JPH08211191A - 核融合エンジンおよびこれを有する機械システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 石油系エネルギー等の燃料の使用を不要と
し、運転コストが極めて低く、しかも全く公害物質を排
出しない熱核反応エンジンおよびこれを有する機械シス
テムを提供することを目的とする。 【構成】 核反応室２６、２８、６２の核反応媒体に超
高温プラズマを発生させて核反応により高温高圧の作動
ガスを発生させてこれによりピストンに駆動力を与え
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はエンジンに関し、とくに
無公害のクリーンエンジンおよびこれを有する機械シス
テムに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、エンジンにより駆動される車輌、
船舶、航空機等の輸送機関、発電プラント、ブルドーザ
ー、油圧ショベル等の建設機械からなる機械システムに
おいてはエンジンがガソリン、軽油、重油、ＬＰガス等
の高価な石油系エネルギーまたは水素を大量に消費する
だけでなく、大量の汚染物質による公害を排出して地球
環境を急速に破壊していた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、公害を全く
発生しない、地球に優しく、しかも低ランニングコスト
で、投入した電気エネルギー以上の核融合エネルギーに
もとづく機械出力を発生できる核融合エンジンおよびこ
れを有する機械システムを提供することを目的とする。

【０００４】

【本発明の構成】上記目的は核融合エンジンにおいて周
期的に超高温プラズマを発生させるための核反応電極手
段を有する核反応室と、核反応室に連通する作動室を有
するエンジンケーシングと、電極手段に核反応用の大電
流放電パルスを供給する核反応放電電源と、作動室に駆
動可能に収納されたピストンとを備え、核反応室と作動
室に核反応媒体が予め定められた気圧で封入されていて
核反応室が周期的な核反応により動力ガスを発生させ、
この動力ガスでピストンを駆動するように構成すること
によって達成される。

【０００５】さらに、上記目的は機械システムにおいて
機械と、その機械を駆動するための核融合エンジンとか
らなり、核融合エンジンが周期的に超高温プラズマを発
生させるための核反応電極手段を有する核反応室と、核
反応室に連通する作動室を有するエンジンケーシング
と、電極手段に熱核反応用の大電流放電パルスを供給す
る核反応放電電源と、作動室に駆動可能に収納されたピ
ストンとを備え、核反応室と作動室に核反応媒体が予め
定められた気圧で封入されていて核反応室が周期的な核
反応により動力ガスを発生させ、この動力ガスでピスト
ンを駆動するように構成することによって達成される。

【０００６】

【作用】この発明の核融合エンジンおよびこれを有する
機械システムにおいて、核反応室でアーク放電による高
温プラズマにより核融合を発生させて、投入した電気エ
ネルギー以上の核融合エネルギーによる高圧の動力ガス
を発生させ、このガスによりピストンに駆動力を与える
ようにする。

【０００７】

【実施例】以下、この発明の実施例を添付の図面を参照
して説明する。図１は本発明による望ましい実施例の核
融合エンジン１０を示す。核融合エンジン１０は一例と
して単一のワンケル型ロータリユニット１２に適用され
たものとして示されている。ロータリユニット１２はエ
ピトロコイダルの作動室１４を有するエンジンケーシン
グ１６と、作動室１４内に駆動可能に配置された三角形
状のロータリピストン１８とを備える。ロータリピスト
ン１８はそのインターナルギヤ２０に係合するエクスタ
ーナルギヤ２２を有するセントラルシャフト２４の回り
を作動室１４内で回転する。ロータリユニット１２はケ
ーシング１６に形成された第１、第２核反応室２６、２
８と第１、第２排気ポート３０、３２を備える。第１、
第２核反応室２６、２８はそれぞれポロニウムまたはテ
クネチウムからなる放射線源ライナー２６ａ、２８ａを
備える。第１、第２核反応室２６、２８はそれぞれ少な
くとも一対の陽極３４および陰極３６、ならびに一対の
陽極３８および陰極４０を備えたプラズマ放電室からな
る。陽極３４、３８はそれぞれ銅またはプラチナ製のプ
レート３４ａ、３８ａと電極素子３４ｂ、３８ｂとを備
える。陰極３６、４０はそれぞれパラジウムまたはチタ
ン等の核融合用水素吸蔵金属プレート３６ａ、４０ａと
熱核反応用熱電子放射素子３６ｂ、４０ｂとを備える。
パラジウムは、その容積の約千倍の重水素を吸蔵する。
すなわち、パラジウムの内部の重水素は、約千気圧下の
容積に圧縮されていることになる。その時の重水素の密
度は、１立方センチ当り約２．７×１０^２２個の粒子が
存在しており、その時の平均粒子間隔は、常圧の時の十
分の一に縮まっている。これをローソンの条件と比較す
ると密度では約３×１０^８倍、粒子間隔は約１／６５０
まで短くなっている。このようにパラジウムは重水素を
吸蔵して超高密度状態を形成し、核融合反応の発生確率
が高くなる。これを核融合用電極素子として用いて、ア
ーク放電時にパラジウムプレート内で急激な核融合反応
を発生させ、このとき、新元素が増殖される。例えば、
Ｄ−Ｄ反応の場合にはＴ_２，ＴＤ、^３Ｈｅが増殖され
る。増殖された新元素の中には、より確率の高い核融合
反応を生ずるものが含まれる。より確率の高い核融合反
応例は、Ｄ−Ｔ反応、^３Ｈｅ−^３Ｈｅ反応等である。こ
のように新元素の生成により、陽極−陰極間のアーク放
電時の熱核反応が促進され、高圧の動力ガスが生成され
る。熱電子放射素子３６ｂ、４０ｂは一例として核反応
媒体に電子励起を生じさせてイオン化を促進させるため
のトリウム含有タングステンからなる。他の例として、
タングステン材料の粉末と酸化バリウム、酸化ストロン
チウム、酸化カルシウムの中から選ばれた少なくとも一
種のアルカリ土類酸化物と、酸化ジルコニウム、酸化ス
カンジウムの中から選ばれた少なくとも一種の混合物を
含む熱電子放射物質との混合物の焼結電極体から形成さ
れても良い。他の例として熱電子放射素子は、例えばニ
ッケルからなる基体金属粉末にアルカリ土類金属系、例
えば酸化バリウム、酸化ストロンチウム、酸化カルシウ
ムの熱電子放射物質からなるエミッターを混合して焼成
した焼結電極体から構成しても良い。他の例としては、
タンタルチップまたは六ホウ化ランタンＬａＢ_６チップ
をリボン型熱陰極に加工した穴に埋め込んでリボン型熱
陰極に電流を流しても良い。作動室の排気真空後に、陽
極３４および陰極３６ならびに陽極３８および陰極４０
には周波数６０Ｈｚ、電圧１２ｋＶの交流電圧を印加
し、グロー放電を発生させてパラジウムを活性化させ
て、パラジウムの酸化物等による汚れを取リ除き、重水
素を大量に吸蔵させた後、予め定められたタイミングで
周期的にプラズマ発生用の大電流放電パルスが核反応放
電電源４２から供給される。排気ポート３０、３２の高
温ガスはガス冷却器４４で冷却減圧された後、吸入ポー
ト４６、４８を介してそれぞれ放電室２６、２８に循環
される。ガス冷却器４４は図示しない水冷ジャケットそ
の他の適当な手段でガスを冷却する。吸入ポート４６、
４８はそれぞれリードバルブ４６ａ、４８ａを有する。
図１において、排気ポート３０、３２とガス冷却器４４
とを設けないでも良い。この場合、ロータリピストン１
８の３面にそれぞれ凹図（図示せず）を形成して、ロー
タリピストン１８の回転中にガスがプラズマ放電室２
６、２８に効率良く循環されるようにしても良い。

【０００８】核反応室２６、２８および作動室１４には
排気真空して陰極の水素吸蔵金属プレート３６ａ、４０
ａを活性化した後に重水素が核反応媒体として予め定め
られた気圧で封入される。核反応媒体は重水素（Ｄ_２，
Ｔ_２、ＴＤ）または同位体ヘリウム３Ｈｅのうち少なく
とも一つの元素であることが望ましい。ここで重水素と
はＤ_２（ｄｅｕｔｅｒｉｕｍ）、Ｔ_２（ｔｒｉｔｉｕ
ｍ）およびＴＤを含む概念として使用する。他の例とし
て、核反応媒体はヘリウムと三重水素、ヘリウムと重水
素または、重水素と三重水素の混合ガスと、α線、β
線、γ線またはχ線等の放射線源あるいはクリプトン８
５等の放射線源から構成してもよい。ヘリウムと三重水
素の混合ガスは数千万度の比較的低い温度で熱核反応に
よりエネルギーを生成するため便利である。核反応媒体
はさらに炭素、窒素からなる融合用触媒を含んでも良
い。核反応媒体に触媒が含まれていると、プラズマ生成
時にＣ−Ｎサイクルにより４つの水素原子核から水素融
合により１つのヘリウム原子核が生成され、これが繰り
返される。このとき超高温により、ヘリウムの原子核が
３個集まった核融合によって、炭素が作られる。この炭
素は触媒の一部として再利用される。また、核反応媒体
にメタンＣＨ_４、プロパンＣ_９Ｈ_８、イソブタンＣ_４Ｈ
_１０、エタンＣ_２Ｈ_６またはアセチレンＣ_２Ｈ_２から選
ばれた少なくとも１つのガスを少量混入しても良い。こ
れらのガスは高温により炭素と水素とに分解されて核融
合反応に寄与する。

【０００９】上記構成において、核反応室２６、２８の
電極３４、３６および電極３８、４０に予め定められた
タイミングで核反応放電電源４２から熱核反応のための
約４０ｋＶの高電圧パルスと約３００Ｖの低電圧パルス
からなる放電パルスが周期的に供給される。この結果、
電極３４、３６間で大電流放電が生じて核反応室２６の
核反応媒体はイオン化されてアーク放電によるプラズマ
が発生し、５０，０００，０００℃（１００，０００，
０００°Ｆ）以上の超高温となる。このとき陰極のプラ
ズマプレート内では核融合反応が発生し、プラズマ内で
は新元素が生成される。同時に核反応室ではＣ−Ｎサイ
クルにより水素融合が生じてヘリウムが生成され、同時
にヘリウムと三重水素とが熱核反応を起こして投入した
電気エネルギー以上の核融合エネルギーによる高温高圧
のガスが発生する。このガスがロータリピストン１８を
図１において時計方向に回転させる。作動室１４のガス
は排気ポート３２を経て冷却器４４で冷却減圧された
後、吸入ポート４８を介して放電室２８に循環される。
ロータリピストン１８が所定位置にきたとき、電極３
８、４０に放電パルスが供給され、核反応により放電室
２８で高圧ガスが生成され、ロータリピストン１８が回
転駆動される。このとき、作動室１４のガスは排気ポー
ト３０を経て冷却器４４で冷却減圧されて吸入ポート４
６から放電室２６に循環される。このように、放電室２
６、２８では異なるタイミングで周期的な核反応により
高温高圧の作動ガスが発生してロータリピストン１８を
駆動する。

【００１０】図２は本発明による他の望ましい実施例に
よる核融合エンジン１０’を示す。エンジン１０’はレ
シプロエンジン５２からなるものとして例示される。レ
シプロエンジン５２は作動室５４を有するシリンダ５６
とシリンダヘッド５８を有するエンジンケーシング６０
を備える。エンジンケーシング６０はシリンダー６０内
に配置された円筒部材６１により形成されていて前述の
核反応媒体が封入された核反応室６２を備える。円筒部
材６１は作動媒体をイオン化するための放射線源ライナ
ー６３を有する。シリンダヘッド５８は核反応放電電源
６３に接続された陽極６４および陰極６６を支持してお
リ、これら電極には周期的に熱核反応用放電パルスが供
給され、そのとき生ずる熱核反応による周期的な高圧ガ
スでピストン６８が駆動される。陰極６６は核融合用の
水素吸蔵金属プレート６６ａと熱核反応用の熱電子発生
素子６６ｂからなる。

【００１１】核融合エンジン１０’の核反応放電電源の
一例を図３に示し、図４は図３の各種波形を示す。図３
において、核反応放電電源６３はバッテリ等の直流電源
８２と、リアクトルＬを介して直流電源８２に接続され
たサイリスタ等の第１スイッチ手段ＳＣＲ１と、スイッ
チ手段ＳＣＲ１の出力側に接続された第１コンデンサＣ
１と、第２スイッチ手段ＳＣＲ２と、高圧トリガトラン
ス８４とを備える。バッテリは１２Ｖ定格で瞬時に３０
００Ａの電流を流せるタイプのものが市販されているた
め、この定格のバッテリを数１０個直列に接続しても良
い。このように接続することによって数千アンペアの放
電パルスによりプラズマ発生時に５０，０００，０００
℃（１００，０００，０００°Ｆ）以上の超高温を生じ
させて核反応を起こすことができる。高圧トリガトラン
ス８４の１次巻線の一端は第２スイッチ手段ＳＣＲ２の
出力側に接続され、他端は接地されている。１次巻線の
両端はダイオードＤ１により接続されている。トランス
８４の２次巻線の一端は接地され、他端はダイオードＤ
２を介して核反応媒体のイオン化を促進するために高電
圧小電流のイオン化用電流がエンジン１０’の陽極６４
に供給される。陽極６４に熱核反応のための小電圧大電
流（数千アンペア）のメイン放電電流を供給するため
に、第２コンデンサＣ２がダイーオードＤ４を介して接
続され、ダイオードＤ４とコンデンサＣ２との接続点が
ダイオードＤ３を介してスイッチ手段ＳＣＲ１とＳＣＲ
２との間に接続されている。第２コンデンサＣ２の一端
は接地され、他端はダイオードＤ４を介して陽極６４に
接続されている。陰極６６は設置されている。第１、第
２スイッチ手段ＳＣＲ１、ＳＣＲ２は図示していないデ
ィストリビュータによりエンジン１０’のピストンの上
死点付近でＯＮされる。

【００１２】図３において、第１スイッチ手段ＳＣＲ１
がトリガ信号Ｔｒｇ１によりＯＮすると、バッテリ８２
の電圧は第１、第２コンデンサＣ１、Ｃ２により３００
Ｖ程度まで充電される。このとき、第２スイッチ手段Ｓ
ＣＲ２をトリガ信号Ｔｒｇ２でＯＮさせると、第１コン
デンサＣ１に充電されていた電荷が高圧トリガトランス
８４の１次側に電流ｉ４となって流れる。図４において
符号Ｂは第２スイッチ手段ＳＣＲ２がＯＮして第１コン
デンサＣ１が放電開始するタイミングを示す。高圧トラ
ンス８４の１次側にはピーク値３００Ｖの電圧がパルス
として加わり、高圧トランス８４の２次側にはトランス
の巻数比により約４０ｋＶのパルス電圧υ３が発生し
て、この高電圧パルスが陽極６４に供給される。このと
き、核反応室６２の核反応媒体がイオン化され、放電が
開始される。図４において符号Ｃは電極間に加わる高圧
パルスυ３を示し、符号Ｄは放電ピーク時の電圧レベル
を示す。エンジン１０’内の気体がプラズマ化して導電
率が急に上昇すると電圧υ３は放電現象の負性抵抗によ
り約１００Ｖ位まで急激に下降する。このとき、第２コ
ンデンサＣ２に充電されていた約３００Ｖの電圧υ２を
放電電圧が下まわったときより第２コンデンサＣ２から
数千アンペア大電流（ｉ５のピーク参照）が陽極６４に
供給されて熱核反応が生じてさらに放電電圧が下がり、
やがてＣ２の電荷が全て放出されると電流ｉ５は停止し
て放電は終了する。図４において、符号Ｅはエンジン１
０’の気体がプラズマ化して第２コンデンサＣ２が大電
流放電する状態を示し、符号Ｆは放電終了のタイミング
を示す。放電が終了した後、第１スイッチ手段ＳＣＲ１
をトリガ信号Ｔｒｇ１でＯＮさせる。このとき、電流ｉ
１が正弦波状に流れて第１、第２コンデンサＣ１、Ｃ２
を充電する。リアクタＬのインダクタンスによるリアク
ション電圧により、第１、第２コンデンサＣ１、Ｃ２は
直流電源８２よりも高い電圧、すなわち、約３００Ｖま
で充電され、電流ｉ１が停止したとき、第１、第２コン
デンサＣ１、Ｃ２の充電は終了して次の放電トリガの待
機状態となる。図４において符号Ｇは第１スイッチ手段
ＳＣＲ１がＯＮして電流ｉ１により、第１、２コンデン
サＣ１、Ｃ２を充電する状態を示す。このように高圧ト
ランス８４は高電圧小電流のイオン化用電源回路手段と
して作用し、第２コンデンサＣ２は低電圧大電流のメイ
ン放電電源回路手段として作用する。

【００１３】図５は本発明の望ましい実施例の核融合エ
ンジン１０を有する機械システム１００のブロック図を
示す。機械システム１００は図１、２に示した実施例か
らなるエンジン１０とこれにより駆動される発電機１０
２と、連結手段１０４と、機械１０６とを備える。発電
機１０２の出力は整流器１０８で直流電圧に整流されて
バッテリ装置１１０に充電される。バッテリ装置１１０
の出力電圧は放電パルス電源１１２に供給され、放電パ
ルスがエンジン１０に供給される。エンジン１０が機械
１０６を駆動している間に発電機１０２を駆動してバッ
テリ１１０を充電するため、バッテリ１１０の寿命が長
くなる。機械１０６は自動車、トラック、バス、列車、
電車、ブルドーザー、二輪車、自転車、船舶、航空機、
宇宙船等の乗り物、発電システム、ファン、ポンプ、ブ
ロワー、コンプレッサー等の流体機械、冷凍機あるいは
エアコンディショナー、油圧ショベル等の建設機械、プ
ラスチック加工機械、ゴム加工機械、マテリアルハンド
リング機械、プレス機、木工機械、工作機械、金属加工
機械、エレベーター、エスカレーター、巻上装置・クレ
ーン・ウインチ・コンベヤー等の搬送機械、コンバイン
・トマト収穫機等の収穫調整用機械、トラクター・耕運
機等の農業用機械、操網機等の漁業用機械、さく岩機等
の鉱山機械、精粉機・肉ひき機等の食料加工機械、紡績
機・織機等の繊維機械、ろ過機・撹拌機等の化学機械、
印刷機械、製本機械その他産業用機械からなる。

【００１４】図１の実施例において、核反応媒体を大気
圧よりも低い圧力にてプラズマ放電室２６、２８および
作動室１４に封入した場合、排気ポート３０、３２、吸
気ポート４６、４８およびガス冷却器４４を取り除いて
も良い。このとき、エンジンケーシング１６には多数の
冷却水通路を形成して、作動室１４内の高温ガスを冷却
しても良い。

【００１５】本発明では核融合エンジンにおいて核反応
室で数千アンペアの大電流でアーク放電させることによ
り周期的に核融合と熱核反応により投入した電気エネル
ギー以上の核融合エネルギーによる高圧の作動ガスを発
生させ、これによりピストンを駆動するようにしたの
で、高効率でランニングコストの低いクリーンな核融合
エンジンを提供することができる。このエンジンは小型
で高出力が得られ、軽量で騒音の発生も少なく、大きな
トルクが発生し、振動が少なく、製造コストとメンテコ
ストが著しく低い。しかも、核反応媒体はエンジン内で
永久的に使用可能なため外部から全く追加燃料を供給せ
ずにエンジンを長時間駆動することができる。このエン
ジンからは排ガス等の公害が全くないため、地球環境破
壊を完全に防止でき、実用上の効果が極めて大きい。な
お、本発明のエンジンによれば自動車、船舶、航空機等
の輸送機関や発電システム、流体機械、エレベーター、
エスカレーター、コンベアー、工作機械、建設機械等の
新規な機械システムの市場を提供でき、産業上ならびに
経済上の効果が大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の望ましい実施例による核融合エンジ
ンの部分断面図である。

【図２】 本発明の他の望ましい実施例による核融合エ
ンジンの断面図である。

【図３】 図２の核融合エンジンのための核反応放電電
源の回路例を示す。

【図４】 図３の回路の各種波形図である。

【図５】 本発明の核融合エンジンを組み込んだ機械シ
ステムのブロック図である。

【符号の脱明】１４ 作動室 １６ エンジンケーシング １８ ロータリピストン ２６、２８ 第１、第２核反応室 ３０、３２ 排気ポート ３４〜４０ 電極手段 ４２ 核反応放電電源 ４４ ガス冷却器 ５６ シリンダ ６３ 核放電電源 ６４、６６ 電極手段 ６８ ピストン １００ 機械システム １０２ 発電機 １０６ 機械 １０８ 整流器 １１０ バッテリ １１２ 核反応放電電源

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 周期的に超高温プラズマによる核融合を
   発生させるための核反応電極手段を有する核反応室と、
   核反応室に連通する作動室を有するエンジンケーシング
   と、電極手段に核反応用の大電流放電パルスを供給する
   核反応放電電源と、作動室に駆動可能に収納されたピス
   トンとを備え、核反応室と作動室に核反応媒体が予め定
   められた気圧で封入されていて核反応室が周期的な核融
   合反応により動力ガスを発生させ、この動力ガスでピス
   トンを駆動する核融合エンジン。
2. 【請求項２】 請求項１において、核反応媒体が重水素
   および同位体ヘリウムから選ばれた少なくとも１種のガ
   スからなる核融合エンジン。
3. 【請求項３】 請求項１において、電極手段が核融合用
   の水素吸蔵金属を有する陰極を備えている核融合エンジ
   ン。
4. 【請求項４】 請求項１において、電極手段が熱核反応
   用の熱電子放射材料からなる陰極を備えている核融合エ
   ンジン。
5. 【請求項５】 請求項１において、エンジンがワンケル
   型ロータリユニットからなり、核反応室が作動室に連通
   する第１および第２プラズマ放電室からなる核融合エン
   ジン。
6. 【請求項６】 請求項５において、ロータリユニットが
   作動室に連通する第１、第２ポートと、第１、第２ポー
   トから排出されたガスを冷却減圧するための冷却器を備
   えている核融合エンジン。
7. 【請求項７】 請求項６において、ロータリユニットが
   冷却器で減圧されたガスを核反応室に循環させる核融合
   エンジン。
8. 【請求項８】 請求項１において、エンジンが作動室の
   上部に核反応室を有するレシプロ型である核融合エンジ
   ン。
9. 【請求項９】 請求項１において、電極手段が核融合用
   水素吸蔵金属からなる第１素子と熱核反応用熱電子放射
   材料からなる第２素子とを含む陰極を備えている核融合
   エンジン。
10. 【請求項１０】 請求項２において、核反応媒体が核融
    合用触媒を含む核融合エンジン。
11. 【請求項１１】 請求項２において、核反応媒体がイオ
    ン化促進のための放射線源を含む核融合エンジン。
12. 【請求項１２】 請求項１において、核反応室が放射線
    源ライナーを有する核融合エンジン。
13. 【請求項１３】 請求項１において、核反応放電電源が
    核反応媒体をイオン化するための高電圧小電流電源回路
    手段と、超高温の熱核反応を起こすための低電圧大電流
    電源回路手段とからなる核融合エンジン。
14. 【請求項１４】 機械と、その機械を駆動するための核
    融合エンジンとからなり、核融合エンジンが周期的に超
    高温プラズマを発生させるための核反応電極手段を有す
    る核反応室と、核反応室に連通する作動室を有するエン
    ジンケーシングと、電極手段に核反応用の大電流放電パ
    ルスを供給する核反応放電電源と、作動室に駆動可能に
    収納されたピストンとを備え、核反応室と作動室に核反
    応媒体が予め定められた気圧で封入されていて核反応室
    が周期的な核反応により動力ガスを発生させ、この動力
    ガスでピストンを駆動する機械システム。
15. 【請求項１５】 請求項１４において、さらに核融合エ
    ンジンにより駆動される発電機と、発電機により充電さ
    れるバッテリ手段とからなり、放電電源がバッテリ手段
    に接続されている機械システム。