JP6448074B2 - 発熱システム - Google Patents
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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は、過剰熱を発する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、特許文献1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.
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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において、従来よりも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本発明の発熱システムは、容器と、前記容器の内部に設けられ、水素吸蔵金属または水素吸蔵合金からなりその表面に複数の金属ナノ粒子が形成された反応体とを備え、発熱に寄与する水素系ガスが前記容器内部に供給されることで前記金属ナノ粒子内に水素原子が吸蔵され過剰熱を発する発熱体セルと、前記容器外に設けられ、前記容器の回収口から前記容器の吐出口までを結ぶ循環経路と、前記容器内の前記水素系ガスを、前記循環経路を経由させて循環させるポンプと、前記循環経路の途中に設けられ、前記水素系ガス内の不純物を吸着して除去するフィルタとを備え、前記発熱体セル内の前記水素系ガスを循環させる循環装置と、前記吐出口と巻回型反応体との間に設けられ、前記フィルタを通過した不純物除去後の前記水素系ガスを前記巻回型反応体の表面に供給するノズル部とを備えることを特徴とする。
本発明に係る別の発熱システムは、容器と、前記容器の内部に設けられ、水素吸蔵金属または水素吸蔵合金からなりその表面に複数の金属ナノ粒子が形成された反応体とを備え、発熱に寄与する水素系ガスが前記容器内部に供給されることで前記金属ナノ粒子内に水素原子が吸蔵され過剰熱を発する発熱体セルと、前記発熱体セル内の前記水素系ガスを循環させる循環装置と、前記容器内の前記水素系ガスを分析する分析部とを備え、前記循環装置は、前記容器外に設けられ、前記容器の回収口から前記容器の吐出口までを結ぶ循環経路と、前記容器内の前記水素系ガスを、前記循環経路を経由させて循環させるポンプと、前記循環経路の途中に設けられ、前記水素系ガス内の不純物を吸着して除去するフィルタと、前記分析部による分析結果に応じて前記水素系ガスの循環流量を制御することにより、前記過剰熱の出力調整と、前記容器内の温度調整とを行う流量制御部とを備えることを特徴とする。
本発明に係る別の発熱システムは、容器と、前記容器の内部に設けられ、水素吸蔵金属または水素吸蔵合金からなりその表面に複数の金属ナノ粒子が形成された反応体とを備え、発熱に寄与する水素系ガスが前記容器内部に供給されることで前記金属ナノ粒子内に水素原子が吸蔵され過剰熱を発する発熱体セルと、前記発熱体セル内の前記水素系ガスを循環させる循環装置と、前記容器内の前記水素系ガスを分析する分析部とを備え、前記循環装置は、前記容器外に設けられ、前記容器の回収口から前記容器の吐出口までを結ぶ循環経路と、前記容器内の前記水素系ガスを、前記循環経路を経由させて循環させるポンプと、前記循環経路の途中に設けられ、前記水素系ガス内の不純物を吸着して除去するフィルタと、前記分析部による分析結果に応じて前記水素系ガスの循環流量を制御することにより、前記過剰熱の出力調整と、前記容器内の温度調整とを行う流量制御部とを備えることを特徴とする。
本発明によれば、発熱反応によって過剰熱を発している発熱体セルにおいて、水素系ガス内の不純物を除去しつつ水素系ガスを循環させることで、過剰熱の出力を増大および／または維持させることができ、かくして、従来よりも安定して熱を得ることができる。
［第１実施形態］
以下図面に基づいて本発明の第１実施形態を詳述する。
以下図面に基づいて本発明の第１実施形態を詳述する。
（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、発熱に寄与する水素系ガスが容器6内部に供給される発熱体セル2と、発熱体セル2内の水素系ガスを循環させる循環装置3と、発熱体セル2による過剰熱で温められた水素系ガスから熱を回収する熱回収装置4と、を備えている。発熱体セル2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6内部に設けられており、水素系ガスが容器6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。発熱体セル2に供給される水素系ガスとしては、重水素ガスおよび／または天然水素ガスを適用することができる。なお、天然水素ガスとは、軽水素ガスが９９．９８５％以上含まれている、水素系ガスをいう。
図１に示すように、本発明の発熱システム1は、発熱に寄与する水素系ガスが容器6内部に供給される発熱体セル2と、発熱体セル2内の水素系ガスを循環させる循環装置3と、発熱体セル2による過剰熱で温められた水素系ガスから熱を回収する熱回収装置4と、を備えている。発熱体セル2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6内部に設けられており、水素系ガスが容器6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。発熱体セル2に供給される水素系ガスとしては、重水素ガスおよび／または天然水素ガスを適用することができる。なお、天然水素ガスとは、軽水素ガスが９９．９８５％以上含まれている、水素系ガスをいう。
具体的に、発熱システム1に用いられる発熱体セル2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に開示されたものを使用することができる。
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6内部に供給されることで過剰熱を発する発熱体セル2として、国際公開番号WO2015/008859（図５）の構造を利用した発熱体セルについて述べるが、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、非特許文献1,2,6や、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。
（２）発熱体セルについて
発熱体セル2は、容器6と、容器6の内部に設けられ、水素吸蔵金属または水素吸蔵合金からなる複数の金属ナノ粒子が表面に形成された反応体とを備え、発熱に寄与する水素系ガスが容器6内に供給されることで金属ナノ粒子内に水素原子が吸蔵され過剰熱を発する。この実施の形態による発熱体セル2は、発熱反応時、容器6内にプラズマを発生させることなく、ヒータ17により容器6内を加熱し、加熱した容器6内に重水素ガスを供給することで、加熱温度以上の過剰熱が発生し得る。容器6は、例えばステンレス（ＳＵＳ３０６やＳＵＳ３１６）等で形成されており、内部に筒状に形成された空間を有し、かつ密閉空間を形成し得るようになされている。なお、6aは、コバールガラス等の透明部材で形成された窓部であり、容器6内の密封状態を維持しつつ、容器6内の様子を作業者が直接目視確認し得るようになされている。
発熱体セル2は、容器6と、容器6の内部に設けられ、水素吸蔵金属または水素吸蔵合金からなる複数の金属ナノ粒子が表面に形成された反応体とを備え、発熱に寄与する水素系ガスが容器6内に供給されることで金属ナノ粒子内に水素原子が吸蔵され過剰熱を発する。この実施の形態による発熱体セル2は、発熱反応時、容器6内にプラズマを発生させることなく、ヒータ17により容器6内を加熱し、加熱した容器6内に重水素ガスを供給することで、加熱温度以上の過剰熱が発生し得る。容器6は、例えばステンレス（ＳＵＳ３０６やＳＵＳ３１６）等で形成されており、内部に筒状に形成された空間を有し、かつ密閉空間を形成し得るようになされている。なお、6aは、コバールガラス等の透明部材で形成された窓部であり、容器6内の密封状態を維持しつつ、容器6内の様子を作業者が直接目視確認し得るようになされている。
また、容器6には、水素系ガス供給路31が設けられており、当該水素系ガス供給路31から調整弁32a,32bを介して水素系ガスが供給された後、当該水素系ガスの供給が停止され、一定量の水素系ガスが貯留され得る。なお、35はドライポンプであり、必要に応じて排気経路33および調整弁32cを介して容器6内のガスを容器6外へ排出し、真空排気や圧力調整等を行え得る。
容器6は、筒状空間を形成する内壁表面に反応体7が接触するように配置された構成を有する。容器6は、全体が接地電位となっており、当該容器6の内壁に接する反応体7も接地電位となっている。反応体7は、Pd,Ni,Pt,Ti等の水素吸蔵金属や、これらを1種以上含む水素吸蔵合金からなる細線により網目状に形成されており、かつ容器6の筒状空間に合わせて筒状に形成されている。反応体7は、幅が１０００［ｎｍ］以下のナノサイズでなる複数の金属ナノ粒子（図示せず）が細線の表面に形成されているとともに、当該表面の酸化被膜が除去されており、表面の金属ナノ粒子が活性化した状態になっている。
反応体7で囲まれた空間内には、電極として機能する巻回型反応体8,9が設けられている。巻回型反応体8,9は、陽極及び陰極として機能し、前処理となるプラズマ処理時、グロー放電を起こさせて、容器6内にプラズマを発生させ得るようになされている。発熱体セル2では、例えば、一方の巻回型反応体8を陽極として機能させ、反応体7を接地電位としてプラズマを所定時間発生させた後、他方の巻回型反応体9を陰極として機能させ、反応体7を接地電位としてプラズマを所定時間発生させる処理を所定回数繰り返すプラズマ処理を実行する。これにより、発熱体セル2には、反応体7や巻回型反応体8,9の各表面にナノサイズでなる複数の金属ナノ粒子が形成され得る。
一方の巻回型反応体8は、外部の電源（図示せず）と配線14aを介して接続された、棒状の電極部11を有しており、当該電源からの所定電圧が電極部11に印加され得る。巻回型反応体8は、例えばPd,Ni,Pt,Ti等の水素吸蔵金属や水素吸蔵合金からなる細線12が、Al2O3（アルミナセラミックス）等の導通部材でなる電極部11に螺旋状に巻き付けられた構成を有し、プラズマ処理によって細線12の表面にナノサイズでなる複数の金属ナノ粒子が形成されている。
他方の巻回型反応体9は、外部の電源（図示せず）と配線14dを介して接続された、板状の電極部16を有しており、当該電源からの所定電圧が電極部16に印加され得る。電極部16は、Al2O3（アルミナセラミックス）等の導通部材により形成されており、その表面にヒータ17を備えている。ヒータ17は、外部の加熱電源25に配線14b,14cを介して接続されており、巻回型反応体9を所定温度に加熱し得る。
ヒータ17は、例えばセラミックヒータであり、Pd,Ni,Pt,Ti等の水素吸蔵金属や水素吸蔵合金からなる細線18が、周囲に螺旋状に巻き付けられている。この細線18にも、上述したプラズマ処理によって表面にナノサイズでなる複数の金属ナノ粒子が形成されている。なお、26は、配線14b,14cに設けられた電流電圧計であり、ヒータ17を加熱する際に当該ヒータ17に対して印加する電流・電圧を測定し得る。なお、巻回型反応体9は、電極部16とヒータ17をセットにして細線18を巻き付けたものでもよい。
容器6は、複数の温度測定部20a,20b,21a,21b,21cが内部の所定位置に設けられており、各部位の温度が測定され得る。この実施の形態の場合、温度測定部20a,20bは、容器6の内壁に沿って設けられており、当該内壁の温度を測定し得る。他の温度測定部21a,21b,21cは、巻回型反応体9の電極部16に設けられており、当該電極部16における温度を測定し得る。なお、温度測定部21a,21b,21cは、それぞれ長さが異なっており、例えば、電極部16の下段、中段、上段の各部位の温度を測定し得る。
発熱体セル2は、プラズマ処理によって巻回型反応体8,9及び反応体7の表面にナノサイズでなる複数の金属ナノ粒子を形成し得、続けて、図示しないヒータ17により巻回型反応体8,9や反応体7が加熱され、かつ真空状態が保持された容器6内に重水素ガスが供給される。これにより、発熱体セル2では、巻回型反応体8,9および反応体7の表面にある金属ナノ粒子内に水素原子が吸蔵され、ヒータ17による加熱温度以上の過剰熱が容器6内に発生し得る。ここで、ヒータ17により巻回型反応体8,9や反応体7を加熱する際の加熱温度は、２００[℃]以上、さらに好ましくは２５０[℃]以上であることが望ましい。
（３）循環装置について
次に循環装置3について説明する。循環装置3は、容器6の所定位置に設けられた回収口39aと、容器6において回収口39aとは異なる位置に設けられた吐出口39bと、を連通する循環経路40を備えており、発熱体セル2の容器6内における水素系ガスを、循環経路40を経由して循環し得るようになされている。すなわち、循環経路40は、容器6外に設けられ、容器6の回収口39aから容器6の吐出口39bまでを結ぶ。循環経路40には、水素系ガスの循環流量を制御する流量制御部41と、水素系ガスを循環させるポンプ42と、水素系ガス内の不純物を除去するフィルタ43と、が設けられている。
次に循環装置3について説明する。循環装置3は、容器6の所定位置に設けられた回収口39aと、容器6において回収口39aとは異なる位置に設けられた吐出口39bと、を連通する循環経路40を備えており、発熱体セル2の容器6内における水素系ガスを、循環経路40を経由して循環し得るようになされている。すなわち、循環経路40は、容器6外に設けられ、容器6の回収口39aから容器6の吐出口39bまでを結ぶ。循環経路40には、水素系ガスの循環流量を制御する流量制御部41と、水素系ガスを循環させるポンプ42と、水素系ガス内の不純物を除去するフィルタ43と、が設けられている。
ポンプ42は、例えばメタルベローズポンプであり、発熱体セル2の容器6内における水素系ガスを循環経路40に導き、当該循環経路40を経由させて再び容器6内に戻す。フィルタ43は、水素ガス等の不活性ガスは吸着せずに、水（水蒸気）や炭化水素、さらには反応生成物であるC,S,Si等を吸着し、水素系ガス内の不純物を除去し得るようになされている。すなわち、フィルタ43は、循環経路40の途中に設けられ、水素系ガス内の不純物を吸着して除去する。循環装置3は、フィルタ43により不純物が除去された、フレッシュな水素系ガスを容器6内に供給することができる。これにより、発熱体セル2では、循環装置3によって、発熱反応の誘発・維持を阻害する不純物が除去された水素系ガスが常に供給され続けることで、過剰熱の出力を誘発し易い状態を維持し続け、さらには過剰熱の出力後では当該出力を増大および／または維持させることができる。なお、後述する検証試験によって、発熱体セル2に供給される水素系ガスから不純物を除去し続けることで、発熱体セル2における過剰熱が次第に増大することが確認されている。
流量制御部41は、例えば調整弁からなり、水素系ガスを容器6内から循環経路40を経由させて再び容器6内に戻す際の水素系ガスの循環流量を制御し得るようになされている。この実施の形態の場合、流量制御部41は、発熱体セル2に設けた温度測定部20a,20b,21a,21b,21cからの測定温度に応じて水素系ガスの循環流量を制御し得る。例えば、流量制御部41は、温度測定部20a,20b,21a,21b,21cからの測定温度が低下してゆくと、水素系ガスの循環流量を増やし、フィルタ43を通過させる水素系ガスの量を増加させ得る。これにより、循環装置3は、発熱体セル2において、発熱反応を阻害する不純物が除去された水素系ガスの量を増加させることができるので、その分、発熱体セル2から過剰熱が出力されるよう促すことができる。
また、流量制御部41は、循環経路40を通過する際に温度が低下した水素系ガスの容器6への流入量を調整できることから、当該水素系ガスを用いた、容器6内の温度調整をも行え得る。例えば、流量制御部41は、水素系ガスの循環流量を増やすことで、冷却された水素系ガスをより多く容器6内に供給できることから、容器6内の温度低下を促すことができる。一方、流量制御部41は、水素系ガスの循環流量を減らすことで、冷却された水素系ガスの容器6内への供給を少なくできることから、容器6内の温度低下を抑制できる。特にこの実施の形態の場合では、水素系ガスから熱を回収する熱回収装置4（後述する）が循環経路40に設けられていることから、水素系ガスが循環経路40を通過する際に当該水素系ガスの温度が下がるため、流量制御部41による水素系ガスの流量調整によって容器6内の温度調整を行え得る。
この実施の形態の場合、循環装置3では、回収口39aと吐出口39bとが、容器6の対向する側壁に設けられており、容器6内において回収口39aと吐出口39bとの間の領域に、反応体7および巻回型反応体8,9が配置され得るようになされている。これにより、発熱体セル2では、発熱反応を阻害する不純物が除去された水素系ガスが吐出口39bから吐出されると、反応体7を通過して巻回型反応体8,9の配置領域を流れた後、再び回収口39aに向かうような流れを形成でき、反応体7および巻回型反応体8,9周辺に、発熱反応を阻害する不純物が除去された水素系ガスを確実に供給し得る。
（４）熱回収装置について
熱回収装置4は、循環装置3の循環経路40に設けられており、当該循環経路40を通過する水素系ガスから熱を回収し得るようになされている。この実施の形態の場合、熱回収装置4は、循環装置3における流量制御部41や、ポンプ42、フィルタ43よりも上流側の循環経路40に設けられており、容器6の回収口39aから循環経路40に流入した直後の水素系ガスから熱を回収し得る。これにより、熱回収装置4は、循環装置3により水素系ガスの熱が下がる前に当該水素系ガスから一段と多くの熱を回収し得る。
熱回収装置4は、循環装置3の循環経路40に設けられており、当該循環経路40を通過する水素系ガスから熱を回収し得るようになされている。この実施の形態の場合、熱回収装置4は、循環装置3における流量制御部41や、ポンプ42、フィルタ43よりも上流側の循環経路40に設けられており、容器6の回収口39aから循環経路40に流入した直後の水素系ガスから熱を回収し得る。これにより、熱回収装置4は、循環装置3により水素系ガスの熱が下がる前に当該水素系ガスから一段と多くの熱を回収し得る。
熱回収装置4は、循環経路40に沿って配置された熱交換器47と、熱交換器47により回収した熱を、エネルギーに変換するエネルギー交換器48と、を備えている。熱交換器47は、循環経路40を周回するように配管が配置され、配管内に熱吸収流体が流れている。熱吸収流体は、循環経路40を周回する配管を流れることで、当該循環経路40を流れる水素系ガスから熱を奪い、加熱され得る。エネルギー交換器48は、例えばタービンや熱電素子やスターリングエンジン等であり、加熱された熱吸収流体からエネルギーを生成し得る。
（５）重水素ガスを用いた検証試験
次に、図１に示した発熱体セル2および循環装置3を備えた発熱システムを作製して、発熱体セル2における過剰熱の発生について検証試験を行った。この検証試験では、Niにより網目状でなる筒状の反応体7と、Pdでなる細線12を、Pdでなる電極部11に螺旋状に巻き付けた巻回型反応体8と、同じくPdでなる細線18を巻き付けたセラミックヒータ（ヒータ17）を、Pdでなる電極部16に設けた巻回型反応体9と、を用意し、ステンレス製の容器6内に、これらを図１に示したように設置した。
次に、図１に示した発熱体セル2および循環装置3を備えた発熱システムを作製して、発熱体セル2における過剰熱の発生について検証試験を行った。この検証試験では、Niにより網目状でなる筒状の反応体7と、Pdでなる細線12を、Pdでなる電極部11に螺旋状に巻き付けた巻回型反応体8と、同じくPdでなる細線18を巻き付けたセラミックヒータ（ヒータ17）を、Pdでなる電極部16に設けた巻回型反応体9と、を用意し、ステンレス製の容器6内に、これらを図１に示したように設置した。
発熱体セル2において発熱に寄与する水素系ガスとしては重水素ガスを用いた。また、温度測定部20a,20b,21a,21b,21cとしては、例えばオメガエンジニアリング社製の熱電対（製品名：K型シース熱電対）を用いた。さらに、この検証試験では、発熱体セル2の容器6外壁にも3つの熱電対を設けた。具体的には、容器6上部から約1/3辺りの高さ位置の外壁側面に1つ目の熱電対を設け、容器6上部から約2/3辺りの高さ位置の外壁側面に2つ目の熱電対を設け、さらに、容器6の中心部分（容器6上部から約1/2辺りの高さ位置）の外壁に3つ目の熱電対を設けた。
なお、発熱体セル2では、一方の巻回型反応体8を陽極として、気体を真空排気して圧力を１０〜５００［Ｐａ］とした密閉空間の容器6内で、６００〜１０００［Ｖ］の電圧を、６００秒〜１００時間印加して、グロー放電を起こさせるプラズマ処理を実行した。次いで、他方の巻回型反応体9を陰極として、上記同様にグロー放電を起こさせるプラズマ処理を実行した。これにより、巻回型反応体8における細線12の表面と、巻回型反応体9における細線18の表面と、反応体7の表面とについて、それぞれ酸化被膜を除去し、かつ１０００[ｎｍ]以下のナノサイズからなる複数の金属ナノ粒子を形成した。
なお、別の検証試験でプラズマ処理後に巻回型反応体8,9および反応体7をSEM観察して、金属ナノ粒子の形成有無について調べたところ、これら巻回型反応体8,9および反応体7に、１０００[ｎｍ]以下の金属ナノ粒子が形成されていることを確認した。
フィルタ43としては、例えば日本酸素社製のフィルタ（商品名：ピュリフィルタ）を用いた。検証試験では、発熱体セル2においてプラズマ処理を実行した後、容器6内の温度が一定温度になるように、ヒータ17を約２０［Ｗ］の入力加熱ワットで加熱し続けた。また、容器6内に充填した重水素ガスを、循環装置3によって、最大２．８［Ｌ／ｍｉｎ］の流量で一定流量により循環させた。この際、発熱体セル2における過剰熱の有無について、容器6内の中心に設けた温度測定部21aで確認したところ、図２に示すような結果が得られた。図２に示すように、ヒータ17で容器6内を加熱し、重水素ガスを容器6内に入れたときの初期温度は、約２９０［℃］であった。
次いで、循環装置3によって、容器6内の重水素ガスを、フィルタ43を通過させつつ循環させ続けたときの容器6内の温度を測定した。その結果、図２に示すように、容器6内の温度が、次第に上昇してゆくことが確認できた。この際、発熱体セル2の容器6外壁に設けた、上記3つの熱電対で、容器6の外壁温度を測定したところ、図３に示すような結果が得られた。なお、図３では、容器6内の重水素圧力について調べた結果も示す。
図３から、容器6の外壁では3つの熱電対いずれにおいても大きな温度上昇は確認できなかった。このことから、図２に示した温度上昇は、容器6の外壁における外部からの加熱ではなく、容器6内の温度測定部21aを設けた巻回型反応体9周辺において、加熱温度以上の過剰熱が発生していることが確認できた。また、検証試験から、発熱システム1では、循環装置3によって重水素ガス（水素系ガス）内の不純物を除去しつつ、当該重水素ガス（水素系ガス）を循環し続けても、発熱体セル2の容器6内を、発熱反応が起き易い高圧の状態に、長時間維持できることも確認できた。
（６）作用および効果
以上の構成において、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、発熱に寄与する水素系ガスが容器6内部に供給されることで過剰熱を発する発熱体セル2と、発熱体セル2内の水素系ガスを循環させる循環装置3と、を設けるようにした。また、この循環装置3には、発熱反応を阻害する水素系ガス内の不純物を除去するフィルタ43を設けるようにした。これにより、発熱システム1では、発熱反応によって過剰熱を発している発熱体セル2において、発熱反応を阻害する不純物を水素系ガス内から除去しつつ当該水素系ガスを循環させることで、過剰熱の出力を増大および／または維持させることができ、かくして、従来よりも安定して熱を得ることができる。
以上の構成において、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、発熱に寄与する水素系ガスが容器6内部に供給されることで過剰熱を発する発熱体セル2と、発熱体セル2内の水素系ガスを循環させる循環装置3と、を設けるようにした。また、この循環装置3には、発熱反応を阻害する水素系ガス内の不純物を除去するフィルタ43を設けるようにした。これにより、発熱システム1では、発熱反応によって過剰熱を発している発熱体セル2において、発熱反応を阻害する不純物を水素系ガス内から除去しつつ当該水素系ガスを循環させることで、過剰熱の出力を増大および／または維持させることができ、かくして、従来よりも安定して熱を得ることができる。
また、発熱システム1では、発熱体セル2の容器6内に一定量の水素系ガスを貯留させた状態のまま、循環装置3により不純物を除去した水素系ガスを常に容器6内に供給し続けることができるので、例えば常に新しい水素系ガスを容器6内に供給して余剰の水素系ガスを容器6から排出し続けて水素系ガスを消費し続けるシステムに比して、水素系ガスの消費量を格段的に低減できる。
さらに、本発明による発熱システム1では、容器6内を密閉空間として、発熱反応が起こり易い高圧の状態に容器6内を維持し続け、一定量の水素系ガスを循環し続けることから、使用する水素系ガスの量を一定量に留めることができるので、その分、コスト低減を図ることができる。
また、この発熱システム1では、流量制御部41によって、不純物が除去された水素系ガスの容器6への流入量や、循環経路40を通過することで冷却された水素系ガスの容器6への流入量を調整することができる。これにより、発熱システム1では、不純物が除去された水素系ガスの流入量に基づく、発熱体セル2における過剰熱の出力調整や、さらに、冷却された水素系ガスの容器6内への流入量によって、容器6内の温度調整を行うことができる。すなわち、流量制御部41は、温度測定部20a,20b,21a,21b,21cによる測定温度に応じて水素系ガスの循環流量を制御することにより、過剰熱の出力調整と、容器6内の温度調整とを行う。
（７）天然水素ガスを用いた検証試験
次に、上述した「（５）重水素ガスを用いた検証試験」と同様の検証試験を、天然水素ガスを用いて行った。ここで、天然水素ガスとしては、高純度水素（９９．９９９％ Ｇｒａｄｅ２）を使用した。天然水素ガスを用いた検証試験でも、上記の検証試験と同様の条件で、発熱体セル2にてプラズマ処理を行った後、ヒータ17で加熱を行いつつ、容器6内に充填した天然水素ガスを、循環装置3によって、最大２．８［Ｌ／ｍｉｎ］の流量で一定流量により循環させた。この際、発熱体セル2における過剰熱の有無について、容器6内の中心に設けた温度測定部21aで確認したところ、図４に示すような結果が得られた。図４に示すように、ヒータ17で容器6内を加熱し、天然水素ガスを容器6内に入れたときの初期温度は、約２４６［℃］であった。
次に、上述した「（５）重水素ガスを用いた検証試験」と同様の検証試験を、天然水素ガスを用いて行った。ここで、天然水素ガスとしては、高純度水素（９９．９９９％ Ｇｒａｄｅ２）を使用した。天然水素ガスを用いた検証試験でも、上記の検証試験と同様の条件で、発熱体セル2にてプラズマ処理を行った後、ヒータ17で加熱を行いつつ、容器6内に充填した天然水素ガスを、循環装置3によって、最大２．８［Ｌ／ｍｉｎ］の流量で一定流量により循環させた。この際、発熱体セル2における過剰熱の有無について、容器6内の中心に設けた温度測定部21aで確認したところ、図４に示すような結果が得られた。図４に示すように、ヒータ17で容器6内を加熱し、天然水素ガスを容器6内に入れたときの初期温度は、約２４６［℃］であった。
次いで、循環装置3によって、容器6内の天然水素ガスを、フィルタ43を通過させつつ循環させ続けたときの容器6内の温度を測定した。その結果、図４に示すように、天然水素ガスを用いても、容器6内の温度が、次第に上昇してゆくことが確認できた。この際、発熱体セル2の容器6外壁に設けた、上記3つの熱電対で、容器6の外壁温度を測定したところ、図５に示すような結果が得られた。なお、図５では、容器6内の天然水素圧力について調べた結果も示す。
図５から、容器6の外壁では3つの熱電対いずれにおいても大きな温度上昇は確認できなかった。このことから、図５に示した温度上昇は、容器6の外壁における外部からの加熱ではなく、容器6内の温度測定部21aを設けた巻回型反応体9周辺において、加熱温度以上の過剰熱が発生していることが確認できた。また、検証試験から、発熱システム1では、循環装置3によって天然水素ガス（水素系ガス）内の不純物を除去しつつ、当該天然水素ガス（水素系ガス）を循環し続けても、発熱体セル2の容器6内を、発熱反応が起き易い高圧の状態に、長時間維持できることも確認できた。
（８）フィルタの不純物除去効果の検証実験
フィルタ43の不純物除去効果を検証する実験を行った。検証実験は、水素透過膜（図示なし）を水素が透過する透過量（以下、水素透過量という）を測定するための実験装置（図示なし）を用いて行った。実験装置で測定した水素透過量を用いて、フィルタ43の不純物除去効果を評価した。
フィルタ43の不純物除去効果を検証する実験を行った。検証実験は、水素透過膜（図示なし）を水素が透過する透過量（以下、水素透過量という）を測定するための実験装置（図示なし）を用いて行った。実験装置で測定した水素透過量を用いて、フィルタ43の不純物除去効果を評価した。
実験装置は、水素透過膜を挟んで第１チャンバーと第２チャンバーが配置されており、第１チャンバーに水素系ガスが供給され、第２チャンバー内が真空排気される。これにより、実験装置では、第１チャンバーが第２チャンバーよりも高圧とされ、両チャンバー間に圧力差が生じる。すなわち、水素透過膜の両面側に圧力差が生じる。水素透過膜の高圧側の表面では、水素系ガスに含まれる水素分子が吸着し、その水素分子が２つの水素原子に解離する。解離した水素原子は、水素透過膜内を拡散して通過する。水素透過膜の低圧側の表面では、水素透過膜を通過した水素原子が再結合し、水素分子となって放出される。これにより、水素系ガスに含まれる水素が水素透過膜を透過する。
ここで、水素透過量は、水素透過膜の温度、水素透過膜の両面側の圧力差、及び、水素透過膜の表面状態によって定められる。水素系ガスに不純物が含まれている場合、不純物が水素透過膜の表面に付着し、水素透過膜の表面状態が悪化することがある。水素透過膜の表面に不純物が付着した場合は、水素透過膜の表面での水素分子の吸着及び解離が阻害され、水素透過量が減少する。そこで、検証実験では、水素透過膜の温度と水素透過膜の両面側の圧力差を一定に維持した状態で水素透過量を測定することにより、フィルタ43の不純物除去効果を評価した。
実験装置について具体的に説明をする。実験装置は、水素透過膜と第１チャンバーと第２チャンバーの他、第１チャンバーに水素系ガスを供給する供給経路と、第１チャンバー内の水素系ガスを循環させる循環経路と、第２チャンバー内を真空排気する真空排気部と、を備える。実験装置は、図示しないコンピュータ（図示なし）と電気的に接続しており、コンピュータとの間で各種データの入出力を行う。
第１チャンバーと第２チャンバーとの間には、第１チャンバーと第２チャンバーを接続する接続部が設けられている。接続部は、第１チャンバー内と第２チャンバー内とを連通するための開口部を有する。この開口部に水素透過膜が取り付けられており、第１チャンバー内と第２チャンバー内が水素透過膜によって隔てられている。接続部には、水素透過膜の温度制御を行う温度制御部が設けられている。温度制御部は、水素透過膜の温度を検出し、検出した温度に基づいて水素透過膜を加熱する。温度制御部により検出された温度のデータはコンピュータに出力される。
第１チャンバーは、供給経路と接続する供給口と、循環経路の一端と接続する回収口と、循環経路の他端と接続する吐出口と、第１チャンバー内の圧力を検出する圧力計と、を有する。圧力計により検出された圧力のデータはコンピュータに出力される。
供給経路には、水素系ガスを貯蔵する貯蔵タンクと、水素系ガスの流量を調整する調整弁とが設けられている。貯蔵タンクから供給口を介して第１チャンバー内に水素系ガスが供給される。
循環経路には、真空バルブと、循環ポンプと、フィルタ43とが設けられている。真空バルブは、第１チャンバー内から回収口を介して循環経路に流出する水素系ガスの流量を調整するためのものである。真空バルブとして、バリアブルリークバルブを用いた。循環ポンプは、第１チャンバーと循環経路との間で水素系ガスを循環させる。循環ポンプとして、メタルベローズポンプを用いた。フィルタ43は、上記実施形態と同様のものである。すなわち、フィルタ43は、第１チャンバー内から水素系ガスとともに排出された不純物を吸着して除去する。これにより、不純物除去後の水素系ガスが吐出口から第１チャンバー内へ戻される。
第２チャンバーは、真空排気部と接続する排気口と、第２チャンバー内の圧力を検出する真空ゲージと、を有する。真空ゲージにより検出された圧力のデータはコンピュータに出力される。
真空排気部は、一定の排気速度で第２チャンバー内を真空排気する。真空排気部により、第２チャンバー内の圧力が一定に維持される。真空排気部は、例えば、ターボ分子ポンプ（ＴＭＰ）とドライポンプ（ＤＰ）を組み合わせた構成を有する。
上記の実験装置を用いた検証実験について説明する。フィルタ43として、ピュリフィルタを用いた。水素透過膜の試料として、田中貴金属社製のPd板 25mm×25mm×0.1mm 純度99.9％を用いた。水素系ガスとして、重水素ガスを用いた。検証実験に際し、予め、既知の流量の重水素ガスを第１チャンバー内に供給することによって、真空ゲージの校正を行った。真空ゲージの校正後に、検証実験を開始した。
検証実験では、試料を加熱し、試料の温度（以下、試料温度という）を７０［℃］に維持した。試料温度は、温度制御部により制御される。その後、第１チャンバーに重水素ガスを供給し、第１チャンバーの圧力（以下、重水素ガス圧力という）を１３０［ｋＰａ］とした。重水素ガス圧力は、圧力計より得られた。また、第２チャンバーをターボ分子ポンプにより一定の排気速度で真空排気した。到達真空度は１０−４［Ｐａ］以下であり、これにより、試料の両面側に圧力差が生じ、重水素の透過が開始される。重水素ガス透過時は、第２チャンバーの圧力は０．０１［Ｐａ］以下であった。重水素透過量は、真空ゲージの測定値を用いて計算した。検証実験を開始してから２１１時間経過したときに、真空バルブを開けて、重水素ガスの循環を開始した。
検証実験の結果を図６に示す。本図は、左側の第１縦軸が重水素透過量Ｔ［ＳＣＣＭ］（Standard Cubic Centimeter per Minutes）、右側の第２縦軸が重水素ガス圧力Ｐ［ｋＰａ］と試料温度Ｔｓ［℃］、横軸が時間ｔ［ｈ］を示す。本図は、重水素ガスの循環開始前後の結果を示している。図６より、重水素透過量Ｔは、重水素ガスの循環開始前は０．８［ＳＣＣＭ］であり、重水素ガスの循環開始後に１［ＳＣＣＭ］まで増加することが確認された。また、重水素ガスの循環開始後は、重水素透過量Ｔが１［ＳＣＣＭ］で維持されていることが確認された。試料温度Ｔｓは、温度制御部の制御により、重水素ガスの循環開始前後で、一定に維持されていることが確認できた。重水素ガス圧力Ｐは、重水素ガスの循環開始直後に、循環ポンプの圧力により一時的に上昇するが、次第に元の圧力に戻ることが確認された。第２チャンバーの圧力が一定とされていることから、試料の両面側の圧力差は、重水素ガスの循環開始前後で、ほぼ一定に維持されていることが確認できた。試料温度と試料の両面側の圧力差が一定に維持された状態で重水素透過量が増加したことから、試料表面の不純物が排除され、試料の表面状態が良くなったと考えられる。これは、フィルタ43による不純物除去効果が表れていることを示している。試料の表面での水素分子の吸着及び解離を阻害するものとしては、例えば、水（水蒸気）、炭化水素、C、S、及び、Siが考えられる。水は、チャンバーや配管の内壁から放出、あるいは、チャンバー内部材に含まれる酸化皮膜が水素により還元されたものと考えられる。炭化水素（メタン、エタン、メタノール、エタノール等）、C、S、及び、Siは、配管やチャンバー内部材から放出されたものと考えられる。よって、フィルタ43は、不純物として、水（水蒸気）、炭化水素、C、S、及び、Siを少なくとも吸着することが好ましい。フィルタ43としては、ピュリフィルタの他、大阪ガスリキッド社製のファインピュアー、アップテックジャパン社製のマイクロトール等を用いてもよい。
［第２実施形態］
第２実施形態は、フィルタ43によって不純物が除去された水素系ガスを反応体に直接吹き付けるものである。第１実施形態の発熱システム1と同じ部材については、同符号を付して説明を省略する。
第２実施形態は、フィルタ43によって不純物が除去された水素系ガスを反応体に直接吹き付けるものである。第１実施形態の発熱システム1と同じ部材については、同符号を付して説明を省略する。
図７に示すように、発熱システム50は、第１実施形態の発熱システム1の各部材に加え、ノズル部51を備える。また、発熱システム50では、電極部16とヒータ17をセットにして細線18を巻き付けた巻回型反応体9を備える。
ノズル部51は、循環装置3と巻回型反応体9との間に設けられ、フィルタ43を通過した不純物除去後の水素系ガスを巻回型反応体9の表面に供給する。具体的には、ノズル部51は、吐出口39bと巻回型反応体9との間に設けられており、吐出口39bから吐出された不純物除去後の水素系ガスを先端から噴射することにより巻回型反応体9の表面に吹き付ける。
ノズル部51は、配管部52と噴射部54とを有する。配管部52は、吐出口39bから巻回型反応体9まで引き出されている。本実施形態では、反応体7の容器6内壁と対面する側面に貫通孔7aが形成されており、この貫通孔7aに、配管部52が通されている。配管部52の基端は、吐出口39bと接続している。配管部52の先端は、噴射部54と接続している。配管部52の先端は、巻回型反応体9の幅方向における中心に対応する位置に配されている。配管部52は、吐出口39bから吐出された不純物除去後の水素系ガスを噴射部54へ案内する。
図８に示すように、噴射部54は、配管部52の先端に設けられている。噴射部54は、配管部52を介して吐出口39bと接続している。噴射部54の先端は、巻回型反応体9のヒータ17側（正面側）の表面と対向している。噴射部54の先端からは、配管部52より案内された不純物除去後の水素系ガスが噴射される。これにより、噴射部54から出された不純物除去後の水素系ガスが、巻回型反応体9の表面に供給される。噴射部54の先端と巻回型反応体9の表面との間の距離は、例えば、１〜２ｃｍとされ、本実施形態では１ｃｍとしている。噴射部54の先端の向きは、適宜設計してよいが、噴射部54の先端から出された不純物除去後の水素系ガスが巻回型反応体9の正面側の表面全域に吹き付けられる向きとすることが好ましい。本実施形態では、噴射部54の先端の向きは、巻回型反応体9の正面側表面の面方向に対し垂直な向きとしている。
以上の構成において、発熱システム50では、吐出口39bから巻回型反応体9まで引き出され、吐出口39bから吐出された不純物除去後の水素系ガスを噴射するノズル部51を設けたことにより、不純物除去後の水素系ガスが巻回型反応体9の表面に直接吹き付けられる。これにより、発熱システム50では、フィルタ43により不純物が除去されたフレッシュな水素系ガスが巻回型反応体9に直接供給されるとともに、巻回型反応体9の表面および周辺の不純物が吹き飛ばされ、巻回型反応体9が不純物除去後の水素系ガスにより形成された雰囲気下に配されるので、過剰熱の出力がより確実に増大および／または維持される。
ノズル部51の配置は適宜変更してもよい。例えば、図９に示すように、ノズル部51は、噴射部54の先端を上向きにした状態で、巻回型反応体56の下方に配置してもよい。巻回型反応体56は、電極部16が２つのヒータ17で挟まれ、電極部16と２つのヒータ17をセットにして細線18を巻き付けたものである。本図は、巻回型反応体56を側面側から視た図である。噴射部54の先端から出された不純物除去後の水素系ガスは、巻回型反応体56の下端部に吹き付けられることにより分岐し、巻回型反応体56の正面および背面へ向かって流れる。これにより、不純物除去後の水素系ガスが、巻回型反応体56の表面全域に供給される。噴射部54は、巻回型反応体56の厚み方向における中心に対応する位置に配することが好ましい。なお、ノズル部51は、巻回型反応体8に対して不純物除去後の水素系ガスを吹き付ける場合は、噴射部54の先端を上向きにした状態で、巻回型反応体8の下方に配置してよい。
図１０に示すように、ノズル部51の代わりに、先端が分岐した形状を有するノズル部57を用いてもよい。この例では、ノズル部57は、２つの噴射部54を有する。２つの噴射部54は、先端を向き合わせた状態で配されている。各噴射部54の間に巻回型反応体56が設けられている。各噴射部54の先端は、巻回型反応体56の正面および背面にそれぞれ対向する。ノズル部57は、配管部52と噴射部54との間に分岐管58が設けられている。分岐管58の基端には、配管部52と接続する接続部58aが設けられている。分岐管58の先端は、２つに分岐しており、各先端が噴射部54と接続している。このノズル部57により、各噴射部54から出された不純物除去後の水素系ガスが、巻回型反応体56の表面全域に確実に吹き付けられる。なお、分岐管58の分岐数は適宜設計してよい。
また、図１１に示すように、複数の噴射部54が巻回型反応体56の表面の面方向に配列されたノズル部59を用いてもよい。ノズル部59は、分岐管58の先端のそれぞれに、複数の噴射部54を有するノズルヘッダ60が設けられている。この例では、１つのノズルヘッダ60に４つの噴射部54が配列されている。ノズルヘッダ60の基端には、分岐管58と接続する接続部60aが設けられている。ノズルヘッダ60は、分岐管58からの不純物除去後の水素系ガスを各噴射部54へ案内する。このノズル部59により、各噴射部54から出された不純物除去後の水素系ガスが、巻回型反応体56の表面全域に均一に供給される。なお、ノズルヘッダ60の数と噴射部54の数等は適宜設計してよい。
［第３実施形態］
第３実施形態は、容器6内の水素系ガスをサンプリングし、サンプリングした水素系ガスを分析し、その分析結果を用いて水素系ガスの循環流量を制御する。
第３実施形態は、容器6内の水素系ガスをサンプリングし、サンプリングした水素系ガスを分析し、その分析結果を用いて水素系ガスの循環流量を制御する。
図１２に示すように、発熱システム70は、第２実施形態の発熱システム50の各部材に加え、サンプリング用配管72と、調整バルブ73と、ＴＭＰ74と、ＤＰ75と、分析部76と、制御装置77と、を備える。また、発熱システム70では、流量制御部41の代わりに、流量制御部78を備える。発熱システム50と同じ部材については、同符号を付して説明を省略する。
サンプリング用配管72は、容器6に形成された回収口71と接続している。サンプリング用配管72には、回収口71を介して、容器6内から水素系ガスが流入する。サンプリング用配管72には、容器6との接続側から順に、調整バルブ73、分析部76、ＴＭＰ74、およびＤＰ75が設けられている。調整バルブ73は、サンプリング用配管72に流入する水素系ガスの流量を調整する。ＴＭＰ74とＤＰ75は、サンプリング用配管72内のガスを排気することにより、容器6内の水素系ガスをサンプリング用配管72に流入させる。
分析部76は、サンプリング用配管72に流入した水素系ガスの分析を行う。分析部76は、例えば、水素系ガスに含まれる阻害物質を分析する。阻害物質は、発熱体セル2の発熱反応を阻害するガス（以下、阻害ガスという）であり、例えば、水（水蒸気）、炭化水素等である。分析部76としては、例えば、質量分析器が用いられ、本実施形態では四重極型質量分析計が用いられる。分析部76は、阻害ガスの質量分析を行い、分析結果として、例えば、阻害ガスのイオン電流、または、ガス分圧を出力する。分析部76は、分析結果を制御装置77に出力する。分析部76は、本実施形態では定期的に質量分析を行う。分析部76により質量分析が行われるタイミングは、制御装置77により設定および変更が可能とされている。
制御装置77は、分析部76から得られた分析結果に応じて、水素系ガスの循環流量を制御するための循環流量制御信号と、ヒータ17の加熱温度を制御するための加熱温度制御信号とを出力する。
流量制御部78は、制御装置77が出力した循環流量制御信号に基づいて、水素系ガスの循環流量の制御を行う。流量制御部78は、例えば、阻害ガスのイオン電流に応じて水素系ガスの循環流量を増減させる。水素系ガスの循環流量の増減により、過剰熱の出力と容器6内の温度とが調整される。すなわち、流量制御部78は、分析部76による分析結果に応じて水素系ガスの循環流量を制御することにより、過剰熱の出力調整と、容器6内の温度調整とを行う。分析結果に応じて循環流量が制御されることによって、容器6内から阻害ガスが確実に排出され、かつ、不純物除去後の水素系ガスが容器6内へ戻されるので、容器6内が清浄に保たれる。
加熱電源25は、制御装置77が出力した加熱温度制御信号に基づいて、ヒータ17の加熱温度の制御を行う。すなわち、加熱電源25は、分析部76による分析結果に応じてヒータ17の加熱温度の制御を行う。加熱電源25は、水素系ガスの循環流量の増加による容器6内の温度低下を抑制するために、ヒータ17の加熱温度を上昇させる。加熱電源25は、例えば、阻害ガスのイオン電流とヒータ17の出力設定値との対応関係を予め記憶しており、分析部76で得られたイオン電流に対応する出力設定値を用いて、ヒータ17の出力調整を行う。これにより、発熱体セル2の発熱反応が持続される温度がより確実に保たれる。
以上の構成において、発熱システム70では、容器6内からサンプリングした水素系ガスに含まれる阻害ガスの質量分析を行い、その分析結果を、水素系ガスの循環流量の制御とヒータ17の加熱温度の制御とにフィードバックさせる。これにより、発熱システム70では、容器6内が清浄に保たれ、かつ、発熱反応が持続される温度が保たれるので、過剰熱の出力がより確実に増大および／または維持される。
分析部76は、阻害ガスの質量分析を行う代わりに、水素系ガスに含まれる吸着性の不純物ガスの質量分析を行い、その分析結果を、制御装置77に出力する。分析部76は、分析結果として、例えば、不純物ガスの濃度を出力する。この場合、流量制御部78は、不純物ガスの濃度が低いほど、水素系ガスの循環流量を増加させる。また、加熱電源25は、不純物ガスの濃度が低いほど、ヒータ17の加熱温度を上昇させる。
制御装置77は、温度測定部20a,20b,21a,21b,21cにより測定された測定温度に応じて加熱温度制御信号を出力してもよい。この場合、加熱電源25は、測定温度が低いほど、ヒータ17の加熱温度を上昇させる。すなわち、加熱電源25は、温度測定部20a,20b,21a,21b,21cによる測定温度に応じてヒータ17の加熱温度の制御を行ってもよい。
サンプリング用配管72、調整バルブ73、ＴＭＰ74、ＤＰ75、分析部76、および、制御装置77は、第１実施形態の発熱システム1に設けてもよい。
吐出口39bは、容器6の側壁に設ける代わりに、容器6の底部に設けてもよい。容器6の底部に吐出口39bを設ける場合は、回収口39aを容器6の上部に設けることが好ましい。これにより、吐出口39bから吐出された不純物除去後の水素系ガスが、巻回型反応体の配置領域を流れて、回収口39aに回収される。また、容器6の底部に吐出口39bを設ける場合は、反応体7に貫通孔7aを形成せずに、筒状の反応体7の底部側開口に配管部52を通すことが好ましい。
1,50,70 発熱システム
2 発熱体セル
3 循環装置
4 熱回収装置
6 容器
7 反応体
8,9,56 巻回型反応体
12,18 細線
17 ヒータ
20a,20b,21a,21b,21c 温度測定部
40 循環経路
41,78 流量制御部
42 ポンプ
43 フィルタ
51,57,59 ノズル部
54 噴射部
76 分析部
2 発熱体セル
3 循環装置
4 熱回収装置
6 容器
7 反応体
8,9,56 巻回型反応体
12,18 細線
17 ヒータ
20a,20b,21a,21b,21c 温度測定部
40 循環経路
41,78 流量制御部
42 ポンプ
43 フィルタ
51,57,59 ノズル部
54 噴射部
76 分析部
Claims (9)
- 容器と、前記容器の内部に設けられ、水素吸蔵金属または水素吸蔵合金からなりその表面に複数の金属ナノ粒子が形成された反応体とを備え、発熱に寄与する水素系ガスが前記容器内部に供給されることで前記金属ナノ粒子内に水素原子が吸蔵され過剰熱を発する発熱体セルと、
前記容器外に設けられ、前記容器の回収口から前記容器の吐出口までを結ぶ循環経路と、前記容器内の前記水素系ガスを、前記循環経路を経由させて循環させるポンプと、前記循環経路の途中に設けられ、前記水素系ガス内の不純物を吸着して除去するフィルタとを備え、前記発熱体セル内の前記水素系ガスを循環させる循環装置と、
前記吐出口と巻回型反応体との間に設けられ、前記フィルタを通過した不純物除去後の前記水素系ガスを前記巻回型反応体の表面に供給するノズル部と
を備える
ことを特徴とする発熱システム。 - 前記ノズル部は、前記不純物除去後の前記水素系ガスを前記巻回型反応体の表面全域に供給する
ことを特徴とする請求項１に記載の発熱システム。 - 前記ノズル部は、前記巻回型反応体の表面の面方向に配列された複数の噴射部を有し、
前記複数の噴射部から前記不純物除去後の前記水素系ガスを前記巻回型反応体の表面全域に供給する
ことを特徴とする請求項２に記載の発熱システム。 - 前記循環装置は、前記水素系ガスの循環流量を制御する流量制御部を有する
ことを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか１項に記載の発熱システム。 - 前記容器内部に設けられた温度測定部を備え、
前記流量制御部は、前記温度測定部による測定温度に応じて前記水素系ガスの循環流量を制御することにより、前記過剰熱の出力調整と、前記容器内の温度調整とを行う
ことを特徴とする請求項４に記載の発熱システム。 - 容器と、前記容器の内部に設けられ、水素吸蔵金属または水素吸蔵合金からなりその表面に複数の金属ナノ粒子が形成された反応体とを備え、発熱に寄与する水素系ガスが前記容器内部に供給されることで前記金属ナノ粒子内に水素原子が吸蔵され過剰熱を発する発熱体セルと、
前記発熱体セル内の前記水素系ガスを循環させる循環装置と、
前記容器内の前記水素系ガスを分析する分析部とを備え、
前記循環装置は、
前記容器外に設けられ、前記容器の回収口から前記容器の吐出口までを結ぶ循環経路と、
前記容器内の前記水素系ガスを、前記循環経路を経由させて循環させるポンプと、
前記循環経路の途中に設けられ、前記水素系ガス内の不純物を吸着して除去するフィルタと、
前記分析部による分析結果に応じて前記水素系ガスの循環流量を制御することにより、前記過剰熱の出力調整と、前記容器内の温度調整とを行う流量制御部とを備える
ことを特徴とする発熱システム。 - 前記反応体を加熱するヒータと、
前記分析部による分析結果に応じて前記ヒータの加熱温度の制御を行う加熱電源とを備える
ことを特徴とする請求項６に記載の発熱システム。 - 前記循環経路には、
前記過剰熱により温められた前記水素系ガスから熱を回収する熱回収装置が設けられている
ことを特徴とする請求項１〜７のうちいずれか１項に記載の発熱システム。 - 前記フィルタは、前記不純物として、水、炭化水素、C、S、及び、Siを少なくとも吸着する
ことを特徴とする請求項１〜８のうちいずれか１項に記載の発熱システム。
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