JPH02280088A - 低温核融合システム、熱輸送システム及び熱電池システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （イ）産業上の利用分野 本発明は核融合システム、更に詳しくは室温レベルの低
温における核融合システム、熱輸送システム及び熱電池
システムに関する。

（ロ）従来の技術 英国のサラサンプトン大学のマルチン・フライシュマン
教授、並びに米国ユタ大学のスタンリー・ポンス教授が
相次いで室温レベルの低温で核融合反応が起こることを
見出し一大センセーションを巻き起こした。

その低温核融合システムの構成は第６図に示す如く、容
器（３０）に重水Ｄ　、０　（３１）を満たし、その重
水内にパラジウムからなる陰極（３２）と白金からなる
陽極を（３３）を対向配置すると共に、その陰極（３２
）と陽極（３３）間に数Ｖから数十■の電界（３５）を
印加する６のである。この電界（３５）の印加の結果、
陰極（３２）側に重水素ガスが集まり、陰極（３２）の
パラジウム中にこの重水素ガスがｌ及収され、次の様な
メカニズムで核融合反応が起こっているものと考えられ
ている。

即ち、ｉ［７に素と重水素とが融合すると、（１）トリ
チウムと水素の原子核である陽子とが発生すると同時に
、膨大な熱を放出する、 （，２）ヘリウムガスと中性子とができ、その中性子が
膨大なエネルギーを伴う、 二通りの反応が起こる。

（ハ）発明が解決しようとする課題 ところがフライシュマン教授やポンス教授が提案してい
る構成では陰極にパラジウムを用いているが、そのパラ
ジウムの水素吸収量は原子比で０．７　（Ｄ／Ｐｄ）で
あり、核融合反応率は低い。

（ニ）課題を解決するための手段 本発明は核融合反応が行われる陰極に水素吸蔵合金を用
いている。

（ホ）作用 本発明によれば、重水素濃度が高くなって核融合反応率
を高めることができる。

（へ）実施例 第１図に本発明システムの原理構成図を示す。

（１）は電解質が添加された重水Ｄ　ｓＯ（２）が満た
された容器で、電解質としてはＦｅＳＯ４、ＮｉＣ１５
などが用いられ、ＨＮＯ，が用いられてｐＨ≦３に調整
されている。（３）（４）はこの重水（２）内で対向配
置された陽極、並びに陰極で、陽極（３）は酸素を発生
し易い金属材料、例えば白金やヂタニウムからなり、ま
た陰極（４）はＬａＮｉ、で代表されるＡＢ、系水素吸
蔵合金から構成されている。そしてこのように重水（２
）内で対向配置された陽極（３）と陰１（４）間に３〜
２５Ｖの直流を界（５）を印加している。

このように陽極（３）と陰極（４）間に直流電界（５）
を印加することによって陰極（４）内で核融合反応が起
こることはマルチン教授やポンス教授の実験で明らかに
されたことであるが、本発明においては核融合反応が行
われる陰極（４）に水素吸蔵き金を用いている。

この水素吸蔵合金はその呼び名の通り、自分の体積の１
，０００倍以上の水素を吸収する特性を持−）ており、
またその水素の吸収、放出の際に吸熱、発熱現象を伴う
ことが知られている。

尚、この水素吸蔵合金としては、ＡＢ、型六方品構造を
有する材料が用いられる。ここでＡは希土類、希土類の
混合物であるＭｍ（ミツシュメタル）、Ｃａの少な（と
も一種から選ばれ、またＢは第一遷移金属元素である　
Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｍ、Ｚｎ、及び
ＡＩ、Ｓｎ、Ｓｂの少なくとも一種から選ばれる。

一方°、これらの水素吸蔵合金はその水素吸収量がパラ
ジウムに比べて高く、ＬａＮｉ、の場合、原り比で、ｌ
　、　Ｏ（Ｄ／　ＬａＮ　ｉ＋）である。従って陽極内
での１水素濃度が高くなり、核融合反応率が向上する。

また重水（２）に添加する電解質にＤ２Ｓなどの重水素
化合物を混合すると陰極（４）表面に吸着する重水素の
量が増加し、低い電圧で多量の重水素を陰極＜４）内に
吸収させることができ、陰極（４）中の重水素濃度が高
まり、その結果、該陰極（４）内で行われる核融合反応
率を高めることができる。

一方、核融合反応率を高めるには、重水（２）中の溶存
重水素の量を増やせば良い。そのために第２図に示す如
く、電解質が添加された重水り、０（２）が満たされた
容器（１）を密封系とし、その気相部分（６）を重水素
で置換して満たす方法が考えられる。またその重水素を
加圧系とすれば、陰極（１）表面にＯ＆着される重水素
の量が増加し、更に核融ａの反応率が向上する。

陽極（３）と陰極（４）との間に電界（５）を印加する
ことによって陰極（４）側では核融合反応が起こること
は先にも述べたが、陽極（３）側では重水中の酸素が発
生する。この酸素は陰極（４）を構成しているＬａＮｉ
、などの水素吸蔵合金を酸化させるように働き、結果的
にその陰極（４）での核融合反応率を低下させる方向に
作用する。この不都合を排除するために本発明では密封
容器（１）の気相部分に酸素と反応し易い極めて活性な
Ｌｉ、Ｎａ、になどの金属（７）を封入している。その
結果、陽極（３）で発生した酸素は陰極（４）を構成し
ている水素吸ａ　Ｅｆ金と反応する前にこの活性な金属
と反応してしまい、酸素が陰極（４）へ及ぼす悪影響が
排除される。

上記したように陰極（４）で核融合反応が起こると陰極
（４）が発熱するが、この陰極（４）は重水（２）内に
あるので、該陰極（４）は重水の沸点である１００℃以
上にはならず熱源としては低級なものである。そこで本
発明においては第２図に示したと同じように系を密封状
態とし、その密封系内の圧力を５〜１０気圧に設定する
。その結果、重水の沸点が上昇し１００℃以上の熱を取
り出すことができる。具体的には系内圧力を５気圧とし
た場合、重水（２）の沸点は約１５０℃となり、また１
０気圧とした場合、その沸点は１８０℃程度となり、利
用範囲の広い熱源とすることができる。

次に核融合反応で発生した熱を取り出す際の構造につい
て考えてみる。最も単純な構成は、第３図に示すように
核融合反応が起こる陰極（４）に熱交換器（８）を熱的
に関連付ける方法である。具体的には水素吸蔵合金から
なる陰極（４）と熱交換器（８）とを一体止しており、
その−例を挙げると、チューブ状、成るいはプレート状
の熱交換器（８）の表面に水素吸蔵合金板（９）を張り
付けた構成がηえられる。

第４図は本発明に係る核融合反応によって生じた熱を遠
隔地に輸送する熱輸送システムの構成が示されている。

この図において、（１０）は上記した低温核融合システ
ム、（１１）は圧力が異なで２種類の水素吸蔵合金（Ｓ
ｉＨｌ）（Ｍｌ−１２）をパイプ（１２）を介して連結
した水素吸蔵合金ベアー（１３）から構成された熱輸送
部で、この熱輸送部（１１）の熱源として低温核融合シ
ステム（Ｈ））が用いられる。より詳細に説明すると、
熱源である核融合システム（１０）の陰極（・１）に熱
的に結合された熱交換器（８）から取り出された熱は吸
熱側水素吸蔵合金（ＭＨＩ）に導かれ、該合金（λ１１
１１）はその熱を吸収して水素を発生する。

この水素はパイプ（１２）を介して発ｐ！％側水素吸蔵
合金（＼１８２）に「云わる。発熱ｆｆ１ｌｌ水素吸蔵
合金（〜ＩＨ２）は水素を吸収して熱を発し、該合金い
ＩＨ２）に熱的に連なった熱負荷（１３）に伝達されて
消費さｔしる。このようにして核融合システム（］０）
で発生した熱は熱輸送部（１１）にて該システムから離
れた個所に輸送されるが、この７に素を介しての熱輸送
は僅かなロスで数Ｋｍらの距離に渡って行うことができ
る。

尚、この熱輸送システム（１０）を構成している吸熱側
水Ｘ吸蔵合金０１１１１）は、低圧力（９０℃で８ａｔ
ｍ程度）のＭｍＮｉ、系水素吸蔵合金からなり、また発
熱側水素吸蔵合金（Ｍ１１２）は、高圧力（９０℃で７
　ａｔｍ程度）のＭｍＮｉ、系水素吸蔵合金から構成さ
れている。

尚、説明の簡単のためにこの第４図には水素帰還のルー
トについては示されていないが、現実には発熱側水素吸
蔵合金（ＭＨ２）から吸熱側水素吸蔵合金（〜１１１１
）への水素帰還のために、発熱側水素吸蔵合金（＼ＩＨ
２）に低質熱源が、また吸熱側水素吸蔵合金（＼ＩＨＩ
）に冷却手段が設けられている。

このように本発明熱輸送システムによれば、核融合反応
によって発生した熱を数Ｋｍもの離れた個所に殆ど熱損
失なく輸送でき、熱発生個所と、熱利用個所とを隔離す
ることができる。

一方、常温では固体で、イオン導電率が極端に低く、数
σ℃の測温に加熱されると溶融して高いイオン導電率を
示す塩類を電解質として使用する熱！池の熱源としても
本発明に係る低温核融合システムが用いられる。第５図
は本発明低温核融合システムを熱電池の熱源に使用した
場合の構成を示しており、（２０）は陽極で、例えばク
ロム酸カルシウムＣａＣｒ０ｔが用いられ、陰極（２１
）は゛カルシウムＣａが１そして電解質（２２）として
Ｋ　Ｃｌ−Ｌ　ｉＣ１が用いられて熱電池（２３）が構
成されており、斯る構成の電池特性としては、素電池の
作動電圧は２．８Ｖ程度で、０．５−ＩＡ／ｃｍ’の大
電流密度放電が可能である。この熱電池（２３）の下面
に、重水（２）中で白金からなる陽極（３）と、水素吸
蔵合金からなる陰極（・１）とを対向配置し、その画電
極（３）（４）間に電界（５）を印加する核融合システ
ム（２４）を取り付けている。このように構成すること
によって、核融合システムから発生する熱によって熱電
池（２３）が熱電池発電温度にまで加熱され、該熱電池
（２３）が発電する。

このようにＰ！％電池を核融合反応から発生する熱によ
ってＪＪＯ熱するシステムであれば、熱電池の発電に寄
与しない加熱部分が電池システムの全体に占める割合が
少な（なり、斯る熱電池の主たる用途である宇宙開発用
ロゲントなどにおける電池体積、並びに電池重量の軽減
が図れる。

（トン発明の効果 本発明低温核融訃システムは以上の１悦明から明らかな
ように、陰極に水素吸収量の大きい水素吸蔵合金を用い
ているので、核融合反応が効率良く行われ、多シの熱を
主体とするエネルギーを発生せしめることができる。ま
た本発明においては、核融合反応で生じた熱を水素吸蔵
合金を用いた熱輸送システムにて遠隔地に輸送している
ので、熱発生源と熱利用個所とを隔離することができる
。

更に本発明システムにて発生した熱を熱電池の熱源とし
て用いているので、熱電池の発電効率を高める二とがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明システムの構成を示した概念図、第２図
は本発明システムの他の実施例の構成を示した概念図、
７ｊＳａ図は本発明システムから熱を取り出す熱交換器
の構成を示した斜視図、第４図は本発明に係る熱輸送シ
ステムの構成を示した概念図、第５図は本発明に係る熱
電池の構成を示す１祈面図、第６図は既提案システムの
構成を示した概念図である。 （２）・・・重水、　（３）・・・・陽極、　（４）・
・・・陰°極、（５）・・・・を界、　（７）・・・・
酸素反応金属、（１０）（２４）・・核融合システム、
（１１）・・・８輸送部、　（２３）・・・熱電池。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）電解質を混合した重水（Ｄ＿２Ｏ）中に、酸素を
   発生し易い金属材料からなる陽極と、水素を吸収し易い
   陰極とを対向させて配置した低温核融合システムにおい
   て、上記陰極は水素吸蔵合金にて構成し、上記両電極間
   に電界を印加することによって陰極内で重水素の核融合
   反応を行わしめることを特徴とした低温核融合システム
   。 （２）上記水素吸蔵合金として、ＡＢ＿５型六方晶構造
   （但し、Ａは希土類、希土類の混合物であるＭｍ、Ｃａ
   の少なくとも一種から選ばれ、Ｂは第一遷移金属元素で
   ある　Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｍ、Ｚｎ
   、及びＡｌ、Ｓｎ、Ｓｂの少なくとも一種から選ばれる
   ）が用いられることを特徴とした請求項第１項記載の低
   温核融合システム。 （３）上記電解質に重水素化合物をを添加したことを特
   徴とする請求項第１項、または第２項記載の低温核融合
   システム。 （４）上記重水素化合物はＤ＿２Ｓであることを特徴と
   した請求項第３項記載の低温核融合システム。 （３）上記重水（Ｄ＿２Ｏ）を収容した容器を密封系と
   し、その密封系を重水素で満たしたことを特徴とする請
   求項第１項、第２項、第３項、または第４項記載の低温
   核融合システム。 （６）上記重水素で満たされた密封系内に、酸素と反応
   し易い金属を封入したことを特徴とする請求項第５項記
   載の低温核融合システム。 （７）上記電解質を混合した重水（Ｄ＿２Ｏ）は高圧容
   器内に置かれ、核融合反応はその高圧下において為され
   ることを特徴とした請求項第１項、第２項、第３項、ま
   たは第４項記載の核融合システム。 （８）請求項第１項乃至第７項、何れか記載の核融合シ
   ステムにて発生した熱を、上記陰極に熱的に関連付けた
   熱交換器を介して取り出すことを特徴とする核融合シス
   テム。 （９）請求項第１項乃至第８項、何れか記載の核融合シ
   ステムにて発生した熱を、水素吸蔵合金の水素ガス吸収
   、放出現象を用い、その吸収、放出される水素ガスを熱
   伝達媒体とした熱輸送システムの熱源とし、上記核融合
   システムにて発生した熱を遠隔地へ輸送することを特徴
   とした核融合を用いた熱輸送システム。 （１０）請求項第１項乃至第７項何れか記載の核融合シ
   ステムを熱電池と一体的に組立て、該システムにて発生
   した熱を、熱電池の発熱源とした核融合を用いた熱電池
   システム。