WO1993008576A1 - Heat generation apparatus and heat generation method - Google Patents

Description

明 細 書 熱発生装置及びその方法 技術分野

こ の発明は熱発生装置及びその方法に関する。 更に詳 し く は、 ポンズ一フ ラ イ シュマ ン効果を利用 した熱発生 装置及びその方法に関する。 背景技術

1 .9 8 9年 3 月、 米国ユタ大学のポンズ教授と英国サ ゥザンプ ト ン大学のフ ラ イ シ ュ マ ン教授らによ り いわゆ る常温核融合現象が発表された。 その実験は次のよ うで ある。 重水酸化 リ チウ ム （ L i 0 D ) を含んだ重水 ( D 2 〇） を電解質と し、 その中にパラ ジウムからなる 水素吸蔵金属製の陰極と白金からなる陽極とを浸漬し、 両者の間に外部から直流電流を印加 し、 電解液を電気分 解する ものである。

こ の実験による と、 印加 した電解入力電力 よ り大きい エネルギーの熱が陰極で発生 した。 この熱を過剰熱と呼 ぶ。 その後、 この過剰熱の発生は多 く の科学者によ り確 認されている。 そ して、 その過剰熱の発生は、 現在では ポンズ— フ ラ イ シ ュ マ ン効果と して広 く 知 られている。

こ の効果及び効果を利用 した発熱装置について、 International Publication No. 9 0 / 1 0 9 3 5 を参 照されたい。 発明の開示

この発明は外部の電源を必要と しないポンズ一フライ シュマン効果を利用した熱発生装置を提供する こ とを目 的とする。

かかる 目的を達成するため、 この発明では陽極一電解 質一陰極の構成をいわゆる一次電池のそれと して、 陽極 と陰極との間に電位差が生じる よ う にした。

これによ り、 従来必要とされていた外部の電源は不要 とな .つた。 したがって、 装置の小型化、 簡易化、 軽量化 低コス ト化等を達成できる。

以下、 この発明を更に詳細に説明する。

この癸明の搆成は、 請求項に記載のとおり、 （a)重水素 イ オン又は重水酸化物イオンを含む電解質と、 （b)該電解 質に接する面を持つァノ一 ド溶出性反応金属からなる陽 極と、 （c)電解質に浸潰される水素吸蔵金属からなる陰極 と、 （d)陽極及び陰極を電気的に接続する接続手段と、 を 橱んてなる。

こ こ において、 （a)電解質としては、 一次電池に一般的 に使用されるそれに重水素イオン又は重水酸化物イオン を含ませたものであれば特に限定されないが、 例示をす れば次のよう になる。

( a - 1 ) 溶媒と して D ₂ 0を用い、 溶質と して

Ώ C £ , Ό z S 0 4 , L i 0 Dの中から選ばれる 1 種又 は 2種以上を用いる。 こ こ に、 溶質の配合量は 0 . 1 〜 8 モル とする こ とが好ま しい。 更に好ま し く は 0 . 1 〜 8 モル/ ( D C ) 、 2〜 4 モル

( D ₂ S 04 ) 1 〜 3 モルノ ^ ( L i O D ) である。 かかる電解液には、 電解によ り陰極表面に生成した D 原子が D ₂ になる こ とを効果的に抑制する第 1 の助剤を 添加する こ とができ る。 こ の第 1 の助剤と して界面活性 剤を挙げる こ とができ る。 具体的には ヒ素、 チォ尿素、 硫化水素及びベ ン ゾ ト リ ァ ゾールである。 該界面活性剤 の配合量は好ま し く は 1 0一⁵〜 1 モ ル である。 . 更（こは、 陰極へ重水素を充塡する第 2 の助剤を添加す る こ と もでき る。 こ の第 2 の助剤と して有機若し く は無 機の錯体形成剤をあげる こ とができ る。 具体的には、 5 フ ッ ί匕シ ク ロペ ン 夕 ジェ ン ま たは 5 ァ シル iヒシ ク ロペ ン 夕 ジェ ンである。 こ の第 2 の助剤の配合量は好ま し く は 1 0 — ⁴〜 1 モ ノレ/ である。

( a — 2 ) 電解質と して重水素陰イオ ン D - を含む溶 融塩を使用する こ と もでき る。 溶融塩と しては

B υ 4 N C 4 ， A £ C £ ^ または A ^ ₄ C £ τ 等の低 温系の溶融塩及びし 1 ( ^ ' 1< ( £ /^/：1 1 0等の塩化物 の共融混合物を挙げる こ とができ る。 更には、 アルカ リ 金属を添加する こ と もでき る。

( a — 3 ) 電解質と して、 L i B F 4 を溶解した γ — プチロ ラ ク ト ン及び L i C ^ 〇 ₄ を溶解したプロ ピ レ ン

たな用紙 カーボネー ト と 1， 2 — ジメ トキシェタ ン等を重水素化 してなる有機極性溶媒を用いる こ と もできる。

( a — 4 ) 電解質と して、 重水素化された無機 ' 有機 金属化合物を使用する こ ともできる。

(b)アノー ド溶出性金属とは、 熱力学的平衡位置が P d 一 D系における α - yS相転移電位よ り も負電位側に位置 する金属をいい、 電池の分野では自己消費型金属と して 知られている。 したがって、 陽極を構成する金属は該自 己消費型の金属と して一般的なものであれば特に限定さ れないが、 例示をすれば次のよ う になる。

( .b — 1 ) 電解質が水溶液の場合には、 Z η , M n若 し く は A である。

( b - 2 ) 電解質が有機極性溶媒又は重水素化された 無機 . 有機金属化合物の場合には、 アルカ リ 金属若し く はアル力 リ土類金属を用いる。 具体的には、 L i， C a， N a , K若し く は M gである。

( b - 3 ) 陽極はその形状も特に限定されないが、 構 成部品を削減する見地から電解質の容器をこれに兼用さ せるこ とが好ま しい。 かかる容器では、 少な く と もその 内面すなわち電解質に接する面が部分的に又は全体的に 上記ァノ ー ド溶出性金属で形成されていればよい。

(c)陰極を構成する水素吸蔵金属には P d若し く は P d を含む合金 （例えば P d Z A g ) を用いる。

陰極の周面は陽極から実質的に等距離にある こ とが好 ま しい。 そのため、 既述のよ う に陽極を容器と して利用 する ときには、 陰極はその中心に配置する。

(d)接続手段は陽極と陰極とを導通する ものであ り、 一 般的な リ ー ド線でかまわない。 ただ、 陽極と陰極との電 気的な関係 （例えば、 電位差、 両者に流れる電流量及び 通電時間） を制御するため、 所望の制御回路を組みつけ る こ とができ る。

(e)上記の構成によ り、 陽極と陰極の間には電流が流れ る。 これは、 両電極の間に外部電源を加えた もの、 即ち 従来の熱発生装置と同 じ作用を奏 し、 陰極で過剰熱が発 生する。

この過剰熱を利用するには、 陰極に直接熱導体を接触 させ、 該陰極の熱をこ の熱導体を通 じて装置の外部へ取 り 出す。 熱導体には熱伝導率の高い材料 （金属等） ゃヒ

— トパイ プを利用する こ とができ る。 詳し く は、 本願出 願人によ り 日本国へ出願された特許出願平成第 2 — 2 4

8 7 2 2号若し く は本願出願人が譲受人である米国出願 (発明の名称 ： Apparatus and Method for Utilizing heat generated owing to Pons-Fl e i sheman effect, 出 願日 ： 1 9 9 1 年 9 月 1 7 日） に記載されている。

電解質を介 して該過剰熱を外部へ取り 出す方法が、 記 述の International Publication No. 9 0 / 1 0 9 3 5 に記載されている。 図面の簡単な説明

· 図 1 は本発明の実施例の熱発生装置を示す断面図。 図 2は過剰熱の発生を示すグラフ。

図 3 は他の実施例の熱発生装置を示す断面図。

発明を実施するための最良の形態

図 1 に示すよう に本実施例に係る装置は、 反応性金属 の陽極と して構成される亜鉛容器 1 と、 水素吸蔵金属か らなる陰極を構成する P d電極 2 と、 亜鉛容器に保持さ れ、 P d電極 2の全体を浸漬する L i 0 DZD ₂ 0から なる電解液 3 と、 亜鉛容器 1 と P d電極 2を短絡する接 鐃手段 4 とから成り、 サ一 ミ スタ 5が P d電極 2の近傍 の電解液 3中に配置されている。

(1)亜鉛容器 1 は、 上面開放の円筒形状で、 内径が直径 3 cm、 高さ 5. 5 cmであり、 一般的な単一型乾電池用の容 器に用いられる ものを流用 した。

(2) P d陰極は、 直径 1 mm、 高さ 2 cmの円柱状である。 こ の陰極は、 純度 9 9. 9 9 %の ジ ョ ン ソ ン &マ ッセイ社 の P dを用いた。

(3)電解液 3 は D ₂ 0中に； L i O Dを 0. 1 モル Z 混入 したものを 6 0 cc用いた。 L i O D, D ₂ 0は一般的な ものを用いた。 また、 上記容器の開口には樹脂製の拴を はめ込み、 この拴によ り P d電極 2全体が電解液中に浸 潢する よう に保持した。

(4)陽極と陰極の接続手段 4 と してはワイヤーを用いた。 該ワイヤ一と陽極 ¾びに陰極とはスポッ ト熔接によ り接 した。

(測定条件） 新たな甩紙 サー ミ ス夕 5 によ り電解液 3 の温度を測定した。 こ の測 定は、 上記装置をデュ ワー瓶の中に保持した恒温槽の中 で行なわれた。

(結果）

上記実験の转果を図 2 に示す。 図 2 は横軸に陽陰極を短 絡 してからの時間 （秒） を示し、 縦軸に前記サー ミ スタ 5 で測定した温度を示す （ °C ) 。

こ の第 2 図は次のよ う に評価でき る。 第 2 図に示す出力 熱データは経時的に 3 区分する こ とができ る。

第 1 区分においては、 陽極と陰極を短絡 したこ とによ り陰極に Dの吸蔵が起こ り、 発熱が生じている こ とを示 す。

第 2 区分においては吸蔵がほぼ終わ り発熱が停止した ので温度が恒温槽の温度に戻る こ とを示す。

第 3 区分に於ては吸蔵率が一定値以上とな り、 C o l d Fu s i o nが開始され、 発熱が生 じている こ とを示す。 こ こ において、 電流 X電圧は Wのオーダーであ り、 一方、 温度上昇は m Wのオーダーである。

上記測定中 P d の電位はほぼ一 1 . 0 V / S C Eであ つ た。

図 3 は他の実施例を示す。 こ の実施例では、 陰極 1 2 と と もに陽極 1 1 も電解質 1 3 へ浸潰されている。 符号 1 5 は電解質の容器であって、 断熱材 1 6 で覆われてい る。 陰極 1 2 には金属製 （導電性を有する もの） の熱導 体 2 0 がその中心に埋没されている。 熱導体 2 0 と容器 1 5 の間には絶縁シール 1 9が介在され、 容器 1 5 から 突き出た熱導体 2 0 の部分は断熱材 2 1 で囲まれている 熱導体 2 0 の上端には熱一電気変換素子 2 2 が配設ざれ ている。 符号 1 4 は陽極 1 1 と陰極 1 2 とを導通する ラ イ ンである （熟導体 2 0 が導電性を有する こ とに注意さ れたい。 ） 。 符号 2 3 は、 陽極と陰極の間の電圧を一定 に保つ公知の定電圧回路である。 符号 1 8 は触媒装置で あ り、 容器内で発生した重水素 （ D ₂ ) を重水に戻す役 目をする。

この実施例の電解質、 陽極及び陰極は前の実施例と同 じ組成のものである。

これによ り、 陰極 1 2 の過剰熱を効率よ く 外部へ取り 出すこ とができる。

Claims

請 求 の 範 囲 1 . 重水素イ オ ンあるいは重水酸化物イ オ ンを含む電 解質と、

該電解質に接する面を持つア ノ ー ド溶出性反応金属か らなる陽極と、

前記電解質に浸潰される水素吸蔵金属からなる陰極と 前記陽極及び陰極を電気的に接続する接続手段と、 を備えてなるポンズ— フ ラ イ シュマ ン効果を利用 した 熱発生装置。

2.. 請求項 1 に記載の熱発生装置において、 前記電解 質は D ₂ 0を溶媒と し、 D C ， D 2 S 0 4 , L i 0 D の中から選ばれる一種又は 2種以上を溶質とする。

3. 請求項 2 に記載の熱発生装置において、 前記電解 質には D ₂ 〇の発生を防止する第 1 の助剤が添加されて いる。

4. 請求項 3 に記載の熱発生装置において、 前記第 1 の助剤は界面活性剤である。

5. 請求項 4 に記載の熱発生装置において、 前記界面 活性剤は ヒ素、 チォ尿素、 硫化水素及びべンゾ ト リ ァゾ ールの中から選ばれる 1 種又は 2種以上である。

6. 請求項 2 ない し 5 に記載の熱発生装置において、 前記陰極へ重水素を充塡する第 2 の助剤が添加されてい る。

7. 請求項 6 に記載の熱発生装置において、 前記第 2 の助剤は有機若し く は無機の錯体形成剤である。

8. 請求項 6 に記載の熱発生装置において、 前記第 2 の助剤は 5 フ ッ化シク ロペンタ ジェンまたは 5 ァシル化 シク ロペンタ ジェンのう ちの少な く と も一方である。

9. 請求項 1 に記載の熱発生装置において、 前記電解 質は溶融塩である。

10. 請求項 9 に記載の熱発生装置において、 前記溶融 塩は低温系の溶融塩である。

11. 請求項 1 0 に記載の熱発生装置において、 前記低 温系の溶融塩は B υ 4 N C £ A , A £ C £ ₄ または

A -4 C H 7 の中から選ばれる一種又は 2種以上である ₍

12. 請求項 9 に記載の熱発生装置において、 前記溶融 塩は塩化物の共融混合物である。

13. 請求項 1 2 に記載の熱発生装置において、 前記塩 化物の共融混合物は L i C ' K C ^ Z L i Dである。

14. 請求項 9 に記載の熱発生装置において、 前記電解 質にはアル力 リ 金属が添加されている。

15. 請求項 1 に記載の熱発生装置において、 前記電解 質は重水素化された有機極性溶媒である。

16. 請求項 1 5 に記載の熱発生装置において、 前記有 機極性溶媒は L i B F ₄ を溶解した < 一プチロ ラ ク ト ン 若し く は L i C £ 0₄ を溶解したプロ ピレ ンカーボネー ト と 1， 2 — ジメ トキシェタ ンである。

17. 請求項 I に記載の熟発生装置において、 前記電解 質は重水素化された無機 · 有機金属化合物である。

1 8. 請求項 2 ない し 8 に記載の熱発生装置において、 前記陽極を構成する金属は Z n， M n若し く は であ

0

1 9. 請求項 1 5 ない し 1 7 に記載の熟発生装置におい て、 前記陽極を構成する金属はアルカ リ 金属若し く はァ ルカ リ土類金属である。

20. 請求項 1 9 に記載の熱発生装置において、 前記陽 極構成材料は L i ， C a , N a , Κ若し く は M gである。

21 . 請求項 1 ない し 2 0 に記載の熱発生装置において、 前記水素吸蔵金属は P d若し く は P d を含む合金である。

22. . 請求項 1 ない し 2 1 に記載の熱発生装置において、 前記接続手段は前記陽極と前記陰極との間の電気的な関 係を制御する手段を含む。

23. 請求項 1 ない し 2 2 に記載の熱発生装置において、 前記陰極に接続された熱伝導体が更に備え られている。

24. 重水素イオ ンあるいは重水酸化物イオ ンを含む電 解質と、

該電解質を保持する容器形であって、 ア ノ ー ド溶出性 反応金属からなる第 1 の電極と、

前記電解質に浸潰された水素吸蔵金属からなる第 2 の 電極と、

前記第 1 の電極と第 2 の電極を電気的に接続する接続 手段と、 を備えてな り、

前記 2 つの電極のう ち一方はァ ノ 一 ド溶出性反応金属 からな り、 他方は水素吸蔵金属からなるポンズ— フ ラ イ シュマ ン効果を利用 した熱発生装置。

25. 請求項 2 4 に記載の熱発生装置において、 前記第 1 の電極は円筒形状であり、 前記第 2 の電極は前記第 1 の電極の中心部に配置されている。

26. 請求項 2 4又は 2 5 に記載の熱発生装置において、 前記第 2 の電極は前記電解質中に完全に浸漬されている。

27. .請枣項 2 4 ない し 2 6 に記載の熱発生装置におい て、 前記第 2 の電極を保待するホルダが更に備えられ、 該ホルダは前記第 1 の電極に支持される と と もに、 前記 第 1 の電極と第 2 の電極の間の絶縁性を保つ。

28.. アノ ー ド溶出性反応金属からなる陽極と水素吸蔵 金属からなる陰極とをそれぞれ重水素ィオンあるいは重 水酸化物イオンを含む電解質に接触させ、 前記陽極と陰 極とを霉気的に接続する こ とによ り ポンズー フ ライ シュ マン効果に基づく 熱を生じさせる熱発生方法。