JP7488548B2

JP7488548B2 - 発熱装置

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Inventors: 康弘岩村; 岳彦伊藤; 英樹吉野; 章太郎平野
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Description

本発明は、発熱装置に関する。

近年、水素吸蔵金属などを用いて水素の吸蔵と放出とを行うことにより熱が発生する発熱現象が報告されている（例えば、非特許文献１参照）。水素は、水から生成できるため、資源としては無尽蔵で安価であり、かつ、二酸化炭素などの温室効果ガスを発生しないのでクリーンなエネルギーとされている。また、水素吸蔵金属などを用いた発熱現象は、核分裂反応とは異なり、連鎖反応が無いので安全とされている。水素の吸蔵と放出とにより発生する熱は、そのまま熱として利用する他、電力に変換して利用することもできるので、有効なエネルギー源として期待される。

A. Kitamura, A. Takahashi, K. Takahashi, R. Seto, T. Hatano, Y. Iwamura, T. Itoh, J. Kasagi, M. Nakamura, M. Uchimura, H. Takahashi, S. Sumitomo, T. Hioki, T. Motohiro, Y. Furuyama, M. Kishida, H. Matsune, "Excess heat evolution from nanocomposite samples under exposure to hydrogen isotope gases", International Journal of Hydrogen Energy 43 (2018) 16187-16200.

水素の吸蔵と放出とを利用して熱エネルギーを得る発熱装置の研究開発が進められているが、熱損失が大きく、また装置の動作を維持するために必要なエネルギーも大きいため、エネルギー効率が低いという問題があった。

そこで、本発明は、熱損失を抑制し、エネルギー効率に優れる発熱装置を提供することを目的とする。

本発明の発熱装置は、中空の容器と、前記容器の内部に設けられた発熱体と、前記発熱体を加熱するヒータと、前記容器の壁部と前記ヒータとを接続する導線部と、前記発熱体に水素を含む水素系ガスを供給する水素供給部と、前記容器の内部を真空排気する真空排気部とを備え、前記発熱体は、水素吸蔵金属、水素吸蔵合金、またはプロトン導電体からなる台座と、前記台座の表面に設けられた多層膜とを有し、前記多層膜は、水素吸蔵金属または水素吸蔵合金からなり、かつ厚さが１０００ｎｍ未満でなる第１層と、前記第１層とは異種の水素吸蔵金属、水素吸蔵合金、またはセラミックスからなり、かつ厚さが１０００ｎｍ未満でなる第２層とが積層された積層構造を有し、前記発熱体は、前記ヒータにより加熱され、前記第１層と前記第２層との界面である異種物質界面を前記水素が量子拡散により透過または拡散することで、熱を発生し、ヒータ温度をＴ_Ｈ［Ｋ］、外界温度をＴ_Ｗ［Ｋ］、等価的熱伝導面積をＡ_ＨＣ［ｍ^２］、等価的熱伝導率をｋ_ｅｑ［Ｗ／ｍＫ］、等価的熱伝導距離をＬ_ｅｑ［ｍ］、サンプル輻射表面積をＡ_Ｓ［ｍ^２］、サンプル表面温度をＴ_Ｓ［Ｋ］、等価的輻射率をε_ｅｑ、ステファンボルツマン定数をσ［Ｗ／ｍ^２Ｋ^４］、動作維持に必要なエネルギーをＰ_ｍ［Ｗ］、前記発熱体が発生する熱エネルギーをＨ_ｅｘ［Ｗ］としたときに、下記数式（１）を満たすことを特徴とする。

ここで、上記数式（１）中、η_ｅｑは、前記等価的熱伝導率を前記等価的熱伝導距離で除した値（ｋ_ｅｑ／Ｌ_ｅｑ）である。

本発明によれば、熱損失を抑制し、エネルギー効率を向上させることができる。

第１実施形態の発熱装置の概略を説明するための説明図である。第１実施形態の発熱装置の詳細な構成を説明するための説明図である。第１層と第２層とを有する発熱体の構造を示す断面図である。過剰熱の発生を説明するための説明図である。ヒータの構成を示す斜視図である。反射部の構成を示す斜視図である。上部の支持板を上方に移動させた状態を示す斜視図である。支持板の断面図である。第２実施形態の発熱装置の構成を説明するための説明図である。第３実施形態の発熱装置の構成を説明するための説明図である。第３実施形態の発熱装置の作用を説明するための説明図である。第４実施形態の発熱装置の構成を説明するための説明図である。有底筒状に形成された発熱体の断面図である。第５実施形態の発熱装置の構成を説明するための説明図である。第５実施形態の発熱装置の作用を説明するための説明図である。柱状に形成された発熱体の断面図である。第６実施形態の発熱装置の構成を説明するための説明図である。第１層と第２層と第３層とを有する発熱体の構造を示す断面図である。第１層と第２層と第３層と第４層とを有する発熱体の構造を示す断面図である。

［第１実施形態］
図１において、発熱装置１０は、容器１１と、ヒータ１２と、導線部１３と、発熱体１４と、水素供給部１５と、真空排気部１６と、反射部１７とを備える。容器１１は、中空の真空容器である。ヒータ１２は、電圧の印加により熱を発生し、発熱体１４を加熱する。導線部１３は、容器１１の壁部とヒータ１２とを接続する。発熱体１４は、容器１１の内部に設けられている。発熱体１４は、真空状態でヒータ１２により加熱されることで、ヒータ１２により加熱される温度以上の温度に昇温する。ヒータ１２により加熱される温度以上の温度に昇温した発熱体１４が発生する熱を、過剰熱という。発熱体１４が過剰熱を発生するメカニズムについては、別の図面を用いて後述する。水素供給部１５は、発熱体１４に水素を含む水素系ガスを供給する。真空排気部１６は、容器１１の内部を真空排気する。反射部１７は、発熱体１４が放射する輻射熱を反射する。

ヒータ１２の温度であるヒータ温度をＴ_Ｈ［Ｋ］、容器１１の外部の温度である外界温度をＴ_Ｗ［Ｋ］、導線部１３の等価的熱伝導面積をＡ_ＨＣ［ｍ^２］、導線部１３の等価的熱伝導率をｋ_ｅｑ［Ｗ／ｍＫ］、導線部１３の等価的熱伝導距離をＬ_ｅｑ［ｍ］、発熱体１４の表面積であるサンプル輻射表面積をＡ_Ｓ［ｍ^２］、発熱体１４の表面の温度であるサンプル表面温度をＴ_Ｓ［Ｋ］、発熱体１４と容器１１の壁部との間の等価的輻射率をε_ｅｑ、ステファンボルツマン定数をσ［Ｗ／ｍ^２Ｋ^４］、装置の動作維持に必要なエネルギーである動作維持エネルギーをＰ_ｍ［Ｗ］、発熱体１４が発生する熱エネルギーをＨ_ｅｘ［Ｗ］としたときに、発熱装置１０は、上記の数式（１）を満たすものである。上記数式（１）中、η_ｅｑは、等価的熱伝導率を等価的熱伝導距離で除した値（ｋ_ｅｑ／Ｌ_ｅｑ）である。「等価的」とは、複数の要素を１つの要素に置き換えて表す場合という意味である。例えば、導線部１３が２種の導線から構成され、各導線の熱伝導面積が異なる場合に、各導線を１つの導線に置き換えたときの熱伝導面積のことを等価的熱伝導面積という。なお、本開示において「等価的」という用語には、要素が１つのみである場合が含まれるものとする。例えば、導線部１３が１種の導線から構成されている場合に、当該導線の熱伝導面積のことも等価的熱伝導面積という。

上記数式（１）の左辺の第１項は、導線部１３を介してヒータ１２から容器１１へ熱伝導することによる熱損失を示し、熱伝導エネルギー損失という。上記数式（１）の左辺の第２項は、発熱体１４の輻射熱による熱損失を示し、輻射エネルギー損失という。上記数式（１）の左辺の第３項、すなわち動作維持エネルギーは、発熱体１４における過剰熱の発生を長期間持続するために必要なエネルギーであり、真空排気部１６を駆動するための電気エネルギーを少なくとも含む。発熱装置１０では、発熱体１４が過剰熱を発生した後、ヒータ１２をＯＦＦとする。このため、動作維持エネルギーには、ヒータ１２を駆動するための電気エネルギーは含まれない。

発熱装置１０は、外界との接触面積を極力小さくし、熱伝導率の低い材料で構成した部材を用いることで、熱伝導による熱損失が抑制されている。また、発熱装置１０は、発熱体１４の輻射熱を、反射板を設置することや輻射熱を反射する材料で容器１１を構成すること等で抑制することで、輻射による熱損失が抑制されている。更に、発熱装置１０は、容器１１の内部を真空ポンプで排気すること等で水素の対流を抑制することで、対流による熱損失が抑制されている。発熱装置１０では、発熱体１４が過剰熱を発生した後にヒータ１２をＯＦＦとする。発熱装置１０は、出力エネルギーの一部を入力エネルギーとして利用し、発熱体１４における過剰熱の発生を長期間持続させることができるので、自立運転が可能である。

図２を用いて、第１実施形態に係る発熱装置１０の構成を詳細に説明する。

容器１１は、上部１１ａと底部１１ｂと側部１１ｃとで構成される。上部１１ａと底部１１ｂとは、互いに間隔をあけて対向するように配されている。上部１１ａは、底部１１ｂの上方に位置する。側部１１ｃは、筒状に形成され、上部１１ａと底部１１ｂとを接続する。容器１１は、上部１１ａと底部１１ｂと側部１１ｃとが接続することにより密閉される。以下の説明において上部１１ａと底部１１ｂと側部１１ｃとを区別しない場合は壁部と記載する。容器１１の材料は、耐熱性および耐圧性を有する材料が用いられる。容器１１の材料としては、炭素鋼、オーステナイト系ステンレス鋼、耐熱性非鉄合金鋼などが挙げられる。容器１１の材料は、後述する反射板と同じ材料でもよい。反射板と同じ材料を用いて容器１１を構成することにより、容器１１の内面で発熱体１４の輻射熱が反射され、輻射エネルギー損失が抑制される。容器１１の形状は、特に限定されず、円筒状、楕円筒状、角筒状等としてよい。容器１１の内部には、図示しない圧力センサが設けられている。

容器１１の壁部にはガス導入口２５とガス排出口２６と接続部２７とが設けられている。ガス導入口２５は、容器１１の内部と水素供給部１５とを接続する。ガス排出口２６は、容器１１の内部と真空排気部１６とを接続する。接続部２７は、導線部１３と接続する。ガス導入口２５とガス排出口２６とは、本実施形態では側部１１ｃに設けられているが、これに限定されず、上部１１ａまたは底部１１ｂに設けてもよい。接続部２７は、本実施形態では上部１１ａに設けられているが、これに限定されず、側部１１ｃまたは底部１１ｂに設けてもよい。

ヒータ１２は、容器１１の内部に設けられている。本実施形態では、ヒータ１２の形状は板状である。ヒータ１２は、加熱部２９と温度センサ３０とを有する。加熱部２９は、容器１１の外部に設けられた電源（図示なし）から電圧が印加されることにより熱を発生する。加熱部２９の平面視における形状は、一辺の長さが２５ｍｍの正方形である。温度センサ３０は、ヒータ１２の温度を検出する。ヒータ１２は、発熱装置１０の運転を開始する際に、発熱体１４を所定の温度まで昇温させる。

導線部１３は、加熱部２９と接続する加熱用導線部３２と、温度センサ３０と接続する温度検出用導線部３３とを有する。加熱用導線部３２と温度検出用導線部３３とは、容器１１の接続部２７を介して、後述する制御部３７と電気的に接続する。

発熱体１４は、ヒータ１２の両面に設けられている。すなわち、発熱装置１０は２つの発熱体１４を備えるものである。本実施形態では、発熱体１４の形状は板状である。発熱体１４の平面視における形状は、一辺の長さが２５ｍｍの正方形である。発熱体１４を構成する面のうち、ヒータ１２と接する面を裏面とし、裏面と逆側の面を表面とし、表面および裏面に対し直角な４つの面を側面とする。発熱体１４の数は、特に限定されない。発熱体１４の構成の詳細については、別の図面を用いて後述する。

水素供給部１５は、容器１１の外部に設けられている。水素供給部１５は、ガス導入口２５を介して、容器１１の内部に水素系ガスを導入する。水素供給部１５は、図示しないが、水素系ガスを貯留するバッファタンク、バッファタンクと容器１１のガス導入口２５とを接続する配管、容器１１の内部に導入する水素系ガスの流量や配管内の圧力を調整する圧力調整弁などから構成されている。水素系ガスとは、水素の同位体を含むガスのことである。水素系ガスとしては、重水素ガスと軽水素ガスとの少なくともいずれかが用いられる。軽水素ガスは、天然に存在する軽水素と重水素の混合物、すなわち、軽水素の存在比が９９．９８５％であり、重水素の存在比が０．０１５％である混合物を含む。以降の説明において、軽水素と重水素とを区別しない場合には「水素」と記載する。

真空排気部１６は、容器１１の外部に設けられている。真空排気部１６は、ガス排出口２６を介して、容器１１の内部を真空排気する。真空排気部１６は、図示しないが、真空ポンプ、真空ポンプと容器１１のガス排出口２６とを接続する配管、容器１１の内部から排出する水素系ガスの流量や配管内の圧力を調整する圧力調整弁などから構成されている。真空排気部１６は、発熱装置１０の運転中、容器１１の内部の真空排気を継続して行う。これにより、容器１１の内部の真空状態が維持され、水素の対流が抑制され、対流による熱損失が抑制される。

反射部１７は、容器１１の内部に設けられている。反射部１７は、全体として箱状であり、各発熱体１４を覆うように構成されている。本実施形態では、反射部１７の形状は略直方体である。反射部１７は、輻射熱を反射する材料により形成される。反射部１７の材料は、輻射熱を反射し、かつ、熱伝導率の低い材料が好ましい。

反射部１７は、発熱体１４の表面と対応する反射板３５を少なくとも有する。反射板３５は、発熱体１４の表面から放射される輻射熱を、当該発熱体１４に向けて反射する。反射板３５は、発熱体１４側の面を表面とし、容器１１側の面を裏面とする。本実施形態では、発熱体１４の表面と直交する方向に、互いに間隔をあけて配された３枚の反射板３５を有する。したがって、発熱装置１０では、発熱体１４ごとに反射板３５が３枚設置された構成を有している。発熱体１４の表面から放射される輻射熱は、一部が反射板３５で反射され、一部が反射板３５を透過する場合がある。３枚の反射板３５が設置されていることにより、発熱体１４の表面と対応する１枚目の反射板３５を透過した輻射熱は２枚目の反射板３５で反射され、２枚目の反射板３５を透過した輻射熱は３枚目の反射板３５で反射される。反射板３５を設置する数が多いほど輻射エネルギー損失を抑制することができる。ここで、２面の間にｎ枚の反射板を設置し、全ての面の輻射率が等しいとすれば、１／（ｎ＋１）に比例して熱流束が減少することが知られている（例えば、「伝熱工学資料改訂第５版日本機械学会２００９年発行ｐ．２０８～２０９」参照）。本実施形態では、発熱体１４の表面と容器１１の内面との間に３枚の反射板３５を設置しているので、反射板３５が無い場合と比べて、輻射エネルギー損失を概ね１／４程度に抑制することができる。

また、反射部１７は、発熱体１４の４つの側面とそれぞれ対応する複数の反射板３５を更に有する。本実施形態では、発熱体１４の１つの側面と直交する方向に、３枚の反射板３５が互いに間隔をあけて設けられている。したがって、反射部１７は、合計１８枚の反射板３５により、２つの発熱体１４を覆うように構成されている。反射板３５の材料は、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｍｏ等が用いられる。反射板３５の平面視における形状は、特に限定されないが、本実施形態では長方形である。複数の反射板３５のうち、上方に配される３枚の反射板３５には、後述する導線部１３が挿入される貫通穴が設けられている。また、各反射板３５には、後述する支柱５３が挿入される貫通穴（図示なし）が設けられている。

発熱装置１０は、制御部３７を更に備える。制御部３７は、容器１１の外部に設けられている。制御部３７は、発熱装置１０の各部と電気的に接続しており、各部の動作を制御する。制御部３７は、例えば、演算装置（Central Processing Unit）、読み出し専用メモリ（Read Only Memory）やランダムアクセスメモリ（Random Access Memory）などの記憶部などを備えている。演算装置では、例えば、記憶部に格納されたプログラムやデータなどを用いて各種の演算処理を実行する。また、制御部３７は、容器１１の外部に設けられた電源（図示なし）と電気的に接続しており、電源からヒータ１２へ印加する電圧の制御を行う。

図３および図４を用いて発熱体１４の構成を詳細に説明する。図３に示すように、発熱体１４は、台座３９と多層膜４０とを有する。台座３９は、水素吸蔵金属、水素吸蔵合金またはプロトン導電体により形成される。水素吸蔵金属としては、例えば、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｔｉなどが用いられる。水素吸蔵合金としては、例えば、ＬａＮｉ_５、ＣａＣｕ_５、ＭｇＺｎ_２、ＺｒＮｉ_２、ＺｒＣｒ_２、ＴｉＦｅ、ＴｉＣｏ、Ｍｇ_２Ｎｉ、Ｍｇ_２Ｃｕなどが用いられる。プロトン導電体としては、例えば、ＢａＣｅＯ_３系（例えばＢａ（Ｃｅ_０．９５Ｙ_０．０５）Ｏ_３－６）、ＳｒＣｅＯ_３系（例えばＳｒ（Ｃｅ_０．９５Ｙ_０．０５）Ｏ_３－６）、ＣａＺｒＯ_３系（例えばＣａＺｒ_０．９５Ｙ_０．０５Ｏ_３－α）、ＳｒＺｒＯ_３系（例えばＳｒＺｒ_０．９Ｙ_０．１Ｏ_３－α）、βＡｌ_２Ｏ_３，βＧａ_２Ｏ_３などが用いられる。台座３９は、多孔質体または水素透過膜により形成してもよい。多孔質体は、水素系ガスの通過を可能とするサイズの孔を有する。多孔質体は、例えば、金属、非金属、セラミックスなどにより形成される。多孔質体は、水素系ガスと多層膜４０との反応を阻害しない材料により形成されることが好ましい。水素透過膜は、例えば、水素吸蔵金属または水素吸蔵合金により形成される。水素透過膜は、メッシュ状のシートを有するものを含む。

多層膜４０は台座３９に設けられる。図３では台座３９の表面に多層膜４０が設けられているが、台座３９の裏面、または台座３９の両面に多層膜４０を設けてもよい。台座３９の表面または裏面に多層膜４０が設けられている場合は、台座３９がヒータ１２（図示省略）の表面に設けられる。台座３９の両面に多層膜４０が設けられている場合は、いずれかの多層膜４０がヒータ１２の表面に設けられる。多層膜４０は、水素吸蔵金属または水素吸蔵合金により形成される第１層４１と、第１層４１とは異種の水素吸蔵金属、水素吸蔵合金またはセラミックスにより形成される第２層４２とを有する。台座３９と第１層４１との間の界面、第１層４１と第２層４２との間の界面が、異種物質界面４３である。

第１層４１は、例えば、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｃｏ、これらの合金のうち、いずれかにより形成される。第１層４１を形成する合金は、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｃｏのうち２種以上からなる合金であることが好ましい。第１層４１を形成する合金として、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｃｏに添加元素を添加させた合金を用いてもよい。

第２層４２は、例えば、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｃｏ、これらの合金、ＳｉＣのうち、いずれかにより形成される。第２層４２を形成する合金とは、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｃｏのうち２種以上からなる合金であることが好ましい。第２層４２を形成する合金として、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｃｏに添加元素を添加させた合金を用いてもよい。

第１層４１と第２層４２との組み合わせとしては、元素の種類を「第１層４１－第２層４２」として表すと、Ｐｄ－Ｎｉ、Ｎｉ－Ｃｕ、Ｎｉ－Ｃｒ、Ｎｉ－Ｆｅ、Ｎｉ－Ｍｇ、Ｎｉ－Ｃｏであることが好ましい。第２層４２をセラミックスとした場合は、「第１層４１－第２層４２」が、Ｎｉ－ＳｉＣであることが好ましい。

第１層４１の厚みと第２層４２の厚みは、それぞれ１０００ｎｍ未満であることが好ましい。第１層４１と第２層４２の各厚みが１０００ｎｍ以上となると、水素が多層膜４０を透過し難くなる。また、第１層４１と第２層４２の各厚みが１０００ｎｍ未満であることにより、バルクの特性を示さないナノ構造を維持することができる。第１層４１と第２層４２の各厚みは、５００ｎｍ未満であることがより好ましい。第１層４１と第２層４２の各厚みが５００ｎｍ未満であることにより、完全にバルクの特性を示さないナノ構造を維持することができる。

図３では、多層膜４０は、台座３９の表面に、第１層４１と第２層４２とがこの順で交互に積層された構成を有する。第１層４１と第２層４２とは、それぞれ５層とされている。なお、第１層４１と第２層４２との各層数は適宜変更してもよい。多層膜４０は、台座３９の表面に、第２層４２と第１層４１とがこの順で交互に積層された構成を有するものでもよい。多層膜４０としては、第１層４１と第２層４２とをそれぞれ１層以上有し、異種物質界面４３が１つ以上形成されていればよい。

図４に示すように、異種物質界面４３は水素原子を透過させる。図４は、面心立法構造の水素吸蔵金属により形成される第１層４１および第２層４２に水素を吸蔵させた後、第１層４１および第２層４２を加熱したときに、第１層４１における金属格子中の水素原子が、異種物質界面４３を透過して第２層４２の金属格子中に移動する様子を示した概略図である。図４を用いて、発熱体１４が過剰熱を発生するメカニズムを説明する。

発熱体１４は、容器１１に水素系ガスが導入されることで、台座３９および多層膜４０により水素を吸蔵する。発熱体１４は、容器１１の内部への水素系ガスの導入が停止されても、台座３９および多層膜４０において水素を吸蔵した状態を維持する。ヒータ１２により発熱体１４の加熱が開始されると、台座３９および多層膜４０に吸蔵されている水素が放出され、多層膜４０の内部をホッピングしながら量子拡散する。水素は軽く、ある物質Ａと物質Ｂの水素が占めるサイト（オクトヘドラルやテトラヘドラルサイト）をホッピングしながら量子拡散していくことが分かっている。発熱体１４は、真空状態で加熱が行われることで、異種物質界面４３を水素が量子拡散により透過し、或いは、異種物質界面４３を水素が拡散して、過剰熱を発生する。

発熱体１４は、水素系ガスが供給され、ヒータ１２により加熱され、所定の温度に昇温することにより過剰熱を発生する。発熱体１４は、ヒータ１２により例えば２７０～３００℃に昇温することで、過剰熱を発生する。過剰熱を発している状態の発熱体１４の温度は、例えば３００℃以上１５００℃以下の範囲内とされる。発熱体１４は、過剰熱を発生すると、ヒータ１２をＯＦＦとしても、所定期間発熱が持続する。

発熱体１４の製造方法の一例を説明する。発熱体１４は、例えばスパッタリング法を用いて製造することができる。まず、板状の台座３９を形成する。次に、台座３９上に、第１層４１および第２層４２を交互に形成し、多層膜４０を形成する。これにより、台座３９の表面に多層膜４０が設けられた発熱体１４が得られる。台座３９を形成する際は、第１層４１および第２層４２よりも厚めに形成することが好ましく、台座３９の材料としては例えばＮｉが用いられる。第１層４１および第２層４２は、真空状態で連続的に形成することが好ましい。第１層４１および第２層４２の間には、自然酸化膜が形成されずに、異種物質界面４３のみを形成することができるからである。発熱体１４の製造方法としては、スパッタリング法に限られず、蒸着法、湿式法、溶射法、電気めっき法などを用いることができる。発熱体１４の形状は、本実施形態では板状であるが、これに限定されず、筒状または柱状でもよい。

発熱体１４を用いた発熱方法の一例を説明する。まず、容器１１の内部に水素系ガスを導入することにより、水素系ガスに含まれる水素を発熱体１４に吸蔵させる。次に、水素系ガスの導入を停止し、容器１１の内部を真空排気し、発熱体１４を加熱することにより、発熱体１４に吸蔵されている水素を放出させる。発熱体１４では、水素を吸蔵する際に異種物質界面４３を水素が量子拡散により透過して熱を発生し、水素を放出する際に異種物質界面４３を水素が量子拡散により透過して熱を発生する。水素の吸蔵と放出とが繰り返し行われるようにしてもよい。水素の吸蔵と放出とを交互に行うことで発熱体１４を発熱させる方式をバッチ式という。

バッチ式により発熱体１４を発熱させる実験の方法と結果を以下に記載する。

発熱体１４の台座３９として、Ｎｉからなり、厚さ０．１ｍｍのＮｉ基板を用いた。台座３９の表面に、Ｃｕからなる第１層４１と、Ｎｉからなる第２層４２とを交互に形成し、多層膜４０を得た。第１層４１の厚みは１４ｎｍとした。第２層４２の厚みは２ｎｍとした。第１層４１と第２層４２とは、それぞれ５層とした。発熱体１４を２枚準備し、板状のセラミックヒータの両面に配置した。発熱体１４をセラミックヒータとともに真空容器の内部に設置した。そして、真空容器の内部への水素系ガスの導入と、真空容器の内部の真空排気とを繰り返し行った。真空容器の内部に水素系ガスを導入する圧力は５０Ｐａ程度とした。発熱体１４に水素を吸蔵させる時間は６４時間程度とした。なお、水素を吸蔵させる前に、予め、ヒータにより真空容器の内部を３６時間程度２００℃以上でベーキングし、発熱体１４の表面に付着した水などを除去した。ヒータの入力電力は、９Ｗ、１８Ｗ、２７Ｗと切り替えた。５００℃から１０００℃の範囲内で過剰熱が発生することが確認できた。過剰熱は、９００℃付近で約５Ｗ程度であった。なお、９００℃付近の単位面積当たりの過剰熱を求めると、約０．５Ｗ／ｃｍ^２であった。発熱体１４が過剰熱を発生した後にヒータをＯＦＦとしても、所定期間発熱が持続することが確認できた。

発熱体１４を用いた発熱方法の別の例を説明する。発熱体１４の両側の水素の分圧に差を生じさせる。例えば、発熱体１４を容器に収容し、容器の内部を第１室と第２室とに区画する。第１室の内部に水素系ガスを導入し、第２室の内部を真空排気する。これにより、第１室の水素分圧が上昇し、第２室の水素分圧が低下し、発熱体１４の両側に水素分圧の差が生じる。発熱体１４の両側に水素分圧の差が生じると、発熱体１４のうち高圧側に配された一方の面（表面とする）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、発熱体１４の内部へ浸入する。すなわち、発熱体１４に水素が吸蔵される。水素原子は、発熱体１４の内部を拡散して通過する。発熱体１４のうち低圧側に配された他方の面（裏面とする）では、発熱体１４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。すなわち、発熱体１４から水素が放出される。このように、発熱体１４は、高圧側から低圧側へ水素を透過させる。ここでいう透過は、発熱体の表面に水素が吸蔵され、発熱体の裏面から水素が放出されることをいう。発熱体１４は、水素を吸蔵することによって熱を発生し、また、水素を放出することによっても熱を発生する。発熱体１４の両側に水素分圧の差を生じさせることにより、発熱体１４の表面での水素の吸蔵と、発熱体１４の裏面での水素の放出とが同時に行われ、水素が発熱体１４を連続的に透過するので、過剰熱を効率的に発生させることができる。水素分圧の差を利用して水素を透過させることで発熱体１４を発熱させる方式を透過式という。なお、以下の説明では、水素分圧を「水素の圧力」と記載する場合もある。

透過式により発熱体１４を発熱させる実験の方法と結果を以下に記載する。

発熱体１４の台座３９として、Ｎｉからなり、厚さ０．１ｍｍのＮｉ基板を用いた。台座３９の両面に、Ｃｕからなる第１層４１と、Ｎｉからなる第２層４２とを交互に形成し、多層膜４０を得た。第１層４１と第２層４２とは、それぞれ６層とした。実験を開始する前に、３日間、３００℃で発熱体１４のベーキングを行った。実験は上記のベーキング後に開始した。ステンレスで形成された配管の先端に、ＶＣＲ継手を用いて発熱体１４を固定した。配管の先端を石英ガラス管の内部に配置した。配管の基端から水素系ガスを導入し、石英ガラス管の内部を真空排気した。配管の内部空間が第１室であり、石英ガラス管の内部空間が第２室となる。第１室の水素分圧を１００ｋＰａに調整した。第２室の水素分圧を１×１０^－４Ｐａに調整した。ヒータを駆動し、所定の設定温度で発熱体１４の加熱を行った。ヒータは電気炉を用いた。設定温度は、約半日ごとに変更し、３００℃から９００℃の範囲内で段階的に上昇させた。３００℃から９００℃の範囲内で過剰熱が発生することが確認できた。過剰熱は、８００℃付近で約１０Ｗ程度となることが確認できた。なお、８００℃付近の単位面積当たりの過剰熱を求めると、約５Ｗ／ｃｍ^２であった。発熱体１４が過剰熱を発生した後にヒータをＯＦＦとしても、所定期間発熱が持続することが確認できた。

以上より、発熱体１４が発生する熱エネルギーＨ_ｅｘは、バッチ式で５Ｗ程度、透過式で１０Ｗ程度となる。本実施形態に係る発熱装置１０は、バッチ式により発熱を行うように構成されている。

図５を用いてヒータ１２の構成を詳細に説明する。本実施形態では、ヒータ１２は、熱電対を内蔵した板状のセラミックヒータである。ヒータ１２は、セラミックヒータに限定されず、電気炉等でもよい。温度センサ３０は、加熱部２９に内蔵された熱電対である。熱電対は、マイナス極の素線の材料が白金（Ｐｔ）、プラス極の素線の材料がロジウムを１３％含む白金ロジウム合金（ＰｔＲｈ）である。本実施形態では、温度センサ３０としての熱電対によりヒータ温度Ｔ_Ｈが計測される。

ヒータ１２と発熱体１４とは、ホルダー４５を用いて一体化される。ホルダー４５は、例えばセラミックスにより形成される。ホルダー４５の平面視における形状は正方形である。ホルダー４５は、一対のホルダー半体４５ａ，４５ｂで構成されている。ホルダー半体４５ａとホルダー半体４５ｂとは同じ構成を有する。このため、ホルダー半体４５ａについて説明し、ホルダー半体４５ｂについては説明を省略する。ホルダー半体４５ａは、発熱体１４と接する面に設けられた段差部４６と、厚み方向に開口する開口部４７とを有する。図５では、ホルダー半体４５ｂの段差部４６が紙面奥側に隠れている。一対のホルダー半体４５ａ，４５ｂを一体化したときに、段差部４６に発熱体１４が配置され、開口部４７から発熱体１４が露出する。開口部４７は、本実施形態では直径２３ｍｍの円形状であるが、これに限定されない。ホルダー４５に収容された発熱体１４は、一対のホルダー半体４５ａ，４５ｂの各開口部４７に対応する面から、反射部１７に向けて輻射熱を放射する。したがって、本実施形態では、開口部４７の面積をサンプル輻射表面積Ａ_Ｓとして用いる。

導線部１３の構成を詳細に説明する。加熱用導線部３２は、加熱部２９と接続するヒータ導線３２ａと、ヒータ導線３２ａと接続部２７とを接続する導線３２ｂとで構成されている。温度検出用導線部３３は、熱電対のうち加熱部２９から突出した部分である熱電対導線３３ａと、熱電対導線３３ａと接続部２７とを接続する補償導線３３ｂとで構成されている。導線部１３は、ヒータ導線３２ａ、導線３２ｂ、熱電対導線３３ａ、および補償導線３３ｂを各２本ずつ有している。

導線部１３は、ヒータ１２から容器１１へ熱伝導する熱伝導経路である。導線部１３を構成するヒータ導線３２ａ、導線３２ｂ、熱電対導線３３ａ、および補償導線３３ｂの各断面積に基づき、導線部１３の等価的熱伝導面積Ａ_ＨＣが得られる。導線部１３を構成するヒータ導線３２ａ、導線３２ｂ、熱電対導線３３ａ、および補償導線３３ｂの各熱伝導率に基づき、導線部１３の等価的熱伝導率ｋ_ｅｑが得られる。導線部１３を構成するヒータ導線３２ａ、導線３２ｂ、熱電対導線３３ａ、および補償導線３３ｂの各長さに基づき、導線部１３の等価的熱伝導距離Ｌ_ｅｑが得られる。

図６～図８を用いて反射部１７の構成を詳細に説明する。図６に示すように、反射部１７は、複数の反射板３５に加え、複数の反射板３５を支持する支持部４８を更に有する。支持部４８は、ＳｉＯ_２やセラミックスなどの低熱伝導性の材料により形成され、発熱体１４からの輻射熱を反射する断熱体としての機能を有する。支持部４８は、互いに所定の間隔をあけて容器１１の底部１１ｂに固定される複数のベース４９と、各ベース４９に固定される複数の支持板５０ａ～５０ｃとを有する。本実施形態では、支持部４８は、４つのベース４９と、上部を構成する１つの支持板５０ａと、底部を構成する１つの支持板５０ｂと、側部を構成する４つの支持板５０ｃとで構成されている。各ベース４９は、柱状に形成され、容器１１の底部１１ｂから上部１１ａへ向けて延びている。各支持板５０ａ～５０ｃは、全体として箱状に構成されており、本実施形態では略直方体である。各支持板５０ａ～５０ｃは、ねじ部材（図示なし）を用いて各ベース４９に固定される。各支持板５０ａ～５０ｃの平面視における形状は、特に限定されないが、本実施形態では長方形である。

上部の支持板５０ａと側部の各支持板５０ｃとの間には、水素系ガスが流通するガス流通部５１が設けられている。なお、ガス流通部５１は、底部の支持板５０ｂと側部の各支持板５０ｃとの間に設けてもよく、側部の４つの支持板５０ｃ同士の間に設けてもよい。

図７は、上部の支持板５０ａを上方に移動させた状態を示している。支持部４８の内部には、発熱体１４とヒータ１２（図示なし）とが収容される。上部の支持板５０ａには、ヒータ１２の導線部１３が挿入される貫通穴が設けられている。各支持板５０ａ～５０ｃの内面には複数の反射板３５が支持される。

図８に示すように、各支持板５０ａ～５０ｃには、複数の支柱５３と、複数のスペーサ５４とが設けられている。支持板５０ａを用いて、支柱５３とスペーサ５４の説明をする。支柱５３は、反射板３５に設けられた貫通穴に挿入される。スペーサ５４は、支持板５０ａと反射板３５との間、および複数の反射板３５同士の間に配される。これにより、複数の反射板３５が所定の間隔をあけて配される。

各支持板５０ａ～５０ｃは、複数の反射板３５が設けられている面を互いに向き合わせるようにして、各ベース４９に固定される（図６および図７参照）。これにより、発熱体１４が複数の反射板３５により囲まれ、発熱体１４が放射する輻射熱が複数の反射板３５により反射され、輻射による熱損失が抑制される。

発熱装置１０は、上述したように運転を開始する際にヒータ１２をＯＮとし、発熱体１４を所定の温度まで昇温することにより、発熱体１４から過剰熱を発生させる。発熱装置１０の運転を停止する場合は発熱体１４を冷却させる。発熱体１４を冷却する方法として、例えば容器１１の内部に低温の水や不活性ガス等を導入する。容器１１の内部における水素の圧力を例えば１気圧以上とし、水素の対流による熱損失を大きくすることで、発熱体１４を冷却することもできる。

上記数式（１）を用いて、熱伝導エネルギー損失、輻射エネルギー損失、および動作維持エネルギーを試算する。

まず、熱伝導エネルギー損失を試算する。試算した条件と結果は以下の通りである。

ヒータ導線３２ａは、材料をＮｉ、熱伝導率を４０Ｗ／ｍＫ、直径を０．５ｍｍ、長さを１００ｍｍとする。導線３２ｂは、材料をＣｕ、熱伝導率を４００Ｗ／ｍＫ、直径を０．５ｍｍ、長さを５０ｍｍとする。熱電対導線３３ａは、マイナス極の素線の材料をＰｔ、プラス極の素線の材料をＰｔＲｈ、各素線の熱伝導率を８０Ｗ／ｍＫ、直径を０．３ｍｍ、長さを９０ｍｍとする。補償導線３３ｂは、材料をＣｕ、熱伝導率を４００Ｗ／ｍＫ、直径を０．３ｍｍ、長さを６０ｍｍとする。ヒータ温度Ｔ_Ｈを９００℃（１１７３．１５Ｋ）とする。外界温度Ｔ_Ｗを２７℃（３００．１５Ｋ）とする。上記数式（１）の左辺の第１項を用いると、加熱用導線部３２（ヒータ導線３２ａおよび導線３２ｂ）で生じる熱伝導エネルギー損失は０．８８Ｗ、温度検出用導線部３３（熱電対導線３３ａおよび補償導線３３ｂ）で生じる熱伝導エネルギー損失は０．３９Ｗとなる。したがって、導線部１３における全体の熱伝導エネルギー損失は１．２７Ｗと試算される。

次に、輻射エネルギー損失を試算する。試算した条件と結果は以下の通りである。

ホルダー４５の開口部４７の直径を２３ｍｍとし、発熱体１４のうち開口部４７に対応する面の面積をサンプル輻射表面積Ａ_Ｓとする。サンプル表面温度Ｔ_Ｓは７００℃（９７３．１５Ｋ）とする。外界温度Ｔ_Ｗは２７℃（３００．１５Ｋ）とする。輻射率εは全て０．１１とする。上記数式（１）の左辺の第２項を用いると、輻射エネルギー損失は２．４３Ｗと試算される。本試算は、反射板３５が無い場合の試算である。本実施形態では、発熱体１４ごとに反射板３５を３枚設置しているため、輻射エネルギー損失は、上記の反射板３５が無い場合の試算結果の概ね１／４の０．６１Ｗとなる。

次に、動作維持エネルギーを計算する。試算した条件と結果は以下の通りである。

発熱装置１０の動作中は、真空排気部１６により容器１１の内部の真空排気を行い、容器１１の内部の水素の圧力をｐ～１０^－４Ｐａとする。動作維持エネルギーは、定圧過程であるため、下記数式（２）および下記数式（３）を用いて計算することができる。
ｐΔＶ＝Δｎ_１ＲＴ・・・（２）
Ｐｍ＝Δｎ_２ＲＴ・・・（３）

ｐは、容器１１の内部の水素の圧力である。ΔＶは、容器１１の内部の空間の体積である。Δｎ_１は、発熱体１４による水素吸蔵前の容器１１の内部に存在する水素のモル数である。Ｒは、気体定数である。Ｔは、容器１１の内部の温度である。Δｎ_２は、発熱体１４による水素吸蔵後の容器１１の内部に存在する水素のモル数である。まず、上記数式（２）を用いてΔｎ_１を算出する。次に、算出したΔｎ_１から、発熱体１４に吸蔵される水素のモル数を減算し、Δｎ_２を算出する。ここで、発熱体１４に吸蔵される水素のモル数を最大１０^－４ｍｏｌ程度とし、発熱体１４に吸蔵された水素が６時間程度で発熱体１４から放出されることを前提とする。上記数式（３）を用いると、動作維持エネルギーは、Ｐ_ｍ～４×１０^－５Ｗと試算される。

発熱体１４が発生する熱エネルギーは、バッチ式では上記のようにＨ_ｅｘ～５Ｗである。反射板３５が無い場合、熱伝導エネルギー損失（１．２７Ｗ）と輻射エネルギー損失（２．４３Ｗ）と動作維持エネルギー（４×１０^－５Ｗ）の合計値は、約３．７０Ｗとなる。したがって、反射板３５が無い場合であっても、発熱体１４が発生する熱エネルギーが、熱伝導エネルギー損失と輻射エネルギー損失と動作維持エネルギーの合計値より大きくなり、上記数式（１）を満たすので、熱損失を抑制し、エネルギー効率に優れる発熱装置を実現できる。このため、本発明に係る発熱装置としては、反射部１７および反射板３５を備えずに、容器１１と、ヒータ１２と、導線部１３と、発熱体１４と、水素供給部１５と、真空排気部１６とを備えるものであればよい。

本実施形態に係る発熱装置１０では、発熱体１４ごとに反射板３５を３枚設置しているので、反射板３５が無い場合と比べて輻射エネルギー損失が概ね１／４に抑制されている。したがって、発熱装置１０は、熱伝導エネルギー損失と輻射エネルギー損失と動作維持エネルギーの合計値が約１．８８Ｗとなり、上記数式（１）を十分に満たしているため、エネルギー効率がより向上している。

［第２実施形態］
上記第１実施形態ではヒータ１２に内蔵された熱電対（温度センサ３０）を用いてヒータ１２の温度を検出しているが、第２実施形態では放射温度計を用いる。以下の説明では、上記第１実施形態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９に示すように、発熱装置６０は、容器６１と、ヒータ６２と、導線部６３と、発熱体１４と、水素供給部１５と、真空排気部１６と、反射部６４とを備える。発熱装置６０は、バッチ式により発熱を行うように構成されている。

容器６１は、上部６１ａと底部６１ｂと側部６１ｃとで構成される。上部６１ａおよび底部６１ｂは、上記第１実施形態の上部１１ａおよび底部１１ｂと同じ構成であるので、説明を省略する。側部６１ｃは、赤外線を透過する窓部６５を有する。窓部６５は、側部６１ｃに形成された貫通孔に石英ガラスが嵌め込まれた構成を有する。容器６１は、側部６１ｃに窓部６５が設けられていることが、上記第１実施形態の容器１１と異なる。

ヒータ６２は、加熱部２９から構成される。ヒータ６２は、温度センサ３０を内蔵していないことが上記第１実施形態のヒータ１２（図２参照）と異なる。

導線部６３は、加熱部２９と接続する加熱用導線部３２から構成される。導線部６３は、温度検出用導線部３３を有しないことが上記第１実施形態の導線部１３（図２参照）と異なる。

反射部６４は、複数の反射板６６と、複数の反射板６６を支持する支持部６７とを有する。支持部６７は、複数のベース６９と、複数のベース６９に固定される複数の支持板７０ａ～７０ｃとを有する。支持板７０ａ～７０ｃは、全体として箱状に構成されている。支持部６７の側部を構成する支持板７０ｃには第１の計測孔７１が設けられている。第１の計測孔７１は、側部の支持板７０ｃのうち、容器６１に設けられた窓部６５に対応する位置に設けられている。第１の計測孔７１が設けられている支持板７０ｃに支持される複数の反射板６６には、第２の計測孔７２がそれぞれ設けられている。各第２の計測孔７２は、複数の反射板６６のうち、第１の計測孔７１に対応する位置に設けられている。支持部６７は、支持板７０ｃに第１の計測孔７１が設けられ、反射板６６に第２の計測孔７２が設けられていることが、上記第１実施形態の支持部４８と異なる。

発熱装置６０は、温度センサ７４を更に備える。温度センサ７４は、容器６１の外部に設けられている。温度センサ７４は、容器６１に設けられた窓部６５から、支持板７０ｃの第１の計測孔７１、反射板６６の第２の計測孔７２を介して、ヒータ６２の温度を検出する放射温度計である。第２実施形態では、温度センサ７４としての放射温度計によりヒータ温度Ｔ_Ｈが計測される。

発熱装置６０は、導線部６３が加熱用導線部３２のみからなり、温度センサ７４としての放射温度計を用いてヒータ６２の温度を検出するように構成されているので、温度検出用導線部３３を有する上記第１実施形態の発熱装置１０よりも、熱伝導エネルギー損失が抑制されている。したがって、発熱装置６０は、上記数式（１）を満たす条件で構成されているので、エネルギー効率に優れている。

［第３実施形態］
上記第１、第２実施形態ではバッチ式により発熱を行うように構成されているが、第３実施形態では透過式により発熱を行うように構成されている。

図１０において、発熱装置８０は、容器８１と、ヒータ８２と、導線部８３と、発熱体１４と、水素供給部１５と、真空排気部１６と、反射部８４とを備える。

容器８１は、第１の容器８１ａと、第１の容器８１ａの内部に設けられた第２の容器８１ｂとで構成されている。第１の容器８１ａと第２の容器８１ｂとは、中空の真空容器であって、上記第１実施形態の容器１１と同様に、上部と底部と側部とで構成されている。第１の容器８１ａの壁部には、ガス排出口２６と接続部２７とが設けられている。真空排気部１６は、第１の容器８１ａの内部を真空排気する。第２の容器８１ｂの壁部には、ガス導入口２５と後述するガス回収口８７とが設けられている。本実施形態では、第２の容器８１ｂの壁部に、３つのガス導入口２５と、４つのガス回収口８７とが設けられている。水素供給部１５は、第２の容器８１ｂの内部に水素系ガスを導入する。

第３実施形態では、第２の容器８１ｂの内部に複数の発熱体１４が設けられている。図１０では、６つの発熱体１４が設けられている。複数の発熱体１４は、表面または裏面と直交する方向に、互いに間隔をあけて配列されている。第２の容器８１ｂの内部は、複数の発熱体１４により、複数の第１室８５と複数の第２室８６とに区画されている。第１室８５と第２室８６とは、複数の発熱体１４の配列方向に交互に配されている。第１室８５はガス導入口２５と接続する。第２室８６はガス回収口８７と接続する。第１室８５は、ガス導入口２５から水素系ガスが導入されることにより昇圧される。第２室８６は、ガス回収口８７から水素系ガスが回収されることにより減圧される。これにより、第１室８５の水素分圧が、第２室８６の水素分圧よりも高くなる。このように、第３実施形態では、第１室８５と第２室８６との間に水素の圧力（水素分圧）の差を発生させる。

ヒータ８２は、第１の容器８１ａの内部に設けられ、第２の容器８１ｂを介して複数の発熱体１４を加熱する。ヒータ８２は、例えば電気抵抗発熱式の電熱線であり、第２の容器８１ｂの外周に巻き付けられている。ヒータ８２は、電源（図示なし）と電気的に接続しており、電源から電圧が印加されることにより熱を発生する。ヒータ８２は、第２の容器８１ｂの外周を覆うように配置される電気炉でもよい。

導線部８３は、第１の容器８１ａの壁部に設けられた接続部２７とヒータ８２とを接続する。導線部８３は、接続部２７を介して、第１の容器８１ａの外部に設けられた制御部（図示なし）および電源（図示なし）と電気的に接続する。

反射部８４は、発熱体１４が放射する輻射熱を反射する。反射部８４は、ヒータ８２が放射する輻射熱も反射する。反射部８４は、複数の反射板８８と、複数の反射板８８を支持する支持部（図示なし）とを有する。反射部８４は断熱材８９により覆われている。

発熱装置８０は、図示しない温度センサを更に備えており、温度センサを用いてヒータ８２の温度を検出している。温度センサとしては、例えば上記第２実施形態と同様に、放射温度計が用いられる。

水素供給部１５とガス導入口２５とは、水素導入管９０により接続されている。水素導入管９０は、水素供給部１５からガス導入口２５を介して第１室８５に水素系ガスを導入する。水素導入管９０には、圧力調整弁９１が設けられている。圧力調整弁９１は、第１室８５に導入する水素系ガスの流量や水素導入管９０内の圧力を調整する。水素導入管９０のうち、第１の容器８１ａと断熱材８９との間の一部分は、断熱パイプ９２に挿入され、断熱されている。

水素供給部１５とガス回収口８７とは、水素回収管９４により接続されている。水素回収管９４は、第２室８６の水素系ガスをガス回収口８７から回収する。水素回収管９４には、循環ポンプ９５が設けられている。循環ポンプ９５は、第２室８６の水素系ガスを水素回収管９４へ回収し、所定の圧力に昇圧して水素供給部１５のバッファタンク（図示なし）へ送る。循環ポンプ９５により循環する水素系ガスの流量は、０．１ＳＣＣＭである。循環ポンプ９５としては、例えばメタルベローズポンプが用いられる。水素回収管９４のうち、第１の容器８１ａと断熱材８９との間の一部分は、断熱パイプ９６に挿入され、断熱されている。

図１１に示すように、第１室８５と第２室８６との間に生じる水素分圧の差によって、水素導入管９０から第１室８５へ導入された水素系ガスは、発熱体１４を透過して第２室８６へ移動し、水素回収管９４に回収される。各発熱体１４は、水素系ガスが透過することにより、それぞれ過剰熱を発生する。このように、発熱装置８０は、透過式により発熱を行うように構成されている。

ヒータ８２は、発熱装置８０の運転を開始する際にＯＮとされ、発熱体１４が過剰熱を発生した後にＯＦＦとされる。循環ポンプ９５は、発熱装置８０の運転中、水素系ガスの循環を継続して行う。このため、動作維持エネルギーには、ヒータ８２を駆動するための電気エネルギーは含まれず、真空排気部１６を駆動するための電気エネルギーと、循環ポンプ９５を駆動するための電気エネルギーとが含まれる。真空排気部１６を駆動するための電気エネルギーは、上記のように４×１０^－５Ｗである。循環ポンプ９５を駆動するための電気エネルギーは、０．１ＳＣＣＭの流量で１×１０^－３Ｗである。

発熱装置８０では、循環ポンプ９５を使用しているので、水素系ガスを循環するためのポンプを使用しない上記第１実施形態の発熱装置１０よりも、動作維持エネルギーが僅かに大きい。しかしながら、発熱装置８０では、透過式により発熱を行うように構成されているので、発生する熱エネルギーＨ_ｅｘが５Ｗ程度であるバッチ式の上記第１実施形態の発熱装置１０よりも、大きい熱エネルギーＨ_ｅｘ（１０Ｗ程度）が得られる。発熱装置８０は、発熱装置１０と比べて、動作維持エネルギーが増加しているが、当該動作維持エネルギーの増加分よりも、発生する熱エネルギーの増加分の方が大きい。したがって、発熱装置８０は、上記数式（１）を満たす条件で構成されているので、エネルギー効率に優れている。

［第４実施形態］
上記第３実施形態では循環ポンプ９５を用いて水素系ガスを循環させているが、第４実施形態では水素系ガスを循環しない。

図１２において、発熱装置１００は、容器８１と、ヒータ８２と、導線部８３と、発熱体１４と、水素供給部１５と、真空排気部１６と、反射部８４とを備える。また、発熱装置１００は、不活性ガスを貯留するガスタンク１０１と、ガスタンク１０１とガス回収口８７とを接続するガス管１０２とを更に備える。発熱装置１００は、水素回収管９４と循環ポンプ９５の代わりに、ガスタンク１０１とガス管１０２とを備えることが、上記第３実施形態の発熱装置８０と異なる。不活性ガスとしては、例えばアルゴンガスや窒素ガス等が用いられる。ガスタンク１０１の不活性ガスは、発熱装置１００の運転開始前に、ガス管１０２を介して第２室８６の内部に導入される。このように、ガスタンク１０１は、第２室８６の内部に不活性ガスを導入するための不活性ガス導入部としての機能を有する。

発熱装置１００では、第２室８６の内部に不活性ガスが導入されることにより、第１室８５と第２室８６との間に水素分圧の差が生じる。第１室８５と第２室８６との間に生じる水素分圧の差によって、第１室８５の水素系ガスは、発熱体１４を透過して第２室８６へ移動し、ガス回収口８７およびガス管１０２を通ってガスタンク１０１へ送られる。各発熱体１４は、水素系ガスが透過することにより、それぞれ過剰熱を発生する。このように、発熱装置１００は、透過式により発熱を行うように構成されている。

ガスタンク１０１を定期的に交換することにより、第１室８５と第２室８６との間に水素分圧の差が生じた状態を維持することができる。なお、ガスタンク１０１に水素透過膜を設け、ガスタンク１０１の内部に蓄積した水素を除去してもよい。

発熱装置１００では、水素系ガスを循環するためのポンプを使用しないので、循環ポンプ９５を使用する上記第３実施形態の発熱装置８０よりも、動作維持エネルギーが小さい。したがって、発熱装置１００は、上記数式（１）を満たす条件で構成されているので、エネルギー効率に優れている。

［第５実施形態］
上記各実施形態では発熱体１４が板状であるが、第５実施形態では筒状である。

図１３に示すように、発熱体１０６は、一端が開口し、他端が閉塞した有底筒状に形成されている。発熱体１０６は、有底筒状であること以外は、上記第１実施形態の発熱体１４と同じ構成を有する。発熱体１０６は、台座１０７の表面に多層膜１０８が設けられた構成を有する。台座１０７と多層膜１０８の材料は、上記第１実施形態と同じであるため、説明を省略する。台座１０７には取付管１０９が設けられている。取付管１０９は、例えばステンレスなどで形成されている。なお、発熱体１０６は、図１３では有底円筒状に形成されているが、有底角筒状に形成してもよい。

発熱体１０６の製造方法の一例を説明する。発熱体１０６は、有底筒状に形成された台座１０７を準備し、湿式成膜法を用いて台座１０７の外面に多層膜１０８を形成する。これにより、有底筒状の発熱体１０６が形成される。湿式成膜法としては、スピンコート法、スプレーコート法、ディッピング法などが用いられる。また、多層膜１０８は、ＡＬＤ法（Atomic Layer Deposition）を用いて形成してもよいし、台座１０７を回転させる回転機構を備えたスパッタリング装置を用いて、台座１０７を回転させながら、台座１０７に多層膜１０８を形成してもよい。なお、多層膜１０８は、台座１０７の外面に設ける場合に限られず、台座１０７の内面、または台座１０７の両面に設けてもよい。

図１４に示すように、発熱装置１１０は、複数の発熱体１０６を備える。発熱装置１１０は、有底筒状の発熱体１０６を使用していること以外は、上記第３実施形態の発熱装置８０と同じ構成を有する。発熱装置１１０は、容器８１と、ヒータ８２と、導線部８３と、複数の発熱体１０６と、水素供給部１５と、真空排気部１６と、反射部８４とを備える。

複数の発熱体１０６は、第２の容器８１ｂの内部に設けられる。発熱体１０６の取付管１０９は、第２の容器８１ｂの壁部に設けられたガス導入口２５と接続する。第１室８５は、発熱体１０６の内面により形成される。第２室８６は、第２の容器８１ｂの内面と発熱体１０６の外面とにより形成される。このため、発熱体１０６は、台座１０７が第１室８５側（高圧側）に配され、多層膜１０８が第２室８６側（低圧側）に配される（図１３参照）。第１室８５と第２室８６との間に生じる水素分圧の差によって、ガス導入口２５および取付管１０９から第１室８５へ導入された水素系ガスは、発熱体１０６を透過して第２室８６へ移動する。各発熱体１０６は、水素系ガスが透過することにより、過剰熱を発生する。このように、発熱装置１１０は、透過式により発熱を行うように構成されている。

図１５に示すように、発熱装置１１０では、第２の容器８１ｂの内部に９つの発熱体１０６が設けられている。本実施形態では、第２の容器８１ｂの壁部に、９つのガス導入口２５（図示なし）と、１つのガス回収口８７（図示なし）とが設けられている。各発熱体１０６の取付管１０９と水素導入管９０とがガス導入口２５を介して接続し、各発熱体１０６の内部（第１室８５）に水素系ガスが導入される。第２の容器８１ｂのガス回収口８７と水素回収管９４とが接続し、第２室８６の水素系ガスが回収される。回収された水素系ガスは、循環ポンプ９５により所定の圧力に昇圧され、水素供給部１５のバッファタンク（図示なし）へ送られる。水素供給部１５の水素系ガスは、ガス回収口８７および水素導入管９０を通って各発熱体１０６の内部（第１室８５）に再び導入され、各発熱体１０６の外部（第２室８６）へ移動する。このように発熱装置１１０は水素系ガスを循環させることができる。

発熱装置１１０は、発熱体１０６を使用していること以外は上記第３実施形態の発熱装置８０と同じ構成を有する。したがって、発熱装置１１０は、上記第３実施形態の発熱装置８０と同様に、上記数式（１）を満たす条件で構成されているので、エネルギー効率に優れている。

発熱装置１１０は、発熱体１０６を用いる代わりに、図１６に示す柱状に形成された発熱体１１２を用いてもよい。発熱体１１２は、柱状に形成された台座１１３と、台座１１３の表面に設けられた多層膜１０８とを有する。発熱体１１２は、中実の台座１１３を有することが発熱体１０６と異なる。台座１１３は、水素系ガスの通過を可能としつつ、発熱体１１２としての機械的強度を向上させる。なお、発熱体１１２は、図１６では円柱状に形成されているが、角柱状に形成してもよい。

［第６実施形態］
上記第５実施形態では循環ポンプ９５を用いて水素系ガスを循環させているが、第６実施形態では水素系ガスを循環しない。

図１７に示すように、発熱装置１１５は、容器８１と、ヒータ８２と、導線部８３と、発熱体１０６と、水素供給部１５と、真空排気部１６と、反射部８４と、ガスタンク１０１と、ガス管１０２とを備える。発熱装置１１５は、水素回収管９４と循環ポンプ９５の代わりに、ガスタンク１０１とガス管１０２とを備えることが、上記第５実施形態の発熱装置１１０と異なる。

発熱装置１１５では、第１室８５の内部に水素系ガスが導入され、第２室８６の内部に不活性ガスが導入されることにより、第１室８５と第２室８６との間に水素分圧の差が生じる。第１室８５と第２室８６との間に生じる水素分圧の差によって、第１室８５の水素系ガスは、発熱体１０６を透過して第２室８６へ移動し、ガス回収口８７およびガス管１０２を通ってガスタンク１０１へ送られる。各発熱体１０６は、水素系ガスが透過することにより、それぞれ過剰熱を発生する。このように、発熱装置１１５は、透過式により発熱を行うように構成されている。

発熱装置１１５では、水素系ガスを循環するためのポンプを使用しないので、循環ポンプ９５を使用する上記第５実施形態の発熱装置１１０よりも、動作維持エネルギーが小さい。したがって、発熱装置１１５は、上記数式（１）を満たす条件で構成されているので、エネルギー効率に優れている。

本発明は、上記各実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。

発熱体１４の多層膜４０、発熱体１０６および発熱体１１２の多層膜１０８は、第１層４１と第２層４２とから構成されているが、多層膜の構成はこれに限定されない。

以下、多層膜の第１の例について説明する。

図１８に示すように、発熱体１３３は、台座３９と多層膜１３４とを有する。多層膜１３４は、第１層４１と第２層４２に加え、第３層１３５を更に有する。台座３９、第１層４１、および第２層４２については説明を省略する。第３層１３５は、第１層４１および第２層４２とは異種の水素吸蔵金属、水素吸蔵合金、またはセラミックスにより形成される。第３層１３５の厚みは、１０００ｎｍ未満であることが好ましい。図１８では、第１層４１と第２層４２と第３層１３５は、台座３９の表面に、第１層４１、第２層４２、第１層４１、第３層１３５の順に積層されている。なお、第１層４１と第２層４２と第３層１３５は、台座３９の表面に、第１層４１、第３層１３５、第１層４１、第２層４２の順に積層されてもよい。すなわち、多層膜１３４は、第２層４２と第３層１３５の間に第１層４１を設けた積層構造を有する。多層膜１３４は、第３層１３５を１層以上有していればよい。第１層４１と第３層１３５との界面が異種物質界面１３６である。異種物質界面１３６は、異種物質界面４３と同様に、水素原子を透過させる。

第３層１３５は、例えば、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｃｏ、これらの合金、ＳｉＣ、ＣａＯ、Ｙ_２Ｏ_３、ＴｉＣ、ＬａＢ_６、ＳｒＯ、ＢａＯのうちいずれかにより形成される。第３層１３５を形成する合金は、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｃｏのうち２種以上からなる合金であることが好ましい。第３層１３５を形成する合金として、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｃｏに添加元素を添加させた合金を用いてもよい。

特に、第３層１３５は、ＣａＯ、Ｙ_２Ｏ_３、ＴｉＣ、ＬａＢ_６、ＳｒＯ、ＢａＯのいずれかにより形成されることが好ましい。ＣａＯ、Ｙ_２Ｏ_３、ＴｉＣ、ＬａＢ_６、ＳｒＯ、ＢａＯのいずれかにより形成される第３層１３５を有する発熱体１３３は、水素の吸蔵量が増加し、異種物質界面４３および異種物質界面１３６を透過する水素の量が増加し、過剰熱の高出力化が図れる。ＣａＯ、Ｙ_２Ｏ_３、ＴｉＣ、ＬａＢ_６、ＳｒＯ、ＢａＯのいずれかにより形成される第３層１３５は、厚みが１０ｎｍ以下であることが好ましい。これにより、多層膜１３４は、水素原子を容易に透過させる。ＣａＯ、Ｙ_２Ｏ_３、ＴｉＣ、ＬａＢ_６、ＳｒＯ、ＢａＯのいずれかにより形成される第３層１３５は、完全な膜状に形成されずに、アイランド状に形成されてもよい。また、第１層４１および第３層１３５は、真空状態で連続的に形成することが好ましい。これにより、第１層４１および第３層１３５の間には、自然酸化膜が形成されずに、異種物質界面１３６のみが形成される。

第１層４１と第２層４２と第３層１３５との組み合わせとしては、元素の種類を「第１層４１－第３層１３５－第２層４２」として表すと、Ｐｄ－ＣａＯ－Ｎｉ、Ｐｄ－Ｙ_２Ｏ_３－Ｎｉ、Ｐｄ－ＴｉＣ－Ｎｉ、Ｐｄ－ＬａＢ_６－Ｎｉ、Ｎｉ－ＣａＯ－Ｃｕ、Ｎｉ－Ｙ_２Ｏ_３－Ｃｕ、Ｎｉ－ＴｉＣ－Ｃｕ、Ｎｉ－ＬａＢ_６－Ｃｕ、Ｎｉ－Ｃｏ－Ｃｕ、Ｎｉ－ＣａＯ－Ｃｒ、Ｎｉ－Ｙ_２Ｏ_３－Ｃｒ、Ｎｉ－ＴｉＣ－Ｃｒ、Ｎｉ－ＬａＢ_６－Ｃｒ、Ｎｉ－ＣａＯ－Ｆｅ、Ｎｉ－Ｙ_２Ｏ_３－Ｆｅ、Ｎｉ－ＴｉＣ－Ｆｅ、Ｎｉ－ＬａＢ_６－Ｆｅ、Ｎｉ－Ｃｒ－Ｆｅ、Ｎｉ－ＣａＯ－Ｍｇ、Ｎｉ－Ｙ_２Ｏ_３－Ｍｇ、Ｎｉ－ＴｉＣ－Ｍｇ、Ｎｉ－ＬａＢ_６－Ｍｇ、Ｎｉ－ＣａＯ－Ｃｏ、Ｎｉ－Ｙ_２Ｏ_３－Ｃｏ、Ｎｉ－ＴｉＣ－Ｃｏ、Ｎｉ－ＬａＢ_６－Ｃｏ、Ｎｉ－ＣａＯ－ＳｉＣ、Ｎｉ－Ｙ_２Ｏ_３－ＳｉＣ、Ｎｉ－ＴｉＣ－ＳｉＣ、Ｎｉ－ＬａＢ_６－ＳｉＣであることが好ましい。

以下、多層膜の第２の例について説明する。

図１９に示すように、発熱体１４３は、台座３９と多層膜１４４とを有する。多層膜１４４は、第１層４１と第２層４２と第３層１３５に加え、第４層１４５を更に有する。第４層１４５は、第１層４１、第２層４２および第３層１３５とは異種の水素吸蔵金属、水素吸蔵合金、またはセラミックスにより形成される。第４層１４５の厚みは、１０００ｎｍ未満であることが好ましい。図１９では、第１層４１と第２層４２と第３層１３５と第４層１４５は、台座３９の表面に、第１層４１、第２層４２、第１層４１、第３層１３５、第１層４１、第４層１４５の順に積層されている。なお、第１層４１と第２層４２と第３層１３５と第４層１４５は、台座３９の表面に、第１層４１、第４層１４５、第１層４１、第３層１３５、第１層４１、第２層４２の順に積層してもよい。すなわち、多層膜１４４は、第２層４２、第３層１３５、第４層１４５を任意の順に積層し、かつ、第２層４２、第３層１３５、第４層１４５のそれぞれの間に第１層４１を設けた積層構造を有する。多層膜１４４は、第４層１４５を１層以上有していればよい。第１層４１と第４層１４５との界面が異種物質界面１４６である。異種物質界面１４６は、異種物質界面４３および異種物質界面１３６と同様に、水素原子を透過させる。

第４層１４５は、例えば、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｃｏ、これらの合金、ＳｉＣ、ＣａＯ、Ｙ_２Ｏ_３、ＴｉＣ、ＬａＢ_６、ＳｒＯ、ＢａＯのうちいずれかにより形成される。第４層１４５を形成する合金は、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｃｏのうち２種以上からなる合金であることが好ましい。第４層１４５を形成する合金として、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｃｏに添加元素を添加させた合金を用いてもよい。

特に、第４層１４５は、ＣａＯ、Ｙ_２Ｏ_３、ＴｉＣ、ＬａＢ_６、ＳｒＯ、ＢａＯのいずれかにより形成されることが好ましい。ＣａＯ、Ｙ_２Ｏ_３、ＴｉＣ、ＬａＢ_６、ＳｒＯ、ＢａＯのいずれかにより形成される第４層１４５を有する発熱体１４３は、水素の吸蔵量が増加し、異種物質界面４３、異種物質界面１３６、および異種物質界面１４６を透過する水素の量が増加し、過剰熱の高出力化が図れる。ＣａＯ、Ｙ_２Ｏ_３、ＴｉＣ、ＬａＢ_６、ＳｒＯ、ＢａＯのいずれかにより形成される第４層１４５は、厚みが１０ｎｍ以下であることが好ましい。これにより、多層膜１４４は、水素原子を容易に透過させる。ＣａＯ、Ｙ_２Ｏ_３、ＴｉＣ、ＬａＢ_６、ＳｒＯ、ＢａＯのいずれかにより形成される第４層１４５は、完全な膜状に形成されずに、アイランド状に形成されてもよい。また、第１層４１および第４層１４５は、真空状態で連続的に形成することが好ましい。これにより、第１層４１および第４層１４５の間には、自然酸化膜が形成されずに、異種物質界面１４６のみが形成される。

第１層４１と第２層４２と第３層１３５と第４層１４５との組み合わせとしては、元素の種類を「第１層４１－第４層１４５－第３層１３５－第２層４２」として表すと、Ｎｉ－ＣａＯ－Ｃｒ－Ｆｅ、Ｎｉ－Ｙ_２Ｏ_３－Ｃｒ－Ｆｅ、Ｎｉ－ＴｉＣ－Ｃｒ－Ｆｅ、Ｎｉ－ＬａＢ_６－Ｃｒ－Ｆｅであることが好ましい。

本発明は、上記数式（１）の右辺の熱エネルギーから左辺の各エネルギーを引いた値に対応する熱エネルギー（利用可能エネルギーという）を各種の用途に用いることができる。利用可能エネルギーは、例えば熱媒体を用いて回収することができる。熱媒体は、利用可能エネルギーが与えられることにより加熱され、高温となる。高温の熱媒体は、例えば、家庭用暖房、家庭用給湯器、自動車用ヒータ、農業用暖房機、ロードヒータ、海水淡水化用熱源、地熱発電補助熱源などに用いられる。熱媒体としては、気体または液体を用いることができ、熱伝導率に優れかつ化学的に安定したものが好ましい。気体としては、例えば、ヘリウムガス、アルゴンガス、水素ガス、窒素ガス、水蒸気、空気、二酸化炭素などが用いられる。液体としては、例えば、水、溶融塩（ＫＮＯ_３（４０％）－ＮａＮＯ_３（６０％）など）、液体金属（Ｐｂなど）などが用いられる。また、熱媒体として、気体または液体に固体粒子を分散させた混相の熱媒体を用いてもよい。固体粒子は、金属、金属化合物、合金、セラミックスなどである。金属としては、銅、ニッケル、チタン、コバルトなどが用いられる。金属化合物としては、上記金属の酸化物、窒化物、ケイ化物などが用いられる。合金としては、ステンレス、クロムモリブデン鋼などが用いられる。セラミックスとしては、アルミナなどが用いられる。なお、利用可能エネルギーは、熱媒体を用いて回収する場合に限られず、例えば熱電素子を用いて電気エネルギーとして回収してもよい。

利用可能エネルギーの用途としては、熱交換機や動力ユニットなどが挙げられる。熱交換機としては、例えば、熱媒体と気体との間で熱交換を行う装置、熱媒体と液体との間で熱交換を行う装置、熱媒体と固体との間で熱交換を行う装置が挙げられる。熱媒体と気体との間で熱交換を行う装置は、空調、燃焼装置に供給する空気の予熱、乾燥用熱風や加熱用熱風の生成などに用いられる。燃焼装置としては、ボイラー、ロータリーキルン、金属の熱処理炉、金属加工用加熱炉、熱風炉、窯業用焼成炉、石油精製塔、乾留炉、乾燥炉などが挙げられる。熱媒体と液体との間で熱交換を行う装置は、ボイラーの熱源、油加熱、化学反応槽などに用いられる。熱媒体と固体との間で熱交換を行う装置は、二重管式ロータリー加熱機、二重管内における粒子状物質の加熱などに用いられる。動力ユニットとしては、ガスタービン、蒸気タービン、スターリングエンジン、ＯＲＣＳ（Organic Rankine Cycle System）などが挙げられる。

ボイラーなどの燃焼装置から排出される排出ガスから二酸化炭素（ＣＯ_２）を分離するために利用可能エネルギーを用いてもよい。排出ガスに含まれるＣＯ_２は、化学吸収法または物理吸着法を行う二酸化炭素分離回収装置により回収される。化学吸収法は、排出ガスに含まれるＣＯ_２をアミン化合物水溶液などの吸収液に吸収させ、ＣＯ_２を吸収した吸収液を加熱することで吸収液からＣＯ_２を放出させる。化学吸収法においてＣＯ_２を吸収した吸収液を加熱するために利用可能エネルギーを用いることができる。物理吸着法は、排出ガスに含まれるＣＯ_２を活性炭やゼオライトなどの吸着材に吸着させ、ＣＯ_２が吸着した吸着材を加熱することで吸着材からＣＯ_２を脱離させる。物理吸着法においてＣＯ_２が吸着した吸着材を加熱するために利用可能エネルギーを用いることができる。

ＣＯ_２と水素（Ｈ_２）とを反応させてメタン（ＣＨ_４）に変換するために利用可能エネルギーを用いてもよい。ＣＯ_２は、二酸化炭素分離回収装置などで排ガスから回収したものを用いてもよい。ＣＯ_２とＨ_２との反応（メタネーション反応）を進行させる触媒を用いて、ＣＯ_２とＨ_２とを含む原料ガスを触媒と接触させることにより原料ガスからＣＨ_４が生成されるが、原料ガスの温度が低いと十分に反応が進行しない。ＣＯ_２とＨ_２とを含む原料ガスを加熱するために利用可能エネルギーを用いることができる。

水から水素を製造するＩＳサイクルに利用可能エネルギーを用いてもよい。ＩＳサイクルでは、水とヨウ素（Ｉ）と硫黄（Ｓ）とを反応させてヨウ化水素（ＨＩ）を生成し、このヨウ化水素を熱分解することによって水素を生成する。ヨウ化水素を熱分解するために利用可能エネルギーを用いることができる。

水と窒素（Ｎ_２）とからアンモニア（ＮＨ_３）を製造するＩＳＮサイクルに利用可能エネルギーを用いてもよい。ＩＳＮサイクルでは、窒素とＩＳサイクルで生成されるヨウ化水素とを反応させてヨウ化アンモニウム（ＮＨ_４Ｉ）を生成し、このヨウ化アンモニウムを熱分解することによってアンモニアを生成する。ヨウ化アンモニウムを熱分解するために利用可能エネルギーを用いることができる。

１０，６０，８０，１００，１１０，１１５発熱装置
１１，６１，８１容器
１２，６２，８２ヒータ
１３，６３，８３導線部
１４，１０６，１１２，１３３，１４３発熱体
１５水素供給部
１６真空排気部
１７，６４，８４反射部
３０温度センサ
３５，６６，８８反射板
３９，１０７，１１３台座
４０，１０８，１３４，１４４多層膜
４１第１層
４２第２層
４３，１３６，１４６異種物質界面
６５窓部
７４温度センサ
８１ａ第１の容器
８１ｂ第２の容器
８５第１室
８６第２室
１０１ガスタンク
１３５第３層
１４５第４層

Claims

中空の容器と、
前記容器の内部に設けられた発熱体と、
前記発熱体を加熱するヒータと、
前記容器の壁部と前記ヒータとを接続する導線部と、
前記発熱体に水素を含む水素系ガスを供給する水素供給部と、
前記容器の内部を真空排気する真空排気部と
を備え、
前記発熱体は、水素吸蔵金属、水素吸蔵合金、またはプロトン導電体からなる台座と、前記台座の表面に設けられた多層膜とを有し、
前記多層膜は、水素吸蔵金属または水素吸蔵合金からなり、かつ厚さが１０００ｎｍ未満でなる第１層と、前記第１層とは異種の水素吸蔵金属、水素吸蔵合金、またはセラミックスからなり、かつ厚さが１０００ｎｍ未満でなる第２層とが積層された積層構造を有し、
前記発熱体は、前記ヒータにより加熱され、前記第１層と前記第２層との界面である異種物質界面を前記水素が量子拡散により透過または拡散することで、熱を発生し、
前記容器は、第１の容器と、前記第１の容器の内部に設けられた第２の容器とで構成され、
前記発熱体は、前記第２の容器の内部に設けられ、前記第２の容器の内部を第１室と第２室とに区画し、
前記真空排気部は、前記第１の容器の内部を真空排気し、
前記ヒータは、前記第１の容器の内部に設けられ、前記第２の容器を介して前記発熱体を加熱し、
前記導線部は、前記第１の容器の壁部と前記ヒータとを接続し、
前記水素供給部は、前記第１室の内部に前記水素系ガスを導入し、
前記第１室と前記第２室との間に前記水素の圧力の差を発生させ、
ヒータ温度をＴ_Ｈ［Ｋ］、
外界温度をＴ_Ｗ［Ｋ］、
等価的熱伝導面積をＡ_ＨＣ［ｍ^２］、
等価的熱伝導率をｋ_ｅｑ［Ｗ／ｍＫ］、
等価的熱伝導距離をＬ_ｅｑ［ｍ］、
サンプル輻射表面積をＡ_Ｓ［ｍ^２］、
サンプル表面温度をＴ_Ｓ［Ｋ］、
等価的輻射率をε_ｅｑ、
ステファンボルツマン定数をσ［Ｗ／ｍ^２Ｋ^４］、
動作維持に必要なエネルギーをＰ_ｍ［Ｗ］、
前記発熱体が発生する熱エネルギーをＨ_ｅｘ［Ｗ］としたときに、
下記数式（１）を満たす発熱装置。

ここで、上記数式（１）中、η_ｅｑは、前記等価的熱伝導率を前記等価的熱伝導距離で除した値（ｋ_ｅｑ／Ｌ_ｅｑ）である。
前記発熱体の輻射熱を反射する反射部を更に備える請求項１に記載の発熱装置。
前記反射部は、互いに間隔をあけて配された複数の反射板を有する請求項２に記載の発熱装置。
放射温度計を更に備え、
前記容器は、赤外線を透過する窓部を有し、
前記放射温度計により前記ヒータの温度を検出する請求項１～３のいずれか１項に記載の発熱装置。
前記第２室の内部に不活性ガスを導入する不活性ガス導入部を更に備える請求項１～４のいずれか１項に記載の発熱装置。