CN117916393A - 高炉用氢加热装置、高炉用氢加热方法及高炉操作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种即便使用氢系气体作为还原气体，亦能够抑制CO₂的产生量的新颖的高炉用氢加热装置、高炉用氢加热方法及高炉操作方法。高炉用氢加热装置11具备：密闭容器15，其被导入氢系气体；发热体14，其设置于密闭容器15的内部，通过吸藏与释出氢而产生热；及温度调节部，其调节发热体14的温度；发热体14具有由支持体61与多层膜62形成的1个以上的积层体14a，支持体61由多孔质体、氢透过膜及质子导电体中的至少任一者形成，多层膜62由支持体61支持；多层膜62具有：第1层，其由氢吸藏金属或氢吸藏合金形成，且厚度未达1000nm；及第2层，其由与第1层不同的氢吸藏金属、氢吸藏合金或陶瓷形成，且厚度未达1000nm；通过发热体14的加热而将氢系气体加热至规定温度。

Description

高炉用氢加热装置、高炉用氢加热方法及高炉操作方法

技术领域

本发明涉及一种高炉用氢加热装置、高炉用氢加热方法及高炉操作方法。

背景技术

一般地，于具备高炉、转炉、压延设备及对该等供给能量的能量供给设备的钢铁一贯作业炼铁厂中，使用煤(焦炭)作为主要的能量来源，大部分煤于制铁步骤(高炉、焦炭炉、烧结机)中被消耗，并且制铁步骤中产生的副产气体废热被有效用作炼铁厂内的各设备中的能量来源。

另一方面，以地球的环境问题为背景，要求抑制CO₂的产生量。自整个炼铁厂产生的CO₂中，自制铁步骤产生的CO₂的产生量占据了其中大部分，尤其自高炉排出的CO₂最多。因此，正研究通过高炉中使用的原料的被还原性提升、及炉顶装入物分布的合理化等还原效率提升措施而以低还原剂比进行操作，具体而言，减少还原剂(焦炭)，局部或者全部替换为包含氢的氢系气体。

现有的制铁步骤中的使用焦炭的焦炭还原反应(将C氧化成CO₂并且将Fe₂O₃还原成Fe的反应)是发热反应。所述还原反应具有自发进行的特征。

另一方面，代替焦炭而使用氢的氢还原(将H₂氧化成H₂O并且将Fe₂O₃还原成Fe的反应)是吸热反应。由于为吸热反应，故还原率降低。进而，若提升高炉的还原效率，则自高炉排出的气体的发热量减少。因此，于供给至炼铁厂的各设备的能量的供给量低于需求量的情形时，必须自外部供应能量。

于非专利文献1中记载有因制铁步骤中的氢吹入而导致高炉内产生200～600℃左右的温度降低。由于反应自铁矿石投入口的正下方进行，故投入口附近的温度降低特别明显。

并且，于专利文献1中记载有如下内容，即，为了维持制铁步骤中进行氢还原的高炉的发热量，而基于事先获取的作用线来决定氢系气体的吹入量。

并且，于专利文献2中记载有如下内容，即，于制铁步骤中代替焦炭而利用已加热的氢系气体作为还原气体。通过在制铁步骤中使用已加热的氢系气体，能够增加氢系气体的吹入量而提高还原效率。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：JP2020-66753号公报

专利文献2：JP2017-172026号公报

非专利文献

非专利文献1：铁与钢Vol.100(2014)No.2,pp.143-147

发明内容

本发明所要解决的技术问题

如上述专利文献2所记载，于制铁步骤中，使用已加热的氢系气体作为还原气体时，由于氢的着火点低至500℃，故氢系气体的直接加热会伴有起火的危险，因此，研究间接加热。一般地，间接加热的热传递效率会降低，因此，加热氢系气体时，间接加热较直接加热消耗更多的能量。并且，由于消耗大量的氢，故必须加热大量的氢系气体，其加热需要巨大的能量。如此，若为了抑制CO₂的产生量而将还原剂的一部分或全部替换成氢系气体，则氢系气体的加热会消耗大量能量，结果导致难以抑制CO₂的产生量。

因此，本发明的目的在于提供一种即便使用氢系气体作为还原气体，亦能够抑制CO₂的产生量的新颖的高炉用氢加热装置、高炉用氢加热方法及高炉操作方法。

用于解决技术问题的技术方案

本发明的高炉用氢加热装置加热包含氢的氢系气体并供给至高炉，且具备：密闭容器，其被导入所述氢系气体；发热体，其设置于所述密闭容器的内部，且通过所述氢的吸藏与释出而产生热；及温度调节部，其调节所述发热体的温度；所述发热体具有由支持体与多层膜形成的1个以上的积层体，所述支持体由多孔质体、氢透过膜及质子导电体中的至少任一者形成，所述多层膜由所述支持体支持；所述多层膜具有：第1层，其由氢吸藏金属或氢吸藏合金形成，且厚度未达1000nm；及第2层，其由与所述第1层不同的氢吸藏金属、氢吸藏合金或陶瓷形成，且厚度未达1000nm；通过所述发热体的加热而将所述氢系气体加热至规定温度。

本发明的高炉用氢加热方法加热包含氢的氢系气体并供给至高炉，且包含：导入步骤，其将所述氢系气体导入至密闭容器；温度调节步骤，其通过温度调节部调节设置于所述密闭容器的内部的发热体的温度；及热产生步骤，其通过所述发热体中的所述氢的吸藏与释出而自所述发热体产生热；所述发热体具有由支持体与多层膜形成的1个以上的积层体，所述支持体由多孔质体、氢透过膜及质子导电体中的至少任一者形成，所述多层膜由所述支持体支持；所述多层膜具有：第1层，其由氢吸藏金属或氢吸藏合金形成，且厚度未达1000nm；及第2层，其由与所述第1层不同的氢吸藏金属、氢吸藏合金或陶瓷形成，且厚度未达1000nm；通过所述发热体的加热而将所述氢系气体加热至规定温度。

本发明的高炉操作方法包含自高炉的风口将氢系气体作为还原气体吹入至所述高炉的内部的步骤，且所述氢系气体是利用所述高炉用氢加热装置加热后的氢系气体。

有益效果

根据本发明，能够于不消耗大量能量的情况下加热氢系气体，因此，相应地，能够抑制CO₂的产生量。因此，通过在高炉中使用以此方式加热后的氢系气体作为还原气体，即便使用氢系气体作为还原气体，亦能够抑制CO₂的产生量。

附图说明

图1是设置于高炉的第1实施方式的高炉用氢加热装置的示意图。

图2是表示发热体的构造的剖视图。

图3是表示具有第1层与第2层的积层体的构造的剖视图。

图4是用于说明过剩热的产生的示意图。

图5是用于说明高炉用氢加热装置的作用的示意图。

图6是表示积层有多个积层体的第1变化例的发热体的构造的剖视图。

图7是用于说明第1变化例的发热体的示意图。

图8是用于对在两面具有多层膜的第2变化例的发热体进行说明的示意图。

图9是用于对具有第1层、第2层及第3层的第3变化例的发热体进行说明的示意图。

图10是用于对具有第1层、第2层、第3层及第4层的第4变化例的发热体进行说明的示意图。

图11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12是表示多层膜的积层数与过剩热的关系的曲线图。

图13是表示多层膜的材料与过剩热的关系的曲线图。

图14是形成为有底筒状的发热体的剖视图。

图15是第5变化例的高炉用氢加热装置的示意图。

图16是具有形成为柱状的支持体的发热体的剖视图。

图17是第6变化例的高炉用氢加热装置的示意图。

图18是第7变化例的高炉用氢加热装置的示意图。

图19是第8变化例的高炉用氢加热装置的示意图。

图20是用于对具有多个喷射口的喷嘴部进行说明的示意图。

图21是两端开口的筒状的发热体的剖视图。

图22是第9变化例的高炉用氢加热装置的示意图。

图23是第10变化例的高炉用氢加热装置的示意图。

图24是用于说明氢压力控制部的第1模式的示意图。

图25是用于说明氢压力控制部的第2模式的示意图。

图26是第11变化例的高炉用氢加热装置的示意图。

图27是用于对第11变化例中的高炉用氢加热装置的作用进行说明的示意图。

图28是第12变化例的高炉用氢加热装置的剖视图。

图29是表示参照实验中的氢透过量、氢供给压力及样品温度的关系的曲线图。

图30是表示参照实验中的样品温度与输入电力的关系的曲线图。

图31是表示实验例26中的发热体温度与过剩热的关系的曲线图。

图32是表示实验例27中的发热体温度与过剩热的关系的曲线图。

图33是第2实施方式的高炉用氢加热装置的示意图。

图34是第3实施方式的高炉用氢加热装置的示意图。

图35是发热构造体的分解立体图。

具体实施方式

[第1实施方式]

如图1所示，高炉设备10具备高炉用氢加热装置11与高炉12。高炉设备10当高炉操作时，通过高炉用氢加热装置11的发热体14中产生的热而加热包含氢的氢系气体，将经加热的氢系气体作为还原气体自高炉用氢加热装置11供给至高炉12，并自高炉12的风口吹入至高炉12的内部。

例如，作为高炉12，并无特别限定，可应用专利文献1或专利文献2所记载的高炉。例如，构成为自高炉的炉顶将铁系原料插入至高炉内，并自设置于高炉的风口将经加热的氢系气体作为还原气体与热风一起吹入。

高炉用氢加热装置11具备发热体14、密闭容器15、温度调节部16、具有导入管线29及导出管线30的氢流通管线17、以及控制部18。发热体14收纳于密闭容器15，被下述温度调节部16的加热器16b加热。发热体14通过氢的吸藏与释出而产生加热器16b的加热温度以上的热(以下，称为过剩热)。发热体14通过产生过剩热而将透过的氢系气体加热至例如50℃以上1000℃以下的范围内的温度。于该例中，发热体14形成为具有正面及背面的板状。关于发热体14的详细结构，将利用其他图式于下文进行叙述。

密闭容器15是中空容器，于内部收纳发热体14。密闭容器15例如由不锈钢等形成。于该例中，密闭容器15成为具有与和发热体14的正面或背面正交的方向平行的长度方向的形状。于密闭容器15的内部设置有用以设置发热体14的设置部20。

密闭容器15于内部具有由发热体14分隔出的第1室21及第2室22。第1室21由作为发热体14的一面的正面与密闭容器15的内表面形成。第1室21具有与氢流通管线17的导入管线29连接的导入口23。对于第1室21，经由导入口23导入沿氢流通管线17流通的氢系气体。第2室22由作为发热体14的另一面的背面与密闭容器15的内表面形成。第2室22具有与氢流通管线17的导出管线30连接的导出口24。第2室22的氢系气体经由连接于导出口24的导出管线30而自第2室22供给至高炉12。

第1室21通过氢系气体的导入而升压。第2室22通过氢系气体的导出而减压。借此，第1室21的氢的压力高于第2室22的氢的压力。第1室21的氢的压力例如设为100[kPa]。第2室22的氢的压力例如设为1×10^-4[Pa]以下。第2室22亦可设为真空状态。如此，第1室21与第2室22的氢的压力不同。因此，密闭容器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(正面)，氢系气体中所包含的氢分子吸附，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(背面)，已通过发热体14的氢原子再键结成氢分子并释出。即，自发热体14释出氢。

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出氢。发热体14通过吸藏氢而发热，且亦通过释出氢而发热，详细内容将于下文进行叙述。因此，发热体14通过氢透过而产生热。再者，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21的内部设置有检测该第1室21内部的压力的压力传感器(未图示)。于第2室22的内部设置有检测该第2室22内部的压力的压力传感器(未图示)。设置于第1室21与第2室22的各压力传感器与控制部18电性连接，将与检测出的压力对应的信号输出至控制部18。

温度调节部16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。发热体14中适合于发热的温度例如在50℃以上1000℃以下的范围内。温度调节部16具有温度传感器16a与加热器16b。温度传感器16a检测发热体14的温度。温度传感器16a例如为热电偶，设置于密闭容器15的设置部20。温度传感器16a与控制部18电性连接，将与检测出的温度对应的信号输出至控制部18。

加热器16b加热发热体14。加热器16b例如是电阻发热式的电热线，卷绕于密闭容器15的外周。加热器16b与电源26电性连接，通过自电源26被输入电力而发热。加热器16b亦可为以覆盖密闭容器15的外周的方式配置的电炉。

氢流通管线17设置于密闭容器15的外部，使包含氢的氢系气体自密闭容器15的外部导入至内部，并且使经加热的氢系气体自密闭容器15的内部导出至外部。氢流通管线17除了具有导入管线29与导出管线30以外，还具有氢罐28与过滤器31。虽未于图1中进行图示，但高炉用氢加热装置11具备用以将氢系气体供给至氢罐28的供给管线、及用以自氢流通管线17排出氢系气体的排气管线，例如，于高炉用氢加热装置11开始工作时自供给管线向氢罐28供给氢系气体，于高炉用氢加热装置11停止工作时氢流通管线17的氢系气体向排气管线排出。

氢罐28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、即氕的含有率为99.985％且氘的含有率为0.015％的混合物。

导入管线29连接氢罐28与第1室21的导入口23，将氢罐28内的氢系气体导入至第1室21。导入管线29具有压力调整阀32。压力调整阀32将自氢罐28输送的氢系气体减压至规定压力。压力调整阀32与控制部18电性连接。导入管线29具有泵33。泵33将氢罐28的氢系气体导入至第1室21。作为泵33，例如可使用金属伸缩泵。泵33与控制部18电性连接。

导出管线30连接第2室22的导出口24与高炉12，将经由发热体14自第1室21透过至第2室22的氢系气体供给至高炉12。

设置于导入管线29的过滤器31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形时，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的正面的情形时，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的物质，例如考虑水(包含水蒸气)、烃(甲烷、乙烷、甲醇、乙醇等)、C、S、及Si。可以理解为水自密闭容器15的内壁等释出或者设置于密闭容器15的内部的构件中所含的氧化皮膜被氢还原而得到。可以理解为烃、C、S、及Si自设置于密闭容器15的内部的各种构件释出。因此，过滤器31至少将水(包含水蒸气)、烃、C、S、及Si作为杂质去除。过滤器31通过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。

控制部18控制高炉用氢加热装置11的各部的动作。控制部18例如主要具备运算装置(Central Processing Unit，中央处理单元)、只读存储器(Read Only Memory)或随机存取存储器(Random Access Memory)等存储单元等。运算装置例如使用储存于存储单元的程序或数据等执行各种运算处理。

控制部18与温度传感器16a、电源26、压力调整阀32及泵33电性连接。控制部18通过调整加热器16b的输入电力、密闭容器15的压力等而对发热体14中产生的过剩热的输出进行控制。

控制部18具有作为基于温度传感器16a检测出的温度而对加热器16b的输出进行控制的输出控制部的功能。控制部18通过控制电源26来调节对加热器16b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18基于由设置于第1室21与第2室22的各压力传感器(未图示)检测出的压力而控制压力调整阀32及泵33，借此，调整第1室21与第2室22之间所产生的氢的压力差。

控制部18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释出的氢释出步骤。于本实施方式中，控制部18通过使第1室21与第2室22之间产生氢的压力差而同时进行氢吸藏步骤与氢释出步骤。控制部18使氢自导入管线29导入至第1室21，且使第2室22的氢系气体向导出管线30导出，借此，使第1室21的压力高于第2室22，从而维持同时进行发热体14的正面的氢的吸藏与发热体14的背面的氢的释出的状态。

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。通过同时进行氢吸藏步骤与氢释出步骤，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。再者，控制部18亦可交替地反复进行氢吸藏步骤与氢释出步骤。即，控制部18亦可首先通过进行氢吸藏步骤而使氢吸藏于发热体14，其后，通过进行氢释出步骤而使吸藏于发热体14的氢释出。通过如此交替地反复进行氢吸藏步骤与氢释出步骤，亦能够自发热体14产生过剩热。

高炉用氢加热装置11通过使隔着发热体14配置的第1室21与第2室22之间产生氢的压力差，而使氢透过发热体14，产生过剩热。氢系气体于透过发热体14时，被发热体14中产生的过剩热加热。发热体14的厚度越厚，透过发热体14之前的距离越长，则氢系气体被发热体14中产生的过剩热加热的时间越长，相应地，透过发热体14并排出至第2室22时的温度越高。通过发热体14的加热而将氢系气体加热至规定温度。

接下来，利用图2及图3对发热体14的详细构造进行说明。如图2所示，发热体14具有包含支持体61与多层膜62的积层体14a。

此处，例如，25℃左右的氢系气体透过发热体14，借此，该氢系气体被发热体14加热，于透过发热体14之后成为50℃以上1000℃以下、较佳为600℃以上1000℃以下的氢系气体。再者，于本实施方式中，于图2中示出了氢系气体自纸面左侧末端的支持体61朝向纸面右侧末端的多层膜62透过的情况，但本发明并不限于此，亦可为氢系气体自纸面右侧末端的多层膜62朝向纸面左侧末端的支持体61透过。

支持体61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，支持体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。多孔质体较佳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片材之物。作为质子导电体，可使用BaCeO₃系(例如Ba(Ce_0.95Y_0.05)O_3-δ)、SrCeO₃系(例如Sr(Ce_0.95Y_0.05)O_3-δ)、CaZrO₃系(例如CaZr_0.95Y_0.05O_3-α)、SrZrO₃系(例如SrZr_0.9Y_0.1O_3-α)、βAl₂O₃、βGa₂O₃等。

如图3所示，多层膜62设置于支持体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。于支持体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。于图3中，多层膜62在支持体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。再者，第1层71与第2层72的各层的层数可适当变更。多层膜62也可以在支持体61的正面依序交替地积层第2层72与第1层71而得到。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的合金较佳为包含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的合金较佳为包含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，较佳为Pd-Ni、Ni-Cu、Ni-Cr、Ni-Fe、Ni-Mg、Ni-Co。于将第2层72设为陶瓷的情形时，“第1层71-第2层72”较佳为Ni-SiC。

如图4所示，异种物质界面73使氢原子透过。图4是示出如下情况的示意图，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，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)跳跃的同时，逐渐进行量子扩散。因此，吸藏于发热体14的氢于多层膜62的内部跳跃的同时，进行量子扩散。于发热体14，氢通过量子扩散而透过第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的厚度较佳为分别未达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。并且，通过第1层71与第2层72的各厚度未达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的各厚度更佳为未达500nm。通过第1层71与第2层72的各厚度未达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。于该情形时，准备板状的支持体61，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，通过凝集或吸附而于支持体61的正面交替地膜状形成第1层71及第2层72。借此，形成在支持体61的正面具有多层膜62的积层体14a。再者，第1层71及第2层72较佳为于真空状态下连续地膜状形成。借此，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，较佳为溅镀装置、真空蒸镀装置、CVD(Chemical Vapor Deposition，化学气相沉积)装置。并且，亦可通过电镀法使氢吸藏金属或氢吸藏合金析出至支持体61的正面而交替地膜状形成第1层71及第2层72。

如图5所示，发热体14中，例如，位于一侧末端的积层体14a的支持体61配置于第1室21侧(高压侧)，位于另一侧末端的积层体14a的多层膜62配置于第2室22侧(低压侧)。通过第1室21与第2室22之间所产生的氢的压力差而导入至第1室21的氢系按照支持体61及多层膜62的顺序透过发热体14的内部，并移动至第2室22。发热体14当氢透过多层膜62时，即，通过氢吸藏于多层膜62及氢自多层膜62释出，而产生过剩热。再者，发热体14亦可将支持体61配置于第2室22侧(低压侧)，且将多层膜62配置于第1室21侧(高压侧)。

发热体14通过所产生的过剩热而加热透过的氢系气体。发热体14由于使用氢而发热，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。并且，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。因此，高炉用氢加热装置11将此种发热体14作为热能来源来加热氢系气体，借此，能够将利用价格低廉、清洁且安全的热能来源加热后的氢系气体作为还原气体供给至高炉12。

本实施方式的高炉用氢加热装置11能够于不消耗大量能量的情况下加热氢系气体，因此，相应地，能够抑制CO₂的产生量。因此，高炉用氢加热装置11当高炉操作时，通过在高炉12中使用以此方式加热后的氢系气体作为还原气体，即便于高炉12中使用氢系气体作为还原气体，亦能够抑制CO₂的产生量。

本发明并不限定于所述第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，对与所述第1实施方式相同或同等的结构要素及构件标注相同符号。适当省略与所述第1实施方式重复的说明，对与所述第1实施方式不同的结构重点进行说明。

[第1变化例]

如图6所示，发热体19具有由包含支持体61与多层膜62的多个积层体14a积层所得的结构。进而，通过改变积层体14a积层的积层数，而调整氢系气体要透过的发热体19的厚度。具体而言，积层体14a的积层数越多，则发热体19的厚度越厚，氢系气体透过发热体19之前的距离越长，因此，积层体14a的积层数越多，则透过发热体19后的氢系气体的温度越高。另一方面，积层体14a的积层数越少，则发热体19的厚度越薄，氢系气体透过发热体19之前的距离越短，因此，积层体14a的积层数越少，则透过发热体19后的氢系气体的温度越低。

设定积层体14a的积层数时，理想的是根据过去的操作经验等预先特定出透过发热体19后的氢系气体的温度与积层体14a的积层数的对应关系，基于该对应关系而特定出积层体14a的积层数，以使氢系气体成为所期望的温度。

发热体19在第1积层体14a的多层膜62配置第2积层体14a的支持体61，并于该第2积层体14a的多层膜62配置第3积层体14a的支持体61，而依次积层多个积层体14a。借此，图6所示的发热体19成为如下结构，即，从左往右按照支持体61、多层膜62、支持体61及多层膜62的顺序交替地配置有支持体61与多层膜62。再者，于本实施方式中，图示了氢系气体自纸面左侧末端的支持体61朝向纸面右侧末端的多层膜62透过的情况，但本发明并不限于此，亦可为氢系气体自纸面右侧末端的多层膜62朝向纸面左侧末端的支持体61透过。

可准备多个积层体14a，将另一积层体14a的支持体61的背面重合于一积层体14a的多层膜62的正面，使规定数量的积层体14a积层，借此制造发热体19。再者，亦可于形成一积层体14a之后，使新的支持体61积层于该积层体14a的多层膜62的正面，并使用蒸镀装置，于新的支持体61的正面交替地膜状形成第1层71及第2层72，于一积层体14a的正面依次形成新的积层体14a。

如图7所示，发热体19中，例如，位于一侧末端的积层体14a的支持体61配置于第1室21侧(高压侧)，位于另一侧末端的积层体14a的多层膜62配置于第2室22侧(低压侧)。通过第1室21与第2室22之间所产生的氢的压力差而导入至第1室21的氢系按照支持体61、多层膜62、支持体61、多层膜62…的顺序透过发热体19的内部，并移动至第2室22。发热体19当氢透过各多层膜62时，即，通过氢吸藏于各多层膜62及氢自多层膜62释出，而产生过剩热。再者，发热体19亦可将支持体61配置于第2室22侧(低压侧)，将多层膜62配置于第1室21侧(高压侧)。

[第2变化例]

如图8所示，高炉用氢加热装置11亦可使用如下发热体74，其于配置在一侧末端的积层体14a的支持体61的背面亦设置多层膜62，而于支持体61的两面设置有多层膜62。发热体74依序透过多层膜62、支持体61、多层膜62、支持体61、多层膜62…，通过各多层膜62中的氢的吸藏与释出而产生过剩热。通过使用发热体74而可实现过剩热的高输出化。

[第3变化例]

高炉用氢加热装置11亦可具备图9所示的发热体75代替发热体14。图9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，进而具有第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的厚度较佳为未达1000nm。于图9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的顺序积层于支持体61的正面。再者，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的顺序积层于支持体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的合金较佳为包含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较佳为由CaO、Y₂O₃、TiC、LaB₆、SrO、BaO中的任一者形成。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较佳为厚度为10nm以下。借此，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。并且，第1层71及第3层77较佳为于真空状态下连续地膜状形成。借此，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，较佳为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4变化例]

高炉用氢加热装置11具备图10所示的发热体80代替发热体14。图10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，进而具有第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的厚度较佳为未达1000nm。于图10中，第1层71、第2层72、第3层77及第4层82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的顺序积层于支持体61的正面。再者，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的顺序积层于支持体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的合金较佳为包含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较佳为由CaO、Y₂O₃、TiC、LaB₆、SrO、BaO中的任一者形成。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较佳为厚度为10nm以下。借此，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。并且，第1层71及第4层82较佳为于真空状态下连续地膜状形成。借此，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，较佳为Ni-CaO-Cr-Fe、Ni-Y₂O₃-Cr-Fe、Ni-TiC-Cr-Fe、Ni-LaB₆-Cr-Fe。

再者，作为发热体，亦可设为将图3所示的发热体14的积层体14a、图9所示的发热体75的积层体、及图10所示的发热体80的积层体中的任意2种以上混合而使复数种积层体交替地或者按照任意顺序积层所得的结构。多层膜62的结构、例如各层的厚度的比率、各层的层数、材料亦可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62的结构的一例进行说明。

“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”通过准备实验用的高炉用氢加热装置(未图示)，使用该实验用的高炉用氢加热装置进行包含1个积层体的发热体是否产生过剩热的实验而调查。实验用的高炉用氢加热装置具备密闭容器、配置于密闭容器的内部的2个发热体、及加热各发热体的加热器。发热体形成为板状。加热器是形成为板状的陶瓷加热器，内置热电偶。加热器设置于2个发热体之间。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罐与密闭容器连接。于氢系气体供给路径中设置有用以调整将储气罐中贮存的氢系气体供给至密闭容器的供给量的调整阀等。排气路径将用以对密闭容器的内部进行真空排气的干式泵与密闭容器连接。于排气路径中设置有用以调整气体的排气量的调整阀等。

实验用的高炉用氢加热装置通过交替地反复进行氢吸藏步骤与氢释出步骤，而自发热体产生过剩热。即，实验用的高炉用氢加热装置通过进行氢吸藏步骤而使氢吸藏于发热体，然后，通过进行氢释出步骤而使吸藏于发热体的氢释出。于氢吸藏步骤中，向密闭容器的内部供给氢系气体。于氢释出步骤中，进行密闭容器内部的真空排气与发热体的加热。

对“多层膜的各层的厚度的比率与过剩热的关系”进行说明。首先，着眼于1个积层体14a，使用具有包含Ni的支持体61、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62的发热体14，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62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62的8种发热体14，设为实验例1～8。再者，多层膜62仅设置于支持体61的正面。实验例1～8的各发热体14的Ni：Cu是7：1、14：1、4.33：1、3：1、5：1、8：1、6：1、6.5：1。于实验例1～8的各发热体14中，多层膜62是重复设置有第1层71与第2层72的积层结构。实验例1～8的各发热体14将多层膜62的积层结构的数量(以下，称为多层膜的积层数)设为5。实验例1～8的各发热体14中，将多层膜62整体的厚度设为大致相同。

将实验例1～8的发热体14设置于实验用的高炉用氢加热装置的密闭容器的内部，交替地反复进行氢吸藏步骤与氢释出步骤。作为氢系气体，使用氕气(沼田氧公司制造，二级，纯度99.999vol％以上)。于氢吸藏步骤中，将氢系气体以50Pa左右供给至密闭容器的内部。使氢吸藏于发热体14的时间设为64小时左右。再者，于氢吸藏步骤之前，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，将附着于发热体14的表面的水等去除。

于氢释出步骤中，中断氢吸藏步骤而将加热器的输入电力设为9W、18W、27W。并且，通过内置于加热器的热电偶，测定各氢释出步骤时的发热体14的温度。将其结果示于图11。图11是对测得的数据利用规定的方法进行拟合所得的曲线图。于图11中，横轴表示加热器温度，纵轴表示过剩热的电力。加热器温度是规定的输入电力下的发热体14的温度。于图11中，将实验例1记述为“Ni：Cu＝7：1”，将实验例2记述为“Ni：Cu＝14：1”，将实验例3记述为“Ni：Cu＝4.33：1”，将实验例4记述为“Ni：Cu＝3：1”，将实验例5记述为“Ni：Cu＝5：1”，将实验例6记述为“Ni：Cu＝8：1”，将实验例7记述为“Ni：Cu＝6：1”，将实验例8记述为“Ni：Cu＝6.5：1”。

根据图11可确认于实验例1～8的所有发热体14中均产生过剩热。因此，可确认当氢系气体透过包含1个积层体14a的发热体14时，能够加热氢系气体。并且，若设为使多个此种积层体14a积层而成的发热体14，因透过产生过剩热的积层体14a的距离延长，故加热氢系气体的时间相应地变长，从而能够提高氢系气体的温度。因此，已知通过改变发热体14中将积层体14a积层的积层数，能够调整最终透过发热体14后的氢系气体的温度。

于加热器温度为700℃以上时将实验例1～8的发热体14加以比较可知，实验例1产生最大的过剩热。实验例3的发热体与实验例1、2、4～8的发热体14相比可知，在加热器温度处于300℃以上1000℃以下的较大范围内产生过剩热。可知多层膜62的Ni：Cu为3：1～8：1的实验例1、3～8的发热体14是加热器温度越高，则过剩热越是增加。可知多层膜62的Ni：Cu为14：1的实验例2的发热体14在加热器温度为800℃以上时过剩热减少。可以理解为如此般过剩热相对于Ni与Cu的比率未单纯地增加的情况由多层膜62中的氢的量子效应引起。

接下来，对“多层膜的积层数与过剩热的关系”进行说明。使用包含1个积层体14a的发热体14，调查多层膜62的积层数与过剩热的关系，积层体14a由包含Ni的支持体61及多层膜62构成，多层膜62由包含Cu的第1层71及包含Ni的第2层72形成。

制作实验例1的发热体14、及具有除了多层膜62的积层数以外以相同条件制造的多层膜62的8种发热体14(积层体14a为1个的发热体14)，并设为实验例9～16。实验例1、9～16的各发热体14的多层膜62的积层数是5、3、7、6、8、9、12、4、2。

将实验例1、9～16的各发热体14设置于实验用的高炉用氢加热装置的密闭容器的内部。实验用的高炉用氢加热装置与用于调查所述的“多层膜的各层的厚度的比率与过剩热的关系”的装置相同。于实验用的高炉用氢加热装置中，利用与所述的“多层膜的各层的厚度的比率与过剩热的关系”相同的方法，测定氢释出步骤时的发热体14的温度。将其结果示于图12中。图12是对测得的数据利用规定的方法进行拟合所得的曲线图。于图12中，横轴表示加热器温度，纵轴表示过剩热的电力。于图12中，根据各层的厚度，将实验例1记述为“Ni_0.875Cu_0.125 5层”，将实验例9记述为“Ni_0.875Cu_0.125 3层”，将实验例10记述为“Ni_0.875Cu_0.125 7层”，将实验例11记述为“Ni_0.875Cu_0.125 6层”，将实验例12记述为“Ni_0.875Cu_0.125 8层”，将实验例13记述为“Ni_0.875Cu_0.125 9层”，将实验例14记述为“Ni_0.875Cu_0.125 12层”，将实验例15记述为“Ni_0.875Cu_0.125 4层”，将实验例16记述为“Ni_0.875Cu_0.125 2层”。

根据图12可确认，于实验例1、9～16的所有发热体14中均产生过剩热。于加热器温度为840℃以上时将实验例1、9～16的发热体14加以比较可知，过剩热是多层膜62的积层数为6的实验例11最大，多层膜62的积层数为8的实验例12最小。可以理解为如此般过剩热相对于多层膜62的积层数未单纯地增加的原因在于，多层膜62中的氢的波动行为的波长为纳米级，与多层膜62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。使用包含具有多层膜62的1个积层体的发热体75，调查形成第3层77的材料的种类与过剩热的关系，多层膜62由包含Ni的第1层71、包含Cu的第2层72、以及包含与第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。

制作除了形成第3层77的材料的种类以外以相同条件形成多层膜62的9种发热体75，并设为实验例17～25。于实验例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。

将实验例17～25的各发热体75设置于实验用的高炉用氢加热装置的密闭容器的内部。实验用的高炉用氢加热装置与用于调查所述的“多层膜的各层的厚度的比率与过剩热的关系”的装置相同。于实验用的高炉用氢加热装置中，利用与所述的“多层膜的各层的厚度的比率与过剩热的关系”相同的方法，测定氢释出步骤时的发热体75的温度。将其结果示于图13中。图13是对测得的数据利用规定的方法进行拟合所得的曲线图。于图13中，于横轴表示加热器温度，于纵轴表示过剩热的电力。于图13中，根据各层的厚度，将实验例17记述为“Ni_0.793CaO_0.113Cu_0.094”，将实验例18记述为“Ni_0.793SiC_0.113Cu_0.094”，将实验例19记述为“Ni_0.793Y₂O_30.113Cu_0.094”，将实验例20记述为“Ni_0.793TiC_0.113Cu_0.094”，将实验例21记述为“Ni_0.793Co_0.113Cu_0.094”，将实验例22记述为“Ni_0.793LaB_60.113Cu_0.094”，将实验例23记述为“Ni_0.793ZrC_0.113Cu_0.094”，将实验例24记述为“Ni_0.793TiB_20.113Cu_0.094”，将实验例25记述为“Ni_0.793CaOZrO_0.113Cu_0.094”。

根据图13可确认于实验例17～25的所有发热体75中均产生过剩热。因此，可确认当氢系气体透过包含1个积层体的发热体75时能够加热氢系气体。并且，可知若设为使多个此种积层体积层而成的发热体75，则透过产生过剩热的积层体的距离延长，因此，加热氢系气体的时间相应地变长，从而能够提高氢系气体的温度。因此，已知通过改变发热体75中将积层体积层的积层数，能够调整最终透过发热体75后的氢系气体的温度。

再者，尤其是，形成第3层77的材料为CaO的实验例17、为TiC的实验例20、为LaB₆的实验例22与其他实验例18、19、21、23～25相比可知，在加热器温度处于400℃以上1000℃以下的较大范围内过剩热大致线性地增大。实验例17、20、22的形成第3层77的材料与其他实验例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的材料的种类较佳为功函数较小者。根据该等结果，多层膜62内的电子密度有可能有助于发热反应。

对与发热体14的温度对应的多层膜62的结构的一例进行说明。若对发热体14考虑所述的“多层膜的各层的厚度的比率与过剩热的关系”，则于发热体14的温度为低温(例如50℃以上500℃以下的范围内)的情形时，较佳为多层膜62的各层的厚度的比率在2：1以上5：1以下的范围内。于发热体14的温度为中温(例如500℃以上800℃以下的范围内)的情形时，较佳为多层膜62的各层的厚度的比率在5：1以上6：1以下的范围内。于发热体14的温度为高温(例如800℃以上1000℃以下的范围内)的情形时，较佳为多层膜62的各层的厚度的比率在6：1以上12：1以下的范围内。

若考虑所述的“多层膜的积层数与过剩热的关系”，则于发热体14的温度为低温、中温、高温的任一者的情形时，较佳为多层膜62的第1层71为2层以上18层以下的范围内，且第2层72为2层以上18层以下的范围内。

若对发热体75考虑所述的“多层膜的材料与过剩热的关系”，则于发热体75的温度为低温的情形时，较佳为第1层71为Ni，第2层72为Cu，且第3层77为Y₂O₃。于发热体75的温度为中温的情形时，较佳为第1层71为Ni，第2层72为Cu，且第3层77为TiC。于发热体75的温度为高温的情形时，较佳为第1层71为Ni，第2层72为Cu，且第3层77为CaO或LaB₆。

[第5变化例]

图14是形成为一端开口且另一端封闭的有底筒状的发热体90的剖视图。于发热体90设置有具有支持体91与多层膜92的多个积层体90a。于该情形时，积层体90a沿着形成为一端开口且另一端封闭的有底筒状的支持体91的外周面及外底面形成有多层膜92，多层膜92亦形成为一端开口且另一端封闭的有底筒状。

发热体90具有如下结构，即，沿着位于内侧的积层体90a的多层膜92的外周面及外底面设置有位于外侧的积层体90a的支持体91，且自内表面侧朝向外表面侧，按照支持体91、多层膜92、支持体91及多层膜92的顺序交替地积层有支持体91及多层膜92。以此方式，于发热体90积层有有底筒状的多个积层体90a，设定该积层体90a的积层数，使得已透过发热体90的氢系气体被加热至规定温度。

各支持体91由多孔质体、氢透过膜及质子导电体中的至少任一者形成。并且，各多层膜92具有：第1层(未图示)，其由氢吸藏金属或氢吸藏合金形成，且厚度未达1000nm；及第2层(未图示)，其由与第1层不同的氢吸藏金属、氢吸藏合金或陶瓷形成，且厚度未达1000nm。再者，于图14中，发热体90形成为有底圆筒状，但亦可形成为有底棱筒状。

接下来，对发热体90的制造方法的一例进行说明。发热体90是准备形成为有底筒状的支持体91，使用湿式膜状形成法于支持体91形成多层膜92。于该例中，于支持体91的外表面形成多层膜92。借此，形成最内层的有底筒状的积层体90a。继而，准备形成为片状的其他支持体91，使用湿式膜状形成法于该片状的支持体91的外表面形成多层膜92，而形成新的有底筒状的片状积层体90a。继而，将片状的其他积层体90a反复重叠于最内层的积层体90a的外表面，借此，可制造由多个积层体90a积层所得的发热体90。再者，亦可于最内层的有底筒状的支持体91的外表面形成多层膜92，然后，于该多层膜92的外周面及底面形成片状的支持体91，并于该支持体91的外周面及底面再次形成多层膜92等，依序形成支持体91与多层膜92。

再者，作为湿式膜状形成法，可使用旋转涂布法、喷涂法、浸渍法等。并且，多层膜92既可使用ALD法(Atomic Layer Deposition，原子层沉积)而形成，亦可使用具备使支持体91旋转的旋转机构的溅镀装置，使支持体91旋转的同时，于支持体91形成多层膜92。再者，亦可为多层膜92亦设置于支持体91的最内表面，于位于最内周的支持体91的两面设置多层膜92。

如图15所示，高炉设备95具备高炉用氢加热装置96与高炉12。高炉用氢加热装置96与所述实施方式的高炉用氢加热装置11的不同的处在于，具备发热体90代替发热体14。发热体90使用安装管97而安装于密闭容器15。虽于图15中加以省略，但高炉用氢加热装置96具备检测发热体90的温度的温度传感器、对加热器16b输入电力的电源、作为基于温度传感器检测出的温度对加热器16b的输出进行控制的输出控制部的控制部等。温度传感器例如设置于发热体90的外表面。

安装管97例如由不锈钢等形成。安装管97贯通密闭容器15，一端配置于密闭容器15的外表面，另一端配置于密闭容器15的内部。安装管97的一端与氢流通管线17的导入管线29连接。于安装管97的另一端设置有发热体90。

于第5变化例中，第1室21由发热体90的内表面形成。第2室22由密闭容器15的内表面与发热体90的外表面形成。因此，发热体90在第1室21侧(高压侧)配置支持体91，于第2室22侧(低压侧)配置多层膜92(参照图14)。通过第1室21与第2室22之间所产生的压力差而导入至第1室21的氢系按照支持体91、多层膜92、支持体91、多层膜92、…的顺序透过发热体90的内部，并移动至第2室22。即，氢自发热体90的内表面朝向外表面透过以规定数量积层的多个积层体90a。借此，发热体90的各积层体90a当氢自多层膜92释出时产生过剩热。因此，高炉用氢加热装置96具有与所述实施方式的高炉用氢加热装置11相同的作用效果。

再者，高炉用氢加热装置96亦可具备图16所示的发热体98代替发热体90。发热体98与所述发热体90的不同的处在于，最内侧具有的积层体90b具有柱状的支持体91a。支持体91a与支持体61同样地，由多孔质体、氢透过膜及质子导电体中的至少任一者形成。支持体91a能够使氢系气体通过，并且使发热体98的机械强度提高。再者，于图16中，支持体91a形成为圆柱状，但亦可形成为棱柱状。并且，于所述第5变化例中，示出了积层体90a积层有多个的结构，但亦可为具有1个积层体90a的结构。

[第6变化例]

如图17所示，高炉设备115具备高炉用氢加热装置121与高炉12。高炉用氢加热装置121与所述实施方式的高炉用氢加热装置11的不同的处在于，具有密闭容器123代替密闭容器15。密闭容器123是中空容器，于内部收纳发热体14。密闭容器123由隔热材51覆盖。于密闭容器123设置有用以安装发热体14的安装管125。

安装管125例如由不锈钢等形成。安装管125贯通密闭容器123，一端配置于密闭容器123的外部，且另一端配置于密闭容器123的内部。于该例中，安装管125的一端配置于隔热材51内。安装管125的一端与氢流通管线17的导入管线29连接。于安装管125的另一端设置有发热体14。于安装管125的外周卷绕有温度调节部(未图示)的加热器16b。

密闭容器123具有由安装管125与发热体14分隔出的第1室126及第2室127。第1室126由发热体14的正面与安装管125的内表面形成。第1室126具有与导入管线29连接的导入口23。第2室127由密闭容器123的内表面、发热体14的背面及安装管125的外表面形成。第2室127具有与导出管线30连接的导出口24。于图17中，导出口24设置于密闭容器123的长度方向的大致中央的位置。第1室126通过被导入氢系气体而升压。第2室127通过排出氢系气体而减压。借此，第1室126的氢的压力高于第2室127的氢的压力。第1室126与第2室127氢的压力互不相同。因此，密闭容器123的内部成为于发热体14的两侧产生压力差的状态。

沿导出管线30流通的经加热的氢系气体与所述实施方式同样地，经由导出管线30自高炉12的风口被输送至高炉12的内部，于高炉12中用作还原气体。

如上所述，高炉用氢加热装置121通过氢系气体于密闭容器123的内部自安装管125内部的第1室126透过设置于安装管125的前端的发热体14朝向第2室127流动，而能够利用发热体14的各积层体14a中产生的热而加热氢系气体。此时，即便为高炉用氢加热装置121，亦能够通过将发热体14的积层体14a的积层数预先设定为规定数量，而使氢系气体的温度升温至规定温度，因此，具有与所述实施方式的高炉用氢加热装置11相同的作用效果。

[第7变化例]

如图18所示，高炉设备145具备高炉用氢加热装置146与高炉12。高炉用氢加热装置146在导入管线29设置有加热器137，且于密闭容器15的内部配置有喷嘴部148。高炉用氢加热装置146与所述实施方式的高炉用氢加热装置11的不同的处在于温度调节部(未图示)的加热器137的配置位置、及设置有下述的喷嘴部148及非透过气体回收管线149的方面。温度调节部(未图示)由温度传感器16a、加热器137、及作为输出控制部的控制部18形成。

加热器137设置于导入管线29，通过将沿导入管线29流通的氢系气体加热而加热发热体14。加热器137与电源26电性连接，通过自电源26被输入电力而发热。电源26由控制部18控制输入电力。控制部18基于温度传感器16a检测出的温度而调节对加热器137的输入电力，借此，将发热体14维持为适合于发热的温度。

高炉用氢加热装置146通过在导入管线29具有加热器137，能够将经加热的氢系气体输送至密闭容器15的内部，能够利用该加热后的氢系气体加热发热体14，而将发热体14维持为适合于发热的温度。即便为此种结构，亦具有与所述实施方式的高炉用氢加热装置11相同的作用效果。

喷嘴部148设置于导入口23与发热体14之间。喷嘴部148经由导入口23与导入管线29连接。喷嘴部148将沿导入管线29流通并通过过滤器31去除杂质后的氢系气体自设置于喷嘴前端的喷射口喷射。喷嘴前端与发热体14的正面之间的距离例如设为1～2cm。喷嘴前端的方向设为相对于发热体14的正面垂直的方向。借此，喷嘴部148向作为发热体14的一面的正面整个区域喷射氢系气体。再者，喷嘴前端与发热体14的正面之间的距离或喷嘴前端的方向较佳为设为自喷嘴前端喷出的氢系气体被吹送至发热体14的正面整个区域的距离或方向。

非透过气体回收管线149与设置于第1室21的非透过气体回收口151连接，将导入至第1室21的氢系气体中未透过发热体14的非透过气体回收。非透过气体回收管线149与氢罐28连接，将所回收的非透过气体送回至氢罐28。非透过气体回收口151与导入口23并排设置。

于以上的结构中，导入至第1室21的氢系气体通过依次透过发热体14的各积层体14a而被各积层体14a的热逐渐加热。透过发热体14被加热后的氢系气体沿导出管线30导出。沿导出管线30导出的氢系气体经由压力调整阀32而供给至高炉12。

另一方面，导入至第1室21但未透过发热体14的其余氢系气体作为非透过气体被非透过气体回收管线149回收。非透过气体沿非透过气体回收管线149流通而返回至氢罐28，并再次沿导入管线29流通，作为氢系气体导入至第1室21。即，非透过气体回收管线149连接第1室21与导入管线29，将自导入管线29导入至第1室21的氢系气体中未透过发热体14的非透过气体回收并再次送回至导入管线29。

非透过气体回收管线149具有非透过气体流量控制部152与循环泵153。非透过气体流量控制部152具有例如可变漏泄阀作为调整阀。非透过气体流量控制部152基于温度传感器16a检测出的温度进行非透过气体的流量的控制。例如，非透过气体流量控制部152当通过温度传感器16a检测出的发热体14的温度超过对发热体14的发热而言适当的温度范围的上限温度的情形时，增加非透过气体的循环流量。非透过气体流量控制部152当通过温度传感器16a检测出的发热体14的温度未达对发热体14的发热而言适当的温度范围的下限温度的情形时，减少非透过气体的流量。如此，非透过气体流量控制部152通过使非透过气体的循环流量增减而将发热体14维持为适合于发热的温度。

循环泵153将第1室21的非透过气体自非透过气体回收口151回收并输送至氢罐28。作为循环泵153，例如可使用金属伸缩泵。循环泵153与控制部18电性连接。

高炉用氢加热装置146通过具有喷嘴部148而将去除杂质后的氢系气体直接吹送至发热体14的正面。借此，于高炉用氢加热装置146，发热体14的正面及周边的杂质被吹散，且发热体14的正面配置于由利用过滤器31去除杂质后的清新的氢系气体所形成的氛围下，因此，可实现过剩热的高输出化。

[第8变化例]

如图19所示，高炉设备155具备高炉用氢加热装置156与高炉12。高炉用氢加热装置156具备发热体90代替发热体14，且于密闭容器15的内部配置有喷嘴部158。于该例中，相对于安装管97，导入口23与非透过气体回收口151并排设置。

喷嘴部158设置于导入口23与发热体90之间，一端与导入口23连接，另一端延伸至发热体90的另一端。喷嘴部158经由导入口23与导入管线29连接。

如图20所示，于筒状的喷嘴部158，沿着发热体90的轴向于周侧面形成有多个喷射口159。并且，本实施方式的喷嘴部158亦于底面形成有喷射口159。喷嘴部158自多个喷射口159向发热体90的内表面整个区域(内周面及内底面)喷射氢系气体。多个喷射口159较佳为等间隔地排列。通过将多个喷射口159等间隔地排列，而向发热体90的内表面整个区域均匀地喷射氢系气体。喷射口159的数量或直径可适当变更。并且，于所述第8变化例中，示出了积层体90a积层有多个的结构，但亦可为具有1个积层体90a的结构。

并且，发热体90具有于设置在第1室21的非透过气体回收口151连接有非透过气体回收管线149的结构，能够将导入至第1室21的氢系气体中未透过发热体14的非透过气体自非透过气体回收管线149回收。

并且，高炉用氢加热装置156通过自喷嘴部158喷射氢系气体，而发热体90的内表面及周边的杂质被氢系气体吹散，且发热体90的内部设为由利用过滤器31去除杂质后的清新的氢系气体所形成的氛围，因此，可实现过剩热的高输出化。

[第9变化例]

图21是两端开口的筒状的发热体160的剖视图。发热体160包含具有支持体161与多层膜162的多个积层体160a。于该情形时，各积层体160a分别具有于筒状的支持体161的外周面形成有筒状的多层膜162的结构。发热体160在一积层体160a的多层膜162的外周面设置其他积层体160a的支持体161，且自内侧朝向外侧，按照支持体161、多层膜162、支持体161、多层膜162的顺序依次交替地配置支持体161与多层膜162，借此，将规定数量的多个积层体160a积层。以此方式，于发热体160积层有筒状的多个积层体160a，并且设定该积层体160a的积层数，使得已透过发热体160的氢系气体被加热至规定温度。

再者，支持体161由多孔质体、氢透过膜及质子导电体中的至少任一者形成。多层膜162具有：第1层(未图示)，其由氢吸藏金属或氢吸藏合金形成，且厚度未达1000nm；及第2层(未图示)，其由与第1层不同的氢吸藏金属、氢吸藏合金或陶瓷形成，且厚度未达1000nm。发热体160的制造方法除了准备两端开口的筒状的支持体161以外，与发热体90的制造方法相同，因此省略说明。再者，于图21中，发热体160形成为两端开口的圆筒状，但亦可形成为两端开口的棱筒状。并且，于所述第9变化例中，示出了积层体160a积层有多个的结构，但亦可为具有1个积层体160a的结构。

如图22所示，高炉设备165具备高炉用氢加热装置166与高炉12。高炉用氢加热装置166与所述第8变化例的高炉用氢加热装置156的不同的处在于，具备发热体160代替发热体90。

发热体160在两端设置有安装管97。设置于发热体160的一端的安装管97与导入管线29连接。设置于发热体160的另一端的安装管97与非透过气体回收管线149连接。即，发热体160一端与导入管线29连接，另一端与非透过气体回收管线149连接。因此，高炉用氢加热装置166与所述第8变化例的高炉用氢加热装置156同样地，能够将导入至第1室21的氢系气体中未透过发热体160的非透过气体自非透过气体回收管线149回收。

[第10变化例]

于所述实施方式及所述各变化例中，通过氢流通管线自导入管线向第1室导入氢系气体，并自第2室沿导出管线导出氢系气体，借此，于第1室与第2室之间产生氢的压力差，但于第10变化例中，代替使用氢流通管线，而使用氢吸藏金属或氢吸藏合金，利用氢的吸藏及释出于第1室与第2室之间产生氢的压力差。以下，着眼于与所述的实施方式及所述各变化例不同的方面，对第10变化例的高炉用氢加热装置进行说明。

如图23所示，高炉用氢加热装置171具备发热体14、密闭容器173、第1氢吸藏释出部174、第2氢吸藏释出部175、第1温度传感器176、第2温度传感器177、第1加热器178、第2加热器179、第1压力计180、第2压力计181、及氢压力控制部182。发热体14可为具有1个积层体14a的结构(参照图2)，发热体14亦可为以规定的积层数积层有多个积层体14a的结构(参照图6)。再者，高炉用氢加热装置171进而具备未图示的作为输出控制部的控制部。由该作为输出控制部的控制部、第1温度传感器176、第2温度传感器177、第1加热器178及第2加热器179形成温度调节部(未图示)。温度调节部调节发热体14的温度并维持为适合于发热的温度。

密闭容器173具有由发热体14分隔出的第1室184及第2室185。第1室184与第2室185通过利用下述氢压力控制部182进行开关而氢的压力不同。第1室184由发热体14的正面与密闭容器173的内表面形成。第2室185由发热体14的背面与密闭容器173的内表面形成。虽未于图23中进行图示，但于密闭容器173，例如于第1室184或第2室185设置有导入口，且于导入口连接有用以导入氢系气体的导入管线。并且，同样地，虽未于图23中进行图示，但于密闭容器173，于第1室184或第2室185设置有导出口，且于导出口连接有使经发热体14加热的氢系气体导出至高炉的导出管线。

第1氢吸藏释出部174设置于第1室184。第1氢吸藏释出部174由氢吸藏金属或氢吸藏合金形成。第1氢吸藏释出部174进行氢的吸藏及释出。第1氢吸藏释出部174的氢的吸藏及释出由下述的氢压力控制部182依次切换。

第2氢吸藏释出部175设置于第2室185。第2氢吸藏释出部175由氢吸藏金属或氢吸藏合金形成。第2氢吸藏释出部175进行氢的吸藏及释出。第2氢吸藏释出部175的氢的吸藏及释出由下述的氢压力控制部182依次切换。

第1温度传感器176设置于第1氢吸藏释出部174，检测第1氢吸藏释出部174的温度。第2温度传感器177设置于第2氢吸藏释出部175，检测第2氢吸藏释出部175的温度。

第1加热器178设置于第1氢吸藏释出部174，加热第1氢吸藏释出部174。第1加热器178与电源187电性连接，通过自电源187被输入电力而发热。第2加热器179设置于第2氢吸藏释出部175，加热第2氢吸藏释出部175。第2加热器179与电源188电性连接，通过自电源188被输入电力而发热。

第1压力计180设置于第1室184的内部，检测第1室184的氢的压力。第2压力计181设置于第2室185的内部，检测第2室185的氢的压力。

氢压力控制部182与第1温度传感器176、第2温度传感器177、第1压力计180、第2压力计181、电源187及电源188电性连接。

氢压力控制部182基于第1温度传感器176检测出的温度，进行第1氢吸藏释出部174的温度的控制。氢压力控制部182通过将电源187接通并调节对第1加热器178的输入电力，而将第1氢吸藏释出部174加热至规定温度。并且，氢压力控制部182通过将电源187断开而将第1氢吸藏释出部174冷却。再者，亦可使用未图示的冷却装置将第1氢吸藏释出部174冷却。

氢压力控制部182基于第2温度传感器177检测出的温度，进行第2氢吸藏释出部175的温度的控制。氢压力控制部182通过将电源188接通并调节对第2加热器179的输入电力，而将第2氢吸藏释出部175加热至规定温度。并且，氢压力控制部182通过将电源188断开而将第2氢吸藏释出部175冷却。再者，亦可使用未图示的冷却装置将第2氢吸藏释出部175冷却。

氢压力控制部182具有使第1室184的氢的压力高于第2室185的氢的压力的第1模式、及使第2室185的氢的压力高于第1室184的氢的压力的第2模式。

如图24所示，氢压力控制部182在第1模式下，通过第1加热器178加热第1氢吸藏释出部174，且将第2氢吸藏释出部175冷却。第1氢吸藏释出部174通过被加热而释出氢。第1室184通过自第1氢吸藏释出部174释出氢而升压。另一方面，第2氢吸藏释出部175通过被冷却而吸藏氢。第2室185通过氢吸藏于第2氢吸藏释出部175而减压。其结果，第1室184的氢的压力高于第2室185的氢的压力。通过第1室184与第2室185之间所产生的氢的压力差，而第1室184的氢透过发热体14，并移动至第2室185。发热体14通过氢透过而产生过剩热。

如图25所示，氢压力控制部182在第2模式下，将第1氢吸藏释出部174冷却，且通过第2加热器179加热第2氢吸藏释出部175。第1氢吸藏释出部174通过被冷却而吸藏氢。第1室184通过氢吸藏于第1氢吸藏释出部174而减压。另一方面，第2氢吸藏释出部175通过被加热而释出氢。第2室185通过自第2氢吸藏释出部175释出氢而升压。其结果，第2室185的氢的压力高于第1室184的氢的压力。通过第1室184与第2室185之间所产生的氢的压力差，而第2室185的氢透过发热体14，并移动至第1室184。发热体14通过氢透过而产生过剩热。

氢压力控制部182进行切换第1模式与第2模式的开关。对开关的一例进行说明。氢压力控制部182在第1模式中，由第1压力计180检测出的压力成为规定的阈值以下的情形时，自第1模式切换为第2模式。氢压力控制部182在第2模式中，由第2压力计181检测出的压力成为规定的压力以下的情形时，自第2模式切换为第1模式。氢压力控制部182通过进行第1模式与第2模式的开关，而切换氢透过以规定的积层数积层有积层体14a的发热体14的方向，使发热体14的过剩热的产生间断地持续。

因此，即便于该情形时，高炉用氢加热装置171亦能够通过设定发热体14的积层体的积层数，而利用发热体14的加热将氢系气体加热至规定温度，因此，具有与所述实施方式的高炉用氢加热装置11相同的作用效果。并且，高炉用氢加热装置171可不使用氢流通管线而于第1室与第2室之间产生氢的压力差，因此，可实现小型化。

[第11变化例]

于所述实施方式及所述各变化例的高炉用氢加热装置中使用发热体，而发热体亦可使用多个。

如图26所示，高炉设备190具备高炉用氢加热装置191与高炉12。高炉用氢加热装置191具备多个发热体14、收纳多个发热体14的密闭容器193、及非透过气体回收管线149等。多个发热体14分别形成为板状。多个发热体14以面彼此相向的方式相互设置间隙而排列。于该例中，于密闭容器193的内部排列有6个发热体14(参照图26及图27)。于密闭容器193的外周设置有温度调节部(未图示)的加热器16b。加热器16b通过自未图示的电源被输入电力而加热多个发热体14。

于密闭容器193设置有多个导入口23、多个导出口24、及多个非透过气体回收口151。导入口23配置于与非透过气体回收口151对向的位置。导出口24与非透过气体回收口151交替地配置于多个发热体14的排列方向上。多个导入口23例如使用气体导入用分支管(未图示)与导入管线29连接。多个导出口24例如使用气体导入用分支管(未图示)与导出管线30连接。

密闭容器193具有由多个发热体14分隔出的多个第1室194及多个第2室195。第1室194与第2室195是以面彼此相向的发热体14间的间隙，交替地配置于多个发热体14的排列方向上。第1室194具有导入口23与非透过气体回收口151。第2室195具有导出口24。第1室194通过将氢系气体自导入管线29导入而升压。第2室195通过将氢系气体向导出管线30导出而减压。借此，第1室194的氢的压力高于第2室195的氢的压力。

如图27所示，通过第1室194与第2室195之间所产生的氢的压力差而导入至第1室194的氢系气体的一部分透过积层有规定数量的积层体14a的发热体14，移动至第2室195，并沿导出管线30导出。另一方面，导入至第1室194的氢系气体中，未透过发热体14的非透过气体被非透过气体回收管线149回收。各发热体14通过氢系气体透过而分别产生过剩热。因此，即便为高炉用氢加热装置191，亦与所述实施方式同样地，能够通过将多个积层体14a的积层数预先设定为规定数量，而获得规定温度的氢系气体。进而，该高炉用氢加热装置191通过具备多个发热体14而可实现过剩热的输出的增大。并且，于所述第11变化例中，示出了积层体14a积层有多个的结构，但亦可为具有1个积层体14a的结构。

再者，于所述第11变化例中，利用非透过气体回收管线149将未透过发热体14的非透过气体回收并送回至导入管线29，借此进行非透过气体的循环，但本发明并不限于此，亦可设为不设置非透过气体回收管线149而不进行非透过气体的循环的高炉用氢加热装置。于该情形时，第1室194成为如下结构，即，于与导入口23对向的位置不设置非透过气体回收口151，而仅设置有导入口23。

并且，导入至第1室194的氢系气体透过发热体14，移动至第2室195，并沿导出管线30导出。氢系气体通过透过发热体14的各积层体14a，而于各积层体14a产生过剩热，并且被该等积层体14a中产生的过剩热加热而移动至第2室195。因此，即便为该高炉用氢加热装置，亦与所述第11变化例同样地，能够通过将多个积层体14a的积层数预先设定为规定数量，而获得规定温度的氢系气体。

再者，于所述第11变化例中，对设置有多个板状的发热体14的情形进行了叙述，但本发明并不限于此，例如，亦可设为设置有多个图14及图20所示的有底筒状的发热体90或图16所示的发热体98、图21所示的筒状的发热体160等的高炉用氢加热装置，或者，亦可设为混合设置有有底筒状的发热体90或筒状的发热体160等结构不同的多个发热体的高炉用氢加热装置。

并且，于1个密闭容器的内部设置有多个发热体14、发热体90、发热体98及/或发热体160等发热体的情形时，亦可于密闭容器内针对每一个发热体独立地进行温度调节。例如，于1个密闭容器内设置有多个发热体90的情形时，对1个发热体90设置1个温度传感器与加热器。即，通过1个温度传感器检测1个发热体90的温度。多个温度传感器与控制部18电性连接，将与检测出的各发热体90的温度对应的信号输出至控制部18。控制部18基于各温度传感器检测出的温度，独立地进行各加热器的输出的控制。因此，此种高炉用氢加热装置中，因针对每一个发热体90独立地进行温度调节，将多个发热体90维持为适合于发热的温度，因此可谋求过剩热的输出的稳定化。

并且，于设置有多个发热体14、发热体90、发热体98及/或发热体160等发热体的情形时，亦可将发热体设置于互不相同的密闭容器内。进而，亦可针对每一个发热体、或每一个密闭容器设置流量调整阀，通过流量调整阀控制导入至各发热体的氢系气体的流量。

并且，亦可对已透过发热体的氢系气体进行取样，并对取样的氢系气体进行分析，根据其分析结果进行发热控制。例如，如图15所示，以于1个密闭容器15内设置有1个发热体90的结构为例进行说明，于该情形下，成为设置有内部具有发热体90的多个密闭容器15的结构。并且，对设置有发热体90的每一个密闭容器15设置分析部，针对每一个密闭容器15，对已透过发热体90的氢系气体进行取样，通过分析部对取样的氢系气体进行分析。

分析部通过对透过发热体90后的氢系气体进行分析，例如特定出氢系气体中是否含有通过发热体90的发热反应而产生的特有的产生气体。若为此种高炉用氢加热装置，便能够基于分析部的分析结果，针对每一个密闭容器15通过控制部18调整氢系气体的流量，借此进行将发热体90的温度维持为适合于发热的温度的发热控制。

并且，除此以外，亦可测定氢吸藏金属或氢吸藏合金的电阻，基于测定出的电阻的值进行发热控制。例如，以设置有多个发热体90的例进行说明，于该情形下，针对每一个发热体90设置电阻测定部，通过该电阻测定部测定发热体90的氢吸藏金属或氢吸藏合金的电阻。此处，发热体90设为如下状态，即，氢吸藏金属或氢吸藏合金的氢吸藏量越多，越容易发生发热反应。并且，发热体90是氢吸藏金属或氢吸藏合金的氢吸藏量越多则电阻越小。因此，通过测定发热体90的氢吸藏金属或氢吸藏合金的电阻，能够推定氢吸藏量。多个电阻测定部与控制部18电性连接，将电阻的测定结果输出至控制部18。

控制部18能够进行发热控制，该发热控制基于电阻测定部测定出的电阻的值，对每一个发热体90调整氢系气体的循环流量，借此，将发热体90的温度维持为适合于发热的温度。

[第12变化例]

如图28所示，高炉用氢加热装置256具备发热体14、检测发热体14的温度的多个温度传感器257a～257c、及向发热体14的正面喷射氢系气体的多个喷嘴部258a～258c。再者，此处，关于连接于导出管线30的高炉等其他结构，由于说明重复，故省略说明，以下，着眼于与所述实施方式或变化例不同的结构进行说明。

于该例中，对1个发热体14，自多个喷嘴部258a～258c喷射氢系气体。再者，于图28中，作为一例，示出3个温度传感器257a～257c与3个喷嘴部258a～258c，但实际上，温度传感器257a～257c及喷嘴部258a～258c较理想为如3列3行等般配置成数组状。

于该情形时，温度传感器257a～257c等间隔地呈二维状配置于发热体14的背面。对发热体14规定有温度测定对象区域，检测与温度传感器257a～257c中的每一个对应的温度测定对象区域的各温度，所述温度测定对象区域针对温度传感器257a～257c中的每一个而设定，可由温度传感器检测温度。例如，温度传感器257a在发热体14的背面检测规定的1个温度测定对象区域的温度。于之后的说明中，于不区分温度传感器257a～257c的情形时，记载为温度传感器257。

多个喷嘴部258a～258c针对每一个温度测定对象区域而配置。于之后的说明中，于不区分喷嘴部258a～258c的情形时，记载为喷嘴部258。

温度传感器257与控制部18电性连接，将与温度测定对象区域的温度对应的信号输出至控制部18。喷嘴部258安装于安装板259，该安装板259设置在密闭容器15的导入口23。喷嘴部258经由导入口23与导入管线29连接，向发热体14的正面喷射氢系气体。

高炉用氢加热装置256进而具备控制部18、气体导入用分支管208、及多个流量调整阀237。气体导入用分支管208一端与导入管线29连接，另一端分支且与多个喷嘴部258连接。气体导入用分支管208与多个喷嘴部258装卸自如。多个流量调整阀237设置于气体导入用分支管208。高炉用氢加热装置256通过针对1个喷嘴部258具备1个流量调整阀237，而能够针对每一个喷嘴部258控制氢系气体的流量。

控制部18进行基于多个温度传感器257检测出的温度而变更使氢系气体喷射的喷嘴部258的变更控制。以下，对变更控制进行说明。

若高炉用氢加热装置256开始工作，则控制部18将对加热器(未图示)的输入电力与所有流量调整阀237的开度设为预先规定的初始设定值。借此，发热体14的温度上升至适合于发热的温度。于初始设定值下，自所有喷嘴部258喷射氢系气体。再者，加热器(未图示)例如如所述实施方式的高炉用氢加热装置11般设置于密闭容器15的外周。

控制部18获取各温度传感器257检测出的温度，并将所获取的各温度与基准温度分别进行比较。基准温度例如是能够推定于温度测定对象区域中未产生过剩热的温度。基准温度针对每一个温度测定对象区域预先记忆于控制部18。

控制部18当自温度传感器257获取的温度为基准温度以下的情形时，判定为于温度已被获取的温度测定对象区域中未产生过剩热。控制部18将对加热器(未图示)的输入电力、及与判定为未产生过剩热的温度测定对象区域对应的流量调整阀237的开度维持为初始设定值。借此，可促进发热体14中未产生过剩热的温度测定对象区域中的过剩热的产生。

另一方面，控制部18当自温度传感器257获取的温度超过基准温度的情形时，判定为于温度已被获取的温度测定对象区域中产生过剩热。控制部18通过使与判定为产生过剩热的温度测定对象区域对应的流量调整阀237的开度增大，而使自喷嘴部258向温度测定对象区域喷射的氢系气体的流量增大。通过产生过剩热而上升的温度测定对象区域的温度通过氢系气体的流量增大而恢复为适合于发热的温度。借此，可针对产生过剩热的温度测定对象区域使过剩热的输出增大。

高炉用氢加热装置256通过针对多个温度测定对象区域中的每一个进行变更控制，根据随时间经过而变化的发热体14的发热状况变更喷射氢系气体的喷嘴部258，因此，可实现发热体14的过剩热的输出的稳定化。

再者，高炉用氢加热装置256亦可对未产生过剩热的温度测定对象区域与产生过剩热的温度测定对象区域中未产生过剩热的温度测定对象区域进行发热控制。借此，可增加产生过剩热的温度测定对象区域的数量，因此，可使整个发热体14及整个装置的过剩热的输出增大。

高炉用氢加热装置256亦可具备多个发热体14。通过对每一个发热体14进行变更控制，而能够使整个装置的过剩热的输出进一步增大。

[实验]

将所述第6变化例的高炉用氢加热装置121(参照图17)的结构变更一部分而准备实验用的高炉用氢加热装置。使用实验用的高炉用氢加热装置进行评价包含1个积层体的发热体的过剩热的实验。首先，对实验用的高炉用氢加热装置进行说明，然后，对实验方法及实验结果进行说明。

于所述第6变化例的高炉用氢加热装置121中，于安装管125的外周卷绕有作为加热器16b的电热线，但于实验用的高炉用氢加热装置中，以覆盖密闭容器的外周的方式配置电炉。并且，于实验用的高炉用氢加热装置中，使用包含于支持体的两面设置有多层膜的1个积层体的发热体。

对实验用的高炉用氢加热装置具体地进行说明。实验用的高炉用氢加热装置具备：发热体，其通过氢的吸藏与释出而产生热，且包含1个积层体；密闭容器，其具有由发热体分隔出的第1室及第2室；及温度调节部，其调节发热体的温度。

对发热体进行说明。发热体仅设置有1个积层体，该积层体于板状支持体的两面设置有多层膜。制作积层体的多层膜的结构不同的2种发热体，并设为实验例26及实验例27。作为支持体，使用包含Ni且直径20mm、厚度0.1mm的基板。关于支持体，准备于真空中以900°进行72小时的真空退火之后利用浓硝酸对两面进行蚀刻而得到。

使用离子束溅镀装置，于支持体的两面形成多层膜。实验例26的多层膜具有包含Cu的第1层及包含Ni的第2层。实验例26的第1层与第2层的积层结构的数量(多层膜中的积层数)设为6。实验例27的多层膜具有包含Cu的第1层、包含Ni的第2层及包含CaO的第3层。实验例27的第1层、第2层及第3层的积层结构的数量(多层膜中的积层数)设为6。

对密闭容器进行说明。密闭容器包括石英玻璃管、用以对石英玻璃管的内部进行真空排气的真空配管、用以于石英玻璃管的内部设置发热体的安装管等。石英玻璃管的前端封闭，且基端开口。

真空配管与石英玻璃管的基端连接。于真空配管连接有用以将石英玻璃管的内部的气体回收的回收管线。此处，设为通过回收管线回收自密闭容器导出的氢系气体并再次送回至密闭容器内的结构，以确认是否自发热体产生过剩热。于回收管线设置有具有涡轮分子泵及干式泵的真空排气部、检测石英玻璃管内部的压力的压力传感器、及用以测定氢透过发热体的透过量(氢透过量)的真空计。再者，真空排气部与安装管不连接。因此，安装管的内部未进行真空排气。

安装管通过真空配管插入至石英玻璃管的内部，一端配置于真空配管的外部(石英玻璃管的外部)，另一端配置于石英玻璃管的内部。安装管由SUS形成。

于安装管的一端连接有用以将氢系气体导入至该安装管的内部的导入管线。于导入管线设置有贮存氢系气体的储氢罐、检测安装管内部的压力的压力传感器、用以进行对安装管的氢系气体的供给及停止的氢供给阀、及用以调整压力的调节阀。

于安装管的另一端设置有使发热体能够装卸的VCR(Vacuum Coupling RadiusSeal，真空连接径向密封)接头。VCR接头在配置发热体的位置具有贯通该VCR接头的内周面与外周面的2个漏孔。发热体以由2片SUS制垫片夹住的状态配置于VCR接头的内部。

于密闭容器中，由发热体分隔出安装管的内部空间与石英玻璃管的内部空间。安装管的内部空间通过氢系气体的导入而升压。石英玻璃管的内部空间通过气体的真空排气而减压。借此，安装管的内部空间的氢的压力高于石英玻璃管的内部空间的氢的压力。安装管的内部空间作为第1室发挥功能，石英玻璃管的内部空间作为第2室发挥功能。

通过发热体的两侧产生压力差，而氢自作为高压侧的安装管的内部空间向作为低压侧的石英玻璃管的内部空间透过。如上所述，发热体在使氢透过的过程中，通过自配置于高压侧的一面(正面)吸藏氢而发热，通过自配置于低压侧的另一面(背面)释出氢而产生过剩热。

对温度调节部进行说明。温度调节部具有检测发热体的温度的温度传感器、加热发热体的加热器、及基于温度传感器检测出的温度进行加热器的输出的控制的输出控制部。使用热电偶(K型护套热电偶)作为温度传感器。于实验中准备2个热电偶(第1热电偶及第2热电偶)，并分别插入至VCR接头的2个漏孔。使2个热电偶接触发热体，进行发热体的温度的测定。使用电炉作为加热器。电炉以覆盖石英玻璃管的外周的方式配置。于电炉设置有控制用热电偶。输出控制部与控制用热电偶及电炉电性连接，基于利用控制用热电偶检测出的温度以规定的电压驱动电炉。电炉由100V的交流电源驱动。使用电力计进行对电炉的输入电力的测定。

接下来，对实验方法及实验结果进行说明。将发热体夹于2片SUS制垫片间，使用VCR接头固定于安装管的另一端，并配置于石英玻璃管的内部。开始实验之前，以300℃进行发热体的烘烤3天。

实验于所述烘烤后开始。打开氢供给阀而向安装管供给氢系气体，并使用调节阀将第1室(安装管的内部空间)的压力(亦称为氢供给压力)调整为100kPa。进行石英玻璃管的真空排气，将第2室(石英玻璃管的内部空间)的压力调整为1×10^-4[Pa]。驱动电炉，以规定的设定温度进行发热体的加热。设定温度每隔大约半天进行变更，在300℃至900℃的范围内阶段性地上升。

于实验例26及实验例27的实验之前进行参照实验。于参照实验中，制作仅支持体(直径20mm、厚度0.1mm的Ni基板)的参照实验用样品，并使用该参照实验用样品。参照实验改变参照实验用样品而实施2次。

图29是表示参照实验中的氢透过量、氢供给压力及样品温度的关系的曲线图。于图29中，横轴表示时间(h)，左侧的第1纵轴表示氢透过量(SCCM)，右侧的第2纵轴表示氢供给压力(kPa)、第1样品温度(℃)、第2样品温度(℃)。氢透过量根据已完成流量校正的真空计的值而计算。第1样品温度是第1热电偶的检测温度，第2样品温度是第2热电偶的检测温度。根据图29可确认，第1样品温度与第2样品温度大致一致，能够正确地测定参照实验用样品的温度。并且，亦可确认到氢透过量根据参照实验用样品的温度上升而增加。再者，图29是第1次参照实验的结果。第2次参照实验的结果由于与第1次参照实验的结果大致相同，故省略说明。

图30是表示参照实验中的样品温度与输入电力的关系的曲线图。于图30中，横轴表示样品温度(℃)，纵轴表示输入电力(W)。输入电力是对电炉的输入电力。通过交流电源的接通/断开控制而电力计的测定值大幅度变动，因此，对每一设定温度累计测定值，并根据其斜率计算出输入电力。输入电力的计算在当设定温度变更后，对经过充分的时间后电力计的测定值稳定的区域进行。对所述区域中的每一个求出第1热电偶的检测温度的平均值与第2热电偶的检测温度的平均值，将该等2个平均值的平均设为样品温度。图30是对2次参照实验的结果进行绘图而得到，使用最小平方法制作的校准曲线。于图30中，Y表示表现校准曲线的函数，M0表示常数项，M1表示1次的系数，M2表示2次的系数，R表示相关系数。以该参照实验的结果为基准，进行实验例26及实验例27的过剩热的评价。

图31是表示实验例26中的发热体温度与过剩热的关系的曲线图。于图31中，横轴表示发热体温度(℃)，纵轴表示过剩热(W)。利用与参照实验的样品温度的计算方法相同的方法求出第1热电偶的检测温度的平均值与第2热电偶的检测温度的平均值，将该等2个平均值的平均设为发热体温度。对过剩热的求法进行说明。首先，测定特定的输入电力下的发热体温度(称为测定温度)。其次，使用图30所示的校准曲线，求出与测定温度对应的参照实验的输入电力(称为换算电力)。然后，求出换算电力与特定的输入电力的差量，将此设为过剩热的电力。再者，特定的输入电力的计算方法与参照实验中的输入电力的计算方法相同。于图31中，将过剩热的电力记述为“过剩热(W)”。根据图31可确认到在发热体温度处于300℃至900℃的范围内产生过剩热。可确认到过剩热在600℃以下时最大为2W左右，在700℃以上时增大，在800℃附近时成为约10W左右。

图32是表示实验例27中的发热体温度与过剩热的关系的曲线图。于图32中，横轴表示发热体温度(℃)，纵轴表示过剩热(W)。根据图32可确认到在发热体温度处于200℃至900℃的范围内产生过剩热。可确认到过剩热在200℃至600℃的范围内时最大为4W左右，在700℃以上时增大，在800℃附近时超过20W。

将实验例26与实验例27进行比较可知，有在600℃以下时实验例27的过剩热的产生量更多的倾向。可知实验例26与实验例27均有在700℃以上时过剩热增大的倾向。可知在700℃以上时，实验例27的过剩热增大至实验例26的过剩热的约2倍。

若求出实验例11(参照图12)、实验例26(参照图31)及实验例27(参照图32)的800℃附近的每单位面积的过剩热，则于实验例11中为约0.5W/cm²，于实验例26中为约5W/cm²，于实验例27中为约10W/cm²。根据该结果可知，相对于实验例11而言，实验例26产生约10倍的过剩热，实验例27产生约20倍的过剩热。

根据以上内容可知，即便为仅由1个积层体构成的发热体，亦产生过剩热，因此，能够通过该过剩热加热氢系气体。并且，可知积层体的积层数越多，发热体的厚度越厚，氢系气体透过发热体为止的距离越长，因此，加热的时间亦相应地变长，积层体的积层数越多，则透过发热体后的氢系气体的温度越高。因此，可知发热体通过调整积层体的积层数，能够调整被发热体加热的氢系气体的温度。

[第2实施方式]

第2实施方式构成为导入至第1室的气体中的氢的分压与导入至第2室的气体中的氢的分压不同，利用第1室与第2室的氢的压力差，使氢透过发热体。于第2实施方式中，“氢的压力”指“氢分压”。

如图33所示，高炉设备265具备高炉用氢加热装置266与高炉12。高炉用氢加热装置266具备：发热体268，其通过氢的吸藏与释出而产生热；密闭容器271，其具有由发热体268分隔出的第1室269及第2室270；及温度调节部272，其调节发热体268的温度。再者，作为将第1室269与第2室270分隔的构造，不限于仅由发热体268构成的情形，亦可为一部分为发热体268，且其他一部分为金属或氧化物等将氢遮蔽的壁构造。

发热体268形成为有底圆筒状。发热体268例如可设为与图14所示的发热体90相同的结构，积层有规定数量的积层体90a。即，发热体268将于形成为有底筒状的支持体的外表面设置有多层膜的积层体以规定数量积层，且自内侧朝向外侧交替地配置支持体及多层膜而成。再者，既可于支持体的内表面侧设置多层膜，且自内侧朝向外侧交替地配置多层膜及支持体，亦可于最内侧的支持体的内表面与外表面两者设置多层膜。并且，于本实施方式中，示出了积层体90a积层有多个的结构，但亦可为具有1个积层体90a的结构。

支持体不限于有底圆筒状，亦可设为有底棱筒状或平板状等。支持体较佳为使氢透过且具有耐热性及耐压性的材料，例如可由与支持体61相同的材料形成。多层膜例如可设为与多层膜62相同的结构。于该例中，发热体268的数量为1个，但亦可设为2个以上。

密闭容器271是中空容器，于内部收纳发热体268。密闭容器271较佳为由具有耐热性及耐压性的材料形成。作为密闭容器271的材料，例如可使用金属或陶瓷等。作为金属，可列举Ni、Cu、Ti、碳钢、沃斯田铁系不锈钢、耐热性非铁合金钢、陶瓷等。作为陶瓷，可列举Al₂O₃、SiO₂、SiC、ZnO₂等。理想的是利用隔热材覆盖密闭容器271的外周。于该例中，收纳发热体268的密闭容器271的数量为1个，但亦可设为2个以上。

第1室269由发热体268的内表面形成。第1室269具有与氢导入管线273连接的导入口274。于氢导入管线273设置有贮存氢系气体的氢罐275。对第1室269经由导入口274导入沿氢导入管线273流通的氢系气体。

第2室270由发热体268的外表面与密闭容器271的内表面形成。第2室270具有与氢罐280连接的导入口277、及与导出管线276连接的导出口278。自导入口277，通过循环鼓风机279将氢罐280的氢系气体导入至第2室270(密闭容器271)。导出管线276连接于高炉12。

导入至第1室269的氢系气体的氢分压与导入至第2室270的氢系气体的氢分压由未图示的氢传感器测定。第1室269的氢分压理想的是设为第2室270的氢分压的例如10～10000倍。作为一例，将第1室269的氢分压设为10kPa～1MPa，将第2室270的氢分压设为1Pa～10kPa。借此，第1室269的氢透过发热体268并移动至第2室270。发热体268通过氢透过而产生过剩热。通过热介质流通至第2室270，能够使发热体268的过剩热传递至热介质，且能够使第2室270的氢分压低于第1室269的氢分压。

高炉用氢加热装置266构成为具有未图示的控制部，通过该控制部控制第1室269的氢分压与第2室270的氢分压。例如，通过使第1室269的氢分压上升而增大第1室269与第2室270的氢分压的差，能够使氢透过量增加而促进发热体268产生过剩热。并且，通过使第1室269的氢分压降低而减小第1室269与第2室270的氢分压的差，能够使氢透过量减少而抑制发热体268产生过剩热。亦可使第2室270的氢分压降低或上升来代替使第1室269的氢分压变化，借此，促进或抑制发热体268产生过剩热。亦可使第1室269的氢分压与第2室270的氢分压该两者变化。再者，亦可通过使导入口277处的氢系气体的流量或温度变化而调整发热体268的过剩热的产生。

温度调节部272具有：温度传感器281，其检测发热体268的温度；加热器282，其加热发热体268；及输出控制部283，其基于温度传感器281检测出的温度而进行加热器282的输出的控制。于图33中，温度传感器281设置于发热体268的外表面，但亦可检测能够推定发热体268的温度的部分的温度。加热器282在高炉用氢加热装置266开始工作时或发热体268的温度降低时工作。加热器282将来自氢罐280的氢系气体加热，并将经加热的氢系气体导入至第2室270，加热发热体268。

高炉用氢加热装置266能够自发热体268产生过剩热，并将被该发热体268加热的氢系气体经由导出管线276输送至高炉12，而于高炉12中用作还原气体。

如上所述，高炉用氢加热装置266设为使氢系气体的温度升温至规定温度的结构，除此以外，构成为利用第1室内269与第2室内270的氢分压的差而使氢透过发热体268。因此，于高炉用氢加热装置266中，除了发挥与所述实施方式相同的效果以外，例如无须将第2室内270设为真空状态等而于第1室内269与第2室内270之间产生能够利用压力传感器获得的表观的压力差。因此，高炉用氢加热装置266产生变形或破损的危险性得到降低。

本实施方式的高炉用氢加热装置266能够于不消耗大量能量的情况下加热氢系气体，因此，相应地，能够抑制CO₂的产生量。因此，高炉用氢加热装置当高炉操作时，通过在高炉中使用以此方式加热后的氢系气体作为还原气体，即便于高炉中使用氢系气体作为还原气体，亦能够抑制CO₂的产生量。

[第3实施方式]

于所述的第1实施方式及第2实施方式中，对如下高炉用氢加热装置进行了说明，该高炉用氢加热装置构成为于密闭容器的内部设置第1室与第2室，使氢系气体自第1室经由发热体朝向第2室流通，而氢系气体透过发热体，利用发热体中产生的过剩热加热氢系气体，但本发明并不限于此。例如，亦可如图34所示，为高炉用氢加热装置301，该高炉用氢加热装置301构成为于密闭容器302的内部不设置第1室及第2室，而在设置于密闭容器302的内部的发热体14中产生过剩热，通过调整设置于该发热体的积层体的积层数而调整氢系气体的温度。

图34是表示第3实施方式的高炉用氢加热装置301的示意图。于该情形时，高炉设备300具备高炉用氢加热装置301与高炉12。高炉用氢加热装置301具备：密闭容器302，其被导入氢系气体；发热构造体303，其设置于密闭容器302的内部；及温度调节部320，其调节发热构造体303的发热体14的温度。高炉用氢加热装置301与所述第1实施方式同样地，在将氢系气体导入至密闭容器302之后，在发热构造体303中利用温度调节部320将发热体14加热，借此，于该发热体14中产生过剩热。再者，发热体14的结构由于与所述第1实施方式相同，故此处省略其说明，以避免重复说明。

密闭容器302例如由不锈钢(SUS306或SUS316)等形成。302a是由科伐玻璃等(Kovar Glass)透明构件形成的窗部，能够维持密闭容器302内的密封状态，并且作业人员能够直接目视确认密闭容器302内的情况。于密闭容器302设置有导入管线316，自该导入管线316经由调整阀317a、317b将氢系气体导入至密闭容器302的内部。其后，密闭容器302通过调整阀317a、317b而停止自导入管线316导入氢系气体，于密闭容器302的内部贮存固定量的氢系气体。再者，319是干式泵，可视需要经由导出管线318及调整阀317c将密闭容器302内的气体向密闭容器302外导出，进行真空排气或压力调整等。

温度调节部320调节发热体14的温度，并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1000℃以下的范围内。温度调节部320具有温度传感器311a、311b、312a、312b、312c、及加热发热体14的加热器(未图示)。

于本实施方式的情形时，温度传感器311a、311b沿着密闭容器302的内壁设置，测定该内壁的温度。其他温度传感器312a～312c设置于发热构造体303中保持发热体14的保持器304，测定该保持器304中的温度。再者，温度传感器312a～312c的长度各不相同，例如对保持器304中靠近发热体14的下层、远离发热体14的上层、位于下层与上层中间的中层的各部位温度进行测定。

温度传感器311a、311b、312a、312b、312c与未图示的控制部18电性连接，将与检测出的温度对应的信号输出至控制部。

加热发热体14的加热器例如是电阻发热式的电热线，卷绕于密闭容器302的外周，或者设置于保持器304。加热器与电源313电性连接，通过自电源313被输入电力而发热。再者，加热器亦可为以覆盖密闭容器302的外周的方式配置的电炉。并且，除此以外，亦可于导入管线316设置加热器，通过利用该加热器将沿导入管线316流通的氢系气体加热而加热发热体14。

于本实施方式中，例如，于保持器304设置有加热器，该加热器与电源313利用配线310a、310b连接。314是设置于配线310a、310b的电流电压计，能够测定于将加热器加热时对该加热器施加的输入电流、输入电力。

接下来，对发热构造体303进行说明。如图35所示，发热构造体303具有包括一对保持器半体304a、304b的保持器304，且具有由支持体61及多层膜62形成的多个积层体14a积层所得的发热体14被保持器半体304a、304b夹住的结构。再者，加热器虽未图示，但例如是板状的陶瓷加热器等，设置于保持器304的规定位置。再者，亦可设为加热器与发热体14一起被保持器半体304a、304b夹住的结构。

构成保持器304的一保持器半体304a由陶瓷形成为长方形，且于规定位置形成有开口部309a。于一保持器半体304a，在开口部309a配置发热体14，并使该发热体14自该开口部309a的区域露出。另一保持器半体304b与一保持器半体304a同样地，由陶瓷形成为长方形。另一保持器半体304b中与一保持器半体304a重叠而一体化时和一保持器半体304a的开口部309a重叠的位置处设置有开口部309b。

于另一保持器半体304b中与一保持器半体304a抵接的抵接面309d的开口部309b周缘设置有台阶部309c。发热体14嵌入并定位于台阶部309c。借此，另一保持器半体304b通过发热体14嵌入至台阶部309c而于开口部309b配置发热体14，且该发热体14自该开口部309b的区域露出。嵌入至台阶部309c的发热体14当使保持器半体304a、304b彼此重合时，受一保持器半体304a中的开口部309a周缘的抵接面限制而收纳于该台阶部309c内，从而内置于保持器304。

以上，第3实施方式的高炉用氢加热装置301亦与所述第1实施方式同样地，于发热体14中吸藏氢并且释出氢，通过利用发热体14吸藏氢而发热，并且，亦通过释出氢而发热，从而产生过剩热。氢系气体于发热体14中被发热体14中所产生的过剩热加热。发热体14的厚度越厚，氢系气体越容易被发热体14中产生的过剩热加热，从而使氢系气体的温度变得越高。

因此，该高炉用氢加热装置301亦与所述第1实施方式同样地，能够获得规定温度的氢系气体。因此，于高炉用氢加热装置301中，使用通过氢的吸藏与释出而产生热的发热体加热氢系气体，故能够将利用价格低廉、清洁且安全的热能来源加热后的氢系气体作为还原气体供给至高炉12。

于本实施方式中，示出了积层体14a积层有多个的结构，但亦可为具有1个积层体14a的结构。

本实施方式的高炉用氢加热装置能够于不消耗大量能量的情况下加热氢系气体，因此，相应地，能够抑制CO₂的产生量。因此，高炉用氢加热装置于高炉操作时，通过在高炉中使用以此方式加热后的氢系气体作为还原气体，即便于高炉中使用氢系气体作为还原气体，亦能够抑制CO₂的产生量。

再者，发热体并不限于形成为板状、筒状。例如，发热体的各积层体亦可将由氢吸藏金属或氢吸藏合金形成的粉体收纳于由使氢透过的材料(例如，多孔质体、氢透过膜及质子导电体)形成的容器。

高炉用氢加热装置并不限定于所述各实施方式及所述各变化例中的说明，亦可通过将所述各实施方式及所述各变化例的高炉用氢加热装置适当组合而构成。并且，例如，于导入管线29设置泵33而将密闭容器15内设为规定压力，将氢系气体输送至高炉12，但本发明并不限于此，亦可于导出管线30设置泵33而将密闭容器15内设为规定压力，将氢系气体输送至高炉12。

并且，于所述实施方式中，对如下情况进行了说明，即，作为具有积层体的发热体，应用了使支持体与多层膜积层所得的多个积层体重合而积层有多个积层体的发热体，但本发明并不限于此。于所有实施方式中，例如，亦可使用包括1个积层体(支持体与多层膜各为1层)的发热体等，使用具有1个以上的积层体的发热体。

附图标记说明

11、96、121、146、156、166、191、256、266、301：高炉用氢加热装置

12：高炉

14、19、74、75、80、90、98、160、268：发热体

15、123、173、193、271、302：密闭容器

16：温度调节部

21、126、184、194、269：第1室

22、127、185、195、270：第2室

61、91、91a：支持体

62、92：多层膜

71：第1层

72：第2层

77：第3层

82：第4层

Claims (22)

1.一种高炉用氢加热装置，其特征在于，其加热包含氢的氢系气体并供给至高炉，且具备：

密闭容器，其被导入所述氢系气体；

发热体，其设置于所述密闭容器的内部，通过吸藏与释出所述氢而产生热；及

温度调节部，其调节所述发热体的温度；

所述发热体具有由支持体与多层膜形成的1个以上的积层体，所述支持体由多孔质体、氢透过膜及质子导电体中的至少任一者形成，所述多层膜由所述支持体支持；

所述多层膜具有：第1层，其由氢吸藏金属或氢吸藏合金形成，且厚度未达1000nm；及第2层，其由与所述第1层不同的氢吸藏金属、氢吸藏合金或陶瓷形成，且厚度未达1000nm；

通过所述发热体的加热而将所述氢系气体加热至规定温度。

2.如权利要求1所述的高炉用氢加热装置，其特征在于，

所述积层体积层有多个。

3.如权利要求1或2所述的高炉用氢加热装置，其特征在于，

所述密闭容器由所述发热体分隔成第1室及第2室，

所述第1室与所述第2室的所述氢的压力不同，利用所述第1室与所述第2室的所述氢的压力差而使所述氢透过所述发热体。

4.如权利要求3所述的高炉用氢加热装置，其特征在于，

所述发热体形成为有底筒状，

所述第1室由所述发热体的内表面形成，

所述第2室由所述发热体的外表面与所述密闭容器的内表面形成。

5.如权利要求3或4所述的高炉用氢加热装置，其特征在于，

所述第1室具有供导入所述氢系气体的导入口，

所述第2室具有供导出所述氢系气体的导出口，

所述第1室的所述氢的压力高于所述第2室的所述氢的压力。

6.如权利要求5所述的高炉用氢加热装置，其特征在于，其具备非透过气体回收管线，

所述非透过气体回收管线连接所述第1室与氢罐，将自所述导入口导入至所述第1室的所述氢系气体中未透过所述发热体的非透过气体回收并送回至所述氢罐。

7.如权利要求6所述的高炉用氢加热装置，其特征在于，

所述非透过气体回收管线具有非透过气体流量控制部，该非透过气体流量控制部基于设置于所述温度调节部的温度传感器检测出的所述发热体的温度，进行所述非透过气体的流量的控制。

8.如权利要求5至7中任一项所述的高炉用氢加热装置，其特征在于，其具备喷嘴部，

所述喷嘴部设置于所述导入口与所述发热体之间，所述喷嘴部将自所述导入口导出至所述密闭容器的内部的所述氢系气体向所述发热体喷射。

9.如权利要求8所述的高炉用氢加热装置，其特征在于，

所述发热体形成为有底筒状，

所述喷嘴部具有沿所述发热体的轴向排列的多个喷射口，所述喷嘴部将所述氢系气体自所述多个喷射口喷射至所述发热体的内表面整个区域。

10.如权利要求8所述的高炉用氢加热装置，其特征在于，

所述发热体形成为板状，

所述喷嘴部将所述氢系气体喷射至所述发热体的一面的整个区域。

11.如权利要求6或7所述的高炉用氢加热装置，其特征在于，

所述发热体形成为两端开口的筒状，一端与所述导入口连接，另一端与所述非透过气体回收管线连接。

12.如权利要求1至11中任一项所述的高炉用氢加热装置，其特征在于，其具有导入管线，

所述导入管线将贮存于氢罐的所述氢系气体导入至所述密闭容器，

所述温度调节部通过设置于所述导入管线的加热器，将流通于所述导入管线中的所述氢系气体加热，借此加热所述发热体。

13.如权利要求3所述的高炉用氢加热装置，其特征在于，其具备：

第1氢吸藏释出部，其设置于所述第1室，由氢吸藏金属或氢吸藏合金形成，进行所述氢的吸藏及释出；

第2氢吸藏释出部，其设置于所述第2室，由氢吸藏金属或氢吸藏合金形成且进行所述氢的吸藏及释出；及

氢压力控制部，其进行切换第1模式与第2模式的控制，所述第1模式使所述第1室的所述氢的压力高于所述第2室的所述氢的压力，所述第2模式使所述第2室的所述氢的压力高于所述第1室的所述氢的压力。

14.如权利要求13所述的高炉用氢加热装置，其特征在于，

所述氢压力控制部

于所述第1模式下，加热所述第1氢吸藏释出部，且将所述第2氢吸藏释出部冷却，

于所述第2模式下，加热所述第2氢吸藏释出部，且将所述第1氢吸藏释出部冷却。

15.如权利要求3所述的高炉用氢加热装置，其特征在于，

所述密闭容器收纳多个所述发热体，

多个所述发热体形成为板状，且以面彼此相向的方式相互设置间隙而排列，

所述第1室及所述第2室在所述密闭容器的内部设置有多个，且于多个所述发热体的排列方向上交替地配置。

16.如权利要求1至15中任一项所述的高炉用氢加热装置，其特征在于，

所述第1层由Ni、Pd、Cu、Mn、Cr、Fe、Mg、Co、及其合金中的任一者形成，

所述第2层由Ni、Pd、Cu、Mn、Cr、Fe、Mg、Co、及其合金、SiC中的任一者形成。

17.如权利要求1至16中任一项所述的高炉用氢加热装置，其特征在于，

所述多层膜除了具有所述第1层及所述第2层以外，还具有第3层，所述第3层由与所述第1层及所述第2层不同的氢吸藏金属、氢吸藏合金或陶瓷形成，且厚度未达1000nm。

18.如权利要求17所述的高炉用氢加热装置，其特征在于，

所述第3层由CaO、Y₂O₃、TiC、LaB₆、SrO、BaO中的任一者形成。

19.如权利要求17或18所述的高炉用氢加热装置，其特征在于，

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，还具有第4层，所述第4层由与所述第1层、所述第2层及所述第3层不同的氢吸藏金属或氢吸藏合金形成，且厚度未达1000nm。

20.如权利要求19所述的高炉用氢加热装置，其特征在于，

所述第4层由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。

21.一种高炉用氢加热方法，其特征在于，其加热包含氢的氢系气体并供给至高炉，且包含：

导入步骤，其将所述氢系气体导入至密闭容器；

温度调节步骤，其通过温度调节部调节设置于所述密闭容器的内部的发热体的温度；及

热产生步骤，其通过吸藏与释出所述发热体中的所述氢而自所述发热体产生热；

所述发热体具有由支持体与多层膜形成的1个以上的积层体，所述支持体由多孔质体、氢透过膜及质子导电体中的至少任一者形成，所述多层膜由所述支持体支持；

所述多层膜具有：第1层，其由氢吸藏金属或氢吸藏合金形成，且厚度未达1000nm；及第2层，其由与所述第1层不同的氢吸藏金属、氢吸藏合金或陶瓷形成，且厚度未达1000nm；

通过所述发热体的加热而将所述氢系气体加热至规定温度。

22.一种高炉操作方法，其特征在于，其包含自高炉的风口将氢系气体作为还原气体吹入至所述高炉的内部的步骤，

所述氢系气体是利用如权利要求1至20中任一项所述的高炉用氢加热装置加热后的氢系气体。