CN117881925A - 发热装置及锅炉 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种能够谋求发热体的温度均匀化的发热装置及锅炉。发热装置11具备：发热容器15，其被导入包含氢的氢系气体；发热体14，其设置于发热容器15的内部，经由氢的吸藏与释放而产生热；第1排热路径16，其供由发热体14加热的第1排热流体流动；及第2排热路径17，其供第2排热流体沿与第1排热流体流动的方向相对的方向流动。锅炉10具备发热装置11，对第1排热路径16供给水作为第1排热流体，经由发热体14将水加热，自第1排热路径16排出蒸气或热水。
Description
技术领域
本发明涉及一种发热装置及锅炉。
背景技术
已知有一种锅炉，其以包围热源的方式将水管配置成螺旋状(例如，参照专利文献1)或以包围热源的方式将多个水管配置成环状等(例如，参照专利文献2)而构成为能够高效率地进行热回收。
于专利文献1中，将使用氢吸藏金属或氢吸藏合金的发热体单元作为热源，经由加热发热体单元而使其发热至加热器的输入能量以上。水的流动是自锅炉下部朝上部的单向流动。
于专利文献2中，将火焰燃烧器作为热源，利用内侧水管与外侧水管构成水管，并将内侧水管与外侧水管利用上下的集管器连接。对于内侧水管及外侧水管，使水或水蒸气自下部集管器朝向上部集管器朝上方向流通，由此，使水管自火焰燃烧器接收热分散。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第6795129号公报
专利文献2：日本专利特开平3-70901号公报
发明内容
本发明所要解决的技术问题
于专利文献1中，在接收到来自锅炉的蒸气量增减信号的情况下，必须使发热体单元的过剩热量变动(负载变动)。于欲根据负载变动而调整发热体单元的过剩热量的情况下，会产生如下问题。即，有时于水管入口侧(锅炉下部侧)发热体单元的温度降低，而产生未产生过剩热的区域。有时会因发热体单元中产生未产生过剩热的区域而导致自锅炉的下部向上部流动的水的加热不充分，无法生成蒸气。另外，有时于水管出口侧(锅炉上部侧)产生发热体单元的温度极高的部分，而导致发热体单元损坏。此外，即便如专利文献2般应用使水管接收的热分散的结构，亦会产生发热体单元的局部的温度降低或温度上升。
因此，本发明的目的在于提供一种能够实现发热体的温度均匀化的发热装置及锅炉。
用于解决技术问题的技术方案
本发明的发热装置具备：发热容器，其被导入包含氢的氢系气体；发热体，其设置于上述发热容器的内部，且经由上述氢的吸藏与释放而产生热；第1排热路径，其供被上述发热体加热的第1排热流体流动；及第2排热路径，其供第2排热流体沿与上述第1排热流体流动的方向相对的方向流动。
本发明的锅炉具备上述发热装置，对上述第1排热路径供给水作为上述第1排热流体，经由上述发热体加热上述水，并自上述第1排热路径排出蒸气或热水。
有益效果
根据本发明，经由第1排热流体与第2排热流体于相互相对的方向上流动，而能够实现发热体的温度均匀化。
附图说明
图1是第1实施方式的锅炉的概略图。
图2是用于对第1实施方式的第1排热路径与第2排热路径的构造进行说明的说明图。
图3是表示发热体的构造的剖视图。
图4是表示多层膜的构造的剖视图。
图5是用于说明过剩热的产生的说明图。
图6是用于对具有第1层、第2层及第3层的第1变化例的发热体进行说明的说明图。
图7是用于对具有第1层、第2层、第3层及第4层的第2变化例的发热体进行说明的说明图。
图8是第2实施方式的锅炉的概略图。
图9是用于对第2实施方式的第1排热路径与第2排热路径的构造进行说明的说明图。
具体实施方式
[第1实施方式]
如图1所示，锅炉10具备发热装置11、水路径12及未图示的控制部。锅炉10经由发热装置11中产生的热，将沿水路径12流动的水加热而生成蒸气或热水。锅炉10用于供给蒸气的用途，除此以外，还用于如热水器般供给热水的用途。即，本申请中的“锅炉”包含热水器。
发热装置11具备发热体14、发热容器15、第1排热路径16、第2排热路径17、氢流通管线18、及未图示的温度调节部。发热体14设置于发热容器15的内部，且经由氢的吸藏与释放而产生热。发热体14由下述温度调节部的加热器加热。发热体14经由氢的吸藏与释放而产生加热器的加热温度以上的热(以下，称为过剩热)。于该例中，发热体14形成为有底筒状。发热体14安装于下述发热容器15的上底部22。关于发热体14的详细的结构，将利用其他图式于下文进行叙述。
对发热容器15导入包含氢的氢系气体。发热容器15是中空容器，于内部收容发热体14。发热容器15具有筒状的侧壁部21、设置于侧壁部21的上端部的上底部22、及设置于侧壁部21的下端部的下底部23。发热容器15是侧壁部21的上端部的开口被上底部22封闭且侧壁部21的下端部的开口被下底部23封闭的密闭容器。于本实施方式中，侧壁部21形成为圆筒状，但并不限于此，例如亦可形成为椭圆筒状或棱筒状。于图1中，发热容器15(侧壁部21)的轴向与纸面上下方向平行。
发热容器15于内部具有由发热体14分隔出的第1室25及第2室26。第1室25由作为发热体14的一面的正面(外表面)与发热容器15的内表面形成。第1室25与下述氢流通管线18的导入管线30连接。对于第1室25，自导入管线30导入氢系气体。第2室26由作为发热体14的另一面的背面(内表面)形成。第2室26与下述氢流通管线18的导出管线31连接。第2室26的氢系气体沿导出管线31导出。
第1室25经由氢系气体的导入而升压。第2室26经由氢系气体的导出而减压。由此，第1室25的氢的压力高于第2室26的氢的压力。第1室25的氢的压力例如设为100[kPa]。第2室26的氢的压力例如设为1×10-4[Pa]以下。第2室26亦可设为真空状态。如此，第1室25与第2室26的氢的压力不同。因此，发热容器15的内部成为于发热体14的两侧产生压力差的状态。
若发热体14的两侧产生压力差，则于发热体14中配置于高压侧的一面即正面(外表面)，氢系气体中所含的氢分子吸附，且该氢分子解离成2个氢原子。解离后的氢原子渗入至发热体14的内部。即，氢被吸藏于发热体14。氢原子扩散并通过发热体14的内部。于发热体14中配置于低压侧的另一面即背面(内表面)，已通过发热体14的氢原子再键结成氢分子并释放。即，自发热体14释放氢。
如此，发热体14使氢自高压侧向低压侧透过。“透过”是指氢吸藏于发热体的一面，并自发热体的另一面释放氢。发热体14经由吸藏氢而发热，且亦经由释放氢而发热，详细内容将于下文进行叙述。因此，发热体14经由氢透过而产生热。此外，于之后的说明中，关于发热体，有时将“氢透过”记载为“氢系气体透过”。
于第1室25的内部设置有检测该第1室25内部的压力的压力传感器(未图示)。于第2室26的内部设置有检测该第2室26内部的压力的压力传感器(未图示)。设置于第1室25与第2室26的各压力传感器与控制部(未图示)电性连接，将与检测出的压力对应的信号输出至控制部。
第1排热路径16一端与下述的分离器40的蒸气导入部40a连接，另一端与分离器40的水排出部40c连接。另外，于第1排热路径16的另一端连接有供水罐38。于第1排热路径16中流通有第1排热流体。第1排热流体是液体的水或汽化的水(蒸气)。
第2排热路径17的一端及另一端连接于第1排热路径16中的高温排热配管27的高温入口27a侧。第2排热路径17的一端与第1排热路径16的连接部位位于相较第2排热路径17的另一端与第1排热路径16的连接部位更靠第1排热路径16中的上游侧。因此，流经第1排热路径16的第1排热流体(液体的水)的一部分流入至第2排热路径17的一端。流入至第2排热路径17的第1排热流体是第2排热流体。因此，第2排热流体是液体的水。流经第2排热路径17的第2排热流体自第2排热路径17的另一端流入第1排热路径16，与流经第1排热路径16的第1排热流体汇合。
利用图2，对第1排热路径16与第2排热路径17的详细构造进行说明。
第1排热路径16具有围绕发热体14设置成螺旋状的高温排热配管27。高温排热配管27具有设置于侧壁部21的下端部的高温入口27a、及设置于侧壁部21的上端部的高温出口27b。高温排热配管27自侧壁部21的下端部朝向上端部沿着侧壁部21呈螺旋状延伸，且以于上下相邻的高温排热配管27彼此之间不存在间隙的方式卷绕。于该例中，高温排热配管27的剖面形状为圆形，但并无特别限定，可设为四边形等。
于第1排热路径16中，自高温入口27a进入高温排热配管27的液体的水于高温排热配管27内被发热体14加热后，以汽化的水(蒸气)的形式自高温出口27b流出。进入高温入口27a的液体的水的温度例如为90℃。自高温出口27b流出的汽化的水(蒸气)的温度例如为100℃。于本实施方式中，构成为将高温出口27b或下述分离器40的压力设想为1个气压(0.1MPa)，自第1排热路径16排出100℃的蒸气，但可经由将高温出口27b或下述分离器40的压力加压，而自第1排热路径16排出超过100℃的液体的水(热水)。
第2排热路径17具有围绕第1排热路径16设置成螺旋状的低温排热配管28。低温排热配管28具有设置于侧壁部21的上端部的低温入口28a、及设置于侧壁部21的下端部的低温出口28b。低温排热配管28自侧壁部21的上端部向下端部沿着侧壁部21呈螺旋状延伸，且以于上下相邻的低温排热配管28彼此之间不存在间隙的方式卷绕。于该例中，低温排热配管28的剖面形状为圆形，但并无特别限定，可设为四边形等。
于第2排热路径17中，自低温入口28a进入低温排热配管28的液体的水于低温排热配管28内经由与第1排热流体的热交换而升温，并自低温出口28b流出。进入低温入口28a的液体的水的温度例如为25℃。自低温出口28b流出的液体的水的温度例如为90℃。即，于第2排热路径17中，进入低温排热配管28的冷水经由与第1排热流体的热交换而升温，并以热水的形式自低温排热配管28流出来。自低温出口28b流出的液体的水(第2排热流体)与流经第1排热路径16中的高温排热配管27的高温入口27a侧的液体的水(第1排热流体)汇合。由此，进入高温排热配管27的高温入口27a的液体的水(第1排热流体)升温。
第1排热路径16是围绕发热体14设置有高温排热配管27，于高温排热配管27内流动的第1排热流体被发热体14加热。即，第1排热路径16构成为供被发热体14加热的第1排热流体流动。
第1排热路径16的高温排热配管27自侧壁部21的下端部朝向上端部沿着侧壁部21呈螺旋状延伸。第2排热路径17的低温排热配管28与高温排热配管27相反地，自侧壁部21的上端部朝向下端部沿着侧壁部21呈螺旋状延伸。即，第2排热路径17构成为供第2排热流体沿与第1排热流体流动的方向相对的方向流动。
氢流通管线18设置于发热容器15的外部，一端部与发热容器15的上底部22连接，且另一端部与发热容器15的下底部23连接(参照图1)。氢流通管线18使包含氢的氢系气体自发热容器15的外部导入至内部，并且使氢系气体自发热容器15的内部导出至外部。
氢流通管线18具有导入管线30、导出管线31、氢罐32及过滤器33。虽未于图1中进行图示，但发热装置11具备用以将氢系气体供给至氢罐32的供给管线、及用以自氢流通管线18排出氢系气体的排气管线，例如，于发热装置11开始作动时自供给管线向氢罐32供给氢系气体，于发热装置11停止作动时将氢流通管线18的氢系气体沿排气管线排出。
导入管线30连接氢罐32与第1室25，将氢罐32的氢系气体导入至第1室25内。导入管线30具有压力调整阀34。压力调整阀34将自氢罐32输送的氢系气体减压至规定压力。压力调整阀34与控制部电性连接。
导出管线31连接第2室26与氢罐32，将第2室26内的氢系气体导出至氢罐32。导出管线31具有泵35。泵35使第2室26内的氢系气体沿导出管线31导出，并升压至规定压力后输送至氢罐32。作为泵35，例如可使用金属伸缩泵。泵35与控制部电性连接。
氢罐32贮存氢系气体。氢系气体是包含氢的同位素的气体。作为氢系气体，可使用氘气与氕气的至少任一者。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。
过滤器33用于将氢系气体中所含的杂质去除。此处，氢透过发热体14的透过量(以下，称为氢透过量)是由发热体14的温度、发热体14的两面侧的压力差、及发热体14的正面状态决定。于氢系气体中包含杂质的情况下，有时杂质会附着于发热体14的正面而导致发热体14的正面状态变差。于杂质附着于发热体14的正面的情况下，发热体14的正面的氢分子的吸附及解离受到阻碍，从而导致氢透过量减少。
作为阻碍发热体14的正面的氢分子的吸附及解离，例如考虑水(包含水蒸气)、烃(甲烷、乙烷、甲醇、乙醇等)、C、S、及Si。认为水是自发热容器15的内壁等释放或者设置于发热容器15的内部的构件中所含的氧化皮膜被氢还原所得的产物。认为烃、C、S、及Si是自设置于发热容器15的内部的各种构件释放。因此，过滤器33至少将水(包含水蒸气)、烃、C、S、及Si作为杂质去除。过滤器33经由去除氢系气体中所含的杂质而抑制发热体14中的氢透过量的减少。
虽未图示，但温度调节部调节发热体14的温度，将发热体14的温度维持为适合于发热的温度。就发热体14而言适合于发热的温度例如在50℃以上1500℃以下的范围内。温度调节部包括温度传感器与加热器。温度传感器检测发热体14的温度。温度传感器例如为热电偶，设置于发热容器15的内部。温度传感器与控制部电性连接，将与检测出的温度对应的信号输出至控制部。加热器加热发热体14。加热器例如是电阻发热式的电热线，卷绕于发热体14的外周。加热器与电源电性连接，经由自电源被输入电力而发热。加热器亦可为以覆盖发热体14的外周的方式配置的电炉。
水路径12具有第1排热路径16、第2排热路径17、供水罐38、水泵39及分离器40。第1排热路径16及第2排热路径17构成水路径12的一部分。供水罐38用于向第1排热路径16供给液体的水。水泵39设置于相较供水罐38更靠下游侧，用于使水路径12内的水流动。
分离器40构成为接收于高温排热配管27内由发热体14加热而汽化的水(蒸气)，并对该蒸气进行气水分离(分离该蒸气中所含的排水)。于分离器40中经气水分离的蒸气被供给至锅炉10的外部。分离器40具有：蒸气导入部40a，其与第1排热路径16的一端连接；蒸气取出部40b，其用以取出由分离器40分离出的蒸气；及水排出部40c，其与第1排热路径16的另一端连接。蒸气导入部40a与蒸气取出部40b设置于分离器40的上部，水排出部40c设置于分离器40的下部。蒸气导入部40a使蒸气自第1排热路径16导入至分离器40。水排出部40c使利用分离器40分离出的水回流至第1排热路径16的另一端侧。
于水路径12中相较第1排热路径16的高温排热配管27更靠上游侧的路径中(发热容器15与水排出部40c之间)，自供水罐38供给的液体的水流动，于相较第1排热路径16的高温排热配管27更靠下游侧的路径中(发热容器15与蒸气导入部40a之间)，于高温排热配管27内被加热而汽化的水(蒸气)流动。
控制部控制发热装置11的各部的工作。控制部例如主要具备运算装置(CentralProcessing Unit，中央处理单元)、只读存储器(Read Only Memory)或随机存取内存(Random Access Memory)等的存储部等。运算装置例如使用储存于存储部的程序或数据等执行各种运算处理。
控制部与压力调整阀34、泵35、温度传感器(未图示)及电源(未图示)等电性连接。控制部经由调整发热容器15的压力、加热器(未图示)的输入电力等而控制发热体14所产生的过剩热的输出。
控制部具有作为输出控制部的功能，其基于温度传感器检测出的温度而控制加热器的输出。控制部经由控制电源来调节对加热器的输入电力，而将发热体14维持为适合于发热的温度。
控制部基于由设置于第1室25与第2室26的各压力传感器(未图示)检测出的压力而控制压力调整阀34及泵35，由此调整第1室25与第2室26之间产生的氢的压力差。
控制部进行使氢吸藏于发热体14的氢吸藏步骤、及使氢自发热体14释放的氢释放步骤。于本实施方式中，控制部经由使第1室25与第2室26之间产生氢的压力差，而同时进行氢吸藏步骤与氢释放步骤。控制部使氢系气体自导入管线30导入至第1室25，且使第2室26的氢系气体向导出管线31导出，由此，使第1室25的压力高于第2室26，从而维持同时进行发热体14正面的氢的吸藏与发热体14背面的氢的释放的状态。
于本发明中，同时是指完全同时、或短至可视为实质上同时的程度的时间以内。经由同时进行氢吸藏步骤与氢释放步骤，而使氢连续地透过发热体14，因此，能够于发热体14中有效率地产生过剩热。此外，控制部亦可交替地反复进行氢吸藏步骤与氢释放步骤。即，控制部亦可首先经由进行氢吸藏步骤而使氢吸藏于发热体14，其后，经由进行氢释放步骤而使吸藏于发热体14的氢释放。经由如此交替地反复进行氢吸藏步骤与氢释放步骤，亦可自发热体14产生过剩热。
接下来，利用图3及图4对发热体14的详细构造进行说明。如图3所示，发热体14形成为一端开口且另一端封闭的有底筒状。发热体14具有支撑体61与多层膜62，于支撑体61的一面(例如正面)设置有多层膜62。发热体14是沿着形成为一端开口且另一端封闭的有底筒状的支撑体61的外周面及外底面形成有多层膜62，多层膜62亦形成为一端开口且另一端封闭的有底筒状。发热体14中，多层膜62配置于第1室25侧(高压侧)，支撑体61配置于第2室26侧(低压侧)(参照图1)。经由第1室25与第2室26之间所产生的压力差而导入至第1室25的氢是按照多层膜62、支撑体61的顺序透过发热体14的内部，并移动至第2室26。即，氢自发热体14的外表面朝向内表面透过。由此，发热体14是于氢自高压侧向低压侧透过的过程中产生过剩热。
支撑体61是由多孔质体、氢透过膜及质子导电体中的至少任一者形成。于该例中，支撑体61形成为具有正面及背面的板状。多孔质体具有能够使氢系气体通过的大小的孔。多孔质体例如由金属、非金属、陶瓷等形成。多孔质体优选为由不妨碍氢系气体与多层膜62的反应(以下，称为发热反应)的材料形成。氢透过膜例如由氢吸藏金属或氢吸藏合金形成。作为氢吸藏金属，可使用Ni、Pd、V、Nb、Ta、Ti等。作为氢吸藏合金，可使用LaNi5、CaCu5、MgZn2、ZrNi2、ZrCr2、TiFe、TiCo、Mg2Ni、Mg2Cu等。氢透过膜包含具有网状的片材者。作为质子导电体，可使用BaCeO3系(例如Ba(Ce0.95Y0.05)O3-δ)、SrCeO3系(例如Sr(Ce0.95Y0.05)O3-δ)、CaZrO3系(例如CaZr0.95Y0.05O3-α)、SrZrO3系(例如SrZr0.9Y0.1O3-α)、βAl2O3、βGa2O3等。
如图4所示，多层膜62设置于支撑体61。多层膜62由第1层71与第2层72形成，第1层71由氢吸藏金属或氢吸藏合金形成，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。于支撑体61与第1层71及第2层72之间形成下述的异种物质界面73。多层膜62在支撑体61的一面(例如正面)依序交替地积层有第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的各层的层数可适当变更。多层膜62亦可为于支撑体61的正面依序交替地积层有第2层72与第1层71。多层膜62具有第1层71与第2层72各1层以上，且异种物质界面73形成1个以上即可。
第1层71例如由Ni、Pd、Cu、Mn、Cr、Fe、Mg、Co、及其合金中的任一者形成。形成第1层71的合金优选为包含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，亦可使用使添加元素添加于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、及其合金、SiC中的任一者形成。形成第2层72的合金优选为包含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，亦可使用使添加元素添加于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，优选为Pd-Ni、Ni-Cu、Ni-Cr、Ni-Fe、Ni-Mg、Ni-Co。于将第2层72设为陶瓷的情况下，“第1层71-第2层72”优选为Ni-SiC。
如图5所示，异种物质界面73使氢原子透过。图5是示出如下情况的概略图，即，于由面心立方构造的氢吸藏金属形成的第1层71及第2层72中，第1层71的金属晶格中的氢原子透过异种物质界面73移动至第2层72的金属晶格中。已知氢较轻，一边于某物质A与物质B中的氢所占据的位置(八面体或四面体位置)跳跃，一边逐渐进行量子扩散。因此，吸藏于发热体14的氢一边于多层膜62的内部跳跃，一边进行量子扩散。于发热体14，氢经由量子扩散而透过第1层71、异种物质界面73、第2层72。
第1层71的厚度与第2层72的厚度优选为分别小于1000nm。若第1层71与第2层72的各厚度为1000nm以上，则氢难以透过多层膜62。另外，经由第1层71与第2层72的各厚度小于1000nm，可维持不体现块体特性的纳米构造。第1层71与第2层72的各厚度更优选为小于500nm。经由第1层71与第2层72的各厚度小于500nm，可维持完全不体现块体特性的纳米构造。
接下来，对发热体14的制造方法的一例进行说明。首先，准备形成为有底筒状的支撑体61。其次，使用湿式膜状形成法于支撑体61的外表面形成多层膜62。由此，能够制造有底筒状的发热体14。作为湿式膜状形成法，可使用旋转涂布法、喷涂法、浸渍法等。多层膜62既可使用ALD法(Atomic Layer Deposition，原子层沈积)而形成，亦可使用具备使支撑体61旋转的旋转机构的溅镀装置，一边使支撑体61旋转，一边于支撑体61形成多层膜62。多层膜62不限于设置在支撑体61的外表面的情形，亦可设置于支撑体61的内表面或支撑体61的两面。
另外，例如经由使用构成支撑体61的材料形成片状基座，并于片状基座的正面形成多层膜62而准备发热片，并将该发热片卷绕于形成为有底筒状的支撑体61的外表面，由此，能够制造有底筒状的发热体14。于该情况下，多层膜62例如可经由如下方法而形成，即，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，经由凝集或吸附而于片状基座的正面交替地膜状形成第1层71及第2层72。此外，第1层71及第2层72优选为于真空状态下连续地膜状形成。由此，于第1层71与第2层72之间不形成自然氧化膜，而仅形成异种物质界面73。作为蒸镀装置，可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，优选为溅镀装置、真空蒸镀装置、CVD(Chemical Vapor Deposition，化学气相沈积)装置。另外，亦可经由电镀法使氢吸藏金属或氢吸藏合金析出至支撑体61的正面而交替地膜状形成第1层71及第2层72。
发热装置11中，第1排热流体与第2排热流体的流动方向相互相对。高温排热配管27的高温出口27b附近的发热体14的一部分(上部)因经由第1排热流体(蒸气)被第2排热流体(冷水)排热，异常升温得到抑制。高温排热配管27的高温入口27a附近的发热体14的一部分(下部)经由第2排热流体(热水)而升温，温度降低得到抑制。如此，发热装置11能够实现发热体14的温度均匀化。发热装置11由于未产生发热体14的温度极高的部分，故能防止发热体14的损坏。另外，能够于过剩热产生温度范围内稳定地使用发热体14。
发热体14的过剩热经由发热容器15内的氢系气体形成的对流、及辐射，而经由高温排热配管27传递至第1排热流体。锅炉10可经由发热体14的过剩热将流经高温排热配管27的液体的水(第1排热流体)加热并使其汽化而生成蒸气(第1排热流体)。
发热体14可经由选自传导、对流及辐射的至少1种加热方式加热第1排热流体。例如，经由使发热体14与高温排热配管27接触，发热体14的过剩热利用传导、氢系气体形成的对流、及辐射而传递至第1排热流体。
发热体14由于使用氢进行发热，故不会产生二氧化碳等温室效应气体，可以说是清洁的热能来源。另外，所使用的氢可由水生成，故价格低廉。进而，发热体14的发热不同于核分裂反应，不存在连锁反应，故被认为安全。
本发明并不限定于上述第1实施方式，可于不脱离本发明的主旨的范围内适当变更。以下，对第1实施方式的变化例进行说明。于变化例的图式及说明中，对与上述第1实施方式相同或同等的结构要素及构件标注相同符号。适当省略与上述第1实施方式重复的说明，对与上述第1实施方式不同的结构重点进行说明。
[第1变化例]
发热装置11亦可具备图6所示的发热体75代替发热体14。图6所示的发热体75中，积层体的多层膜62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的厚度优选为小于1000nm。于图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的顺序积层于支撑体61的正面。此外，第1层71、第2层72及第3层77亦可按照第1层71、第3层77、第1层71、第2层72的顺序积层于支撑体61的正面。即，多层膜62设为于第2层72与第3层77之间设置有第1层71的积层构造。多层膜62只要具有1层以上的第3层77即可。形成于第1层71与第3层77之间的异种物质界面78是与异种物质界面73同样地，使氢原子透过。
第3层77例如由Ni、Pd、Cu、Cr、Fe、Mg、Co、及其合金、SiC、CaO、Y2O3、TiC、LaB6、SrO、BaO中的任一者形成。形成第3层77的合金优选为包含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，亦可使用使添加元素添加于Ni、Pd、Cu、Cr、Fe、Mg、Co中所得的合金。
尤其是，第3层77优选为由CaO、Y2O3、TiC、LaB6、SrO、BaO中的任一者形成。对于具有由CaO、Y2O3、TiC、LaB6、SrO、BaO中的任一者形成的第3层77的发热体75而言，氢的吸藏量增加，透过异种物质界面73及异种物质界面78的氢的量增加，可实现过剩热的高输出化。由CaO、Y2O3、TiC、LaB6、SrO、BaO中的任一者形成的第3层77优选为厚度为10nm以下。由此，多层膜62使氢原子容易透过。由CaO、Y2O3、TiC、LaB6、SrO、BaO中的任一者形成的第3层77亦可不形成为完整的膜状，而形成为岛屿分布状。另外，第1层71及第3层77优选为于真空状态下连续地膜状形成。由此，于第1层71与第3层77之间不形成自然氧化膜，而仅形成异种物质界面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，优选为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。
[第2变化例]
发热装置11具备图7所示的发热体80代替发热体14。图7所示的发热体80中，积层体的多层膜62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的厚度优选为小于1000nm。于图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的顺序积层于支撑体61的正面。此外，第1层71、第2层72、第3层77及第4层82亦可按照第1层71、第4层82、第1层71、第3层77、第1层71、第2层72的顺序积层于支撑体61的正面。即，多层膜62设为将第2层72、第3层77、第4层82按照任意顺序积层且于第2层72、第3层77、第4层82的各者之间设置有第1层71的积层构造。多层膜62只要具有1层以上的第4层82即可。形成于第1层71与第4层82之间的异种物质界面83是与异种物质界面73及异种物质界面78同样地，使氢原子透过。
第4层82例如由Ni、Pd、Cu、Cr、Fe、Mg、Co、及其合金、SiC、CaO、Y2O3、TiC、LaB6、SrO、BaO中的任一者形成。形成第4层82的合金优选为包含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，亦可使用使添加元素添加于Ni、Pd、Cu、Cr、Fe、Mg、Co中所得的合金。
尤其是，第4层82优选为由CaO、Y2O3、TiC、LaB6、SrO、BaO中的任一者形成。对于具有由CaO、Y2O3、TiC、LaB6、SrO、BaO中的任一者形成的第4层82的发热体80而言，氢的吸藏量增加，透过异种物质界面73、异种物质界面78及异种物质界面83的氢的量增加，可实现过剩热的高输出化。由CaO、Y2O3、TiC、LaB6、SrO、BaO中的任一者形成的第4层82优选为厚度为10nm以下。由此，多层膜62使氢原子容易透过。由CaO、Y2O3、TiC、LaB6、SrO、BaO中的任一者形成的第4层82亦可不形成为完整的膜状，而形成为岛屿分布状。另外，第1层71及第4层82优选为于真空状态下连续地膜状形成。由此，于第1层71与第4层82之间不形成自然氧化膜，而仅形成异种物质界面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，优选为Ni-CaO-Cr-Fe、Ni-Y2O3-Cr-Fe、Ni-TiC-Cr-Fe、Ni-LaB6-Cr-Fe。
[第2实施方式]
于上述第1实施方式中，将高温排热配管27与低温排热配管28设置成螺旋状，但于第2实施方式中，沿铅直方向设置高温排热配管与低温排热配管。
如图8所示，锅炉100具备发热装置101。另外，虽未图示，但锅炉100是与上述第1实施方式同样地，构成为进而具备水路径及控制部，且经由发热装置101中产生的热将沿水路径流动的水加热而生成蒸气。锅炉100是发热装置101的结构与上述第1实施方式不同，其他的结构与上述第1实施方式相同。
发热装置101具备发热体104a、104b、发热容器105、第1排热路径106、及第2排热路径107。于发热体104a与发热体104b之间设置有加热器108。另外，虽未图示，但发热装置101是与上述第1实施方式同样地，构成为进而具备温度调节部及氢流通管线，经由温度调节部调整发热体104a、104b的温度，且经由氢流通管线向发热容器105内导入氢系气体。
如图9所示，发热体104a、104b形成为筒状。发热体104a与发热体104b配置成同心圆状。发热体104a设置于发热体104b的内部。发热体104a、104b的轴向是铅直方向。于第2实施方式中，经由未图示的控制部交替地反复进行氢吸藏步骤与氢释放步骤，由此，自发热体104a、104b产生过剩热。即，控制部首先经由进行氢吸藏步骤而使氢吸藏于发热体104a、104b，其后，经由进行氢释放步骤而使吸藏于发热体104a、104b的氢释放。于氢吸藏步骤中，向发热容器105的内部供给氢系气体。于氢释放步骤中，进行发热容器105的内部的真空排气、及加热器108对发热体104a、104b的加热。经由如此交替地反复进行氢吸藏步骤与氢释放步骤，而能够自发热体104a、104b产生过剩热。
发热容器105是中空容器，于内部收容发热体104a、104b(参照图8)。发热容器105具有筒状的侧壁部111、设置于侧壁部111的上端部的上底部112、及设置于侧壁部111的下端部的下底部113。发热容器105是侧壁部111的上端部的开口被上底部112封闭且侧壁部111的下端部的开口被下底部113封闭的密闭容器。于本实施方式中，侧壁部111形成为圆筒状，但并不限于此，例如亦可形成为椭圆筒状或棱筒状。侧壁部111在上端部具有上部集管器115，且于下端部具有下部集管器116。上部集管器115及下部集管器116构成下述的第2排热路径107的一部分。于图8中，发热容器105(侧壁部111)的轴向与发热体104a、104b的轴向是与纸面上下方向平行。
第1排热路径106构成为供被发热体104a、104b加热的第1排热流体流动。第1排热路径106具有设置于发热体104a的内部的高温排热配管127。高温排热配管127沿发热体104a、104b的轴向延伸。于该例中，高温排热配管127的外表面与发热体104a的内表面接触。高温排热配管127具有设置于侧壁部111的下端部的高温入口127a、及设置于侧壁部111的上端部的高温出口127b。高温入口127a与下部集管器116连接。于该例中，高温排热配管127的剖面形状为圆形，但并无特别限定，可设为四边形等。
于第1排热路径106中，自高温入口127a进入高温排热配管127的液体的水于高温排热配管127内由发热体104a、104b加热，作为汽化的水(蒸气)自高温出口127b流出。此外，于本实施方式中，锅炉100构成为将高温出口127b或未图示的分离器的压力设想为1个大气压(0.1MPa)，自第1排热路径106排出例如100℃的蒸气，但可经由将高温出口127b或未图示的分离器的压力加压，而自第1排热路径106排出超过100℃的液体的水(热水)。
第2排热路径107构成为供第2排热流体沿与第1排热流体流动的方向相对的方向流动。第2排热路径107具有沿着发热体104b的外周设置的多个低温排热配管128。多个低温排热配管128沿发热体104a、104b的轴向延伸。多个低温排热配管128配置于上部集管器115与下部集管器116之间。各低温排热配管128具有设置于侧壁部111的上端部的低温入口128a、及设置于侧壁部111的下端部的低温出口128b。低温入口128a与上部集管器115连接。低温出口128b与下部集管器116连接。各低温排热配管128的低温出口128b经由下部集管器116而与高温排热配管127的高温入口127a连接。于该例中，各低温排热配管128的剖面形状为圆形，但并无特别限定，可设为四边形等。
发热装置101中的第1排热流体与第2排热流体的流动方向相互相对。即，于发热装置101中，构成为沿着发热体104a、104b的轴向，第2排热流体自发热容器105的上侧朝向下侧流动，第1排热流体自发热容器105的下侧朝向上侧流动。自低温入口128a进入低温排热配管128的第2排热流体(冷水)在在低温排热配管128内流动的过程中由发热体104a、104b加热而升温。于低温排热配管128内经加热的第2排热流体(热水)自低温出口128b流出，并作为第1排热流体(热水)进入高温排热配管127的高温入口127a。高温排热配管127内的第1排热流体(热水)由发热体104a、104b进一步加热，作为汽化的水(蒸气)自高温出口127b流出。高温排热配管127的高温出口127b附近的发热体104a、104b的一部分(上部)因被第2排热流体(冷水)排热，而抑制其异常升温。高温排热配管127的高温入口127a附近的发热体104a、104b的一部分(下部)经由第2排热流体(热水)而升温，而抑制其温度降低。如此，发热装置101与上述第1实施方式同样地，能够谋求发热体104a、104b的温度均匀化。发热装置101由于不会产生发热体104a、104b的温度极高的部分，故能防止发热体104a、104b损坏。另外，能够于过剩热产生温度范围内稳定地使用发热体104a、104b。
发热体104a、104b的过剩热经由传导、氢系气体形成的对流、及辐射而经由高温排热配管127传递至第1排热流体。锅炉100可经由发热体104a、104b的过剩热，将流经高温排热配管127的液体的水(第1排热流体)加热并使其汽化而生成蒸气(第1排热流体)。
发热装置101具备发热体104a与发热体104b，但发热体的数量可适当变更。发热体的形状不限于筒状，亦可为板状等。
附图标记说明
10,100:锅炉
11,101:发热装置
14,75,80,104a,104b:发热体
15,105:发热容器
16,106:第1排热路径
17,107:第2排热路径
27,127:高温排热配管
28,128:低温排热配管
61:支撑体
62:多层膜
71:第1层
72:第2层
77:第3层
82:第4层
73,78,83:异种物质界面
Claims (7)
1.一种发热装置，其具备：
发热容器，其被导入包含氢的氢系气体；
发热体，其设置于所述发热容器的内部，经由所述氢的吸藏与释放而产生热；
第1排热路径，其供由所述发热体加热的第1排热流体流动；及
第2排热路径，其供第2排热流体沿与所述第1排热流体流动的方向相对的方向流动。
2.根据权利要求1所述的发热装置，其中所述第1排热路径具有围绕所述发热体设置成螺旋状的高温排热配管，且
所述第2排热路径具有围绕所述第1排热路径设置成螺旋状的低温排热配管。
3.根据权利要求2所述的发热装置，其中所述发热容器具有筒状的侧壁部，
所述高温排热配管具有设置于所述侧壁部的下端部的高温入口、及设置于所述侧壁部的上端部的高温出口，且
所述低温排热配管具有设置于所述上端部的低温入口、及设置于所述下端部的低温出口。
4.根据权利要求1所述的发热装置，其中所述发热体形成为筒状，
所述第1排热路径具有设置于所述发热体的内部的高温排热配管，
所述第2排热路径具有沿着所述发热体的外周设置的多个低温排热配管，且
所述高温排热配管与所述多个低温排热配管沿所述发热体的轴向延伸。
5.根据权利要求4所述的发热装置，其中所述发热容器具有筒状的侧壁部，
所述高温排热配管具有设置于所述侧壁部的下端部的高温入口、及设置于所述侧壁部的上端部的高温出口，
所述多个低温排热配管具有设置于所述上端部的低温入口、及设置于所述下端部的低温出口，且
所述高温排热配管的所述高温入口与所述多个低温排热配管的所述低温出口连接。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的发热装置，其中所述发热体经由选自传导、对流及辐射中的至少1种加热方式而加热所述第1排热流体。
7.一种锅炉，其具备根据权利要求1至6中任一项所述的发热装置，且对所述第1排热路径供给水作为所述第1排热流体，经由所述发热体加热所述水，自所述第1排热路径排出蒸气或热水。
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