KR102009120B1 - 발열 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명의 발열 시스템(1)에서는, 복수의 발열체 셀(16) 중, 발열 반응에 의해 과잉열을 발하고 있는 발열체 셀(16)의 발열 반응 개소를 증가시키는 과잉열 출력 제어를 행함으로써, 가령 발열 반응이 불충분하여 과잉열을 발하고 있지 않는 발열체 셀(16)이 따로 있어도, 그 만큼의 열의 출력 회수를, 발열 반응이 확실하게 일어난 다른 발열체 셀(16)에서 보충할 수 있으므로, 수소 흡장 금속 또는 수소 흡장 합금을 이용하여 열을 발하는 발열체 셀(16)을 사용하여 안정적으로 열을 얻을 수 있다.

Description

발열 시스템

본 발명은 발열 시스템에 관한 것이다.

근년, 팔라듐(Pd)으로 제작한 발열체를 용기 내부에 설치하고, 이 용기 내부에 중수소 가스를 공급하면서, 용기 내부를 가열함으로써 발열 반응이 발생하였다는 발표가 이루어져 있다(예를 들어, 비특허문헌 1 및 비특허문헌 2 참조).

이와 같은 팔라듐(Pd) 등의 수소 흡장 금속, 또는, 팔라듐 합금 등의 수소 흡장 합금을 이용하여 과잉열(입력 엔탈피보다 높은 출력 엔탈피)을 발생시키는 발열 현상의 메커니즘의 상세에 대해서는, 각국의 연구자 사이에서 논의되고 있다. 예를 들어 비특허문헌 3∼6에 있어서도 발열 현상이 발생한 것이 보고되어 있어, 현실에 일어나고 있는 물리적 현상이라고 할 수 있다. 그리고, 이와 같은 발열 현상에서는, 과잉열을 발하기 때문에, 이 발열 현상을 제어할 수 있으면, 유효한 열원으로서 이용하는 것도 가능하다.

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, N0. 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

그러나, 수소 흡장 금속 또는 수소 흡장 합금을 이용하여 열을 발하는 비특허문헌 1∼6에 나타내는 기술을 사용한 발열체 셀은, 발열 현상의 발생 확률이 낮을 때도 있고, 또한, 한번, 과잉열을 발해도, 어떠한 원인에 의해 과잉열이 급격하게 저하되어 버리는 현상도 발생할 때도 있기 때문에, 반드시, 예기한 열이 안정적으로 얻어지는 것은 아니라는 문제가 있었다.

따라서, 본 발명은 이상의 점을 고려하여 이루어진 것이며, 전술한 바와 같은 불안정한, 수소 흡장 금속 또는 수소 흡장 합금을 이용하여 열을 발하는 발열체 셀의 경우, 이것을 사용하여 안정적으로 열을 얻을 수 있는 발열 시스템을 제안하는 것을 목적으로 한다.

이러한 과제를 해결하기 위해 청구항 1의 발열 시스템은, 수소 흡장 금속 또는 수소 흡장 합금을 사용하고, 발열에 기여하는 수소계 가스가 용기 내부에 공급됨으로써 과잉열을 발하고 있는 복수의 발열체 셀과, 각 상기 발열체 셀을 가열시킴과 함께, 각 상기 발열체 셀 내에 상기 수소계 가스를 공급시키는 발열 제어를 행하고, 상기 발열체 셀마다 출력된 과잉열을 출력 회수기에 의해 회수시키는 통합 제어부를 구비하고, 상기 통합 제어부는, 과잉열을 발하고 있지 않는 상기 발열체 셀에서의 발열 제어와는 별개로, 과잉열을 발하고 있는 다른 상기 발열체 셀에 대하여, 해당 발열체 셀의 온도 조정을 행하거나, 해당 발열체 셀 내에의 상기 수소계 가스의 공급 제어를 행하거나, 또는, 해당 발열체 셀 내의 압력 제어를 행하는 것 중, 적어도 어느 것을 과잉열 출력 제어로서 행함으로써, 해당 발열체 셀로부터의 과잉열의 출력을 증대 및/또는 유지시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 청구항 2의 발열 시스템은, 수소 흡장 금속 또는 수소 흡장 합금을 사용하고, 발열에 기여하는 수소계 가스가 용기 내부에 공급됨으로써 과잉열을 발하고 있는 복수의 발열체 셀과, 각 상기 발열체 셀을 가열시킴과 함께, 각 상기 발열체 셀 내에 상기 수소계 가스를 공급시키는 발열 제어를 행하고, 상기 발열체 셀마다 출력된 과잉열을 출력 회수기에 의해 회수시키는 통합 제어부를 구비하고, 상기 통합 제어부는, 과잉열을 발하고 있는 상기 발열체 셀에서의 발열 제어와는 별개로, 과잉열을 발하고 있지 않는 다른 상기 발열체 셀에 대하여, 해당 발열체 셀의 온도 조정을 행하거나, 해당 발열체 셀 내에의 상기 수소계 가스의 공급 제어를 행하거나, 또는, 해당 발열체 셀 내의 압력 제어를 행하는 것 중, 적어도 어느 것을 과잉열 출력 제어로서 행함으로써, 해당 발열체 셀로부터 과잉열이 출력되도록 촉구하는 것을 특징으로 한다.

또한, 청구항 3의 발열 시스템은, 수소 흡장 금속 또는 수소 흡장 합금을 사용하고, 발열에 기여하는 전해 용액이 용기 내부에 공급됨으로써 과잉열을 발하고 있는 복수의 발열체 셀과, 각 상기 발열체 셀을 가열시킴과 함께, 각 상기 발열체 셀 내에 상기 전해 용액을 공급시키는 발열 제어를 행하고, 상기 발열체 셀마다 출력된 과잉열을 출력 회수기에 의해 회수시키는 통합 제어부를 구비하고, 상기 통합 제어부는, 과잉열을 발하고 있지 않는 상기 발열체 셀에서의 발열 제어와는 별개로, 과잉열을 발하고 있는 다른 상기 발열체 셀에 대하여, 해당 발열체 셀의 온도 조정을 행하거나, 해당 발열체 셀 내에의 상기 전해 용액의 공급 제어를 행하거나, 또는, 해당 발열체 셀 내의 전해 전압ㆍ전류 제어를 행하는 것 중, 적어도 어느 것을 과잉열 출력 제어로서 행함으로써, 해당 발열체 셀로부터의 과잉열의 출력을 증대 및/또는 유지시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 청구항 4의 발열 시스템은, 수소 흡장 금속 또는 수소 흡장 합금을 사용하고, 발열에 기여하는 전해 용액이 용기 내부에 공급됨으로써 과잉열을 발하고 있는 복수의 발열체 셀과, 각 상기 발열체 셀을 가열시킴과 함께, 각 상기 발열체 셀 내에 상기 전해 용액을 공급시키는 발열 제어를 행하고, 상기 발열체 셀마다 출력된 과잉열을 출력 회수기에 의해 회수시키는 통합 제어부를 구비하고, 상기 통합 제어부는, 과잉열을 발하고 있는 상기 발열체 셀에서의 발열 제어와는 별개로, 과잉열을 발하고 있지 않는 다른 상기 발열체 셀에 대하여, 해당 발열체 셀의 온도 조정을 행하거나, 해당 발열체 셀 내에의 상기 전해 용액의 공급 제어를 행하거나, 또는, 해당 발열체 셀 내의 전해 전압ㆍ전류 제어를 행하는 것 중, 적어도 어느 것을 과잉열 출력 제어로서 행함으로써, 해당 발열체 셀로부터 과잉열이 출력되도록 촉구하는 것을 특징으로 한다.

또한, 청구항 11의 발열 시스템은, 수소 흡장 금속 또는 수소 흡장 합금을 사용하고, 발열에 기여하는 수소계 가스가 내부에 공급됨으로써 발열하는 발열체 셀과, 상기 발열체 셀에 설치되며, 해당 발열체 셀의 용기 내부 및/또는 용기 외벽의 온도를 측정하는 온도 측정부와, 상기 온도 측정부에 의해 얻어진 측정 결과를 기초로, 상기 발열체 셀 내에 공급하는 상기 수소계 가스의 공급 위치를 결정하는 가스 공급 제어부와, 상기 발열체 셀 내에 공급하는 상기 수소계 가스의 공급 위치를, 상기 가스 공급 제어부에 의해 결정된 공급 위치로 변경시키는 가스 공급 변경기를 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 청구항 1, 3에 따르면, 복수의 발열체 셀 중, 발열 반응에 의해 과잉열을 발하고 있는 발열체 셀에 대하여, 과잉열의 출력을 증대 및/또는 유지시키는 과잉열 출력 제어를 행함으로써, 가령 발열 반응이 불충분하여 과잉열을 발하고 있지 않는 발열체 셀이 따로 있어도, 그 만큼의 열의 출력 회수를, 과잉열을 발하고 있는 발열체 셀에서 보충할 수 있으므로, 수소 흡장 금속 또는 수소 흡장 합금을 이용하여 열을 발하는 발열체 셀을 사용하여 안정적으로 열을 얻을 수 있다.

또한, 본 발명의 청구항 2, 4에 따르면, 복수의 발열체 셀 중, 가령 발열 반응이 불충분하여 과잉열을 발하고 있지 않는 발열체 셀이 있어도, 과잉열을 발하고 있지 않는 발열체 셀에 대하여, 발열 반응을 발생시켜 과잉열이 출력되도록 촉구하는 과잉열 출력 제어를 시도하면서, 그 만큼의 열의 출력 회수를, 과잉열을 발하고 있는 발열체 셀에서 보충할 수 있으므로, 수소 흡장 금속 또는 수소 흡장 합금을 이용하여 열을 발하는 발열체 셀을 사용하여 안정적으로 열을 얻을 수 있다.

또한, 본 발명의 청구항 11에 따르면, 시간 경과와 함께 변화되는 발열체 셀의 발열 상황에 따라서, 적절히, 발열체 셀 내에 공급하는 수소계 가스의 공급 위치를 변화시켜 과잉열이 출력되도록 할 수 있으므로, 수소 흡장 금속 또는 수소 흡장 합금을 이용하여 열을 발하는 발열체 셀을 사용하여 안정적으로 열을 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명에 의한 발열 시스템의 전체 구성을 도시하는 개략도이다.
도 2는 모듈 제어부의 회로 구성을 도시하는 블록도이다.
도 3은 발열체 모듈의 구성을 도시하는 개략도이다.
도 4는 Pd에 있어서의 수소 흡장량과 온도와 압력의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 5는 5개의 발열체 셀을 설치하였을 때의 발열 시스템이 발하는 열의 출력 결과를 나타내는 그래프이다.
도 6은 발열체 셀 내에 온도 측정부를 설치하였을 때의 구성을 도시하는 개략도이다.
도 7은 수소계 발열 기여 유체로서 전해 용액을 사용하였을 때의 발열 시스템의 전체 구성을 도시하는 개략도이다.
도 8은 수소계 발열 기여 유체로서 전해 용액을 사용하였을 때의 모듈 제어부의 회로 구성을 도시하는 블록도이다.

이하 도면에 기초하여 본 발명의 실시 형태를 상세하게 설명한다.

(1) 본 발명의 발열 시스템의 전체 구성

도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 발열 시스템(1)은 도시하지 않은 CPU(Central Processing Unit), RAM(Random Access Memory) 및 ROM(Read Only Memory) 등으로 이루어지는 마이크로컴퓨터 구성의 통합 제어부(2)를 구비하고 있다. 또한, 발열 시스템(1)은 발열체 모듈(4a, 4b, 4c, 4d, 4e)을 각각 제어하는 모듈 제어부(3a, 3b, 3c, 3d, 3e)와, 발열체 셀(16)에서 발열에 기여하는 수소계 가스를 배관(10)을 통해 각 발열체 모듈(4a, 4b, 4c, 4d, 4e)에 공급하는 가스 공급기(6)와, 각 발열체 모듈(4a, 4b, 4c, 4d, 4e)로부터 수소계 가스를 배관(11)을 통해 회수하고, 다시 가스 공급기(6)에 보내는 가스 회수기(7)와, 발열체 모듈(4a, 4b, 4c, 4d, 4e)마다 설치된 열유체 순환기(17)와, 각 발열체 모듈(4a, 4b, 4c, 4d, 4e)로부터 출력된 열을 배관(12a, 12b, 12c, 12d, 12e)을 통해 회수하는 출력 회수기(9)에 대하여, 통합 제어부(2)가 접속된 구성을 갖는다.

또한, 이 실시 형태의 경우, 복수의 발열체 셀로서, 각 발열체 모듈(4a, 4b, 4c, 4d, 4e)에 각각 1개의 발열체 셀(16)을 설치하여, 5개의 발열체 셀(16)을 설치한 경우에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이것에 한하지 않고, 2개나, 3개, 10개 등 그 밖의 다양한 개수의 발열체 셀이어도 된다.

통합 제어부(2)는 발열체 모듈(4a, 4b, 4c, 4d, 4e)에 설치된 모듈 제어부(3a, 3b, 3c, 3d, 3e)와, 가스 공급기(6)와, 가스 회수기(7)와, 열유체 순환기(17)와, 출력 회수기(9)를 통괄적으로 제어하고, 발열 시스템(1) 전체에서 출력 회수기(9)에서의 열의 회수가 가장 높아지도록 발열 시스템(1) 전체를 동작시킬 수 있다.

여기서, 각 발열체 모듈(4a, 4b, 4c, 4d, 4e)에 설치된 발열체 셀(16)은 Pd, Ni, Pt, Ti 등의 수소 흡장 금속, 또는, 이들 원소 중 적어도 어느 1종을 함유한 수소 흡장 합금이 용기 내부에 설치되어 있고, 수소계 가스가 용기 내부에 공급되면서, 가열됨으로써 발열 반응이 일어나, 과잉열이 얻어지는 것이다.

구체적으로 발열체 셀(16)은 비특허문헌 1이나, 비특허문헌 2, 비특허문헌 6, 국제 공개 번호 WO2015/008859에 개시되어 있는 기술을 사용한 발열체 셀이며, 내부 구조의 상세 구성에 대해서는, 이들 비특허문헌 1, 2, 6이나, 국제 공개 번호 WO2015/008859에 개시된 것이며, 설명이 중복되기 때문에, 여기에서는 그 설명은 생략한다.

또한, 이 실시 형태에 있어서는, 수소 흡장 금속 또는 수소 흡장 합금을 사용하고, 발열에 기여하는 수소계 가스가 용기 내부에 공급됨으로써 과잉열을 발하고 있는 발열체 셀로서, 비특허문헌 1, 2, 6이나, 국제 공개 번호 WO2015/008859를 발열체 셀로 한 경우에 대하여 설명하지만, 본 발명은 이것에 한하지 않고, 수소 흡장 금속 또는 수소 흡장 합금을 사용하고, 발열에 기여하는 수소계 가스가 용기 내부에 공급됨으로써 과잉열을 발하고 있는 것이면, 그 밖에 다양한 비특허문헌이나 특허문헌의 구성을 발열체 셀로 해도 된다.

이와 같은 발열체 셀(16)은 각 발열체 모듈(4a, 4b, 4c, 4d, 4e)을 통해 발열 제어를 행함으로써 발열체 셀(16) 내에서 과잉열을 발하고 있는 것을 전제로 하고 있지만, 그 중에는 어떠한 원인에 의해 발열 반응이 불안정할 때도 있고, 과잉열을 발하고 있지 않는 발열체 셀도 발생할 우려가 있다.

이때, 과잉열을 발하고 있지 않는 발열체 셀에 대해서는, 최적의 발열 제어를 행하고 있음에도 불구하고, 발열 반응이 일어나지 않았기 때문에, 그 원인이 불분명할 때도 있고, 그 시점에서 수소계 가스의 공급 제어를 변경하는 것 등을 행해도, 발열 반응이 일어나기 어려울 때도 있다.

따라서, 본 발명에 의한 발열 시스템(1)에서는, 과잉열을 발하고 있지 않는 발열체 셀(16)에 대해서는, 그대로 발열 제어를 지속시키면서, 과잉열을 발하고 있는 발열체 셀(16)에 대하여, 발열 제어와는 상이한 발열체 셀의 온도 조정이나, 수소계 가스의 공급 제어, 발열체 셀 내의 압력 제어를 행하는 등의 과잉열 출력 제어를 행하여, 발열체 셀로부터의 과잉열의 출력을 증대 및/또는 유지시켜, 과잉열을 발하고 있지 않는 발열체 셀(16)에서 얻어졌을 것인 열을, 과잉열을 발하고 있는 발열체 셀(16)에서의 발열 반응의 활성화를 도모하여 보충하도록 이루어져 있다.

또한, 이 실시 형태의 경우, 모듈 제어부(3a, 3b, 3c, 3d, 3e)와, 발열체 모듈(4a, 4b, 4c, 4d, 4e)에 대해서는 모두 동일한 구성을 갖고 있기 때문에, 여기서는, 모듈 제어부(3a)와 발열체 모듈(4a)에 주목하여 이하 설명한다.

또한, 발열 기여 유체로서의 수소계 가스는, 중수 가스, 중수소 가스, 경수소 가스 또는 경수 가스이며, 각 발열체 모듈(4a, 4b, 4c, 4d, 4e)에 설치하는 발열체 셀(16)의 종류에 따라서 적절히 변경될 수 있다.

가스 공급기(6)는 저장 탱크(도시하지 않음) 내의 수소계 가스나, 가스 회수기(7)로부터 수취한 수소계 가스를, 통합 제어부(2)로부터의 명령에 따라서 각 발열체 모듈(4a, 4b, 4c, 4d, 4e)에 공급할 수 있다. 발열체 모듈(4a)은 모듈 제어부(3a)로부터의 명령에 따라서 주변 기기(15)에 의해, 발열체 셀(16)에의 수소계 가스의 공급량의 제어나, 발열체 셀(16) 내에서 수소계 가스를 공급하는 공급 위치(높이 위치)의 선택, 발열체 셀(16) 내의 압력 제어, 발열체 셀(16)의 가열 온도 제어 등을 행하여, 발열체 셀(16)이 과잉열을 발하도록 발열 제어를 행할 수 있다.

또한, 이 실시 형태의 경우, 모듈 제어부(3a)는 통합 제어부(2)에 의해, 다른 발열체 모듈(4b, 4c, 4d, 4e)의 발열체 셀(16)의 발열 상태에 맞추어 결정된 명령을 수취하고, 통합 제어부(2)로부터의 명령에 따라서, 제어 대상으로 되는 발열체 모듈(4a)에 대하여 소정의 동작을 실행시킬 수 있다.

발열체 모듈(4a)에 설치된 주변 기기(15)는 가스 공급기(6)로부터 공급된 수소계 가스를, 모듈 제어부(3a)로부터의 명령에 따른 공급 방법에 의해 발열체 셀(16) 내에 공급한다. 또한, 주변 기기(15)는 발열체 셀(16) 내에서 사용한 수소계 가스를 당해 발열체 셀(16) 내로부터 가스 회수기(7)에 보내어, 발열체 셀(16) 내에서 수소계 가스를 순환시킬 수 있도록 이루어져 있다. 또한, 주변 기기(15)는 예를 들어 발열체 셀(16) 내에서 생성된 발생 가스의 분석 결과를 얻고, 이것을 분석 데이터로서, 대응하는 모듈 제어부(3a)에 송출할 수 있다.

또한, 주변 기기(15)는 수소계 가스를 발열체 셀(16) 내에 공급할 때, 예를 들어 수소계 가스를 온도 제어함으로써 발열체 셀(16) 내를 가열하고, 발열체 셀(16) 내의 온도를 조정하여, 발열체 셀(16) 내에서 발열 반응을 촉구하도록 이루어져 있다.

이것에 더하여, 주변 기기(15)는 발열체 셀(16)의 용기 외벽으로부터 발하는 열을, 열유체를 통해 회수함과 함께, 발열체 셀(16) 내로부터 배출된 수소계 가스로부터도 열을 회수하여, 열을 출력 회수기에 출력할 수 있다. 이때, 주변 기기(15)는 발열체 셀(16)로부터 얻어진 열의 출력을 출력 데이터로서, 대응하는 모듈 제어부에 송출한다. 이에 의해, 모듈 제어부(3a)는 출력 데이터에 기초하여 발열체 셀(16)에서 어느 정도의 열이 출력되고 있는지를 파악하고, 당해 출력 데이터를 상층계의 통합 제어부(2)에 송출할 수 있다. 통합 제어부(2)는 각 모듈 제어부로부터 수취한 출력 데이터를 기초로, 각 발열체 모듈이 어느 정도의 열을 출력하고 있는지를 인식하고, 각 발열체 셀(16)의 열의 출력 상태에 따른 제어 명령을 발열 시스템(1) 전체에서 실행할 수 있다.

덧붙여서, 통합 제어부(2)는 각 발열체 셀(16)로부터 열을 회수하는 출력 회수기(9)로부터도, 각 발열체 셀(16)에 의해 발열 시스템(1) 전체에서 얻어진 열을 출력 데이터로서 수취하여, 발열 시스템(1) 전체에서 어느 정도의 열이 출력되고 있는지에 대해서도 인식할 수 있다.

가스 회수기(7)는 순환 펌프 및 불순물 제거기(도시하지 않음)가 설치되어 있고, 순환 펌프에 의해 각 발열체 셀(16)로부터 수소계 가스를 회수하고, 각 발열체 셀(16)에서 사용된 것에 의해 발생한 수소계 가스 중의 불순물을 불순물 제거기에 의해 제거한 후, 당해 순환 펌프에 의해 가스 공급기(6)에 공급할 수 있다.

발열체 모듈(4a)에는, 열유체 순환기(17)가 설치되어 있고, 당해 열유체 순환기(17)에 의해, 발열체 셀(16)에서 발하는 열의 출력 회수에 사용하는 열유체를 순환시킨다. 열유체 순환기(17)는 대응하는 모듈 제어부(3a)로부터의 명령에 따라서, 발열체 셀(16)의 용기 외벽을 순환하는 열유체의 유속을 제어하고, 발열체 셀(16)에서의 열의 출력 상태에 따라서 발열체 셀(16)에 대한 열유체의 접촉 시간을 조정하여, 열유체에 의한 효율적인 흡열을 행할 수 있다.

(2) 모듈 제어부의 회로 구성

다음에, 모듈 제어부(3a)의 회로 구성에 대하여 설명한다. 도 2에 도시한 바와 같이, 모듈 제어부(3a)는 CPU, RAM 및 ROM 등으로 이루어지는 마이크로컴퓨터 구성의 발열체 상태 평가부(21)를 구비하고 있고, 가스 공급 제어부(22)와, 가스 온도 제어부(23)와, 온도 분포 해석부(24)와, 발생 가스종 특정부(25)와, 출력 해석부(26)와, 열매체 유속ㆍ온도 제어부(27)와, 수소 흡장량 추정부(28)가 발열체 상태 평가부(21)에 접속된 구성을 갖는다.

발열체 상태 평가부(21)는 온도 분포 해석부(24), 발생 가스종 특정부(25), 출력 해석부(26), 열매체 유속ㆍ온도 제어부(27) 및 수소 흡장량 추정부(28)에 의해 얻어진 해석 결과를 기초로, 발열체 모듈(4a)에 설치된 발열체 셀(16)의 열의 출력 상태를 평가하고, 이 평가 결과를 통합 제어부(2)에 보낸다.

이에 의해, 통합 제어부(2)는 각 모듈 제어부(3a, 3b, 3c, 3d, 3e)로부터 수취한 평가 결과를 기초로, 각 발열체 셀(16)이 과잉열을 발하고 있는 상태인지 여부를 판단하고, 예를 들어 과잉열을 발하고 있는 발열체 셀(16)을 갖는 모듈 제어부(3a)에 대하여 발열 제어의 명령을 보내고, 한편, 과잉열을 발하고 있지 않는 발열체 셀(16)을 갖는 모듈 제어부(3b)에 대하여 과잉열 출력 제어의 명령을 보낸다.

발열체 상태 평가부(21)는 평가 결과를 기초로 통합 제어부(2)가 생성한 발열 제어나 과잉열 출력 제어의 명령을 수취하고, 당해 제어 명령에 기초하여 가스 공급 제어부(22), 가스 온도 제어부(23) 및 열매체 유속ㆍ온도 제어부(27)를 통해 발열체 모듈(4a)을 제어할 수 있다.

여기서, 가스 공급 제어부(22)는 발열체 상태 평가부(21)로부터 수취한 명령에 기초하여, 발열체 모듈(4a) 내의 주변 기기(15)에 설치한 가스 공급 변경기(후술함)를 동작시켜, 예를 들어 발열체 셀(16)에서의 수소계 가스의 공급 위치의 변경이나, 발열체 셀(16)에의 수소계 가스의 공급량의 증감을 행할 수 있다. 또한, 가스 온도 제어부(23)는 발열체 상태 평가부(21)로부터 수취한 명령에 기초하여, 발열체 모듈(4a) 내의 주변 기기(15)에 설치한 가스 온도 조정기(후술함)를 동작시켜, 예를 들어 수소계 가스의 가열 온도를 조정하여, 발열체 셀(16) 내의 온도 조정을 행할 수 있다.

열매체 유속ㆍ온도 제어부(27)는 발열체 상태 평가부(21)로부터 수취한 명령에 기초하여, 발열체 모듈(4a) 내의 주변 기기(15)에 설치한 열유체 온도 조정기(후술함)를 동작시켜, 발열체 셀(16)의 용기 외벽을 주회하여 열을 회수하는 열유체의 온도 조정을 행하고, 당해 열유체를 통해 발열체 셀(16)의 온도 조정을 행할 수 있다. 또한, 열매체 유속ㆍ온도 제어부(27)는 발열체 상태 평가부(21)로부터 수취한 명령에 기초하여, 발열체 모듈(4a) 내의 주변 기기(15)에 설치한 열유체 순환기(후술함)를 동작시켜, 발열체 셀(16)의 용기 외벽을 주회하는 열유체의 유속의 조정을 행할 수 있다.

온도 분포 해석부(24)는 발열체 셀(16)에 설치된 열전 변환 소자(후술함)로부터 당해 발열체 셀(16)의 온도 측정 결과를 수취하면, 발열체 셀(16)의 어느 부위가 어느 정도의 발열 온도인지를 추측할 수 있다. 또한, 온도 분포 해석부(24)는 열전 변환 소자로부터 수취한 온도 측정 결과로부터 열량의 변화를 산출하여, 발열체 셀(16) 내에 발생하고 있는 열 유속을 열량의 변화로부터 추측할 수 있다. 온도 분포 해석부(24)는 발열체 셀(16)에 있어서의 온도 분포의 추측 결과와, 발열체 셀(16) 내에 있어서의 열 유속의 추측 결과를 발열체 상태 평가부(21)에 보내어, 이들 추정 결과를 가스 공급 제어부(22), 가스 온도 제어부(23) 및 열매체 유속ㆍ온도 제어부(27)의 제어에 반영시킬 수 있다.

여기서, 이 실시 형태의 경우, 발열체 상태 평가부(21)는 발열 반응이 일어나지 않았다고 추정할 수 있는 온도를 하한 온도로서 기억하고, 한편, 발열 반응이 일어났다고 추정할 수 있는 온도를 상한 온도로서 기억하고 있고, 온도 분포 해석부(24)로부터 얻어진 온도에 관한 추측 결과를, 이들 하한 온도 및 상한 온도에 대조하여 발열체 셀(16)의 어느 부위에서 발열 반응이 일어났는지를 추정할 수 있도록 이루어져 있다.

발생 가스종 특정부(25)는 발열체 모듈(4a)의 가스 분석기(후술함)로부터 수취한 분석 결과로부터, 발열체 셀(16) 내에서 발생한 발생 가스가 어떤 종류의 것인지를 특정하고, 발열 반응에 의해 발생하는 특유의 발생 가스의 유무에 의해 발열체 셀(16) 내에서 발열 반응이 일어났는지 여부를 판단하고, 그 판단 결과를 발열체 상태 평가부(21)에 보낸다. 출력 해석부(26)는 발열체 모듈(4a) 내의 열 회수기(후술함)로부터 열의 출력 결과를 수취하고, 출력 결과로부터 발열체 셀(16)에서 발열 반응이 행해졌는지 여부를 판단하고, 그 판단 결과를 발열체 상태 평가부(21)에 보낸다. 또한, 수소 흡장량 추정부(28)는 발열체 셀(16) 내에 있는 수소 흡장 금속 또는 수소 흡장 합금의 전기 저항 측정 결과를 당해 발열체 셀(16)로부터 수취하면, 이 측정 결과를 기초로 발열체 셀(16) 내에 있는 수소 흡장 금속 또는 수소 흡장 합금의 수소 흡장량을 판단하고, 이 판단 결과를 발열체 상태 평가부(21)에 보낸다.

덧붙여서, 수소 흡장량 추정부(28)는 발열체 셀(16) 내에 있는 수소 흡장 금속 또는 수소 흡장 합금의 전기 저항의 값이 미리 설정한 소정값 이상일 때, 수소 흡장 금속 또는 수소 흡장 합금의 수소 흡장량이 적고, 당해 전기 저항의 값이 소정값 미만일 때, 수소 흡장 금속 또는 수소 흡장 합금의 수소 흡장량이 많다고 판단한다. 또한, 발열체 셀(16)에서는, 발열 반응이 일어나는 상태로서, 수소 흡장 금속 또는 수소 흡장 합금의 수소 흡장량이 많은 것이 바람직하다.

(3) 발열체 모듈의 구성

다음에, 모듈 제어부(3a)에 의해 제어되는 발열체 모듈의 구성에 대하여, 이하 설명한다. 이 경우, 도 3에 도시한 바와 같이, 발열체 모듈(4a)은 발열체 셀(16)과, 주변 기기(15)를 구비하고 있고, 모듈 제어부(3a)로부터의 명령에 따라서 주변 기기(15)가 동작하여, 과잉열을 발하고 있지 않는 발열체 셀(16) 내에 발열 반응을 일으키게 하거나, 또는, 발열체 셀(16) 내에서 일어난 발열 반응을 더욱 촉구하게 하거나 할 수 있다.

이 실시 형태의 경우, 발열체 셀(16)에는, 용기 외벽을 따라서 온도 측정부로서의 열전 변환 소자(37, 38, 39)가 어레이상으로 배치되어 있어, 각 열전 변환 소자(37, 38, 39)가 설치된 부위에서의 발열체 셀(16)의 온도를 측정할 수 있다. 이 경우, 발열체 셀(16)은 당해 발열체 셀(16)의 상부 위치에서 발열체 셀(16)의 용기 외벽을 주회하도록 설치된 복수의 열전 변환 소자(37)와, 당해 발열체 셀(16)의 중부 위치에서 발열체 셀(16)의 용기 외벽을 주회하도록 설치된 복수의 열전 변환 소자(38)와, 당해 발열체 셀(16)의 하부 위치에서 발열체 셀(16)의 용기 외벽을 주회하도록 설치된 복수의 열전 변환 소자(39)를 구비하고 있어, 발열체 셀(16)의 상이한 높이 부위에서의 각 온도가 열전 변환 소자(37, 38, 39)에 의해 측정될 수 있다.

열전 변환 소자(37, 38, 39)는, 발열체 셀(16)의 온도의 측정 결과를, 모듈 제어부(3a)의 온도 분포 해석부(24)에 보내고, 당해 온도 분포 해석부(24)에 의해, 발열체 셀(16)의 어느 부위에서 어느 정도의 온도로 되어 있는지 온도 분포를 검지시킬 수 있다.

주변 기기(15)에는, 가스 공급기(6)에 연통하여 발열체 셀(16) 내로 연장된 상부 공급 노즐(35a), 중부 공급 노즐(35b) 및 하부 공급 노즐(35c)이 설치되어 있고, 이들 상부 공급 노즐(35a), 중부 공급 노즐(35b) 및 하부 공급 노즐(35c)에 가스 공급 변경기(31)가 설치되어 있다. 가스 공급 변경기(31)는 모듈 제어부(3a)의 가스 공급 제어부(22)로부터의 명령에 따라서, 발열체 셀(16) 내에의 수소계 가스의 공급 위치를 변경할 수 있도록 이루어져 있다.

실제상, 가스 공급 변경기(31)는 예를 들어 상부 공급 노즐(35a)에 설치된 밸브(31a)와, 상부 공급 노즐(35a)보다도 긴 중부 공급 노즐(35b)에 설치된 밸브(31b)와, 중부 공급 노즐(35b)보다도 긴 하부 공급 노즐(35c)에 설치된 밸브(31c)를 구비하고 있고, 이들 밸브(31a, 31b, 31c)의 개폐를 제어함으로써, 발열체 셀(16)에서의 수소계 가스의 공급 위치를 선택할 수 있다. 또한, 가스 공급 변경기(31)는 밸브(31a, 31b, 31c)의 각 개폐도를 조정할 수 있어, 발열체 셀(16)에의 수소계 가스의 유속이나 공급량을 제어할 수 있다.

예를 들어, 만약 발열체 셀(16) 내에 설치한 수소 흡장 금속으로 이루어지는 발열체가 Pd인 경우이면, 가스 공급 변경기(31)는 발열 반응을 일으키게 하는 발열 제어로서, 밸브(31b)를 개방하고, 다른 밸브(31a, 31c)를 폐쇄하여, 발열체 셀(16)의 내부 중앙 위치에 공급구가 있는 중부 공급 노즐(35b)로부터 수소계 가스를 공급한다. 그 후, 예를 들어 가스 공급 변경기(31)는 발열체 셀(16)의 상부 위치가 고온으로 되어 발열 반응이 일어난 과잉열 발생 부위가 상부 위치에 있다고 모듈 제어부(3a)가 판단하면, 가스 공급 제어부(22)로부터의 명령에 따라서 밸브(31b)에 더하여 밸브(31a)도 개방하고, 다른 밸브(31c)를 폐쇄한 채로 하여, 발열 반응이 일어났다고 추측되는 상부 위치에 가장 가까운 위치에 수소계 가스의 공급구가 있는 상부 공급 노즐(35a)로부터도 수소계 가스를 공급한다.

이에 의해, 발열체 셀(16)에서는, 발열 반응이 일어났다고 추측되는 상부 위치에 대하여 보다 많은 수소계 가스가 공급되어, 발열체 셀(16) 내의 온도를 최적 온도로 유지함으로써, 당해 상부 위치에 있는 수소 흡장 금속 또는 수소 흡장 합금의 수소 흡장량이 많아져 발열 반응이 촉구된다.

한편, 예를 들어 발열체 셀(16)의 하부 위치가 고온으로 되어 발열 반응이 일어난 과잉열 발생 부위가 하부 위치에 있다고 모듈 제어부(3a)가 판단한 경우에는, 가스 공급 제어부(22)로부터의 명령에 따라서 밸브(31b)에 더하여 밸브(31c)도 개방하고, 다른 밸브(31a)를 폐쇄한 채로 하여 발열 반응이 일어났다고 추측되는 하부 위치에 가장 가까운 위치에 수소계 가스의 공급구가 있는 하부 공급 노즐(35c)로부터도 수소계 가스를 공급한다. 이에 의해, 발열체 셀(16)에서는, 발열 반응이 일어났다고 추측되는 하부 위치에 대하여 보다 많은 수소계 가스가 공급되어, 당해 하부 위치에 있는 수소 흡장 금속 또는 수소 흡장 합금의 수소 흡장량이 많아져 발열 반응이 촉구된다.

덧붙여서, 이 실시 형태의 경우에 있어서는, 발열체 셀(16) 내에서 발열 반응이 일어났다고 추측되는 과잉열 발생 부위에 공급구가 가까운 상부 공급 노즐(35a) 또는 하부 공급 노즐(35c)로부터 수소계 가스를 공급하는 경우에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이것에 한하지 않고, 발열 반응이 일어났다고 추측되는 발열체 셀(16)에 대해서는, 상부 공급 노즐(35a), 중부 공급 노즐(35b) 및 하부 공급 노즐(35c) 모두로부터 수소계 가스를 공급하도록 해도 된다.

이와 같은 가스 공급 변경기(31)에 더하여 주변 기기(15)에는, 상부 공급 노즐(35a), 중부 공급 노즐(35b) 및 하부 공급 노즐(35c)에 가스 온도 조정기(32)가 설치되어 있다. 가스 온도 조정기(32)는 모듈 제어부(3a)의 가스 공급 제어부(22)로부터의 명령에 따라서, 발열체 셀(16) 내에 공급되는 수소계 가스를 가열하여, 발열체 셀(16) 내의 온도 조정을 행할 수 있다.

실제상, 가스 온도 조정기(32)는 예를 들어 상부 공급 노즐(35a)에 설치된 가열기(32a)와, 중부 공급 노즐(35b)에 설치된 가열기(32b)와, 하부 공급 노즐(35c)에 설치된 가열기(32c)를 구비하고 있고, 이들 가열기(32a, 32b, 32c)의 가열을 제어함으로써, 발열체 셀(16)에 공급되는 수소계 가스를 소정 온도로 가열할 수 있다.

이 경우, 가스 온도 조정기(32)는 상부 공급 노즐(35a), 중부 공급 노즐(35b) 및 하부 공급 노즐(35c) 중, 발열체 셀(16)에 수소계 가스를 공급하는 데 사용되고 있는 상부 공급 노즐(35a)이나, 중부 공급 노즐(35b), 하부 공급 노즐(35c)에 설치된 가열기(32a, 32b, 32c)만을 동작시켜, 발열체 셀(16)에 공급되는 수소계 가스를 가열할 수 있다.

또한, 주변 기기(15)에는, 가스 회수기(7)와 연통하여 발열체 셀(16) 내로부터 연장된 가스 회수 노즐(41)이 설치되어 있고, 열 회수기(40)와 가스 분석기(43)가 가스 회수 노즐(41)에 설치되어 있다. 가스 회수 노즐(41)은 발열체 셀(16) 내의 수소계 가스를 당해 발열체 셀(16) 내로부터 배출하여 가스 회수기(7)에 송출할 수 있도록 이루어져 있다. 이에 의해 발열체 셀(16)은 수소계 가스의 흡인에 의해 용기 내부의 압력을 조정할 수 있도록 이루어져 있다.

열 회수기(40)는 과잉열을 발하고 있는 발열체 셀(16)에서 가열된 수소계 가스를 당해 발열체 셀(16) 내로부터 가스 회수기(7)에 배출할 때에, 그 수소계 가스로부터 열을 빼앗고, 이에 의해 수소계 가스로부터 얻어진 열을 출력 회수기(9)에 전반할 수 있다. 또한, 열 회수기(40)는 수소계 가스로부터 회수한 열이 어느 정도인지를 나타내는 출력 회수 결과를 모듈 제어부(3a)의 출력 해석부(26)에 보낸다. 또한, 가스 분석기(43)는 발열체 셀(16) 내로부터 가스 회수기(7)로 배출할 때에, 당해 수소계 가스의 일부를 일시적으로 수납하고, 수소계 가스에 포함되는 물질을 분석하여, 그 분석 결과를 발생 가스종 특정부(25)에 보낸다. 이에 의해 발생 가스종 특정부(25)는 가스 분석기(43)로부터 수취한 분석 결과로부터, 미리 유지한 가스 특징 데이터와 대조하여 수소계 가스에 포함되어 있는 물질을 특정할 수 있다.

또한, 발열체 셀(16)에는, 용기 외벽을 주회하도록 통상의 순환 경로부(17a)가 설치되고, 이 순환 경로부(17a) 내를 물 등으로 이루어지는 열유체가 흐르고 있다. 이 열유체는, 열유체 순환기(17)에 의해 순환되고 있고, 발열체 셀(16)과 접함으로써 발열체 셀(16)로부터 열을 빼앗아, 열을 회수할 수 있도록 이루어져 있다.

주변 기기(15)에는, 이와 같은 열유체를 가열하는 가열기(44)와, 열유체로부터 열을 빼앗아 출력 회수기(9)에 열을 출력하는 열 회수기(45)가 설치되어 있다. 가열기(44)는 발열체 셀(16)과 열유체가 접하는 앞 위치에 설치되어 있고, 열매체 유속ㆍ온도 제어부(27)로부터의 명령에 따라서, 발열체 셀(16)과 열유체가 접하기 전에 당해 열유체를 가열함으로써, 발열체 셀(16)을 가열할 수 있도록 이루어져 있다.

열 회수기(45)는 발열체 셀(16)과 열유체가 다 접한 위치에 설치되어 있고, 과잉열을 발하고 있는 발열체 셀(16)에서 가열된 열유체로부터 열을 빼앗고, 이것에 의해 얻어진 열을 출력 회수기(9)에 전반할 수 있다. 또한, 열 회수기(45)는 열유체에 의해 회수된 열이 어느 정도인지를 나타내는 출력 회수 결과를 모듈 제어부(3a)의 출력 해석부(26)에 보낸다.

이 실시 형태의 경우, 발열체 셀(16) 내에 설치한 수소 흡장 금속 또는 수소 흡장 합금 중의 수소 농도가 높은 쪽이, 발열체 셀(16) 내에서 발열 반응이 일어나기 쉬운 경향이 있어, 과잉열을 발할 확률이 높을 것으로 생각된다. 따라서, 주변 기기(15)에서는, 발열체 셀(16) 내에의 수소계 가스의 공급 제어나, 발열체 셀(16) 내의 온도 제어, 발열체 셀(16) 내의 압력 제어를 행함으로써, 발열체 셀(16) 내에 설치한 수소 흡장 금속 또는 수소 흡장 합금 중의 수소 농도를 올려, 발열 반응이 일어난 발열체 셀(16) 내에서 더욱 한층 더 발열 반응을 촉진시켜, 발열체 셀로부터의 과잉열의 출력 증대나 출력 유지시킬 수 있도록 이루어져 있다.

여기서, 도 4는 발열체 셀(16) 내에 설치되는 수소 흡장 금속으로서 사용할 수 있는 팔라듐(Pd)의 수소 농도를 나타낸 그래프이다. 도 4는 용기 내부의 압력이 0.5[atom], 1.0[atom], 1.5[atom], 2.0[atom]일 때의 Pd의 온도와 수소 농도의 관계를 나타낸다. 예를 들어 압력이 0.5[atom]이고 온도가 130℃ 근방에 있을 때에, Pd의 수소 농도가 0.5[H/Pd] 근방에 있었을 때(도 4 중, P1로 나타냄), 온도를 그대로 하고 압력을 1.5[atom]로 올리면, Pd의 수소 농도가 0.65[H/Pd] 근방으로까지 상승하고(도 4 중, P2로 나타냄), 한편, 압력을 0.5[atom]인 채로 하고 온도를 90℃ 정도까지 내려도 Pd의 수소 농도가 0.65[H/Pd] 근방으로까지 상승한다(도 4 중, P3으로 나타냄).

따라서, 발열체 모듈(4a)은 발열체 셀(16) 내에서 과잉열을 발할 때, 발열체 셀(16) 내에서 일어난 발열 반응을 촉진시키기 위해, 모듈 제어부(3a)로부터의 명령에 따라서 가열기(32a, 32b, 32c)에 의한 수소계 가스의 가열 온도를 내림과 함께, 가열기(44)에 의한 열유체의 가열 온도를 내려, 발열체 셀(16)의 온도를 내린다. 또한, 발열체 모듈(4a)은 모듈 제어부(3a)로부터의 명령에 따라서 가스 회수 노즐(41)로부터의 흡인량 등을 조정하여, 발열체 셀(16) 내의 압력을 올린다. 이에 의해, 발열체 모듈(4a)은 발열체 셀(16) 내의 수소 흡장 금속 또는 수소 흡장 합금의 수소 흡장량을 상승시켜, 과잉열을 발하고 있는 발열체 셀(16)에 대하여, 발열 반응이 더 일어나기 쉬운 상태로 하여, 발열체 셀(16)로부터의 과잉열의 출력을 증대시켜 유지시킨다.

또한, 수소 흡장 금속으로서, Ni를 사용한 경우에는, 압력을 그대로 하고 온도를 올리면 Ni의 수소 농도가 상승하기 때문에, Pd와는 반대로, 가열기(32a, 32b, 32c)에 의한 수소계 가스의 가열 온도를 올림과 함께, 가열기(44)에 의한 열유체의 가열 온도를 올려, 발열체 셀(16)의 온도를 올리고, 그 결과, 발열체 셀(16) 내의 수소 흡장 금속의 수소 흡장량을 상승시켜, 발열체 셀(16) 내의 발열 반응을 촉구할 수 있다.

(4) 작용 및 효과

이상의 구성에 있어서, 본 발명에 의한 발열 시스템(1)에서는, 수소 흡장 금속 또는 수소 흡장 합금을 사용하여, 발열에 기여하는 수소계 가스가 용기 내부에 공급됨으로써 과잉열을 발하고 있는 복수의 발열체 셀(16)을 설치하고, 또한, 각 발열체 셀(16)을 가열시킴과 함께, 각 발열체 셀(16) 내에 수소계 가스를 공급시키는 발열 제어를, 발열체 셀(16)마다 행하게 하는 통합 제어부(2)를 설치하도록 하였다.

여기서, 도 5는 일례로서 5개의 발열체 셀(16)을 설치한 발열 시스템(1)에 있어서의 열의 출력과, 시간의 관계를 나타낸 그래프이다. 도 5에서는, 1번째 발열체 셀(16)부터 5번째의 발열체 셀(16)까지의 각 열의 출력 결과를 곡선 H1∼H5로 나타내고, 이들 5개의 발열체 셀(16)의 열의 출력을 합한 발열 시스템(1) 전체에서의 열의 출력 결과를 H6으로 나타낸다.

이 경우, 발열 시스템(1)에서는, 비특허문헌 1이나, 비특허문헌 2, 비특허문헌 6, 국제 공개 번호 WO2015/008859에서의 발열 반응에 의해 과잉열을 발하고 있는 발열체 셀(16)을 사용하고 있기 때문에, 곡선 H1∼H5로 나타내는 바와 같이 각 발열체 셀(16)로부터 출력되는 열은 불안정하여, 예기한 열의 출력 결과가 얻어지지 않을 때가 있다.

이와 같은 비특허문헌 1이나, 비특허문헌 2, 비특허문헌 6, 국제 공개 번호 WO2015/008859에서의 발열 반응을 이용한 발열체 셀(16)은 발열 반응이 불충분할 때, 당해 발열체 셀(16)의 온도 조정이나, 당해 발열체 셀(16) 내에의 수소계 가스의 공급 제어, 당해 발열체 셀(16) 내의 압력 제어를 시도해도, 과잉열을 발할 확률이 낮을 때도 있다.

따라서, 발열 시스템(1)에서는, 발열 반응이 일어난 발열체 셀(16)에 주목하여, 통합 제어부(2)에 의해, 예를 들어 과잉열을 발하고 있지 않는 발열체 모듈(4b)의 발열체 셀(16)에 대해서는 발열 반응이 일어날 것인 최적의 발열 제어를 그대로 행하면서, 과잉열을 발하고 있는 발열체 모듈(4a)의 발열체 셀(16)에 대해서는 발열 제어와는 별개로 발열체 셀(16)의 온도 조정을 행하거나, 당해 발열체 셀(16) 내에의 수소계 가스의 공급 제어를 행하거나, 또는, 당해 발열체 셀(16) 내의 압력 제어를 행하는 것을 과잉열 출력 제어로서 행하여, 과잉열을 발하고 있는 발열체 셀(16)에서 발열 반응 개소를 증가시켜 과잉열의 출력의 한층 더한 증대나, 과잉열의 출력을 더욱 유지시키도록 하였다.

이와 같이, 본 발명의 발열 시스템(1)에서는, 복수의 발열체 셀(16) 중, 발열 반응에 의해 과잉열을 발하고 있는 발열체 셀(16)의 발열 반응 개소를 증가시키는 과잉열 출력 제어를 행함으로써, 가령 발열 반응이 불충분하여 과잉열을 발하고 있지 않는 발열체 셀(16)이 달리 있어도, 그 만큼의 열의 출력 회수를, 발열 반응이 확실하게 일어나고 있는 다른 발열체 셀(16)에서 보충할 수 있으므로, 수소 흡장 금속 또는 수소 흡장 합금을 이용하여 열을 발하는 발열체 셀(16)을 사용하여 안정적으로 열을 얻을 수 있다.

또한, 이 실시 형태의 경우, 발열 시스템(1)에서는, 발열체 셀(16)의 용기 외벽에 있어서의 온도를 측정하는 복수의 열전 변환 소자(37, 38, 39)를 각 발열체 셀(16)에 각각 설치하도록 하였다. 그리고, 발열 시스템(1)에서는, 열전 변환 소자(37, 38, 39)에 의해 얻어진 측정 결과로부터 각 발열체 셀(16)에서의 온도 분포를 특정하고, 이 온도 분포를 기초로 각 발열체 셀(16)이 과잉열을 발하고 있는지 여부를, 통합 제어부(2)에서 판단하도록 하였다.

이에 의해, 통합 제어부(2)는 복수의 발열체 셀(16) 중, 발열 반응이 일어난 발열체 셀(16)을 특정할 수 있고, 이 특정한 과잉열을 발하고 있는 발열체 셀(16)에 대하여 발열체 셀(16)의 온도 조정을 행하거나, 당해 발열체 셀(16) 내에의 수소계 가스의 공급 제어를 행하거나, 또는, 당해 발열체 셀(16) 내의 압력 제어를 행하는 것을 과잉열 출력 제어로서 확실하게 행할 수 있다.

또한, 이 발열 시스템(1)에서는, 수소계 가스를 발열체 셀(16) 내에 공급할 때의 높이 위치를 변경하는 가스 공급 변경기(31)를 각 발열체 셀(16)에 설치함으로써, 과잉열을 발하고 있는 발열체 셀(16) 내에의 수소계 가스의 공급 위치를, 과잉열을 발하고 있는 부위 주변에 있는 발열 반응이 일어날 확률이 높은 부위로 정하거나, 또는, 과잉열을 발할 징조가 되는 온도 상승이 발생한 주변 부위로 정하거나 하여, 과잉열을 발하고 있는 발열체 셀(16)에서 발열 반응 개소를 더 증가시켜, 과잉열을 발하고 있는 발열체 셀(16)에서의 과잉열의 출력의 한층 더한 증대나, 과잉열의 출력을 더욱 유지시킬 수 있다.

또한, 통합 제어부(2)는 과잉열을 발하고 있는 발열체 셀(16)의 용기 외벽에 접하여 흐르는 열유체에 대하여, 과잉열을 발하고 있지 않는 다른 발열체 셀(16)의 용기 외벽에 접하여 흐르는 열유체의 유속보다도 유속을 높여, 과잉열을 발하고 있는 발열체 셀(16)에서의 열유체에 의한 열의 회수율을 증가시키도록 하였다. 이에 의해, 발열 시스템(1)에서는, 가령 발열 반응이 불충분하여 과잉열을 발하고 있지 않는 발열체 셀(16)이 따로 있어도, 그 만큼의 열의 출력 회수를, 발열 반응이 확실하게 일어난 다른 발열체 셀(16)에서 보충할 수 있으므로, 수소 흡장 금속 또는 수소 흡장 합금을 이용하여 열을 발하는 발열체 셀(16)을 사용하여 안정적으로 열을 얻을 수 있다.

(5) 다른 실시 형태에 의한 발열 시스템

상술한 실시 형태에 있어서는, 발열 시스템(1)에 있어서, 과잉열을 발하고 있지 않는 발열체 셀(16)과, 과잉열을 발하고 있는 다른 발열체 셀(16)이 있었을 때, 발열 반응이 일어난 발열체 셀(16)에 대하여 발열 반응 개소를 증가시켜 유지시키는 쪽이, 과잉열을 발하고 있지 않는 발열체 셀(16)에서 발열 반응을 일으키게 하는 것보다도, 발열 시스템(1) 전체에서 안정된 열이 확실하고 또한 용이하게 얻어진다고 한 것이다.

그 때문에, 상술한 발열 시스템(1)에서는, 과잉열을 발하고 있지 않는 발열체 셀(16)에서의 발열 제어와는 별개로, 과잉열을 발하고 있는 다른 발열체 셀(16)에 대하여, 당해 발열체 셀(16)의 온도 조정을 행하거나, 당해 발열체 셀(16) 내에의 수소계 가스의 공급 제어를 행하거나, 또는, 당해 발열체 셀(16) 내의 압력 제어를 행하는 것 중, 적어도 어느 것을 과잉열 출력 제어로서 행하여, 당해 발열체 셀(16)로부터의 과잉열의 출력을 증대 및/또는 유지시키도록 하였다.

그러나, 본 발명은 이것에 한하지 않고, 발열 시스템(1)에 있어서, 과잉열을 발하고 있지 않는 발열체 셀(16)과, 과잉열을 발하고 있는 다른 발열체 셀(16)이 있었을 때, 과잉열을 발하고 있지 않는 발열체 셀(16)에서 발열 반응을 일으키게 할 수 있는 확률이 높은 경우에는, 과잉열을 발하고 있지 않는 발열체 셀(16)에 대하여 과잉열 출력 제어를 행해도 된다.

즉, 이 경우, 발열 시스템에서는, 과잉열을 발하고 있는 발열체 셀(16)에 대해서는 발열 반응이 일어나는 데에 최적의 발열 제어를 그대로 행하면서, 이것과는 별도로, 과잉열을 발하고 있지 않는 다른 발열체 셀(16)에 대해서는, 당해 발열체 셀(16)의 온도 조정을 행하거나, 당해 발열체 셀(16) 내에의 수소계 가스의 공급 제어를 행하거나, 또는, 당해 발열체 셀(16) 내의 압력 제어를 행하는 것 중, 적어도 어느 것을 과잉열 출력 제어로서 행함으로써, 당해 발열체 셀(16)로부터 과잉열이 출력되도록 촉구하는 구성으로 될 수 있다.

이와 같은 발열 시스템에서는, 복수의 발열체 셀 중, 가령 발열 반응이 불충분하여 과잉열을 발하고 있지 않는 발열체 셀이 있어도, 과잉열을 발하고 있지 않는 발열체 셀에 대하여, 발열 반응을 발생시켜 과잉열을 발하도록 촉구하는 과잉열 출력 제어를 시도하면서, 그 만큼의 열의 출력 회수를, 과잉열을 발하고 있는 발열체 셀에서 보충할 수 있으므로, 수소 흡장 금속 또는 수소 흡장 합금을 이용하여 열을 발하는 발열체 셀을 사용하여 안정적으로 열을 얻을 수 있다.

(6) 다른 실시 형태에 의한 온도 측정부

상술한 실시 형태에 있어서는, 온도 측정부로서, 발열체 셀(16)의 용기 외벽을 따라서 어레이상으로 배치시킨 열전 변환 소자(37, 38, 39)를 적용한 경우에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이것에 한하지 않고, 발열체 셀(16)의 용기 내부에 어레이상으로 배치한 온도 측정부를 적용해도 된다. 도 6은 온도 측정부(51a, 51b, 51c, 51d)가 발열체 셀(16)의 용기 내부에 설치된 구성을 도시한다. 온도 측정부(51a, 51b, 51c, 51d)는 모두 동일 구성으로 이루어지고, 예를 들어 온도 측정부(51a)는 발열체 셀(16)의 상부로부터 하부로 연장되는 지지부(54)에, 열전대 소자(55a, 55b, 55c, 55d)가 배치되어 있고, 당해 열전대 소자(55a, 55b, 55c, 55d)에 의해 발열체 셀(16)의 상부로부터 하부에 걸쳐 온도를 측정할 수 있다. 또한, 발열체 셀(16)의 발열 반응이 일어나는 내부 구조에 대해서는, 상술한 실시 형태와 동일하기 때문에, 여기서는 도시 등은 생략한다.

이와 같이 구성된 온도 측정부(51a, 51b, 51c, 51d)는, 발열체 셀(16) 내에 등간격으로 배치되고, 발열체 셀(16)의 내부 전체의 온도를 측정하고, 그 측정 결과를 모듈 제어부(3a)(도 2)의 온도 분포 해석부(24)에 보낸다. 이에 의해 온도 분포 해석부(24)는 온도 측정부(51a, 51b, 51c, 51d)에 의해 얻어진 측정 결과로부터 각 발열체 셀(16)에서의 온도 분포를 특정하고, 이 온도 분포를 기초로 각 발열체 셀(16)이 과잉열을 발하고 있는지 여부를, 통합 제어부(2)에서 판단시킬 수 있다.

또한, 이 발열체 셀(16)에는, 길이가 상이한 공급 노즐(52a, 52b, 52c, 52d)이 설치되어 있고, 온도 측정부(51a, 51b, 51c, 51d)의 위치나, 열전대 소자(55a, 55b, 55c, 55d)의 배치 높이에 맞추어, 공급 노즐(52a, 52b, 52c, 52d)의 공급구가 선정되고, 온도 측정부(51a, 51b, 51c, 51d)에 의해 얻어진 온도 분포에 맞추어 발열체 셀(16)의 소정 부위에 수소계 가스를 공급할 수 있다.

(7) 발열 기여 유체로서 전해 용액을 사용한 발열체 셀을 이용하는 발열 시스템

상술한 실시 형태에 있어서는, 발열에 기여하는 수소계 발열 기여 유체로서, 수소계 가스를 적용한 발열체 셀에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이것에 한하지 않고, 전해 용액을 수소계 발열 기여 유체로서 사용한 발열체 셀을 적용해도 된다.

도 1과의 대응 부분에 동일 부호를 붙여 도시하는 도 7은, 수소계 발열 기여 유체로서 전해 용액을 사용한 발열 시스템(61)을 나타낸다. 이 발열 시스템(61)에 사용하는 발열체 셀(66)은 비특허문헌 3이나 비특허문헌 4에서의 발열 반응에 의해 과잉열을 발하고 있는 발열체 셀(66)이며, Pd, Ni, Pt, Ti 등의 수소 흡장 금속, 또는, 이들 원소 중 적어도 어느 1종을 함유한 수소 흡장 합금이 용기 내부에 설치되어 있고, 전해 용액이 용기 내부에 공급되면서, 가열됨으로써 발열 반응이 일어나, 과잉열이 얻어지는 것이다.

또한, 이 실시 형태에 있어서는, 수소 흡장 금속 또는 수소 흡장 합금을 사용하고, 발열에 기여하는 전해 용액이 용기 내부에 공급됨으로써 과잉열을 발하고 있는 발열체 셀로서, 비특허문헌 3, 4를 발열체 셀로 한 경우에 대하여 설명하지만, 본 발명은 이것에 한하지 않고, 수소 흡장 금속 또는 수소 흡장 합금을 사용하고, 발열에 기여하는 전해 용액이 용기 내부에 공급됨으로써 과잉열을 발하고 있는 것이면, 그 밖에 다양한 비특허문헌이나 특허문헌의 구성을 발열체 셀로 해도 된다. 또한, 여기서 사용하는 전해 용액은, 중수소가 소정 농도로 포함된 중수소계 전해 용액, 예를 들어 중수산화리튬(LiOD), KOD 또는 NaOD이다.

이 경우, 도 7에 도시한 바와 같이, 발열 시스템(61)은 발열체 모듈(64a, 64b, 64c, 64d, 64e)을 각각 제어하는 모듈 제어부(63a, 63b, 63c, 63d, 63e)와, 발열체 셀(66)에서 발열에 기여하는 전해 용액을 배관(10)을 통해 각 발열체 모듈(64a, 64b, 64c, 64d, 64e)에 공급하는 전해 용액 공급기(62)와, 각 발열체 모듈(64a, 64b, 64c, 64d, 64e)로부터 전해 용액을 배관(11)을 통해 회수하고, 다시 전해 용액 공급기(62)에 보내는 전해 용액 회수기(67)와, 발열체 모듈(64a, 64b, 64c, 64d, 64e)마다 설치된 열유체 순환기(17)와, 각 발열체 모듈(64a, 64b, 64c, 64d, 64e)로부터 출력된 열을 배관(12a, 12b, 12c, 12d, 12e)을 통해 회수하는 출력 회수기(9)와, 가스 회수ㆍ중수ㆍ경수 생성기(69)에 대하여, 통합 제어부(2)가 접속된 구성을 갖는다.

전해 용액 공급기(62)는 통합 제어부(2)로부터의 명령에 따라서, 저장 탱크(도시하지 않음) 내의 전해 용액이나, 전해 용액 회수기(67)로부터 수취한 전해 용액의 중수소의 농도 조정을 행하고, 중수소의 농도 조정을 행한 전해 용액을, 각 발열체 모듈(64a, 64b, 64c, 64d, 64e)에 공급할 수 있다. 발열체 모듈(64a)은 모듈 제어부(63a)로부터의 명령에 따라서 주변 기기(65)에 의해, 발열체 셀(66)에의 전해 용액의 공급량의 제어나, 발열체 셀(66) 내의 압력 제어, 발열체 셀(66)의 가열 온도 제어 등을 행하여, 발열체 셀(66) 내에서 과잉열을 발하도록 발열 제어를 행할 수 있다.

또한, 각 발열체 모듈(64a, 64b, 64c, 64d, 64e)의 발열체 셀(66) 내에서는, 용기 내부의 전극에 의해 전해 용액이 전기 분해됨으로써, 중수소 가스나 산소 가스(이들을 통합하여, 간단히 발생 가스라고도 칭함)가 생성된다. 가스 처리기로서 설치된 가스 회수ㆍ중수ㆍ경수 생성기(69)는 통합 제어부(2)로부터의 명령에 따라서, 각 발열체 셀(66) 내에서 생성된 발생 가스를 회수하고, 예를 들어 연료 전지(도시하지 않음)에 의해, 당해 발생 가스로부터 전력을 얻음과 함께, 당해 발생 가스로부터 중수 또는 경수를 생성하고, 이것을 전해 용액 회수기(67) 또는 전해 용액 공급기(62) 등에 보내어 재이용한다. 또한, 가스 회수ㆍ중수ㆍ경수 생성기(69)는 촉매를 설치해도 되고, 이 경우, 촉매에 의해 발생 가스로부터 열을 회수함과 함께, 당해 촉매에 의해 발생 가스로부터 중수 또는 경수를 얻어 이것을 전해 용액 회수기(67) 또는 전해 용액 공급기(62) 등에 보내어 재이용한다. 이때, 가스 회수ㆍ중수ㆍ경수 생성기(69)에서 발생한 전력이나 열은, 출력 회수기(9)에 의해 회수될 수 있다.

덧붙여서, 발열체 모듈(64a, 64b, 64c, 64d, 64e)에 설치한 각 주변 기기(65)에는, 전해 용액의 중수소의 농도 조정을 개별로 행하는 농도 조정기가 설치되어 있어, 발열체 셀(66)마다, 전해 용액 내의 중수소의 농도 조정을 행할 수 있도록 이루어져 있다.

또한, 도 2와의 대응 부분에 동일 부호를 붙여 도시하는 도 8과 같이, 모듈 제어부(63a)는 주변 기기(65)에 설치된 전해 용액 공급기(도시하지 않음)에 제어 명령을 보내는 전해 용액 공급 제어부(72)와, 주변 기기(65)에 설치된 전해 용액 온도 조정기(도시하지 않음)에 제어 명령을 보내는 전해 용액 온도 제어부(73)와, 주변 기기(65)에 설치된 전해 전압ㆍ전류 조정기(도시하지 않음)에 제어 명령을 보내는 전해 전압ㆍ전류 제어부(75)를 갖고 있고, 이들 전해 용액 공급 제어부(72), 전해 용액 온도 제어부(73), 및 전해 전압ㆍ전류 제어부(75)도 발열체 상태 평가부(21)에 접속된 구성을 갖는다.

이 경우도, 발열체 상태 평가부(21)는 온도 분포 해석부(24)나, 발생 가스종 특정부(25), 출력 해석부(26), 열매체 유속ㆍ온도 제어부(27), 수소 흡장량 추정부(28)에 의해 얻어진 해석 결과를 기초로, 발열체 모듈(64a)에 설치된 발열체 셀(66)의 열의 출력 상태를 평가하고, 이 평가 결과를 통합 제어부(2)에 보낸다. 발열체 상태 평가부(21)는 평가 결과를 기초로 통합 제어부(2)가 생성한 제어 명령을 수취하고, 당해 제어 명령에 기초하여 전해 용액 공급 제어부(72), 전해 용액 온도 제어부(73), 열매체 유속ㆍ온도 제어부(27) 및 전해 전압ㆍ전류 제어부(75)를 통해 발열체 모듈(64a)을 제어할 수 있다.

여기서, 이 발열 시스템(61)에서는, 발열 반응이 일어난 발열체 셀(66)에 주목하여, 통합 제어부(2)에 의해, 예를 들어 과잉열을 발하고 있지 않는 발열체 모듈(64b)의 발열체 셀(66)에 대해서는 발열 반응이 일어날 것인 최적의 발열 제어를 그대로 행하면서, 과잉열을 발하고 있는 발열체 모듈(64a)의 발열체 셀(66)에 대해서는 발열 제어와는 별개로 발열체 셀(66)의 온도 조정을 행하거나, 당해 발열체 셀(66) 내에의 전해 용액의 공급 제어를 행하거나, 또는, 당해 발열체 셀(66) 내의 전해 전압ㆍ전류 제어를 행하는 것을 과잉열 출력 제어로서 행하여, 과잉열을 발하고 있는 발열체 셀(66)에서 발열 반응 개소를 증가시켜 과잉열의 출력의 한층 더한 증대나, 과잉열의 출력을 더욱 유지시키도록 하였다.

또한, 통합 제어부(2)에 의한 발열체 셀(66) 내에의 전해 용액의 공급 제어로서는, 발열체 모듈(64a, 64b, 64c, 64d, 64e)의 각 주변 기기(65)에 의한 전해 용액의 발열체 셀(66)에의 공급량의 조정 외에, 각 주변 기기(65)에 의한 전해 용액의 개별적인 농도 조정도 포함된다. 발열체 셀(66)은 공급되는 전해 용액의 농도 조정이 행해져, 전해 용액 내의 중수소의 농도가 높아지거나, 또는, 공급되는 전해 용액의 공급량이 증가되거나 함으로써, 발열체 셀(66) 내에서의 발열 반응을 촉구할 수 있다.

또한, 발열체 셀(66)의 온도 조정에 대해서는, 상술한 실시 형태와 마찬가지로, 발열체 셀(66)에 설치하는 수소 흡장 금속 또는 수소 흡장 합금의 종류에 따라서 상이하지만, 과잉열 출력 제어 시, 예를 들어 Pd일 때에는 발열 제어 시의 가열 온도보다도 내림으로써, Pd의 수소 흡장량을 증가시켜, 발열체 셀(66) 내에서의 발열 반응을 촉구할 수 있다.

또한, 통합 제어부(2)에 의한 발열체 셀(66) 내의 전해 전압ㆍ전류 제어로서는, 발열체 모듈(64a, 64b, 64c, 64d, 64e)의 각 주변 기기(65) 내에 설치한 전해 전압ㆍ전류 조정기에 의해, 발열체 셀(66) 내에 설치한 전극(양극 및 음극)에 부여하는 전압 또는 전류를 발열 제어 시보다도 높게 하여, 전해 용액의 전기 분해되는 양을 증가시킴으로써, 발열체 셀(66) 내에서의 발열 반응을 촉구할 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 발열 시스템(61)에서는, 복수의 발열체 셀(66) 중, 발열 반응에 의해 과잉열을 발하고 있는 발열체 셀(66)의 발열 반응 개소를 증가시키는 과잉열 출력 제어를 행함으로써, 가령 발열 반응이 불충분하여 과잉열을 발하고 있지 않는 발열체 셀(66)이 따로 있어도, 그 만큼의 열의 출력 회수를, 발열 반응이 확실하게 일어난 다른 발열체 셀(66)에서 보충할 수 있으므로, 수소 흡장 금속 또는 수소 흡장 합금을 이용하여 열을 발하는 발열체 셀(66)을 사용하여 안정적으로 열을 얻을 수 있다.

또한, 이 실시 형태의 경우, 출력 회수기(9)는 상술한 실시 형태와 마찬가지로, 각 발열체 셀(66)의 용기 외벽으로부터 발하는 열을 회수함과 함께, 각 발열체 셀(66) 내로부터 배출된 전해 용액이나, 동일하게 각 발열체 셀(66) 내로부터 배출된 발생 가스(발열 반응에 의해 생성된 발생 가스)로부터도 열을 회수하고 있어, 각 발열체 셀(66)에서 얻어지는 열을 효율적으로 회수할 수 있다. 덧붙여서, 이와 같이 각 발열체 셀(66)의 용기 외벽으로부터 발하는 열을 회수할 때는, 각 발열체 셀(66) 내로부터 배출된 전해 용액과, 동일하게 각 발열체 셀(66) 내로부터 배출된 발생 가스 중, 어느 한쪽만으로부터 열을 회수해도 된다.

덧붙여서, 이 다른 실시 형태에 있어서도, 상술한 「(5) 다른 실시 형태에 의한 발열 시스템」과 마찬가지로, 발열 시스템(61)에 있어서, 과잉열을 발하고 있지 않는 발열체 셀(66)과, 과잉열을 발하고 있는 다른 발열체 셀(66)이 있었을 때, 과잉열을 발하고 있지 않는 발열체 셀(66)에서 발열 반응을 일으키게 할 수 있는 확률이 높은 경우에는, 과잉열을 발하고 있지 않는 발열체 셀(66)에 대하여 과잉열 출력 제어를 행해도 된다.

또한, 전해 용액을 이용한 발열체 셀(66)에 있어서도, 상술한 「(6) 다른 실시 형태에 의한 온도 측정부」와 마찬가지로, 온도 측정부(51a, 51b, 51c, 51d)가 용기 내부에 설치된 구성으로 해도 된다.

(8) 기타

또한, 상술한 실시 형태에 있어서는, 수소계 가스를 발열체 셀 내에 공급할 때의 공급 위치를 변경하는 가스 공급 변경기로서, 수소계 가스를 발열체 셀(16) 내에 공급할 때의 높이 위치를 변경하는 가스 공급 변경기(31)를 적용한 경우에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이것에 한하지 않고, 수소계 가스를 발열체 셀 내에 공급할 때의 폭 방향 위치 등 그 밖의 다양한 위치로 변경하는 가스 공급 변경기를 적용해도 된다. 이 경우, 발열체 셀(16)에는, 당해 발열체 셀(16) 내에서의 공급구의 배치 위치가 상이한 복수개 공급 노즐이 설치될 수 있다.

또한, 상술한 실시 형태에 있어서는, 가스 회수 노즐로서, 발열체 셀(16) 내의 소정 위치에 흡인구가 있는 1개의 가스 회수 노즐(41)을 설치한 경우에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이것에 한하지 않고, 흡인구의 위치가 상이한 복수의 가스 회수 노즐을 설치하고, 발열체 셀(16) 내의 각 높이 위치의 수소계 가스를 흡인하여 발생 가스종을 특정해도 된다. 예를 들어, 흡인구의 높이 위치가 상이한 3개의 상부 회수 노즐, 중부 회수 노즐 및 하부 회수 노즐을 발열체 셀(16)에 설치한 경우에는, 발생 가스종 특정부(25)에 의해, 발열체 셀(16) 내의 각 높이 위치에서 발생한 발생 가스가 어떤 종류의 것인지를 특정하고, 발열 반응에 의해 발생하는 특유의 발생 가스의 유무에 의해 발열체 셀(16) 내의 높이 위치마다 발열 반응이 일어났는지 여부를 판단할 수 있다. 또한, 흡인구의 위치는, 높이 위치 외에, 높이와 직교하는 가로측 위치여도 되고, 이 경우, 발열체 셀(16)에는, 가로 방향에서 상이한 위치에 흡인구가 배치된 복수의 회수 노즐이 설치될 수 있다.

또한, 상술한 실시 형태에 있어서는, 발열체 셀(16, 66)에 온도 측정부(51a, 51b, 51c, 51d) 및 열전 변환 소자(37, 38, 39)를 양쪽 설치하여, 발열체 셀(16, 66)의 용기 내부 및 용기 외벽의 온도를 측정하도록 해도 된다.

또한, 상술한 실시 형태에 있어서는, 복수의 발열체 셀(16)을 설치한 발열 시스템(1)에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이것에 한하지 않고, 1개만 발열체 셀(16)을 설치한 발열 시스템이어도 된다. 이 경우, 발열 시스템은, 발열체 셀(16)의 용기 내부 및/또는 용기 외벽의 온도를 측정하는 온도 측정부(온도 측정부(51a, 51b, 51c, 51d) 및/또는 열전 변환 소자(37, 38, 39))와, 온도 측정부에 의해 얻어진 측정 결과를 기초로, 발열체 셀(16) 내에 공급하는 수소계 가스의 공급 위치(예를 들어, 높이 위치나 가로 방향 위치 등)를 결정하는 가스 공급 제어부(22)와, 또한 발열체 셀(16) 내에 공급하는 수소계 가스의 공급 위치를, 가스 공급 제어부(22)에 의해 결정된 공급 위치로 변경시키는 가스 공급 변경기(31)를 구비하는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 발열 시스템에서는, 시간 경과와 함께 변화되는 발열체 셀(16)의 발열 상황에 따라서, 적절히, 발열체 셀(16) 내에 공급하는 수소계 가스의 공급 위치를 변화시켜 과잉열이 출력되도록 할 수 있으므로, 수소 흡장 금속 또는 수소 흡장 합금을 이용하여 열을 발하는 발열체 셀(16)을 사용하여 안정적으로 열을 얻을 수 있다.

또한, 상술한 실시 형태에 있어서, 수소 흡장 금속 또는 수소 흡장 합금을 사용하여 과잉열을 발하고 있는 발열체 셀로서는, 예를 들어 통망상이나, 통상, 막대상 등의 소정 형상으로 형성한 발열체를 용기 내부에 설치한 발열체 셀(16) 외에, 분말상으로 한 수소 흡장 금속 또는 수소 흡장 합금을 용기 내부에 봉입한 발열체 셀이어도 된다.

또한, 상술한 실시 형태에 있어서는, 수소계 가스나 전해 용액을 가열함으로써 발열체 셀의 용기 내부를 가열시키도록 한 경우에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이것에 한하지 않고, 발열체 셀의 용기 내부나 용기 외벽에 가열용 히터 등 그 밖의 다양한 온도 조정기를 사용하여 발열체 셀의 온도 조정을 행해도 된다.

1, 61 : 발열 시스템
2 : 통합 제어부
9 : 출력 회수기
16, 66 : 발열체 셀
31 : 가스 공급 변경기
37, 38, 39 : 열전 변환 소자(온도 측정부)
51a, 51b, 51c, 51d : 온도 측정부

Claims (12)

1. 수소 흡장 금속 또는 수소 흡장 합금을 사용하고, 발열에 기여하는 수소계 가스가 용기 내부에 공급됨으로써 과잉열을 발하고 있는 복수의 발열체 셀과,
   각 상기 발열체 셀을 가열시킴과 함께, 각 상기 발열체 셀 내에 상기 수소계 가스를 공급시키는 발열 제어를 행하고, 상기 발열체 셀마다 출력된 과잉열을 출력 회수기에 의해 회수시키는 통합 제어부와,
   각 상기 발열체 셀의 온도 분포의 해석 결과, 각 상기 발열체 셀 내에서 발생한 발생 가스의 종류의 특정 결과, 각 상기 발열체 셀 내의 수소 흡수 금속 또는 수소 흡수 합금의 수소 흡수량의 추정 결과, 각 상기 발열체 셀 내로부터 배출된 상기 수소계 가스로부터 회수한 열의 출력 결과, 각 상기 발열체 셀 용기 외벽으로부터 회수한 열의 출력 결과 중 적어도 어느 하나의 결과를 기초로 상기 발열체 셀 각각의 열 출력 상태를 평가하는 발열체 상태 평가부를 구비하고,
   상기 통합 제어부는,
   상기 발열체 상태 평가부의 평가 결과를 기초로 각 상기 발열체 셀이 과잉열을 발하고 있는지 아닌지를 판단하고, 복수의 상기 발열체 셀 중, 과잉열을 발하고 있지 않는 상기 발열체 셀에 대하여, 상기 발열 제어를 지속적으로 행하고, 과잉열을 발하고 있는 상기 발열체 셀에 대하여, 해당 발열체 셀의 온도 조정을 행하거나, 해당 발열체 셀 내에의 상기 수소계 가스의 공급 제어를 행하거나, 또는, 해당 발열체 셀 내의 압력 제어를 행하는 것 중, 적어도 어느 것을 과잉열 출력 제어로서 행함으로써, 해당 발열체 셀로부터의 과잉열의 출력을 증대 및/또는 유지시키는 것을 특징으로 하는, 발열 시스템.
2. 수소 흡장 금속 또는 수소 흡장 합금을 사용하고, 발열에 기여하는 수소계 가스가 용기 내부에 공급됨으로써 과잉열을 발하고 있는 복수의 발열체 셀과,
   각 상기 발열체 셀을 가열시킴과 함께, 각 상기 발열체 셀 내에 상기 수소계 가스를 공급시키는 발열 제어를 행하고, 상기 발열체 셀마다 출력된 과잉열을 출력 회수기에 의해 회수시키는 통합 제어부와,
   각 상기 발열체 셀의 온도 분포의 해석 결과, 각 상기 발열체 셀 내에서 발생한 발생 가스의 종류의 특정 결과, 각 상기 발열체 셀 내의 수소 흡수 금속 또는 수소 흡수 합금의 수소 흡수량의 추정 결과, 각 상기 발열체 셀 내로부터 배출된 상기 수소계 가스로부터 회수한 열의 출력 결과, 각 상기 발열체 셀 용기 외벽으로부터 회수한 열의 출력 결과 중 적어도 어느 하나의 결과를 기초로 상기 발열체 셀 각각의 열 출력 상태를 평가하는 발열체 상태 평가부를 구비하고,
   상기 통합 제어부는,
   상기 발열체 상태 평가부의 평가 결과를 기초로 각 상기 발열체 셀이 과잉열을 발하고 있는지 아닌지를 판단하고, 복수의 상기 발열체 셀 중, 과잉열을 발하고 있는 상기 발열체 셀에 대하여 상기 발열 제어를 지속적으로 행하고, 과잉열을 발하고 있지 않는 상기 발열체 셀에 대하여, 해당 발열체 셀의 온도 조정을 행하거나, 해당 발열체 셀 내에의 상기 수소계 가스의 공급 제어를 행하거나, 또는, 해당 발열체 셀 내의 압력 제어를 행하는 것 중, 적어도 어느 것을 과잉열 출력 제어로서 행함으로써, 해당 발열체 셀로부터 과잉열이 출력되도록 촉구하는 것을 특징으로 하는, 발열 시스템.
3. 수소 흡장 금속 또는 수소 흡장 합금을 사용하고, 발열에 기여하는 전해 용액이 용기 내부에 공급됨으로써 과잉열을 발하고 있는 복수의 발열체 셀과,
   각 상기 발열체 셀을 가열시킴과 함께, 각 상기 발열체 셀 내에 상기 전해 용액을 공급시키는 발열 제어를 행하고, 상기 발열체 셀마다 출력된 과잉열을 출력 회수기에 의해 회수시키는 통합 제어부와,
   각 상기 발열체 셀의 온도 분포의 해석 결과, 각 상기 발열체 셀 내에서 발생한 발생 가스의 종류의 특정 결과, 각 상기 발열체 셀 내의 수소 흡수 금속 또는 수소 흡수 합금의 수소 흡수량의 추정 결과, 각 상기 발열체 셀 내로부터 배출된 상기 전해 용액 및/또는 상기 발생 가스로부터 회수한 열의 출력 결과, 각 상기 발열체 셀 용기 외벽으로부터 회수한 열의 출력 결과 중 적어도 어느 하나의 결과를 기초로, 상기 발열체 셀 각각의 열 출력 상태를 평가하는 발열체 상태 평가부를 구비하고,
   상기 통합 제어부는,
   상기 발열체 상태 평가부의 평가 결과를 기초로 각 상기 발열체 셀이 과잉열을 발하고 있는지 아닌지를 판단하고, 복수의 상기 발열체 셀 중, 과잉열을 발하고 있지 않는 상기 발열체 셀에 대하여 상기 발열 제어를 지속적으로 행하고, 과잉열을 발하고 있는 상기 발열체 셀에 대하여, 해당 발열체 셀의 온도 조정을 행하거나, 해당 발열체 셀 내에의 상기 전해 용액의 공급 제어를 행하거나, 또는, 해당 발열체 셀 내의 전해 전압ㆍ전류 제어를 행하는 것 중, 적어도 어느 것을 과잉열 출력 제어로서 행함으로써, 해당 발열체 셀로부터의 과잉열의 출력을 증대 및/또는 유지시키는 것을 특징으로 하는, 발열 시스템.
4. 수소 흡장 금속 또는 수소 흡장 합금을 사용하고, 발열에 기여하는 전해 용액이 용기 내부에 공급됨으로써 과잉열을 발하고 있는 복수의 발열체 셀과,
   각 상기 발열체 셀을 가열시킴과 함께, 각 상기 발열체 셀 내에 상기 전해 용액을 공급시키는 발열 제어를 행하고, 상기 발열체 셀마다 출력된 과잉열을 출력 회수기에 의해 회수시키는 통합 제어부와,
   각 상기 발열체 셀의 온도 분포의 해석 결과, 각 상기 발열체 셀 내에서 발생한 발생 가스의 종류의 특정 결과, 각 상기 발열체 셀 내의 수소 흡수 금속 또는 수소 흡수 합금의 수소 흡수량의 추정 결과, 각 상기 발열체 셀 내로부터 배출된 상기 전해 용액 및/또는 상기 발생 가스로부터 회수한 열의 출력 결과, 각 상기 발열체 셀 용기 외벽으로부터 회수한 열의 출력 결과 중 적어도 어느 하나의 결과를 기초로, 상기 발열체 셀 각각의 열 출력 상태를 평가하는 발열체 상태 평가부를 구비하고,
   상기 통합 제어부는,
   상기 발열체 상태 평가부의 평가 결과를 기초로 각 상기 발열체 셀이 과잉열을 발하고 있는지 아닌지를 판단하고, 복수의 상기 발열체 셀 중, 과잉열을 발하고 있는 상기 발열체 셀에 대하여 발열 제어를 지속적으로 행하고, 과잉열을 발하고 있지 않는 상기 발열체 셀에 대하여, 해당 발열체 셀의 온도 조정을 행하거나, 해당 발열체 셀 내에의 상기 전해 용액의 공급 제어를 행하거나, 또는, 해당 발열체 셀 내의 전해 전압ㆍ전류 제어를 행하는 것 중, 적어도 어느 것을 과잉열 출력 제어로서 행함으로써, 해당 발열체 셀로부터 과잉열이 출력되도록 촉구하는 것을 특징으로 하는, 발열 시스템.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   각 상기 발열체 셀에는, 상기 수소계 가스를 상기 발열체 셀 내에 공급할 때의 공급 위치를 변경하는 가스 공급 변경기가 설치되어 있고,
   상기 통합 제어부는, 상기 과잉열 출력 제어를 행할 때에, 상기 발열체 셀 내에 공급하는 상기 수소계 가스의 공급 위치를 상기 가스 공급 변경기에 의해 변경시키는 것을 특징으로 하는, 발열 시스템.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 출력 회수기는,
   각 상기 발열체 셀의 용기 외벽으로부터 발하는 열을 회수함과 함께, 각 상기 발열체 셀 내로부터 배출된 상기 수소계 가스로부터도 열을 회수하는 것을 특징으로 하는, 발열 시스템.
7. 제3항 또는 제4항에 있어서,
   상기 출력 회수기는,
   각 상기 발열체 셀의 용기 외벽으로부터 발하는 열을 회수함과 함께, 각 상기 발열체 셀 내로부터 배출된 상기 전해 용액 및/또는 발생 가스로부터도 열을 회수하는 것을 특징으로 하는, 발열 시스템.
8. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 발열체 셀에는, 해당 발열체 셀의 용기 내부 및/또는 용기 외벽에 있어서의 온도를 측정하는 복수의 온도 측정부가 설치되어 있고,
   상기 통합 제어부는, 상기 온도 측정부에 의해 얻어진 측정 결과로부터 특정한 상기 발열체 셀에서의 온도 분포를 기초로 각 상기 발열체 셀이, 과잉열을 발하고 있는지 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는, 발열 시스템.
9. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   각 상기 발열체 셀에는, 상기 발열체 셀 내의 상기 수소 흡장 금속 또는 상기 수소 흡장 합금의 수소 흡장량을 추정하는 수소 흡장량 추정부가 설치되어 있고,
   상기 통합 제어부는, 각 상기 수소 흡장량 추정부로부터의 추정 결과를 기초로 각 상기 발열체 셀이, 과잉열을 발하고 있는지 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는, 발열 시스템.
10. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    각 상기 발열체 셀에는, 상기 발열체 셀의 용기 외벽에 접하여 열유체를 흐르게 하고, 해당 발열체 셀로부터 발하는 열을 상기 열유체에 의해 회수하는 열유체 순환기가 설치되어 있고,
    상기 통합 제어부는,
    과잉열을 발하고 있는 상기 발열체 셀의 용기 외벽에 접하여 흐르는 상기 열유체의 유속을, 과잉열을 발하고 있지 않는 상기 발열체 셀의 용기 외벽에 접하여 흐르는 상기 열유체의 유속보다도 높여, 과잉열을 발하고 있는 상기 발열체 셀에서의 상기 열유체에 의한 열의 회수율을 증가시키는 것을 특징으로 하는, 발열 시스템.
11. 수소 흡장 금속 또는 수소 흡장 합금을 사용하고, 발열에 기여하는 수소계 가스가 내부에 공급됨으로써 발열하는 발열체 셀과,
    상기 발열체 셀의 상이한 높이 부위에 설치되며, 해당 발열체 셀의 용기 내부 및/또는 용기 외벽의 온도를 측정하는 복수의 온도 측정부와,
    상기 온도 측정부에 의해 얻어진 측정 결과를 기초로, 상기 발열체 셀 내에 공급하는 상기 수소계 가스의 공급 위치를 결정하는 가스 공급 제어부와,
    상기 발열체 셀 내에 공급하는 상기 수소계 가스의 공급 위치를, 상기 가스 공급 제어부에 의해 결정된 공급 위치로 변경시키는 가스 공급 변경기를 구비하고,
    상기 온도 측정부에 의해 얻어진 측정 결과를 기초로, 상기 발열체 셀에서 과잉열을 발하고 있는 과잉열 발생 부위를 특정하고, 상기 발열체 셀 내에 공급하는 상기 수소계 가스의 공급 위치를, 상기 과잉열 발생 부위의 주변으로 결정하는 것을 특징으로 하는, 발열 시스템.
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