(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属硝酸塩、金属過塩素酸塩、金属硫酸塩、硝酸、過塩素酸、硫酸及び過酸化水素からなる群から選択される少なくとも一種、及び水を含む基礎酸化剤と、軽金属ならびに同類の活性金属を主材料とする燃焼剤とを反応させて水素を得させる１次反応と、
前記１次反応で生成された水素を、金属硝酸塩、金属過塩素酸塩、金属硫酸塩、硝酸、過塩素酸、硫酸及び過酸化水素からなる群から選択される少なくとも一種と反応させて水を得させる２次反応と、
前記２次反応で生成された水を再び軽金属類の少なくとも一種と反応させて水素を得させる３次反応と、
前記３次反応で生成された水素を再び金属硝酸塩、金属過塩素酸塩、金属硫酸塩、硝酸、過塩素酸、硫酸及び過酸化水素からなる群から選択される少なくとも一種と反応させる４次反応とを含み、
前記２次反応と３次反応とを繰り返し連続して実施するようにすること、
を特徴とする金属の発熱反応を用いた爆発エネルギー発生方法。
【請求項２】
前記燃焼剤は、
カリウム（Ｋ）、リチウム（Ｌｉ）、ナトリウム（Ｎａ）、マグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、及びアルミニウム（Ａｌ）からなる群から選択される少なくとも一種の活性金属の塊もしくは粉末であること、
を特徴とする請求項１に記載の金属の発熱反応を用いた爆発エネルギー発生方法。
【請求項３】
前記燃焼剤は、
水素（Ｈ２）、アンモニア（ＮＨ３）、燃焼用オイル、トルエン類、ベンゼン類、石油類、及び炭化水素類からなる群から選択される少なくとも一種の非金属物質と、
カリウム（Ｋ）、リチウム（Ｌｉ）、ナトリウム（Ｎａ）、マグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、及びアルミニウム（Ａｌ）からなる群から選択される少なくとも一種の活性金属とからなること、
を特徴とする請求項１に記載の金属の発熱反応を用いた爆発エネルギー発生方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、酸化剤と軽金属を主材料とする金属発熱反応の利用方法に関し、特に本発明者によって米国特許庁に既に登録された特許登録第６,２３７,３４０Ｂ１号‘物質熱膨張エネルギーの再活用’の請求項２に記載の金属燃料推進体の原理を改良したものである。
【０００２】
より詳細には、酸化剤と、軽金属を主材料とする燃焼剤とを反応させて水素を収得し、収得された水素を硝酸、硫酸、過塩素酸、金属硝酸塩、金属過塩素酸塩、金属硫酸塩、過酸化水素などの酸化剤と反応させて熱エネルギーと共に水を収得し、この水を再び用いて前記の過程を連続して繰り返し行い、エネルギー（爆発熱）を漸次増加させるようにするが、こうして得られる爆発熱をエネルギーとして活用できるようにするための方法に関するものである。
【０００３】
【従来の技術】
発熱反応を用いたエネルギー発生方法の代表的な例としては、ロケットの推進方法などが挙げられる。一般的なロケットの推進方法においては、液体酸素、過酸化水素、液体水素、アンモニア、燃焼用ガス、油燃料、爆薬または火薬などの非金属物質と単純有機物質とを酸化反応させるときに発生する爆発エネルギーによって推進力を得ている。この種の方法は、使用される材料のコストが高く、また、本発明と比較すると燃料の体積が大きい上に、重量が重いという問題点がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、かかる問題点を解決するためのもので、その目的はさらに改善された発熱反応利用方法を提供することにある。
【０００５】
本発明の他の目的は、ロケットなどの推進エネルギーの獲得において、酸化剤と、軽金属を主材料とする燃焼剤とを反応させて水素を収得し、収得された水素を硝酸、過塩素酸、硫酸、金属硝酸塩、金属過塩素酸塩、金属硫酸塩、過酸化水素などと酸化反応させてエネルギー（発熱）を得させる、金属の発熱反応を用いたエネルギー発生方法を用いることにより、燃料の体積および重量を低減すると共に、安価な材料で大きいエネルギーを提供すること、にある。
【０００６】
本発明のさらに他の目的は、構造物や岩盤などを破砕するために利用される発熱エネルギーを獲得する際に、金属などの安価な材料を用いることにより、経済面においても優れた、金属の発熱反応を用いたエネルギー発生方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の主たる観点によれば、金属硝酸塩、金属過塩素酸塩、金属硫酸塩、硝酸、過塩素酸、硫酸及び過酸化水素からなる群から選択される少なくとも一種、及び水を含む基礎酸化剤と、軽金属ならびに同類の活性金属を主材料とする燃焼剤とを反応させて水素を得させる１次反応と、前記１次反応で生成された水素を、金属硝酸塩、金属過塩素酸塩、金属硫酸塩、硝酸、過塩素酸、硫酸及び過酸化水素からなる群から選択される少なくとも一種と反応させて水を得させる２次反応と、前記２次反応で生成された水を再び軽金属類の少なくとも一種と反応させて水素を得させる３次反応と、前記３次反応で生成された水素を再び金属硝酸塩、金属過塩素酸塩、金属硫酸塩、硝酸、過塩素酸、硫酸及び過酸化水素からなる群から選択される少なくとも一種と反応させる４次反応とを含み、前記２次反応と３次反応とを繰り返し連続して実施するようにすること、を特徴とする金属の発熱反応を用いた爆発エネルギー発生方法、が提供される。
【０００８】
上記記載の発明では、一次反応として、金属硝酸塩、金属過塩素酸塩、金属硫酸塩、硝酸、過塩素酸、硫酸及び過酸化水素からなる群から選択される少なくとも一種及び水を含む基礎酸化剤と、軽金属ならびに同類の活性金属を主原料とする燃焼剤とを反応させて水素を収得する。そして、上記一次反応にて収得された水素を金属硝酸塩、金属過塩素酸塩、金属硫酸塩、硝酸、過塩素酸、硫酸及び過酸化水素などと酸化反応させて水を収得する二次反応と、前記収得された水を軽金属ならびに同類の活性金属を主原料とする燃焼剤と反応させて水素を収得する３次反応と、を繰り返し行うことにより、エネルギーを増加させることができ、ロケットなどの推進エネルギーの獲得に適用することができる。このように、酸化剤と燃焼剤とを繰り返し結合反応させることにより、エネルギー、即ち爆発推進力を増加させることができる。このとき、基礎酸化剤や酸化剤に金属硝酸塩、金属過塩素酸塩、金属硫酸塩、硝酸、過塩素酸、硫酸、過酸化水素などを使用することにより、燃料の体積および重量を低減することができる。
【０００９】
また、前記燃焼剤は、
カリウム（Ｋ）、リチウム（Ｌｉ）、ナトリウム（Ｎａ）、マグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、及びアルミニウム（Ａｌ）からなる群から選択される少なくとも一種の活性金属の塊もしくは粉末である、如く構成すれば、燃焼剤として安価な軽金属を使用することにより、低コストにてエネルギーを提供することができる。
【００１０】
また、前記燃焼剤は、水素（Ｈ２）、アンモニア（ＮＨ３）、燃焼用オイル、トルエン類、ベンゼン類、石油類、及び炭化水素類からなる群から選択される少なくとも一種の非金属物質と、カリウム（Ｋ）、リチウム（Ｌｉ）、ナトリウム（Ｎａ）、マグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、及びアルミニウム（Ａｌ）からなる群から選択される少なくとも一種の活性金属とからなるようにすれば、燃焼剤として軽金属及び油類などの安価な材料を複合使用することにより、低コストにてエネルギーを提供することができる。
【００１１】
上記課題を解決するため、本発明の他の観点によれば、金属硝酸塩、金属過塩素酸塩、金属酸化塩または金属硫酸塩からなる群から選択される少なくとも一種の粉末の基礎酸化剤と、カリウム（Ｋ）、リチウム（Ｌｉ）、ナトリウム（Ｎａ）、マグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、及びアルミニウム（Ａｌ）からなる群から選択される少なくとも一種の粉末の燃焼剤と、を混合して密封したものにショック熱を加えて連鎖発熱膨張反応させることを、岩盤や構造物などの破砕に利用するようにすること、を特徴とする金属の発熱反応を用いた爆発エネルギー発生方法が提供される。
【００１２】
上記記載の発明においては、金属及び金属塩の気化膨張反応によって膨張力が発生するが、膨張力が非常に高いため、高熱高圧の高エネルギーを発生させることができ、岩盤や構造物などの破砕に適する。また、膨張限界が低いため、狭い空間（密閉空間）で威力を発することができ、岩盤や構造物などを破砕する際の破片などの飛散および振動爆音を少なくすることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本実施形態にかかる金属の発熱反応を用いたエネルギー発生方法について、実施例に基づいて説明する。
【００１４】
反応実施例１〜５は、水、過酸化水素、硝酸、過塩素酸、硫酸、金属硝酸塩、金属過塩素酸塩または金属硫酸塩などの酸化剤と、活性金属などの燃焼剤とが直接結合反応する過程を示すものである。それぞれの実施例には、発火しながら高エネルギーの気体膨張圧力を段階的に加圧する分離反応方式と、統合的に反応させる統合反応方式がある。これらの実施例は、生成された物質と水を高熱のエネルギーによって膨張させることにより、その膨張圧力によって推進力を発生させる方法である。
【００１５】
反応実施例６は、燃焼剤として活性金属と非金属燃焼剤を複合使用し、酸化剤として水、過酸化水素、硝酸、過塩素酸、硫酸、金属硝酸塩、金属過塩素酸塩または金属硫酸塩などを使用して、複合燃焼剤と酸化剤とを統合反応させ、爆発エネルギーを発生させるものである。
【００１６】
反応実施例７は、ショック熱を加えて連鎖的に酸化結合反応を誘発させることにより、高熱高圧の高エネルギーを発生させることを特徴とする。当該実施例は、金属及び金属塩の気化膨張反応によって膨張力が発生するので、膨張力は非常に高いが、膨張限界が低いため、狭い空間（密閉空間）でのみ威力を発することができる。従って、これを岩盤破砕などに用いると、破片などの飛散および振動爆音を少なくすることができ、また、一般熱や摩擦、衝撃などに対しても安全性に優れるので、怪我や事故を防止することができ、更に、環境破壊を防ぐこともできる。
【００１７】
前述した実施例について、反応式を用いて具体的に説明する。
【００１８】
（反応実施例１）
燃焼材としてはナトリウム（Ｎａ）を使用し、酸化剤としては硝酸ナトリウム（ＮａＮＯ３）、硝酸マグネシウム（Ｍｇ（ＮＯ３）２）、水（Ｈ２Ｏ）など、を使用して発生する反応を例示したもので、具体的な反応式は次の通りである。
【００１９】
【反応式１】
a（分離反応式）
0003986337.tif 000002
【００２０】
ｂ（統合反応式）
0003986337.tif 000003
【００２１】
ｃ（統合反応式）
0003986337.tif 000004
【００２２】
（反応実施例２）
燃焼材としてはナトリウム（Ｎａ）を使用し、酸化剤としては過塩素酸ナトリウム（ＮａＣｌＯ４）、水（Ｈ２Ｏ）など、を使用して発生する反応を例示したもので、具体的な反応式は次の通りである。
【００２３】
【反応式２】
ａ（分離反応式）
0003986337.tif 000005
【００２４】
ｂ（統合反応式）
0003986337.tif 000006
【００２５】
(反応実施例３)
燃焼材としてはナトリウム（Ｎａ）を使用し、酸化剤としては硝酸（ＨＮＯ３）、水（Ｈ２Ｏ）をなどを使用して発生する反応を例示したもので、具体的な反応式は次の通りである。
【００２６】
【反応式３】
ａ（分離反応式）
0003986337.tif 000007
【００２７】
ｂ（統合反応式）
0003986337.tif 000008
【００２８】
（反応実施例４）
燃焼材としてはナトリウム（Ｎａ）を使用し、酸化剤としては過塩素酸（ＨＣｌＯ４）、水（Ｈ２Ｏ）など、を使用して発生する反応を例示したもので、具体的な反応式は次の通りである。
【００２９】
【反応式４】
ａ（分離反応式)
0003986337.tif 000009
【００３０】
ｂ（統合反応式）
0003986337.tif 000010
【００３１】
（反応実施例５）
燃焼材としてはナトリウム（Ｎａ）を使用し、酸化剤としては硫酸（Ｈ２ＳＯ４）、水（Ｈ２Ｏ）など、を使用して発生する反応を例示したもので、具体的な反応式は次の通りである。
【００３２】
【反応式５】
ａ（分離反応式）
0003986337.tif 000011
【００３３】
ｂ（統合反応式）
0003986337.tif 000012
【００３４】
（反応実施例６）
基礎酸化剤として水（Ｈ２Ｏ）及び過塩素酸（ＨＣｌＯ４）などを使用し、燃焼剤としては活性金属などと、非金属燃焼剤として、アンモニア（ＮＨ３）、燃焼用ガス、燃料用オイル、水素（Ｈ２）などを混用する反応を例示したもので、統合反応式でのみ表わした。
【００３５】
【反応式６】
ａ（統合反応式）
0003986337.tif 000013
【００３６】
ｂ（統合反応式）
0003986337.tif 000014
【００３７】
ｃ（統合反応式）
0003986337.tif 000015
【００３８】
ｄ（統合反応式）
0003986337.tif 000016
【００３９】
ｅ（統合反応式）
0003986337.tif 000017
【００４０】
ｆ（統合反応式）
0003986337.tif 000018
【００４１】
ｇ（統合反応式）
0003986337.tif 000019
【００４２】
（反応実施例７）
水（Ｈ２Ｏ）の添加を排除し、金属粉末と金属塩粉末とを混合したものにショック熱を与えて連鎖反応をさせると、気体の発生をほとんどなくして金属及び金属塩の気化膨張反応が起きるので、構造物や岩盤などを破砕する際の爆発音や破片の飛散を防止でき、有効に利用することができる。
【００４３】
【反応式７】
ａ
0003986337.tif 000020
【００４４】
ｂ
0003986337.tif 000021
【００４５】
ｃ
0003986337.tif 000022
【００４６】
ｄ
0003986337.tif 000023
【００４７】
ｅ
0003986337.tif 000024
【００４８】
本実施形態に用いられる材料
Ａ：金属硝酸塩の種類
硝酸ナトリウム（ＮａＮＯ３）、硝酸カリウム（ＫＮＯ３）、硝酸リチウム（ＬｉＮＯ３）、硝酸カルシウム（Ｃａ（ＮＯ３）２）、硝酸マグネシウム（Ｍｇ（ＮＯ３）２）、硝酸アルミニウム（Ａｌ（ＮＯ３）３）、硝酸バリウム（Ｂａ（ＮＯ３）２）、硝酸鉄（Ｆｅ（ＮＯ３）３）、硝酸マンガン（Ｍｎ（ＮＯ３）２）、硝酸銅（Ｃｕ（ＮＯ３）２） などがある。
【００４９】
Ｂ：金属過塩素酸塩の種類
過塩素酸カリウム（ＫＣｌＯ４）、過塩素酸ナトリウム（ＮａＣｌＯ４）、過塩素酸リチウム（ＬｉＣｌＯ４）、過塩素酸カルシウム（Ｃａ（ＣｌＯ４）２）、過塩素酸マグネシウム（Ｍｇ(ＣｌＯ４) ２）、過塩素酸ストロンチウム（Ｓｒ（ＣｌＯ４）２）、過塩素酸バリウム（Ｂａ（ＣｌＯ４）２）、過塩素酸鉄（Ｆｅ（ＣｌＯ４）３）、過塩素酸マグネシウム（Ｍｎ（ＣｌＯ４）２）、過塩素酸銅（Ｃｕ（ＣｌＯ４）２）、過塩素酸アルミニウム（Ａｌ（ＣｌＯ４）３）、過塩素酸亜鉛（Ｚｎ（ＣｌＯ４）２）などがある。
【００５０】
Ｃ：金属酸化塩の種類
酸化カリウム（Ｋ２Ｏ）、酸化ナトリウム（Ｎａ２Ｏ）、酸化リチウム（Ｌｉ２Ｏ）、酸化カルシウム（ＣａＯ）、酸化銅（ＣｕＯ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化ストロンチウム（ＳｒＯ）、酸化バリウム（ＢａＯ）、酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３）、酸化マンガン（ＭｎＯ２)、酸化亜鉛（ＺｎＯ）などがある。
【００５１】
Ｄ：金属硫酸塩の種類
硫酸カリウム（Ｋ２ＳＯ４）、硫酸ナトリウム（Ｎａ２ＳＯ４）、硫酸リチウム（Ｌｉ２ＳＯ４）、硫酸ストロンチウム（ＳｒＳＯ４）、硫酸カルシウム（ＣａＳＯ４）、硫酸マグネシウム（ＭｇＳＯ４）、硫酸バリウム（ＢａＳＯ４）、硫酸鉄（Ｆｅ２（ＳＯ４）３）、硫酸マンガン（ＭｎＳＯ４）、硫酸銅（ＣｕＳＯ４）、硫酸アルミニウム（Ａｌ２（ＳＯ４）３）、硫酸亜鉛（ＺｎＳＯ４）などがある。
【００５２】
Ｅ：液体酸化剤として用いられるもの
水（Ｈ２Ｏ）、過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）、硝酸（ＨＮＯ３）、過塩素酸（ＨＣｌＯ４）、硫酸（Ｈ２ＳＯ４）などがある。
【００５３】
Ｆ：燃焼剤として用いられるもの
軽金属類、即ちカリウム（Ｋ）、リチウム（Ｌｉ）、ナトリウム（Ｎａ）、マグネシウム（Ｍｇ）、チタニウム（Ｔｉ）、カルシウム（Ｃａ）、アルミニウム（Ａｌ）、クロム（Ｃｒ）などの活性金属の塊または粉末などを使用する。この際、活性金属の塊は溶融して使用する。
【００５４】
Ｇ：その他に添加剤として使用可能な非金属燃焼材には、水素（Ｈ２）、アンモニア（ＮＨ３）、燃焼用オイル、トルエン類、ベンゼン類、石油類、炭化水素類などの燃焼可能な非金属物質などがある。
【００５５】
以上、本発明に係る好適な実施の形態について説明したが、本発明はかかる構成に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術思想の範囲内において、各種の修正例および変更例を想定し得るものであり、それらの修正例および変更例についても本発明の技術範囲に包含されるものと了解される。
【００５６】
【発明の効果】
本発明にかかる金属の発熱反応を用いたエネルギー発生方法は、水、過酸化水素、液体酸または金属塩などの基礎酸化剤と、軽金属などを主材料とする燃焼剤とを使用し、酸化剤と燃焼剤とを繰り返し結合反応させることにより、エネルギー、即ち爆発推進力を増加させることができる。また、燃焼剤として軽金属及び油類などの廉価な材料を複合使用するので、経済的にも優れた反応方式を提供することができる。
【００５７】
また、本発明の反応実施例７を応用して構造物または岩盤の破砕などに利用すると、破砕の際の爆発音、及び破片などの飛散を低減することができる。