JPH06265220A

JPH06265220A - 発熱方法およびその装置

Info

Publication number: JPH06265220A
Application number: JP5049701A
Authority: JP
Inventors: Takahisa Masashiro; 尊久正代; Toru Koyashiki; 徹小屋敷; Masato Mino; 正人三野; Tetsuo Take; 武　　哲夫; Maki Ishizawa; 真樹石沢; Kazuhiko Takeno; 和彦竹野
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: NTT Inc
Priority date: 1993-03-10
Filing date: 1993-03-10
Publication date: 1994-09-20

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、固体金属中における重水素などの水
素同位体の拡散を制御し、その蓄積効果を飛躍的に高め
ることにより、発熱反応を連続的にかつより高効率に行
わせる発熱方法およびその装置を提供することにある。【構成】本発明は、円筒状パラジウム１の外周表面が水
素の拡散係数の小さい酸化マンガン膜３で覆われている
積層状円筒物質であり、前記積層状円筒物質に重水素を
吸蔵させて高速で回転させ、遠心力により前記積層状円
筒物質中の重水素を濃縮し、連続的に発熱反応を生じさ
せることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、大略１５００℃以下の
温度において、固体中で水素同位体を輸送することによ
り該固体を発熱させる方法およびその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】１５００℃以下の温度において、固体中
で水素同位体の関与した発熱反応を行わせる方法として
は、湿式法と乾式法がある。湿式法は、重水の電気分解
により発生した重水素をパラジウムもしくはチタン中に
吸蔵させ、重水素のパラジウムもしくはチタン中の濃度
を上げることにより発熱にいたらしめるという方法であ
る。一方、乾式法にはいくつかの方法があり、一つに
は、特願平２−１２９１４３号に示されるように、重水
素をよく吸蔵するパラジウムと、これをほとんど吸蔵せ
ず、かつパラジウムと固溶体を形成するシリコンとをサ
ンドイッチ状に数層積層させ、これに重水素ガスを充填
し、固溶体を形成するのに必要な加熱を行うことによ
り、重水素の蓄積層を形成させ発熱にいたらしめるとい
う方法が知られている。二つには、特願平２−３１２６
４８号に示されるように、パラジウム板もしくはチタン
板からなる第一層とその片側の面にマンガン酸化膜を形
成した第二層からなるものに、温度勾配、電位勾配、圧
力勾配等を施すことにより、吸蔵した水素もしくは重水
素の蓄積層を形成させ発熱にいたらしめる方法が知られ
ている。いずれの方法も水素もしく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には重要な要素と
なっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】電気分解法では、長時
間の電気分解によるパラジウム電極中等への重水素の自
然的な蓄積を期待することをその本質としており、重水
素の蓄積に対する制御性が乏しく高効率の発熱が得にく
いという欠点があった。一方、固溶体を形成する乾式法
は、一度の発熱反応で終わってしまい連続的に熱を取り
出すことができないという問題点がある。さらに、パラ
ジウムもしくはチタン板に重水素の蓄積層を形成する乾
式法は、温度勾配、電位勾配、圧力勾配によって、吸蔵
された重水素は酸化膜／パラジウム界面に向かって一方
向の拡散によって二次元的に濃縮されるが、側面からの
重水素の放出量も多いため、高効率の発熱を行わせるに
充分な量の蓄積を達成することは困難であった。しか
も、一度重水素を蓄積してから温度勾配等によって濃
縮、発熱反応を起こさせているため、連続的に熱を取り
出すことができないという問題点がある。

【０００４】本発明の目的は、上述の問題点を解決し、
固体金属中における重水素などの水素同位体の拡散を制
御し、その蓄積効果を飛躍的に高めることにより、発熱
反応を連続的にかつより高効率に行わせる発熱方法およ
びその装置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上述した目的を達成する
ために、本発明の発熱方法は、水素吸蔵金属あるいは水
素吸蔵合金からなる円筒状物質の外周表面が水素の拡散
係数の小さい酸化膜もしくは金属膜で覆われている積層
状円筒物質であり、前記積層状円筒物質に水素同位体を
吸蔵させて高速で回転させ、遠心力により前記積層状円
筒物質中の水素同位体を濃縮し、連続的に発熱反応を生
じさせることを特徴とする。

【０００６】また、本発明の発熱装置は、円筒状の水素
吸蔵金属あるいは水素吸蔵合金の外周表面に水素の拡散
係数が小さい酸化膜もしくは金属膜で覆われている積層
状円筒物質と、前記積層状円筒物質に水素同位体を吸蔵
させて高速で回転させる回転装置と、前記積層状円筒物
質の内部空間に水素同位体を連続的に供給する燃料供給
装置と、前記積層状円筒物質の外部空間に発熱反応によ
り発生した熱を回収するガス供給装置と、熱交換器およ
び発電装置を備えていることを特徴とする。

【０００７】もしくは、前記発熱装置において、積層状
円筒物質の内部空間から外部空間へ水素同位体を連続的
に供給する燃料供給装置と、前記積層状円筒物質の外部
空間に発熱反応により発生した水素ガスを回収する精製
装置を一体的に結合したことを特徴とする。

【０００８】

【作用】本発明は上記手段により、遠心力により水素同
位体を高効率で反応に充分な量を蓄積でき、発熱反応の
速度は、積層状円筒物質の回転数により制御することが
でき、高効率の発熱反応を起こすことができる。さら
に、水素同位体を吸蔵する物質の形状を円筒状にしたた
め、平板で構成される場合に生じていた側面からの水素
同位体の放出もない。従って、この方法を用いれば、従
来法に比べ、連続的にかつ高効率に水素同位体を外周部
の界面に濃縮した発熱反応を起こさせることができる。
また、これによって生じた熱を熱源として提供すること
ができる。

【０００９】

【実施例】以下に図面を参照し、実施例によって本発明
を説明する。なお、以下の実施例において、水素同位体
は重水素Ｄ、水素同位体を吸蔵する金属としてパラジウ
ムを用いた場合について説明する。

【００１０】図１は本発明の発熱部を説明する模式図で
ある。この発熱部は、円筒状パラジウム１とその外周表
面を覆う酸化マンガン膜３、円筒状パラジウム１を回転
させるためのモータ６、円筒状パラジウム１の軸受け７
により構成される。

【００１１】即ち、円筒状パラジウム１の内部空間２と
外部空間５は円筒状パラジウム１と軸受け７によって遮
断されている。また、円筒状パラジウム１は高速回転が
可能なようモータ６と機械的に接続されている。

【００１２】（実施例１）図２は本発明による発熱装置
を説明する模式図である。本発明装置は、図１で説明し
た発熱反応が生じる部分のほか、円筒状のパラジウム１
の内部空間２に重水素ガスを連続的に供給するための燃
料供給装置８、円筒状パラジウム１の外部空間５にヘリ
ウムガスＨｅを連続的に供給するためのヘリウムガス供
給装置９、発熱反応により発生した熱を回収するための
熱交換器１０、発電するための発電装置１１により構成
されている。

【００１３】即ち、燃料供給装置８と円筒状パラジウム
１の内部空間２は軸受け７を介してステンレスの配管に
より接続されており、気密性が保たれている。また、円
筒状パラジウム１の外部空間５は、ステンレス容器１３
により軸受け７を介して囲われており、このステンレス
容器１３にはヘリウムガス供給装置９と熱交換器１０が
ステンレスの配管により接続されている。さらに、熱交
換器１０によって発生した蒸気を用いて発電するため、
熱交換器１０と発電装置１１はステンレスのパイプで接
続されている。

【００１４】次に動作を説明すると、燃料供給装置８か
ら重水素ガスＤ₂が円筒状パラジウム１の内部空間２に
連続的に供給される。この時、円筒状パラジウム１の内
部空間２は、パラジウムが重水素を吸蔵する条件を満た
すように、燃料供給装置８によって重水素ガスＤ₂の温
度と圧力が制御される。条件は、低温（１００℃以下）
で高圧（１０⁴Ｐａ以上）が好ましい。このような条件
下で、円筒状パラジウム１は重水素ガスＤ₂を吸蔵す
る。この時、円筒状パラジウム１はモータ６によって高
速で回転しており、この時の回転数は、標準的なモータ
で得られる回転数で十分であり、具体的には１０００ｒ
ｐｍから２００００ｒｐｍが好ましい。パラジウム１中
に吸蔵された重水素ガスＤ₂は、この回転の遠心力によ
って、外周方向に向かって拡散する。しかし、円筒状パ
ラジウム１の外周表面は水素の拡散係数が小さい酸化マ
ンガン膜３で覆われているため、重水素ガスＤ₂は外周
表面を覆った酸化マンガン膜３とパラジウム１の界面４
に濃縮され、連続的に発熱反応が起こる。さらに、発熱
反応の速度は、パラジウム１中の重水素の拡散速度によ
って制御される。つまり、円筒状パラジウム１の回転数
により発熱反応の速度をコントロールすることができ、
高効率の発熱反応を起こすことができる。発熱反応で消
費されなかった余剰の重水素ガスＤ₂は燃料供給装置８
に戻り、再び燃料供給装置８から送り出される。

【００１５】一方、発熱反応により発生した熱は、供給
装置９から円筒状パラジウム１の外部空間５に供給され
ているヘリウムガスＨｅによって回収し、ヘリウムガス
Ｈｅは熱交換器１０で熱を渡し、水蒸気を発生させる。
この水蒸気によって発電装置１１を動作させ発電を行
う。熱を回収するガスとしては熱容量の大きなガスが好
ましく、ヘリウムガスＨｅが適している。熱交換器１０
を通過したヘリウムガスＨｅはヘリウムガス供給装置９
に戻り、再びヘリウムガス供給装置９から送り出され
る。

【００１６】（実施例２）図３は本発明による発熱装置
を説明する模式図である。本発明装置は、燃料供給系と
熱回収系を一体化した装置であり、図１で説明した発熱
反応が生じる部分のほか、円筒状パラジウム１の内部空
間２から外部空間５へ重水素ガスＤ₂を連続的に供給す
るための燃料供給装置８、発熱反応により発生した熱を
回収するための熱交換器１０、発電するための発電装置
１１、循環してきた重水素ガスＤ₂中から水素同位体を
回収するための重水素ガス精製装置１２により構成され
ている。

【００１７】即ち、燃料供給装置８は軸受け７を介して
内部空間２の一方の口とステンレスの配管により接続さ
れている。また、円筒状パラジウム１の外部空間５は、
ステンレスの容器１３により軸受け７を介して囲われて
おり、円筒状内部空間２のもう一方の口は、このステン
レス容器１３と軸受け７を介してステンレスの配管によ
り接続されている。さらにステンレス容器１３は、熱交
換器１０を介在して精製装置１２とステンレスの配管に
より接続されており、精製装置１２はさらに燃料供給装
置８とステンレスの配管により接続されている。また、
熱交換器１０によって発生した蒸気を用いて発電するた
め、熱交換器１０と発電装置１１はステンレスの配管で
接続されている。

【００１８】次に動作を説明すると、燃料供給装置８か
ら重水素ガスが円筒状パラジウム１の内部空間２に連続
的に供給される。この時、円筒状パラジウム１の内部空
間２は、パラジウムが重水素を吸蔵する条件を満たすよ
うに、燃料供給装置８によって重水素ガスＤ₂の温度と
圧力が制御される。条件は、低温（１００℃以下）で高
圧（１０⁴Ｐａ以上）が好ましい。このような条件下
で、円筒状パラジウム１は重水素ガスＤ₂を吸蔵する。
この時、円筒状パラジウム１はモータ６によって高速で
回転しており、この時の回転数は、標準的なモータで得
られる回転数で十分であり、具体的には１０００ｒｐｍ
から２００００ｒｐｍが好ましい。パラジウム１中に吸
蔵された重水素ガスＤ₂は、この回転の遠心力によっ
て、外周方向に向かって拡散する。しかし、円筒状パラ
ジウム１の外周表面は水素の拡散係数が小さい酸化マン
ガン膜３で覆われているため、重水素ガスＤ₂は外周表
面を覆った酸化マンガン膜３とパラジウム１の界面４に
濃縮され、連続的に発熱反応が起こる。さらに、発熱反
応の速度は、パラジウム１中の重水素の拡散速度によっ
て制御される。つまり、円筒状パラジウム１の回転数に
より発熱反応の速度をコントロールすることができ、高
効率の発熱反応を起こすことができる。発熱反応により
発生した熱は、外部空間５を流れる発熱反応により消費
されなかった余剰の重水素ガスＤ₂によって回収し、熱
交換器１０で水蒸気を発生させ、その水蒸気によって発
電装置１１を動作させ発電を行う。発熱反応で消費され
なかった余剰の重水素ガスＤ₂中には発熱反応により発
生したヘリウムガスが含まれているので、重水素ガスＤ
₂を回収するための精製装置１２が必要であり、この回
収した重水素ガスＤ₂を燃料ガスとして再び燃料供給装
置８から供給する。

【００１９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は遠心力に
より水素同位体を高効率で反応に充分な量を蓄積でき、
発熱反応の速度は、積層状円筒物質の回転数により制御
することができ、高効率の発熱反応を起こすことができ
る。さらに、水素同位体を吸蔵する物質の形状を円筒状
にしたため、平板で構成される場合に生じていた側面か
らの水素同位体の放出もない。従って、この方法を用い
れば、従来法に比べ、連続的にかつ高効率に水素同位体
を外周部の界面に濃縮した発熱反応を起こさせることが
できる。また、これによって生じた熱を熱源として提供
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の発熱部を説明する模式図である。

【図２】本発明の実施例１による発熱装置を説明する模
式図である。

【図３】本発明の実施例２による発熱装置を説明する模
式図である。

【符号の説明】

１…円筒状パラジウム、２…円筒状パラジウムの内部空
間、３…酸化マンガン膜、４…酸化マンガン膜とパラジ
ウムの界面、５…円筒状パラジウムの外部空間、６…モ
ータ、７…軸受け、８…燃料供給装置、９…ヘリウムガ
ス供給装置、１０…熱交換器、１１…発電装置、１２…
重水素ガス精製装置、１３…ステンレス容器。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者武哲夫東京都千代田区内幸町一丁目１番６号日本電信電話株式会社内 (72)発明者石沢真樹東京都千代田区内幸町一丁目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一丁目１番６号日本電信電話株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】水素吸蔵金属あるいは水素吸蔵合金から
なる円筒状物質の外周表面が水素の拡散係数の小さい酸
化膜もしくは金属膜で覆われている積層状円筒物質であ
り、前記積層状円筒物質に水素同位体を吸蔵させて高速
で回転させ、遠心力により前記積層状円筒物質中の水素
同位体を濃縮し、連続的に発熱反応を生じさせることを
特徴とする発熱方法。
【請求項２】円筒状の水素吸蔵金属あるいは水素吸蔵
合金の外周表面に水素の拡散係数が小さい酸化膜もしく
は金属膜で覆われている積層状円筒物質と、前記積層状
円筒物質に水素同位体を吸蔵させて高速で回転させる回
転装置と、前記積層状円筒物質の内部空間に水素同位体
を連続的に供給する燃料供給装置と、前記積層状円筒物
質の外部空間に発熱反応により発生した熱を回収するガ
ス供給装置と、熱交換器および発電装置を備えているこ
とを特徴とする発熱装置。
【請求項３】請求項２記載の発熱装置において、積層
状円筒物質の内部空間から外部空間へ水素同位体を連続
的に供給する燃料供給装置と、前記積層状円筒物質の外
部空間に発熱反応により発生した水素ガスを回収する精
製装置を一体的に結合したことを特徴とする発熱装置。