▼はテコの左側の空間である。
▲２２▼′はテコの右側の空間である。
▲２３▼は太陽電池である。
▲２４▼は陽極である。
▲２５▼は陰極である。
▲２６▼はガラス容器である。
▲２７▼は水酸化ナトリウム原液である。
▲２８▼はナトリウムの固形物である。
▲２９▼は高圧アルゴン・ガス・タンクである。
▲３０▼は開閉する蓋である。
▲３１▼は固定脚である。
▲３２▼は固定点である。
▲３３▼は伸縮する襞である。
▲３４▼はメッシュ状管部である。

▲Ｋ^＋▼はカリウム・イオンである
▲Ｋ▼はカリウムである。
▲Ｃａ^２＋▼はカルシウム・イオンである。
▲Ｃａ▼はカルシウムである。
▲Ｎａ^＋▼はナトリウム・イオンである
▲Ａｒ▼はアルゴン・ガスである。
▲３７▼は板部材である。
▲３８▼はゴム製の蓋部材である。
▲３９▼はバネである。
▲４０▼は噴霧口である。

請求項１において、ナトリウム粉体（１２）又は液体状のナトリウム粉体（１２）（固体のナトリウム粉体（１２）が高温により液化した場合のナトリウム散布口（４）内に存する液体ナトリウムを噴霧口（４０）から噴霧したもの）は、純粋なナトリウム（Ｎａ）であり、該ナトリウム粉体（１２）又は液体状のナトリウム粉体（１２）を水に散布すると、

の反応が起きる。このとき、Ｈ２（水素ガス）は大気中又は発生させた酸素（Ｏ２）と反応し燃焼する。即ち、

（ｂ）式の反応による水蒸気（３）を図１の発電機（７）に誘導し、発電し電力を得る。

Claims

ナトリウム粉体（１２）又は液体状のナトリウム粉体（１２）を水（２）に散布し、前記ナトリウム粉体（１２）又は前記液体状のナトリウム粉体（１２）と水（２）とを反応させ、発生する水蒸気と熱により発電するナトリウムと水の反応による発電法
前記ナトリウム粉体（１２）群が過酸化ナトリウムの粉体群又は超酸化ナトリウムの粉体群との混合物である請求項１記載のナトリウムと水の反応による発電法
水（２）を溜めた容器（１）と、前記水（２）にナトリウム粉体（１２）又は液体状のナトリウム粉体（１２）を散布する
ナトリウム散布口（４）と、当該ナトリウム散布口（４）に接続する伸縮する襞（３３）を有する伸縮する管（１３）と、前記伸縮する襞（３３）の中間部位の固定点（３２）に固定されたテコ（２０）と回転板（１９）を介して前記伸縮する襞（３３）を伸縮方向（１５）の方向に伸縮させる
モータ（１８）と、前記ナトリウム散布口（４）内と前記伸縮する管（１３）内とにアルゴン・ガスを充満させる前記伸縮する管（１３）に接続された一以上の高圧アルゴン・ガス・タンク（２９）と、発生する熱と水蒸気（３）により電力を発生する発電機（７）と、発生した前記水蒸気（３）を前記発電機（７）に誘導する水蒸気誘導管（１０）とを有することを特徴とするナトリウムと水の反応による発電装置
請求項１及び請求項２記載のナトリウムと水の反応による発電法にて生成される水酸化ナトリウム水溶液の水分を蒸発させ当該水酸化ナトリウム水溶液を水酸化ナトリウム原液（２７）とした後、当該水酸化ナトリウム原液（２７）に太陽電池（２３）に接続された電極（２４）、（２５）を差し込み、同時に当該ナトリウム原液（２７）にカリウム（Ｋ）又はカルシウム（Ｃａ）を添加し電気分解し、陰極（２５）に前記ナトリウム粉体（１２）用のナトリウムの固形物（２８）を得る水酸化ナトリウム水溶液の再利用法
円筒形でその外周面がナトリウム粉体放出口（２１）の先端により近付く程窄まって外側に突出している形状で且つ前記ナトリウム粉体放出口（２１）の先端が噴霧口（４０）の形状をしており、更に先端に通常「閉」の開閉する蓋（３０）取付けられた複数の前記ナトリウム粉体放出口（２１）が設けられたナトリウム散布口（４）を有することを特徴とする請求項３記載のナトリウムと水の反応による発電装置
伸縮方向（１５）のうち左方向に縮むと開閉弁（１４）が閉じテコの左側の空間（２２）が圧縮され該圧縮されたテコの左側の空間の圧力によりナトリウム粉体（１２）又は液体状のナトリウム粉体（１２）がナトリウム散布口（４）内に押し出され、同時に当該ナトリウム散布口（４）の外周面に設けられたナトリウム粉体放出口（２１）の先端の開閉する蓋を押し開き、前記ナトリウム粉体放出口（２１）から水に向けて、ナトリウム粉体（１２）又は液体状のナトリウム粉体（１２）の霧状になったものを放出し、
また前記伸縮方向（１５）のうち右方向に伸びると前記テコの左側の空間（２２）内の圧力が下がり前記開閉弁（１４）が開き前記ナトリウム粉体（１２）及び前記液体状のナトリウム粉体（１２）を前記テコの左側の空間（２２）内へ吸い込む伸縮する襞（３３）が設けられた伸縮する管（１３）を有することを特徴とする請求項３記載のナトリウムと水の反応による発電装置