CN113167504B - 热利用系统及发热装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种利用廉价、清洁且安全的热能源的新颖的热利用系统及发热装置。热利用系统(10)具备：密闭容器(15)，被供给氢系气体；发热结构体(20)，收容在密闭容器(15)，且具有通过氢系气体中所含的氢的吸藏与释放而产生热的发热体；及热利用装置(12)，利用通过发热体的热而加热的热介质作为热源。发热体具有由氢吸藏金属、氢吸藏合金或质子导电体形成的基座、及设置在基座的多层膜。多层膜具有：第1层，由氢吸藏金属或氢吸藏合金形成，且厚度小于1000nm；及第2层，由与第1层不同的氢吸藏金属、氢吸藏合金或陶瓷形成，且厚度小于1000nm。

Description

热利用系统及发热装置
技术领域
本发明涉及一种热利用系统及发热装置。
背景技术
近年来，已报告有通过使用氢吸藏金属等进行氢的吸藏与释放而产生热的发热现象(例如参照非专利文献1)。氢由于可以利用水生成，所以作为资源取之不尽且廉价，且不会产生二氧化碳等温室效应气体，因此，被视为清洁的能源。另外，使用氢吸藏金属等的发热现象不同于核分裂反应，由于没有连锁反应，因此被认为是安全的。通过氢的吸藏与释放而产生的热直接以热的形式加以利用，除此以外，也可以转换为电力加以利用，因此，被期待作为有效的热能源。
背景技术文献
非专利文献
非专利文献1：A.Kitamura.et.al”Brief summary of latest experimentalresults with a mass-flow calorimetry system for anomalous heat effect ofnano-composite metals under D(H)-gas charging”CURRENT SCIENCE,VOL.108,NO.4,p.589-593,2015
发明内容
[发明要解决的问题]
然而，热能源的主流依然是火力发电或核能发电。因此，从环境问题或能源问题的观点来看，期望利用廉价、清洁且安全的热能源且以往不存在的新颖的热利用系统及发热装置。
因此，本发明的目的在于提供一种利用廉价、清洁且安全的热能源的新颖的热利用系统及发热装置。
[解决问题的技术手段]
本发明的热利用系统具备：密闭容器，被供给氢系气体；发热结构体，收容在所述密闭容器，且具有通过所述氢系气体中所含的氢的吸藏与释放而产生热的发热体；及热利用装置，利用通过所述发热体的热而加热的热介质作为热源；所述发热体具有由氢吸藏金属、氢吸藏合金或质子导电体形成的基座、及设置在所述基座的多层膜，且所述多层膜具有：第1层，由氢吸藏金属或氢吸藏合金形成，且厚度小于1000nm；及第2层，由与所述第1层不同的氢吸藏金属、氢吸藏合金或陶瓷形成，且厚度小于1000nm。
本发明的发热装置具备：密闭容器，被供给氢系气体；及发热结构体，收容在所述密闭容器，且呈放射状配置有通过所述氢系气体中所含的氢的吸藏与释放而产生热的多个发热体；所述发热体具有由氢吸藏金属、氢吸藏合金或质子导电体形成的基座、及设置在所述基座的多层膜，且所述多层膜具有：第1层，由氢吸藏金属或氢吸藏合金形成，且厚度小于1000nm；及第2层，由与所述第1层不同的氢吸藏金属、氢吸藏合金或陶瓷形成，且厚度小于1000nm。
本发明的另一热利用系统具备：密闭容器，被供给氢系气体；发热结构体，收容在所述密闭容器，且具有通过所述氢系气体中所含的氢的吸藏与释放而产生热的发热体；燃烧装置，使燃料与燃烧用空气燃烧而产生热；及热利用装置，利用所述发热体的热而将所述燃烧用空气预热；所述发热体具有由氢吸藏金属、氢吸藏合金或质子导电体形成的基座、及设置在所述基座的多层膜，且所述多层膜具有：第1层，由氢吸藏金属或氢吸藏合金形成，且厚度小于1000nm；及第2层，由与所述第1层不同的氢吸藏金属、氢吸藏合金或陶瓷形成，且厚度小于1000nm。
[发明效果]
根据本发明，利用通过氢的吸藏与释放而产生热的发热体作为热能源，因此，可以廉价、清洁且安全地供给能源。
附图说明
图1是第1实施方式的热利用系统的概略图。
图2是表示发热模块的结构的立体图。
图3是表示发热模块的结构的剖视图。
图4是表示具有第1层与第2层的发热体的结构的剖视图。
图5是用来说明过剩热的产生的说明图。
图6是具有第1层、第2层及第3层的发热体的剖视图。
图7是具有第1层、第2层、第3层及第4层的发热体的剖视图。
图8是表示多层膜的各层的厚度的比率与过剩热的关系的曲线图。
图9是表示多层膜的积层数与过剩热的关系的曲线图。
图10是表示多层膜的材料与过剩热的关系的曲线图。
图11是用来说明发热体的配置的一例的说明图。
图12是表示筒状发热体的概略图。
图13是表示松卷地卷绕的螺旋状的发热体的概略图。
图14是用来说明热利用装置的一例的说明图。
图15是表示具备第2实施方式的热利用系统的火力发电设备的构成的概略图。
图16是示意性地表示发热装置与热利用装置的构成的透视立体图。
图17是用来说明构成为反复进行氢系气体的供给与排气的发热装置的说明图。
图18是用来说明构成为使燃烧用空气循环的热利用系统的说明图。
图19是表示第3实施方式的热利用系统的构成的概略图。
图20是用来说明二氧化碳分离回收装置的构成的说明图。
图21是表示第4实施方式的热利用系统的构成的概略图。
图22是具有鳍片的密闭容器的立体图。
图23是将具有鳍片的密闭容器的容器主体在径向上切断所得的剖视图。
图24是将具有鳍片的密闭容器的容器主体在与径向正交的方向上切断所得的剖视图。
图25是具有传热支撑部的密闭容器的剖视图。
图26是将具有传热支撑部的密闭容器的容器主体在径向上切断所得的剖视图。
图27是将平板型发热体组件在与厚度方向正交的方向上切断所得的剖视图。
图28是将平板型发热体组件在厚度方向上切断所得的剖视图。
图29是表示将平板型发热体组件收纳在收纳容器的状态的说明图。
图30是具有由多个肋形成的鳍片的密闭容器的俯视图。
图31是具有由多个肋形成的鳍片的密闭容器的侧视图。
具体实施方式
1.第1实施方式
如图1所示，热利用系统10具备发热装置11与热利用装置12。热利用系统10是通过发热装置11产生的热将下述热介质加热，将经加热的热介质作为热源而使热利用装置12作动。
发热装置11具备密闭容器15、气体排出部16、气体供给部17、发热模块18及控制部19。
密闭容器15是中空容器，在内部收容发热模块18。密闭容器15例如由不锈钢等形成。密闭容器15具有与下述排气用配管16b连接的排气口15a、及与下述供给用配管17b连接的供给口15b。密闭容器15例如由形成为筒状的容器主体(未图示)、设置在容器主体的上端的上盖(未图示)、及设置在容器主体的下端的下盖(未图示)所形成。在该例中，排气口15a形成在上盖，供给口15b形成在下盖。通过容器主体、上盖及下盖的内表面而在密闭容器15的内部形成空间。对密闭容器15经由供给用配管17b与供给口15b供给下述氢系气体。
气体排出部16对密闭容器15的内部进行真空排气。气体排出部16具有真空泵16a、排气用配管16b及排气用阀16c。真空泵16a例如由涡轮分子泵与干泵形成。排气用配管16b连接真空泵16a与密闭容器15。排气用配管16b使密闭容器15内部的气体向真空泵16a流通。排气用阀16c设置在排气用配管16b。排气用阀16c调整沿排气用配管16b流通的气体的流量。真空泵16a及排气用阀16c与控制部19电连接。气体排出部16的排气速度例如可以通过调整涡轮分子泵的转速而进行控制。
气体供给部17向密闭容器15的内部供给氢系气体。气体供给部17具有储气瓶17a、供给用配管17b及供给用阀17c。储气瓶17a是以高压贮藏氢系气体的容器。供给用配管17b连接储气瓶17a与密闭容器15。供给用配管17b使储气瓶17a中贮藏的氢系气体向密闭容器15流通。供给用阀17c设置在供给用配管17b。供给用阀17c调整沿供给用配管17b流通的氢系气体的流量。供给用阀17c与控制部19电连接。氢系气体是包含氢的同位素的气体。作为氢系气体，可以使用氘气与氕气的至少任一种。氕气包含天然存在的氕与氘的混合物、即氕的丰度比为99.985％且氘的丰度比为0.015％的混合物。在以下的说明中，在不区分氕与氘的情况下，记载为“氢”。
发热模块18收容在密闭容器15。发热模块18具有包含氢吸藏金属或氢吸藏合金的发热结构体20、及将发热结构体20加热的加热器21，发热结构体20吸藏氢系气体中所含的氢，并被加热器21加热，由此产生加热器21的加热温度以上的热(以下，称为过剩热)。发热模块18通过过剩热而使下述热介质为例如50℃以上1500℃以下的范围内的温度。在该例中，发热模块18将热介质加热到1500℃。发热模块18只要分别具有1个以上的发热结构体20与加热器21即可。发热模块18具有至少1个发热结构体20与至少1个加热器21，可以适当变更发热结构体20的数量及加热器21的数量。在本实施方式中，发热模块18具有3个发热结构体20与1个加热器21。关于发热模块18的详细结构，将利用其它附图在下文进行叙述。
发热结构体20在密闭容器15的内部中氢系气体流动的方向上排列有多个。密闭容器15内部的“氢系气体流动的方向”是氢系气体的主流流动的方向，例如是从密闭容器15的供给口15b朝向排气口15a的方向、即从密闭容器15的下方朝向上方的方向。各发热结构体20相互隔开间隙地配置。
在发热结构体20设置有温度传感器22(参照图1及图3)。温度传感器22设置在各发热结构体20。温度传感器22检测对应的发热结构体20的温度。3个发热结构体20中，下层发热结构体20与从供给口15b供给的热介质接触，因此，设为最低温度。中层发热结构体20与以通过下层发热结构体20的方式加热的热介质接触，因此，设为比下层发热结构体20高的温度。上层发热结构体20与以通过中层发热结构体20的方式进一步加热的热介质接触，因此，设为比中层发热结构体20高的温度。也就是说，各层发热结构体20按照下层、中层、上层的顺序设为低温、中温、高温。作为温度传感器22，例如使用热电偶。温度传感器22与控制部19电连接，将与检测出的温度对应的信号输出到控制部19。
加热器21是形成为筒状的电炉。在该例中，加热器21形成为圆筒状。在由加热器21的内表面所形成的空间配置各发热结构体20。加热器21与电源23连接，通过从电源23输入电力而驱动。电源23与控制部19电连接。加热器21的加热温度例如优选300℃以上，更优选500℃以上，进而优选600℃以上。
在加热器21设置有温度传感器24。温度传感器24检测加热器21的温度。作为温度传感器24，例如使用热电偶。温度传感器24与控制部19电连接，将与检测出的温度对应的信号输出到控制部19。
控制部19控制热利用系统10的各部的动作。控制部19例如主要具备运算装置(Central Processing Unit，中央处理器)、读出专用存储器(Read Only Memory，只读存储器)或随机存取存储器(Random Access Memory)等存储部等。运算装置例如使用存储部中存储的程序或数据等执行各种运算处理。
控制部19与真空泵16a、排气用阀16c、供给用阀17c、电源23、温度传感器24、温度传感器22电连接。控制部19例如基于通过温度传感器22检测的发热结构体20的温度，调整加热器21的输入电力、氢系气体的供给量、密闭容器15的压力等，由此，进行过剩热的输出的控制。
发热装置11通过向密闭容器15的内部供给氢系气体而使氢系气体中所含的氢吸藏在发热结构体20。另外，发热装置11通过进行密闭容器15的内部的真空排气与发热结构体20的加热而使发热结构体20中吸藏的氢释放。像这样，发热装置11通过在发热结构体20进行氢的吸藏与释放而产生过剩热。也就是说，使用发热装置11的发热方法具有：氢吸藏步骤，通过向密闭容器15的内部供给氢系气体而使氢系气体中所含的氢吸藏在发热结构体20；及氢释放步骤，通过进行密闭容器15的内部的真空排气与发热结构体20的加热而使发热结构体20中吸藏的氢释放。实际上，反复进行氢吸藏步骤与氢释放步骤。此外，在氢吸藏步骤中，也可以在向密闭容器15的内部供给氢系气体之前，通过进行发热结构体20的加热而将附着在发热结构体20的水等去除。在氢释放步骤中，例如停止向密闭容器15的内部供给氢系气体之后，进行真空排气与加热。
热利用装置12利用通过发热结构体20的热而加热的热介质作为热源。作为热介质，可以使用气体或液体，优选热导率优异且化学性稳定的热介质。作为气体，例如可以使用氦气、氩气、氢气、氮气、水蒸气、空气、二氧化碳等。作为液体，例如可以使用水、熔盐(KNO3(40％)-NaNO3(60％)等)、液体金属(Pb等)等。另外，作为热介质，也可以使用使固体粒子分散在气体或液体中而成的混相的热介质。固体粒子是金属、金属化合物、合金、陶瓷等。作为金属，可以使用铜、镍、钛、钴等。作为金属化合物，可以使用所述金属的氧化物、氮化物、硅化物等。作为合金，可以使用不锈钢、铬钼钢等。作为陶瓷，可以使用氧化铝等。在该例中，使用氦气作为热介质。
热利用装置12具备收纳容器31、热介质流通部32、燃气涡轮机33、蒸汽发生器34、蒸汽涡轮机35、史特林引擎36及热电转换器37。在图1中，热利用装置12具有燃气涡轮机33、蒸汽发生器34、蒸汽涡轮机35、史特林引擎36及热电转换器37，也可以将它们任意地组合而构成。
收纳容器31是中空容器，在内部收纳发热装置11的密闭容器15。收纳容器31例如由陶瓷、不锈钢等形成。收纳容器31的材料优选隔热性优异的材料。收纳容器31具有供热介质流出的流出口31a、及供热介质流入的流入口31b。从流入口31b流入的热介质通过由收纳容器31的内表面与密闭容器15的外表面所形成的间隙，从流出口31a流出。
热介质流通部32使热介质在收纳容器31的内部与外部之间流通。在本实施方式中，热介质流通部32具有：第1配管32a，连接收纳容器31与燃气涡轮机33；第2配管32b，连接燃气涡轮机33与蒸汽发生器34；第3配管32c，连接蒸汽发生器34与史特林引擎36；第4配管32d，连接史特林引擎36与收纳容器31；泵32e，使热介质从收纳容器31向第1配管32a流出；及热介质流量控制部32f，调整从收纳容器31向第1配管32a流出的热介质的流量。在该例中，泵32e与热介质流量控制部32f设置在第1配管32a。作为泵32e，例如可以使用金属伸缩泵。热介质流量控制部32f例如具有可变漏阀作为调整阀。
从收纳容器31流出的热介质依次流经第1配管32a、第2配管32b、第3配管32c、第4配管32d，并返回到收纳容器31。也就是说，热介质流通部32作为供热介质在收纳容器31的内部与外部之间循环的热介质循环管线发挥功能。在收纳容器31的内部经发热装置11加热的热介质流经作为热介质循环管线的热介质流通部32，并依次经由燃气涡轮机33、蒸汽发生器34、史特林引擎36、热电转换器37进行冷却。经冷却的热介质流入收纳容器31，由发热装置11再次加热。
燃气涡轮机33通过从收纳容器31流出的热介质而驱动。供给至燃气涡轮机33的热介质的温度例如优选在600℃以上1500℃以下的范围内。燃气涡轮机33具有压缩机33a与涡轮机33b。压缩机33a与涡轮机33b通过未图示的旋转轴而连结。压缩机33a通过将经发热结构体20加热的氦气压缩而生成高温且高压的热介质。涡轮机33b利用通过压缩机33a的热介质而以旋转轴为中心进行旋转。
燃气涡轮机33与发电机38连接。发电机38与燃气涡轮机33的旋转轴连结，通过涡轮机33b旋转而进行发电。
蒸汽发生器34通过从燃气涡轮机33流出的热介质的热而产生蒸汽。蒸汽发生器34具有内部配管34a与热交换部34b。内部配管34a连接第2配管32b与第3配管32c，使热介质流通。热交换部34b是由供锅炉水流通的配管形成，在沿该配管流通的锅炉水与沿内部配管34a流通的热介质之间进行热交换。通过该热交换，蒸汽发生器34从锅炉水生成蒸汽。
蒸汽发生器34经由蒸汽配管34c及供水配管34d与蒸汽涡轮机35连接。蒸汽配管34c将利用热交换部34b产生的蒸汽向蒸汽涡轮机35供给。供水配管34d具有未图示的冷凝器与供水泵，将从蒸汽涡轮机35排出的蒸汽利用冷凝器冷却而使它恢复为锅炉水，并将该锅炉水通过供水泵输送到热交换部34b。
蒸汽涡轮机35通过利用蒸汽发生器34产生的蒸汽而驱动。供给至蒸汽涡轮机35的蒸汽的温度例如优选在300℃以上700℃以下的范围内。蒸汽涡轮机35具有未图示的旋转轴，以该旋转轴为中心进行旋转。
蒸汽涡轮机35与发电机39连接。发电机39与蒸汽涡轮机35的旋转轴连结，通过蒸汽涡轮机35旋转而进行发电。
史特林引擎36通过从蒸汽发生器34流出的热介质而驱动。供给至史特林引擎36的热介质的温度例如优选在300℃以上1000℃以下的范围内。在该例中，史特林引擎36是移气器型的史特林引擎。史特林引擎36具有汽缸部36a、移气器活塞36b、动力活塞36c、流路36d及曲柄部36e。
汽缸部36a形成为筒状，且一端封闭，另一端开口。移气器活塞36b配置在汽缸部36a的内部。动力活塞36c是在汽缸部36a的内部配置在比移气器活塞36b更靠另一端侧。移气器活塞36b与动力活塞36c设置成可以在汽缸部36a的轴向上往返移动。
在汽缸部36a的内部设置有由移气器活塞36b分隔的膨胀空间42与压缩空间43。膨胀空间42设置在比压缩空间43更靠汽缸部36a的一端侧。在膨胀空间42与压缩空间43封入有工作流体。作为工作流体，可以使用氦气、氢系气体、空气等。在该例中，使用氦气作为工作流体。
流路36d设置在汽缸部36a的外部，连接膨胀空间42与压缩空间43。流路36d使工作流体在膨胀空间42与压缩空间43之间流通。
流路36d具有高温部45、低温部46及再生器47。膨胀空间42的工作流体依次通过高温部45、再生器47、低温部46，并流入压缩空间43。压缩空间43的工作流体依次通过低温部46、再生器47、高温部45，并流入膨胀空间42。
高温部45是用来将工作流体加热的热交换器。在高温部45的外部设置有传热管48。传热管48连接第3配管32c与第4配管32d，使热介质从第3配管32c向第4配管32d流通。通过热介质从第3配管32c向传热管48流动，热介质的热向高温部45传递，将通过高温部45的工作流体加热。
低温部46是用来将工作流体冷却的热交换器。在低温部46的外部设置有冷却管49。冷却管49与未图示的冷却介质供给部连接。冷却管49使从冷却介质供给部供给的冷却介质流通。通过冷却介质沿冷却管49流动，通过低温部46的工作流体的热被冷却介质夺走，而将工作流体冷却。冷却介质例如为水。
再生器47是蓄热用热交换器。再生器47设置在高温部45与低温部46之间。再生器47在工作流体从膨胀空间42向压缩空间43移动时，从已通过高温部45的工作流体接收热并进行蓄积。另外，再生器47在工作流体从压缩空间43向膨胀空间42移动时，对已通过低温部46的工作流体赋予所蓄积的热。
曲柄部36e设置在汽缸部36a的另一端。曲柄部36e例如具有能够旋转地支撑在曲轴箱的曲柄轴、与移气器活塞36b连接的杆、与动力活塞36c连接的杆、将各杆与曲柄轴连结的连结部件等，将移气器活塞36b与动力活塞36c的往返运动转换为曲柄轴的旋转运动。
史特林引擎36与发电机40连接。发电机40与史特林引擎36的曲柄轴连结，通过曲柄轴旋转而进行发电。
热电转换器37利用赛贝克效应，将沿第4配管32d流通的热介质的热转换为电力。热电转换器37例如通过300℃以下的热介质产生电力。热电转换器37形成为筒状，且以覆盖第4配管32d的外周的方式设置。
热电转换器37具有设置在内表面的热电转换模块37a、及设置在外表面的冷却部37b。热电转换模块37a具有与第4配管32d对向的受热衬底、设置在受热衬底的受热侧电极、与冷却部37b对向的散热衬底、设置在散热衬底的散热侧电极、由p型半导体形成的p型热电元件、由n型半导体形成的n型热电元件等。在该例中，热电转换模块37a中，p型热电元件与n型热电元件交替地排列，邻接的p型热电元件与n型热电元件通过受热侧电极及散热侧电极而电连接。另外，热电转换模块37a针对配置在一端的p型热电元件与配置在另一端的n型热电元件，经由散热侧电极而电连接有引线。冷却部37b例如由供冷却水流通的配管形成。由此，热电转换器37产生与内表面和外表面之间所产生的温度差对应的电力。
利用图2及图3，对发热模块18的结构详细地进行说明。发热模块18除了具有发热结构体20与加热器21以外，还具有炉芯管50、轴部51及支撑部52。炉芯管50形成为筒状。在该例中，炉芯管50呈圆筒状。炉芯管50例如由富铝红柱石或氧化铝等形成。炉芯管50设置在由加热器21的内表面所形成的空间。在炉芯管50的内部设置有发热结构体20。
轴部51形成为筒状。在该例中，轴部51呈圆筒状。轴部51例如一端固定在密闭容器15的上盖，另一端固定在密闭容器15的下盖。在轴部51的内部设置有温度传感器22(参照图1及图3)。
支撑部52形成为筒状。在该例中，支撑部52呈圆筒状。在支撑部52的内部插入有轴部51。在本实施方式中，沿着轴部51的长度方向(轴向)，等间隔地配置有4个支撑部52。各支撑部52使用螺丝53而固定在轴部51。支撑部52支撑发热结构体20。经由支撑部52将发热结构体20固定在轴部51。
发热结构体20具有：发热体55，通过氢系气体中所含的氢的吸藏与释放而产生热；保持器56，保持发热体55；及框架57，形成外框。发热结构体20具有至少1个发热体55，可以适当变更发热体55的数量。
发热体55形成为板状。在该例中，发热体55呈四边形。发热体55沿着密闭容器15的内部中氢系气体流动的方向立起而配置。由此，例如使发热结构体20中吸藏的氢释放时，密闭容器15的内部的氢系气体不会被发热体55遮挡，而从供给口15b向排气口15a顺利地流动。
在本实施方式中，发热体55是以轴部51为中心呈放射状地配置有多个。在该例中，使用16片发热体55。多个发热体55通过加热器21的热与邻接的发热体55的热而加热。结果，能够使保持指定温度所需的加热器21的输入电源降低。关于发热体55的详细结构，将利用其它附图在下文进行叙述。
保持器56形成为具有长度方向的棒状。在该例中，保持器56呈四角棒状。保持器56是以其长度方向与密闭容器15的内部中氢系气体流动的方向正交的方式配置。在本实施方式中，多个保持器56以轴部51为中心呈放射状地配置。保持器56的长度方向上的一端配置在比另一端更远离轴部51的位置。
在保持器56的表面，形成有沿保持器56的长度方向延伸的槽60。在槽60中插入发热体55的缘部分。在该例中，槽60形成在从保持器56的另一端到一端的中途的部分。也就是说，槽60不在保持器56的长度方向上贯通，而保持器56的一端侧成为围挡。因此，插入到槽60的发热体55朝保持器56的一端侧的移动受到限制，可以防止从保持器56脱落。
在本实施方式中，通过配置于在密闭容器15的内部流动的氢系气体的上游与下游的一对保持器56保持1片发热体55。在该例中，为了保持16片发热体55而使用16对保持器56。一对保持器56是形成着槽60的面彼此相面对而配置。
框架57与保持器56连结。在本实施方式中，配置于在密闭容器15的内部流动的氢系气体的上游与下游的一对框架57与一对保持器56连结。框架57具有内侧框架57a与外侧框架57b。内侧框架57a与外侧框架57b使用螺丝61而与保持器56连结。
内侧框架57a形成为板状。在该例中，内侧框架57a呈圆板状。在内侧框架57a的中心形成有供轴部51插入的开口62。开口62例如呈圆形。内侧框架57a的开口62的直径设为支撑部52的外径以下。因此，内侧框架57a在轴部51插入到开口62的状态下，与支撑部52的端部接触，而在轴部51的长度方向上的移动受到限制。
外侧框架57b形成为框状。在该例中，外侧框架57b呈环状。外侧框架57b配置在比内侧框架57a更远离轴部51的位置，且与内侧框架57a之间形成间隙。氢系气体在外侧框架57b与内侧框架57a之间所形成的间隙流动。由此，密闭容器15的内部的氢系气体从供给口15b向排气口15a顺利地流动。也可以在内侧框架57a与外侧框架57b形成用来使氢系气体更顺利地流动的开口。
利用图4对发热体55的详细结构进行说明。如图4所示，发热体55具有基座66与多层膜67。
基座66是由氢吸藏金属、氢吸藏合金或质子导电体形成。作为氢吸藏金属，例如可以使用Ni、Pd、V、Nb、Ta、Ti等。作为氢吸藏合金，例如可以使用LaNi5、CaCu5、MgZn2、ZrNi2、ZrCr2、TiFe、TiCo、Mg2Ni、Mg2Cu等。作为质子导电体，例如可以使用BaCeO3系(例如Ba(Ce0.95Y0.05)O3-6)、SrCeO3系(例如Sr(Ce0.95Y0.05)O3-6)、CaZrO3系(例如CaZr0.95Y0.05O3-α)、SrZrO3系(例如SrZr0.9Y0.1O3-α)、βAl2O3、βGa2O3等。
多层膜67设置在基座66。在图4中，只在基座66的正面设置有多层膜67，但多层膜67也可以设置在基座66的两面。在本实施方式中，发热结构体20具有在基座66的两面设置有多层膜67的发热体55。此外，利用只在基座66的正面设置有多层膜67的发热体55形成发热结构体20的情况下，优选使2片发热体55相互面对基座66而配置，并通过一对保持器56保持。由此，在发热结构体20的两面配置各发热体55的多层膜67。
多层膜67由第1层71与第2层72形成，所述第1层71由氢吸藏金属或氢吸藏合金形成，所述第2层72由与第1层71不同的氢吸藏金属、氢吸藏合金或陶瓷形成。在基座66与第1层71及第2层72之间形成下述异种物质界面73。在图4中，多层膜67是在基座66的正面依次交替地积层有第1层71与第2层72。第1层71与第2层72分别设为5层。此外，第1层71与第2层72各层的层数也可以适当变更。多层膜67也可以在基座66的正面依次交替地积层有第2层72与第1层71。多层膜67分别具有1层以上的第1层71与第2层72，且异种物质界面73形成有1个以上即可。
第1层71例如由Ni、Pd、Cu、Mn、Cr、Fe、Mg、Co、它们的合金中的任一种形成。形成第1层71的合金优选包含Ni、Pd、Cu、Mn、Cr、Fe、Mg、Co中的2种以上的合金。作为形成第1层71的合金，也可以使用使添加元素添加在Ni、Pd、Cu、Mn、Cr、Fe、Mg、Co中所得的合金。
第2层72例如由Ni、Pd、Cu、Mn、Cr、Fe、Mg、Co、它们的合金、SiC中的任一种形成。形成第2层72的合金优选包含Ni、Pd、Cu、Mn、Cr、Fe、Mg、Co中的2种以上的合金。作为形成第2层72的合金，也可以使用使添加元素添加在Ni、Pd、Cu、Mn、Cr、Fe、Mg、Co中所得的合金。
作为第1层71与第2层72的组合，将元素的种类表示为“第1层71－第2层72(第2层72－第1层71)”时，优选Pd-Ni、Ni-Cu、Ni-Cr、Ni-Fe、Ni-Mg、Ni-Co。将第2层72设为陶瓷的情况下，“第1层71－第2层72”优选Ni-SiC。
如图5所示，异种物质界面73使氢原子透过。图5是表示如下情况的概略图，即，使氢吸藏在由面心立方结构的氢吸藏金属形成的第1层71及第2层72之后，将第1层71及第2层72加热时，第1层71中的金属晶格中的氢原子透过异种物质界面73移动到第2层72的金属晶格中。
通过向密闭容器15供给氢系气体，而发热体55利用基座66及多层膜67吸藏氢。即使停止向密闭容器15供给氢系气体，发热体55也维持利用基座66及多层膜67吸藏氢的状态。在发热体55中，当通过加热器21开始加热时，基座66及多层膜67中吸藏的氢被释放，在多层膜67的内部一边跳跃一边进行量子扩散。已知氢较轻，在某物质A与物质B的氢所占的位置(八面体或四面体位置)一边跳跃一边进行量子扩散。发热体55通过在真空状态下利用加热器21进行加热，而氢通过量子扩散透过异种物质界面73，产生加热器21的加热温度以上的过剩热。
第1层71的厚度与第2层72的厚度优选分别小于1000nm。如果第1层71与第2层72的各厚度成为1000nm以上，那么氢难以透过多层膜67。另外，通过第1层71与第2层72的各厚度小于1000nm，可以维持不展现块体的特性的纳米结构。第1层71与第2层72的各厚度更优选小于500nm。通过第1层71与第2层72的各厚度小于500nm，可以维持完全不展现块体的特性的纳米结构。
对发热体55的制造方法的一例进行说明。发热体55通过如下步骤而制造，即，准备板状的基座66，使用蒸镀装置，使成为第1层71或第2层72的氢吸藏金属或氢吸藏合金为气相状态，通过凝集或吸附而在基座66上交替地成膜第1层71及第2层72。优选在真空状态下连续地成膜第1层71及第2层72。由此，在第1层71及第2层72之间不形成自然氧化膜，而只形成异种物质界面73。作为蒸镀装置，可以使用利用物理方法使氢吸藏金属或氢吸藏合金蒸镀的物理蒸镀装置。作为物理蒸镀装置，优选溅镀装置、真空蒸镀装置、CVD(ChemicalVapor Deposition，化学气相沉积)装置。另外，也可以利用电镀法使氢吸藏金属或氢吸藏合金析出到基座66上而交替地成膜第1层71及第2层72。
发热体55由于使用氢而发热，所以不产生二氧化碳等温室效应气体。另外，使用的氢由于可以利用水生成，所以廉价。进而，发热体55的发热不同于核分裂反应，不存在连锁反应，因此被认为是安全的。因此，热利用系统10及发热装置11利用发热体55作为热能源，所以能够廉价、清洁且安全地供给能源。
本发明并不限定于所述第1实施方式，可以在不脱离本发明的主旨的范围内适当变更。
在所述第1实施方式中，发热体55的多层膜67具有第1层71与第2层72，但多层膜67的结构并不限定于此。
例如，如图6所示，在发热体75中，设置在基座66的多层膜67除了具有第1层71与第2层72以外，还具有第3层77。第3层77由与第1层71及第2层72不同的氢吸藏金属、氢吸藏合金或陶瓷形成。第3层77的厚度优选小于1000nm。在图6中，第1层71、第2层72及第3层77是按照第1层71、第2层72、第1层71、第3层77的顺序积层在基座66的正面。此外，第1层71、第2层72及第3层77也可以按照第1层71、第3层77、第1层71、第2层72的顺序积层在基座66的正面。也就是说，多层膜67设为在第2层72与第3层77之间设置有第1层71的积层结构。多层膜67只要具有1层以上的第3层77即可。形成在第1层71与第3层77之间的异种物质界面78与异种物质界面73同样地，使氢原子透过。发热体75可以代替发热体55而使用。也就是说，发热结构体20也可以具有发热体75。
第3层77例如由Ni、Pd、Cu、Cr、Fe、Mg、Co、它们的合金、SiC、CaO、Y2O3、TiC、LaB6、SrO、BaO中的任一种形成。形成第3层77的合金优选包含Ni、Pd、Cu、Cr、Fe、Mg、Co中的2种以上的合金。作为形成第3层77的合金，也可以使用使添加元素添加在Ni、Pd、Cu、Cr、Fe、Mg、Co中所得的合金。
尤其是，第3层77优选由CaO、Y2O3、TiC、LaB6、SrO、BaO中的任一种形成。具有由CaO、Y2O3、TiC、LaB6、SrO、BaO中的任一种形成的第3层77的发热体75中，氢的吸藏量增加，透过异种物质界面73、78的氢的量增加，可以谋求过剩热的高输出化。由CaO、Y2O3、TiC、LaB6、SrO、BaO中的任一种形成的第3层77优选厚度为10nm以下。由此，多层膜67使氢原子容易透过。由CaO、Y2O3、TiC、LaB6、SrO、BaO中的任一种形成的第3层77也可以不形成为完全的膜状而形成为岛状。另外，第1层71及第3层77优选在真空状态下连续地成膜。由此，在第1层71及第3层77之间不形成自然氧化膜而只形成异种物质界面78。
作为第1层71、第2层72及第3层77的组合，将元素的种类表示为“第1层71－第3层77－第2层72”时，优选Pd-CaO-Ni、Pd-Y2O3-Ni、Pd-TiC-Ni、Pd-LaB6-Ni、Ni-CaO-Cu、Ni-Y2O3-Cu、Ni-TiC-Cu、Ni-LaB6-Cu、Ni-Co-Cu、Ni-CaO-Cr、Ni-Y2O3-Cr、Ni-TiC-Cr、Ni-LaB6-Cr、Ni-CaO-Fe、Ni-Y2O3-Fe、Ni-TiC-Fe、Ni-LaB6-Fe、Ni-Cr-Fe、Ni-CaO-Mg、Ni-Y2O3-Mg、Ni-TiC-Mg、Ni-LaB6-Mg、Ni-CaO-Co、Ni-Y2O3-Co、Ni-TiC-Co、Ni-LaB6-Co、Ni-CaO-SiC、Ni-Y2O3-SiC、Ni-TiC-SiC、Ni-LaB6-SiC。
发热结构体20也可以具有图7所示的发热体80代替发热体55或发热体75。如图7所示，在发热体80中，设置在基座66的多层膜67除了具有第1层71、第2层72及第3层77以外，还具有第4层82。第4层82由与第1层71、第2层72及第3层77不同的氢吸藏金属、氢吸藏合金或陶瓷形成。第4层82的厚度优选小于1000nm。在图7中，第1层71、第2层72、第3层77及第4层82是按照第1层71、第2层72、第1层71、第3层77、第1层71、第4层82的顺序积层在基座66的正面。此外，第1层71、第2层72、第3层77及第4层82也可以按照第1层71、第4层82、第1层71、第3层77、第1层71、第2层72的顺序积层在基座66的正面。也就是说，多层膜67设为将第2层72、第3层77、第4层82按照任意的顺序积层且在第2层72、第3层77、第4层82各自之间设置第1层71的积层结构。多层膜67只要具有1层以上的第4层82即可。形成在第1层71与第4层82之间的异种物质界面83与异种物质界面73及异种物质界面78同样地，使氢原子透过。发热体80可以代替发热体55而使用。也就是说，发热结构体20也可以具有发热体80。
第4层82例如由Ni、Pd、Cu、Cr、Fe、Mg、Co、它们的合金、SiC、CaO、Y2O3、TiC、LaB6、SrO、BaO中的任一种形成。形成第4层82的合金优选包含Ni、Pd、Cu、Cr、Fe、Mg、Co中的2种以上的合金。作为形成第4层82的合金，也可以使用使添加元素添加在Ni、Pd、Cu、Cr、Fe、Mg、Co中所得的合金。
尤其是，第4层82优选由CaO、Y2O3、TiC、LaB6、SrO、BaO中的任一种形成。具有由CaO、Y2O3、TiC、LaB6、SrO、BaO中的任一种形成的第4层82的发热体80中，氢的吸藏量增加，透过异种物质界面73、78、83的氢的量增加，可以谋求过剩热的高输出化。由CaO、Y2O3、TiC、LaB6、SrO、BaO中的任一种形成的第4层82优选厚度为10nm以下。由此，多层膜67使氢原子容易透过。由CaO、Y2O3、TiC、LaB6、SrO、BaO中的任一种形成的第4层82也可以不形成为完全的膜状而形成为岛状。另外，第1层71及第4层82优选在真空状态下连续地成膜。由此，在第1层71及第4层82之间不形成自然氧化膜而只形成异种物质界面83。
作为第1层71、第2层72、第3层77及第4层82的组合，将元素的种类表示为“第1层71－第4层82－第3层77－第2层72”时，优选Ni-CaO-Cr-Fe、Ni-Y2O3-Cr-Fe、Ni-TiC-Cr-Fe、Ni-LaB6-Cr-Fe。
此外，多层膜67的构成、例如各层的厚度的比率、各层的层数、材料也可以根据使用的温度而适当变更。以下，对“多层膜的各层的厚度的比率与过剩热的关系”、“多层膜的积层数与过剩热的关系”及“多层膜的材料与过剩热的关系」进行说明，然后对与温度对应的多层膜67的构成的一例进行说明。
首先，对“多层膜的各层的厚度的比率与过剩热的关系”进行说明。使用具有包含Ni的基座66、及由包含Cu的第1层71与包含Ni的第2层72形成的多层膜67的发热体55，调查第1层71与第2层72的厚度的比率与过剩热的关系。以下，将多层膜67的各层的厚度的比率记载为Ni∶Cu。
制作除了Ni∶Cu以外以相同条件形成多层膜67的8种发热体55，并设为实施例1～8。此外，多层膜67只设置在基座66的正面。实施例1～8的各发热体55的Ni∶Cu是7∶1、14∶1、4.33∶1、3∶1、5∶1、8∶1、6∶1、6.5∶1。在实施例1～8的各发热体55中，多层膜67是重复地设置有第1层71与第2层72的积层构成。实施例1～8的各发热体55将多层膜67的积层构成的数量(以下，称为多层膜的积层数)设为5。实施例1～8的各发热体55将多层膜67整体的厚度设为大致相同。准备调查多层膜67的各层的厚度的比率与过剩热的关系的实验用发热装置(未图示)，将实施例1～8的各发热体55导入到该实验用发热装置。
对实验用发热装置进行说明。实验用发热装置具备密闭容器、配置在密闭容器的内部的2个发热体、及将各发热体加热的加热器。发热体形成为板状。加热器是形成为板状的陶瓷加热器，且内置热电偶。加热器设置在2个发热体之间。此外，2个发热体55使用相同构成的发热体、即Ni∶Cu相同的发热体。密闭容器连接于氢系气体供给路径与排气路径。氢系气体供给路径将贮存有氢系气体的储气瓶与密闭容器连接。在氢系气体供给路径中设置有用来调整将储气瓶中贮存的氢系气体供给至密闭容器的供给量的调整阀等。排气路径将用来对密闭容器的内部进行真空排气的干泵与密闭容器连接。在排气路径中设置有用来调整气体的排气量的调整阀等。在实验用发热装置中，使用氕气(沼田氧公司制造二级纯度99.999vol％以上)作为氢系气体。
将实施例1～8的发热体55设置在实验用发热装置的密闭容器的内部，反复进行氢吸藏步骤与氢释放步骤。也就是说，在实验用发热装置中，反复进行氢吸藏步骤及氢释放步骤，所述氢吸藏步骤是通过向密闭容器的内部供给氢系气体而使氢系气体中所含的氢吸藏在发热体55，氢释放步骤是通过进行密闭容器的内部的真空排气与发热体55的加热而使发热体55中吸藏的氢释放。在氢吸藏步骤中，将氢系气体以50Pa左右供给至密闭容器的内部。使氢吸藏在发热体55的时间设为64小时左右。此外，在氢吸藏步骤之前，预先通过加热器将密闭容器的内部以200℃以上烘烤36小时左右，将附着在发热体55的表面的水等去除。在氢释放步骤中，将加热器的输入电力隔着氢吸藏步骤设为9W、18W、27W。并且，通过内置在加热器的热电偶，测定各氢释放步骤时的发热体55的温度。将其结果表示在图8中。图8是对测定所得的数据利用指定方法进行拟合所得的曲线图。在图8中，在横轴表示加热器温度，在纵轴表示过剩热的电力。加热器温度是指定的输入电力下的发热体55的温度。在图8中，将实施例1记述为“Ni∶Cu＝7∶1”，将实施例2记述为“Ni∶Cu＝14∶1”，将实施例3记述为“Ni∶Cu＝4.33∶1”，将实施例4记述为“Ni∶Cu＝3∶1”，将实施例5记述为“Ni∶Cu＝5∶1”，将实施例6记述为“Ni∶Cu＝8∶1”，将实施例7记述为“Ni∶Cu＝6∶1”，将实施例8记述为“Ni∶Cu＝6.5∶1”。
根据图8可以确认在实施例1～8的所有发热体55中均产生过剩热。在加热器温度为700℃以上时将实施例1～8的发热体55加以比较可知，实施例1产生最大的过剩热。实施例3的发热体与实施例1、2、4～8的发热体55相比可知，加热器温度在300℃以上1000℃以下的较大范围内时产生过剩热。可知多层膜67的Ni∶Cu为3∶1～8∶1的实施例1、3～8的发热体55是加热器温度越高，那么过剩热越是增大。可知多层膜67的Ni∶Cu为14∶1的实施例2的发热体55是加热器温度为800℃以上时过剩热减少。认为像这样过剩热相对于Ni与Cu的比率不单纯地增加是由多层膜67中的氢的量子效应所引起。
接下来，对“多层膜的积层数与过剩热的关系”进行说明。使用具有包含Ni的基座66、及由包含Cu的第1层71与包含Ni的第2层72形成的多层膜67的发热体55，调查多层膜67的积层数与过剩热的关系。
制作具有与实施例1的发热体55相比除积层数以外以相同条件制造的多层膜67的8种发热体55，并设为实施例9～16。实施例1、9～16的各发热体55的多层膜67的积层数是5、3、7、6、8、9、12、4、2。
将实施例1、9～16的各发热体55设置在实验用发热装置的密闭容器的内部。实验用发热装置与调查所述“多层膜的各层的厚度的比率与过剩热的关系”所使用的装置相同。在实验用发热装置中，利用与所述“多层膜的各层的厚度的比率与过剩热的关系”同样的方法，测定氢释放步骤时的发热体55的温度。将其结果表示在图9中。图9是对测定所得的数据利用指定方法进行拟合所得的曲线图。在图9中，在横轴表示加热器温度，在纵轴表示过剩热的电力。在图9中，根据各层的厚度，将实施例1记述为“Ni0.875Cu0.125 5层”，将实施例9记述为“Ni0.875Cu0.125 3层”，将实施例10记述为“Ni0.875Cu0.125 7层”，将实施例11记述为“Ni0.875Cu0.125 6层”，将实施例12记述为“Ni0.875Cu0.125 8层”，将实施例13记述为“Ni0.875Cu0.125 9层”，将实施例14记述为“Ni0.875Cu0.125 12层”，将实施例15记述为“Ni0.875Cu0.125 4层”，将实施例16记述为“Ni0.875Cu0.125 2层”。
根据图9可以确认在实施例1、9～16的所有发热体55中均产生过剩热。在加热器温度为840℃以上时将实施例1、9～16的发热体55加以比较可知，过剩热是多层膜67的积层数为6的实施例11最大，多层膜67的积层数为8的实施例12最小。认为像这样过剩热相对于多层膜67的积层数不单纯地增加的原因在于，作为多层膜67中的氢的波动的行为的波长为纳米级，与多层膜67产生干涉。
接下来，对“多层膜的材料与过剩热的关系”进行说明。使用具有由包含Ni的第1层71、包含Cu的第2层72及包含与第1层71及第2层72不同的氢吸藏金属、氢吸藏合金或陶瓷的第3层77形成的多层膜67的发热体75，调查形成第3层77的材料的种类与过剩热的关系。
制作除形成第3层77的材料的种类以外以相同条件形成多层膜67的9种发热体75，并设为实施例17～25。在实施例17～25的各发热体75中，形成第3层77的材料的种类是CaO、SiC、Y2O3、TiC、Co、LaB6、ZrC、TiB2、CaOZrO。
将实施例17～25的各发热体75设置在实验用发热装置的密闭容器的内部。实验用发热装置与调查所述“多层膜的各层的厚度的比率与过剩热的关系”所使用的装置相同。在实验用发热装置中，利用与所述“多层膜的各层的厚度的比率与过剩热的关系”同样的方法，测定氢释放步骤时的发热体75的温度。将其结果表示在图10中。图10是对测定所得的数据利用指定方法进行拟合所得的曲线图。在图10中，在横轴表示加热器温度，在纵轴表示过剩热的电力。在图10中，根据各层的厚度，将实施例17记述为“Ni0.793CaO0.113Cu0.094”，将实施例18记述为“Ni0.793SiC0.113Cu0.094”，将实施例19记述为“Ni0.793Y2O30.113Cu0.094”，将实施例20记述为“Ni0.793TiC0.113Cu0.094”，将实施例21记述为“Ni0.793Co0.113Cu0.094”，将实施例22记述为“Ni0.793LaB60.113Cu0.094”，将实施例23记述为“Ni0.793ZrC0.113Cu0.094”，将实施例24记述为“Ni0.793TiB20.113Cu0.094”，将实施例25记述为“Ni0.793CaOZrO0.113Cu0.094”。
根据图10可以确认在实施例17～25的所有发热体75中均产生过剩热。尤其是，形成第3层77的材料为CaO的实施例17、为TiC的实施例20、为LaB6的实施例22与其它实施例18、19、21、23～25相比可知，加热器温度在400℃以上1000℃以下的较大范围内时过剩热大致线性地增大。实施例17、20、22的形成第3层77的材料与其它实施例18、19、21、23～25的材料相比，功函数较小。据此可知，形成第3层77的材料的种类优选功函数较小的材料。根据这些结果，多层膜67内的电子密度有可能有助于产生过剩热的反应。
对与发热结构体20的温度对应的多层膜67的结构的一例进行说明。例如如果对图2及图3所示的上层、中层、下层的发热结构体20考虑所述“多层膜的各层的厚度的比率与过剩热的关系”，那么设为低温(例如50℃以上500℃以下的范围内)的下层发热结构体20优选多层膜67的各层的厚度的比率在2：1以上5：1以下的范围内。设为中温(例如500℃以上800℃以下的范围内)的中层发热结构体20优选多层膜67的各层的厚度的比率在5：1以上6：1以下的范围内。设为高温(例如800℃以上1500℃以下的范围内)的上层发热结构体20优选多层膜67的各层的厚度的比率在6：1以上12：1以下的范围内。
如果考虑所述的“多层膜的积层数与过剩热的关系”，那么设为低温、中温、高温的各发热结构体20优选多层膜67的第1层71在2层以上18层以下的范围内，且第2层72在2层以上18层以下的范围内。
在图2及图3所示的上层、中层、下层的发热结构体20中使用发热体75代替发热体55的情况下，如果考虑所述“多层膜的材料与过剩热的关系”，那么设为低温的下层发热结构体20优选第1层71为Ni，第2层72为Cu，且第3层77为Y2O3。设为中温的中层发热结构体20优选第1层71为Ni，第2层72为Cu，且第3层77为TiC。设为高温的上层发热结构体20优选第1层71为Ni，第2层72为Cu，且第3层77为CaO或LaB6。
在所述第1实施方式中，发热结构体20具有呈放射状配置有多个发热体55的构成，但发热体55的配置也可以适当变更。
例如，如图11所示，发热体55相互隔开间隙地以多个排列成一列。在该情况下，优选将加热器21的形状设为四角筒状。由此，可以谋求省空间化。多个发热体55通过加热器21的热与邻接的发热体55的热而加热。由此，可以使保持指定温度所需的加热器21的输入电源降低。
多个发热体55的排列方向优选与密闭容器15的内部中氢系气体流动的方向垂直的方向。在该情况下，多个发热体55沿着密闭容器15的内部中氢系气体流动的方向立起而配置。由此，例如使发热结构体20中吸藏的氢释放时，密闭容器15的内部的氢系气体不会被发热体55遮挡，而从供给口15b向排气口15a顺利地流动。
在所述第1实施方式中，发热体55形成为板状，但发热体55的形状也可以适当变更。
如图12所示，发热体85形成为筒状。图12所示的发热结构体20具有发热体85代替发热体55。在图12中，设为圆筒状的发热体85，但发热体85也可以设为角筒状。通过将发热体85设为筒状，氢系气体在加热器21的内表面与发热体85的外表面之间所形成的间隙及发热体85的内部流动。发热体85的轴向优选与密闭容器15的内部中氢系气体流动的方向平行。由此，例如使发热结构体20中吸藏的氢释放时，密闭容器15的内部的氢系气体不会被发热体85遮挡，而从供给口15b向排气口15a顺利地流动。
如图13所示，发热体86形成为松卷地卷绕而成的螺旋状。图13所示的发热结构体2具有发热体86代替发热体55。通过将发热体86松卷地卷绕，而氢系气体在形成在发热体86的内部的间隙流动。发热体86的卷绕数也可以适当变更。例如，通过增加发热体86的卷绕数，而发热体86与氢系气体的接触面积增大，因此，可以谋求过剩热的高输出化。因此，形成为螺旋状的发热体86可以根据卷绕数调整过剩热的输出。
发热体不限于形成为板状、筒状、螺旋状的发热体，例如也可以是由氢吸藏金属或氢吸藏合金形成的粉体。
在所述第1实施方式中，为了将3个发热结构体20加热而使用1个加热器21，但也可以使用多个加热器21。例如，使用3个加热器21将3个发热结构体20分别加热。在该情况下，控制部19也可以基于设置在各发热结构体20的温度传感器22检测出的温度，分别调整各加热器21的输入电力，由此，针对每一个发热结构体20进行过剩热的输出的控制。例如，控制部19通过增大与下层发热结构体20对应的加热器21的输入电力，而提高下层发热结构体20的过剩热的输出。另外，控制部19通过减小与上层发热结构体20对应的加热器21的输入电力，而降低上层发热结构体20的过剩热的输出。由此，控制多个发热结构体20整体的过剩热的输出。
在所述第1实施方式中，热利用装置12具备收纳容器31、热介质流通部32、燃气涡轮机33、蒸汽发生器34、蒸汽涡轮机35、史特林引擎36及热电转换器37，但热利用装置12的构成并不限定于此。例如，使用氢系气体作为热介质的情况下，热利用装置12可以通过将热介质流通部32与发热装置11的密闭容器15连接而省略收纳容器31。
如图14所示，热利用装置12也可以具备收纳容器31、热介质流通部32及蒸汽涡轮机35且使用水作为热介质。此外，在图14中，省略发热装置11的气体排出部16、气体供给部17、控制部19等的图示。收纳容器31向内部供给水。在收纳容器31的内部，在水面的上方形成有空间。收纳容器31通过在水与发热结构体20之间进行热交换，使水沸腾而生成蒸汽。热介质流通部32具有蒸汽配管32g与供水配管32h而代替第1配管32a、第2配管32b、第3配管32c、第4配管32d、泵32e、热介质流量控制部32f。蒸汽配管32g将收纳容器31中所生成的蒸汽向蒸汽涡轮机35供给。供水配管32h具有未图示的冷凝器与供水泵，通过冷凝器将从蒸汽涡轮机35排出的蒸汽冷却而使它恢复成水，并通过供水泵将该水输送到收纳容器31。
热利用装置12也可以只具备收纳容器31与热介质流通部32。在热介质流通部32流动的热介质用于各种用途、例如家庭用供暖设备、家庭用热水器、汽车用加热器、农业用供暖机、路面加热器、海水淡水化用热源、地热发电辅助热源等。
在所述第1实施方式中，燃气涡轮机33与发电机38连接，设为用于发电的动力，但也可以不与发电机38连接而用作马达。同样地，蒸汽涡轮机35也可以不与发电机39连接而用作马达。史特林引擎36也可以不与发电机40连接而用作马达。
2.第2实施方式
发热体产生的热可以在使燃料与燃烧用空气燃烧而产生热的燃烧装置中用于将燃烧用空气预热。作为燃烧装置，例如可以列举锅炉、旋转窑、金属的热处理炉、金属加工用加热炉、热风炉、窑业用焙烧炉、石油提炼塔、干馏炉、干燥炉等。以下，对利用发热体产生的热将供给至作为燃烧装置的锅炉的燃烧用空气预热的情况进行说明。
图15是表示具备热利用系统90的火力发电设备91的构成的概略图。以下，对火力发电设备91进行说明。
火力发电设备91具备锅炉92、蒸汽涡轮机35及发电机39。火力发电设备91是通过锅炉92中产生的蒸汽通过蒸汽配管34g供给至蒸汽涡轮机35，并且蒸汽涡轮机35利用该蒸汽进行旋转，而使与蒸汽涡轮机35的旋转轴连接的发电机39驱动而进行发电。使蒸汽涡轮机35旋转的蒸汽输送到供水配管34h，通过未图示的冷凝器冷却而恢复成水。通过冷凝器生成的水由未图示的供水泵输送到锅炉92。
锅炉92是使燃料与燃烧用空气燃烧而产生热，通过该热从水产生蒸汽。锅炉92具备火炉93、燃烧器94、燃料供给管线95及空气供给管线96。
火炉93是使燃料与燃烧用空气反应而燃烧的筒状中空体。火炉93例如可以采取圆筒形状或角筒形状等各种形状。对于火炉93，从设置在供水配管34h的供水泵(未图示)供给水。
燃烧器94构成为可以从火炉93外向火炉93内供给燃料与燃烧用空气。燃烧器94设置在火炉93的下部。燃烧器94使燃料燃烧而生成高温的燃烧气体。通过燃烧气体的热而锅炉92内的水蒸发，产生高温且高压的蒸汽。燃烧气体通过设置在火炉93的上部的烟道97，作为排出气体从烟囱98排出到大气中。
燃料供给管线95对燃烧器94供给燃料。作为燃料，可以使用煤、天然气、石油、液化天然气(LNG)、液化石油气(LPG)等化石燃料。煤是预先粉化后的粉煤。天然气是页岩气等，包含甲烷水合物等源自天然气的燃料。石油是重油或轻油等。作为燃料，也可以使用生物质(木质碎片等)。此外，使用粉煤作为燃料的情况下，燃料供给管线95将使粉煤混合在空气等搬送用气体中所得的混合气体供给至燃烧器94。另外，使用煤或木质碎片等作为燃料时，有使用流化床锅炉或固定床锅炉(加煤炉等)的情况，在该情况下，也有将燃料供给至炉内并且只将预热空气从燃烧器等送入的情况。
空气供给管线96对燃烧器94供给燃烧用空气。空气供给管线96通过未图示的加压鼓风机等从锅炉92的外部取入外部气体。
空气供给管线96具备热交换器99。热交换器99设置在烟道97。热交换器99在从锅炉92的外部取入到空气供给管线96的外部气体与沿烟道97流通的排出气体之间进行热交换。取入到空气供给管线96的外部气体通过热交换器99而预热，生成预热空气。利用热交换器99生成的预热空气供给至下述热利用装置102。
接下来，对热利用系统90进行说明。热利用系统90具备发热装置101、所述锅炉92及热利用装置102。热利用系统90利用发热装置101的发热体105(参照图16)产生的热，将供给至热利用装置102的预热空气加热。
如图16所示，发热装置101具备多个发热体组件103。图16是示意性地表示发热装置101与热利用装置102的构成的透视立体图。在图16中，将1个发热体组件103的一部分切缺而图示其内部。各发热体组件103相互隔开间隙地配置。各发热体组件103自由装卸地支撑在未图示的支撑体。发热体组件103的数量并无特别限定，能够以可以获得所需输出的方式适当变更。在图16中，使用9个发热体组件103。
发热体组件103具备：密闭容器104，被供给氢系气体；及发热结构体106，收容在密闭容器104，且具有通过氢系气体中所含的氢的吸藏与释放而产生热的发热体105。
密闭容器104是筒状中空体。密闭容器104例如可以采取圆筒形状或角筒形状等各种形状。在该例中，密闭容器104呈圆筒形状。在密闭容器104内排列有多个发热结构体106。
发热体105例如可以设为与发热体55(参照图4)、发热体85(参照图12)、发热体86(参照图13)相同的构成。在该例中，发热体105的形状与发热体55同样地呈板状。多个发热体105呈放射状配置而构成发热结构体106。
发热体105吸藏密闭容器104内的氢系气体中所含的氢。发热体105是通过所吸藏的氢利用该发热体105的温度与供给至热利用装置102的预热空气的温度的温度差移动而发热。例如，在热利用装置102开始作动时，发热体105的温度为常温(例如25℃)，且供给至热利用装置102的预热空气的温度为例如250℃的情况下，在发热体105与预热空气之间产生温度差，因此，发热体105开始发热。然后，发热体105升温到例如500℃～800℃，在升温后的发热体105与预热空气之间产生温度差，由此，发热体105持续发热。像这样，发热装置101不用反复进行氢系气体的供给与排气，通过该发热体105与预热空气的温度差而产生热。
热利用装置102具有：壳体108，收容发热装置101；空气入口109，与热交换器99连接；及空气出口110，与燃烧器94连接。利用热交换器99生成的预热空气从空气入口109供给至壳体108内，在通过发热体组件103彼此之间所形成的间隙时通过发热体105的热而加热。经发热体105加热的预热空气作为燃烧用空气而从空气出口110排出。像这样，热利用装置102作为利用发热体105的热将燃烧用空气预热的空气预热器发挥功能。
如上所述，热利用系统90应用于火力发电设备91，利用发热体105的热将燃烧用空气预热，因此，锅炉92的燃烧效率提高，可以削减要使用的燃料。
在热利用系统90中，各发热体组件103自由装卸，因此，可以个别地更换各发热体组件103。因此，通过将不再发热的发热体组件103卸除并更换为新的发热体组件103，可以使发热装置101的发热稳定化。另外，也可以将各发热体组件103全部同时更换。
发热装置101也可以构成为反复进行氢系气体的供给与排气。如图17所示，发热装置101除具备多个发热体组件103以外，还具备与各密闭容器104连接的氢系气体供给排气集管120、及与氢系气体供给排气集管120连接的氢管121。氢管121与未图示的气体供给部及气体排出部连接。气体供给部经由氢系气体供给排气集管120与氢管121向密闭容器104的内部供给氢系气体。气体排出部经由氢系气体供给排气集管120与氢管121对密闭容器104的内部进行真空排气。通过反复进行氢系气体的供给与排气，可以确实地使发热体105发热。
图16所示的发热体组件103的结构为一例。也就是说，发热体组件103并不限于具备呈放射状配置有多个发热体105的发热结构体106的情况。多个发热体105的配置并不限于放射状，可以适当变更。
热利用系统90也可以构成为使从热利用装置102排出的燃烧用空气循环。如图18所示，热利用系统90还具备：燃烧用空气循环管线125，使燃烧用空气循环；流量可变循环风扇126，设置在燃烧用空气循环管线125；及循环流量控制部127，驱动流量可变循环风扇126，控制燃烧用空气的循环流量。
在空气供给管线96设置有：温度传感器128，测定供给至热利用装置102的燃烧用空气的温度；及温度传感器129，测定从热利用装置102排出的燃烧用空气的温度。在热利用装置102设置有温度传感器130，所述温度传感器130测定发热体组件103的发热体105的温度或能够推定发热体105的温度的特定部分的温度。循环流量控制部127与温度传感器128～130电连接，通过基于温度传感器128～130检测出的温度驱动流量可变循环风扇126，而控制燃烧用空气的循环流量。
例如，循环流量控制部127在发热体105的温度超过指定温度的情况下使燃烧用空气的循环流量增大，由此，使发热体105的温度降低。另外，循环流量控制部127在发热体105的温度为指定温度以下的情况下使燃烧用空气的循环流量减少，由此，使发热体105的温度上升。
也可以在空气供给管线96或燃烧用空气循环管线125设置测定燃烧用空气的流量的流量传感器(未图示)，基于燃烧用空气的温度与流量控制燃烧用空气的循环流量。
也可以在空气供给管线96设置将燃烧用空气加热的加热器(未图示)。可以通过加热器使发热体105的温度上升。发热体105通过上升到指定温度而开始发热。所述加热器例如在热利用系统90开始运转时或发热体105的温度降低时作动。
热利用装置102不限于利用发热体105的热将利用热交换器99生成的预热空气加热的情况。例如，热利用装置102也可以将从锅炉92的外部取入到空气供给管线96的外部气体加热。在该情况下，也可以不设置热交换器99而使用通过发热体105的热加热的外部气体作为燃烧用空气。
燃烧用空气也可以由排出气体混合所得。例如，可以使烟道97分支并连接于空气供给管线96，使排出气体再循环，由此，使排出气体与燃烧用空气混合。热利用装置102也可以将混合有排出气体的燃烧用空气预热。
热利用装置102也可以除了将使用于作为燃烧装置的锅炉92的燃烧用空气预热以外或者代替将使用于作为燃烧装置的锅炉92的燃烧用空气预热，而使蒸汽涡轮机35旋转，将通过未图示的冷凝器生成的水预热。通过经预热的水返回到锅炉92，而锅炉92的燃烧效率提高，可以削减要使用的燃料。
3.第3实施方式
从所述第2实施方式的锅炉92等燃烧装置排出的排出气体通常包含二氧化碳(CO2)。作为从排出气体回收CO2的技术，已知有二氧化碳回收贮存(CCS：Carbon dioxideCapture and Storage，碳捕集与封存)。CCS是如下技术，即，从排出气体中分离并回收CO2，并将所回收的CO2贮存在地下等，由此，削减朝大气中的CO2排出。作为回收CO2的方法，例如可以列举化学吸收法或物理吸附法。化学吸收法是使胺化合物水溶液等吸收液吸收排出气体中所含的CO2，通过将吸收有CO2的吸收液加热而使CO2从吸收液释放。物理吸附法是使活性碳或沸石等吸附材吸附排出气体中所含的CO2，通过将吸附有CO2的吸附材加热而使CO2从吸附材脱离。
在第3实施方式中，作为化学吸收法中将吸收有CO2的吸收液加热的热源，利用通过发热体产生的热而加热的热介质。以下，对进行化学吸收法的情况进行说明，但通过发热体产生的热而加热的热介质也可以用作在物理吸附法中将吸附有CO2的吸附材加热的热源。
如图19所示，热利用系统140具备发热装置101(参照图16)、锅炉142及二氧化碳分离回收装置143。发热装置101由于具有与第2实施方式相同的构成，所以省略说明。
锅炉142是使燃料与燃烧用空气燃烧而产生热的燃烧装置的一例。从锅炉142排出的排出气体中包含二氧化碳(CO2)。锅炉142例如可以设为与所述第2实施方式的锅炉92相同的构成。
二氧化碳分离回收装置143利用通过发热装置101的发热体105(参照图16)的热而加热的热介质作为热源，将从作为燃烧装置的锅炉142排出的排出气体中所含的CO2分离并回收。在该例中，作为回收CO2的方式，对进行化学吸收法的情况进行说明。
如图20所示，二氧化碳分离回收装置143具备吸收塔145、再生塔146及再沸器147。吸收塔145具有使吸收液吸收从锅炉142排出的排出气体中所含的CO2的吸收部148。吸收塔145将利用吸收部148吸收有CO2的吸收液供给至再生塔146。将吸收有CO2的吸收液称为富液(rich solution)。在图20中，对富液标注符号149。再生塔146具有再生部150，所述再生部150使CO2从自吸收塔145供给的吸收液释放而再生吸收液。再生塔146将利用再生部150释放了CO2的吸收液供给至吸收塔145。将释放了CO2的吸收液称为贫液(lean solution)。在图20中，对贫液标注符号151。
二氧化碳分离回收装置143从吸收塔145向再生塔146输送富液149，并从再生塔146向吸收塔145返送贫液151。像这样，二氧化碳分离回收装置143以吸收液循环的方式构成。虽然没有图示，但在吸收塔145与再生塔146之间设置有用来将富液149从吸收塔145输送到再生塔146的富液送出泵、及用来将贫液151从再生塔146输送到吸收塔145的贫液送出泵等。
吸收塔145还具有将从再生塔146供给的贫液151喷出的贫液供给喷嘴152。贫液供给喷嘴152设置在吸收部148的上方，使贫液151朝向吸收部148掉落。
对吸收塔145的吸收部148的下部，从锅炉142供给包含CO2的排出气体。供给至吸收塔145的排出气体朝向吸收部148上升。
在吸收部148，包含CO2的排出气体与贫液151接触。吸收部148通过使贫液151吸收排出气体中所含的CO2，而使贫液151为富液149。富液149从吸收塔145的底部排出，并供给至再生塔146。与贫液151接触的排气被去除CO2。去除CO2后的排出气体从吸收塔145的顶部排出到大气中。
再生塔146还具有将从吸收塔145供给的富液149喷出的富液供给喷嘴153。富液供给喷嘴153设置在再生部150的上方，使富液149朝向再生部150掉落。
再沸器147与再生塔146连结。再沸器147将再生塔146内的贫液151加热，生成使贫液151蒸发所得的吸收液蒸汽154。
再沸器147具有收纳发热装置101的收纳容器147a、及使热介质在收纳容器147a的内部与外部之间流通的热介质流通部147b。热介质以通过由收纳容器147a的内表面与发热装置101的密闭容器104(参照图16)的外表面所形成的间隙的方式被加热。再沸器147通过将利用发热装置101的发热体105(参照图16)的热而加热的热介质用作热源，而将贫液151加热。
在热介质流通部147b设置有流量可变风扇与流量控制部，但并未图示。再沸器147通过利用流量控制部驱动流量可变风扇而调整热介质的流量，以热介质成为指定温度的方式进行调整。在该例中，以使贫液151蒸发而成为吸收液蒸汽154的方式调整热介质的温度。
利用再沸器147生成的吸收液蒸汽154供给至再生塔146的再生部150的下部。供给至再生塔146的吸收液蒸汽154朝向再生部150上升。
在再生部150，吸收液蒸汽154与富液149接触。再生部150通过利用吸收液蒸汽154将富液149加热而使CO2从富液149释放，使富液149形成为贫液151。也就是说，富液149再生为贫液151。贫液151从再生塔146的底部排出，一部分供给至吸收塔145，剩余的一部分供给至再沸器147。与富液149接触的吸收液蒸汽154与从富液149释放的CO2一起从再生塔146的顶部排出。
在吸收塔145与再生塔146之间设置有热交换器155。热交换器155进行从吸收塔145供给至再生塔146的富液149与从再生塔146供给至吸收塔145的贫液151的热交换。由此，将富液149加热，将贫液151冷却。
二氧化碳分离回收装置143例如还具有未图示的分离滚筒，将从再生部150的顶部排出的吸收液蒸汽154及CO2导入到该分离滚筒。导入到分离滚筒的吸收液蒸汽154及CO2通过吸收液蒸汽154被冷却而成为水，而分离成水与CO2。以这种方式，二氧化碳分离回收装置143可以从锅炉142的排出气体分离并回收CO2。二氧化碳分离回收装置143是为了所述CO2的分离回收而利用通过发热装置101的发热体105(参照图16)的热而加热的热介质作为热源的热利用装置。
如上所述，热利用系统140利用发热体105作为用来将从作为燃烧装置的锅炉142排出的排出气体中所含的CO2分离并回收的热源，因此，可以削减朝大气中的CO2排出。
4.第4实施方式
利用所述第3实施方式的二氧化碳分离回收装置143等分离并回收的二氧化碳(CO2)可以通过与氢气(H2)反应而转换为甲烷(CH4)。使用使CO2与H2的反应(甲烷化反应)进行的催化剂，使包含CO2与H2的原料气体与催化剂接触，由此，从原料气体生成CH4，但如果原料气体的温度较低，那么不充分进行反应。在第4实施方式中，利用通过发热体产生的热而加热的热介质作为热源，将包含CO2与H2的原料气体加热。
如图21所示，热利用系统160具备发热装置101(参照图16)与甲烷制造装置162。发热装置101由于具有与第2实施方式相同的构成，所以省略说明。
甲烷制造装置162具有反应器163、原料气体供给管线164及原料气体加热器165。
反应器163具有使由下述式(1)表示的CO2与H2的反应进行的催化剂167。
CO2+4H2→CH4+2H2O…(1)
催化剂167只要为能够使CO2与H2的反应进行而生成CH4的催化剂，那么并无特别限定。例如，作为催化剂167，可以使用镍(Ni)系催化剂、钌(Ru)系催化剂、铂(Pt)系催化剂等。
原料气体供给管线164将包含CO2与H2的原料气体供给至反应器163。在图21中，原料气体供给管线164通过使供CO2流通的管线与供H2流通的管线合流，而形成供包含CO2与H2的原料气体流通的管线，并将该原料气体的管线与反应器163连接。
原料气体供给管线164具有将水(H2O)电解而生成氢气(H2)与氧气(O2)的电解装置168。电解装置168例如利用驱动发电机39(参照图15)而获得的电进行H2O的电解。利用电解装置168生成的H2通过原料气体供给管线164与CO2混合。利用电解装置168生成的O2例如供给至所述第3实施方式的空气供给管线96(参照图15)，并与燃烧用空气混合。此外，原料气体供给管线164也可以构成为与贮存H2的H2罐连接，从H2罐被供给H2。
原料气体供给管线164与所述第3实施方式的二氧化碳分离回收装置143(参照图19及图20)连接。由此，利用二氧化碳分离回收装置143回收的CO2通过原料气体供给管线164与H2混合。此外，原料气体供给管线164也可以构成为与贮存CO2的CO2罐连接，从CO2罐被供给CO2。
原料气体加热器165设置在原料气体供给管线164，将沿原料气体供给管线164流通的原料气体加热。原料气体加热器165具有收纳发热装置101的收纳容器165a、及使热介质在收纳容器165a的内部与外部之间流通的热介质流通部165b。热介质以通过由收纳容器165a的内表面与发热装置101的密闭容器104(参照图16)的外表面所形成的间隙的方式被加热。通过在原料气体与热介质之间进行热交换而将原料气体加热。原料气体例如加热到400℃左右。
甲烷制造装置162具有从包含CO2与H2的原料气体生成CH4的催化剂167，利用通过发热体105(参照图16)的热而加热的热介质作为热源而将原料气体加热，由此，使CO2与H2反应。通过经加热的原料气体与催化剂167接触，而进行CO2与H2的反应，生成CH4。利用甲烷制造装置162生成的CH4作为合成的天然气(SNG)被供给至例如现有的基础设备。另外，在甲烷制造装置162，在反应器163内从原料气体生成CH4的过程中也生成H2O。反应器163内所生成的H2O例如被供给至电解装置168。
如上所述，热利用系统160通过具备发热装置101(参照图16)与甲烷制造装置162，而利用发热体105作为用来从包含CO2与H2的原料气体生成CH4的热源，因此，与使用燃烧装置作为热源的情况相比，可以削减朝大气中的CO2排出。
另外，在热利用系统160，通过将从燃烧装置排出的排出气体中所含的CO2供给至甲烷制造装置162，而CO2转换为CH4，因此，可以进一步抑制CO2排出量。
在所述第4实施方式中，利用发热体105作为用来从包含CO2与H2的原料气体生成CH4的热源，在使用热能从水制造氢气的IS循环或使用热能从水与氮气(N2)制造氨(NH3)的ISN循环中，可以利用通过发热体105的热而加热到例如800℃左右的热介质作为热源。IS循环是使水与碘(I)及硫(S)反应而生成碘化氢(HI)，并将该碘化氢热分解，由此生成氢气。作为用来将碘化氢热分解的热源，可以利用通过发热体105的热而加热的热介质作为热源。ISN循环是使氮气与IS循环中生成的碘化氢反应而生成碘化铵(NH4I)，并将该碘化铵热分解，由此生成氨。作为用来将碘化铵热分解的热源，可以利用通过发热体105的热而加热的热介质作为热源。
5.变化例
本发明并不限定于所述各实施方式，可以在本发明的主旨的范围内适当变更。
也可以在收容发热结构体的密闭容器设置用来使热交换效率提高的鳍片。利用图22～图24，对具备鳍片的密闭容器进行说明。
如图22所示，密闭容器170具有：容器主体171，在内部具有空间；及鳍片172，设置在容器主体171的外表面。密闭容器170收容具有多个发热体55的发热结构体173(参照图23)。以下说明的密闭容器170的构成是如下情况所要求的构成的一例，即，将密闭容器170的内部的温度保持在600℃～800℃，利用48片发热体55构成发热结构体173，且将各发热体55的输出设为20W。
容器主体171形成为筒状。在图22中，容器主体171的外形呈圆筒形状，但可以采取椭圆筒形状或角筒形状等各种形状。容器主体171的长度例如为250mm。容器主体171的直径例如为80mm。在容器主体171为椭圆筒形状的情况下，容器主体171的直径指长径。在容器主体171为角筒形状的情况下，容器主体171的直径指外切圆的直径。
容器主体171优选由熔点为1000℃以上且热导率为50W/m·K以上的材料形成。作为容器主体171的材料，例如可以使用铜、镍、钨等。在容器主体171的材料为铜的情况下，优选将容器主体171的厚度设为0.5mm以上，更优选设为1mm以上。在容器主体171的材料为镍或钨的情况下，优选将容器主体171的厚度设为0.25mm以上，更优选设为0.5mm以上。此外，也可以使用金及银作为容器主体171的材料，但铜、镍、钨更廉价，所以优选。在将密闭容器170的内部的温度保持为小于600℃的情况下，也可以使用铁作为容器主体171的材料。
鳍片172呈螺旋状设置在容器主体171的外周面。鳍片172的卷绕次数例如为20次。鳍片172形成为带状。鳍片172的宽度例如为20mm。因此，密闭容器170的直径为120mm。沿着容器主体171的长度方向的鳍片172的间隔(间距)优选100mm以下，更优选50mm以下。鳍片172的传热面积优选0.1m2/kW以上。作为鳍片172的材料，例如可以使用与容器主体171的材料相同的材料、即铜、镍、钨等。作为鳍片172的材料，也可以使用铝。
图23是将容器主体171在径向上切断所得的剖视图。如图23所示，在容器主体171的内表面接触地配置有多个发热体55。容器主体171的内表面包括多个平面。在图23中，容器主体171的内表面包括6个平面。也就是说，容器主体171的中空部的截面形状呈六边形。沿着容器主体171的圆周方向配置在各平面的6片发热体55相互面对。多个发热体55是以相互面对的指定片数构成1组，在该例中，以6片构成1组。
图24是将容器主体171在与径向正交的方向上切断所得的剖视图。如图24所示，在构成容器主体171的内表面的各平面，沿着容器主体171的长度方向配置有多个发热体55。在该例中，相对于1个平面，沿着容器主体171的长度方向等间隔地配置有8片发热体55。也就是说，沿着容器主体171的长度方向配置有8组发热体55。
由所述密闭容器170与发热结构体173构成发热体组件174。发热体组件174整体上呈圆筒型。发热体组件174收纳在内部具有空间的收纳容器176。收纳容器176具有供热介质流入的流入口176a、及供热介质流出的流出口176b。在图24中，在收纳容器176中发热体组件174的容器主体171的长度方向的一端设置有流入口176a，在发热体组件174的容器主体171的长度方向的另一端设置有流出口176b。从流入口176a流入的热介质沿着密闭容器170的鳍片172呈螺旋状移动，并从流出口176b流出。收纳容器176由隔热材料177覆盖。作为热介质，可以使用反应性、腐蚀性较低的气体或不进行凝集、热分解的气体。热介质例如优选水蒸气、空气、氮气、氩气、氦气、氙气、二氧化碳、氟氯碳化物系气体及它们的混合气体。
在图24中，密闭容器170与氢系气体供给排气集管178连接。氢系气体供给排气集管178与氢管179连接。由此，反复进行氢系气体的供给与排气。此外，也可以通过将密闭容器170与氢系气体供给排气集管178设为自由装卸而使得能够更换发热体组件174。
如上所述，发热体组件174通过具有鳍片172而可以使与热介质的接触面积增大，因此，可以使发热结构体173与热介质的热交换效率提高。
发热体组件174通过在容器主体171的外周面呈螺旋状设置有鳍片172，而可以使热介质沿着鳍片172呈螺旋状移动，因此，与热介质的接触时间变长，可以将发热结构体173的热确实地传递到热介质。
容器主体171的内表面包括6个平面，但可以适当变更构成内表面的平面的数量。例如，也可以利用8个平面构成容器主体171的内表面，而使容器主体171的中空部的截面形状成为八边形。
收纳容器176也可以构成为收纳多个发热体组件174。例如，可以在收纳容器176的内部收纳7个发热体组件174。另外，例如将超过20个的多个发热体组件174收纳在收纳容器176的情况下，优选以热介质在与发热体组件174的容器主体171的长度方向平行的方向上流动的方式变更流入口176a与流出口176b的位置。
在所述密闭容器170，使多个发热体55接触容器主体171的内表面，使多个发热体55产生的热直接传递到容器主体171，但也可以设置用来将多个发热体55从容器主体171的内表面隔开地支撑并将多个发热体55产生的热传递到容器主体171的传热支撑部。
如图25所示，密闭容器180具有容器主体181、鳍片182及传热支撑部183。密闭容器180收容具有多个发热体55的发热结构体184。容器主体181除中空部的截面形状呈圆形以外，具有与容器主体171相同的构成。也就是说，容器主体181的内表面由曲面构成。鳍片182具有与鳍片172相同的构成。省略容器主体181与鳍片182的说明。由密闭容器180与发热结构体184构成发热体组件185。发热体组件185整体上呈圆筒型。发热体组件185例如收纳在收纳容器176而代替发热体组件174(参照图24)。图25是将密闭容器180在与径向正交的方向上切断所得的剖视图。
传热支撑部183设置在容器主体181的内部，支撑多个发热体55，并将多个发热体55产生的热传递到容器主体181。传热支撑部183具有支撑多个发热体55的支撑柱183a、及连接支撑柱183a与容器主体181的跨接部183b。在该例中，使用10W的发热体55。
传热支撑部183具有至少1个以上的支撑柱183a、及至少1个以上的跨接部183b，在该例中，具有4个支撑柱183a与3个跨接部183b。4个支撑柱183a是相互设置指定间隔而配置。各支撑柱183a沿着容器主体181的长度方向延伸，且其两端通过未图示的固定部件固定在容器主体181。3个跨接部183b沿着各支撑柱183a的长度方向设置指定间隔而配置。各跨接部183b例如形成为板状，且通过未图示的固定部件连接各支撑柱183a与容器主体181。
图26是将容器主体181在径向上切断所得的剖视图。如图26所示，各支撑柱183a形成为角柱状，在该例中，是截面为长方形的四角柱形状。各支撑柱183a是以特定的面相互面对的方式配置。也就是说，4个支撑柱183a配置成四角筒状。将各支撑柱183a的特定的面设为正面，将与特定的面为相反侧的面设为背面。各支撑柱183a的背面与容器主体181的内表面相面对。各支撑柱183a在正面与背面的至少任一个支撑发热体55。在图26中，在各支撑柱183a的两面(正面及背面)支撑有发热体55。在1个支撑柱183a支撑有12片发热体55。各发热体55与容器主体181的内表面不接触而与容器主体181的内表面分离。
作为传热支撑部183的材料、即支撑柱183a及跨接部183b的材料，例如可以使用与容器主体181相同的材料。支撑柱183a及跨接部183b在由铜形成的情况下，优选将厚度设为1mm以上，在由镍形成的情况下，优选将厚度设为4.4mm以上，在由钨形成的情况下，优选将厚度设为2mm以上。通过将传热支撑部183设为所述材料及各种尺寸，可以经由支撑柱183a及跨接部183b将发热体55产生的热传递到容器主体181及鳍片182。另外，即使在发热体55的温度瞬间上升的情况下，也可以防止传热支撑部183熔解而破损。此外，代替像所述那样使10W的发热体55支撑在各支撑柱183a的两面，而使例如20W的发热体55支撑在各支撑柱183a的两面的情况或使40W的发热体55支撑在各支撑柱183a的正面或背面的情况下，优选变更各种尺寸。例如，支撑柱183a及跨接部183b在由铜形成的情况下，优选将厚度设为2mm以上，在由镍形成的情况下，优选将厚度设为8.4mm以上，在由钨形成的情况下，优选将厚度设为4mm以上。
如上所述，发热体组件185通过具有传热支撑部183，可以使发热体55产生的热有效率地传递到容器主体181及鳍片182，因此，可以使发热结构体184与热介质的热交换效率提高。
传热支撑部183具有4个支撑柱183a，但可以适当变更支撑柱183a的数量。例如，既可以将1个支撑柱183a配置在容器主体181的中央，也可以将6个支撑柱183a配置成六角筒状。另外，传热支撑部183具有3个跨接部183b，但可以适当变更跨接部183b的数量。
传热支撑部183也可以设置在内表面由平面构成的容器主体171的内部。由此，在构成容器主体171的内表面的各平面配置多个发热体55，并在传热支撑部183支撑多个发热体55，因此，可以增加发热体55的数量。
所述发热体组件174、185呈圆筒型，但发热体组件也可以设为平板型。
如图27所示，发热体组件190具备被供给氢系气体的密闭容器191、及收容在密闭容器191的发热结构体192。发热体组件190例如设为纵向长度为800mm、横向长度为600mm且厚度为15mm的平板型。图27是将平板型的发热体组件190在与厚度方向正交的方向上切断所得的剖视图。
密闭容器191包括内部具有空间的容器主体193。容器主体193形成为平板状，在该例中，中空部的截面形状呈四边形。发热结构体192具有多个发热体55，在该例中，由60片发热体55形成。
容器主体193与氢系气体供给排气集管194连接。氢系气体供给排气集管194与氢管195连接。由此，反复进行氢系气体的供给与排气。
图28是将平板型的发热体组件190在厚度方向上切断所得的剖视图。如图28所示，容器主体193具有第1内表面193a、及与第1内表面193a相面对的第2内表面193b。在第1内表面193a与第2内表面193b接触地配置有多个发热体55。在该例中，60片发热体55中，30片发热体55配置在第1内表面193a，30片发热体55配置在第2内表面193b。配置在第1内表面193a的各发热体55与配置在第2内表面193b的各发热体55相互面对。
如图29所示，发热体组件190收纳在内部具有空间的收纳容器196。收纳容器196的外形例如设为容器主体193的相似形。以在1个收纳容器196收纳1个发热体组件190的情况为例进行说明，但也可以构成为在1个收纳容器196收纳多个发热体组件190。
在收纳容器196设置有喷射热介质的喷嘴部196a、及供热介质流出的流出口196b。喷嘴部196a将热介质通过从前端喷射而吹送到发热体组件190的表面。在收纳容器196设置至少1个以上的喷嘴部196a及至少1个以上的流出口196b。在图29中，在与发热体组件190对向的2个壁部分别设置有喷嘴部196a，在与设置有各喷嘴部196a的壁部不同的2个壁部分别设置有流出口196b。
喷嘴部196a具有喷射热介质的喷射部198、及与喷射部198连接的配管部199。喷射部198设置在喷嘴部196a的前端。配管部199将热介质引导到喷射部198。从喷射部198喷射并吹送到发热体组件190的热介质从流出口196b向收纳容器196的外部流出。在图29中，各喷嘴部196a分别具有11个喷射部198。
如上所述，发热体组件190可以通过将密闭容器191的容器主体193形成为平板状，并在容器主体193的第1内表面193a与第2内表面193b配置多个发热体55而形成，因此，容易制造，且可以抑制制造成本。
发热体组件190是密闭容器191包括容器主体193的构成，但也可以在容器主体193的外表面设置鳍片。
如图30所示，发热体组件200具备密闭容器201而代替发热体组件190的密闭容器191。密闭容器201具有容器主体193、及设置在容器主体193的外表面的鳍片202。密闭容器201具有至少1个以上的鳍片202。鳍片202由多个肋203形成。图30是由多个肋203形成的密闭容器201的俯视图。此外，在密闭容器201收容发热结构体192(参照图27及图28)。也就是说，发热体组件200具备被供给氢系气体的密闭容器201、及收容在密闭容器201的发热结构体192。
图31是具有由多个肋203形成的鳍片202的密闭容器201的侧视图。如图31所示，在容器主体193的外表面中相互对向的2个面分别设置有鳍片202。多个肋203从容器主体193的外表面突出。在该例中，在容器主体193的外表面中相互对向的2个面分别设置有16个肋203。
具有鳍片202的发热体组件200例如收纳在收纳容器176(参照图24)或设置有喷嘴部196a的收纳容器196(参照图29)等。例如将具有鳍片202的发热体组件200收纳在收纳容器196的情况下，优选以多个肋203的长度方向与热介质的流通方向一致的方式配置发热体组件200。发热体组件200通过具有鳍片202而可以使与热介质的接触面积增大，因此，可以使发热结构体192与热介质的热交换效率提高。
也可以准备多个收纳容器176或收纳容器196并将它们串联地连接。由于发热体组件190或发热体组件200的数量增加，所以可以谋求输出的提高。
图24所示的发热组件174、图25所示的发热体组件185、图27所示的发热体组件190、图30所示的发热体组件200可以代替图16所示的发热体组件103而使用于发热装置101。
[符号的说明]
10、90、140、160 热利用系统
11、101 发热装置
12、102 热利用装置
15、104、170、180、191、201 密闭容器
20、106、173、184、192 发热结构体
21 加热器
31、147a、165a、176、196 收纳容器
32、147b、165b 热介质流通部
33 燃气涡轮机
34 蒸汽发生器
35 蒸汽涡轮机
36 史特林引擎
37 热电转换器
38、39、40 发电机
55、75、80、85、86、105 发热体
66 基座
67 多层膜
71 第1层
72 第2层
77 第3层
82 第4层
125 燃烧用空气循环管线
126 流量可变循环风扇
127 循环流量控制部
142 锅炉(燃烧装置)
143 二氧化碳分离回收装置
162 甲烷制造装置
167 催化剂
171、181、193 容器主体
172、182、202 鳍片
183 传热支撑部
203 肋。

Claims (14)

1.一种热利用系统，具备：
密闭容器，被供给氢系气体；
发热结构体，收容在所述密闭容器，且呈放射状配置有多个通过所述氢系气体中所含的氢的吸藏与释放而产生热的板状发热体；及
热利用装置，利用通过所述发热体的热而加热的热介质作为热源；
所述发热体具有由氢吸藏金属或质子导电体形成的基座、及设置在所述基座的多层膜，
所述多层膜具有：第1层，由氢吸藏金属形成，且厚度小于1000nm；第2层，由与所述第1层不同的氢吸藏金属或陶瓷形成，且厚度小于1000nm；及第3层，由与所述第2层不同的陶瓷CaO、Y2O3、TiC、LaB6、SrO、BaO中的任一种形成，且厚度小于1000nm，
所述发热结构体在所述密闭容器的内部中所述氢系气体流动的方向上排列有多个。
2.根据权利要求1所述的热利用系统，其中所述发热体各自沿着所述氢系气体流动的方向立起而配置。
3.根据权利要求1所述的热利用系统，具备收容在所述密闭容器且形成为筒状的加热器，且
所述发热结构体配置在由所述加热器的内表面形成的空间。
4.根据权利要求1所述的热利用系统，其中所述热利用装置具有收纳所述密闭容器的收纳容器，且
所述热介质以通过由所述收纳容器的内表面与所述密闭容器的外表面形成的间隙的方式被加热。
5.根据权利要求4所述的热利用系统，其中所述热利用装置具有使所述热介质在所述收纳容器的内部与所述收纳容器的外部之间流通的热介质流通部。
6.根据权利要求5所述的热利用系统，其中所述热利用装置具有燃气涡轮机、蒸汽涡轮机、史特林引擎及热电转换器中的至少任一个。
7.根据权利要求1所述的热利用系统，其中所述第1层由Ni、Pd、Cu、Mn、Cr、Fe、Mg、Co、包含所述Ni、Pd、Cu、Mn、Cr、Fe、Mg或Co的合金中的任一种形成，且
所述第2层由Ni、Pd、Cu、Mn、Cr、Fe、Mg、Co、包含所述Ni、Pd、Cu、Mn、Cr、Fe、Mg或Co的合金、SiC中的任一种形成。
8.根据权利要求1所述的热利用系统，其中所述多层膜除了具有所述第1层、所述第2层及所述第3层以外，还具有由与所述第1层、所述第2层及所述第3层不同的氢吸藏金属形成且厚度小于1000nm的第4层。
9.根据权利要求8所述的热利用系统，其中所述第4层由Ni、Cu、Cr、Fe、Mg、Co、包含所述Ni、Cu、Cr、Fe、Mg或Co的合金、SiC、CaO、Y2O3、TiC、LaB6、SrO、BaO中的任一种形成。
10.一种热利用系统，具备：
密闭容器，被供给氢系气体；
发热结构体，收容在所述密闭容器，且呈放射状配置有多个通过所述氢系气体中所含的氢的吸藏与释放而产生热的板状发热体；
燃烧装置，使燃料与燃烧用空气燃烧而产生热；及
热利用装置，利用所述发热体的热而将所述燃烧用空气预热；
所述发热体具有由氢吸藏金属或质子导电体形成的基座、及设置在所述基座的多层膜，
所述多层膜具有：第1层，由氢吸藏金属形成且厚度小于1000nm；第2层，由与所述第1层不同的氢吸藏金属或陶瓷形成且厚度小于1000nm；及第3层，由与所述第2层不同的陶瓷CaO、Y2O3、TiC、LaB6、SrO、BaO中的任一种形成，且厚度小于1000nm，且
所述发热结构体在所述密闭容器的内部中所述氢系气体流动的方向上排列有多个。
11.根据权利要求10所述的热利用系统，具备：
燃烧用空气循环管线，使所述燃烧用空气循环；
流量可变循环风扇，设置在所述燃烧用空气循环管线；及
循环流量控制部，驱动所述流量可变循环风扇，控制所述燃烧用空气的循环流量。
12.根据权利要求10所述的热利用系统，还具备二氧化碳分离回收装置，所述二氧化碳分离回收装置利用通过所述发热体的热而加热的热介质作为热源，将从所述燃烧装置排出的排出气体中所含的二氧化碳分离并回收。
13.根据权利要求10至12中任一项所述的热利用系统，具备甲烷制造装置，所述甲烷制造装置具有从包含二氧化碳与氢气的原料气体生成甲烷的催化剂，利用通过所述发热体的热而加热的热介质作为热源而将所述原料气体加热，由此，使所述二氧化碳与所述氢气反应。
14.一种发热装置，具备：
密闭容器，被供给氢系气体；及
发热结构体，收容在所述密闭容器，且呈放射状配置有多个通过所述氢系气体中所含的氢的吸藏与释放而产生热的板状发热体；
所述发热体具有由氢吸藏金属或质子导电体形成的基座、及设置在所述基座的多层膜，
所述多层膜具有：第1层，由氢吸藏金属形成，且厚度小于1000nm；第2层，由与所述第1层不同的氢吸藏金属或陶瓷形成，且厚度小于1000nm；及第3层，由与所述第2层不同的陶瓷CaO、Y2O3、TiC、LaB6、SrO、BaO中的任一种形成，且厚度小于1000nm，且
所述发热结构体在所述密闭容器的内部中所述氢系气体流动的方向上排列有多个。
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