JPH08194079A - 動的超音波場における重水素含有合金の反応現象を利用した発熱装置 - Google Patents

動的超音波場における重水素含有合金の反応現象を利用した発熱装置

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JPH08194079A
JPH08194079A JP7021084A JP2108495A JPH08194079A JP H08194079 A JPH08194079 A JP H08194079A JP 7021084 A JP7021084 A JP 7021084A JP 2108495 A JP2108495 A JP 2108495A JP H08194079 A JPH08194079 A JP H08194079A
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JP
Japan
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deuterium
containing alloy
heat
ultrasonic field
reaction phenomenon
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JP7021084A
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English (en)
Inventor
Mikio Fukuhara
幹夫 福原
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Tungaloy Corp
Original Assignee
Toshiba Tungaloy Co Ltd
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/10Nuclear fusion reactors

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高い熱量が容易に得られるような、動的超音
波を利用した新しい発熱装置を提供する。 【構成】 反応槽3内に置かれ、低温に保たれた重水素
含有合金からなる試料8に、動的超音波を照射して、縦
波超音波7が試料8内部で焦点9に収束するようにす
る。焦点9では、反応現象が誘起されて発熱する。XY
Zテーブル13の連続的な微小移動により、連続した発
熱が得られる。加熱された加圧純水2は、熱交換器14
に循環されて、熱源として利用される。重水素含有合金
には、周期表の4族および8族の金属のうちの1つを用
いるか、あるいはこのうちの少なくとも1つが含まれた
合金を使用する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、動的超音波場における
重水素含有合金の反応現象を利用した発熱装置に関し、
特に熱交換器として利用され、とりわけ発電機に好適す
る。
【0002】
【従来の技術】発電に関していえば、従来より、水力,
火力,原子力などによる発電方法が主力となっている。
これらは、水の落差などの外力を利用して直接タービン
を回転させるか、熱エネルギーを蒸気力に変換してター
ビンを回転させて、発電するものである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、水力発
電は既にダムの建設地が飽和状態に近く、また、火力,
原子力発電は、原料のほとんどを輸入に依存しているこ
とに加え、副産物として生成される排気ガスや放射線廃
棄物など地球環境汚染に少なからぬ課題を抱えている。
【0004】しかるに、本発明者は、超音波パルスを利
用した各種材料の物理的諸特性の測定方法を研究するな
かで、ある種の合金材料に対して、ある温度条件の下で
超音波パルスを発信したところ、高熱が発生することを
観測した。本発明は、このような現象の発見のもとにな
されたものであって、極めて高い熱量が、容易に、かつ
経済的に、そして安全に得られるようになるので、この
発熱を熱交換器として利用するとともに、とりわけ、従
来にないクリーンエネルギーによる発電機が提供できる
ようになる。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明の発熱装置は、常
温以下の低温下においた重水素含有合金に動的超音波を
照射することにより、前記重水素含有合金を非平衡高温
高圧状態にせしめて反応現象を誘起させ、その結果生成
される過剰熱を、加圧媒体にて搬送循環して利用するよ
うにしたものである。
【0006】重水素含有合金には、周期表の4族および
8族の金属のうちの1つを用いるか、あるいは前記金属
のうちの少なくとも1つが含まれた合金を用いる。とり
わけ、重水素含有合金には、PdまたはTiを用いる
か、これらの金属の少なくとも1つが含まれた合金を用
いるとよい。
【0007】このときの反応温度は、常温から液体窒素
によって得られる温度までの範囲にあるようにする。ま
た、重水素含有合金の非平衡高温高圧状態は、球面振動
子フォーカス法またはフェーズドアレイフォーカス法あ
るいは両者の併用法により、重水素含有合金の内部に動
的超音波を局所瞬間照射することにより得るようにす
る。得られた過剰熱は、加圧純水またはHeガスを媒体
として循環させて、熱交換器まで搬送するようにする。
【0008】
【作用】本発明者の実験によれば、116〜190Kの
温度条件下で、重水素含有Pd合金に向けて超音波パル
スを発信したところ、少なくとも8W(23W/c
3)を越える異常発熱現象を観察した。そして、この
発熱は、面心立方Pd結晶格子中の4面体間隙に含まれ
る重水素イオンにおいて、その[100]方向の強収縮
と横内耗の異常減衰とが伴った多体の核反応もしくは動
的反応によるものであることをつきとめた。
【0009】さらにこの重水素含有合金の反応現象を再
現性よく繰り返し生起させるためには、常温から液体窒
素までの低温における温度でPd結晶格子を収縮させる
とともに、動的超音波負荷による非平衡高温高圧場を形
成せしめることが有効であるとの知見のもとに本発明は
完成したのである。
【0010】非平衡の高温高圧場を励起させるには、超
音波,レーザパルス,電子ビーム,電磁振動,機械振
動,赤外線加熱,X線励起法など多くの方法が考えられ
るが、大気中もしくは高圧水中での局所衝撃と簡便さ、
安全性、低廉化等を考慮すると、超音波法が最も適して
いる。特に、局所瞬間加熱には球面振動子フォーカス法
が、焦点制御にはフェーズドアレイフォーカス法が好適
する。
【0011】
【実施例】次に、本発明の一実施例について、図を参照
しながら説明する。 (実施例1)図1において、1は6リング球面アプリケ
ーションからなる球面振動子非線形の超音波発生装置で
あって、その縦断面の図である。超音波発生装置1は、
その全体が、1〜10気圧に加圧された純水2の注入さ
れた反応槽3の中に沈められている。
【0012】超音波発生装置1の本体は、6つのリング
状部材を組合せて構成されたものであって、全体として
半球状の球殻4を形成している。球殻4の最大外径は3
30mmである。1つのリング状部材の内面には、円周
に沿って4ユニットのPZT圧電素子5が配設されてい
る。したがって、球殻4の内面全体では、頂点に配置さ
れた1ユニットと合せ25ユニットとなる。これらのユ
ニットは25個のパルサー6により駆動される。
【0013】PZT圧電素子5より放射される動的超音
波のうちの特に縦波超音波7は、収束作用と、伝播途中
の媒質との非線形性相互作用とによって、多数次の高調
波成分が生成されて衝撃波に変形し、試料8内部にある
焦点9に集中してこれを照射する。このとき、加圧純水
2と試料8との間の屈折率の補正および収束度は、遅延
回路10によりフェーズドアレイで制御される。
【0014】PZT圧電素子5を駆動する25ユニット
のパルサー6は、高電圧発生器11により、出力を70
〜6000Vまで連続的に変えられることができ、また
各々が独立して作動できるようになっている。焦点9へ
の収束度を上げるためには、好ましくは、出力1000
〜4000Vの高電圧とし、同一位相(コヒーレンス)
の強力な動的超音波が同時照射されるようにする。屈折
率補正のための遅延回路10には、それぞれにトリガー
12が接続されていて、1つの入力に対して6種類の出
力レベルにて出力される。各出力はそれぞれに独立して
おり、0〜9.9msの範囲で0.1ms刻みに遅延値
が調整される。
【0015】試料8には、周期表の4族または8族の金
属のうちの1つからなるか、あるいはこのうちの少なく
とも1つが含まれた重水素含有合金が用いられる。特
に、PdまたはTiを用いるか、これらの金属の少なく
とも1つが含まれた合金を用いるようにするとよい。試
料8に対する動的超音波の照射により、合金の結晶格子
間隙に充填された重水素イオンが、強収縮と横内耗の異
常減衰とを伴う核反応もしくは動的反応と思われる反応
現象を起こして発熱する。試料8は、ステッピングモー
タにより3軸制御可能なXYZテーブル13に取付けら
れ、コンピュータにインストールされた駆動ソフトによ
る自動制御にて、0.1mm刻みで連続的に移動できる
ようになっているので、照射位置を随時ずらすことによ
り、連続的な発熱が得られるようになる。
【0016】試料8の発熱により高温となった加圧純水
2は、循環して熱交換器14に入り、冷水と接して熱を
放逐し、再び反応槽3に帰還する。 (実施例2)図2は、本発明の他の一実施例を示し、前
記実施例1と同一箇所には同符号を付したものである。
また、本図では、図1に示された超音波発信制御のため
のパルサー6,遅延回路10,高電圧発生器11,トリ
ガー12は省略してある。
【0017】球体の一部である球殻4の内面には、PZ
T圧電素子5が配設されている。PZT圧電素子5から
放射された動的超音波のうちの縦波超音波7は、重水素
含有合金からなる試料8内部の焦点9に収束する。この
とき、超音波発生器1と試料8との間には接触媒質15
を介在させて、放射された縦波超音波7の伝達効率が低
下しないようにする。また、接触媒質15の使用により
縦波,横波が自由に選択できるようになるので、疎密波
であって、焦点化とそれに続く非平衡断熱加熱に有効な
縦波と、反応現象の誘起に有効な横波とを併用すれば、
小規模な発電機に好都合となる。接触媒質15には、適
用温度領域によって、例えば、Au,Pt,Ta,C
u,Ni,ステンレスなどの金属のほか、テフロン,ビ
ニール,密鑞,シリコン系グリースなどが適宜選択され
る。
【0018】試料8の一部は反応槽3の中に挿入され、
液体He加圧器16より供給されてノズル17から噴射
されるHeガスにより冷却される。この冷却により、試
料8の結晶格子の収縮が促進される。重水素の反応臨界
半径まで結晶格子が収縮すると、4面体間隙に含まれる
重水素イオンが一直線に並ぶ共鳴振動配列が起き、核反
応もしくは動的反応が開始される。反応現象に伴う発熱
は、試料8周囲のHeガスを加熱する。加熱されたHe
ガスは循環して熱交換器14へと搬送され、冷水と熱交
換する。
【0019】試料8の一端はXYZテーブル13に固定
され、制御により連続的に移動するので、連続した発熱
が得られる。
【0020】
【発明の効果】以上のように、本発明の動的超音波場に
おける重水素含有合金の反応現象を利用した発熱装置に
よれば、極めて高い熱量が、容易に、かつ経済的に、そ
して安全に得られるようになる。原料となる重水素は、
天然水素中に0.015%含有されているため、資源と
して無尽蔵である。そして、大気汚染,廃棄物汚染など
の問題のないクリーンエネルギーとして広く活用するこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す構成図である。
【図2】本発明の他の一実施例を示す構成図である。
【符号の説明】
1 超音波発生装置 2 加圧純水 3 反応槽 5 PZT圧電素子 6 パルサー 7 縦波超音波 8 試料 10 遅延回路 11 高電圧発生器 12 トリガー 13 XYZテーブル 14 熱交換器 16 液体He加圧器 18 Heガス

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 常温以下の低温下におかれた重水素含有
    合金に動的超音波を照射することにより、前記重水素含
    有合金を非平衡高温高圧状態にせしめて反応現象を誘起
    させ、その結果生成される過剰熱を、加圧媒体にて搬送
    循環して利用するようにした動的超音波場における重水
    素含有合金の反応現象を利用した発熱装置。
  2. 【請求項2】 前記重水素含有合金は、周期表の4族お
    よび8族の金属のうちの1つからなるか、あるいは前記
    金属のうちの少なくとも1つが含まれた合金からなるこ
    とを特徴とする請求項1に記載の動的超音波場における
    重水素含有合金の反応現象を利用した発熱装置。
  3. 【請求項3】 前記重水素含有合金は、PdまたはTi
    からなるか、あるいは前記金属の少なくとも1つが含ま
    れた合金からなることを特徴とする請求項1に記載の動
    的超音波場における重水素含有合金の反応現象を利用し
    た発熱装置。
  4. 【請求項4】 請求項1に記載の常温以下の低温とは、
    常温から液体窒素によって得られる温度までの範囲であ
    ることを特徴とする請求項1〜請求項3に記載の動的超
    音波場における重水素含有合金の反応現象を利用した発
    熱装置。
  5. 【請求項5】 請求項1に記載の重水素含有合金の非平
    衡高温高圧状態は、球面振動子フォーカス法またはフェ
    ーズドアレイフォーカス法あるいは両者の併用法によ
    り、重水素含有合金の内部に動的超音波を局所瞬間照射
    して得られるようにした請求項1〜請求項4に記載の動
    的超音波場における重水素含有合金の反応現象を利用し
    た発熱装置。
  6. 【請求項6】 請求項1に記載の過剰熱の加圧媒体によ
    る搬送循環は、加圧純水またはHeガスを媒体として循
    環させて、熱交換器まで熱を搬送するようにした請求項
    1〜請求項5に記載の動的超音波場における重水素含有
    合金の反応現象を利用した発熱装置。
JP7021084A 1995-01-13 1995-01-13 動的超音波場における重水素含有合金の反応現象を利用した発熱装置 Withdrawn JPH08194079A (ja)

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