KR20160041937A - 반응체, 발열 장치 및 발열 방법 - Google Patents

반응체, 발열 장치 및 발열 방법 Download PDF

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Abstract

종래보다도 안정적으로 열을 생성할 수 있는 반응체, 발열 장치 및 발열 방법을 제공한다. 표면이 나노 사이즈로 이루어지는 복수의 금속 나노 입자(금속 나노 볼록부)가 형성되어 있는 수소 흡장 금속으로 이루어지는 반응체(26)를, 중수소 가스 분위기가 되는 반응로 내에 설치하도록 한 것에 의해, 수소 원자가 반응체(26)의 금속 나노 입자 내에 흡장되면, 상기 금속 나노 입자 내의 전자가 주위의 금속 원자나 다른 전자로부터 강하게 영향을 받아서 중전자로서 작용하고, 그 결과, 금속 나노 입자 내에서의 수소 원자간의 핵간 거리가 줄어들어, 터널 핵 융합 반응이 일어날 확률을 높일 수 있고, 이로써 종래보다도 안정적으로 열을 생성할 수 있다.

Description

반응체, 발열 장치 및 발열 방법{REACTANT, HEATING DEVICE, AND HEATING METHOD}
본 발명은, 반응체, 발열 장치 및 발열 방법에 관한 것이다.
1989년, 플레이쉬먼 교수와 폰즈 교수들의 공동 연구팀에 의해, 실온에서 핵 융합 반응을 일으키는 것에 성공했다고 발표되었다(예를 들어, 비특허문헌 1 참조). 이 발표에 의하면, 실온에서 핵 융합 반응을 일으키는 상온 핵 융합 반응은, 음극으로서 Pd 전극이나 Ti 전극을 사용하고, 양극으로서 Pt 전극을 사용해서 중수를 전기 분해하면, 전기 분해에 수반하여 발생하는 열 이상의 열이 발생하고, 이것과 동시에 γ선이나 중성자가 관측될 수 있다는 것이었다. 이러한 상온 핵 융합 반응은, 반응 시에 이상의 과잉 열이 발생하는 점에서, 이 발열 현상을 제어할 수 있으면, 이 발열 현상을 발열 장치의 열원으로서 이용하는 것도 가능하다.
M.Fleischmann and S.Pons, J.Electroanalytical Chem., 261, P301(1989)
그러나, 실제로, 이러한 상온 핵 융합 반응은, 그 메커니즘이 해명되어 있지 않고, 재현성도 부족한 점에서, 그 발열 현상이 안정적으로 발현할 수 없다. 그로 인해, 이러한 상온 핵 융합 반응을 발열 장치의 열원으로서 이용하고자 했을 경우에는, 발열 현상의 발생 확률이 매우 낮아, 안정적으로 열을 생성할 수 없다는 문제가 있었다.
따라서 본 발명은, 상기의 문제점을 감안하여, 종래보다도 안정적으로 열을 생성할 수 있는 반응체, 발열 장치 및 발열 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
이러한 과제를 해결하기 위해서 본 발명의 청구항 1에 나타내는 반응체는, 중수소 가스 분위기, 중수 가스 분위기, 경수소 가스 분위기, 또는 경수 가스 분위기의 반응로 내에 설치되는 반응체이며, 수소 흡장 금속에 의해 형성되고, 1000[nm] 이하의 나노 크기로 이루어지는 복수의 금속 나노 볼록부가 표면에 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 청구항 10에 나타내는 발열 장치는, 중수소 가스, 중수 가스, 경수소 가스, 또는 경수 가스 중 어느 하나가, 진공 상태로 유지된 로 내에 공급되는 반응로와, 상기 반응로 내에 설치됨과 함께, 1000[nm] 이하의 나노 사이즈로 이루어지는 복수의 금속 나노 볼록부가 표면에 형성되어 있는 수소 흡장 금속으로 이루어지는 반응체를 구비하여, 상기 반응로 내에 플라즈마를 발생시키거나, 또는 상기 반응체를 가열시키거나 하여, 상기 금속 나노 볼록부에 수소 원자를 흡장시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 청구항 15에 나타내는 발열 방법은, 수소 흡장 금속으로 이루어지는 반응체가 설치된 반응로 내에 플라즈마를 발생시키거나, 또는 상기 반응체를 가열시키거나 하여, 가스 공급 수단에 의해, 중수소 가스, 중수 가스, 경수소 가스, 또는 경수 가스 중 어느 하나를, 진공 상태의 상기 반응로 내에 공급하는 공급 스텝과, 상기 반응체의 표면에 형성되어 있는, 1000[nm] 이하의 나노 크기로 이루어지는 복수의 금속 나노 볼록부에, 수소 원자를 흡장시켜, 상기 반응체가 중성자를 발생하면서 열을 발하는 발열 스텝을 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 청구항 1, 청구항 10 및 청구항 15에 의하면, 수소 원자가 반응체의 금속 나노 볼록부 내에 흡장되고, 상기 금속 나노 볼록부 내의 전자가 주위의 금속 원자나 다른 전자로부터 강하게 영향을 받아 중전자로서 작용하고, 그 결과, 금속 나노 볼록부 내에서의 수소 원자간의 핵간 거리가 줄어들어, 터널 핵 융합 반응이 일어나는 확률을 높일 수 있고, 이렇게 하여 종래보다도 안정적으로 열을 생성할 수 있다.
도 1은, 본 발명에 의한 제1 실시 형태의 발열 장치의 구성을 도시하는 개략도이다.
도 2는, 반응로 내의 단면 구성을 도시하는 개략도이다.
도 3은, 제1 실시 형태에 의한 발열 장치의 중성자의 측정 결과를 나타내는 그래프이다.
도 4는, 제1 실시 형태에 의한 발열 장치의 온도 측정 결과를 나타내는 그래프이다.
도 5는, 본 발명에 의한 제2 실시 형태에 의한 발열 장치의 구성을 도시하는 개략도이다.
도 6은, 제2 실시 형태에서의 발열 장치에 있어서, 도 6a는, 플라즈마 처리 전의 반응체의 표면의 모습을 나타내는 SEM 사진이며, 도 6b는, 플라즈마 처리 전의 권회형 반응체의 표면의 모습을 나타내는 SEM 사진이다.
도 7은, 플라즈마 처리 후의 반응체의 표면의 모습을 나타내는 SEM 사진이다.
도 8은, 플라즈마 처리 후의 권회형 반응체의 표면의 모습을 나타내는 SEM 사진이다.
도 9는, 도 9a 및 도 9b는, 권회형 반응체의 표면을 확대한 SEM 사진이다.
도 10은, 제2 실시 형태에 의한 발열 장치를 사용한 검증 시험에 있어서 권회형 반응체에 인가한 전압을 나타내는 그래프이다.
도 11은, 제2 실시 형태에 의한 발열 장치를 사용한 검증 시험에 있어서 권회형 반응체의 온도 측정 결과를 나타내는 그래프이다.
도 12는, 제3 실시 형태에 의한 발열 장치의 구성을 도시하는 개략도이다.
도 13은, 다른 실시 형태에 의한 반응체의 구성을 도시하는 개략도이다.
도 14는, 도 14a는, 중수소 가스의 질량 분포를 나타내는 그래프이며, 도 14b는, 검증 시험 후 10[ks]에서의 반응로 내의 가스 성분을 나타내는 그래프이다.
도 15는, 시간 경과에 수반하는 가스 성분의 증감량을 나타내는 그래프이다.
도 16은, 도 15의 그래프를 일부 확대한 그래프이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시 형태에 대해서 상세하게 설명한다.
(1) 제1 실시 형태
(1-1) 제1 실시 형태에 의한 발열 장치의 전체 구성
도 1에 있어서, 1은 제1 실시 형태에 의한 발열 장치를 도시하고, 권회형 반응체(25) 및 반응체(26)가 전극쌍으로서 반응로(2) 내에 설치되어 있고, 상기 반응로(2) 내에서 실온에서 핵 융합 반응을 일으키고, 이에 의해 발열할 수 있도록 되어 있다. 이 실시 형태의 경우, 반응로(2)에는, 관상의 열 수송 파이프(32)가 반응로(2)의 외벽을 따라 나선 형상으로 권취되어 있다. 열 수송 파이프(32)는, 공급구(32a)로부터 배출구(32b)를 향해서 내부에 물 등의 유체가 흐르고 있고, 로 내에서 발생한 열에 의해, 열 수송 파이프(32) 내에 흐르는 유체가 가열되고, 가열된 유체를 그대로 배출구(32b)로부터 배출하여, 예를 들어 도시하지 않은 발전 장치 등에 보내서 유체의 열을 발전 등에 이용시킬 수 있다.
여기서, 반응로(2)에는, 가스 공급 수단(3)이 설치되어 있고, 상기 가스 공급 수단(3)으로부터 가스 공급관(8)을 거쳐서 로 내에 반응 가스로서 중수소 가스(순도 99.99%)가 공급될 수 있다. 또한, 가스 공급 수단(3)은, 중수소 가스 봄베(5)와 가스 탱크(6)를 갖고, 중수소 가스 봄베(5)로부터 배출된 고압의 중수소 가스를 가스 탱크(6)에 축적한 후, 중수소 가스를 1기압 정도로 감압해서 반응로(2) 내에 공급할 수 있다. 여기서, 가스 공급관(8)에는, 개폐 밸브(7)가 설치되어 있음과 함께, 분기부(16)를 개재해서 압력 측정 수단(15)이 설치되어 있다. 반응로(2)는, 개폐 밸브(7)의 개폐 및 개폐량이 조정됨으로써, 로 내에의 중수소 가스의 공급량이 조정될 수 있다. 또한, 가스 공급관(8)에 설치한 압력 측정 수단(15)은, 가스 공급관(8) 내의 압력을 측정할 수 있고, 이에 의해 얻어진 압력 측정 데이터를, 반응로(2) 내의 압력으로서 로거(17)에 송출할 수 있다.
또한, 반응로(2)에는, 진공 배기관(13)을 개재해서 진공 배기 수단(10)이 설치되어 있다. 반응로(2)는, 진공 배기 수단(10)에 의해 로 내의 기체가 외부에 배기되어, 로 내가 진공 분위기로 될 수 있고, 진공 배기관(13)에 설치한 개폐 밸브(11)가 닫혀, 로 내가 진공 상태로 유지될 수 있다. 이 때, 반응로(2)는, 가스 공급 수단(3)으로부터 로 내에 중수소 가스가 공급됨으로써, 진공 상태로 유지된 로 내에 중수소 가스가 충만된 상태가 될 수 있다.
이와 관련하여, 이 반응로(2)에는, 반응로(2)의 온도를 측정하기 위한 열전대(18)가 반응로(2)의 외벽 표면에 설치되어 있다. 또한, 반응로(2)의 외부에는, 반응로(2)로부터 방사되는 중성자를 측정하는 중성자 측정 수단(19)이 배치되어 있다. 이들 열전대(18) 및 중성자 측정 수단(19)은 로거(17)에 접속되어 있고, 로거(17)는, 열전대(18)로부터 얻어진 온도 측정 데이터나, 중성자 측정 수단(19)으로부터 얻어진 중성자 측정 데이터 외에, 상술한 압력 측정 수단(15)으로부터 얻어진 압력 측정 데이터를 수집하여, 이들 데이터를 컴퓨터(21)에 송출할 수 있다. 컴퓨터(21)는, 예를 들어 로거(17)를 거쳐서 수집된 이들 데이터를 표시부에 표시시켜, 상기 데이터를 기초로 작업자에 대하여 반응로(2) 내의 상태를 파악시킬 수 있도록 되어 있다.
여기서, 반응로(2)는, 예를 들어 스테인리스(SUS306이나 SUS316) 등으로 형성된 통 형상부(2a)와, 동일하게 스테인리스(SUS306이나 SUS316) 등으로 형성된 벽부(2b, 2c)를 구비하고, 통 형상부(2a)의 양단 개구부가, 가스킷(도시하지 않음)을 개재해서 벽부(2b, 2c)에 의해 폐색되어 있어, 통 형상부(2a) 및 벽부(2b, 2c)로 밀폐 공간을 형성할 수 있다. 또한, 이 실시 형태의 경우, 통 형상부(2a)에는, 측면부에 개구부(29)가 뚫려져 있으며, 예를 들어 스테인리스(SUS306이나 SUS316) 등으로 이루어지는 통 형상의 개구 시인부(30)의 중공 영역과 개구부(29)가 연통되도록, 상기 개구 시인부(30)의 일단부가 측면부에 접합되어 있다. 이 개구 시인부(30)는, 코바 유리 등의 투명 부재로 형성된 창부(31)가 타단부에 감입되어 있고, 로 내의 밀봉 상태를 유지하면서, 창부(31)로부터 중공 영역 및 개구부(29)를 통해 반응로(2) 내의 모습을 작업자가 직접 눈으로 확인할 수 있도록 되어 있다. 이와 관련하여, 이 실시 형태의 경우, 반응로(2)는, 예를 들어 통 형상부(2a)가 원통 형상으로 형성되어 있고, 전체 길이(벽부(2b, 2c)간)가 300[mm], 통 형상부(2a)의 외경이 110[mm]으로 선정되어 있다.
이러한 구성에 추가하여, 이 반응로(2)의 로 내에는, 권회형 반응체(25)와 반응체(26)로 이루어지는 전극쌍이 배치되어 있고, 전극쌍에 의해 발생하는 글로우 방전에 의해 플라즈마가 발생할 수 있도록 되어 있다. 실제상, 반응로(2)에는, 한쪽 벽부(2b)에 개구부(28)가 뚫려져 있고, 상기 개구부(28)에 막대 형상의 권회형 반응체(25)가 삽입 관통되어, 권회형 반응체(25)가 로 내에 배치될 수 있다. 실제상, 벽부(2b)는, 개구부(28)에 설치한 절연 부재(27)에 의해 상기 개구부(28)가 폐색되어 있음과 함께, 권회형 반응체(25)가 개구부(28)에 비접촉이 되도록 절연 부재(27)로 상기 권회형 반응체(25)를 보유 지지하고 있고, 반응로(2) 내의 밀폐 상태를 유지하면서, 권회형 반응체(25)와 반응로(2)를 전기적으로 절연시키고 있다.
이 실시 형태의 경우, 권회형 반응체(25)는, 벽부(2b)의 개구부(28)로부터 반응로(2)의 외부에 일단부가 노출되어 있고, 상기 일단부에 배선(22a)을 개재해서 전원(20)이 접속되고, 상기 전원(20)으로부터 전압이 인가될 수 있다. 이 전원(20)은, 또한 다른 배선(22b)을 갖고 있으며, 상기 배선(22b)이 반응로(2)의 벽부(2b)에 접속되어 있고, 반응로(2)에 대해서도 전압을 인가할 수 있다. 또한, 이 전원(20)은, 로거(17)를 개재해서 컴퓨터(21)에 접속되어 있고, 출력 전압 등이 로거(17)로 수집되고, 이것이 컴퓨터(21)에 송출되어, 상기 컴퓨터(21)에 의해 출력 전압 등이 관리되고 있다.
이러한 구성에 추가하여, 반응로(2)는, 통 형상부(2a)의 내벽 표면에 반응체(26)가 접촉하도록 배치된 구성을 갖고, 전원(20)으로부터의 전압을, 통 형상부(2a)를 개재해서 반응체(26)에 인가할 수 있다. 이에 의해, 권회형 반응체(25)와 반응체(26)는, 전원(20)으로부터 인가되는 전압에 의해, 반응로(2) 내에서 글로우 방전을 발생시킬 수 있다.
실제상, 이 실시 형태의 경우, 반응체(26)는, 예를 들어 Ni, Pd, Pt, Ti, 또는 이들 원소 중 적어도 어느 1종을 함유한 합금을 포함하는 수소 흡장 금속에 의해 통 형상으로 형성되어 있고, 반응로(2)의 내벽을 따라 배치되고, 외면이 반응로(2)의 통 형상부(2a)의 내벽을 덮도록 설치될 수 있다. 반응체(26)는, 반응로(2)에서의 통 형상부(2a)의 내벽을 덮음으로써, 전극쌍에 의한 플라즈마 발생 시, 통 형상부(2a)에의 전자 조사에 의해, 상기 통 형상부(2a) 내로부터 원소(예를 들어 스테인리스의 통 형상부(2a)의 경우, 철이나, 경원소, 산소, 질소, 탄소 등의 원소)가 로 내에 방출되는 것을 억제할 수 있도록 되어 있다.
이러한 구성에 추가하여, 이 반응체(26)는, 그 표면이 세선으로 그물눈 형상으로 형성되어 있고, 또한 폭이 1000[nm] 이하인 나노 사이즈로 이루어지는 복수의 금속 나노 입자(도시하지 않음)가 세선의 표면에 형성되고, 상기 표면이 요철 형상으로 형성되어 있다. 또한, 이 반응체(26)은, 중수소 가스 분위기중에서 권회형 반응체(25) 및 반응체(26)에 의해 로 내에 글로우 방전에 의한 플라즈마를 발생시킬 때(후술하는 발열 반응 처리 시), 플라즈마 처리 등에 의해, 미리 수소 원자(중수소 원자)를 상기 금속 나노 입자 내에 흡장할 수 있도록 표면의 산화 피막이 제거되어, 표면의 금속 나노 입자가 활성화된 상태가 되어 있는 것이 바람직하다.
여기서 본 발명에서는, 전극으로서 기능하는 반응체(26)의 표면에, 나노 사이즈로 이루어지는 복수의 금속 나노 입자를 형성함으로써, 중수소 가스 분위기중에서 권회형 반응체(25) 및 반응체(26)에 의해 글로우 방전을 발생시켰을 때, 금속 나노 입자중에 수소 원자가 흡장되어, 나노 사이즈의 금속 나노 입자 내의 전자가 주위의 금속 원자나 다른 전자로부터 강하게 영향을 받아서 중전자로서 작용하고, 그 결과, 금속 나노 입자 내에서의 수소 원자간의 핵간 거리가 줄어들어, 반응로(2) 내에서 중성자를 방출하면서 열을 발생시키는 핵 융합 반응을 일으키게 할 수 있다.
이와 관련하여, 이 실시 형태에 있어서는, 후술하는 플라즈마 처리를 행함으로써, 반응체(26)를 반응로(2) 내에 설치한 후에, 상기 반응체(26)의 표면에 나노 사이즈로 이루어지는 복수의 금속 나노 입자를 형성하는데, 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 반응체(26)를 반응로(2) 내에 설치하기 전에, 반응체(26)에 대하여 스퍼터 처리나, 에칭 처리 등을 행하여, 상기 반응체(26)의 표면에 나노 사이즈로 이루어지는 복수의 금속 나노 입자를 미리 형성해 두고, 상기 금속 나노 입자가 표면에 형성되어 있는 반응체(26)를 반응로(2) 내에 설치하도록 해도 된다. 단, 이 경우에도, 중수소 가스 분위기중에서 권회형 반응체(25) 및 반응체(26)에 의해 로 내에 글로우 방전에 의한 플라즈마가 발생했을 때, 수소 원자를 금속 나노 입자 내에 흡장할 수 있도록, 후술하는 플라즈마 처리를 행하여, 반응체(26)의 표면 산화 피막을 제거하여, 표면의 금속 나노 입자를 활성화한 상태로 할 필요가 있다.
실제상, 반응체(26)의 표면에는, 구상 입자, 타원 형상 입자, 또는 난상 입자의 일부가 상기 표면에 매립된 것 같은 형상(예를 들어, 반구 형상이나, 반타원 형상, 또는 반알 형상)으로 이루어지는 만곡 표면을 가진 복수의 금속 나노 입자가 형성되어 있다. 또한, 이 실시 형태의 경우, 반응체(26)에는, 표면에 금속 나노 입자끼리가 접촉하도록 형성되어 있고, 복수의 금속 나노 입자가 밀집하도록 형성되어 있다. 또한, 금속 나노 입자 중에는, 상기 금속 나노 입자의 만곡 표면에, 폭(입경)이 1 내지 10[nm]인 미소한 금속 나노 입자가 또한 형성된 금속 나노 입자도 있고, 복수의 금속 나노 입자로 이루어지는 요철 형상의 표면에, 폭이 1 내지 10[nm]인 미소한 금속 나노 입자가 점재하도록 형성될 수 있다.
이러한 금속 나노 입자는, 폭이 1000[nm] 이하인 나노 사이즈로 형성되고, 바람직하게는 300[nm] 이하, 더욱 바람직하게는 10[nm] 이하, 나아가 5[nm] 이하로 형성되어 있는 것이 바람직하고, 금속 나노 입자의 폭을 작게 함으로써, 적은 중수소 가스의 공급량으로 반응로(2) 내에서 핵 융합 반응이 일어나 쉬워질 수 있다.
여기서, 이러한 금속 나노 입자의 사이즈에 대해서, 핵 융합 반응 발생 확률을 나타내는 이론 계산을 이용하여, 또한 이론적으로 해석하면, 가장 바람직하게는, 금속 나노 입자의 폭(입경)이 1 내지 10[nm]이고, 이들 미소한 금속 나노 입자의 서로의 거리가 열 운동에 의해 접촉하지 않는 거리, 바람직하게는 입경의 3배 이상의 거리를 두고 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이 경우, 반응체(26)의 표면에는, 미소한 금속 나노 입자가 점재도록 형성되면서, 폭(입경)이 1 내지 10[nm]인 미소한 금속 나노 입자가, 예를 들어 1[cm2]당, 4×108개 형성되어 있는 것이 바람직하다.
또한, 이 실시 형태의 경우, 반응체(26)는, 두께가 1.0[mm]을 초과하면, 표면에 나노 사이즈의 세밀한 금속 나노 입자가 형성되기 어려워지는 점에서, 표면에 나노 사이즈의 금속 나노 입자를 형성하기 위해서는 두께가 1.0[mm] 이하인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.3[mm] 이하, 더욱 바람직하게는 0.1[mm] 이하인 것 바람직하다. 또한, 이 실시 형태의 경우, 반응체(26)는, 세선에 의해 그물코 형상으로 형성되어 있는 점에서, 직경이 작은 세선을 사용함으로써 용이하게 그 두께를 얇게 형성할 수 있고, 또한 금속 나노 입자가 형성되는 표면의 표면적을 크게 할 수도 있다. 또한, 반응체(26)의 표면은, 1개의 그물눈의 폭이 10 내지 30[mm]으로 선정되어 있는 것이 바람직하다.
도 2에 도시한 바와 같이, 반응체(26)와 전극쌍을 구성하는 권회형 반응체(25)는, 예를 들어 Pt, Ni, Pd, Ti, 또는 이들 원소 중 적어도 어느 1종을 함유한 합금을 포함하는 수소 흡장 금속으로 이루어지는 지지부인 축부(35)의 주변에, 동일하게 Pt, Ni, Pd, Ti, 또는 이들 원소 중 적어도 어느 1종을 함유한 합금을 포함하는 수소 흡장 금속으로 이루어지는 세선(36)이 나선 형상으로 권취된 구성을 갖고, 통 형상부(2a)의 중심축 상에 축부(35)가 배치되어 있다. 또한, 권회형 반응체(25)와 반응체(26)의 거리는, 10 내지 50[mm]으로 선정될 수 있다. 또한, 이 실시 형태의 경우, 권회형 반응체(25)는, 직경 3[mm], 길이 200[mm]의 축부(35)를 Ni로 형성함과 함께, 직경 1.0[mm]의 세선(36)을 Pt로 형성하고 있고, 세선(36)부터 반응체(26)까지의 거리를 50[mm]으로 선정하고 있다.
이와 관련하여, 상술한 실시 형태에서는, 반응체(26)의 표면에 착안하여, 나노 사이즈로 이루어지는 복수의 금속 나노 입자가, 반응체(26)의 표면에 형성되어 있는 경우에 대해서 설명하고 있지만, 이러한 나노 사이즈로 이루어지는 복수의 금속 나노 입자는, 권회형 반응체(25)의 세선(36)에도 형성되어 있다. 실제상, 이 실시 형태의 경우, 권회형 반응체(25)는, 수소 흡장 금속에 의해 형성되어 있는 점에서, 세선(36)의 표면에, 나노 사이즈로 이루어지는 복수의 금속 나노 입자가 형성되어 있음으로써, 중수소 가스 분위기중에서 권회형 반응체(25) 및 반응체(26)에 의해 플라즈마를 발생시켰을 때, 권회 반응체(25)의 금속 나노 입자중에도 수소 원자가 흡장되고, 나노 사이즈의 금속 나노 입자 내의 전자(자유 전자)가 주위의 금속 원자나 다른 전자로부터 강하게 영향을 받아 중전자로서 작용하고, 그 결과, 금속 나노 입자 내에서의 수소 원자간의 핵간 거리가 줄어들어, 반응로(2) 내에서 중성자를 방출하면서 열을 발생시키는 핵 융합 반응을 일으키게 할 수 있다.
(1-2) 플라즈마 처리
여기서 본 발명의 발열 장치(1)는, 상술한 반응체(26)나 권회형 반응체(25)의 표면에 나노 사이즈로 이루어지는 복수의 금속 나노 입자를 형성함과 함께, 상기 반응체(26)나 권회형 반응체(25)의 표면을 활성화하는 플라즈마 처리를 행할 수 있도록 되어 있다. 실제상, 발열 장치(1)는, 예를 들어 표면에 금속 나노 입자가 형성되어 있지 않은 반응체나 권회형 반응체가 반응로(2) 내에 설치되었을 경우, 플라즈마 처리로서, 우선 처음에 밀폐 공간으로 한 반응로(2) 내의 기체를 진공 배기하여, 로 내의 압력을 10 내지 500[Pa](예를 들어 100[Pa] 정도)으로 한다.
이 상태에서 발열 장치(1)는, 예를 들어 권회형 반응체(25)를 양극으로 하고, 반응체(26)를 음극으로 하여, 전극쌍에 600 내지 1000[V](예를 들어 1000[V] 정도)의 전압을 인가해서 글로우 방전을 일으켜, 반응로(2) 내에 플라즈마를 발생시킨다. 또한, 이 때, 음극으로 한 반응체(26)의 온도는 예를 들어 500 내지 600[℃]까지 상승시킬 수 있다. 발열 장치(1)는, 이러한 진공 분위기중에서 글로우 방전을 600초 내지 100시간(바람직하게는 10시간 이상) 계속해서 일으키게 함으로써, 반응체(26)나 권회형 반응체(25)의 표면에 나노 사이즈로 이루어지는 복수의 금속 나노 입자를 형성할 수 있음과 함께, 이들 반응체(26)나 권회형 반응체(25)의 표면 산화 피막을 제거해서 활성화할 수 있다.
이와 관련하여, 플라즈마 처리에서는, 상술한 바와 같이 권회형 반응체(25)를 양극으로 하고, 반응체(26)를 음극으로 해서 플라즈마를 발생시킬뿐만 아니라, 그 후, 계속해서 권회형 반응체(25) 및 반응체(26)의 극성을 거꾸로 해서, 권회형 반응체(25)를 음극으로 하고, 반응체(26)를 양극으로 해서 플라즈마를 발생시켜도 된다. 이와 같이, 권회형 반응체(25)를 음극으로 하고, 반응체(26)를 양극으로 해서 글로우 방전을 일으키는 경우도, 전극쌍에 600 내지 1000[V](예를 들어 1000[V] 정도)의 전압을 인가해서 글로우 방전을 600초 내지 100시간(바람직하게는, 10시간 이상) 계속해서 일으키게 하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 음극으로 한 권회형 반응체(25)와, 양극으로 한 반응체(26)의 양쪽은, 예를 들어 500 내지 600[℃]까지 온도가 상승해서 표면을 확실하게 활성화할 수 있다.
또한, 발열 장치(1)는 상술한 플라즈마 처리를 행한 후, 권회형 반응체(25) 및 반응체(26)에 대하여 가열 처리를 행하는 것이 바람직하다. 이 가열 처리는, 예를 들어 권회형 반응체(25) 및 반응체(26)를 히터에 의해 직접 가열하고, 권회형 반응체(25) 및 반응체(26)로부터 경수소나, H2O, 탄화수소계 가스를 방출시켜, 수소 원자를 흡장하기 쉽게 할 수 있다. 또한, 이러한 가열 처리는, 권회형 반응체(25) 및 반응체(26)로부터 경수소나, H2O, 탄화수소계 가스가 방출되지 않게 될 때까지 행하는 것이 바람직하고, 예를 들어 100 내지 200[℃]에서 3시간 이상을 행하는 것이 바람직하다.
여기서, 반응체(26)는, 금속 나노 입자가 형성되기 전에, 실온의 왕수나, 혼산중에서 몇분간 담궈서, 표면을 미리 산 세정 처리해 둠으로써, 플라즈마 처리 시, 그 표면에 한층 더 세밀한 금속 나노 입자를 형성시킬 수 있다.
(1-3) 발열 반응 처리
계속해서, 발열 장치(1)에서는, 이러한 나노 사이즈로 이루어지는 복수의 금속 나노 입자가 표면에 형성된 반응체(26)를 사용하여, 반응로(2) 내에서 핵 융합 반응을 일으키게 하는 발열 반응 처리를 행할 수 있다. 이 실시 형태의 경우, 발열 장치(1)에서는, 상술한 플라즈마 처리에 이어, 발열 반응 처리로서, 반응로(2) 내를 진공 상태로 유지하면서, 가스 공급 수단(3)에 의해 반응로(2) 내에 중수소 가스가 공급될 수 있다.
계속해서, 발열 장치(1)에서는, 중수소 가스 분위기가 된 반응로(2) 내에서, 권회형 반응체(25) 및 반응체(26)에, 400 내지 1500[V], 바람직하게는 600 내지 1000[V], 더욱 바람직하게는 700 내지 800[V]의 전압을 인가하여, 전극쌍에 글로우 방전을 일으켜서 반응로(2) 내에 플라즈마를 발생시킬 수 있다. 이에 의해, 발열 장치(1)에서는, 반응로(2) 내에 플라즈마를 발생시키고 있는 동안에, 권회형 반응체(25)나 반응체(26)의 표면에 있는 금속 나노 입자에 수소 원자가 흡장되어, 핵 융합 반응이 일어날 수 있다.
여기서, 본 발명의 발열 장치(1)에서는, 발열 반응 처리 시, 반응로(2) 내에 플라즈마를 발생시키면, 반응로(2) 내에서 핵 융합 반응이 일어나지만, 그 때, 반응체(26)나 권회형 반응체(25)의 표면에 미세한 금속 나노 입자가 새롭게 형성되어 가고, 새롭게 형성된 금속 나노 입자에도 수소 원자가 흡장되어, 핵 융합 반응이 일어날 수 있다.
(1-4) 본 발명에 의한 발열 장치에서의 핵 융합 반응의 개요
여기서, 반응체(26)에 착안하여, 그 표면에 나노 사이즈로 이루어지는 복수의 금속 나노 입자를 형성한 것에 의해 핵 융합 반응이 일어나기 쉬워지는 개요에 대해서 이하에 간단하게 설명한다. 일반적으로는 금속에의 전자 조사에 의해 중성자 등의 방사나 열은 발생하지 않는다. 그러나, 나노 사이즈와 같이 일정 사이즈 이하의 금속 나노 입자중에서는, 전자가 중페르미온(중전자)으로서 작용하여, 수소 원자끼리를 접근시켜 핵 융합 반응을 일으킨다. 통상, 핵 융합 반응을 일으키기 위해서는 중수소의 경우, 107K=1keV 이상의 에너지가 필요하다. 그러한 큰 에너지를 온도로 부여하려고 하면, 예를 들어 중수소의 경우, 약 107K 이상, 경수소의 경우, 약 1.5×107K 이상의 고온이 필요하며, 핵 융합 발생 확률이 10-31/s/atom pair로 매우 낮다.
그러나, 본 발명과 같이 반응체(26)의 표면에 나노 사이즈로 이루어지는 복수의 금속 나노 입자(금속 나노 볼록부)를 형성한 경우, 금속 나노 입자 내에 있어서 전자는, 주위의 금속 원자나 다른 전자의 영향을 강하게 받는다. 즉, 금속 나노 입자중에 수소 원자가 도입됨으로써, 금속 나노 입자중의 수소 농도가 올라가고, 상기 수소 농도가 올라가면 또한 금속 나노 입자중의 전자의 성질이 변화하여 질량이 큰 값이 된다. 무거운 전자는 수소 원자핵과 원자를 형성하고, 무거운 전자가 핵외 전자가 되면, 전자 궤도 반경이 줄어들고, 중전자 수소 원자간의 핵간 거리도 줄어든다. 그 결과, 반응체(26)에서는, 터널 효과에 의한 중전자 수소 원자간의 핵 융합 반응 발생 확률이 올라가, 핵 융합 반응이 일어나기 쉬워진다. 예를 들어, Pd로 이루어지는 금속 나노 입자중의 경우, 전자 질량이 2배로 증가하면, 터널 효과에 의한 핵 융합 반응 발생 확률은 10자리 증가하여, 핵 융합 반응이 일어나기 쉬워질 수 있다.
또한, 반응체(26)는, 중전자 수소 원자간의 핵 융합 반응 발생 확률을 증가시키기 위해서, 예를 들어 알칼리류나, 알칼리 토류 원자(예를 들어 수소 원자 구조를 갖는, Li, Na, K, Ca 등)를 금속 나노 입자의 표면에 첨부해도 되고, 이에 의해 금속 나노 입자중에서의 전자의 수수 작용을 대폭 증가시킬 수 있어, 한층 더 핵 융합 반응 발생 확률을 높일 수 있다. 본 발명의 발열 장치(1)에서는, 이와 같이 하여 핵 융합 반응을 안정적으로 일으켜, 핵 융합 반응 시에 생성되는 큰 에너지에 의해, 안정적으로 발열할 수 있다.
(1-5) 검증 시험
이어서, 도 1에 도시한 바와 같은 발열 장치(1)를 준비하고, 상술한 플라즈마 처리 및 발열 반응 처리를 실행하여, 반응로(2) 주변에서의 중성자의 측정과, 반응로(2)의 온도 측정을 행하였다. 여기에서는, 우선 처음에, 나노 사이즈로 이루어지는 복수의 금속 나노 입자가 형성되어 있지 않은 Ni(순도 99.9%)로 이루어지는 반응체를 준비하고, 이것을 반응로(2) 내에 설치하였다. 계속해서, 플라즈마 처리를 행하기 위해서, 진공 배기 수단(10)에 의해 반응로(2) 내를 진공 배기하여, 반응로(2) 내를 10-6 기압 정도로 하였다.
계속해서, 이 상태에서 권회형 반응체(25) 및 반응체(26)에 1[kV]의 전압을 인가해서 글로우 방전을 발생시켜, 반응로(2) 내에 상기 글로우 방전을 30시간 계속해서 발생시켰다. 그 후, 이 시점에서 반응체(26)를 반응로(2)로부터 취출하여, 반응체(26)의 표면 상태를 SEM 사진 등에 의해 확인한 바, 입경이 1000[nm] 이하인 나노 사이즈로 이루어지는 복수의 금속 나노 입자가 밀집하도록 형성되고, 표면이 요철 형상으로 되어 있는 것을 확인할 수 있었다.
이것과는 별도로, 발열 반응 처리를 행하기 위해서, 반응체(26)를 반응로(2)로부터 취출하지 않고, 상술한 바와 같이 전극쌍에 1[kV]을 인가해서 글로우 방전을 계속해서 발생시켜, 반응로(2) 내를 10-6 기압 정도로 하고, 가스 공급 수단(3)에 의해 반응로(2) 내에 중수소 가스를 가스압 10-2 기압으로 공급하였다. 이에 의해 발열 장치(1)에서는, 1 내지 2분 후에 중성자 측정 수단(19)에 의해 중성자가 측정되었다.
계속해서 일단, 글로우 방전을 중지하고, 반응로(2) 내에 중수소 가스를 보급한 후, 충분히 전극쌍을 냉각하여, 다시 전극쌍에 1[kV]의 전압을 인가해서 글로우 방전을 발생시켰다. 이에 의해 중성자 측정 수단(19)에 의해, 다시 중성자를 측정하기 시작하고, 이 후, 중성자를 수시간 계속해서 측정하였다. 여기서, 중성자의 측정 결과를 도 3에 나타낸다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 이 발열 장치(1)에서는, 글로우 방전을 일으키기 위해서 전극쌍에 전압을 공급한 후부터 급격하게 중성자가 발생하고 있는 점에서, 반응로(2) 내에서 중성자 발생을 수반하는 핵 융합 반응이 일어나고 있는 것을 추측할 수 있었다. 또한, 이러한 중성자의 발생수는, 전극쌍의 방전 전압에 의해 제어할 수 있고, 전압의 지수 함수에서 발생 중성자수가 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 안정적인 중성자의 발생은, 전압의 공급에 의해, 106개가 얻어졌다. 발열 반응을 200초간 계속시켰을 때의 반응체(26)의 단위 면적당의 중성자 발생량을 계산한 바 105개였다.
또한, 중성자의 측정과 동시에, 반응로(2)의 온도를 열전대(18)에서 측정한 바, 도 4에 나타낸 바와 같은 결과가 얻어졌다. 도 4로부터, 중성자가 발생한 후, 반응로(2)의 온도가 상승하고 있는 것을 확인할 수 있고, 이에 의해 이 발열 장치(1)는 반응로(2)로부터 열을 생성할 수 있는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 중성자의 발생에 지연되어 온도 상승이 측정된 것은, 발열 개소와 열전대(18)의 설치 장소가 어긋나 있기 때문이며, 온도 상승에 열전도에 필요로 하는 시간분만큼 지연이 발생했기 때문이다. 또한, 도 4 중, △T1 내지 △T5는, 반응로(2)의 통 형상부(2a)를 따라 소정 간격을 두고 설치된 개소를 나타내고 있다. 이와 관련하여, 이 때 전극쌍 사이에 흘러든 전류는 30[mA]였다. 즉, 전력으로서는 30[W]이 된다. 이제부터 열 발생량은 1[kW]이 되고, 입력에 대한 발열량은 33배에 달하였다.
(1-6) 작용 및 효과
이상의 구성에 있어서, 본 발명에 따른 발열 장치(1)에서는, 1000[nm] 이하의 나노 사이즈로 이루어지고, 수소 흡장 금속으로 이루어지는 복수의 금속 나노 입자가 표면에 형성된 반응체(26)를 반응로(2) 내에 설치하여, 중수소 가스 분위기가 된 반응로(2) 내에서 권회형 반응체(25) 및 반응체(26)로 플라즈마를 발생시켜서 에너지를 부여하는 발열 반응 처리를 행하도록 하였다. 이에 의해 발열 장치(1)에서는, 수소 원자가 반응체(26)의 금속 나노 입자 내에 흡장되고, 상기 금속 나노 입자 내의 전자가 주위의 금속 원자나 다른 전자로부터 강하게 영향을 받아서 중전자로서 작용하고, 그 결과, 금속 나노 입자 내에서의 수소 원자간의 핵간 거리가 줄어들어, 터널 핵 융합 반응이 일어날 확률을 높일 수 있다.
또한, 이 발열 장치(1)에서는, 표면에 금속 나노 입자가 형성되어 있지 않은 반응체를 반응로(2) 내에 설치한 경우에도, 발열 반응 처리를 행하기 전에, 반응로(2) 내를 진공 분위기로 하고, 권회형 반응체(25) 및 반응체에 의해 일어나는 글로우 방전에 의해 반응로(2) 내에 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 처리를 행함으로써, 나노 사이즈로 이루어지는 복수의 금속 나노 입자를 반응체(26)의 표면에 형성할 수 있다. 또한, 발열 장치(1)에서는, 발열 반응 처리 전에 플라즈마 처리를 행함으로써, 반응체(26)의 표면에 있는 산화 피막을 제거할 수 있고, 이로써, 발열 반응 처리 시에, 반응체(26)의 표면을, 수소 원자가 반응체(26)의 금속 나노 입자 내에 흡장 가능한 활성 상태로 할 수 있어, 핵 융합 반응을 일으킬 수 있다.
또한, 이 실시 형태의 경우, 반응체(26)는, 표면이 세선에 의해 그물코 형상으로 형성되어 있는 점에서, 세선의 직경을 작게 하는 것만으로 표면의 두께를 용 이하게 얇게 할 수 있고, 표면의 두께를, 나노 사이즈로 이루어지는 복수의 금속 나노 입자가 형성하기 쉬운 최적의 얇기로 할 수 있다. 또한, 반응체(26)에서는, 표면을 그물코 형상으로 형성한 것에 의해, 표면적을 증가시킬 수 있고, 그만큼, 수소 원자를 흡장시키는 금속 나노 입자의 형성 영역을 넓게 할 수 있어, 발열이 발생하는 반응 개소를 증가시킬 수 있다.
또한, 이 발열 장치(1)에서는, 전원(20)으로부터 배선(22b)을 거쳐서 반응로(2)에 전압을 인가함과 함께, 반응체(26)를 반응로(2)의 내벽에 접하도록 해서 상기 반응체(26)로 반응로(2)의 내벽을 덮도록 한 것에 의해, 반응체(26)를 전극으로서 기능시키면서, 그와 동시에 반응체(26)에 의해 반응로(2)의 내벽이 글로우 방전에 의한 전자 조사에 의해 깍여지는 것을 방지할 수 있다.
또한, 발열 장치(1)에서는, 수소 흡장 금속으로 이루어지는 권회형 반응체(25)의 세선(36)의 표면에도 나노 사이즈로 이루어지는 복수의 금속 나노 입자를 형성하도록 하였다. 이에 의해 발열 장치(1)에서는, 권회형 반응체(25)의 세선(36) 표면의 금속 나노 입자 내에도 수소 원자가 흡장되고, 상기 금속 나노 입자 내의 전자가 주위의 금속 원자나 다른 전자로부터 강하게 영향을 받아서 중전자로서 작용하고, 그 결과, 금속 나노 입자 내에서의 수소 원자간의 핵간 거리가 줄어들어, 터널 핵 융합 반응이 일어나는 확률을 높일 수 있다.
이상의 구성에 의하면, 1000[nm] 이하의 나노 사이즈로 이루어지고 수소 흡장 금속으로 이루어지는 복수의 금속 나노 입자(금속 나노 볼록부)가 표면에 형성된 반응체(26)를, 중수소 가스 분위기가 되는 반응로 내에 설치하도록 한 것에 의해, 수소 원자가 반응체(26)의 금속 나노 입자 내에 흡장되고, 상기 금속 나노 입자 내의 전자가 주위의 금속 원자나 다른 전자로부터 강하게 영향을 받아서 중전자로서 작용하고, 그 결과, 금속 나노 입자 내에서의 수소 원자간의 핵간 거리가 줄어들어, 터널 핵 융합 반응이 일어나는 확률을 높일 수 있고, 이리하여 종래보다도 안정적으로 열을 생성할 수 있다.
(2) 제2 실시 형태
(2-1) 제2 실시 형태에 의한 발열 장치의 구성
도 1과의 대응 부분에 동일 부호를 붙여서 도시한 도 5에 있어서, 41은 제2 실시 형태에 관한 발열 장치를 도시하고, 반응로(42)의 구성과, 전극쌍의 구성이 제1 실시 형태와는 상이하다. 또한, 이 제2 실시 형태에 의한 발열 장치(41)에서는, 발열 반응 처리 시, 전극쌍에 의해 플라즈마를 발생시키지 않고, 히터에 의해 반응로(42) 내를 가열하고, 가열한 반응로(42) 내에 중수소 가스를 공급함으로써, 가열 온도 이상의 과잉 열을 발생시키고 있는 점에서, 상술한 제1 실시 형태에 의한 발열 장치와는 상이하다. 또한, 이 발열 장치(41)에서는, 과잉 열이 발생한 후에, 전극쌍에 의해 플라즈마를 발생시킴으로써, 발열 온도가 더욱 상승하여, 플라즈마를 정지시켜도, 중수소 가스를 반응로(42) 내에 계속해서 공급하는 한, 온도 상승한 고온의 열을 계속해서 생성할 수 있는 점에서도, 제1 실시 형태와는 상이하다.
또한, 이 발열 장치(41)는, 기타의 구성에 대해서는 상술한 제1 실시 형태와 동일한 점에서, 가스 공급 수단(3)이나 진공 배기 수단(10), 전원(20) 등의 도시나, 그 설명은 생략한다. 실제상, 이 실시 형태의 경우, 반응로(42)는, 예를 들어 스테인리스(SUS306이나 SUS316) 등으로 형성된 통 형상부(43a) 및 벽부(43b, 43c)를 구비하고, 통 형상부(43a)의 양단 개구부가, 가스킷(도시 생략)을 개재해서 벽부(43b, 43c)에 의해 폐색되어 있어, 통 형상부(43a) 및 벽부(43b, 43c)로 밀폐 공간을 형성할 수 있다.
이 경우, 통 형상부(43a)에는, 개구 시인부(30)가 형성된 개구부(29)와 대향하도록 다른 개구부(45)가 측면부에 뚫려져 있고, 예를 들어 스테인리스(SUS306이나 SUS316) 등으로 이루어지는 통 형상의 배관 연통부(46)의 중공 영역과 개구부(45)가 연통하도록, 상기 배관 연통부(46)의 일단부가 측면부에 접합되어 있다. 배관 연통부(46)의 타단부에는, 벽부(47)가 설치되어 있고, 가스 공급관(8), 진공 배기관(13) 및 압력 측정용 배관(48)의 관 내부와, 반응로(42) 내가 연통하도록, 이들 가스 공급관(8), 진공 배기관(13) 및 압력 측정용 배관(48)이 벽부(47)에 설치되어 있다. 또한, 압력 측정 수단(15)은, 압력 측정용 배관(48)에 설치되어 있고, 압력 측정용 배관(48)을 개재해서 반응로(42) 내의 압력을 측정할 수 있다.
이러한 구성에 추가하여, 반응로(42)에는, 로 내에 권회형 반응체(50, 51)로 이루어지는 전극쌍이 설치되어 있고, 또한 반응로(42)의 통 형상부(43a)의 내벽을 덮도록 반응체(26)가 설치되어 있다. 또한, 이 실시 형태의 경우에는, 통 형상부(43a)에 뚫려진 개구부(29, 45)와 대향하도록 권회형 반응체(50, 51)가 로 내에 배치되어 있고, 개구부(45)에 설치한 배관 연통부(46)로부터의 중수소 가스를 권회형 반응체(50, 51)에 직접 분사할 수 있음과 함께, 개구부(29)에 설치한 개구 시인부(30)의 중공 영역으로부터 권회형 반응체(50, 51)의 모습을 작업자가 직접 눈으로 확인할 수 있도록 되어 있다.
여기서, 이 실시 형태의 경우, 발열 장치(41)에서는, 상술한 제1 실시 형태와는 달리 반응체(26)를 전극으로서 기능시키지 않고, 이것과는 별도로 반응로(42) 내에 설치한 권회형 반응체(50, 51)를 음극 및 양극으로서 기능시켜, 플라즈마 처리 등을 행할 때, 이들 권회형 반응체(50, 51)를 전극쌍으로서 글로우 방전을 일으켜, 로 내에 플라즈마를 발생시킬 수 있도록 되어 있다. 반응체(26)는, 상술한 제1 실시 형태와 동일한 구성을 갖고 있으며, 전극으로서 기능하지 않지만, 권회형 반응체(50, 51)를 전극쌍으로 한 플라즈마 처리(여기서, 플라즈마 처리란, 밀폐 공간으로 한 반응로(42) 내의 기체를 진공 배기하고, 로 내의 압력을 10 내지 500[Pa]으로 해서, 전극쌍에 600 내지 1000[V]의 전압을 인가해서 600 내지 100시간, 글로우 방전을 일으켜서 반응체(26)의 온도를 500 내지 600[℃]까지 상승시키는 것을 말함)에 의해 나노 사이즈로 이루어지는 복수의 금속 나노 입자가 표면에 형성되고, 이에 의해 진공 상태가 유지된 반응로(42) 내에서 히터에 의해 가열된 후, 중수소 가스가 공급되면, 이들 금속 나노 입자 내에 수소 원자를 흡장할 수 있어, 핵 융합 반응이 일어날 수 있다.
권회형 반응체(50)는, 전극 보유 지지부(54)의 선단에 설치되어 있고, 상기 전극 보유 지지부(54)에 의해 반응로(42) 내의 중앙에 배치될 수 있다. 전극 보유 지지부(54)는, 전극 도입부(57)를 개재해서 도시하지 않은 전원에 접속되고, 상기 전원으로부터의 전압을 권회형 반응체(50)에 인가할 수 있다. 또한, 전극 보유 지지부(54)는, 벽부(43b)에 뚫려져 형성된 개구부(55)로부터 반응로(42) 내에 삽입 관통되고, 상기 개구부(55)에 설치한 절연 부재(56)에 의해 보유 지지되어 있음과 함께, 개구부(55)에 있어서 상기 절연 부재(56)에 의해 벽부(43b)와 비접촉이 되도록 배치되어, 반응로(42)와 전기적으로 절연되어 있다. 권회형 반응체(50)는, 예를 들어 Pb, Ti, Pt, Ni, 또는 이들 원소 중 적어도 어느 1종을 함유한 합금을 포함하는 수소 흡장 금속으로 이루어지는 세선(53)이, Al2O3(알루미나 세라믹스) 등의 도통 부재로 이루어지는 지지부(52)에 나선 형상으로 권취된 구성을 갖고, 플라즈마 처리에 의해 세선(53)의 표면에 나노 사이즈로 이루어지는 복수의 금속 나노 입자를 형성시킬 수 있다. 이에 의해 권회형 반응체(50)에서도, 진공 상태가 유지된 반응로(42) 내에서 히터에 의해 가열됨과 함께, 중수소 가스가 공급되면, 이들 금속 나노 입자 내에 수소 원자가 흡장되어, 핵 융합 반응이 일어날 수 있다.
또한, 권회형 반응체(50)에서의 세선(53)의 표면에 형성되는 금속 나노 입자의 사이즈나 형상은, 반응체(26)의 표면에 형성되는 금속 나노 입자와 동일하다. 즉, 권회형 반응체(50)에서의 세선(53)의 표면에는, 구상 입자, 타원 형상 입자, 또는 난상 입자의 일부가 상기 표면에 매립된 것 같은 형상(예를 들어, 반구 형상이나, 반타원 형상, 또는 반알 형상)으로 이루어지는 만곡 표면을 가진 복수의 금속 나노 입자가 형성될 수 있다.
이와 관련하여, 반응체(26)를 Ni에 의해 형성하고, 권회형 반응체(50)에서의 세선(53)을 Pb에 의해 형성한 바, 권회형 반응체(50)에서의 세선(53)의 표면에는, Ni로 형성한 반응체(26) 정도는 아니지만, 표면에 금속 나노 입자끼리가 접촉하도록 해서 형성되고, 복수의 금속 나노 입자가 밀집되는 영역도 형성되었다(후술하는 도 8에 나타냄). 또한, 권회형 반응체(50)에서의 세선(53)의 표면에 형성되는 금속 나노 입자는, 반응체(26)의 표면에 형성되는 금속 나노 입자와 마찬가지로, 폭이 1000[nm] 이하인 나노 사이즈로 형성되고, 바람직하게는 300[nm] 이하, 더욱 바람직하게는 10[nm] 이하, 나아가 5[nm] 이하로 형성되어 있는 것이 바람직하고, 금속 나노 입자의 폭을 작게 함으로써, 적은 중수소 가스의 공급량으로 핵 융합 반응이 일어나기 쉬워질 수 있다.
또한, 이 경우에도, 권회형 반응체(50)에서의 세선(53)의 표면에는, 반응체(26)의 표면과 마찬가지로, 금속 나노 입자의 폭(입경)이 1 내지 10[nm]이고, 이들 미소한 금속 나노 입자의 서로의 거리가 열 운동에 의해 접촉하지 않는 거리, 바람직하게는 입경의 3배 이상의 거리를 두고 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이 경우, 반응체의 표면에는, 금속 나노 입자가, 예를 들어 1[cm2]당, 4×108개 형성되어 있는 것이 바람직하고, 또한 미소한 금속 나노 입자가 점재하도록 형성되어 있는 것이 바람직하다.
또한, 반응로(42)에는, 권회형 반응체(50)의 지지부(52)에 열전대(58)가 접촉하도록 배치되어 있다. 이에 의해 권회형 반응체(50)는, 열전대(58)에 의해 온도가 측정되고, 열전대(58)에 접속된 컴퓨터 등에 의해 작업자가 온도 확인할 수 있도록 되어 있다. 이 경우, 열전대(58)는, 알루미나관의 내부에 K형의 열전대 소자가 삽입된 구성을 갖고, 벽부(43b)에서 절연 부재(59)에 의해 보유 지지되어, 반응로(42)와 절연되어 있다.
권회형 반응체(50)와 쌍을 이루는 다른 쪽 권회형 반응체(51)는, 전극 보유 지지부(62)의 선단에 설치되어 있고, 상기 전극 보유 지지부(62)에 의해, 한쪽 권회형 반응체(50)와 대향하도록 로 내에 배치되어 있다. 또한, 전극 보유 지지부(62)는, 벽부(43b)에 설치한 절연 부재(63)에 의해 보유 지지된 전극 도입부(64)에 접속되어 있다. 전극 도입부(64)는, 도시하지 않은 전원에 접속되어 있고, 상기 전원으로부터의 전압을, 전극 보유 지지부(62)를 통해서 권회형 반응체(51)에 인가할 수 있다. 이에 의해 권회형 반응체(51)는 전원으로부터 전압이 인가되어 음극 또는 양극으로서 기능할 수 있다.
권회형 반응체(51)는, 예를 들어 Pb, Ti, Pt, Ni, 또는 이들 원소 중 적어도 어느 1종을 함유한 합금을 포함하는 수소 흡장 금속으로 형성된 축부(60)에, 동일하게 Pb, Ti, Pt, Ni, 또는 이들 원소 중 적어도 어느 1종을 함유한 합금을 포함하는 수소 흡장 금속으로 형성된 세선(61)이 나선 형상으로 권취된 구성을 갖고, 축부(60)의 근본이 전극 보유 지지부(62)의 선단에 설치되어 있다. 이 권회형 반응체(51)도, 상술한 권회형 반응체(50)와 마찬가지로, 플라즈마 처리에 의해, 축부(60)나 세선(61)의 표면에 나노 사이즈로 이루어지는 복수의 금속 나노 입자를 형성시킬 수 있다. 이로써, 권회형 반응체(51)에서도, 진공 상태가 유지된 반응로(42) 내에 중수소 가스가 공급되면, 축부(60)나 세선(61)의 표면에 형성된 금속 나노 입자 내에 수소 원자가 흡장되어, 핵 융합 반응이 일어날 수 있다. 또한, 권회형 반응체(51)의 축부(60)나 세선(61)의 표면에 형성되는 금속 나노 입자는, 상술한 권회형 반응체(50)의 세선(53)의 표면에 형성되는 금속 나노 입자와 동일한 구성을 갖는 점에서, 여기서는 그 설명은 생략한다.
이로써, 제2 실시 형태에 의한 발열 장치(41)는, 플라즈마 처리에 의해 권회형 반응체(50, 51) 및 반응체(26)의 표면에 나노 사이즈로 이루어지는 복수의 금속 나노 입자를 형성할 수 있고, 계속해서, 도시하지 않은 히터에 의해 권회형 반응체(50, 51)나 반응체(26)가 가열된 상태에서, 진공 상태가 유지된 반응로(42) 내에 중수소 가스가 공급되면, 권회형 반응체(50, 51) 및 반응체(26)의 표면에 있는 금속 나노 입자 내에 수소 원자가 흡장되고, 그 결과, 반응로(42) 내에서 핵 융합 반응을 일으켜, 발열할 수 있도록 되어 있다. 여기서, 히터에 의해 권회형 반응체(50, 51)나 반응체(26)를 가열할 때의 가열 온도는, 200[℃] 이상, 더욱 바람직하게는 250[℃] 이상인 것이 바람직하다.
또한, 이 제2 실시 형태에 의한 발열 장치(41)에서는, 이러한 반응로(42) 내에서 발열하고 있을 때, 전극쌍에 의해 글로우 방전을 일으켜서 플라즈마를 발생시키면, 발열 온도가 더욱 상승하고, 상기 플라즈마를 정지시켜도, 반응로(42) 내를 수소 가스 분위기로 계속해서 유지하는 한, 그대로 온도 상승된 상태를 계속해서 유지할 수 있다.
(2-2) 검증 시험
이어서, 도 5에 도시한 발열 장치(41)를 사용하여, 반응로(42)가 발열하는지 여부에 대해서 검증 시험을 행하였다. 여기에서는, 체적 15[l], 중량 50[kg]의 반응로(42)를 스테인리스(SUS306)로 형성하였다. 또한, 이 검증 시험에서는, 종횡 30[mm], 두께 2[mm]의 Al2O3(알루미나 세라믹스)로 형성된 지지부(52)에, 직경 0.1[mm], 길이 1000[mm]의 Pd(순도 99.9%)로 이루어지는 세선(53)을 15회 권취한 권회형 반응체(50)를 사용하고, 또한, 직경 3[mm], 길이 50[mm]의 Pd(순도 99.9%)로 이루어지는 축부(60)에, 직경 1[mm], 길이 300[mm]의 Pd(순도 99.9%)로 이루어지는 세선(61)을 간극 없이 나선 형상으로 권취한 권회형 반응체(51)를 사용하였다. 또한, 이 검증 시험에서는, 직경 0.1[mm]의 Ni(순도 99.9%)로 이루어지는 세선으로 표면이 그물코 형상으로 형성되어 있는 통 형상의 반응체(26)를 사용하였다.
계속해서, 이들 권회형 반응체(50, 51) 및 반응체(26)를 알코올과 아세톤으로 초음파 세정을 행하고, 유지의 오염이 일어나지 않도록 세정 상태를 유지해서 반응로(42) 내에 설치하였다. 또한, 이 반응로(42)는 전체가 접지 전위로 되어 있다. 또한, 권회형 반응체(50)의 온도를 직접 재기 위한 열전대(58)는 직경 1.6[mm], 길이 300[mm]의 K형으로 스테인리스 피복형을 사용하고, 또한 스테인리스 외피의 외측을 직경 3[mm], 길이 100[mm]의 알루미나관으로 절연하여, 선단 부분을 권회형 반응체(50) 표면에 접촉시켰다.
그리고, 우선 처음에 플라즈마 처리로서, 반응로(42) 내의 기체를 진공 배기해 가, 반응로(42) 내를 수 Pa의 진공 분위기로 한 후, 권회형 반응체(50)를 양극으로 하여, 600[V]의 직류 전압을 가하고, 20[mA] 정도로 600초 정도 방전시켰다. 이어서, 전극 전압을 바꾸어서 권회형 반응체(50)를 음극으로 하여, 600[V]의 직류 전압을 가하고, 20[mA] 정도로 1200초 정도 방전시켰다. 이 과정을 5회 반복한 후, 반응로(42)로부터 반응체(26)와 권회형 반응체(50)를 취출해서 그 표면을 SEM 사진에 의해 관찰하였다.
여기서, 도 6a는, 상술한 플라즈마 처리를 행하기 전의 반응체(26)의 표면을 촬상한 SEM 사진이며, 폭이 1000[nm] 이하인 나노 사이즈로 이루어지는 복수의 금속 나노 입자가 그 표면에는 형성되어 있지 않아, 평탄한 표면인 것을 확인할 수 있었다. 한편, 도 7은, 상술한 플라즈마 처리를 행한 후의 반응체(26)의 표면을 촬상한 SEM 사진이며, 폭이 1000[nm] 이하인 나노 사이즈로 이루어지는 복수의 금속 나노 입자가 그 표면에 형성되어, 표면이 요철 형상으로 되어 있는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 이들 금속 나노 입자는, 반구 형상, 반타원 형상 등, 만곡 표면으로 되어 있는 것을 확인할 수 있었다.
또한, 도 6b는, 상술한 플라즈마 처리를 행하기 전의 권회형 반응체(50)에서의 세선(53)의 표면을 촬상한 SEM 사진이며, 상기 권회형 반응체(50)에서도 폭이 1000[nm] 이하인 나노 사이즈로 이루어지는 복수의 금속 나노 입자가 그 표면에는 형성되어 있지 않아, 평탄한 표면인 것을 확인할 수 있었다. 한편, 도 8은, 상술한 플라즈마 처리를 행한 후의 권회형 반응체(50)에서의 세선(53)의 표면을 촬상한 SEM 사진이며, 폭이 1000[nm] 이하인 나노 사이즈로 이루어지는 복수의 금속 나노 입자가 그 표면에 형성되어, 표면이 요철 형상으로 되어 있는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 이 경우도 금속 나노 입자는, 반구 형상, 반타원 형상 등, 만곡 표면으로 되어 있는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 권회형 반응체(50)에서의 세선(53)의 표면에는, 반응체(26) 정도는 아니지만, 표면에 금속 나노 입자끼리가 접촉하도록 해서 형성되어, 복수의 금속 나노 입자가 밀집되는 영역도 형성되는 것을 확인할 수 있었다.
여기서, 권회형 반응체(50)에 대해서, 플라즈마 처리 후의 세선(53)의 표면을 더욱 확대해서 관찰한 바, 도 9a 및 도 9b에 나타낸 바와 같은 SEM 사진이 얻어졌다. 이 도 9a 및 도 9b로부터, 폭이 100[nm] 이하인 금속 나노 입자가 형성되어 있고, 금속 나노 입자의 표면에 더욱 폭이 작은 미소한 금속 나노 입자가 형성되는 등, 표면이 요철 형상으로 형성되어 있는 것을 확인할 수 있었다. 이와 관련하여,이 검증 시험에서는, 직경 0.1[mm]의 Pd의 세선(53)을 지지부(52)에 권취한 권회형 반응체(50)를 사용했지만, 직경 1[mm]의 Pd의 세선을 지지부(52)에 권취한 권회형 반응체를 사용해서 검증 시험을 행한 바, 방전을 10[ks] 계속하고, 이것을 10회 반복함으로써, 상기 세선의 표면에 충분히 활성인 금속 나노 입자를 형성할 수 있는 것을 확인할 수 있었다.
계속해서, 이 검증 시험에서는, 반응로(42) 내의 진공 상태를 유지하고, 도시하지 않은 히터에 의해 권회형 반응체(50, 51) 및 반응체(26)를 100 내지 200[℃]에서 3시간 정도, 가열 활성화하고, 권회형 반응체(50, 51) 및 반응체(26)로부터, 경수소, H2O, 또한 탄화수소계의 가스를 방출시켜서 불순물을 제거하였다.
계속해서, 발열 반응 처리로서, 제2 실시 형태에 의한 발열 장치(41)의 검증 시험에서는, 도 10 및 도 11에 나타낸 바와 같이, 반응로(42) 내의 진공 상태를 유지한 채 단계적으로 권회형 반응체(50)를 가열해 가, 실온 차 140[℃]일 때, 가스 공급관(8)으로부터 반응로(42) 내에 중수소 가스를 100[Pa]으로 도입하였다. 여기서, 도 10은, 전극쌍에 인가한 전압을 나타내고, 도 11은, 히터에 의해 권회형 반응체(50)를 단계적으로 가열해 갔을 때부터의 권회형 반응체(50)의 온도를 나타낸다. 또한, 도 11에 나타낸 온도는, 권회형 반응체(50)의 온도와, 실온과의 차(실온 차)이다.
이 검증 시험에서는, 도 11에 나타낸 바와 같이, 권회형 반응체(50)를 단계적으로 실온 차 140[℃]까지 가열한 후, 반응로(42) 내에 중수소 가스를 100[Pa](즉, 100[ml])으로 공급하면, 전극쌍에 의해 플라즈마를 발생시키지 않아도, 즉시 실온 차가 220[℃]까지 상승하였다. 그 후, 도 10 및 도 11에 나타낸 바와 같이, 권회형 반응체(50)의 세선(53)(도 10 중에서는 Pd 세선이라 칭함)의 표면을 활성화시키기 위해서, 전극쌍에 인가하는 전압값을 45[V]까지 상승시켜서 4000초간 플라즈마에 의한 활성화 처리를 행한 바, 또한 30[℃] 온도 상승해서 250℃가 되었다. 그 후, 전극쌍에 인가하는 전압값을 32[V]까지 내려서 플라즈마를 정지시켜도, 중수소 가스를 반응로(42)로부터 배출할 때까지, 온도 상승한 상태가 그대로 안정적으로 계속되었다.
또한, 이 때, 중성자 측정 수단에 의해 반응로(42)의 주위의 중성자를 측정한 바, 중수소 가스를 반응로(42) 내에 도입하여 권회형 반응체(50)가 발열하기 시작하고 나서부터, 중성자 측정 수단에 있어서 중성자가 측정되었다. 이와 같이 권회형 반응체(50)에서의 발열과, 중성자의 측정으로부터, 반응로(42) 내에서는 핵 융합 반응이 일어나고 있다고 추측할 수 있다. 이와 관련하여, 도 10 및 도 11에 나타낸 바와 같이, 250[℃]에서 안정적으로 발열하고 있는 상태가 된 후, 다시 권회형 반응체(50)의 세선(53)의 표면을 활성화시키기 위해서, 전극쌍에 전압을 인가하여 글로우 방전을 일으켜, 플라즈마에 의한 활성화 처리를 행했지만, 한층 더 온도 상승은 확인할 수 없었다. 이상의 검증 시험에 의해, 제2 실시 형태에 관한 발열 장치(41)에서는, 권회형 반응체(50, 51)나 반응체(26)의 표면에 나노 사이즈로 이루어지는 복수의 금속 나노 입자를 형성하고, 상기 표면을 활성화시킨 후, 반응로(42) 내에 중수소 가스를 공급함으로써 핵 융합 반응을 일으켜서 열을 생성할 수 있는 것을 확인할 수 있었다.
(2-3) 작용 및 효과
이상의 구성에 있어서, 본 발명에 따른 발열 장치(41)에서도, 나노 사이즈로 이루어지는 복수의 금속 나노 입자가 표면에 형성된 수소 흡장 금속으로 이루어지는 반응체(26)를 반응로(42) 내에 설치하고, 반응체(26)를 히터에 의해 가열해서 에너지를 부여하고, 진공 상태로 유지된 반응로(42) 내에 중수소 가스를 공급하여, 반응로(42) 내를 중수소 가스 분위기로 하였다. 또한, 발열 장치(41)에서는, 수소 흡장 금속으로 이루어지는 권회형 반응체(50)의 세선(53)이나 권회형 반응체(51)의 표면에도 나노 사이즈로 이루어지는 복수의 금속 나노 입자를 형성하도록 하였다. 이에 의해 발열 장치(41)에서는, 히터의 가열에 의해 에너지가 부여됨으로써, 권회형 반응체(50, 51)나 반응체(26)의 금속 나노 입자 내에 수소 원자가 흡장되고, 상기 금속 나노 입자 내의 전자가 주위의 금속 원자나 다른 전자로부터 강하게 영향을 받아서 중전자로서 작용하고, 그 결과, 금속 나노 입자 내에서의 수소 원자간의 핵간 거리가 줄어들어, 터널 핵 융합 반응이 일어날 확률을 높일 수 있고, 이로써 가열 온도 이상의 열을 종래보다도 안정적으로 생성할 수 있다.
또한, 이 발열 장치(41)에서는, 중수소 가스 분위기가 되는 반응로 내에서, 전극쌍에 의해 플라즈마를 발생시키면, 발열이 촉진되어 발열 온도가 더욱 상승하고, 상기 플라즈마를 정지시켜도, 반응로(42) 내를 중수소 가스 분위기로 계속해서 유지하는 한, 그대로 온도 상승한 상태를 계속해서 유지할 수 있다.
또한, 발열 장치(41)에서는, 반응체(26) 및 권회형 반응체(50)에 추가하여, 또한 권회형 반응체(51)를 설치하고, 이 권회형 반응체(51)에도 복수의 금속 나노 입자가 형성되는 점에서, 상기 금속 나노 입자가 형성되어 있는 영역이 증가하고, 그만큼, 수소 원자가 금속 나노 입자 내에 흡장되기 쉬워져, 핵 융합 반응이 일어날 확률을 높게 할 수 있다.
(3) 제3 실시 형태
도 1과의 대응 부분에 동일 부호를 붙여서 도시한 도 12에 있어서, 65는 제3 실시 형태에 의한 발열 장치를 도시하고, 상술한 제1 실시 형태와는, 반응로(2) 내에 설치되는 전극쌍의 구성이 상이하다. 실제상, 이 발열 장치(65)에서의 반응로(2)에는, 반응로(2)의 중심축 상에, 예를 들어 양극으로서 기능하는 권회형 반응체(66)와, 음극으로서 기능하는 내측 반응체(72)가 직렬로 배치되어 있고, 동일하게 음극으로서 기능하는 통 형상의 반응체(26)의 중공 영역 내에, 이들 권회형 반응체(66) 및 내측 반응체(72)가 배치되어 있다.
이 실시 형태의 경우, 반응로(2)에는, 통 형상부(2a)의 내벽에 반응체(26)가 접하도록 설치되어 있음과 함께, 한쪽 벽부(2c)에 대하여 내측 반응체(72)가 기립 설치되어 있다. 반응로(2)는, 도시하지 않은 전원에 접속된 배선이 외벽에 접속된 구성을 갖고, 전원으로부터 배선을 거쳐서 반응로(2)에 전압이 인가되면, 상기 반응로(2)에 접한 반응체(26) 및 내측 반응체(72)에도 전압을 인가할 수 있도록 되어 있다.
이 실시 형태의 경우, 벽부(2b)의 개구부(28)에는, 절연 부재(27)가 설치되어 있고, 알루미나 절연관으로 덮인 막대 형상의 전극 도입부(71)가 상기 절연 부재(27)에 의해 보유 지지되어 있다. 전극 도입부(71)는, 절연 부재(27)에 의해 반응로(2)와 절연 상태가 유지된 상태에서 반응로(2) 내에 그 선단이 배치되고, 상기 선단에 권회형 반응체(66)를 갖는다. 권회형 반응체(66)는, 전극 도입부(71)의 선단에 접속된 축부(69)를 갖고, 축부(69)에 세선(70)이 나선 형상으로 권취되어 있다. 또한, 권회형 반응체(66)는, 축부(69)의 선단에 직경 확장 형상의 지지부(67)가 설치되어 있고, 상기 지지부(67)에도 세선(68)이 권취되어 있다. 권회형 반응체(66)는, 도시하지 않은 전원에 접속된 배선이 전극 도입부(71)에 접속되어 있고, 상기 배선 및 전극 도입부(71)를 거쳐서 전원으로부터 전압이 인가될 수 있다.
여기서 권회형 반응체(66)를 구성하는 축부(69) 및 세선(68, 70)은, Ni, Pd, Ti, Pt, 또는 이들 원소 중 적어도 어느 1종을 함유한 합금을 포함하는 수소 흡장 금속에 의해 형성되어 있다. 이에 의해 권회형 반응체(66)는, 상술한 반응체(26)와 마찬가지로, 플라즈마 처리가 행해짐으로써, 축부(69) 및 세선(68, 70)의 표면에, 나노 사이즈로 이루어지는 복수의 금속 나노 입자가 형성됨과 함께, 표면의 산화 피막이 제거되어 수소 원자를 흡장 가능한 활성 상태가 될 수 있다. 또한, 지지부(67)는 예를 들어 Al2O3(알루미나 세라믹스) 등의 도통 부재로 형성될 수 있다.
이러한 구성에 추가하여, 내측 반응체(72)는, 내부가 중공 형상의 사각 기둥 형상으로 형성되어 있고, 그 표면이, Ni, Pd, Ti, Pt, 또는 이들 원소 중 적어도 어느 1종을 함유한 합금을 포함하는 수소 흡장 금속으로 이루어지는 세선에 의해 그물코 형상으로 형성되어 있다. 이 내측 반응체(72)는, 저면부가 벽부(2c)에 고착되어 반응로(2)와 도통 상태가 되어 있고, 전원으로부터 반응로(2)를 거쳐서 전압이 인가됨으로써 전극으로서 기능할 수 있다. 또한, 이 내측 반응체(72)는, 저면부와 대향하는 천장면부가, 권회형 반응체(66)의 지지부(67)와 소정 거리를 두고 대향하도록 배치되어 있고, 상기 권회형 반응체(66)와 전극쌍을 구성하여 글로우 방전을 일으켜서 플라즈마를 발생시킬 수 있다.
여기서, 이 내측 반응체(72)도, 반응체(26)나 권회형 반응체(66)와 동일하게, 플라즈마 처리가 행해짐으로써, 나노 사이즈로 이루어지는 복수의 금속 나노 입자가 표면에 형성됨과 함께, 상기 표면의 산화 피막이 제거되어, 수소 원자를 흡장 가능한 활성 상태가 될 수 있다. 또한, 이 발열 장치(65)에서는, 내측 반응체(72)에 추가하여 반응로(2)의 내벽에 설치한 반응체(26)도 전극으로서 기능할 수 있고, 상기 반응체(26)와 권회형 반응체(66)에서도 전극쌍을 구성하고, 이들 반응체(26) 및 권회형 반응체(66)에서도 글로우 방전을 일으켜서 플라즈마를 발생시킬 수 있다.
이상의 구성에 있어서, 이 발열 장치(65)에서도 상술한 제2 실시 형태와 동일한 효과를 얻을 수 있다. 예를 들어 발열 장치(65)에서는, 나노 사이즈로 이루어지는 복수의 금속 나노 입자가 표면에 형성된 수소 흡장 금속으로 이루어지는 반응체(26) 및 내측 반응체(72)를 반응로(2) 내에 설치하고, 반응체(26) 및 내측 반응체(72)를 히터에 의해 가열해서 에너지를 부여하고, 진공 상태로 유지된 반응로(42) 내에 중수소 가스를 공급하여, 반응로(42) 내를 중수소 가스 분위기로 하였다. 이에 의해 발열 장치(65)에서는, 수소 원자가 반응체(26) 및 내측 반응체(72)의 금속 나노 입자 내에 흡장되고, 상기 금속 나노 입자 내의 전자가 주위의 금속 원자나 다른 전자로부터 강하게 영향을 받아서 중전자로서 작용하고, 그 결과, 금속 나노 입자 내에서의 수소 원자간의 핵간 거리가 줄어들어, 터널 핵 융합 반응이 일어날 확률을 높일 수 있고, 이로써 종래보다도 안정적으로 열을 생성할 수 있다.
또한, 이 발열 장치(65)에서는, 수소 흡장 금속으로 이루어지는 권회형 반응체(66)의 축부(69) 및 세선(68, 70)의 표면에도 나노 사이즈로 이루어지는 복수의 금속 나노 입자를 형성하도록 하였다. 이에 의해 발열 장치(65)에서는, 히터의 가열에 의해 에너지가 부여됨으로써, 축부(69) 및 세선(68, 70)의 표면에 있는 금속 나노 입자 내에도 수소 원자가 흡장되고, 상기 금속 나노 입자 내의 전자가 주위의 금속 원자나 다른 전자로부터 강하게 영향을 받아서 중전자로서 작용하고, 그 결과, 금속 나노 입자 내에서의 수소 원자간의 핵간 거리가 줄어들어, 터널 핵 융합 반응이 일어날 확률을 높일 수 있고, 이로써 종래보다도 안정적으로 열을 생성할 수 있다.
(4) 다른 실시 형태
본 발명은 상술한 실시 형태에 한정되지 않고, 본 발명의 취지 범위 내에서 적절히 변경하는 것이 가능하다. 예를 들어, 상술한 실시 형태에 있어서는, 금속 나노 볼록부로서, 구상 입자, 타원 형상 입자, 또는 난상 입자의 일부가 상기 표면이 매립된 것 같은 형상으로 이루어지는 만곡 표면을 가진 금속 나노 입자에 대해서 설명했지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 도 13a에 도시한 바와 같이, 폭이 나노 사이즈로 이루어지는 띠 형상의 금속 나노 볼록부(83)를 적용해도 되고, 또한, 도 13a에 도시한 바와 같이, 판상의 반응체(80)로 해도 된다.
이 경우, 반응체(80)는, 예를 들어 수소 흡장 금속으로 형성된 두께 0.5[mm]의 기판(82) 상에, 수소 흡장 금속으로 형성된 폭이 1000[nm] 이하인 띠 형상의 금속 나노 볼록부(83)와, 띠 형상의 오목부(84)를 일정한 간격으로 교대로 배치한 구성을 갖고 있다. 이러한 띠 형상의 금속 나노 볼록부(83)는, 에칭 기술 등을 사용하면, 예를 들어 폭이 5[nm]인 나노 사이즈로 이루어지는 띠 형상으로 용이하게 형성할 수 있다. 이와 같이 금속 나노 볼록부(83)는, 반응로 내에 반응체를 설치하기 전에 미리 에칭 기술 등을 사용해서 반응체의 표면에 형성해 두어도 된다.
그리고, 이와 같이, 표면에 나노 사이즈로 이루어지는 복수의 금속 나노 볼록부(83)가 형성되어 있는 수소 흡장 금속으로 이루어지는 반응체(80)를, 중수소 가스 분위기가 되는 반응로 내에 설치함으로써, 수소 원자가 반응체(80)의 금속 나노 볼록부(83) 내에 흡장되고, 상기 금속 나노 볼록부(83) 내의 전자가 주위의 금속 원자나 다른 전자로부터 강하게 영향을 받아서 중전자로서 작용하고, 그 결과, 금속 나노 볼록부(83) 내에서의 수소 원자간의 핵간 거리가 줄어들어, 터널 핵 융합 반응이 일어날 확률을 높일 수 있고, 이로써 종래보다도 안정적으로 열을 생성할 수 있다.
또한, 기타의 실시 형태로서, 도 13b에 도시한 바와 같이, 수소 흡장 금속으로 이루어지는 기판(82) 상에, 격자 형상으로 형성된 오목부(84)를 형성하고, 폭이 1000[nm] 이하인 입방체 형상의 수소 흡장 금속으로 이루어지는 금속 나노 볼록부(85)가 매트릭스 형상으로 배치된 반응체(81)를 적용해도 된다. 이 경우에도, 표면에 나노 사이즈로 이루어지는 복수의 금속 나노 볼록부(85)가 형성되어 있는 수소 흡장 금속으로 이루어지는 반응체(81)를, 중수소 가스 분위기가 되는 반응로 내에 설치함으로써, 수소 원자가 반응체(81)의 금속 나노 볼록부(85) 내에 흡장되고, 상기 금속 나노 볼록부(85) 내의 전자가 주위의 금속 원자나 다른 전자로부터 강하게 영향을 받아서 중전자로서 작용하고, 그 결과, 금속 나노 볼록부(85) 내에서의 수소 원자간의 핵간 거리가 줄어들어, 터널 핵 융합 반응이 일어날 확률을 높일 수 있고, 이로써 종래보다도 안정적으로 열을 생성할 수 있다.
이와 같이 금속 나노 볼록부는, 폭이 1000[nm] 이하, 바람직하게는 300[nm] 이하, 더욱 바람직하게는 10[nm] 이하, 나아가 5[nm] 이하로 형성되어 있는 것이 바람직하고, 그 형상은 띠 형상이나, 직육면체 형상 등 기타 다양한 형상이어도 된다.
(4-1) 중수 가스, 경수소 가스 및 경수 가스의 이용에 대해서
상술한 실시 형태에 의한 발열 장치(1, 41, 65)에서는, 중수소(D2) 가스를 반응로(2, 42) 내에 공급하고, 상기 반응로(2, 42) 내를 중수소 가스 분위기로 했을 경우에 대해서 설명했지만, 본 발명은 이것에 한정하지 않고, 중수(D2O) 가스를 반응로(2, 42) 내에 공급하고, 상기 반응로(2, 42) 내를 중수 가스 분위기로 해도 되고, 또한 경수소(H2) 가스를 반응로(2, 42) 내에 공급하고, 상기 반응로(2, 42) 내를 경수소 가스 분위기로 해도 되고, 나아가 경수(H2O) 가스를 반응로(2, 42) 내에 공급하고, 상기 반응로(2, 42) 내를 경수 가스 분위기로 해도 된다.
즉, 중수소 가스 대신에, 중수 가스나, 경수소 가스, 또는 경수 가스를 사용한 제1 실시 형태에 의한 발열 장치(1)(도 1)에서도, 중수소 가스 분위기, 경수소 가스 분위기, 또는 경수 가스 분위기가 된 반응로(2) 내에서 권회형 반응체(25) 및 반응체(26)로 플라즈마를 발생시켜서 에너지를 부여하는 발열 반응 처리를 행함으로써, 수소 원자가 반응체(26)나 권회형 반응체(25)의 금속 나노 입자 내에 흡장될 수 있다. 이에 의해 발열 장치(1)에서는, 금속 나노 입자 내의 전자가 주위의 금속 원자나 다른 전자로부터 강하게 영향을 받아서 중전자로서 작용하고, 그 결과, 금속 나노 입자 내에서의 수소 원자간의 핵간 거리가 줄어들어, 터널 핵 융합 반응이 일어날 확률을 높일 수 있다.
또한, 제2 실시 형태에 의한 발열 장치(41)(도 5)에서도, 나노 사이즈로 이루어지는 복수의 금속 나노 입자가 표면에 형성된 수소 흡장 금속으로 이루어지는 반응체(26) 및 권회형 반응체(50, 51)를 반응로(42) 내에 설치하고, 이들 반응체(26) 및 권회형 반응체(50, 51)를 히터에 의해 가열해서 에너지를 부여하고, 중수 가스나, 경수소 가스, 경수 가스를, 진공 상태로 유지된 반응로(42) 내에 공급한다. 이에 의해 발열 장치(41)에서도, 권회형 반응체(50, 51)나 반응체(26)의 금속 나노 입자 내에 수소 원자가 흡장되고, 상기 금속 나노 입자 내의 전자가 주위의 금속 원자나 다른 전자로부터 강하게 영향을 받아서 중전자로서 작용하고, 그 결과, 금속 나노 입자 내에서의 수소 원자간의 핵간 거리가 줄어들어, 터널 핵 융합 반응이 일어날 확률을 높일 수 있고, 이로써 가열 온도 이상의 열을 종래보다도 안정적으로 생성할 수 있다.
또한, 중수 가스나, 경수소 가스, 경수 가스를 사용한 제2 실시 형태에 의한 발열 장치(41)에서도, 상술과 마찬가지로, 과잉 열 발생 후, 중수 가스 분위기, 경수소 가스 분위기, 또는 경수 가스 분위기로 한 반응로(42) 내에서, 전극쌍에 의해 플라즈마를 발생시키면, 발열이 촉진되어 발열 온도가 더욱 상승하고, 상기 플라즈마를 정지시켜도, 반응로(42) 내를 중수 가스 분위기, 경수소 가스 분위기, 또는 경수 가스 분위기로 계속해서 유지하는 한, 그대로 온도 상승한 상태를 계속해서 유지할 수 있다.
또한, 제3 실시 형태에 의한 발열 장치(65)(도 12)에서도, 중수소 가스 대신에, 중수 가스나, 경수소 가스, 경수 가스를 사용할 수 있고, 이들 중수 가스나, 경수소 가스, 경수 가스를 사용해도, 상술한 제2 실시 형태와 동일한 효과를 얻을 수 있다. 즉, 도 12에 도시한 발열 장치(65)에서도, 나노 사이즈로 이루어지는 복수의 금속 나노 입자가 표면에 형성된 수소 흡장 금속으로 이루어지는 반응체(26) 및 내측 반응체(72)를 반응로(2) 내에 설치하고, 반응체(26) 및 내측 반응체(72)를 히터에 의해 가열해서 에너지를 부여하여, 중수 가스나, 경수소 가스, 경수 가스를, 진공 상태로 유지된 반응로(42) 내에 공급한다.
중수 가스 분위기, 경수소 가스 분위기, 또는 경수 가스 분위기의 반응로(42) 내에서는, 수소 원자가 반응체(26) 및 내측 반응체(72)의 금속 나노 입자 내에 흡장되고, 상기 금속 나노 입자 내의 전자가 주위의 금속 원자나 다른 전자로부터 강하게 영향을 받아서 중전자로서 작용하고, 그 결과, 금속 나노 입자 내에서의 수소 원자간의 핵간 거리가 줄어들어, 터널 핵 융합 반응이 일어날 확률을 높일 수 있고, 이로써 종래보다도 안정적으로 열을 생성할 수 있다.
또한, 이러한 중수 가스나, 경수소 가스, 경수 가스를 사용한 발열 장치(65)에서도, 수소 흡장 금속으로 이루어지는 권회형 반응체(66)의 축부(69) 및 세선(68, 70)의 표면에 나노 사이즈로 이루어지는 복수의 금속 나노 입자를 형성할 수도 있고, 히터의 가열에 의해 에너지가 부여되면, 축부(69) 및 세선(68, 70)의 표면에 있는 금속 나노 입자 내에 수소 원자가 흡장되고, 상기 금속 나노 입자 내의 전자가 주위의 금속 원자나 다른 전자로부터 강하게 영향을 받아서 중전자로서 작용하고, 그 결과, 금속 나노 입자 내에서의 수소 원자간의 핵간 거리가 줄어들어, 터널 핵 융합 반응이 일어날 확률을 높일 수 있고, 이로써 종래보다도 안정적으로 열을 생성할 수 있다.
(4-2) 중수소 가스, 중수 가스, 경수 가스 및 경수소 가스를 사용한 검증 시험에 대해서
이어서, 도 5에 도시한 구성의 발열 장치(41)를 사용하여, 중수소 가스, 중수 가스, 경수 가스 및 경수소 가스를 사용했을 때의 출력 총 에너지 등에 대해서 조사하는 검증 시험을 행하였다. 여기서, 검증 시험에 사용하는 발열 장치(41)는, 직경 0.05[mm]의 Ni(순도 99.9%)로 이루어지는 세선에 의해, 100메쉬의 그물눈이 형성되고, 높이 30[cm], 폭 30[cm]의 반응체(26)를 준비하고, 이 반응체(26)의 외주면이 반응로(42) 내의 내벽을 따라 밀착하도록 설치하였다. 또한, 이 단계에서는, 원통 형상의 반응체(26)의 표면에, 나노 사이즈로 이루어지는 복수의 금속 나노 입자가 형성되어 있지 않다.
또한, 이 검증 시험에서는, 종횡 30[mm], 두께 2[mm]의 Al2O3(알루미나 세라믹스)로 형성된 지지부(52)에, 직경 0.2[mm], 길이 1000[mm]의 Pd(순도 99.9%)로 이루어지는 세선(53)을 15회 권취한 권회형 반응체(50)를 사용하였다. 또한, 이 검증 시험에서는, 직경 3[mm], 길이 50[mm]의 Pd(순도 99.9%)로 이루어지는 축부(60)에, 직경 1[mm], 길이 300[mm]의 Pd(순도 99.9%)로 이루어지는 세선(61)을 간극 없이 나선 형상으로 권취한 권회형 반응체(51)를 사용하였다.
계속해서, 이들 권회형 반응체(50, 51) 및 반응체(26)를 알코올과 아세톤으로 초음파 세정을 행하여, 유지의 오염이 일어나지 않도록 세정 상태를 유지해서 반응로(42) 내에 설치하였다. 또한, 이 반응로(42)는 전체가 접지 전위로 되어 있다. 또한, 권회형 반응체(50)의 온도를 직접 재기 위한 열전대(58)는 직경 1.6[mm], 길이 300[mm]의 K형으로 스테인리스 피복형을 사용하고, 또한 스테인리스 외피의 외측을 직경 3[mm], 길이 100[mm]의 알루미나관으로 절연하여, 선단 부분을 권회형 반응체(50) 표면에 접촉시켰다. 또한, 전극쌍이 되는 권회형 반응체(50, 51)는, 양극 및 음극의 극성을 바꿀 수 있다.
계속해서, 우선 처음에 플라즈마 처리로서, 반응로(42) 내의 기체를 진공 배기해 가, 반응로(42) 내를 수 Pa의 진공 분위기로 한 후, 권회형 반응체(50)를 양극, 다른 쪽 권회형 반응체(51)를 음극으로 하여, 600 내지 800[V]의 직류 전압을 가하고, 20[mA] 정도로 600초 정도 방전시켰다. 이어서, 전극 전압을 바꾸어서 권회형 반응체(50)를 음극, 다른 쪽 권회형 반응체(51)를 양극으로 하여, 600 내지 800[V]의 직류 전압을 가하고, 20 내지 30[mA] 정도로 103 내지 104초 정도 방전시켰다.
계속해서, 이 검증 시험에서는, 플라즈마 처리로서, 반응로(42) 내의 진공 상태를 유지하고, 도시하지 않은 히터에 의해 권회형 반응체(50, 51) 및 반응체(26)를 가열해서 활성화시켰다. 권회형 반응체(50, 51) 및 반응체(26)의 가열은, 권회형 반응체(50, 51) 및 반응체(26)로부터, 경수소, H2O, 또한 탄화수소계의 가스가 방출되지 않게 될 때까지 행하였다. 구체적으로는, 히터에 의해 권회형 반응체(50, 51) 및 반응체(26)를 100 내지 200[℃]에서 3시간 정도, 가열 활성화하고, 권회형 반응체(50, 51) 및 반응체(26)로부터, 경수소, H2O, 또한 탄화수소계의 가스를 방출시켜서 불순물을 제거하였다.
또한, 이 검증 시험에서는, 플라즈마 처리로서, 권회형 반응체(50)를 양극으로 하여, 600 내지 800[V]의 직류 전압을 가하고, 20 내지 30[mA] 정도로 10[ks]초 정도 방전시켰다. 이와 같이 하여 권회형 반응체(50, 51) 및 반응체(26)의 표면에 나노 사이즈로 이루어지는 복수의 금속 나노 입자를 형성하였다. 또한, 이러한 플라즈마 처리 후, 중수소 가스를 반응로(42) 내에 공급하고, 반응로(42) 내의 가스 압력을 조사한 바, 상기 가스 압력이 170[Pa]로부터 40[Pa]로 저하되는 것을 확인할 수 있었다. 이것으로부터, 시료 금속인 권회형 반응체(50, 51) 및 반응체(26)가 6.5[cm3]인 중수소 가스를 흡수한 것을 확인할 수 있었다.
또한, 이러한 나노 사이즈로 이루어지는 복수의 금속 나노 입자가 표면에 형성된 권회형 반응체(50, 51) 및 반응체(26)를 사용하여, 반응로(42) 내에서 핵 융합 반응을 일으키는 발열 반응 처리를 행하였다. 이 검증 시험에서는, 발열 반응 처리로서, 반응로(42) 내를 진공 상태로 유지하면서, 가스 공급 수단(3)에 의해 반응로(42) 내에 공급되는 가스의 종류나, 가스 공급 시의 가스 압력, 전극쌍을 가열하는 히터의 입력 가열 와트수를 바꾸어, 반응로(42)의 온도 등의 각종 수치를 조사하였다. 여기에서는 우선 처음에, 반응로(42) 내에 공급하는 가스로서 중수소 가스를 사용했을 때의 결과를, 다음의 표 1에 나타낸다.
Figure pct00001
표 1에 있어서, 1열째의 「No.」은 시험 번호이며, 2열째의 「Gas Pressure Pa」는 중수소 가스의 가스 압력(Pa)이며, 3열째의 「Input Watt」는 히터의 입력 가열 와트수(W)이며, 4열째의 「Out put/W Electrode」는 전극(권회형 반응체(50))의 온도로부터 계산한 열 출력(W)이며, 5열째의 「Out put/W Reactor」는 반응로(42)의 온도로부터 계산한 열 출력(W)이다.
또한, 표 1에 있어서, 6열째의 「Time ks」는 과잉 열 계속 시간(ks)이며, 7열째의 「Hout/Hin Electrode」는 전극(권회형 반응체(50))의 온도로부터 구한 출력/입력비값이며, 8열째의 「Hout/Hin Reactor」는 반응로(42)의 외벽 온도로부터 구한 출력/입력비이며, 9열째의 「Temperature/C Electrode」는 시험중에서의 전극(권회형 반응체(50))의 정상 온도(℃)이며, 10열째의 「Temperature/C Reactor」는 시험중에서의 반응로(42)의 정상 온도(℃)이며, 11열째의 「Input Energy kJ」는 입력 총 에너지(kJ)이며, 12열째의 「Output Electrode kJ」는 전극(권회형 반응체(50))의 온도로부터 계산한 출력 총 에너지(kJ)이며, 13열째의 「Output Reactor kJ」는 반응로(42)의 외벽 온도로부터 계산한 출력 총 에너지(kJ)이다.
또한, 시험 번호 No.6 내지 No.13까지는 연속된 일련의 시험 결과를 나타낸다. 표 1로부터, 중수소 가스를 사용한, 어느 쪽의 경우에도, 입력 총 에너지(11열째)보다도 큰 출력 총 에너지(12열째 및 13열째)가 얻어지고 있고, 과잉 열 발생을 관찰할 수 있어, 발열 장치(41)에 의해 발열 가능한 것을 확인할 수 있었다.
이어서, 발열 장치(41)에 있어서, 중수소 가스를 사용했을 때의 발열 전후에서의 가스 성분에 대해서 조사하였다. 도 14a는, 원료 가스인 중수소 가스의 질량 분석 결과이며, 횡축에 가스 M/e의 질량수를 나타내고, 종축에 반응로(42) 내의 가스 성분을 분압에 의해 나타낸 것이다. 분압값과, 반응로(42)의 체적 5[l]와, 온도와, 압력으로부터, 도 14a에 나타낸 바와 같은 중수소 가스의 표준 상태의 가스량을 얻었다. 도 14a에 나타낸 바와 같이, 원료 가스인 중수소 가스는, 중수소가 주이며, 질량수 4가 202[Pa]이었다. 또한, 그 밖에 질량수 3의 HD+가 42[Pa], 질량수 2의 H2 +가 5[Pa]이었다. 불순물로서는, H2O+ 또는 OD+로 추측되는 질량수 18이 포함되어 있었다. 또한, 질량수 17은 OH+, 질량수 19는 OHD+, 질량수 20은 OD2 +로 추정된다.
이어서, 발열 장치(41)에서 발열 반응 처리를 행하여, 발열 반응 처리 후의 반응로(42) 내에서의 가스 성분을 조사하였다. 여기서, 발열 반응 처리로서는, 진공 배기 상태에서 중수소 가스를 반응로(42) 내에 공급하면서, 히터에 의해 전극(권회형 반응체(50))을 약 84[ks]간 가열하였다. 이 때, 처음의 7[ks]는 히터에의 입력을 46[W]로 하고, 그 이후는 81[W]로 하였다. 또한, 그 동안에, 반응로(42) 내의 가스 배기를 수회 행했지만, 과잉 열은 계속해서 발생하고 있었다.
도 14b는, 상술한 발열 반응 처리를 행한 후(즉, 히터에 의한 전극 가열을 종료한 후이며, 이하, 시험 종료 후라고도 칭함), 10[ks]간의 반응로(42) 내의 가스 성분을 조사한 결과를 나타낸다. 도 14b로부터, 시험 종료 후에서는, 질량수 3인 HD+가 많아지고, 이어서 질량수 2인 H2 +와, 질량수 19인 OHD+가 많아지고 있었다.
그리고, 더욱 정확하게 가스 성분의 동정을 행하기 위해서, 발열 장치(41)에서 중수소 가스를 사용한 열 발생 시험을 30일간 행하였다. 도 15 및 도 16은, 이 때의 가스 성분의 증감을 시험 시간 경과에 따라 나타낸 측정 결과이다. 도 15 및 도 16은, 횡축이 시간 경과이며, 종축이 가스량을 나타내고 있고, 도 16은, 도 15에서 가스량 15[cm3] 이하인 영역을 확대한 그래프이다. 도 15 및 도 16 중, 「Total exclude2」란 전체 가스량을 나타낸다. 또한, 과잉 열은, 입력 80[W]에 대하여, 최저값으로 15[W]가 되어 있었다. 경과 시간에 15[W]를 곱하면 발열 에너지, 즉 주울이 된다. 이것으로부터 경과 시간 2.7[Ms]에서 40[MJ]로 계산할 수 있다.
도 15 및 도 16으로부터, 검증 시험의 개시 직후, 중수소(D2 +)가 주인 질량수 4가 감소하고, 그 후 감소 속도는 떨어지지만, 시간 경과에 따라 직선적으로 줄어들어 갔다. 이에 반해, 중수소 원자(D+)로 추측되는 질량수 2가, 질량수 4(D2 +)와는 반대로 증가해 갔다. 이러한 수소 분자의 해리 에너지는 25[℃]에서 436[kJ/mol], 해리도는 1000[℃]에서 1.0×10-7 정도이었다. 또한, 니켈로 이루어지는 반응체(26)의 히터에 의한 가열을 정지해도, 이 질량 가스는 안정적으로 존재하고 있었다.
질량수 3은, 검증 시험 개시 후, 질량수 2의 질량 감소에 대하여 역상관으로 증가해 갔지만, 그 후는 질량수 4의 거동과 대응해서 줄어들어 갔다. 또한, 질량수 28도 시간과 함께 증가해 가고, 그 양은 30일에 2.3[cm3]이었다. 그 이외의 성분은 거의 변화하지 않았다. 또한, 질량수 2 이외의 성분의 총계는 처음의 변화 이후, 거의 일정하였다. 그리고, 질량수 3(HD+)과, 질량수 4(D+)는, 모두 가스 압력과 출력 총 에너지에 의존하고 있었지만, 그 경향은 반대이며, 질량수 3은 가스 압력이나 출력 총 에너지가 증가하면 증가하지만, 질량수 4는 가스 압력이나 출력 총 에너지가 증가하면 감소하였다. 이것은 질량수 4가 질량수 2나 질량수 3의 생성에 기여하고 있는 것을 나타내고 있다. 또한, 검증 시험에 의해, 질량수 2(H2 +)는, 출력 총 에너지가 클수록 발생량이 증가하는데, 중수소 가스의 가스 압력에는 의존하지 않고, 한편, 질량수 3(HD+)은, 중수소 가스의 가스 압력과 발열량의 증대에 의해 증가하는 것을 알 수 있었다.
또한, 중수소 가스로 바꾸어서 중수 가스를 사용하여 발열 장치(41)에서의 출력 에너지 등에 대해서 조사한 바, 다음의 표 2에 나타낸 바와 같은 결과가 얻어졌다.
Figure pct00002
또한, 이 검증 시험에 사용하는 발열 장치(41)에서는, 상술한 검증 시험에서는 Pd로 형성되어 있었던 다른 쪽 권회형 반응체(51)를 Ni로 형성하고, Pd로 이루어지는 권회형 반응체(50)를 양극으로 하고, Ni로 이루어지는 권회형 반응체(51)를 음극으로 해서 반응로(42) 내에 중수 가스를 공급하고, 이들 권회형 반응체(50, 51) 및 반응체(26)를 히터에 의해 가열을 행하였다. 또한, 필요에 따라 반응로(42) 내에 글로우 방전에 의해 플라즈마를 발생시켰다. 그리고, 이 때의 발열 장치(41)에서의 출력 에너지 등을 측정하였다.
또한, 표 2 중, Pd극이란 권회형 반응체(50)를 나타내고, Ni극이란 권회형 반응체(51)를 나타낸다. 표 2로부터, 발열 장치(41)에서는, 중수 가스를 사용한 어느 쪽의 경우에도, 중수 가스 분위기 하의 반응로(42) 내에서 권회형 반응체(50, 51) 및 반응체(26)를 히터에 의해 가열하는 발열 반응 처리를 행함으로써, 입력 에너지를 상회하는 출력 에너지가 얻어지고 있어, 발열하는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 이들 발열 장치(41)에서는, 표 2의 7행째 및 8행째의 「수소 발생량」으로 나타낸 바와 같이, 발열 반응 처리를 행했을 때, 수소가 발생하는 것도 확인할 수 있었다.
여기서, 발열 장치(41)에 있어서, 전극쌍이 되는 권회형 반응체(50, 51)를 Pd에 의해 형성하고, 반응로(42) 내에 공급하는 원료 가스로서, 중수소 가스, 중수 가스, 또는 경수 가스를 사용했을 때의 검증 시험의 결과를 다음의 표 3에 나타내었다.
Figure pct00003
또한, 표 3에 있어서, 2열째의 「Gas Component Significant」는, 사용한 가스의 종류를 나타내고, 3열째의 「Gas Pressure Pa」는, 반응로(42) 내에 가스를 공급할 때의 가스 압력을 나타내고, 4열째의 「Power in /W Heat Watt W」는, 권회형 반응체(50, 51) 및 반응체(26)를 가열할 때의 히터 입력 가열 와트수(W)를 나타내고, 5열째의 「Power in /W Plasma V」는, 전극이 되는 권회형 반응체(50, 51)에 의해 플라즈마 방전을 발생시킬 때의 입력 전압값을 나타내고, 6열째의 「Power in /W Plasma W」는, 전극쌍이 되는 권회형 반응체(50, 51)에 의해 플라즈마 방전을 발생시킬 때의 입력 와트수를 나타내고, 7열째의 「Power in /W Total」은, 히터에 의한 입력 가열 와트수와, 플라즈마 방전 시에 있어서의 전극쌍에의 입력 와트수를 합친 전체 입력 와트를 나타낸다.
또한, 표 3에 있어서, 8열째의 「Time ks」는, 과잉 열 계속 시간을 나타내고, 9열째의 「Heat out/W Estimated by Electrode temp」는, 전극(권회형 반응체(50))의 온도로부터 계산한 발열량을 나타내고, 10열째의 「Heat out/W Estimated by reactor temp」는, 반응로(42)의 외벽 온도로부터 계산한 발열량을 나타내고, 11열째의 「Hout/Hin Estimated by Electrode temp」는, 전극(권회형 반응체(50))의 온도를 기초로 계산한 출력/입력비를 나타내고, 12열째의 「Hout/Hin Estimated by reactor temp」는, 반응로(42)의 외벽 온도를 기초로 계산한 출력/입력비를 나타낸다.
또한, 중수소 가스를 사용한 시료 No.33에서는, 플라즈마 방전을 행하지 않고, 또한 히터에 의한 전극쌍의 가열도 행하고 있지 않고, 이 경우, 11열째 및 12열째의 출력/입력비로부터 과잉 열이 발생하지 않는 것을 확인할 수 있었다.
한편, 그 이외의 시료에서는, 11열째 및 12열째의 출력/입력비로부터 과잉 열이 발생하고 있는 것을 확인할 수 있었다. 발열 장치(41)에서는, 발열 반응 처리 시, 중수소 가스뿐만 아니라, 중수 가스나 경수 가스를 반응로(42) 내에 공급하고, 반응로(42) 내를 중수 가스 분위기나 경수 가스 분위기로 해도, 권회형 반응체(50, 51) 및 반응체(26)를 히터에 의해 가열함으로써 과잉 열이 발생하는 것을 확인할 수 있었다.
이어서, 발열 장치(41)에 있어서, 경수소(H2) 가스를 사용했을 때의 검증 시험의 결과를 표 4에 나타내었다. 이 경우, 권회형 반응체(50, 51)를 Ni에 의해 형성하고, 이들 권회형 반응체(50, 51)를 전극쌍으로 하고, 상술한 표 1의 결과를 얻었을 때와 동일 조건에서 플라즈마 처리를 행하였다. 계속해서, 발열 장치(41)에 있어서 발열 반응 처리를 행한 결과, 표 4와 같은 결과를 얻었다.
Figure pct00004
표 4에 있어서, 3열째의 「압력」은, 반응로(42) 내에 경수소 가스를 공급할 때의 가스 압력(Pa)을 나타내고, 4열째의 「입력/W」는, 권회형 반응체(50, 51) 및 반응체(26)을 가열할 때의 히터 입력 가열 와트수(W)를 나타내고, 5열째의 「시간/ks」는 과잉 열 계속 시간을 나타내고, 6열째의 「내부 온도 계산」은, 반응로(42) 내의 온도(℃)로부터 계산한 발열량을 나타내고, 7열째의 「로 온도 계산」은, 반응로(42) 자체의 온도(℃)로부터 계산한 발열량을 나타낸다. 또한, 표 4에 있어서, 8열째의 「내부 온도 계산」은, 반응로(42) 내의 온도로부터 계산한 발열량을 기초로 구한 출력/입력비를 나타내고, 9열째의 「로 온도 계산」은, 반응로(42) 자체의 온도로부터 계산한 발열량을 기초로 구한 출력/입력비를 나타낸다.
표 4로부터도, 8열째의 「내부 온도 계산」 및 9열째의 「로 온도 계산」의 출력/입력비 중 적어도 한쪽이 1 이상이 되는 점에서, 반응로(42) 내를 경수소 가스 분위기로 하고, 이 상태에서 반응로(42) 내의 권회형 반응체(50, 51) 및 반응체(26)를 히터에 의해 가열함으로써, 과잉 열이 발생하는 것을 확인할 수 있었다.
이상, 표 1 내지 표 4로부터, 발열 장치(41)에서는, 플라즈마 처리에 의해 나노 사이즈로 이루어지는 복수의 금속 나노 입자가 표면에 형성된 수소 흡장 금속으로 이루어지는 권회형 반응체(50, 51) 및 반응체(26)를 반응로(42) 내에 설치하고, 진공 상태로 유지된 반응로(42) 내를 중수소 가스 분위기나, 중수 가스 분위기, 경수소 가스 분위기, 경수 가스 분위기로 하고, 권회형 반응체(50, 51) 및 반응체(26)를 히터에 의해 가열해서 에너지를 부여함으로써, 가열 온도 이상의 열을 생성할 수 있는 것을 확인할 수 있었다.
(4-3) 다른 실시 형태에 의한 반응체
도 1에 도시한 발열 장치(1)나, 도 5에 도시한 발열 장치(41), 도 12에 도시한 발열 장치(65)에서는, 세선에 의해 그물코 형상으로 형성된 반응체(26, 80, 81)의 표면에, 금속 나노 볼록부로서 나노 사이즈로 이루어지는 복수의 금속 나노 입자가 형성되어 있으나, 예를 들어 금속 나노 입자(금속 나노 볼록부)보다도 작은 미세한 입자상으로 이루어지는, Ni나 Pd, Pt, Ti의 수소 흡장 금속(이하, 수소 흡장 금속 미립자체라 칭함)을, 반응체(26, 80, 81)의 표면에 있는 금속 나노 입자 표면에 부착시켜, 수소 흡장 금속 미립자체에 의해 금속 나노 입자의 표면을 요철 형상으로 형성하도록 해도 된다.
예를 들어, 상술한 「(1-2) 플라즈마 처리」에 의해 금속 나노 입자(금속 나노 볼록부)를 형성한 후에, 수소 가스 분위기중, 1 내지 50[Pa]의 압력의 조건 하, 플라즈마를 발생시킴으로써, 수소 흡장 금속으로 이루어지는 다른 전극의 일부가 깍여져서 수소 흡장 금속 미립자체로서 반응로(2, 42) 내에 비산될 수 있다. 비산된 수소 흡장 금속 미립자체는, 반응체(26, 80, 81)의 표면에 있는 금속 나노 입자 표면에 부착되어, 금속 나노 입자의 표면을 미세한 요철 형상으로 형성할 수 있다. 그리고, 상술한 발열 장치(1, 41, 65)에서는, 이러한 금속 나노 입자의 표면에 수소 흡장 금속 미립자체가 부착된 구성으로 함으로써, 수소 원자가 수소 흡장 금속 미립자체 내에도 흡장될 수 있다. 수소 흡장 금속 미립자체가 표면에 부착된 금속 나노 입자에서는, 상기 수소 흡장 금속 미립자체 내에서도 전자가 주위의 금속 원자나 다른 전자로부터 강하게 영향을 받아서 중전자로서 작용하고, 그 결과, 수소 흡장 금속 미립자체 내에서도 수소 원자간의 핵간 거리가 줄어들어, 터널 핵 융합 반응이 일어날 확률을 또한 한층 더 높일 수 있고, 이로써 종래보다도 안정적으로 열을 생성할 수 있다.
예를 들어, 도 1에 도시한 발열 장치(1)에서는, 하나의 전극이 되는 반응체(26)를 Ni나 Pd, Pt 등에 의해 형성하고, 다른 전극이 되는 권회형 반응체(25)의 축부(35) 및 세선(36)(도 2)을, Ni나 Pd, Pt 등에 의해 형성한 구성으로 한다. 이러한 도 1에 도시한 발열 장치(1)에서는, 반응로(2) 내에서 플라즈마를 발생시킴으로써, 예를 들어 전극쌍의 한쪽 권회형 반응체(25)의 일부가 깍여져서 수소 흡장 금속 미립자체로서 반응로(2) 내에 비산되고, Ni나 Pd 등으로 이루어지는 미세한 수소 흡장 금속 미립자체를 반응체(26) 표면의 금속 나노 입자 표면에 부착시킬 수 있다. 이에 의해 발열 장치(1)에서는, 예를 들어 Ni 등으로 이루어지는 금속 나노 입자의 표면에, 동일한 Ni나, 이종의 Pd 등으로 이루어지는 복수의 수소 흡장 금속 미립자체가 부착된 구성이 되어, 반응체(26) 표면에서 또한 한층 더 미세 요철화가 진행되고, 그 후의 발열 반응 처리 시에 있어서의 터널 핵 융합 반응이 일어날 확률이 또한 한층 더 높아지고, 이로써 종래보다도 안정적으로 열을 생성할 수 있다.
또한, 도 5에 도시한 발열 장치(41)에서는 , 예를 들어 반응체(26)를 Ni나 Pd, Pt 등에 의해 형성하고, 권회형 반응체(50, 51)의 세선(53, 61)을, Ni나 Pd, Pt 등에 의해 형성한 구성으로 한다. 이러한 도 5에 도시한 발열 장치(41)에서는, 반응로(42) 내에서 플라즈마를 발생시킴으로써, 전극쌍이 되는 권회형 반응체(50, 51)의 일부가 깍여져서 수소 흡장 금속 미립자로서 반응로(42) 내에 비산되고, Pd로 이루어지는 미세한 수소 흡장 금속 미립자체가, 반응체(26) 표면에 있는 금속 나노 입자 표면에 부착될 수 있다. 이에 의해 발열 장치(41)에서는, Ni 등으로 이루어지는 금속 나노 입자의 표면에, 동일하게 Ni나, 이종의 Pd 등으로 이루어지는 복수의 수소 흡장 금속 미립자체가 부착된 구성이 되어, 반응체(26) 표면에서 또한 한층 더 미세 요철화가 진행되고, 그 후의 발열 반응 처리 시에 있어서의 터널 핵 융합 반응이 일어날 확률을 또한 한층 더 높일 수 있고, 이로써 종래보다도 안정적으로 열을 생성할 수 있다.
또한, 도 12에 도시한 발열 장치(65)에서는, 하나의 전극이 되는 반응체(26)를 Ni나 Pd, Pt 등으로 형성하고, 다른 전극이 되는 권회형 반응체(66)의 축부(69), 지지부(67) 및 세선(68, 70)을, Ni나 Pd, Pt 등의 수소 흡장 금속에 의해 형성한 구성으로 한다. 또한, 발열 장치(65)에서의 내측 반응체(72)는, Ni나 Pd, Pt 등의 수소 흡장 금속 중 반응체(26)와 동일한 수소 흡장 금속에 의해 형성하거나, 권회형 반응체(66)와 동일한 수소 흡장 금속에 의해 형성하거나, 또는, 이들 반응체(26) 및 권회형 반응체(66)와는 상이한 수소 흡장 금속에 의해 형성해도 된다.
이러한 도 12에 도시한 발열 장치(65)에서는, 반응로(2) 내에서 플라즈마를 발생시킴으로써, 예를 들어 반응체(26)나, 권회형 반응체(66), 내측 반응체(72)의 일부가 깍여져서 수소 흡장 금속 미립자체로서 반응로(2) 내에 비산되고, Ni나 Pd 등으로 이루어지는 미세한 수소 흡장 금속 미립자체를 반응체(26)나, 권회형 반응체(66), 내측 반응체(72)의 각 금속 나노 입자 표면에 부착시킬 수 있다. 이에 의해 발열 장치(65)에서는, 예를 들어 Ni 등으로 이루어지는 금속 나노 입자의 표면에, 동일한 Ni나, 이종의 Pd 등으로 이루어지는 복수의 수소 흡장 금속 미립자체가 부착된 구성이 되어, 반응체(26)나, 권회형 반응체(66), 내측 반응체(72)의 각 표면에서 또한 한층 더 미세 요철화가 진행되고, 그 후의 발열 반응 처리 시에 있어서의 터널 핵 융합 반응이 일어날 확률이 또한 한층 더 높아지고, 이로써 종래보다도 안정적으로 열을 생성할 수 있다.
또한, 금속 나노 입자보다도 미세한 수소 흡장 금속 미립자체가 표면에 형성된 금속 나노 입자는, 반응체(26, 80, 81)나, 권회형 반응체(25, 50, 51, 66), 내측 반응체(72)를 반응로 내에 설치하기 전에 미리 CVD(chemical vapor deposition)법이나 스패터법을 이용하여, 이들 반응체(26, 80, 81)나, 권회형 반응체(25, 50, 51, 66), 내측 반응체(72)의 표면에 형성하도록 해도 된다.
1, 41, 65 : 발열 장치
2, 42 : 반응로
3 : 가스 공급 수단
26, 80, 81 : 반응체
72 : 내측 반응체(반응체)
25, 50, 51, 66 : 권회형 반응체(반응체)

Claims (17)

  1. 중수소 가스 분위기, 중수 가스 분위기, 경수소 가스 분위기, 또는 경수 가스 분위기의 반응로 내에 설치되는 반응체이며,
    수소 흡장 금속에 의해 형성되고, 1000[nm] 이하의 나노 크기로 이루어지는 복수의 금속 나노 볼록부가 표면에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 반응체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 표면에는, 폭이 300[nm] 이하인 상기 금속 나노 볼록부가 복수 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 반응체.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 금속 나노 볼록부는, 구상 입자, 타원 형상 입자, 또는 난상 입자의 일부가 상기 표면에 매립되어, 만곡 표면을 갖는 금속 나노 입자인 것을 특징으로 하는, 반응체.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수소 흡장 금속으로 이루어지는 세선에 의해 그물코 형상으로 형성되고, 상기 세선의 표면에 상기 금속 나노 볼록부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 반응체.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수소 흡장 금속으로 이루어지는 세선과,
    상기 세선이 권취되는 지지부를 구비하는 것을 특징으로 하는, 반응체.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    전원과 전기적으로 접속되고, 상기 반응로 내에서 플라즈마를 발생시키기 위한 전극으로서 기능하는 것을 특징으로 하는, 반응체.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 금속 나노 볼록부의 표면에는, 상기 금속 나노 볼록부보다도 작고, 수소 흡장 금속으로 이루어지는 복수의 수소 흡장 금속 미립자체가 부착되어 있고,
    상기 금속 나노 입자의 표면이 상기 수소 흡장 금속 미립자에 의해 요철 형상으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 반응체.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 수소 흡장 금속 미립자는, 상기 금속 나노 볼록부의 상기 수소 흡장 금속과는 상이한 수소 흡장 금속에 의해 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 반응체.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 금속 나노 볼록부가 Ni, Pt 및 Pd 중 어느 한쪽의 수소 흡장 금속으로 형성되고, 상기 수소 흡장 금속 미립자체가 Ni, Pt 및 Pd 중 상기 금속 나노 볼록부와는 상이한 수소 흡장 금속으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 반응체.
  10. 중수소 가스, 중수 가스, 경수소 가스, 또는 경수 가스 중 어느 하나가, 진공 상태로 유지된 로 내에 공급되는 반응로와,
    상기 반응로 내에 설치됨과 함께, 1000[nm] 이하의 나노 사이즈로 이루어지는 복수의 금속 나노 볼록부가 표면에 형성되어 있는 수소 흡장 금속으로 이루어지는 반응체를 구비하고,
    상기 반응로 내에 플라즈마를 발생시키거나, 또는 상기 반응체를 가열시키거나 하여, 상기 금속 나노 볼록부에 수소 원자를 흡장시키는 것을 특징으로 하는, 발열 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 반응체가, 상기 플라즈마를 발생시키는 전극으로서 기능하는 것을 특징으로 하는, 발열 장치.
  12. 제10항 또는 제11항에 있어서,
    상기 반응체는, 상기 수소 흡장 금속으로 이루어지는 세선에 의해 그물코 형상으로 형성되어 있음과 함께, 상기 반응로 내의 내벽을 따라 배치되고, 상기 내벽을 덮도록 설치되어 있는 것을 특징으로 하는, 발열 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 반응체의 중공 영역에는,
    상기 수소 흡장 금속에 의해 형성되고, 표면에 나노 크기로 이루어지는 복수의 금속 나노 볼록부가 형성되어 있는 내측 반응체가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는, 발열 장치.
  14. 제10항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 금속 나노 볼록부의 표면에는, 상기 금속 나노 볼록부보다도 작고, 수소 흡장 금속으로 이루어지는 복수의 수소 흡장 금속 미립자체가 부착되어 있고,
    상기 금속 나노 입자의 표면이 상기 수소 흡장 금속 미립자에 의해 요철 형상으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 발열 장치.
  15. 수소 흡장 금속으로 이루어지는 반응체가 설치된 반응로 내에 플라즈마를 발생시키거나, 또는 상기 반응체를 가열시키거나 하여, 가스 공급 수단에 의해, 중수소 가스, 중수 가스, 경수소 가스, 또는 경수 가스 중 어느 하나를, 진공 상태의 상기 반응로 내에 공급하는 공급 스텝과,
    상기 반응체의 표면에 형성되어 있는, 1000[nm] 이하의 나노 크기로 이루어지는 복수의 금속 나노 볼록부에, 수소 원자를 흡장시키고, 상기 반응체가 중성자를 발생하면서 열을 발하는 발열 스텝을 구비하는 것을 특징으로 하는, 발열 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 공급 스텝에서 상기 반응체를 가열하고 있는 경우에는, 중수소 가스 분위기, 중수 가스 분위기, 경수소 가스 분위기, 또는 경수 가스 분위기의 상기 반응로 내에 플라즈마를 발생시키고, 발열을 촉진시켜서 발열 온도를 상승시키는 발열 촉진 스텝을, 상기 발열 스텝 후에 구비하는 것을 특징으로 하는, 발열 방법.
  17. 제15항 또는 제16항에 있어서,
    상기 반응로 내에 설치한 전극쌍에 의해 플라즈마를 발생시켜서, 상기 반응체의 표면에 복수의 상기 금속 나노 볼록부를 형성하는 형성 스텝을, 상기 공급 스텝 전에 구비하는 것을 특징으로 하는, 발열 방법.
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