JP2920860B2 - Heating device - Google Patents
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- F24V30/00—Apparatus or devices using heat produced by exothermal chemical reactions other than combustion
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、特に1000℃以下の
温度において、固体中に水素を取り込ませ局部的に水素
濃度を高めることにより該固体を発熱させる発熱装置に
関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an exothermic device for generating heat in a solid by introducing hydrogen into the solid and increasing the hydrogen concentration locally, particularly at a temperature of 1000.degree. C. or less.
【0002】[0002]
【従来の技術】1000℃以下の温度において、固体
(発熱体)中で水素の関与した発熱反応を行わせる方法
としては、電気分解法と真空法とが従来から知られてい
る。2. Description of the Related Art As a method for causing an exothermic reaction involving hydrogen in a solid (heating element) at a temperature of 1000 ° C. or lower, an electrolysis method and a vacuum method are conventionally known.
【0003】まず電気分解法について説明する。この方
法は、重水(D2 O)の電気分解により発生した重水素
(D)をパラジウム(Pd)またはチタン(Ti)から
なる電極(発熱体)中に吸蔵させることによってこのP
dまたはTiからなる発熱体中の重水素濃度を上げて発
熱反応を起こさせるものである。しかし、電気分解法は
長時間の電気分解によるPd電極等への重水素の自然蓄
積を行うものなので、重水素の蓄積速度を制御して高効
率の発熱反応を起こさせることが困難である。これに対
して真空法は、重水素の蓄積速度を制御することが可能
であり、重水素を積極的に蓄積させて高効率の発熱反応
を達成しようとするものである。具体的には、Pdまた
はTi板を発熱体とし、この発熱体に温度勾配、電位勾
配、圧力勾配等を施すことにより、軽水素または重水素
を吸蔵させて水素蓄積層を形成させることによって発熱
反応を起こさせるもので、電気分解法と同様に軽水素ま
たは重水素の充分な蓄積が発熱反応を効率的に行わせる
ための重要な要素となっている。[0003] First, the electrolysis method will be described. In this method, deuterium (D) generated by the electrolysis of heavy water (D 2 O) is absorbed into an electrode (heating element) made of palladium (Pd) or titanium (Ti), thereby making the P (decomposition) element durable.
An exothermic reaction is caused by increasing the concentration of deuterium in the heating element made of d or Ti. However, in the electrolysis method, since deuterium is naturally accumulated on a Pd electrode or the like by electrolysis for a long time, it is difficult to control the accumulation rate of deuterium to cause a highly efficient exothermic reaction. On the other hand, the vacuum method is capable of controlling the accumulation rate of deuterium, and attempts to achieve a highly efficient exothermic reaction by actively accumulating deuterium. Specifically, a Pd or Ti plate is used as a heating element, and a temperature gradient, a potential gradient, a pressure gradient, or the like is applied to the heating element to absorb light hydrogen or deuterium to form a hydrogen storage layer, thereby generating heat. As in the electrolysis method, sufficient accumulation of light hydrogen or deuterium is an important factor for efficiently performing an exothermic reaction.
【0004】図面を参照して従来の真空法を詳細に説明
する。A conventional vacuum method will be described in detail with reference to the drawings.
【0005】図2は、従来の真空法にもとづく発熱装置
の一例を概略的に説明するためのものである。図中、参
照符号1はPd板、2は重水素原子の移動方向を示す矢
印、3はMn酸化膜、4は酸化膜/Pd界面、5はAu
薄膜カバー、6はヒータ、7は冷却装置、8は真空チェ
ンバー、9は排気装置、10は高温側チェンバー(重水
素)、そして11は低温側チェンバー(真空)である。FIG. 2 schematically illustrates an example of a conventional heating device based on a vacuum method. In the drawing, reference numeral 1 denotes a Pd plate, 2 denotes an arrow indicating a moving direction of deuterium atoms, 3 denotes a Mn oxide film, 4 denotes an oxide film / Pd interface, and 5 denotes Au.
A thin film cover, 6 is a heater, 7 is a cooling device, 8 is a vacuum chamber, 9 is an exhaust device, 10 is a high temperature side chamber (deuterium), and 11 is a low temperature side chamber (vacuum).
【0006】重水素の蓄積は以下のようにして行われ
る。すなわち、Pd板からなる発熱体1に重水素(D)
原子を吸蔵させた後、ヒータ6によって発熱体1の一端
部を熱し、一方でこの発熱体1の他端部を冷却装置7に
よって冷却する。また、発熱体1の高温となった端部に
連設された高温側チェンバー(重水素ガスチェンバー)
10に重水素を充填し、また発熱体1の低温となった端
部に連設された低温側チェンバー(真空チェンバー)1
1を真空とする。こうして発熱体1内に温度勾配および
圧力勾配を形成することにより発熱体1の低温側端部表
面に向けて、すなわち矢印2方向へ重水素原子が移動拡
散する。重水素(D)原子は、発熱体1の低温側端部と
低温側チェンバー11との境界面上に形成されたマンガ
ン(Mn)酸化膜3(Pdより重水素の原子拡散係数の
小さい)によって発熱体1外方へのさらなる拡散の進行
が阻止される。そのため、酸化膜/Pd界面4近傍に蓄
積層が形成される。すなわち、吸蔵された重水素はこの
界面へ向って(矢印2方向)へ拡散して発熱体1内に局
在かつ濃縮化する。[0006] The accumulation of deuterium is performed as follows. That is, deuterium (D) is added to the heating element 1 made of a Pd plate.
After occlusion of the atoms, one end of the heating element 1 is heated by the heater 6, while the other end of the heating element 1 is cooled by the cooling device 7. A high-temperature chamber (deuterium gas chamber) connected to the heated end of the heating element 1.
10 is filled with deuterium, and a low-temperature side chamber (vacuum chamber) 1 is connected to an end of the heating element 1 at a low temperature.
1 is evacuated. By forming a temperature gradient and a pressure gradient in the heating element 1 in this manner, deuterium atoms move and diffuse toward the low-temperature side end surface of the heating element 1, that is, in the direction of arrow 2. The deuterium (D) atoms are formed by a manganese (Mn) oxide film 3 (having a smaller atomic diffusion coefficient of deuterium than Pd) formed on a boundary surface between the low temperature side end of the heating element 1 and the low temperature side chamber 11. Further diffusion to the outside of the heating element 1 is prevented. Therefore, an accumulation layer is formed near the oxide film / Pd interface 4. That is, the occluded deuterium diffuses toward this interface (in the direction of the arrow 2) and is localized and concentrated in the heating element 1.
【0007】[0007]
【発明が解決しようとする課題】しかし、図2に示した
従来の発熱装置では、重水素を蓄積するためにPd1内
に温度勾配と圧力勾配を形成させる際に、冷却装置7、
ヒータ6および排気装置(ターボ分子ポンプ等)9など
の複雑かつ高価な設備が必要とされ、またこれらの装置
を動かすためのエネルギーが必要であり、さらに生成し
た熱の回収のために熱回収装置を別個に設ける必要があ
った。However, in the conventional heating device shown in FIG. 2, when a temperature gradient and a pressure gradient are formed in Pd1 in order to accumulate deuterium, the cooling device 7,
Complicated and expensive equipment such as a heater 6 and an exhaust device (such as a turbo-molecular pump) 9 are required, energy for operating these devices is required, and a heat recovery device is required for recovering generated heat. Had to be provided separately.
【0008】したがって、本発明の目的は、冷却機、ヒ
ータ、およびターボ分子ポンプなどの排気装置を設ける
ことなしにPdあるいはTiの薄層内に温度勾配と圧力
勾配を形成させ、この勾配を利用して軽水素あるいは重
水素あるいは三重水素が蓄積した層を形成させることに
よって発熱反応を起こさせるとともに、発生した熱を有
効に回収することが可能な発熱装置を提供することにあ
る。Accordingly, an object of the present invention is to form a temperature gradient and a pressure gradient in a thin layer of Pd or Ti without providing an exhaust device such as a cooler, a heater, and a turbo molecular pump, and utilize these gradients. An object of the present invention is to provide a heat generating device capable of causing an exothermic reaction by forming a layer in which light hydrogen, deuterium or tritium is accumulated, and effectively recovering generated heat.
【0009】[0009]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明の発熱装置は、パラジウムおよびチタンから選
択される物質からなる第一の薄層と、この第一の薄層を
構成する物質よりも水素同位体の原子拡散係数が小さい
物質からなり、かつ第一の薄層の一方の表面を覆う第二
の薄層と、第一の薄層の他方の表面を覆いかつ発熱反応
に有効な触媒からなる第三の薄層とからなる発熱体と;
発熱体の第三の薄層側に水素同位体と水素同位体および
第三の薄層上で発熱反応を起こさせるための反応ガスか
らなる混合ガスとから選択されるガスを供給循環させる
ための供給循環手段と;発熱反応によって生じる生成物
を除去するための生成物除去手段と;ガスの循環によっ
て生じる熱を回収する熱回収手段とからなることを特徴
とする。好ましくは、反応ガスは酸素および水素からな
る混合気体と酸素とからなる群から選択される物質であ
り、さらに第三の薄層はパラジウム−アルミナ触媒から
なることを特徴とする。また、好ましくは上述の発熱体
はチューブ状であることを特徴とする。In order to solve the above-mentioned problems, a heat generating apparatus according to the present invention comprises a first thin layer made of a material selected from palladium and titanium, and a material forming the first thin layer. A second thin layer covering one surface of the first thin layer and a second thin layer covering the other surface of the first thin layer, and being effective for an exothermic reaction. A heating element comprising a third thin layer of a catalyst;
For supplying and circulating a gas selected from a hydrogen isotope and a mixed gas comprising a hydrogen isotope and a reaction gas for causing an exothermic reaction on the third thin layer on the third thin layer side of the heating element; A feed circulating means; a product removing means for removing a product generated by the exothermic reaction; and a heat recovery means for recovering heat generated by the gas circulation. Preferably, the reaction gas is a substance selected from the group consisting of oxygen and a mixture gas of hydrogen and oxygen, and the third thin layer is made of a palladium-alumina catalyst. Preferably, the above-mentioned heating element has a tubular shape.
【0010】[0010]
【作用】本発明にもとづく装置は、水素同位体(軽水
素、重水素あるいは三重水素、もしくはそれらの混合
物)に、反応によって発熱を生じる反応ガスを混合して
PdあるいはTiの薄層の片側の表面に設けられた前記
発熱反応を促進する触媒層に供給し、そこで表面の前記
触媒の作用により発熱反応を行わせ、一方、前記Pdあ
るいはTiの薄層の前記触媒層とは反対側の表面に設け
られたPdあるいはTiより軽水素あるいは重水素ある
いは三重水素の拡散係数が小さい層の側に熱媒を供給し
発生した熱を回収し、前記PdあるいはTi薄層に温度
勾配を形成させる。また、前記熱媒に比べて前記軽水素
あるいは重水素あるいは三重水素と反応ガスの混合ガス
の圧力を高く設定することによって、前記Pdあるいは
Ti薄層内に圧力勾配を形成させる。その際、温度は前
記反応ガス供給量、前記軽水素あるいは重水素あるいは
三重水素供給量、および前記熱媒供給量で制御し、圧力
は供給ガスの圧力で制御する。前記熱媒、および前記軽
水素あるいは重水素あるいは三重水素と反応ガスとの混
合ガスを循環させることにより、重水素あるいは軽水素
あるいは三重水素の蓄積層が前記PdあるいはTi層と
前記これらの層より軽水素あるいは重水素あるいは三重
水素の拡散係数が小さい層との界面に形成され発熱反応
がおこる。この発熱反応によって生じた熱を循環された
前記熱媒と前記反応ガスを含む軽水素または重水素また
は三重水素を熱交換器で熱交換させることにより連続的
に回収する。従来の技術とは、温度勾配をつけるため
に、ヒータの代わりに反応ガスによる発熱反応を、冷却
器の代わりに熱媒を利用する点が異なる。また、循環さ
せた熱媒と軽水素あるいは重水素あるいは三重水素と反
応ガスとの混合ガスを熱交換器で熱交換させて熱回収を
行う点も異なる。なお、反応ガスは最初に温度勾配を生
じさせるために使用するが、重水素または三重水素によ
る発熱反応が生じた場合にはその影響はほとんどなくな
るのでその供給は停止する。The apparatus according to the present invention is characterized in that a hydrogen isotope (light hydrogen, deuterium or tritium, or a mixture thereof) is mixed with a reaction gas which generates heat by a reaction to form a thin layer of Pd or Ti on one side. It is supplied to a catalyst layer for promoting the exothermic reaction provided on the surface, where an exothermic reaction is carried out by the action of the catalyst on the surface, while a surface of the thin layer of Pd or Ti opposite to the catalyst layer is provided. A heat medium is supplied to the side of the layer provided with a diffusion coefficient of light hydrogen, deuterium or tritium smaller than that of Pd or Ti to recover the generated heat, and a temperature gradient is formed in the Pd or Ti thin layer. Further, a pressure gradient is formed in the Pd or Ti thin layer by setting the pressure of the mixed gas of the light hydrogen, deuterium or tritium and the reaction gas higher than that of the heat medium. At this time, the temperature is controlled by the supply amount of the reaction gas, the supply amount of the light hydrogen, deuterium, or tritium, and the supply amount of the heating medium, and the pressure is controlled by the pressure of the supply gas. By circulating the mixed gas of the heat medium and the light hydrogen, deuterium, or tritium and the reaction gas, the deuterium, light hydrogen, or tritium storage layer is formed from the Pd or Ti layer and these layers. An exothermic reaction occurs at the interface with a layer having a small diffusion coefficient of light hydrogen, deuterium, or tritium. The heat generated by the exothermic reaction is continuously recovered by exchanging heat between the circulated heat medium and light hydrogen, deuterium or tritium containing the reaction gas in a heat exchanger. The difference from the prior art is that an exothermic reaction using a reaction gas is used instead of a heater and a heating medium is used instead of a cooler to provide a temperature gradient. Another difference is that heat is exchanged between a circulated heat medium and a mixed gas of light hydrogen or deuterium or tritium and a reaction gas in a heat exchanger to recover heat. The reaction gas is first used to generate a temperature gradient. However, when an exothermic reaction occurs due to deuterium or tritium, the effect is almost eliminated and the supply is stopped.
【0011】[0011]
【実施例】図1は本発明にもとづく発熱装置の一実施例
の概略的構成をするための模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing a schematic configuration of an embodiment of a heat generating device according to the present invention.
【0012】本発明による発熱装置は、容器30と、こ
の容器30内に収納された発熱体31と、この発熱体3
1の外側に、重水素と、酸素および軽水素からなる反応
ガスとを供給するための配管32と、反応ガスの貯蔵タ
ンク33と、重水素の貯蔵タンク34と、重水素および
反応ガスの供給量と供給圧力とを制御するための制御装
置35と、重水素および反応ガスの供給を行うポンプ3
6と、重水素と反応ガスとからなる混合ガスの熱交換を
行う熱交換器37と、反応生成物である水蒸気を除去す
るための凝縮器38と、金属ナトリウム、水蒸気、空気
等の熱媒を発熱体31の内側に供給するための配管39
と、熱媒タンク40と、熱媒の供給量および供給圧力を
制御するための制御装置41と、熱媒の供給を行うポン
プ42と、熱媒の熱交換を行う熱交換器43とから構成
される。The heating device according to the present invention comprises a container 30, a heating element 31 housed in the container 30,
1, a pipe 32 for supplying deuterium and a reaction gas composed of oxygen and light hydrogen, a storage tank 33 for the reaction gas, a storage tank 34 for the deuterium, and a supply of the deuterium and the reaction gas A controller 35 for controlling the amount and supply pressure, and a pump 3 for supplying deuterium and reaction gas
6, a heat exchanger 37 for exchanging heat of a mixed gas consisting of deuterium and a reaction gas, a condenser 38 for removing water vapor as a reaction product, and a heat medium such as metallic sodium, water vapor, and air. 39 for supplying the inside of the heating element 31
A heat medium tank 40, a control device 41 for controlling the supply amount and the supply pressure of the heat medium, a pump 42 for supplying the heat medium, and a heat exchanger 43 for exchanging heat of the heat medium. Is done.
【0013】本実施例で用いられる発熱体31は以下の
ようにして製造される。すなわち、パラジウム(Pd)
チューブ44の内表面に、Pdに比べて重水素の拡散係
数が小さいAuの薄膜を蒸着、スパッタ、イオンプレー
ティング、メッキ等によって被覆し、また同様にしてパ
ラジウムのバイブの外表面にPd−Al2 O3 薄膜を蒸
着、スパッタ、イオンプレーティング、メッキ等によっ
て被覆する。The heating element 31 used in this embodiment is manufactured as follows. That is, palladium (Pd)
A thin film of Au having a smaller diffusion coefficient of deuterium than Pd is coated on the inner surface of the tube 44 by vapor deposition, sputtering, ion plating, plating, or the like. Similarly, the outer surface of a palladium vibrator is covered with Pd-Al A 2 O 3 thin film is coated by vapor deposition, sputtering, ion plating, plating or the like.
【0014】次に上述の構成からなる発熱装置の使用方
法について説明する。Next, a method of using the heat generating device having the above-described configuration will be described.
【0015】発熱体31を容器30内に配置し、発熱体
31の外側の容器30内を重水素、または重水素、酸素
および水素からなる混合ガスが流れるように、重水素
と、酸素および軽水素からなる反応ガスとの混合ガスの
配管32を容器30に接続する。また、熱媒が発熱体3
1の内部に流れるように熱媒の配管39を接続する。熱
媒と重水素あるいは重水素と酸素および軽水素からなる
反応ガスとの混合ガスが容器内で混じりあわないように
熱媒の配管39と発熱体31の接続部は完全にシールす
る。重水素の貯蔵タンク34と酸素と軽水素からなる反
応ガスの貯蔵タンク33を配管32によって制御装置3
5と接続する。制御装置35を配管32によってポンプ
36と接続する。ポンプ36は発熱体31が内部に置か
れた容器30と配管32によって接続する。容器30を
熱交換器37と配管32によって接続する。熱交換器3
7を凝縮器38と配管32によって接続する。凝縮器3
8を配管32によって制御装置35と接続する。一方、
熱媒の貯蔵タンク40と制御装置41とは配管39で互
いに接続される。制御装置41をポンプ42と配管39
によって接続される。ポンプ42を容器30を通して発
熱体31と配管39で接続する。発熱体31を容器30
を通して熱交換器43と配管39で接続する。熱交換器
43を制御装置41と配管39で接続する。The heating element 31 is disposed in the container 30, and deuterium, oxygen and light are mixed in the container 30 outside the heating element 31 so that deuterium or a mixed gas composed of deuterium, oxygen and hydrogen flows. A pipe 32 of a mixed gas with a reaction gas composed of hydrogen is connected to the container 30. The heating medium is a heating element 3
The pipe 39 of the heat medium is connected so as to flow into the inside 1. The connection between the pipe 39 of the heating medium and the heating element 31 is completely sealed so that a mixed gas of the heating medium and deuterium or a mixed gas of deuterium and oxygen and light hydrogen does not mix in the container. A storage tank 34 for deuterium and a storage tank 33 for a reaction gas comprising oxygen and light hydrogen are connected by a pipe 32 to the control device 3.
Connect to 5. The control device 35 is connected to the pump 36 by the pipe 32. The pump 36 is connected to the container 30 in which the heating element 31 is placed by a pipe 32. The container 30 is connected to the heat exchanger 37 by a pipe 32. Heat exchanger 3
7 is connected to the condenser 38 by the pipe 32. Condenser 3
8 is connected to a control device 35 by a pipe 32. on the other hand,
The storage tank 40 for the heat medium and the control device 41 are connected to each other by a pipe 39. Control device 41 is connected to pump 42 and pipe 39
Connected by The pump 42 is connected to the heating element 31 through the container 30 by a pipe 39. Heating element 31 into container 30
To the heat exchanger 43 via a pipe 39. The heat exchanger 43 is connected to the control device 41 via a pipe 39.
【0016】発熱体31の外側の容器に重水素、酸素お
よび軽水素からなる反応ガスをポンプ36で供給し、触
媒表面で酸素と軽水素から水ができる発熱反応をおこさ
せ300℃程度まで加熱する。その後反応ガスの供給を
止め、重水素だけを供給し、室温まで冷却する過程で発
熱体のPdチューブ44内に重水素を吸蔵させる。その
際、触媒層45は多孔性であるので、重水素の吸蔵には
支障にならない。発熱体31の内側には、金属ナトリウ
ム、水、空気等の熱媒を流すことによって冷却を行う。
Pdチューブ44に重水素を吸蔵させた後、再び重水素
に反応ガスを混合して供給し、Pdチューブ44の外表
面の触媒層45で発熱反応を起こさせることによって昇
温するとともに、熱媒を流すことによりPdチューブ4
4の内側の冷却を行う。そこで、発熱体31の外側と内
側で温度勾配が生じる。軽水素と酸素の発熱反応生成部
である水蒸気は凝縮器で除去する。水蒸気を除去した反
応ガスと重水素の混合ガスは、制御装置35でその供給
量と供給圧力を制御し、不足分を反応ガスの貯蔵タンク
33と重水素の貯蔵タンク34から補給しながら、ポン
プ36によって再び容器30に供給される。熱媒も制御
装置41で供給量と供給圧力を制御しながら循環され
る。また、熱媒に比べて、重水素と反応ガスの混合ガス
の供給圧力を高めてやることにより発熱体31の外側と
内側で圧力勾配が生じる。この温度勾配と圧力勾配を駆
動力として、Pdチューブ44内に蓄積された重水素が
内側に向って拡散する。しかし、Pdチューブ44の内
表面はPdよりも重水素の原子拡散係数が小さいAu層
46で覆われているので、Pdチューブ44とAu層4
6の界面に重水素が蓄積しそこでこれらの反応による発
熱が起こる。発生した熱は、熱交換器43で熱媒の熱交
換を行うことにより回収される。熱媒はポンプ36で循
環される。また、重水素の発熱反応により生成した熱
は、重水素または重水素と反応ガスの混合ガスもポンプ
36で循環させ、熱交換器37で熱交換を行うことによ
っても回収される。重水素の発熱反応は、酸素と軽水素
の発熱反応に比べて発熱量が大きいので、重水素の発熱
反応が起こった場合には、反応ガスの供給を制御装置3
5で停止する。すなわち、反応ガスの酸素と軽水素によ
る発熱反応は、重水素の発熱反応を起こさせるためのト
リガーとして使用される。本装置は、重水素のPd中へ
の吸蔵と水素蓄積による発熱反応を前述した方法で繰り
返すことによって、熱源として何回も使用することがで
きる。なお、水素の爆発限界は4〜75%であるので、
重水素と反応ガスを混合する場合には、爆発の危険性を
避けるため重水素と軽水素合計の全体に対する割合は4
〜75%の範囲内に入らないようにする。A reaction gas consisting of deuterium, oxygen and light hydrogen is supplied to a vessel outside the heating element 31 by a pump 36 to cause an exothermic reaction in which water is generated from oxygen and light hydrogen on the catalyst surface and heated to about 300 ° C. I do. Thereafter, the supply of the reaction gas is stopped, only the deuterium is supplied, and the deuterium is absorbed in the Pd tube 44 of the heating element in the process of cooling to room temperature. At this time, since the catalyst layer 45 is porous, it does not hinder occlusion of deuterium. Cooling is performed by flowing a heating medium such as metallic sodium, water, and air inside the heating element 31.
After occlusion of deuterium in the Pd tube 44, the reaction gas is mixed and supplied again with deuterium, and the exothermic reaction is caused in the catalyst layer 45 on the outer surface of the Pd tube 44 to raise the temperature, and the heat medium Pd tube 4
Cooling inside 4 is performed. Therefore, a temperature gradient occurs outside and inside the heating element 31. Steam, which is an exothermic reaction generating portion of light hydrogen and oxygen, is removed by a condenser. The mixed gas of the reaction gas and the deuterium from which the water vapor has been removed is controlled by the control unit 35 to control the supply amount and the supply pressure, and the shortage is supplied from the storage tank 33 for the reaction gas and the storage tank 34 for the deuterium while It is again supplied to the container 30 by 36. The heat medium is also circulated while controlling the supply amount and the supply pressure by the control device 41. Further, by increasing the supply pressure of the mixed gas of deuterium and the reaction gas as compared with the heating medium, a pressure gradient is generated outside and inside the heating element 31. By using the temperature gradient and the pressure gradient as driving forces, deuterium accumulated in the Pd tube 44 diffuses inward. However, since the inner surface of the Pd tube 44 is covered with the Au layer 46 having a smaller atomic diffusion coefficient of deuterium than Pd, the Pd tube 44 and the Au layer 4
Deuterium accumulates at the interface of No. 6 where heat is generated by these reactions. The generated heat is recovered by performing heat exchange of the heat medium in the heat exchanger 43. The heat medium is circulated by the pump 36. The heat generated by the exothermic reaction of deuterium is also recovered by circulating deuterium or a mixed gas of deuterium and a reaction gas with the pump 36 and exchanging heat with the heat exchanger 37. Since the exothermic reaction of deuterium has a larger calorific value than the exothermic reaction of oxygen and light hydrogen, when the exothermic reaction of deuterium occurs, the supply of the reaction gas is controlled by the control device 3.
Stop at 5. That is, the exothermic reaction between oxygen and light hydrogen in the reaction gas is used as a trigger for causing an exothermic reaction of deuterium. This apparatus can be used many times as a heat source by repeating the exothermic reaction due to occlusion of deuterium in Pd and accumulation of hydrogen in the manner described above. Since the explosion limit of hydrogen is 4-75%,
When mixing deuterium and reactant gas, the ratio of total deuterium and light hydrogen to the total is 4 to avoid danger of explosion.
Keep out of the range of ~ 75%.
【0017】なお、熱交換器で回収した熱は、例えば吸
収式冷凍機を介して空調に利用することが可能である。The heat recovered by the heat exchanger can be used for air conditioning via, for example, an absorption refrigerator.
【0018】本実施例では重水素について述べたが、軽
水素あるいは三重水素を用いても同様の効果が得られ
る。また、Pdの代わりにTiを用いても同様な効果が
得られる。さらに、反応ガスとして酸素ガスだけを用い
ても、重水素と間での発熱反応が生じるので、同様な効
果が得られる。これは、重水素は軽水素の同位体であ
り、軽水素とは中性子数が違うだけで化学的性質に最も
関係の深い核外電子数は同じであるので、軽水素と重水
素の化学的性質は同じと見てよいためである。発熱反応
には水素と酸素の反応以外の反応を用いてもよい。ただ
し、触媒層には固有の発熱反応に有効な触媒を用いなけ
ればならない。本実施例の発熱体は、Pdチューブの内
表面にPdよりも重水素の拡散係数の小さいAu薄膜を
形成させ、Pdチューブの外表面にPd−Al2 O3 触
媒層を設けたが、逆でもよい。ただし、その場合にはP
dチューブの内側に重水素、酸素、および軽水素の混合
ガスを流し、Pdチューブの外側に熱媒を流す。Although this embodiment has been described with reference to deuterium, similar effects can be obtained by using light hydrogen or tritium. Similar effects can be obtained by using Ti instead of Pd. Further, even when only oxygen gas is used as a reaction gas, a similar effect can be obtained because an exothermic reaction occurs with deuterium. This is because deuterium is an isotope of deuterium, and the number of extranuclear electrons most closely related to chemical properties is the same as that of deuterium except for the number of neutrons. This is because the properties can be regarded as the same. A reaction other than the reaction between hydrogen and oxygen may be used for the exothermic reaction. However, it is necessary to use a catalyst effective for an exothermic reaction inherent in the catalyst layer. In the heating element of this example, an Au thin film having a smaller diffusion coefficient of deuterium than Pd was formed on the inner surface of the Pd tube, and a Pd-Al 2 O 3 catalyst layer was provided on the outer surface of the Pd tube. May be. However, in that case, P
A mixed gas of deuterium, oxygen, and light hydrogen flows inside the d tube, and a heat medium flows outside the Pd tube.
【0019】[0019]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
循環させる熱媒と、反応ガスを含む水素同位体(軽水
素,重水素または三重水素)の供給量、供給圧力、反応
ガス量を制御することによって、簡単にPdあるいはT
iの薄層内に所定の温度勾配と圧力勾配を形成させ、水
素同位体の該薄層内における局部的な蓄積による発熱を
起こさせるとともに、この発生した熱を循環させた熱媒
と水素同位体を用いて効率的に回収し利用することが可
能であり、専用のヒータ、冷却器、排気装置が不要な発
熱と熱回収を一体化したコンパクトな発熱装置を実現す
ることができる。As described above, according to the present invention,
By controlling the supply amount, supply pressure, and reaction gas amount of the heat medium to be circulated and hydrogen isotopes (light hydrogen, deuterium, or tritium) containing the reaction gas, Pd or T can be easily obtained.
A predetermined temperature gradient and pressure gradient are formed in the thin layer of i, heat is generated by local accumulation of hydrogen isotopes in the thin layer, and the generated heat is circulated to the heat medium and hydrogen isotope. It is possible to efficiently collect and use the heat by using the body, and it is possible to realize a compact heat generating device that integrates heat generation and heat recovery that does not require a dedicated heater, cooler, and exhaust device.
【図1】本発明の一実施例を説明する図である。FIG. 1 is a diagram illustrating an embodiment of the present invention.
【図2】従来の真空法における重水素の蓄積を模式的に
説明する図である。FIG. 2 is a diagram schematically illustrating accumulation of deuterium in a conventional vacuum method.
1 Pd板(発熱体) 2 重水素原子の移動方向を示す矢印 3 Mn酸化膜 4 酸化膜/Pd界面 5 Au薄膜カバー 6 ヒータ 7 冷却装置 8 真空チェンバー 9 排気装置 10 高温側チェンバー(重水素) 11 低温側チェンバー(真空) 30 容器 31 発熱体 32 配管 33 反応ガスの貯蔵タンク 34 重水素の貯蔵タンク 35 制御装置 36 ポンプ 37 熱交換器 38 凝縮器 39 配管 40 熱媒タンク 41 制御装置 42 ポンプ 43 熱交換器 44 Pdチューブ 45 Pd−Al2 O3 触媒層 46 Au層Reference Signs List 1 Pd plate (heating element) 2 Arrow indicating moving direction of deuterium atom 3 Mn oxide film 4 Oxide film / Pd interface 5 Au thin film cover 6 Heater 7 Cooling device 8 Vacuum chamber 9 Exhaust device 10 High temperature side chamber (deuterium) Reference Signs List 11 low temperature side chamber (vacuum) 30 container 31 heating element 32 piping 33 storage tank for reaction gas 34 storage tank for deuterium 35 control device 36 pump 37 heat exchanger 38 condenser 39 piping 40 heating medium tank 41 control device 42 pump 43 Heat exchanger 44 Pd tube 45 Pd-Al 2 O 3 catalyst layer 46 Au layer
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石沢 真樹 東京都千代田区内幸町1丁目1番6号 日本電信電話株式会社内 (72)発明者 竹野 和彦 東京都千代田区内幸町1丁目1番6号 日本電信電話株式会社内 (72)発明者 正代 尊久 東京都千代田区内幸町1丁目1番6号 日本電信電話株式会社内 (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) F24J 1/00 C01B 3/00 F28D 20/00 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Maki Ishizawa 1-1-6 Uchisaiwaicho, Chiyoda-ku, Tokyo Nippon Telegraph and Telephone Corporation (72) Kazuhiko Takeno 1-16-1 Uchisaiwaicho, Chiyoda-ku, Tokyo Japan Within Telegraph and Telephone Corporation (72) Inventor Takahisa Masayo 1-1-6 Uchisaiwaicho, Chiyoda-ku, Tokyo Nippon Telegraph and Telephone Corporation (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) F24J 1 / 00 C01B 3/00 F28D 20/00
Claims (3)
物質からなる第一の薄層と、前記第一の薄層を構成する
物質よりも水素同位体の原子拡散係数が小さい物質から
なり、かつ前記第一の薄層の一方の表面を覆う第二の薄
層と、前記第一の薄層の他方の表面を覆い、かつ発熱反
応に有効な触媒からなる第三の薄層とからなる発熱体
と、 前記発熱体の第三の薄層側に水素同位体と前記水素同位
体および前記第三の薄層上で発熱反応を起こさせるため
の反応ガスからなる混合ガスとから選択されるガスを供
給循環させるための供給循環手段と、 前記発熱反応によって生じる生成物を除去するための生
成物除去手段と、 前記ガスの循環によって生じる熱を回収する熱回収手段
とからなることを特徴とする発熱装置。1. A first thin layer made of a material selected from palladium and titanium, and a material having a smaller atomic diffusion coefficient of a hydrogen isotope than a material constituting the first thin layer, and A heating element comprising a second thin layer covering one surface of one thin layer, and a third thin layer comprising a catalyst effective for an exothermic reaction, covering the other surface of the first thin layer; Supplying a gas selected from a hydrogen isotope and a mixed gas comprising a reaction gas for causing an exothermic reaction on the hydrogen isotope and the third thin layer to the third thin layer side of the heating element; A heat generating apparatus comprising: a supply circulating unit for circulating; a product removing unit for removing a product generated by the exothermic reaction; and a heat recovery unit for recovering heat generated by circulating the gas. .
ガスは酸素および水素からなる混合気体と酸素とからな
る群から選択される物質であり、さらに前記第三の薄層
はパラジウム−アルミナ触媒からなることを特徴とする
発熱装置。2. The apparatus according to claim 1, wherein said reaction gas is a substance selected from the group consisting of oxygen and a mixture of oxygen and hydrogen, and said third thin layer is a palladium-alumina catalyst. A heating device characterized by comprising:
体はチューブ状であることを特徴とする発熱装置。3. The heating device according to claim 1, wherein said heating element is in the form of a tube.
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- 1993-03-01 JP JP5039987A patent/JP2920860B2/en not_active Expired - Fee Related
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