JP6066143B1 - 発熱システム - Google Patents

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Abstract

【課題】水素吸蔵金属または水素吸蔵合金を利用して熱を発する発熱体セルを用いて安定して熱を得ることができる発熱システムを提案する。【解決手段】本発明の発熱システム1では、複数の発熱体セル16のうち、発熱反応によって過剰熱を発している発熱体セル16の発熱反応箇所を増やすような過剰熱出力制御を行うことで、仮に発熱反応が不十分で過剰熱を発していない発熱体セル16が他にあっても、その分の熱の出力回収を、発熱反応が確実に起こっている他の発熱体セル16で補うことができるので、水素吸蔵金属または水素吸蔵合金を利用して熱を発する発熱体セル16を用いて安定して熱を得ることができる。【選択図】図1

Description

本発明は、発熱システムに関する。
近年、パラジウム(Pd)で作製した発熱体を容器内部に設け、この容器内部に重水素ガスを供給しつつ、容器内部を加熱することによって発熱反応が生じたとの発表がなされている(例えば、非特許文献1および非特許文献2参照)。
このようなパラジウム(Pd)等の水素吸蔵金属、または、パラジウム合金等の水素吸蔵合金を利用して過剰熱(入力エンタルピーより高い出力エンタルピー)を発生させる発熱現象のメカニズムの詳細については、各国の研究者の間で議論されている。例えば非特許文献3〜6においても発熱現象が発生したことが報告されており、現実に起こっている物理的現象であると言える。そして、このような発熱現象では、過剰熱を発することから、この発熱現象を制御することができれば、有効な熱源として利用することも可能である。
A. Kitamura,et.al "Anomalous effects in charging of Pd powders with high density hydrogen isotopes", Physics Letters A 373 (2009) 3109−3112 A. Kitamura, et.al "Brief summary of latest experimental results with a mass-flow calorimetry system for anomalous heat effect of nano-composite metals under D(H)-gas charging" CURRENT SCIENCE, VOL. 108, NO. 4, p.589−593,2015 Y. Iwamura, T. Itoh, N. Gotoh and I. Toyoda, Fusion Technology, Vol.33, p.476-492,1998. I. Dardik, et al., "Ultrasonically-excited electrolysis Experiments at Energetics Technologies", ICCF-14 International Conference on Condensed Matter Nuclear Science. 2008. Washington, DC. Y. ARATA and Yue-Chang ZHANG,"Anomalous Difference between Reaction Energies Generated within D2O-Cell and H2O-Cell", Jpn. J. Appl. Phys. Vol. 37 (1998) pp. L 1274−L 1276 F. Celani et. al., "Improved understanding of self-sustained, sub-micrometric multicomposition surface Constantan wires interacting with H2 at high temperatures: experimental evidence of Anomalous Heat Effects", Chemistry and Materials Research, Vol.3 No.12(2013)21
しかしながら、水素吸蔵金属または水素吸蔵合金を利用して熱を発する非特許文献1〜6に示す技術を用いた発熱体セルは、発熱現象の発生確率が低いときもあり、また、一度、過剰熱を発しても、何らかの原因で過剰熱が急激に低下してしまう現象も生じるときもあるため、必ずしも、予期した熱が安定して得られないという問題があった。
そこで、本発明は以上の点を考慮してなされたもので、前述のような不安定な、水素吸蔵金属または水素吸蔵合金を利用して熱を発する発熱体セルの場合、これを用いて安定して熱を得ることができる発熱システムを提案することを目的とする。
かかる課題を解決するため請求項1の発熱システムは、水素吸蔵金属または水素吸蔵合金を用い、発熱に寄与する水素系ガスが容器内部に供給されることで過剰熱を発する複数の発熱体セルと、各前記発熱体セルを加熱させるとともに、各前記発熱体セル内に前記水素系ガスを供給させる発熱制御を行い、前記発熱体セル毎に出力された過剰熱を出力回収器により回収させる統合制御部とを備え、前記統合制御部は、過剰熱を発していない前記発熱体セルでの発熱制御とは別に、過剰熱を発している別の前記発熱体セルに対して、該発熱体セルの温度調整を行うか、該発熱体セル内への前記水素系ガスの供給制御を行うか、または、該発熱体セル内の圧力制御を行うかのうち、少なくともいずれかを過剰熱出力制御として行うことで、該発熱体セルからの過剰熱の出力を増大および/または維持させることを特徴とする。
また、請求項2の発熱システムは、水素吸蔵金属または水素吸蔵合金を用い、発熱に寄与する水素系ガスが容器内部に供給されることで過剰熱を発する複数の発熱体セルと、各前記発熱体セルを加熱させるとともに、各前記発熱体セル内に前記水素系ガスを供給させる発熱制御を行い、前記発熱体セル毎に出力された過剰熱を出力回収器により回収させる統合制御部とを備え、前記統合制御部は、過剰熱を発している前記発熱体セルでの発熱制御とは別に、過剰熱を発していない別の前記発熱体セルに対して、該発熱体セルの温度調整を行うか、該発熱体セル内への前記水素系ガスの供給制御を行うか、または、該発熱体セル内の圧力制御を行うかのうち、少なくともいずれかを過剰熱出力制御として行うことで、該発熱体セルから過剰熱が出力されるように促すことを特徴とする。
また、請求項3の発熱システムは、水素吸蔵金属または水素吸蔵合金を用い、発熱に寄与する電解溶液が容器内部に供給されることで過剰熱を発する複数の発熱体セルと、各前記発熱体セルを加熱させるとともに、各前記発熱体セル内に前記電解溶液を供給させる発熱制御を行い、前記発熱体セル毎に出力された過剰熱を出力回収器により回収させる統合制御部とを備え、前記統合制御部は、過剰熱を発していない前記発熱体セルでの発熱制御とは別に、過剰熱を発している別の前記発熱体セルに対して、該発熱体セルの温度調整を行うか、該発熱体セル内への前記電解溶液の供給制御を行うか、または、該発熱体セル内の電解電圧・電流制御を行うかのうち、少なくともいずれかを過剰熱出力制御として行うことで、該発熱体セルからの過剰熱の出力を増大および/または維持させることを特徴とする。
また、請求項4の発熱システムは、水素吸蔵金属または水素吸蔵合金を用い、発熱に寄与する電解溶液が容器内部に供給されることで過剰熱を発する複数の発熱体セルと、各前記発熱体セルを加熱させるとともに、各前記発熱体セル内に前記電解溶液を供給させる発熱制御を行い、前記発熱体セル毎に出力された過剰熱を出力回収器により回収させる統合制御部とを備え、前記統合制御部は、過剰熱を発している前記発熱体セルでの発熱制御とは別に、過剰熱を発していない別の前記発熱体セルに対して、該発熱体セルの温度調整を行うか、該発熱体セル内への前記電解溶液の供給制御を行うか、または、該発熱体セル内の電解電圧・電流制御を行うかのうち、少なくともいずれかを過剰熱出力制御として行うことで、該発熱体セルから過剰熱が出力されるように促すことを特徴とする。
本発明の請求項1、3によれば、複数の発熱体セルのうち、発熱反応によって過剰熱を発している発熱体セルに対して、過剰熱の出力を増大および/または維持させる過剰熱出力制御を行うことで、仮に発熱反応が不十分で過剰熱を発していない発熱体セルが他にあっても、その分の熱の出力回収を、過剰熱を発している発熱体セルで補うことができるので、水素吸蔵金属または水素吸蔵合金を利用して熱を発する発熱体セルを用いて安定して熱を得ることができる。
また、本発明の請求項2、4によれば、複数の発熱体セルのうち、仮に発熱反応が不十分で過剰熱を発していない発熱体セルがあっても、過剰熱を発していない発熱体セルに対して、発熱反応を生じさせて過剰熱が出力されるように促す過剰熱出力制御を試みつつ、その分の熱の出力回収を、過剰熱を発している発熱体セルで補うことができるので、水素吸蔵金属または水素吸蔵合金を利用して熱を発する発熱体セルを用いて安定し熱を得ることができる。
本発明による発熱システムの全体構成を示す概略図である。 モジュール制御部の回路構成を示すブロック図である。 発熱体モジュールの構成を示す概略図である。 Pdにおける水素吸蔵量と温度と圧力との関係を示したグラフである。 5つの発熱体セルを設けたときの発熱システムが発する熱の出力結果を示すグラフである。 発熱体セル内に温度測定部を設けたときの構成を示す概略図である。 水素系発熱寄与流体として電解溶液を用いたときの発熱システムの全体構成を示す概略図である。 水素系発熱寄与流体として電解溶液を用いたときのモジュール制御部の回路構成を示すブロック図である。
以下図面に基づいて本発明の実施の形態を詳述する。
(1)本発明の発熱システムの全体構成
図1に示すように、本発明の発熱システム1は、図示しないCPU(Central Processing Unit)、RAM(Random Access Memory)およびROM(Read Only Memory)等からなるマイクロコンピュータ構成の統合制御部2を備えている。また、発熱システム1は、発熱体モジュール4a,4b,4c,4d,4eをそれぞれ制御するモジュール制御部3a,3b,3c,3d,3eと、発熱体セル16で発熱に寄与する水素系ガスを配管10を介して各発熱体モジュール4a,4b,4c,4d,4eに供給するガス供給器6と、各発熱体モジュール4a,4b,4c,4d,4eから水素系ガスを配管11を介して回収し、再びガス供給器6に送るガス回収器7と、発熱体モジュール4a,4b,4c,4d,4e毎に設けられた熱流体循環器17と、各発熱体モジュール4a,4b,4c,4d,4eから出力された熱を配管12a,12b,12c,12d,12eを介して回収する出力回収器9とに対して、統合制御部2が接続された構成を有する。
なお、この実施の形態の場合、複数の発熱体として、各発熱体モジュール4a,4b,4c,4d,4eにそれぞれ1つの発熱体16を設けて、5個の発熱体16を設けた場合について述べたが、本発明はこれに限らず、2個や、3個、10個等その他種々の個数の発熱体セルであってもよい。
統合制御部2は、発熱体モジュール4a,4b,4c,4d,4eに設けられたモジュール制御部3a,3b,3c,3d,3eと、ガス供給器6と、ガス回収器7と、熱流体循環器17と、出力回収器9とを統括的に制御し、発熱システム1全体で出力回収器9での熱の回収が最も高くなるように発熱システム1全体を動作させ得る。
ここで、各発熱体モジュール4a,4b,4c,4d,4eに設置された発熱体セル16は、Pd,Ni,Pt,Ti等の水素吸蔵金属、または、これら元素のうち少なくともいずれか1種を含有した水素吸蔵合金が容器内部に設けられており、水素系ガスが容器内部に供給されつつ、加熱されることで発熱反応が起こり、過剰熱が得られるものである。
具体的に発熱体セル16は、非特許文献1や、非特許文献2、非特許文献6、国際公開番号WO2015/008859に開示されている技術を用いた発熱体セルであり、内部構造の詳細構成については、これら非特許文献1,2,6や、国際公開番号WO2015/008859に開示されたもので、説明が重複するため、ここではその説明は省略する。
なお、この実施の形態においては、水素吸蔵金属または水素吸蔵合金を用い、発熱に寄与する水素系ガスが容器内部に供給されることで過剰熱を発する発熱体セルとして、非特許文献1,2,6や、国際公開番号WO2015/008859を発熱体セルとした場合について述べるが、本発明はこれに限らず、水素吸蔵金属または水素吸蔵合金を用い、発熱に寄与する水素系ガスが容器内部に供給されることで過剰熱を発するものであれば、その他種々の非特許文献や特許文献の構成を発熱体セルとしてもよい。
このような発熱体セル16は、各発熱体モジュール4a,4b,4c,4d,4eを介して発熱制御を行うことにより発熱体セル16内で過剰熱を発することを前提としているが、中には何らかの原因で発熱反応が不安定なときもあり、過剰熱を発しない発熱体セルも生じる恐れがある。
この際、過剰熱を発しない発熱体セルについては、最適な発熱制御を行っているにもかかわらず、発熱反応が起こっていないことから、その原因が不明なときもあり、その時点で水素系ガスの供給制御を変更する等を行っても、発熱反応が起こり難いときもある。
そこで、本発明による発熱システム1では、過剰熱を発していない発熱体セル16に対しては、そのまま発熱制御を持続させつつ、過剰熱を発している発熱体セル16に対して、発熱制御とは異なる発熱体セルの温度調整や、水素系ガスの供給制御、発熱体セル内の圧力制御を行う等の過剰熱出力制御を行い、発熱体セルからの過剰熱の出力を増大および/または維持させ、過剰熱を発していない発熱体セル16で得られたであろう熱を、過剰熱を発している発熱体セル16での発熱反応の活性化を図り補うようになされている。
なお、この実施の形態の場合、モジュール制御部3a,3b,3c,3d,3eと、発熱体モジュール4a,4b,4c,4d,4eとについては全て同じ構成を有していることから、ここでは、モジュール制御部3aと発熱体モジュール4aに着目して以下説明する。
また、発熱寄与流体としての水素系ガスは、重水ガス、重水素ガス、軽水素ガス、または軽水ガスであり、各発熱体モジュール4a,4b,4c,4d,4eに設置する発熱体セル16の種類に応じて適宜変更され得る。
ガス供給器6は、貯蔵タンク(図示せず)内の水素系ガスや、ガス回収器7から受け取った水素系ガスを、統合制御部2からの命令に従って各発熱体モジュール4a,4b,4c,4d,4eに供給し得る。発熱体モジュール4aは、モジュール制御部3aからの命令に従って周辺機器15により、発熱体セル16への水素系ガスの供給量の制御や、発熱体セル16内で水素系ガスを供給する供給位置(高さ位置)の選択、発熱体セル16内の圧力制御、発熱体セル16の加熱温度制御等を行い、発熱体セル16が過剰熱を発するように発熱制御を行い得る。
なお、この実施の形態の場合、モジュール制御部3aは、統合制御部2によって、他の発熱体モジュール4b,4c,4d,4eの発熱体セル16の発熱状態に合わせて決定された命令を受け取り、統合制御部2からの命令に従って、制御対象となる発熱体モジュール4aに対し所定の動作を実行させ得る。
発熱体モジュール4aに設けられた周辺機器15は、ガス供給器6から供給された水素系ガスを、モジュール制御部3aからの命令に従った供給手法によって発熱体セル16内へ供給する。また、周辺機器15は、発熱体セル16内で用いた水素系ガスを当該発熱体セル16内からガス回収器7に送り、発熱体セル16内で水素系ガスを循環させ得るようになされている。なお、周辺機器15は、例えば発熱体セル16内で生成された発生ガスの分析結果を得、これを分析データとして、対応するモジュール制御部3aに送出し得る。
さらに、周辺機器15は、水素系ガスを発熱体セル16内に供給する際、例えば水素系ガスを温度制御することにより発熱体セル16内を加熱し、発熱体セル16内の温度を調整して、発熱体セル16内で発熱反応を促すようになされている。
これに加えて、周辺機器15は、発熱体セル16の容器外壁から発する熱を、熱流体を介して回収するとともに、発熱体セル16内から排出された水素系ガスからも熱を回収し、熱を出力回収器に出力し得る。この際、周辺機器15は、発熱体セル16から得られた熱の出力を出力データとして、対応するモジュール制御部に送出する。これにより、モジュール制御部3aは、出力データに基づいて発熱体セル16でどの程度の熱が出力されているかを把握し、当該出力データを上層階の統合制御部2に送出し得る。統合制御部2は、各モジュール制御部から受け取った出力データを基に、各発熱体モジュールがどの程度の熱を出力しているかを認識し、各発熱体セル16の熱の出力状態に応じた制御命令を発熱システム1全体で実行し得る。
因みに、統合制御部2は、各発熱体セル16から熱を回収する出力回収器9からも、各発熱体セル16により発熱システム1全体で得られた熱を出力データとして受け取り、発熱システム1全体でどの程度の熱が出力されているかについても認識し得る。
ガス回収器7は、循環ポンプおよび不純物除去器(図示せず)が設けられており、循環ポンプにより各発熱体セル16から水素系ガスを回収し、各発熱体セル16で用いられたことにより発生した水素系ガス中の不純物を不純物除去器により除去した後、当該循環ポンプによりガス供給器6へと供給し得る。
発熱体モジュール4aには、熱流体循環器17が設けられており、当該熱流体循環器17によって、発熱体セル16で発する熱の出力回収に用いる熱流体を循環させる。熱流体循環器17は、対応するモジュール制御部3aからの命令に従って、発熱体セル16の容器外壁を循環する熱流体の流速を制御し、発熱体セル16での熱の出力状態に応じて発熱体セル16に対する熱流体の接触時間を調整し、熱流体による効率的な吸熱を行い得る。
(2)モジュール制御部の回路構成
次に、モジュール制御部3aの回路構成について説明する。図2に示すように、モジュール制御部3aは、CPU、RAMおよびROM等からなるマイクロコンピュータ構成の発熱体状態評価部21を備えており、ガス供給制御部22と、ガス温度制御部23と、温度分布解析部24と、発生ガス種特定部25と、出力解析部26と、熱媒流速・温度制御部27と、水素吸蔵量推定部28とが、発熱体状態評価部21に接続された構成を有する。
発熱体状態評価部21は、温度分布解析部24、発生ガス種特定部25、出力解析部26、熱媒流速・温度制御部27および水素吸蔵量推定部28により得られた解析結果を基に、発熱体モジュール4aに設置された発熱体セル16の熱の出力状態を評価し、この評価結果を統合制御部2に送る。
これにより、統合制御部2は、各モジュール制御部3a,3b,3c,3d,3eから受け取った評価結果を基に、各発熱体セル16が過剰熱を発している状態であるか否かを判断し、例えば過剰熱を発している発熱体セル16を有するモジュール制御部3aに対して発熱制御の命令を送り、一方、過剰熱を発していない発熱体セル16を有するモジュール制御部3bに対して過剰熱出力制御の命令を送る。
発熱体状態評価部21は、評価結果を基に統合制御部2が生成した発熱制御や過剰熱出力制御の命令を受け取り、当該制御命令に基づいてガス供給制御部22、ガス温度制御部23、および熱媒流速・温度制御部27を介して発熱体モジュール4aを制御し得る。
ここで、ガス供給制御部22は、発熱体状態評価部21から受け取った命令に基づいて、発熱体モジュール4a内の周辺機器15に設けたガス供給器(後述する)を動作させ、例えば発熱体セル16での水素系ガスの供給位置の変更や、発熱体セル16への水素系ガスの供給量の増減を行い得る。また、ガス温度制御部23は、発熱体状態評価部21から受け取った命令に基づいて、発熱体モジュール4a内の周辺機器15に設けたガス温度調整器(後述する)を動作させ、例えば水素系ガスの加熱温度を調整し、発熱体セル16内の温度調整を行い得る。
熱媒流速・温度制御部27は、発熱体状態評価部21から受け取った命令に基づいて、発熱体モジュール4a内の周辺機器15に設けた熱流体温度調整器(後述する)を動作させ、発熱体セル16の容器外壁を周回して熱を回収する熱流体の温度調整を行い、当該熱流体を介して発熱体セル16の温度調整を行い得る。また、熱媒流速・温度制御部27は、発熱体状態評価部21から受け取った命令に基づいて、発熱体モジュール4a内の周辺機器15に設けた熱流体循環器(後述する)を動作させ、発熱体セル16の容器外壁を周回する熱流体の流速の調整を行い得る。
温度分布解析部24は、発熱体セル16に設けられた熱電変換素子(後述する)から当該発熱体セル16の温度の測定結果を受け取ると、発熱体セル16のどの部位がどの程度の発熱温度であるかを推測し得る。また、温度分布解析部24は、熱電変化素子から受け取った温度測定結果から熱量の変化を算出し、発熱体セル16内に生じている熱流速を熱量の変化から推測し得る。温度分布解析部24は、発熱体セル16における温度分布の推測結果と、発熱体セル16内における熱流速の推測結果とを発熱体状態評価部21に送り、これら推定結果をガス供給制御部22、ガス温度制御部23、および熱媒流速・温度制御部27の制御に反映させ得る。
ここで、この実施の形態の場合、発熱体状態評価部21は、発熱反応が起こっていないと推定できる温度を下限温度として記憶し、一方、発熱反応が起こっていると推定できる温度を上限温度として記憶しており、温度分布解析部24から得られた温度に関する推測結果を、これら下限温度および上限温度に照らし合わせて発熱体セル16のどの部位で発熱反応が起こっているかを推定し得るようになされている。
発生ガス種特定部25は、発熱体モジュール4aのガス分析器(後述する)から受け取った分析結果から、発熱体セル16内で発生した発生ガスがどのような種類のものであるかを特定し、発熱反応により生じる特有の発生ガスの有無により発熱体セル16内で発熱反応が起こっているか否かを判断して、その判断結果を発熱体状態評価部21に送る。出力解析部26は、発熱体モジュール4a内の熱回収器(後述する)から熱の出力結果を受け取り、出力結果から発熱体セル16で発熱反応が行っているか否かを判断して、その判断結果を発熱体状態評価部21に送る。さらに、水素吸蔵量推定部28は、発熱体セル16内にある水素吸蔵金属または水素吸蔵合金の電気抵抗の測定結果を当該発熱体セル16から受け取ると、この測定結果を基に発熱体セル16内にある水素吸蔵金属または水素吸蔵合金の水素吸蔵量を判断し、この判断結果を発熱体状態評価部21に送る。
因みに、水素吸蔵量推定部28は、発熱体セル16内にある水素吸蔵金属または水素吸蔵合金の電気抵抗の値が予め設定した所定値以上のとき、水素吸蔵金属または水素吸蔵合金の水素吸蔵量が少なく、当該電気抵抗の値が所定値未満のとき、水素吸蔵金属または水素吸蔵合金の水素吸蔵量が多いと判断する。なお、発熱体セル16では、発熱反応が起こる状態として、水素吸蔵金属または水素吸蔵合金の水素吸蔵量が多いことが望ましい。
(3)発熱体モジュールの構成
次に、モジュール制御部3aにより制御される発熱体モジュールの構成について、以下説明する。この場合、図3に示すように、発熱体モジュール4aは、発熱体セル16と、周辺機器15とを備えており、モジュール制御部3aからの命令に従って周辺機器15が動作し、過剰熱を発していない発熱体セル16内に発熱反応を起こさせたり、または、発熱体セル16内で起こっている発熱反応をさらに促したりさせ得る。
この実施の形態の場合、発熱体セル16には、容器外壁に沿って温度測定部としての熱電変換素子37,38,39がアレイ状に配置されており、各熱電変換素子37,38,39が設けられた部位での発熱体セル16の温度を測定し得る。この場合、発熱体セル16は、当該発熱体セル16の上部位置で発熱体セル16の容器外壁を周回するように設けられた複数の熱電変換素子37と、当該発熱体セル16の中部位置で発熱体セル16の容器外壁を周回するように設けられた複数の熱電変換素子38と、当該発熱体セル16の下部位置で発熱体セル16の容器外壁を周回するように設けられた複数の熱電変換素子38とを備えており、発熱体セル16の異なる高さ部位での各温度が熱電変換素子37,38,39によって測定され得る。
熱電変換素子37,38,39は、発熱体セル16の温度の測定結果を、モジュール制御部3aの温度分布解析部24に送り、当該温度分布解析部24によって、発熱体セル16のどの部位でどの程度の温度となっているか温度分布を検知させ得る。
周辺機器15には、ガス供給器6に連通して発熱体セル16内に延びた上部供給ノズル35a、中部供給ノズル35bおよび下部供給ノズル35cが設けられており、これら上部供給ノズル35a、中部供給ノズル35bおよび下部供給ノズル35cにガス供給変更器31が設けられている。ガス供給変更器31は、モジュール制御部3aのガス供給制御部22からの命令に従って、発熱体セル16内への水素系ガスの供給位置を変更し得るようになされている。
実際上、ガス供給変更器31は、例えば上部供給ノズル35aに設けられたバルブ31aと、上部供給ノズル35aよりも長い中部供給ノズル35bに設けられたバルブ31bと、中部供給ノズル35bよりも長い下部供給ノズル35cに設けられたバルブ31cとを備えており、これらバルブ31a,31b,31cの開閉を制御することで、発熱体セル16での水素系ガスの供給位置を選択し得る。また、ガス供給変更器31は、バルブ31a,31b,31cの各開閉度を調整し得、発熱体セル16への水素系ガスの流速や供給量を制御し得る。
例えば、仮に発熱体セル16内に設けた水素吸蔵金属でなる発熱体がPdの場合であれば、ガス供給変更器31は、発熱反応を起こさせる発熱制御として、バルブ31bを開き、他のバルブ31a,31cを閉じて、発熱体セル16の内部中央位置に供給口がある中部供給ノズル35bから水素系ガスを供給する。その後、例えば、ガス供給変更器31は、発熱体セル16の上部位置が高温となり発熱反応が起こっている過剰熱発生部位が上部位置にあるとモジュール制御部3aが判断すると、ガス供給制御部22からの命令に従ってバルブ31bに加えバルブ31aも開き、他のバルブ31cを閉じたままとし、発熱反応が起こっていると推測される上部位置に最も近い位置に水素系ガスの供給口がある上部供給ノズル35aからも水素系ガスを供給する。
これにより、発熱体セル16では、発熱反応が起こっていると推測される上部位置に対してより多くの水素系ガスが供給され、発熱体セル16内の温度を最適温度に保つことにより、当該上部位置にある水素吸蔵金属または水素吸蔵合金の水素吸蔵量が多くなり発熱反応が促される。
一方、例えば、発熱体セル16の下部位置が高温となり発熱反応が起こっている過剰熱発生部位が下部位置にあるとモジュール制御部3aが判断した場合には、ガス供給制御部22からの命令に従ってバルブ31bに加えバルブ31cも開き、他のバルブ31aを閉じたままとし、発熱反応が起こっていると推測される下部位置に最も近い位置に水素系ガスの供給口がある下部供給ノズル35cからも水素系ガスを供給する。これにより、発熱体セル16では、発熱反応が起こっていると推測される下部位置に対してより多くの水素系ガスが供給され、当該下部位置にある水素吸蔵金属または水素吸蔵合金の水素吸蔵量が多くなり発熱反応が促される。
因みに、この実施の形態の場合においては、発熱体セル16内で発熱反応が起こっていると推測される過剰熱発生部位に供給口が近い上部供給ノズル35aまたは下部供給ノズル35cから水素系ガスを供給する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、発熱反応が起こっていると推測される発熱体セル16に対しては、上部供給ノズル35a、中部供給ノズル35b、および下部供給ノズル35cの全てから水素系ガスを供給するようにしてもよい。
このようなガス供給変更器31に加えて周辺機器15には、上部供給ノズル35a、中部供給ノズル35bおよび下部供給ノズル35cにガス温度調整器32が設けられている。ガス温度調整器32は、モジュール制御部3aのガス供給制御部22からの命令に従って、発熱体セル16内へ供給される水素系ガスを加熱し、発熱体セル16内の温度調整を行い得る。
実際上、ガス温度調整器32は、例えば上部供給ノズル35aに設けられた加熱器32aと、中部供給ノズル35bに設けられた加熱器32bと、下部供給ノズル35cに設けられた加熱器32cとを備えており、これら加熱器32a,32b,32cの加熱を制御することで、発熱体セル16へ供給される水素系ガスを所定温度で加熱し得る。
この場合、ガス温度調整器32は、上部供給ノズル35a、中部供給ノズル35bおよび下部供給ノズル35cのうち、発熱体セル16へ水素系ガスを供給するのに用いられている上部供給ノズル35aや、中部供給ノズル35b、下部供給ノズル35cに設けられた加熱器32a,32b,32cのみを動作させ、発熱体セル16に供給される水素系ガスを加熱し得る。
また、周辺機器15には、ガス回収器7と連通して発熱体セル16内から延びたガス回収ノズル41が設けられており、熱回収器40とガス分析器43がガス回収ノズル41に設けられている。ガス回収ノズル41は、発熱体セル16内の水素系ガスを当該発熱体セル16内から排出してガス回収器7に送出し得るようになされている。これにより発熱体セル16は、水素系ガスの吸引により容器内部の圧力が調整し得るようになされている。
熱回収器40は、過剰熱を発している発熱体セル16で加熱された水素系ガスを当該発熱体セル16内からガス回収器7へ排出する際に、その水素系ガスから熱を奪い、これにより水素系ガスから得られた熱を出力回収器9へ伝搬し得る。なお、熱回収器40は、水素系ガスから回収した熱がどの程度であるかを示す出力回収結果をモジュール制御部3aの出力解析部26に送る。また、ガス分析器43は、発熱体セル16内からガス回収器7へ排出する際に、当該水素系ガスの一部を一時的に収納し、水素系ガスに含まれる物質を分析して、その分析結果を発生ガス種特定部25へと送る。これにより発生ガス種特定部25は、ガス分析器43から受け取った分析結果から、予め保持したガス特徴データと照らし合わせて水素系ガスに含まれている物質を特定し得る。
なお、発熱体セル16には、容器外壁を周回するように筒状の循環経路部17aが設けられ、この循環経路部17a内を水等でなる熱流体が流れている。この熱流体は、熱流体循環器17により循環されており、発熱体セル16と接することで発熱体セル16から熱を奪い、熱を回収し得るようになされている。
周辺機器15には、このような熱流体を加熱する加熱器44と、熱流体から熱を奪い出力回収器9に熱を出力する熱回収器45とが設けられている。加熱器44は、発熱体セル16と熱流体が接する手間位置に設けられており、熱媒流速・温度制御部27からの命令に従って、発熱体セル16と熱流体が接する前に当該熱流体を加熱することで、発熱体セル16を加熱し得るようになされている。
熱回収器45は、発熱体セル16と熱流体が接し終わった位置に設けられており、過剰熱を発している発熱体セル16で加熱された熱流体から熱を奪い、これにより得られた熱を出力回収器9へ伝搬し得る。なお、熱回収器40は、熱流体によって回収された熱がどの程度であるかを示す出力回収結果をモジュール制御部3aの出力解析部26に送る。
この実施の形態の場合、発熱体セル16内に設けた水素吸蔵金属または水素吸蔵合金中の水素濃度が高い方が、発熱体セル16内で発熱反応が起こり易い傾向にあり、過剰熱を発する確率が高いと考えらえる。そこで、周辺機器15では、発熱体セル16内への水素系ガスの供給制御や、発熱体セル16内の温度制御、発熱体セル16内の圧力制御を行うことで、発熱体セル16内に設けた水素吸蔵金属または水素吸蔵合金中の水素濃度を上げ、発熱反応が起こっている発熱体セル16内でさらに一段と発熱反応を促し、発熱体セルからの過剰熱の出力増大や出力維持させ得るようになされている。
ここで、図4は、発熱体セル16内に設けられる水素吸蔵金属として用いることができるパラジウム(Pd)の水素濃度を示したグラフである。図4は、容器内部の圧力が0.5[atom]、1.0[atom]、1.5[atom]、2.0[atom]のときのPdの温度と水素濃度との関係を示す。例えば圧力が0.5[atom]で温度が130℃辺りにあるときに、Pdの水素濃度が0.5[H/Pd]辺りあったとき(図4中、P1で示す)、温度をそのままにして圧力を1.5[atom]に上げると、Pdの水素濃度が0.65[H/Pd]辺りにまで上昇し(図4中、P2で示す)、一方、圧力を0.5[atom]のままにして温度を90℃程度まで下げてもPdの水素濃度が0.65[H/Pd]辺りにまで上昇する(図4中、P3で示す)。
そこで、発熱体モジュール4aは、発熱体セル16内で過剰熱を発しているとき、発熱体セル16内で起きた発熱反応を促すために、モジュール制御部3aからの命令に従って加熱器32a,32b,32cによる水素系ガスの加熱温度を下げるとともに、加熱器44による熱流体の加熱温度を下げて、発熱体セル16の温度を下げる。また、発熱体モジュール4aは、モジュール制御部3aからの命令に従ってガス回収ノズル41からの吸引量等を調整し、発熱体セル16内の圧力を上げる。これにより、発熱体モジュール4aは、発熱体セル16内の水素吸蔵金属または水素吸蔵合金の水素吸蔵量を上昇させて、過剰熱を発している発熱体セル16に対して、さらに発熱反応が起こり易い状態にし、発熱体セル16からの過剰熱の出力を増大させ維持させる。
なお、水素吸蔵金属として、Niを用いた場合には、圧力をそのままに温度を上げるとNiの水素濃度が上昇するため、Pdとは逆に、加熱器32a,32b,32cによる水素系ガスの加熱温度を上げるとともに、加熱器44による熱流体の加熱温度を上げて、発熱体セル16の温度を上げ、その結果、発熱体セル16内の水素吸蔵金属の水素吸蔵量を上昇させて、発熱体セル16内の発熱反応を促し得る。
(4)作用および効果
以上の構成において、本発明による発熱システム1では、水素吸蔵金属または水素吸蔵合金を用いて、発熱に寄与する水素系ガスが容器内部に供給されることで過剰熱を発する複数の発熱体セル16を設けさらに、各発熱体セル16を加熱させるとともに、各発熱体セル16内に水素系ガスを供給させる発熱制御を、発熱体セル16毎に行わせる統合制御部2とを設けるようにした。
ここで、図5は、一例として5つの発熱体セル16を設けた発熱システム1における熱の出力と、時間との関係を示したグラフである。図5では、1つ目の発熱体セル16から5つ目の発熱体セル16までの各熱の出力結果を曲線H1〜H5で示し、これら5つの発熱体セル16の熱の出力を合わせた発熱システム1全体での熱の出力結果をH6で示す。
この場合、発熱システム1では、非特許文献1や、非特許文献2、非特許文献6、国際公開番号WO2015/008859での発熱反応で過剰熱を発する発熱体セル16を用いているため、曲線H1〜H5に示すように各発熱体セル16から出力される熱は不安定であり、予期した熱の出力結果が得られないときがある。
このような非特許文献1や、非特許文献2、非特許文献6、国際公開番号WO2015/008859での発熱反応を利用した発熱体セル16は、発熱反応が不十分であるとき、当該発熱体セル16の温度調整や、当該発熱体セル16内への水素系ガスの供給制御、当該発熱体セル16内の圧力制御を試みても、過剰熱を発する確率が低いときもある。
そこで、発熱システム1では、発熱反応が起こっている発熱体セル16に着目し、統合制御部2によって、例えば過剰熱を発していない発熱体モジュール4bの発熱体セル16に対しては発熱反応が起きるであろう最適な発熱制御をそのまま行いつつ、過剰熱を発している発熱体モジュール4aの発熱体セル16に対しては発熱制御とは別に発熱体セル16の温度調整を行うか、当該発熱体セル16内への水素系ガスの供給制御を行うか、または、当該発熱体セル16内の圧力制御を行うかを過剰熱出力制御として行い、過剰熱を発している発熱体セル16で発熱反応箇所を増やして過剰熱の出力の更なる増大や、過剰熱の出力を更に維持させるようにした。
このように、本発明の発熱システム1では、複数の発熱体セル16のうち、発熱反応によって過剰熱を発している発熱体セル16の発熱反応箇所を増やすような過剰熱出力制御を行うことで、仮に発熱反応が不十分で過剰熱を発していない発熱体セル16が他にあっても、その分の熱の出力回収を、発熱反応が確実に起こっている他の発熱体セル16で補うことができるので、水素吸蔵金属または水素吸蔵合金を利用して熱を発する発熱体セル16を用いて安定して熱を得ることができる。
また、この実施の形態の場合、発熱システム1では、発熱体セル16の容器外壁における温度を測定する複数の熱電変換素子37,38,39を各発熱体セル16にそれぞれ設けるようにした。そして、発熱システム1では、熱電変換素子37,38,39で得られた測定結果から各発熱体セル16での温度分布を特定し、この温度分布を基に各発熱体セル16が、過剰熱を発しているか否かを、統合制御部2で判断するようにした。
これにより、統合制御部2は、複数の発熱体セル16のうち、発熱反応が起こっている発熱体セル16を特定でき、この特定した過剰熱を発している発熱体セル16に対して発熱体セル16の温度調整を行うか、当該発熱体セル16内への水素系ガスの供給制御を行うか、または、当該発熱体セル16内の圧力制御を行うかを過剰熱出力制御として確実に行うことができる。
また、この発熱システム1では、水素系ガスを発熱体セル16内に供給する際の高さ位置を変更するガス供給変更器31を各発熱体セル16に設けたことにより、過剰熱を発している発熱体セル16内への水素系ガスの供給位置を、過剰熱を発している部位周辺にある発熱反応が起こる確率が高い部位に定めたり、または、過剰熱を発する兆しとなる温度上昇が生じた周辺部位に定めたりし、過剰熱を発している発熱体セル16で更に発熱反応箇所を増やし、過剰熱を発している発熱体セル16での過剰熱の出力の更なる増大や、過剰熱の出力を更に維持させることができる。
さらに、統合制御部2は、過剰熱を発している発熱体セル16の容器外壁に接して流れる熱流体について、過剰熱を発していない別の発熱体セル16の容器外壁に接して流れる熱流体の流速よりも流速を高め、過剰熱を発している発熱体セル16での熱流体による熱の回収率を増加させるようにした。これにより、発熱システム1では、仮に発熱反応が不十分で過剰熱を発していない発熱体セル16が他にあっても、その分の熱の出力回収を、発熱反応が確実に起こっている他の発熱体セル16で補うことができるので、水素吸蔵金属または水素吸蔵合金を利用して熱を発する発熱体セル16を用いて安定して熱を得ることができる。
(5)他の実施の形態による発熱システム
上述した実施の形態においては、発熱システム1において、過剰熱を発していない発熱体セル16と、過剰熱を発している別の発熱体セル16とがあったとき、発熱反応が起こっている発熱体セル16に対して発熱反応箇所を増やして維持させる方が、過剰熱を発していない発熱体セル16で発熱反応を起こさせるよりも、発熱システム1全体で安定した熱が確実でかつ容易に得られるとしたものである。
そのため、上述した発熱システム1では、過剰熱を発していない発熱体セル16での発熱制御とは別に、過剰熱を発している別の発熱体セル16に対して、当該発熱体セル16の温度調整を行うか、当該発熱体セル16内への水素系ガスの供給制御を行うか、または、当該発熱体セル16内の圧力制御を行うかのうち、少なくともいずれかを過剰熱出力制御として行い、当該発熱体セル16からの過剰熱の出力を増大および/または維持させるようにした。
しかしながら、本発明はこれに限らず、発熱システム1において、過剰熱を発していない発熱体セル16と、過剰熱を発している別の発熱体セル16とがあったとき、過剰熱を発していない発熱体セル16で発熱反応を起こさせることができる確率が高い場合には、過剰熱を発していない発熱体セル16に対して過剰熱出力制御を行ってもよい。
すなわち、この場合、発熱システムでは、過剰熱を発している発熱体セル16に対しては発熱反応が起きるのに最適な発熱制御をそのまま行いつつ、これとは別に、過剰熱を発していない別の発熱体セル16に対しては、当該発熱体セル16の温度調整を行うか、当該発熱体セル16内への水素系ガスの供給制御を行うか、または、当該発熱体セル16内の圧力制御を行うかのうち、少なくともいずれかを過剰熱出力制御として行うことで、当該発熱体セル16から過剰熱が出力されるように促す構成となり得る。
このような発熱システムでは、複数の発熱体セルのうち、仮に発熱反応が不十分で過剰熱を発していない発熱体セルがあっても、過剰熱を発していない発熱体セルに対して、発熱反応を生じさせて過剰熱を発するように促す過剰熱出力制御を試みつつ、その分の熱の出力回収を、過剰熱を発している発熱体セルで補うことができるので、水素吸蔵金属または水素吸蔵合金を利用して熱を発する発熱体セルを用いて安定して熱を得ることができる。
(6)他の実施の形態による温度測定部
上述した実施の形態においては、温度測定部として、発熱体セル16の容器外壁に沿ってアレイ状に配置させた熱電変換素子37,38,39を適用した場合について述べたが、本発明はこれに限らず、発熱体セル16の容器内部にアレイ状に配置した温度測定部を適用してもよい。図6は、温度測定部51a,51b,51c,51dが発熱体セル16の容器内部に設けられた構成を示す。温度測定部51a,51b,51c,51dは全て同一構成でなり、例えば温度測定部51aは、発熱体セル16の上部から下部に延びる支持部54に、熱電対素子55a,55b,55c,55dが配置されおり、当該熱電対素子55a,55b,55c,55dにより発熱体セル16の上部から下部に亘って温度を測定し得る。なお、発熱体セル16の発熱反応が起こる内部構造ついては、上述した実施の形態と同じであるため、ここでは図示等は省略する。
このように構成された温度測定部51a,51b,51c,51dは、発熱体セル16内に等間隔で配置され、発熱体セル16の内部全体の温度を測定し、その測定結果をモジュール制御部3a(図2)の温度分布解析部24に送る。これにより温度分布解析部24は、温度測定部51a,51b,51c,51dで得られた測定結果から各発熱体セル16での温度分布を特定し、この温度分布を基に各発熱体セル16が、過剰熱を発しているか否かを、統合制御部2で判断させ得る。
なお、この発熱体セル16には、長さが異なる供給ノズル51a,51b,51c,51dが設けられており、温度測定部51a,51b,51c,51dの位置や、熱電対素子55a,55b,55c,55dの配置高さに合わせて、供給ノズル51a,51b,51c,51dの供給口が選定され、温度測定部51a,51b,51c,51dで得られた温度分布に合わせて発熱体セル16の所定部位に水素系ガスを供給し得る。
(7)発熱寄与流体として電解溶液を用いた発熱体セルを利用する発熱システム
上述した実施の形態においては、発熱に寄与する水素系発熱寄与流体として、水素系ガスを適用した発熱体セルについて述べたが、本発明はこれに限らず、電解溶液を水素系発熱寄与流体として用いた発熱体セルを適用してもよい。
図1との対応部分に同一符号を付して示す図7は、水素系発熱寄与流体として電解溶液を用いた発熱システム61を示す。この発熱システム61に用いる発熱体セル66は、非特許文献3や非特許文献4での発熱反応で過剰熱を発する発熱体セル66であり、Pd,Ni,Pt,Ti等の水素吸蔵金属、または、これら元素のうち少なくともいずれか1種を含有した水素吸蔵合金が容器内部に設けられており、電解溶液が容器内部に供給されつつ、加熱されることで発熱反応が起こり、過剰熱が得られるものである。
なお、この実施の形態においては、水素吸蔵金属または水素吸蔵合金を用い、発熱に寄与する電解溶液が容器内部に供給されることで過剰熱を発する発熱体セルとして、非特許文献3,4を発熱体セルとした場合について述べるが、本発明はこれに限らず、水素吸蔵金属または水素吸蔵合金を用い、発熱に寄与する電解溶液が容器内部に供給されることで過剰熱を発するものであれば、その他種々の非特許文献や特許文献の構成を発熱体セルとしてもよい。また、ここで用いる電解溶液は、重水素が所定濃度で含まれた重水素系電解溶液、例えば、重水酸化リチウム(LiOD)、KOD、またはNaODである。
この場合、図7に示すように、発熱システム51は、発熱体モジュール64a,64b,64c,64d,64eをそれぞれ制御するモジュール制御部63a,63b,63c,63d,63eと、発熱体セル56で発熱に寄与する電解溶液を配管10を介して各発熱体モジュール64a,64b,64c,64d,64eに供給する電解溶液供給器62と、各発熱体モジュール64a,64b,64c,64d,64eから電解溶液を配管11を介して回収し、再び電解溶液供給器62に送る電解溶液回収器67と、発熱体モジュール64a,64b,64c,64d,64e毎に設けられた熱流体循環器17と、各発熱体モジュール64a,64b,64c,64d,64eから出力された熱を配管12a,12b,12c,12d,12eを介して回収する出力回収器9と、ガス回収・重水・軽水生成器69とに対して、統合制御部2が接続された構成を有する。
電解溶液供給器62は、統合制御部2からの命令に従って、貯蔵タンク(図示せず)内の電解溶液や、電解溶液回収器67から受け取った電解溶液の重水素の濃度調整を行い、重水素の濃度調整を行った電解溶液を、各発熱体モジュール64a,64b,64c,64d,64eに供給し得る。発熱体モジュール64aは、モジュール制御部63aからの命令に従って周辺機器65により、発熱体セル66への電解溶液の供給量の制御や、発熱体セル66内の圧力制御、発熱体セル66の加熱温度制御等を行い、発熱体セル66内で過剰熱を発するように発熱制御を行い得る。
なお、各発熱体モジュール64a,64b,64c,64d,64eの発熱体セル66内では、容器内部の電極で電解溶液が電気分解されることにより、重水素ガスや酸素ガス(これらをまとめて、単に発生ガスとも呼ぶ)が生成される。ガス処理器として設けられたガス回収・重水・軽水生成器69は、統合制御部2からの命令に従って、各発熱体セル66内で生成された発生ガスを回収し、例えば燃料電池(図示せず)によって、当該発生ガスから電力を得るとともに、当該発生ガスから重水または軽水を生成して、これを電解溶液回収器67または電解溶液供給器62等に送り再利用する。なお、ガス回収・重水・軽水生成器69は、触媒を設けてもよく、この場合、触媒により発生ガスから熱を回収するとともに、当該触媒により発生ガスから重水または軽水を得てこれを電解溶液回収器67または電解溶液供給器62等に送り再利用する。この際、ガス回収・重水・軽水生成器69で発生した電力や熱は、出力回収器9により回収され得る。
因みに、発熱体モジュール64a,64b,64c,64d,64eに設けた各周辺機器65には、電解溶液の重水素の濃度調整を個別に行う濃度調整器が設けられており、発熱体セル66毎に、電解溶液内の重水素の濃度調整を行い得るようになされている。
なお、図2との対応部分に同一符号を付して示す図8のように、モジュール制御部63aは、周辺機器65に設けられた電解溶液供給器(図示せず)に制御命令を送る電解溶液供給制御部72と、周辺機器65に設けられた電解溶液温度調整器(図示せず)に制御命令を送る電解溶液温度制御部73と、周辺機器65に設けられた電解電圧・電流調整器(図示せず)に制御命令を送る電解電圧・電流制御部75とを有しており、これら電解溶液供給制御部72、電解溶液温度制御部73、および電解電圧・電流制御部75も発熱体状態評価部21に接続された構成を有する。
この場合も、発熱体状態評価部21は、温度分布解析部24や、発生ガス種特定部25、出力解析部26、熱媒流速・温度制御部27、水素吸蔵量推定部28により得られた解析結果を基に、発熱体モジュール64aに設置された発熱体セル66の熱の出力状態を評価し、この評価結果を統合制御部2に送る。発熱体状態評価部21は、評価結果を基に統合制御部2が生成した制御命令を受け取り、当該制御命令に基づいて電解溶液供給制御部72、電解溶液温度制御部73、熱媒流速・温度制御部27、および電解電圧・電流制御部75を介して発熱体モジュール64aを制御し得る。
ここで、この発熱システム61では、発熱反応が起こっている発熱体セル66に着目し、統合制御部2によって、例えば過剰熱を発していない発熱体モジュール63bの発熱体セル66に対しては発熱反応が起きるであろう最適な発熱制御をそのまま行いつつ、過剰熱を発している発熱体モジュール63aの発熱体セル66に対しては発熱制御とは別に発熱体セル66の温度調整を行うか、当該発熱体セル16内への電解溶液の供給制御を行うか、または、当該発熱体セル16内の電解電圧・電流制御を行うかを過剰熱出力制御として行い、過剰熱を発している発熱体セル16で発熱反応箇所を増やして過剰熱の出力の更なる増大や、過剰熱の出力を更に維持させるようにした。
なお、統合制御部2による発熱体セル66内への電解溶液の供給制御としては、発熱体モジュール64a,64b,64c,64d,64eの各周辺機器65による電解溶液の発熱体セル66への供給量の調整の他、各周辺機器65による電解溶液の個別的な濃度調整も含まれる。発熱体セル66は、供給される電解溶液の濃度調整が行われ、電解溶液内の重水素の濃度が高くなったり、または、供給される電解溶液の供給量が増えたりすることにより、発熱体セル66内での発熱反応を促すことができる。
また、発熱体セル66の温度調整については、上述した実施の形態と同様に、発熱体セル66に設ける水素吸蔵金属または水素吸蔵合金の種類によって異なるが、過剰熱出力制御時、例えばPdのときには発熱制御時の加熱温度よりも下げることで、Pdの水素吸蔵量を増やし、発熱体セル66内での発熱反応を促すことができる。
さらに、統合制御部2による発熱体セル66内の電解電圧・電流制御としては、発熱体モジュール64a,64b,64c,64d,64eの各周辺機器65内に設けた電解電圧・電流調整器により、発熱体セル66内に設けた電極(陽極および陰極)へ与える電圧または電流を発熱制御時よりも高くし、電解溶液の電気分解される量を増やすことで、発熱体セル66内での発熱反応を促すことができる。
このように、本発明の発熱システム61では、複数の発熱体セル66のうち、発熱反応によって過剰熱を発している発熱体セル66の発熱反応箇所を増やすような過剰熱出力制御を行うことで、仮に発熱反応が不十分で過剰熱を発していない発熱体セル66が他にあっても、その分の熱の出力回収を、発熱反応が確実に起こっている他の発熱体セル66で補うことができるので、水素吸蔵金属または水素吸蔵合金を利用して熱を発する発熱体セル16を用いて安定して熱を得ることができる。
なお、この実施の形態の場合、出力回収器9は、上述した実施の形態と同様に、各発熱体セル66の容器外壁から発する熱を回収するとともに、各発熱体セル66内から排出された電解溶液や、同じく各発熱体セル66内から排出された発生ガス(発熱反応により生成された発生ガス)からも熱を回収しており、各発熱体セル66で得られる熱を効率的に回収し得る。因みに、このように各発熱体セル66の容器外壁から発する熱を回収する際は、各発熱体セル66内から排出された電解溶液と、同じく各発熱体セル66内から排出された発生ガスとのうち、いずれか一方のみから熱を回収してもよい。
因みに、この他の実施の形態においても、上述した「(5)他の実施の形態による発熱システム」と同様に、発熱システム61において、過剰熱を発していない発熱体セル66と、過剰熱を発している別の発熱体セル66とがあったとき、過剰熱を発していない発熱体セル66で発熱反応を起こさせることができる確率が高い場合には、過剰熱を発していない発熱体セル66に対して過剰熱出力制御を行ってもよい。
また、電解溶液を利用した発熱体セル66においても、上述した「(6)他の実施の形態による温度測定部」と同様に、温度測定部51a,51b,51c,51dが容器内部に設けられた構成としてもよい。
(8)その他
なお、上述した実施の形態においては、水素系ガスを発熱体セル内に供給する際の供給位置を変更するガス供給変更器として、水素系ガスを発熱体セル16内に供給する際の高さ位置を変更するガス供給変更器31を適用した場合について述べたが、本発明はこれに限らず、水素系ガスを発熱体セル内に供給する際の幅方向位置等その他種々の位置に変更するガス供給変更器を適用してもよい。この場合、発熱体セル16には、当該発熱体セル16内での供給口の配置位置が異なる複数の供給ノズルが設けられ得る。
また、上述した実施の形態においては、ガス回収ノズルとして、発熱体セル16内の所定位置に吸引口がある1つのガス回収ノズル41を設けた場合について述べたが、本発明はこれに限らず、吸引口の位置が異なる複数のガス回収ノズルを設け、発熱体セル16内の各高さ位置の水素系ガスを吸引して発生ガス種を特定してもよい。例えば、吸引口の高さ位置が異なる3つの上部回収ノズル、中部回収ノズル、および下部回収ノズルを発熱体セル16に設けた場合には、発生ガス種特定部25によって、発熱体セル16内の各高さ位置で発生した発生ガスがどのような種類のものであるかを特定し、発熱反応により生じる特有の発生ガスの有無により発熱体セル16内の高さ位置毎に発熱反応が起こっているか否かを判断できる。なお、吸引口の位置は、高さ位置の他、高さと直交する横側位置であってもよく、この場合、発熱体セル16には、横方向で異なる位置に吸引口が配置された複数の回収ノズルが設けられ得る。
また、上述した実施の形態においては、発熱体セル16,66に温度測定部51a,51b,51c,51dおよび熱電変換素子37,38,39を両方設け、発熱体セル16,66の容器内部および容器外壁の温度を測定するようにしてもよい。
また、上述した実施の形態においては、複数の発熱体セル16を設けた発熱システム1について述べたが、本発明はこれに限らず、1つだけ発熱体セル16を設けた発熱システムであってもよい。この場合、発熱システムは、発熱体セル16の容器内部および/または容器外壁の温度を測定する温度測定部(温度測定部51a,51b,51c,51dおよび/または熱電変換素子37,38,39)と、温度測定部で得られた測定結果を基に、発熱体セル16内に供給する水素系ガスの供給位置(例えば、高さ位置や横方向位置等)を決定するガス供給制御部22と、さらに発熱体セル16内に供給する水素系ガスの供給位置を、ガス供給制御部22により決定された供給位置に変更させるガス供給変更器31とを備えることを特徴とする。
このような発熱システムでは、時間経過とともに変化する発熱体セル16の発熱状況に応じて、適宜、発熱体セル16内に供給する水素系ガスの供給位置を変化させて過剰熱が出力されるようにできるので、水素吸蔵金属または水素吸蔵合金を利用して熱を発する発熱体セル16を用いて安定して熱を得ることができる。
なお、上述した実施の形態において、水素吸蔵金属または水素吸蔵合金を用いて過剰熱を発する発熱体セルとしては、例えば筒網状や、筒状、棒状等の所定形状に形成した発熱体を容器内部に設けた発熱体セル16の他、粉末状にした水素吸蔵金属または水素吸蔵合金を容器内部に封入した発熱体セルであってもよい。
また、上述した実施の形態においては、水素系ガスや電解溶液を加熱することにより発熱体セルの容器内部を加熱させるようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、発熱体セルの容器内部や容器外壁に加熱用ヒータ等その他種々の温度調整器を用いて発熱体セルの温度調整を行ってもよい。
1,61 発熱システム
2 統合制御部
9 出力回収器
16,66 発熱体セル
31 ガス供給変更器
37,38,39 熱電変換素子(温度測定部)
51a,51b,51c,51d 温度測定部

Claims (10)

  1. 水素吸蔵金属または水素吸蔵合金を用い、発熱に寄与する水素系ガスが容器内部に供給されることで過剰熱を発する複数の発熱体セルと、
    各前記発熱体セルを加熱させるとともに、各前記発熱体セル内に前記水素系ガスを供給させる発熱制御を行い、前記発熱体セル毎に出力された過剰熱を出力回収器により回収させる統合制御部とを備え、
    前記統合制御部は、
    過剰熱を発していない前記発熱体セルでの発熱制御とは別に、過剰熱を発している別の前記発熱体セルに対して、該発熱体セルの温度調整を行うか、該発熱体セル内への前記水素系ガスの供給制御を行うか、または、該発熱体セル内の圧力制御を行うかのうち、少なくともいずれかを過剰熱出力制御として行うことで、該発熱体セルからの過剰熱の出力を増大および/または維持させる
    ことを特徴とする発熱システム。
  2. 水素吸蔵金属または水素吸蔵合金を用い、発熱に寄与する水素系ガスが容器内部に供給されることで過剰熱を発する複数の発熱体セルと、
    各前記発熱体セルを加熱させるとともに、各前記発熱体セル内に前記水素系ガスを供給させる発熱制御を行い、前記発熱体セル毎に出力された過剰熱を出力回収器により回収させる統合制御部とを備え、
    前記統合制御部は、
    過剰熱を発している前記発熱体セルでの発熱制御とは別に、過剰熱を発していない別の前記発熱体セルに対して、該発熱体セルの温度調整を行うか、該発熱体セル内への前記水素系ガスの供給制御を行うか、または、該発熱体セル内の圧力制御を行うかのうち、少なくともいずれかを過剰熱出力制御として行うことで、該発熱体セルから過剰熱が出力されるように促すことを特徴とする発熱システム。
  3. 水素吸蔵金属または水素吸蔵合金を用い、発熱に寄与する電解溶液が容器内部に供給されることで過剰熱を発する複数の発熱体セルと、
    各前記発熱体セルを加熱させるとともに、各前記発熱体セル内に前記電解溶液を供給させる発熱制御を行い、前記発熱体セル毎に出力された過剰熱を出力回収器により回収させる統合制御部とを備え、
    前記統合制御部は、
    過剰熱を発していない前記発熱体セルでの発熱制御とは別に、過剰熱を発している別の前記発熱体セルに対して、該発熱体セルの温度調整を行うか、該発熱体セル内への前記電解溶液の供給制御を行うか、または、該発熱体セル内の電解電圧・電流制御を行うかのうち、少なくともいずれかを過剰熱出力制御として行うことで、該発熱体セルからの過剰熱の出力を増大および/または維持させる
    ことを特徴とする発熱システム。
  4. 水素吸蔵金属または水素吸蔵合金を用い、発熱に寄与する電解溶液が容器内部に供給されることで過剰熱を発する複数の発熱体セルと、
    各前記発熱体セルを加熱させるとともに、各前記発熱体セル内に前記電解溶液を供給させる発熱制御を行い、前記発熱体セル毎に出力された過剰熱を出力回収器により回収させる統合制御部とを備え、
    前記統合制御部は、
    過剰熱を発している前記発熱体セルでの発熱制御とは別に、過剰熱を発していない別の前記発熱体セルに対して、該発熱体セルの温度調整を行うか、該発熱体セル内への前記電解溶液の供給制御を行うか、または、該発熱体セル内の電解電圧・電流制御を行うかのうち、少なくともいずれかを過剰熱出力制御として行うことで、該発熱体セルから過剰熱が出力されるように促す
    ことを特徴とする発熱システム。
  5. 各前記発熱体セルには、前記水素系ガスを前記発熱体セル内に供給する際の供給位置を変更するガス供給変更器が設けられており、
    前記統合制御部は、前記過剰熱出力制御を行う際に、前記発熱体セル内に供給する前記水素系ガスの供給位置を前記ガス供給変更器で変更させる
    ことを特徴とする請求項1または2に記載の発熱システム。
  6. 前記出力回収器は、
    各前記発熱体セルの容器外壁から発する熱を回収するとともに、各前記発熱体セル内から排出された前記水素系ガスからも熱を回収する
    ことを特徴とする請求項1、2または5のいずれか1項に記載の発熱システム。
  7. 前記出力回収器は、
    各前記発熱体セルの容器外壁から発する熱を回収するとともに、各前記発熱体セル内から排出された前記電解溶液および/または発生ガスからも熱を回収する
    ことを特徴とする請求項3または4に記載の発熱システム。
  8. 前記発熱体セルには、該発熱体セルの容器内部および/または容器外壁における温度を測定する複数の温度測定部が設けられており、
    前記統合制御部は、前記温度測定部で得られた測定結果から特定した前記発熱体セルでの温度分布を基に各前記発熱体セルが、過剰熱を発しているか否かを判断する
    ことを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の発熱システム。
  9. 各前記発熱体セルには、前記発熱体セル内の前記水素吸蔵金属または前記水素吸蔵合金の水素吸蔵量を推定する水素吸蔵量推定部が設けられており、
    前記統合制御部は、各前記水素吸蔵量推定部からの推定結果を基に各前記発熱体セルが、過剰熱を発しているか否かを判断する
    ことを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載の発熱システム。
  10. 各前記発熱体セルには、前記発熱体セルの容器外壁に接して熱流体を流し、該発熱体セルから発する熱を前記熱流体により回収する熱流体循環器が設けられており、
    前記統合制御部は、
    過剰熱を発している前記発熱体セルの容器外壁に接して流れる前記熱流体の流速を、過剰熱を発していない前記発熱体セルの容器外壁に接して流れる前記熱流体の流速よりも高め、過剰熱を発している前記発熱体セルでの前記熱流体による熱の回収率を増加させる
    ことを特徴とする請求項1〜9のいずれか1項に記載の発熱システム。
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