KR102460919B1 - 열 이용 시스템 및 발열 장치 - Google Patents

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지로타 가사기
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쇼타로 히라노
마사히데 이세
데츠하루 이바라키
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Abstract

저렴하고, 클린하고, 안전한 열 에너지원을 이용한 신규의 열 이용 시스템 및 발열 장치를 제공한다. 열 이용 시스템(10)은, 수소의 흡장과 방출에 의해 열을 발생시키는 발열체(14)와, 발열체(14)에 의해 칸막이된 제1 실(21) 및 제2 실(22)을 갖는 밀폐 용기(15)와, 발열체(14)의 온도를 조절하는 온도 조절부(16)를 구비한다. 제1 실(21)과 제2 실(22)은 수소의 압력이 다르게 되어 있다. 발열체(14)는, 다공질체, 수소 투과막, 및 프로톤 도전체 중 적어도 어느 것에 의해 형성된 지지체와, 지지체에 지지된 다층막을 갖는다. 다층막은, 수소 흡장 금속 또는 수소 흡장 합금에 의해 형성되고, 두께가 1000㎚ 미만인 제1 층과, 제1 층과는 다른 수소 흡장 금속, 수소 흡장 합금, 또는 세라믹스에 의해 형성되고, 두께가 1000㎚ 미만인 제2 층을 갖는다.

Description

열 이용 시스템 및 발열 장치
본 발명은 열 이용 시스템 및 발열 장치에 관한 것이다.
근년, 수소 흡장 금속 등을 사용하여 수소의 흡장과 방출을 행함으로써 열이 발생하는 발열 현상이 보고되어 있다(예를 들어, 비특허문헌 1 참조). 수소는, 물로부터 생성할 수 있기 때문에, 자원으로서는 무진장하고 저렴하며, 또한, 이산화탄소 등의 온실 가스를 발생시키지 않으므로 클린한 에너지로 되어 있다. 또한, 수소 흡장 금속 등을 사용한 발열 현상은, 핵분열 반응과는 달리, 연쇄 반응이 없으므로 안전하게 되어 있다. 수소의 흡장과 방출에 의해 발생하는 열은, 그대로 열로서 이용하는 외에도, 전력으로 변환하여 이용할 수도 있으므로, 유효한 열 에너지원으로서 기대된다.
그러나, 열 에너지원의 주류는 여전히 화력 발전이나 원자력 발전이다. 따라서, 환경 문제나 에너지 문제의 관점에서, 저렴하고, 클린하고, 안전한 열 에너지원을 이용하는, 종래에 없는 신규의 열 이용 시스템 및 발열 장치가 요망되고 있다.
따라서, 본 발명은 저렴하고, 클린하고, 안전한 열 에너지원을 이용한 신규의 열 이용 시스템 및 발열 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 열 이용 시스템은, 수소의 흡장과 방출에 의해 열을 발생시키는 발열체와, 상기 발열체에 의해 칸막이된 제1 실 및 제2 실을 갖는 밀폐 용기와, 상기 발열체의 온도를 조절하는 온도 조절부와, 상기 발열체의 열에 의해 가열된 열 매체를 열원으로서 이용하는 열 이용 장치를 구비하고, 상기 제1 실과 상기 제2 실은 상기 수소의 압력이 다르게 되어 있고, 상기 발열체는, 다공질체, 수소 투과막, 및 프로톤 도전체 중 적어도 어느 것에 의해 형성된 지지체와, 상기 지지체에 지지된 다층막을 갖고, 상기 다층막은, 수소 흡장 금속 또는 수소 흡장 합금에 의해 형성되고, 두께가 1000㎚ 미만인 제1 층과, 상기 제1 층과는 다른 수소 흡장 금속, 수소 흡장 합금, 또는 세라믹스에 의해 형성되고, 두께가 1000㎚ 미만인 제2 층을 갖는다.
본 발명의 다른 열 이용 시스템은, 수소의 흡장과 방출에 의해 열을 발생시키는 발열체와, 상기 발열체를 수용하는 밀폐 용기와, 상기 밀폐 용기의 내부에 수소계 가스를 도입하는 가스 도입부와, 상기 밀폐 용기의 내부의 상기 수소계 가스를 상기 밀폐 용기의 외부로 배출하는 가스 배출부와, 상기 발열체의 온도를 검출하는 온도 센서와, 상기 가스 도입부에 마련되고, 상기 가스 도입부에서 유통하는 상기 수소계 가스를 가열함으로써 상기 발열체를 가열하는 히터를 갖는 발열 셀과, 상기 온도 센서가 검출한 온도에 기초하여 상기 히터를 제어함으로써 상기 발열체의 온도를 조절하는 제어부를 구비하고, 상기 밀폐 용기는, 상기 발열체에 의해 칸막이된 제1 실 및 제2 실을 갖고, 상기 제1 실과 상기 제2 실은 상기 수소의 압력이 다르게 되어 있고, 상기 발열체는, 다공질체, 수소 투과막, 및 프로톤 도전체 중 적어도 어느 것에 의해 형성된 지지체와, 상기 지지체에 지지된 다층막을 갖고, 상기 다층막은, 수소 흡장 금속 또는 수소 흡장 합금에 의해 형성되고, 두께가 1000㎚ 미만인 제1 층과, 상기 제1 층과는 다른 수소 흡장 금속, 수소 흡장 합금, 또는 세라믹스에 의해 형성되고, 두께가 1000㎚ 미만인 제2 층을 갖는다.
본 발명의 발열 장치는, 수소의 흡장과 방출에 의해 열을 발생시키는 발열체와, 상기 발열체에 의해 칸막이된 제1 실 및 제2 실을 갖는 밀폐 용기와, 상기 발열체의 온도를 조절하는 온도 조절부를 구비하고, 상기 제1 실과 상기 제2 실은 상기 수소의 압력이 다르게 되어 있고, 상기 발열체는, 다공질체, 수소 투과막, 및 프로톤 도전체 중 적어도 어느 것에 의해 형성된 지지체와, 상기 지지체에 지지된 다층막을 갖고, 상기 다층막은, 수소 흡장 금속 또는 수소 흡장 합금에 의해 형성되고, 두께가 1000㎚ 미만인 제1 층과, 상기 제1 층과는 다른 수소 흡장 금속, 수소 흡장 합금, 또는 세라믹스에 의해 형성되고, 두께가 1000㎚ 미만인 제2 층을 갖는다.
본 발명에 따르면, 수소의 흡장과 방출에 의해 열을 발생시키는 발열체를 열 에너지원으로서 이용하므로, 저렴하고, 클린하고, 안전하게 에너지를 공급할 수 있다.
도 1은 제1 실시 형태의 열 이용 시스템의 개략도이다.
도 2는 제1 층과 제2 층을 갖는 발열체의 구조를 도시하는 단면도이다.
도 3은 과잉열의 발생을 설명하기 위한 설명도이다.
도 4는 발열 장치의 작용을 설명하기 위한 설명도이다.
도 5는 양면에 다층막을 갖는 제1 변형예의 발열체를 설명하기 위한 설명도이다.
도 6은 제1 층과 제2 층과 제3 층을 갖는 제2 변형예의 발열체를 설명하기 위한 설명도이다.
도 7은 제1 층과 제2 층과 제3 층과 제4 층을 갖는 제3 변형예의 발열체를 설명하기 위한 설명도이다.
도 8은 다층막의 각 층의 두께의 비율과 과잉열의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 9는 다층막의 적층수와 과잉열의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 10은 다층막의 재료와 과잉열의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 11은 바닥이 있는 통 형상으로 형성된 발열체의 단면도이다.
도 12는 제4 변형예의 열 이용 시스템의 개략도이다.
도 13은 기둥상으로 형성된 지지체를 갖는 발열체의 단면도이다.
도 14는 제5 변형예의 열 이용 시스템의 개략도이다.
도 15는 제6 변형예의 열 이용 시스템의 개략도이다.
도 16은 제7 변형예의 열 이용 시스템의 개략도이다.
도 17은 제8 변형예의 열 이용 시스템의 개략도이다.
도 18은 제9 변형예의 열 이용 시스템의 개략도이다.
도 19는 제10 변형예의 열 이용 시스템의 개략도이다.
도 20은 제11 변형예의 열 이용 시스템의 개략도이다.
도 21은 제12 변형예의 열 이용 시스템의 개략도이다.
도 22는 제13 변형예의 열 이용 시스템의 개략도이다.
도 23은 제14 변형예의 열 이용 시스템의 개략도이다.
도 24는 복수의 분사구를 갖는 노즐부를 설명하기 위한 설명도이다.
도 25는 양단이 개구한 통 형상의 발열체의 단면도이다.
도 26은 제15 변형예의 열 이용 시스템의 개략도이다.
도 27은 제16 변형예의 열 이용 시스템의 개략도이다.
도 28은 수소 압력 제어부의 제1 모드를 설명하기 위한 설명도이다.
도 29는 수소 압력 제어부의 제2 모드를 설명하기 위한 설명도이다.
도 30은 제17 변형예의 열 이용 시스템의 개략도이다.
도 31은 제17 변형예에 있어서의 발열 장치의 작용을 설명하기 위한 설명도이다.
도 32는 제18 변형예의 열 이용 시스템의 개략도이다.
도 33은 제19 변형예의 열 이용 시스템의 개략도이다.
도 34는 가스 도입용 분기관을 설명하기 위한 설명도이다.
도 35는 제20 변형예의 열 이용 시스템의 개략도이다.
도 36은 제21 변형예의 열 이용 시스템의 개략도이다.
도 37은 발열 셀과 수소 순환 라인의 접속을 설명하기 위한 설명도이다.
도 38은 제22 변형예의 발열 장치의 개략도이다.
도 39는 제23 변형예의 발열 장치의 개략도이다.
도 40은 제24 변형예의 발열 장치의 개략도이다.
도 41은 제25 변형예의 발열 장치의 개략도이다.
도 42는 제25 변형예의 발열 장치의 단면도이다.
도 43은 제26 변형예의 열 이용 시스템의 개략도이다.
도 44는 참조 실험에 있어서의 수소 투과량과 수소 공급 압력과 샘플 온도의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 45는 참조 실험에 있어서의 샘플 온도와 입력 전력의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 46은 실험예 26에 있어서의 발열체 온도와 과잉열의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 47은 실험예 27에 있어서의 발열체 온도와 과잉열의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 48은 제2 실시 형태의 열 이용 시스템의 개략도이다.
도 49는 제2 실시 형태의 제1 변형예에 있어서의 발열 장치의 개략도이다.
도 50은 제2 실시 형태의 제2 변형예에 있어서의 발열체 유닛의 정면도 및 평면도이다.
도 51은 제2 실시 형태의 제2 변형예에 있어서의 발열체 유닛의 단면도이다.
도 52는 제2 실시 형태의 제3 변형예에 있어서의 발열 장치의 개략도이다.
[제1 실시 형태]
도 1에 도시한 바와 같이, 열 이용 시스템(10)은, 발열 장치(11)와 열 이용 장치(12)를 구비한다. 열 이용 시스템(10)은, 후술하는 열 매체를 발열 장치(11)가 발생시키는 열에 의해 가열하고, 가열된 열 매체를 열원으로 하여 열 이용 장치(12)를 작동시킨다.
발열 장치(11)는, 발열체(14)와, 밀폐 용기(15)와, 온도 조절부(16)와, 수소 순환 라인(17)과, 제어부(18)를 구비한다.
발열체(14)는, 밀폐 용기(15)에 수용되어 있고, 후술하는 온도 조절부(16)의 히터(16b)에 의해 가열된다. 발열체(14)는, 수소의 흡장과 방출에 의해, 히터(16b)의 가열 온도 이상의 열(이하, 과잉열이라고 칭한다)을 발생시킨다. 발열체(14)는, 과잉열을 발생시킴으로써, 열 매체를 예를 들어 50℃ 이상 1500℃ 이하의 범위 내의 온도로 가열한다. 발열체(14)는, 이 예에서는 표면 및 이면을 갖는 판상으로 형성되어 있다. 발열체(14)의 상세한 구성에 대해서는 다른 도면을 사용하여 후술한다.
밀폐 용기(15)는, 중공의 용기이며, 내부에 발열체(14)를 수용한다. 밀폐 용기(15)는, 예를 들어 스테인리스 등으로 형성된다. 밀폐 용기(15)는, 이 예에서는, 발열체(14)의 표면 또는 이면과 직교하는 방향과 평행한 길이 방향을 갖는 형상으로 되어 있다. 밀폐 용기(15)의 내부에는, 발열체(14)를 설치하기 위한 설치부(20)가 마련되어 있다.
밀폐 용기(15)는, 발열체(14)에 의해 칸막이된 제1 실(21) 및 제2 실(22)을 갖는다. 제1 실(21)은, 발열체(14)의 한쪽 면인 표면과 밀폐 용기(15)의 내면에 의해 형성되어 있다. 제1 실(21)은, 후술하는 수소 순환 라인(17)과 접속하는 도입구(23)를 갖는다. 제1 실(21)에는, 도입구(23)를 통하여, 수소 순환 라인(17)에서 유통하는 수소계 가스가 도입된다. 제2 실(22)은, 발열체(14)의 다른 쪽 면인 이면과 밀폐 용기(15)의 내면에 의해 형성되어 있다. 제2 실(22)은, 수소 순환 라인(17)과 접속하는 회수구(24)를 갖는다. 제2 실(22)의 수소계 가스는, 회수구(24)를 통하여, 수소 순환 라인(17)에 회수된다.
제1 실(21)은, 수소계 가스의 도입에 의해 승압된다. 제2 실(22)은, 수소계 가스의 회수에 의해 감압된다. 이에 의해, 제1 실(21)의 수소 압력은, 제2 실(22)의 수소 압력보다도 높게 된다. 제1 실(21)의 수소 압력은, 예를 들어 100[kPa]로 된다. 제2 실(22)의 수소 압력은, 예를 들어 1×10-4[Pa] 이하로 된다. 제2 실(22)은 진공 상태로 해도 된다. 이와 같이, 제1 실(21)과 제2 실(22)은 수소의 압력이 다르게 되어 있다. 이 때문에, 밀폐 용기(15)의 내부는, 발열체(14)의 양측에 압력차가 발생한 상태로 되어 있다.
발열체(14)의 양측에 압력차가 발생하면, 발열체(14) 중 고압측에 배치된 한쪽 면(표면)에서는, 수소계 가스에 포함되는 수소 분자가 흡착하고, 그 수소 분자가 2개의 수소 원자로 해리한다. 해리한 수소 원자는, 발열체(14)의 내부에 침입한다. 즉, 발열체(14)에 수소가 흡장한다. 수소 원자는, 발열체(14)의 내부를 확산하여 통과한다. 발열체(14) 중 저압측에 배치된 다른 쪽의 면(이면)에서는, 발열체(14)를 통과한 수소 원자가 재결합하여, 수소 분자가 되어서 방출된다. 즉, 발열체(14)로부터 수소가 방출된다. 이와 같이, 발열체(14)는, 고압측으로부터 저압측으로 수소를 투과시킨다. 「투과」란, 발열체의 한쪽 면에 수소가 흡장하고, 발열체의 다른 쪽 면으로부터 수소가 방출되는 것을 말한다. 발열체(14)는, 상세하게는 후술하겠지만, 수소를 흡장시킴으로써 발열하고, 또한, 수소를 방출함으로써도 발열한다. 따라서, 발열체(14)는, 수소가 투과함으로써 열을 발생시킨다. 또한, 이후의 설명에 있어서, 발열체에 대하여 「수소가 투과하는」 것을 「수소계 가스가 투과한다」라고 기재하는 경우가 있다.
제1 실(21)의 내부에는, 당해 제1 실(21)의 내부 압력을 검출하는 압력 센서(도시 없음)가 마련되어 있다. 제2 실(22)의 내부에는, 당해 제2 실(22)의 내부 압력을 검출하는 압력 센서(도시 없음)가 마련되어 있다. 제1 실(21)과 제2 실(22)에 마련된 각 압력 센서는, 제어부(18)와 전기적으로 접속되어 있어, 검출한 압력에 대응하는 신호를 제어부(18)로 출력한다.
온도 조절부(16)는, 발열체(14)의 온도를 조절하여, 발열에 적정한 온도로 유지한다. 발열체(14)에 있어서 발열에 적정한 온도는, 예를 들어 50℃ 이상 1500℃ 이하의 범위 내이다.
온도 조절부(16)는, 온도 센서(16a)와 히터(16b)를 갖는다. 온도 센서(16a)는, 발열체(14)의 온도를 검출한다. 온도 센서(16a)는, 예를 들어 열전대이며, 밀폐 용기(15)의 설치부(20)에 마련되어 있다. 온도 센서(16a)는, 제어부(18)와 전기적으로 접속되어 있어, 검출한 온도에 대응하는 신호를 제어부(18)로 출력한다.
히터(16b)는, 발열체(14)를 가열한다. 히터(16b)는, 예를 들어 전기 저항 발열식의 전열선이며, 밀폐 용기(15)의 외주에 감겨 있다. 히터(16b)는, 전원(26)과 전기적으로 접속되어 있어, 전원(26)으로부터 전력이 입력됨으로써 발열한다. 히터(16b)는 밀폐 용기(15)의 외주를 덮도록 배치되는 전기로여도 된다.
수소 순환 라인(17)은, 밀폐 용기(15)의 외부에 마련되고, 제1 실(21)과 제2 실(22)을 접속하고, 밀폐 용기(15)의 내부와 외부 사이에서 수소를 포함하는 수소계 가스를 순환시킨다. 수소 순환 라인(17)은, 버퍼 탱크(28)와, 도입 라인(29)과, 회수 라인(30)과, 필터(31)를 갖는다. 도 1에는 도시하고 있지 않지만, 열 이용 시스템(10)은, 수소 순환 라인(17)에 수소계 가스를 공급하기 위한 공급 라인과, 수소 순환 라인(17)으로부터 수소계 가스를 배기하기 위한 배기 라인을 구비하고 있고, 예를 들어 열 이용 시스템(10)의 작동 개시 시에 공급 라인으로부터 수소 순환 라인(17)에 수소계 가스가 공급되고, 열 이용 시스템(10)의 작동 정지 시에 수소 순환 라인(17)의 수소계 가스가 배기 라인에 배기된다.
버퍼 탱크(28)는 수소계 가스를 저류한다. 수소계 가스는, 수소의 동위체를 포함하는 가스이다. 수소계 가스로서는, 중수소 가스와 경수소 가스의 적어도 어느 것이 사용된다. 경수소 가스는, 천연에 존재하는 경수소와 중수소의 혼합물, 즉, 경수소의 존재비가 99.985％이며, 중수소의 존재비가 0.015％인 혼합물을 포함한다. 수소계 가스의 유량 변동은 버퍼 탱크(28)에 의해 흡수된다.
도입 라인(29)은, 버퍼 탱크(28)와 제1 실(21)의 도입구(23)를 접속하여, 버퍼 탱크(28)에 저류된 수소계 가스를 제1 실(21)에 도입한다. 도입 라인(29)은, 압력 조정 밸브(32)를 갖는다. 압력 조정 밸브(32)는, 버퍼 탱크(28)로부터 보내지는 수소계 가스를 소정의 압력으로 감압한다. 압력 조정 밸브(32)는, 제어부(18)와 전기적으로 접속되어 있다.
회수 라인(30)은, 제2 실(22)의 회수구(24)와 버퍼 탱크(28)를 접속하고, 발열체(14)를 통하여 제1 실(21)로부터 제2 실(22)로 투과한 수소계 가스를 회수하여 버퍼 탱크(28)로 복귀시킨다. 회수 라인(30)은, 순환 펌프(33)를 갖는다. 순환 펌프(33)는, 제2 실(22)의 수소계 가스를 회수 라인(30)에 회수하여, 소정의 압력으로 승압하여 버퍼 탱크(28)로 보낸다. 순환 펌프(33)로서는, 예를 들어 메탈 벨로우즈 펌프가 사용된다. 순환 펌프(33)는, 제어부(18)와 전기적으로 접속되어 있다.
필터(31)는, 수소계 가스에 포함되는 불순물을 제거하기 위한 것이다. 여기서, 수소가 발열체(14)를 투과하는 투과량(이하, 수소 투과량이라고도 함)은 발열체(14)의 온도, 발열체(14)의 양면측의 압력차, 및 발열체(14)의 표면 상태에 따라 정해진다. 수소계 가스에 불순물이 포함되어 있는 경우, 불순물이 발열체(14)의 표면에 부착되어, 발열체(14)의 표면 상태가 악화되는 경우가 있다. 발열체(14)의 표면에 불순물이 부착된 경우에는, 발열체(14)의 표면에서의 수소 분자의 흡착 및 해리가 저해되어, 수소 투과량이 감소한다. 발열체(14)의 표면에서의 수소 분자의 흡착 및 해리를 저해하는 것으로서는, 예를 들어, 물(수증기를 포함한다), 탄화수소(메탄, 에탄, 메탄올, 에탄올 등), C, S, 및 Si가 생각된다. 물은, 밀폐 용기(15)의 내벽 등으로부터 방출, 혹은 밀폐 용기(15)의 내부에 마련된 부재에 포함되는 산화 피막이 수소에 의해 환원된 것으로 생각된다. 탄화수소, C, S, 및 Si는, 밀폐 용기(15)의 내부에 마련된 각종 부재로부터 방출되는 것으로 생각된다. 따라서, 필터(31)는, 불순물로서, 물(수증기를 포함한다), 탄화수소, C, S, 및 Si를 적어도 제거한다. 필터(31)는, 수소계 가스에 포함되는 불순물을 제거함으로써, 발열체(14)에 있어서의 수소 투과량의 감소를 억제한다.
제어부(18)는, 열 이용 시스템(10)의 각 부의 동작을 제어한다. 제어부(18)는, 예를 들어, 연산 장치(Central Processing Unit), 판독 전용 메모리(Read Only Memory)나 랜덤 액세스 메모리(Random Access Memory) 등의 기억부 등을 주로 구비하고 있다. 연산 장치에서는, 예를 들어, 기억부에 저장된 프로그램이나 데이터 등을 사용하여 각종 연산 처리를 실행한다.
제어부(18)는, 온도 센서(16a), 전원(26), 압력 조정 밸브(32), 및 순환 펌프(33)와 전기적으로 접속되어 있다. 제어부(18)는, 히터(16b)의 입력 전력, 밀폐 용기(15)의 압력 등을 조정함으로써, 발열체(14)가 발생시키는 과잉열의 출력의 제어를 행한다.
제어부(18)는, 온도 센서(16a)가 검출한 온도에 기초하여, 히터(16b)의 출력의 제어를 행하는 출력 제어부로서의 기능을 갖는다. 제어부(18)는, 전원(26)을 제어하여 히터(16b)에 대한 입력 전력을 조절함으로써, 발열체(14)를 발열에 적정한 온도로 유지한다.
제어부(18)는, 제1 실(21)과 제2 실(22)에 마련된 각 압력 센서(도시 없음)에 의해 검출된 압력에 기초하여, 압력 조정 밸브(32) 및 순환 펌프(33)를 제어함으로써, 제1 실(21)과 제2 실(22) 간에 발생하는 수소의 압력차를 조정한다.
제어부(18)는, 발열체(14)에 수소를 흡장시키는 수소 흡장 공정과, 발열체(14)로부터 수소를 방출시키는 수소 방출 공정을 행한다. 본 실시 형태에서는, 제어부(18)는, 제1 실(21)과 제2 실(22) 간에 수소의 압력차를 발생시킴으로써 수소 흡장 공정과 수소 방출 공정을 동시에 행한다. 제어부(18)는, 도입 라인(29)으로부터 제1 실(21)에 수소계 가스를 도입시키고, 또한, 제2 실(22)의 수소계 가스를 회수 라인(30)에 회수시킴으로써 제1 실(21)을 제2 실(22)보다도 고압으로 하여, 발열체(14)의 표면에서의 수소의 흡장과, 발열체(14)의 이면에서의 수소의 방출이 동시에 행하여지는 상태를 유지한다. 본 개시에 있어서 동시란, 완전히 동시, 또는, 실질적으로 동시라고 간주할 수 있을 정도로 근소한 시간 이내를 의미한다. 수소 흡장 공정과 수소 방출 공정이 동시에 행해짐으로써, 수소가 발열체(14)를 연속적으로 투과하므로, 발열체(14)에 있어서 과잉열을 효율적으로 발생시킬 수 있다. 또한, 제어부(18)는, 수소 흡장 공정과 수소 방출 공정을 교호로 반복하여 행해도 된다. 즉, 제어부(18)는, 먼저, 수소 흡장 공정을 행함으로써 발열체(14)에 수소를 흡장시키고, 그 후 수소 방출 공정을 행함으로써 발열체(14)에 흡장되어 있는 수소를 방출시켜도 된다. 이렇게 수소 흡장 공정과 수소 방출 공정을 교호로 반복하여 행함으로써도, 발열체(14)로부터 과잉열을 발생시킬 수 있다.
발열 장치(11)는, 발열체(14)를 사이에 두고 배치된 제1 실(21)과 제2 실(22) 간에 수소의 압력차를 발생시킴으로써, 수소가 발열체(14)를 투과하여, 과잉열을 발생시킨다.
열 이용 장치(12)는, 발열체(14)의 열에 의해 가열된 열 매체를 열원으로서 이용한다. 열 매체로서는, 기체 또는 액체를 사용할 수 있고, 열전도율이 우수하고 또한 화학적으로 안정적인 것이 바람직하다. 기체로서는, 예를 들어, 헬륨 가스나 아르곤 가스 등의 희가스, 수소 가스, 질소 가스, 수증기, 공기, 이산화탄소, 수소화물을 형성하는 가스 등이 사용된다. 액체로서는, 예를 들어, 물, 용융염(KNO3(40％)-NaNO3(60％) 등), 액체 금속(Pb 등) 등이 사용된다. 또한, 열 매체로서, 기체 또는 액체에 고체 입자를 분산시킨 혼상의 열 매체를 사용해도 된다. 고체 입자는, 금속, 금속 화합물, 합금, 세라믹스 등이다. 금속으로서는, 구리, 니켈, 티타늄, 코발트 등이 사용된다. 금속 화합물로서는, 상기 금속의 산화물, 질화물, 규화물 등이 사용된다. 합금으로서는, 스테인리스, 크롬몰리브덴강 등이 사용된다. 세라믹스로서는, 알루미나 등이 사용된다. 이 예에서는, 열 매체로서 헬륨 가스가 사용된다.
열 이용 장치(12)는, 격납 용기(41)와, 열 매체 유통부(42)와, 가스 터빈(43)과, 증기 발생기(44)와, 증기 터빈(45)과, 스털링 엔진(46)과, 열전 변환기(47)를 갖는다. 열 이용 장치(12)는, 도 1에서는, 가스 터빈(43), 증기 발생기(44), 증기 터빈(45), 스털링 엔진(46), 및 열전 변환기(47)를 갖고 있지만, 이들을 임의로 조합하여 구성해도 된다.
격납 용기(41)는, 중공의 용기이며, 내부에 발열 장치(11)의 밀폐 용기(15)를 격납한다. 격납 용기(41)는, 예를 들어 세라믹스, 스테인리스 등에 의해 형성된다. 격납 용기(41)는, 이 예에서는, 밀폐 용기(15)의 길이 방향과 평행한 길이 방향을 갖는 형상으로 되어 있다. 격납 용기(41)의 재료는, 단열성이 우수한 것이 바람직하다. 격납 용기(41)는, 외부와의 열의 수수를 보다 확실하게 차단하기 위해서, 단열재(51)에 의해 덮여 있다.
격납 용기(41)는, 후술하는 열 매체 순환 라인으로서의 열 매체 유통부(42)와 접속하는 유입구(41a) 및 유출구(41b)를 갖고, 밀폐 용기(15)와의 사이에 형성된 간극(54)에 열 매체를 유통시킨다. 유입구(41a)는, 격납 용기(41)의 길이 방향의 일단부에 마련된다. 유출구(41b)는, 격납 용기(41)의 길이 방향의 타단부에 마련된다. 간극(54)은, 격납 용기(41)의 내면과 밀폐 용기(15)의 외면에 의해 형성된다.
열 매체 유통부(42)는, 격납 용기(41)의 내부와 외부 사이에서 열 매체를 유통시킨다. 열 매체 유통부(42)는, 본 실시 형태에서는, 격납 용기(41)와 가스 터빈(43)을 접속하는 제1 배관(42a)과, 가스 터빈(43)과 증기 발생기(44)를 접속하는 제2 배관(42b)과, 증기 발생기(44)와 스털링 엔진(46)을 접속하는 제3 배관(42c)과, 스털링 엔진(46)과 격납 용기(41)를 접속하는 제4 배관(42d)과, 격납 용기(41)로부터 제1 배관(42a)에 열 매체를 유출시키는 펌프(42e)와, 격납 용기(41)로부터 제1 배관(42a)에 유출하는 열 매체의 유량을 조정하는 열 매체 유량 제어부(42f)를 갖는다. 펌프(42e)와 열 매체 유량 제어부(42f)는, 제1 배관(42a)에 마련되어 있다. 펌프(42e)로서는, 예를 들어 메탈 벨로우즈 펌프가 사용된다.
격납 용기(41)로부터 유출된 열 매체는, 제1 배관(42a), 제2 배관(42b), 제3 배관(42c), 제4 배관(42d)의 순으로 흘러서, 격납 용기(41)로 되돌아간다. 따라서, 열 매체 유통부(42)는, 격납 용기(41)의 내부와 외부 사이에서 열 매체가 순환하는 열 매체 순환 라인으로서 기능한다. 격납 용기(41)의 내부에서 발열 장치(11)에 의해 가열된 열 매체는, 열 매체 순환 라인으로서의 열 매체 유통부(42)에 흘러, 가스 터빈(43), 증기 발생기(44), 스털링 엔진(46), 열전 변환기(47)를 차례로 거쳐서 냉각된다. 냉각된 열 매체는, 격납 용기(41)에 유입되고, 발열 장치(11)에 의해 다시 가열된다. 즉, 열 이용 장치(12)는, 격납 용기(41)의 내부에서 발열체(14)의 열에 의해 가열된 열 매체를 열 매체 순환 라인으로 배출시키고, 열 매체 순환 라인에서 유통하여 냉각된 열 매체를 격납 용기(41)의 내부에 도입시킨다.
열 매체 유량 제어부(42f)는, 온도 센서(16a)가 검출한 온도에 기초하여, 열 매체의 유량의 제어를 행한다. 열 매체 유량 제어부(42f)는, 조정 밸브로서 예를 들어 배리어블 누출 밸브를 갖는다. 예를 들어, 열 매체 유량 제어부(42f)는, 온도 센서(16a)에 의해 검출된 발열체(14)의 온도가, 발열체(14)의 발열에 적정한 온도 범위의 상한 온도를 초과하는 경우, 열 매체의 순환 유량을 증가시킨다. 열 매체의 순환 유량이 증가하는 것에 의해 발열체(14)의 냉각이 촉진된다. 한편, 열 매체 유량 제어부(42f)는, 온도 센서(16a)에 의해 검출된 발열체(14)의 온도가, 발열체(14)의 발열에 적정한 온도 범위의 하한 온도에 미치지 못하는 경우, 열 매체의 순환 유량을 저감시킨다. 열 매체의 순환 유량이 저감되는 것에 의해 발열체(14)의 냉각이 억제된다. 이와 같이, 열 매체 유량 제어부(42f)는, 열 매체의 순환 유량을 증감시킴으로써, 발열체(14)를 발열에 적정한 온도로 유지한다.
가스 터빈(43)은, 격납 용기(41)로부터 유출된 열 매체에 의해 구동한다. 가스 터빈(43)에 공급되는 열 매체의 온도는, 예를 들어, 600℃ 이상 1500℃ 이하의 범위 내인 것이 바람직하다. 가스 터빈(43)은, 압축기(43a)와 터빈(43b)을 갖는다. 압축기(43a)와 터빈(43b)은, 도시하지 않은 회전축에 의해 연결되어 있다. 압축기(43a)는, 발열 장치(11)에 의해 가열된 헬륨 가스를 압축함으로써, 고온 또한 고압의 열 매체를 생성한다. 터빈(43b)은, 압축기(43a)를 통과한 열 매체에 의해, 회전축을 중심으로 하여 회전한다.
가스 터빈(43)은, 발전기(48)와 접속하고 있다. 발전기(48)는, 가스 터빈(43)의 회전축과 연결되어 있어, 터빈(43b)이 회전함으로써 발전을 행한다.
증기 발생기(44)는, 가스 터빈(43)으로부터 유출된 열 매체의 열에 의해 증기를 발생시킨다. 증기 발생기(44)는, 내부 배관(44a)과 열교환부(44b)를 갖는다. 내부 배관(44a)은, 제2 배관(42b)과 제3 배관(42c)을 접속하고, 열 매체를 유통시킨다. 열교환부(44b)는, 보일러수가 유통하는 배관에 의해 형성되어 있고, 이 배관에서 유통하는 보일러수와 내부 배관(44a)에서 유통하는 열 매체 간에 열교환을 행한다. 이 열교환에 의해 보일러수가 가열되어서 증기가 발생한다.
증기 발생기(44)는, 증기 배관(44c) 및 급수 배관(44d)을 통하여, 증기 터빈(45)과 접속하고 있다. 증기 배관(44c)은, 열교환부(44b)에서 발생한 증기를 증기 터빈(45)에 공급한다. 급수 배관(44d)은, 도시하지 않은 복수기와 급수 펌프를 갖고, 증기 터빈(45)으로부터 배출된 증기를 복수기에 의해 냉각하여 보일러수로 되돌리고, 이 보일러수를 급수 펌프에 의해 열교환부(44b)로 보낸다.
증기 터빈(45)은, 증기 발생기(44)에서 발생시킨 증기에 의해 구동한다. 증기 터빈(45)에 공급되는 증기의 온도는, 예를 들어 300℃ 이상 700℃ 이하의 범위 내인 것이 바람직하다. 증기 터빈(45)은, 도시하지 않은 회전축을 갖고, 이 회전축을 중심으로 하여 회전한다.
증기 터빈(45)은, 발전기(49)와 접속하고 있다. 발전기(49)는, 증기 터빈(45)의 회전축과 연결되어 있어, 증기 터빈(45)이 회전함으로써 발전을 행한다.
스털링 엔진(46)은, 증기 발생기(44)로부터 유출된 열 매체에 의해 구동한다. 스털링 엔진(46)에 공급되는 열 매체의 온도는, 예를 들어, 300℃ 이상 1000℃ 이하의 범위 내인 것이 바람직하다. 스털링 엔진(46)은, 이 예에서는, 디스플레이서형의 스털링 엔진이다. 스털링 엔진(46)은, 실린더부(46a)와, 디스플레이서 피스톤(46b)과, 파워 피스톤(46c)과, 유로(46d)와, 크랭크부(46e)를 갖는다.
실린더부(46a)는, 통 형상으로 형성되어 있고, 일단부가 폐색되고, 타단부가 개구되어 있다. 디스플레이서 피스톤(46b)은, 실린더부(46a)의 내부에 배치되어 있다. 파워 피스톤(46c)은, 실린더부(46a)의 내부에 있어서, 디스플레이서 피스톤(46b)보다도 타단부측에 배치되어 있다. 디스플레이서 피스톤(46b)과 파워 피스톤(46c)은, 실린더부(46a)의 축방향으로 왕복 이동 가능하게 마련되어 있다.
실린더부(46a)의 내부에는, 디스플레이서 피스톤(46b)에 의해 칸막이된 팽창 공간(52)과 압축 공간(53)이 마련되어 있다. 팽창 공간(52)은, 압축 공간(53)보다도, 실린더부(46a)의 일단부측에 마련된다. 팽창 공간(52)과 압축 공간(53)에는 작동 유체가 봉입되어 있다. 작동 유체로서는, 헬륨 가스, 수소계 가스, 공기 등이 사용된다. 이 예에서는, 작동 유체로서 헬륨 가스가 사용된다.
유로(46d)는, 실린더부(46a)의 외부에 마련되어 있고, 팽창 공간(52)과 압축 공간(53)을 접속한다. 유로(46d)는, 팽창 공간(52)과 압축 공간(53) 사이에서 작동 유체를 유통시킨다.
유로(46d)는, 고온부(55)와, 저온부(56)와, 재생기(57)를 갖는다. 팽창 공간(52)의 작동 유체는, 고온부(55), 재생기(57), 저온부(56)를 차례로 통과하여, 압축 공간(53)에 유입된다. 압축 공간(53)의 작동 유체는, 저온부(56), 재생기(57), 고온부(55)를 차례로 통과하여, 팽창 공간(52)에 유입된다.
고온부(55)는, 작동 유체를 가열하기 위한 열교환기이다. 고온부(55)의 외부에는 전열관(58)이 마련되어 있다. 전열관(58)은, 제3 배관(42c)과 제4 배관(42d)을 접속하여, 제3 배관(42c)으로부터 제4 배관(42d)으로 열 매체를 유통시킨다. 제3 배관(42c)으로부터 전열관(58)에 열 매체가 흐름으로써, 열 매체의 열이 고온부(55)에 전달되어, 고온부(55)를 통과하는 작동 유체가 가열된다.
저온부(56)는, 작동 유체를 냉각하기 위한 열교환기이다. 저온부(56)의 외부에는 냉각관(59)이 마련되어 있다. 냉각관(59)은, 도시하지 않은 냉각 매체 공급부와 접속한다. 냉각관(59)은, 냉각 매체 공급부로부터 공급되는 냉각 매체를 유통시킨다. 냉각관(59)에 냉각 매체가 흐름으로써, 저온부(56)를 통과하는 작동 유체의 열이 냉각 매체에 빼앗겨서, 작동 유체가 냉각된다. 냉각 매체는, 예를 들어 물이다.
재생기(57)는, 축열용의 열교환기이다. 재생기(57)는, 고온부(55)와 저온부(56) 사이에 마련된다. 재생기(57)는, 작동 유체가 팽창 공간(52)으로부터 압축 공간(53)으로 이동할 때에 고온부(55)를 통과한 작동 유체로부터 열을 수취하여 축적한다. 또한, 재생기(57)는, 작동 유체가 압축 공간(53)으로부터 팽창 공간(52)으로 이동할 때에 저온부(56)를 통과한 작동 유체에 대하여, 축적한 열을 부여한다.
크랭크부(46e)는, 실린더부(46a)의 타단부에 마련된다. 크랭크부(46e)는, 예를 들어, 크랭크 케이스에 회전 가능하게 지지된 크랭크 샤프트, 디스플레이서 피스톤(46b)과 접속하는 로드, 파워 피스톤(46c)과 접속하는 로드, 각 로드와 크랭크 샤프트를 연결하는 연결 부재 등을 갖고, 디스플레이서 피스톤(46b)과 파워 피스톤(46c)의 왕복 운동을 크랭크 샤프트의 회전 운동으로 변환한다.
스털링 엔진(46)은, 발전기(50)와 접속하고 있다. 발전기(50)는, 스털링 엔진(46)의 크랭크 샤프트와 연결되어 있어, 크랭크 샤프트가 회전함으로써 발전을 행한다.
열전 변환기(47)는, 제벡 효과를 이용하여, 제4 배관(42d)에서 유통하는 열 매체의 열을 전력으로 변환한다. 열전 변환기(47)는, 예를 들어 300℃ 이하의 열 매체에 의해 전력을 발생시킨다. 열전 변환기(47)는, 통 형상으로 형성되어 있고, 제4 배관(42d)의 외주를 덮도록 마련되어 있다.
열전 변환기(47)는, 내면에 마련된 열전 변환 모듈(47a)과, 외면에 마련된 냉각부(47b)를 갖는다. 열전 변환 모듈(47a)은, 제4 배관(42d)과 대향하는 수열 기판, 수열 기판에 마련된 수열측 전극, 냉각부(47b)와 대향하는 방열 기판, 방열 기판에 마련된 방열측 전극, p형 반도체에 의해 형성된 p형 열전 소자, n형 반도체에 의해 형성된 n형 열전 소자 등을 갖는다. 이 예에서는, 열전 변환 모듈(47a)은, p형 열전 소자와 n형 열전 소자가 교호로 배열되고, 인접하는 p형 열전 소자와 n형 열전 소자가 수열측 전극 및 방열측 전극에 의해 전기적으로 접속되어 있다. 또한, 열전 변환 모듈(47a)은, 일단부에 배치된 p형 열전 소자와 타단부에 배치된 n형 열전 소자에 대하여 리드가 방열측 전극을 통하여 전기적으로 접속되어 있다. 냉각부(47b)는, 예를 들어, 냉각수가 유통하는 배관에 의해 형성된다. 이에 의해, 열전 변환기(47)는, 내면과 외면 간에 발생하는 온도차에 따른 전력을 발생시킨다.
도 2를 사용하여 발열체(14)의 상세한 구조에 대하여 설명한다. 도 2에 도시한 바와 같이, 발열체(14)는, 지지체(61)와 다층막(62)을 갖는다.
지지체(61)는, 다공질체, 수소 투과막, 및 프로톤 도전체 중 적어도 어느 것에 의해 형성된다. 지지체(61)는, 이 예에서는 표면 및 이면을 갖는 판상으로 형성되어 있다. 다공질체는, 수소계 가스의 통과를 가능하게 하는 사이즈의 구멍을 갖는다. 다공질체는, 예를 들어, 금속, 비금속, 세라믹스 등에 의해 형성된다. 다공질체는, 수소계 가스와 다층막(62)의 반응(이하, 발열 반응이라고도 함)을 저해하지 않는 재료에 의해 형성되는 것이 바람직하다. 수소 투과막은, 예를 들어, 수소 흡장 금속 또는 수소 흡장 합금에 의해 형성된다. 수소 흡장 금속으로서는, Ni, Pd, V, Nb, Ta, Ti 등이 사용된다. 수소 흡장 합금으로서는, LaNi5, CaCu5, MgZn2, ZrNi2, ZrCr2, TiFe, TiCo, Mg2Ni, Mg2Cu 등이 사용된다. 수소 투과막은, 메쉬상의 시트를 갖는 것을 포함한다. 프로톤 도전체로서는, BaCeO3계(예를 들어 Ba(Ce0.95Y0.05)O3-6), SrCeO3계(예를 들어 Sr(Ce0.95Y0.05)O3-6), CaZrO3계(예를 들어 CaZr0.95Y0.05O3-α), SrZrO3계(예를 들어 SrZr0.9Y0.1O3-α), β Al2O3, β Ga2O3 등이 사용된다.
다층막(62)은, 지지체(61)에 마련된다. 다층막(62)은, 수소 흡장 금속 또는 수소 흡장 합금에 의해 형성되는 제1 층(71)과, 제1 층(71)과는 다른 수소 흡장 금속, 수소 흡장 합금 또는 세라믹스에 의해 형성되는 제2 층(72)에 의해 형성된다. 지지체(61)와 제1 층(71)과 제2 층(72) 사이에는, 후술하는 이종 물질 계면(73)이 형성된다. 도 2에서는, 다층막(62)은, 지지체(61)의 한쪽 면(예를 들어 표면)에, 제1 층(71)과 제2 층(72)이 이 순으로 교호로 적층되어 있다. 제1 층(71)과 제2 층(72)은, 각각 5층으로 되어 있다. 또한, 제1 층(71)과 제2 층(72)의 각 층의 층수는 적절히 변경해도 된다. 다층막(62)은, 지지체(61)의 표면에, 제2 층(72)과 제1 층(71)이 이 순으로 교호로 적층된 것이어도 된다. 다층막(62)은, 제1 층(71)과 제2 층(72)을 각각 1층 이상 갖고, 이종 물질 계면(73)이 1개 이상 형성되어 있으면 된다.
제1 층(71)은, 예를 들어, Ni, Pd, Cu, Mn, Cr, Fe, Mg, Co, 이들의 합금 중, 어느 것에 의해 형성된다. 제1 층(71)을 형성하는 합금은, Ni, Pd, Cu, Mn, Cr, Fe, Mg, Co 중 2종 이상을 포함하는 합금인 것이 바람직하다. 제1 층(71)을 형성하는 합금으로서, Ni, Pd, Cu, Mn, Cr, Fe, Mg, Co에 첨가 원소를 첨가시킨 합금을 사용해도 된다.
제2 층(72)은, 예를 들어, Ni, Pd, Cu, Mn, Cr, Fe, Mg, Co, 이들의 합금, SiC 중, 어느 것에 의해 형성된다. 제2 층(72)을 형성하는 합금은, Ni, Pd, Cu, Mn, Cr, Fe, Mg, Co 중 2종 이상을 포함하는 합금인 것이 바람직하다. 제2 층(72)을 형성하는 합금으로서, Ni, Pd, Cu, Mn, Cr, Fe, Mg, Co에 첨가 원소를 첨가시킨 합금을 사용해도 된다.
제1 층(71)과 제2 층(72)의 조합으로서는, 원소의 종류를 「제1 층(71)-제2 층(72)(제2 층(72)-제1 층(71))」으로서 나타내면, Pd-Ni, Ni-Cu, Ni-Cr, Ni-Fe, Ni-Mg, Ni-Co인 것이 바람직하다. 제2 층(72)을 세라믹스로 한 경우에는, 「제1 층(71)-제2 층(72)」이, Ni-SiC인 것이 바람직하다.
도 3에 도시한 바와 같이, 이종 물질 계면(73)은 수소 원자를 투과시킨다. 도 3은, 면심입법 구조의 수소 흡장 금속에 의해 형성되는 제1 층(71) 및 제2 층(72)에 있어서, 제1 층(71)의 금속 격자 중의 수소 원자가, 이종 물질 계면(73)을 투과하여 제2 층(72)의 금속 격자 중으로 이동하는 모습을 도시한 개략도이다. 수소는 가벼워, 어떤 물질 A와 물질 B의 수소가 차지하는 사이트(옥토헤드랄이나 테트라헤드랄 사이트)를 호핑하면서 양자 확산해 감을 알고 있다. 이 때문에, 발열체(14)에 흡장한 수소는, 다층막(62)의 내부를 호핑하면서 양자 확산한다. 발열체(14)에서는, 제1 층(71), 이종 물질 계면(73), 제2 층(72)을 수소가 양자 확산에 의해 투과한다.
제1 층(71)의 두께와 제2 층(72)의 두께는, 각각 1000㎚ 미만인 것이 바람직하다. 제1 층(71)과 제2 층(72)의 각 두께가 1000㎚ 이상이 되면, 수소가 다층막(62)을 투과하기 어려워진다. 또한, 제1 층(71)과 제2 층(72)의 각 두께가 1000㎚ 미만인 것에 의해, 벌크의 특성을 나타내지 않는 나노 구조를 유지할 수 있다. 제1 층(71)과 제2 층(72)의 각 두께는, 500㎚ 미만인 것이 보다 바람직하다. 제1 층(71)과 제2 층(72)의 각 두께가 500㎚ 미만인 것에 의해, 완전히 벌크의 특성을 나타내지 않는 나노 구조를 유지할 수 있다.
발열체(14)의 제조 방법의 일례를 설명한다. 발열체(14)는, 판상의 지지체(61)를 준비하고, 증착 장치를 사용하여, 제1 층(71)이나 제2 층(72)이 되는 수소 흡장 금속 또는 수소 흡장 합금을 기상 상태로 하여, 응집이나 흡착에 의해 지지체(61)의 표면에, 제1 층(71) 및 제2 층(72)을 교호로 성막함으로써 제조된다. 제1 층(71) 및 제2 층(72)을 진공 상태에서 연속적으로 성막하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 제1 층(71) 및 제2 층(72) 사이에는, 자연 산화막이 형성되지 않고, 이종 물질 계면(73)만이 형성된다. 증착 장치로서는, 수소 흡장 금속 또는 수소 흡장 합금을 물리적인 방법으로 증착시키는 물리 증착 장치가 사용된다. 물리 증착 장치로서는, 스퍼터링 장치, 진공 증착 장치, CVD(Chemical Vapor Deposition) 장치가 바람직하다. 또한, 전기 도금법에 의해, 지지체(61)의 표면에 수소 흡장 금속 또는 수소 흡장 합금을 석출시켜, 제1 층(71) 및 제2 층(72)을 교호로 성막해도 된다.
도 4에 도시한 바와 같이, 발열체(14)는, 지지체(61)가 제1 실(21)측(고압측)에 배치되고, 다층막(62)이 제2 실(22)측(저압측)에 배치된다. 제1 실(21)과 제2 실(22) 간에 발생하는 수소의 압력차에 의해, 제1 실(21)에 도입된 수소는, 발열체(14)의 내부를, 지지체(61), 다층막(62)의 순으로 투과하여, 제2 실(22)로 이동한다. 발열체(14)는, 수소가 다층막(62)을 투과할 때, 즉 다층막(62)에의 수소의 흡장과 다층막(62)으로부터의 수소의 방출에 의해, 과잉열을 발생시킨다. 또한, 발열체(14)는, 지지체(61)를 제2 실(22)측(저압측)에 배치하고, 다층막(62)을 제1 실(21)측(고압측)에 배치해도 된다.
발열체(14)는, 수소를 사용하여 발열하므로, 이산화탄소 등의 온실 가스를 발생시키지 않는다. 또한, 사용하는 수소는, 물로부터 생성할 수 있기 때문에 저렴하다. 또한, 발열체(14)의 발열은, 핵분열 반응과는 달리, 연쇄 반응이 없으므로 안전하게 되어 있다. 따라서, 열 이용 시스템(10) 및 발열 장치(11)는, 발열체(14)를 열 에너지원으로서 이용하므로, 저렴하고, 클린하고, 안전하게 에너지를 공급할 수 있다.
본 발명은 상기 제1 실시 형태에 한정되지 않고, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서 적절히 변경이 가능하다. 이하, 제1 실시 형태의 변형예에 대하여 설명한다. 변형예의 도면 및 설명에서는, 상기 제1 실시 형태와 동일 또는 동등한 구성 요소 및 부재에 대하여 동일한 번호를 부여한다. 상기 제1 실시 형태와 중복하는 설명을 적절히 생략하고, 상기 제1 실시 형태와 상이한 구성에 대하여 중점적으로 설명한다.
[제1 변형예]
도 5에 도시한 바와 같이, 발열 장치(11)는, 지지체(61)의 표면에만 다층막(62)을 마련한 발열체(14)를 사용하는 대신, 지지체(61)의 양면에 다층막(62)을 마련한 발열체(74)를 사용하는 것이다. 발열체(74)는, 수소의 흡장과 방출에 의해 과잉열을 발생시킨다. 발열체(74)를 사용함으로써 과잉열의 고출력화가 도모된다.
[제2 변형예]
발열 장치(11)는, 발열체(14) 대신에 도 6에 도시하는 발열체(75)를 구비하는 것이다. 도 6에 도시하는 바와 같이, 발열체(75)의 다층막(62)은, 제1 층(71)과 제2 층(72)에 추가로, 제3 층(77)을 더 갖는다. 제3 층(77)은, 제1 층(71) 및 제2 층(72)과는 다른 수소 흡장 금속, 수소 흡장 합금, 또는 세라믹스에 의해 형성된다. 제3 층(77)의 두께는, 1000㎚ 미만인 것이 바람직하다. 도 6에서는, 제1 층(71)과 제2 층(72)과 제3 층(77)은, 지지체(61)의 표면에, 제1 층(71), 제2 층(72), 제1 층(71), 제3 층(77)의 순으로 적층되어 있다. 또한, 제1 층(71)과 제2 층(72)과 제3 층(77)은, 지지체(61)의 표면에, 제1 층(71), 제3 층(77), 제1 층(71), 제2 층(72)의 순으로 적층되어도 된다. 즉, 다층막(62)은, 제2 층(72)과 제3 층(77) 사이에 제1 층(71)을 마련한 적층 구조로 되어 있다. 다층막(62)은, 제3 층(77)을 1층 이상 갖고 있으면 된다. 제1 층(71)과 제3 층(77) 사이에 형성되는 이종 물질 계면(78)은, 이종 물질 계면(73)과 마찬가지로, 수소 원자를 투과시킨다.
제3 층(77)은, 예를 들어, Ni, Pd, Cu, Cr, Fe, Mg, Co, 이들의 합금, SiC, CaO, Y2O3, TiC, LaB6, SrO, BaO 중 어느 것에 의해 형성된다. 제3 층(77)을 형성하는 합금은, Ni, Pd, Cu, Cr, Fe, Mg, Co 중 2종 이상을 포함하는 합금인 것이 바람직하다. 제3 층(77)을 형성하는 합금으로서, Ni, Pd, Cu, Cr, Fe, Mg, Co에 첨가 원소를 첨가시킨 합금을 사용해도 된다.
특히, 제3 층(77)은, CaO, Y2O3, TiC, LaB6, SrO, BaO의 어느 것에 의해 형성되는 것이 바람직하다. CaO, Y2O3, TiC, LaB6, SrO, BaO의 어느 것에 의해 형성되는 제3 층(77)을 갖는 발열체(75)는, 수소의 흡장량이 증가하고, 이종 물질 계면(73) 및 이종 물질 계면(78)을 투과하는 수소의 양이 증가하여, 과잉열의 고출력화가 도모된다. CaO, Y2O3, TiC, LaB6, SrO, BaO의 어느 것에 의해 형성되는 제3 층(77)은, 두께가 10㎚ 이하인 것이 바람직하다. 이에 의해, 다층막(62)은, 수소 원자를 용이하게 투과시킨다. CaO, Y2O3, TiC, LaB6, SrO, BaO의 어느 것에 의해 형성되는 제3 층(77)은, 완전한 막상으로 형성되지 않고, 아일랜드상으로 형성되어도 된다. 또한, 제1 층(71) 및 제3 층(77)은, 진공 상태에서 연속적으로 성막하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 제1 층(71) 및 제3 층(77) 사이에는, 자연 산화막이 형성되지 않고, 이종 물질 계면(78)만이 형성된다.
제1 층(71)과 제2 층(72)과 제3 층(77)의 조합으로서는, 원소의 종류를 「제1 층(71)-제3 층(77)-제2 층(72)」으로서 나타내면, Pd-CaO-Ni, Pd-Y2O3-Ni, Pd-TiC-Ni, Pd-LaB6-Ni, Ni-CaO-Cu, Ni-Y2O3-Cu, Ni-TiC-Cu, Ni-LaB6-Cu, Ni-Co-Cu, Ni-CaO-Cr, Ni-Y2O3-Cr, Ni-TiC-Cr, Ni-LaB6-Cr, Ni-CaO-Fe, Ni-Y2O3-Fe, Ni-TiC-Fe, Ni-LaB6-Fe, Ni-Cr-Fe, Ni-CaO-Mg, Ni-Y2O3-Mg, Ni-TiC-Mg, Ni-LaB6-Mg, Ni-CaO-Co, Ni-Y2O3-Co, Ni-TiC-Co, Ni-LaB6-Co, Ni-CaO-SiC, Ni-Y2O3-SiC, Ni-TiC-SiC, Ni-LaB6-SiC인 것이 바람직하다.
[제3 변형예]
발열 장치(11)는, 발열체(14) 대신에 도 7에 도시하는 발열체(80)를 구비하는 것이다. 도 7에 도시하는 바와 같이, 발열체(80)의 다층막(62)은, 제1 층(71)과 제2 층(72)과 제3 층(77)에 추가로, 제4 층(82)을 더 갖는다. 제4 층(82)은, 제1 층(71), 제2 층(72) 및 제3 층(77)과는 다른 수소 흡장 금속, 수소 흡장 합금, 또는 세라믹스에 의해 형성된다. 제4 층(82)의 두께는, 1000㎚ 미만인 것이 바람직하다. 도 7에서는, 제1 층(71)과 제2 층(72)과 제3 층(77)과 제4 층(82)은, 지지체(61)의 표면에, 제1 층(71), 제2 층(72), 제1 층(71), 제3 층(77), 제1 층(71), 제4 층(82)의 순으로 적층되어 있다. 또한, 제1 층(71)과 제2 층(72)과 제3 층(77)과 제4 층(82)은, 지지체(61)의 표면에, 제1 층(71), 제4 층(82), 제1 층(71), 제3 층(77), 제1 층(71), 제2 층(72)의 순으로 적층해도 된다. 즉, 다층막(62)은, 제2 층(72), 제3 층(77), 제4 층(82)을 임의의 순서로 적층하고, 또한, 제2 층(72), 제3 층(77), 제4 층(82)의 각각의 사이에 제1 층(71)을 마련한 적층 구조로 되어 있다. 다층막(62)은, 제4 층(82)을 1층 이상 갖고 있으면 된다. 제1 층(71)과 제4 층(82) 사이에 형성되는 이종 물질 계면(83)은, 이종 물질 계면(73) 및 이종 물질 계면(78)과 마찬가지로, 수소 원자를 투과시킨다.
제4 층(82)은, 예를 들어, Ni, Pd, Cu, Cr, Fe, Mg, Co, 이들의 합금, SiC, CaO, Y2O3, TiC, LaB6, SrO, BaO 중 어느 것에 의해 형성된다. 제4 층(82)을 형성하는 합금은, Ni, Pd, Cu, Cr, Fe, Mg, Co 중 2종 이상을 포함하는 합금인 것이 바람직하다. 제4 층(82)을 형성하는 합금으로서, Ni, Pd, Cu, Cr, Fe, Mg, Co에 첨가 원소를 첨가시킨 합금을 사용해도 된다.
특히, 제4 층(82)은, CaO, Y2O3, TiC, LaB6, SrO, BaO의 어느 것에 의해 형성되는 것이 바람직하다. CaO, Y2O3, TiC, LaB6, SrO, BaO의 어느 것에 의해 형성되는 제4 층(82)을 갖는 발열체(80)는, 수소의 흡장량이 증가하고, 이종 물질 계면(73), 이종 물질 계면(78), 및 이종 물질 계면(83)을 투과하는 수소의 양이 증가하여, 과잉열의 고출력화가 도모된다. CaO, Y2O3, TiC, LaB6, SrO, BaO의 어느 것에 의해 형성되는 제4 층(82)은, 두께가 10㎚ 이하인 것이 바람직하다. 이에 의해, 다층막(62)은, 수소 원자를 용이하게 투과시킨다. CaO, Y2O3, TiC, LaB6, SrO, BaO의 어느 것에 의해 형성되는 제4 층(82)은, 완전한 막상으로 형성되지 않고, 아일랜드상으로 형성되어도 된다. 또한, 제1 층(71) 및 제4 층(82)은, 진공 상태에서 연속적으로 성막하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 제1 층(71) 및 제4 층(82) 사이에는, 자연 산화막이 형성되지 않고, 이종 물질 계면(83)만이 형성된다.
제1 층(71)과 제2 층(72)과 제3 층(77)과 제4 층(82)의 조합으로서는, 원소의 종류를 「제1 층(71)-제4 층(82)-제3 층(77)-제2 층(72)」으로서 나타내면, Ni-CaO-Cr-Fe, Ni-Y2O3-Cr-Fe, Ni-TiC-Cr-Fe, Ni-LaB6-Cr-Fe인 것이 바람직하다.
또한, 다층막(62)의 구성, 예를 들어, 각 층의 두께의 비율, 각 층의 층수, 재료는, 사용되는 온도에 따라서 적절히 변경해도 된다. 이하, 「다층막의 각 층의 두께의 비율과 과잉열의 관계」, 「다층막의 적층수와 과잉열의 관계」, 및 「다층막의 재료와 과잉열의 관계」에 대하여 설명한 후에, 온도에 따른 다층막(62)의 구성의 일례를 설명한다.
「다층막의 각 층의 두께의 비율과 과잉열의 관계」, 「다층막의 적층수와 과잉열의 관계」, 및 「다층막의 재료와 과잉열의 관계」는, 실험용의 발열 장치(도시 없음)를 준비하고, 이 실험용 발열 장치를 사용하여 발열체가 과잉열을 발생시키는지 여부의 실험을 행함으로써 조사하였다. 실험용 발열 장치는, 밀폐 용기와, 밀폐 용기의 내부에 배치된 2개의 발열체와, 각 발열체를 가열하는 히터를 구비한다. 발열체는 판상으로 형성되어 있다. 히터는, 판상으로 형성된 세라믹 히터이며, 열전대를 내장한다. 히터는, 2개의 발열체 사이에 마련되어 있다. 밀폐 용기는, 수소계 가스 공급로와 배기 경로에 접속하고 있다. 수소계 가스 공급로는, 수소계 가스를 저류한 가스봄베와 밀폐 용기를 접속한다. 수소계 가스 공급로에는, 가스봄베에 저류된 수소계 가스를 밀폐 용기에 공급하는 공급량을 조정하기 위한 조정 밸브 등이 마련되어 있다. 배기 경로는, 밀폐 용기의 내부를 진공 배기하기 위한 드라이 펌프와 밀폐 용기를 접속한다. 배기 경로에는, 가스의 배기량을 조정하기 위한 조정 밸브 등이 마련되어 있다.
실험용 발열 장치는, 수소 흡장 공정과 수소 방출 공정을 교호로 반복하여 행함으로써, 발열체로부터 과잉열을 발생시킨다. 즉, 실험용 발열 장치는, 수소 흡장 공정을 행함으로써 발열체(14)에 수소를 흡장시키고, 그 후 수소 방출 공정을 행함으로써 발열체(14)에 흡장되어 있는 수소를 방출시킨다. 수소 흡장 공정에서는, 밀폐 용기의 내부에의 수소계 가스의 공급이 행하여진다. 수소 방출 공정에서는, 밀폐 용기의 내부의 진공 배기와 발열체의 가열이 행하여진다.
「다층막의 각 층의 두께의 비율과 과잉열의 관계」에 대하여 설명한다. Ni를 포함하는 지지체(61)와, Cu를 포함하는 제1 층(71)과 Ni를 포함하는 제2 층(72)에 의해 형성된 다층막(62)을 갖는 발열체(14)를 사용하여, 제1 층(71)과 제2 층(72)의 두께의 비율과 과잉열의 관계를 조사하였다. 이하, 다층막(62)의 각 층의 두께의 비율을 Ni:Cu로 기재한다.
Ni:Cu 이외에는 동일 조건에서 다층막(62)을 형성한 8종의 발열체(14)를 제작하고, 실험예 1 내지 8로 하였다. 또한, 다층막(62)은 지지체(61)의 표면에만 마련하였다. 실험예 1 내지 8의 각 발열체(14)의 Ni:Cu는, 7:1, 14:1, 4.33:1, 3:1, 5:1, 8:1, 6:1, 6.5:1이다. 실험예 1 내지 8의 각 발열체(14)에 있어서, 다층막(62)은, 제1 층(71)과 제2 층(72)의 적층 구성이 반복하여 마련되어 있다. 실험예 1 내지 8의 각 발열체(14)는, 다층막(62)의 적층 구성의 수(이하, 다층막의 적층수라고 칭한다)를 5로 하였다. 실험예 1 내지 8의 각 발열체(14)는, 다층막(62) 전체의 두께를 거의 동일하게 하였다.
실험예 1 내지 8의 발열체(14)를 실험용 발열 장치의 밀폐 용기의 내부에 설치하고, 수소 흡장 공정과 수소 방출 공정을 교호로 반복하여 행하였다. 수소계 가스로서, 경수소 가스(누마타산소사제 grade 2 순도 99.999vol％ 이상)를 사용하였다. 수소 흡장 공정에서는, 수소계 가스를 50Pa 정도로 밀폐 용기의 내부에 공급하였다. 발열체(14)에 수소를 흡장시키는 시간은 64시간 정도로 하였다. 또한, 수소 흡장 공정 전에, 미리, 히터에 의해 밀폐 용기의 내부를 36시간 정도 200℃ 이상에서 베이킹하여, 발열체(14)의 표면에 부착된 물 등을 제거하였다. 수소 방출 공정에서는, 히터의 입력 전력을, 수소 흡장 공정을 사이에 두고 9W, 18W, 27W로 하였다. 그리고, 히터에 내장한 열전대에 의해, 각 수소 방출 공정 시의 발열체(14)의 온도를 측정하였다. 그 결과를 도 8에 도시하였다. 도 8은, 측정한 데이터를 소정의 방법으로 피팅한 그래프이다. 도 8에서는, 히터 온도를 횡축에 나타내고, 과잉열의 전력을 종축에 나타냈다. 히터 온도는, 소정의 입력 전력에 있어서의 발열체(14)의 온도이다. 도 8에서는, 실험예 1을 「Ni:Cu=7:1」, 실험예 2를 「Ni:Cu=14:1」, 실험예 3을 「Ni:Cu=4.33:1」, 실험예 4를 「Ni:Cu=3:1」, 실험예 5를 「Ni:Cu=5:1」, 실험예 6을 「Ni:Cu=8:1」, 실험예 7을 「Ni:Cu=6:1」, 실험예 8을 「Ni:Cu=6.5:1」로 표기하였다.
도 8로부터, 실험예 1 내지 8의 발열체(14)의 모두에 있어서 과잉열이 발생함을 확인하였다. 히터 온도가 700℃ 이상에서 실험예 1 내지 8의 발열체(14)를 비교하면, 실험예 1이 가장 큰 과잉열을 발생시킴을 알 수 있다. 실험예 3의 발열체는, 실험예 1, 2, 4 내지 8의 발열체(14)에 비하여, 히터 온도가 300℃ 이상 1000℃ 이하의 광범위에 걸쳐 과잉열을 발생시킴을 알 수 있다. 다층막(62)의 Ni:Cu가 3:1 내지 8:1인 실험예 1, 3 내지 8의 발열체(14)는, 히터 온도가 높아질수록 과잉열이 증대함을 알 수 있다. 다층막(62)의 Ni:Cu가 14:1인 실험예 2의 발열체(14)는, 히터 온도가 800℃ 이상에서 과잉열이 감소함을 알 수 있다. 이와 같이, Ni와 Cu의 비율에 대하여 과잉열이 단순하게 증가하지 않는 것은, 다층막(62) 중의 수소의 양자 효과에 기인하고 있는 것으로 생각된다.
다음으로 「다층막의 적층수와 과잉열의 관계」에 대하여 설명한다. Ni를 포함하는 지지체(61)와, Cu를 포함하는 제1 층(71)과 Ni를 포함하는 제2 층(72)에 의해 형성된 다층막(62)을 갖는 발열체(14)를 사용하여, 다층막(62)의 적층수와 과잉열의 관계를 조사하였다.
실험예 1의 발열체(14)와 적층수 이외에는 동일 조건에서 제조한 다층막(62)을 갖는 8종의 발열체(14)를 제작하고, 실험예 9 내지 16으로 하였다. 실험예 1, 9 내지 16의 각 발열체(14)의 다층막(62)의 적층수는, 5, 3, 7, 6, 8, 9, 12, 4, 2이다.
실험예 1, 9 내지 16의 각 발열체(14)를 실험용 발열 장치의 밀폐 용기의 내부에 설치하였다. 실험용 발열 장치는, 상기 「다층막의 각 층의 두께의 비율과 과잉열의 관계」를 조사하기 위하여 사용한 장치와 동일하다. 실험용 발열 장치에 있어서, 상기 「다층막의 각 층의 두께의 비율과 과잉열의 관계」와 마찬가지의 방법에 의해, 수소 방출 공정 시의 발열체(14)의 온도를 측정하였다. 그 결과를 도 9에 도시하였다. 도 9는, 측정한 데이터를 소정의 방법으로 피팅한 그래프이다. 도 9에서는, 히터 온도를 횡축에 나타내고, 과잉열의 전력을 종축에 나타냈다. 도 9에서는, 각 층의 두께를 기초로, 실험예 1을 「Ni0.875Cu0.125 5층」, 실험예 9를 「Ni0.875Cu0.125 3층」, 실험예 10을 「Ni0.875Cu0.125 7층」, 실험예 11을 「Ni0.875Cu0.125 6층」, 실험예 12를 「Ni0.875Cu0.125 8층」, 실험예 13을 「Ni0.875Cu0.125 9층」, 실험예 14를 「Ni0.875Cu0.125 12층」, 실험예 15를 「Ni0.875Cu0.125 4층」, 실험예 16을 「Ni0.875Cu0.125 2층」으로 표기하였다.
도 9로부터, 실험예 1, 9 내지 16의 발열체(14)의 모두에 있어서 과잉열을 발생시킴을 확인하였다. 히터 온도가 840℃ 이상에서 실험예 1, 9 내지 16의 발열체(14)를 비교하면, 과잉열은, 다층막(62)의 적층수가 6인 실험예 11이 가장 크고, 다층막(62)의 적층수가 8인 실험예 12가 가장 작음을 알 수 있다. 이와 같이, 다층막(62)의 적층수에 대하여 과잉열이 단순하게 증가하지 않는 것은, 다층막(62) 중의 수소의 파동으로서의 거동의 파장이 나노미터 오더이며, 다층막(62)과 간섭하고 있기 때문이라고 생각된다.
다음으로 「다층막의 재료와 과잉열의 관계」에 대하여 설명한다. Ni를 포함하는 제1 층(71)과, Cu를 포함하는 제2 층(72)과, 제1 층(71) 및 제2 층(72)과는 다른 수소 흡장 금속, 수소 흡장 합금, 또는 세라믹스를 포함하는 제3 층(77)에 의해 형성된 다층막(62)을 갖는 발열체(75)를 사용하여, 제3 층(77)을 형성하는 재료의 종류와 과잉열의 관계를 조사하였다.
제3 층(77)을 형성하는 재료의 종류 이외에는 동일 조건에서 다층막(62)을 형성한 9종의 발열체(75)를 제작하고, 실험예 17 내지 25로 하였다. 실험예 17 내지 25의 각 발열체(75)에 있어서, 제3 층(77)을 형성하는 재료의 종류는, CaO, SiC, Y2O3, TiC, Co, LaB6, ZrC, TiB2, CaOZrO이다.
실험예 17 내지 25의 각 발열체(75)를 실험용 발열 장치의 밀폐 용기의 내부에 설치하였다. 실험용 발열 장치는, 상기 「다층막의 각 층의 두께의 비율과 과잉열의 관계」를 조사하기 위하여 사용한 장치와 동일하다. 실험용 발열 장치에 있어서, 상기 「다층막의 각 층의 두께의 비율과 과잉열의 관계」와 마찬가지의 방법에 의해, 수소 방출 공정 시의 발열체(75)의 온도를 측정하였다. 그 결과를 도 10에 도시한다. 도 10은, 측정한 데이터를 소정의 방법으로 피팅한 그래프이다. 도 10에서는, 히터 온도를 횡축에 나타내고, 과잉열의 전력을 종축에 나타냈다. 도 10에서는, 각 층의 두께를 기초로, 실험예 17을 「Ni0.793CaO0.113Cu0.094」, 실험예 18을 「Ni0.793SiC0.113Cu0.094」, 실험예 19를 「Ni0.793Y2O30.113Cu0.094」, 실험예 20을 「Ni0.793TiC0.113Cu0.094」, 실험예 21을 「Ni0.793Co0.113Cu0.094」, 실험예 22를 「Ni0.793LaB60.113Cu0.094」, 실험예 23을 「Ni0.793ZrC0.113Cu0.094」, 실험예 24를 「Ni0.793TiB20.113Cu0.094」, 실험예 25를 「Ni0.793CaOZrO0.113Cu0.094」로 표기하였다.
도 10으로부터, 실험예 17 내지 25의 발열체(75)의 모두에 있어서 과잉열을 발생시킴을 확인하였다. 특히, 제3 층(77)을 형성하는 재료가 CaO인 실험예 17, TiC인 실험예 20, LaB6인 실험예 22는, 다른 실험예 18, 19, 21, 23 내지 25와 비교하여, 히터 온도가 400℃ 이상 1000℃ 이하의 광범위에 걸쳐 과잉열이 거의 선형적으로 증대함을 알 수 있다. 실험예 17, 20, 22의 제3 층(77)을 형성하는 재료는, 다른 실험예 18, 19, 21, 23 내지 25의 재료보다도 일함수가 작다. 이것으로부터, 제3 층(77)을 형성하는 재료의 종류는, 일함수가 작은 것이 바람직함을 알 수 있다. 이들 결과로부터, 다층막(62) 내의 전자 밀도가 발열 반응에 기여하고 있을 가능성이 있다.
발열체(14)의 온도에 따른 다층막(62)의 구성의 일례를 설명한다. 발열체(14)에 대하여 상기 「다층막의 각 층의 두께의 비율과 과잉열의 관계」를 고려하면, 발열체(14)의 온도가 저온(예를 들어 50℃ 이상 500℃ 이하의 범위 내)일 경우에는, 다층막(62)의 각 층의 두께의 비율이 2:1 이상 5:1 이하의 범위 내인 것이 바람직하다. 발열체(14)의 온도가 중온(예를 들어 500℃ 이상 800℃ 이하의 범위 내)일 경우에는, 다층막(62)의 각 층의 두께의 비율이 5:1 이상 6:1 이하의 범위 내인 것이 바람직하다. 발열체(14)의 온도가 고온(예를 들어 800℃ 이상 1500℃ 이하의 범위 내)일 경우에는, 다층막(62)의 각 층의 두께의 비율이 6:1 이상 12:1 이하의 범위 내인 것이 바람직하다.
상기 「다층막의 적층수와 과잉열의 관계」를 고려하면, 발열체(14)의 온도가 저온, 중온, 고온의 어느 것일 경우에는, 다층막(62)의 제1 층(71)이 2층 이상 18층 이하의 범위 내이며, 제2 층(72)이 2층 이상 18층 이하의 범위 내인 것이 바람직하다.
발열체(75)에 대하여 상기 「다층막의 재료와 과잉열의 관계」를 고려하면, 발열체(75)의 온도가 저온일 경우에는, 제1 층(71)이 Ni이며, 제2 층(72)이 Cu이며, 제3 층(77)이 Y2O3인 것이 바람직하다. 발열체(75)의 온도가 중온일 경우에는, 제1 층(71)이 Ni이며, 제2 층(72)이 Cu이며, 제3 층(77)이 TiC인 것이 바람직하다. 발열체(75)의 온도가 고온일 경우에는, 제1 층(71)이 Ni이며, 제2 층(72)이 Cu이며, 제3 층(77)이 CaO 혹은 LaB6인 것이 바람직하다.
[제4 변형예]
도 11은, 일단부가 개구하고, 타단부가 폐색한 바닥이 있는 통 형상으로 형성된 발열체(90)의 단면도이다. 발열체(90)는, 지지체(91)와 다층막(92)을 갖는다. 지지체(91)는, 다공질체, 수소 투과막, 및 프로톤 도전체 중 적어도 어느 것에 의해 형성되어 있다. 다층막(92)은, 수소 흡장 금속 또는 수소 흡장 합금에 의해 형성되고, 두께가 1000㎚ 미만인 제1 층(도시 없음)과, 제1 층과는 다른 수소 흡장 금속, 수소 흡장 합금, 또는 세라믹스에 의해 형성되고, 두께가 1000㎚ 미만인 제2 층(도시 없음)을 갖는다. 또한, 발열체(90)는, 도 11에서는 바닥이 있는 원통 형상으로 형성되어 있으나, 바닥이 있는 각통 형상으로 형성해도 된다.
발열체(90)의 제조 방법의 일례를 설명한다. 발열체(90)는, 바닥이 있는 통 형상으로 형성된 지지체(91)를 준비하고, 습식 성막법을 사용하여 지지체(91)에 다층막(92)을 형성한다. 이 예에서는, 지지체(91)의 외면에 다층막(92)을 형성한다. 이에 의해, 바닥이 있는 통 형상의 발열체(90)가 형성된다. 습식 성막법으로서는, 스핀 코팅법, 스프레이 코팅법, 디핑법 등이 사용된다. 또한, 다층막(92)은, ALD법(Atomic Layer Deposition)을 사용하여 형성해도 되고, 지지체(91)를 회전시키는 회전 기구를 구비한 스퍼터링 장치를 사용하여, 지지체(91)를 회전시키면서, 지지체(91)에 다층막(92)을 형성해도 된다. 또한, 다층막(92)은, 지지체(91)의 외면에만 마련하는 경우에 한정되지 않고, 지지체(91)의 내면에만, 또는 지지체(91)의 양면에 마련해도 된다.
도 12에 도시하는 바와 같이, 열 이용 시스템(95)은, 발열 장치(96)와 열 이용 장치(12)를 구비한다. 발열 장치(96)는, 발열체(14) 대신에 발열체(90)를 구비하는 것이 상기 실시 형태의 발열 장치(11)와는 다르다. 발열체(90)는, 설치관(97)을 사용하여 밀폐 용기(15)에 설치된다. 도 12에서는 생략하고 있지만, 열 이용 시스템(95)은, 발열체(90)의 온도를 검출하는 온도 센서, 히터(16b)에 전력을 입력하는 전원, 온도 센서가 검출한 온도에 기초하여 히터(16b)의 출력의 제어를 행하는 출력 제어부로서의 제어부 등을 구비한다. 온도 센서는 예를 들어 발열체(90)의 외면에 마련된다.
설치관(97)은, 예를 들어 스테인리스 등으로 형성되어 있다. 설치관(97)은, 밀폐 용기(15)를 관통하고, 일단부가 격납 용기(41)의 내면과 밀폐 용기(15)의 외면 사이에 형성된 간극(54)에 배치되고, 타단부가 밀폐 용기(15)의 내부에 배치된다. 설치관(97)의 일단부는, 수소 순환 라인(17)의 도입 라인(29)과 접속한다. 설치관(97)의 타단부에는 발열체(90)가 마련되어 있다.
제4 변형예에서는, 제1 실(21)은, 발열체(90)의 내면에 의해 형성된다. 제2 실(22)은, 밀폐 용기(15)의 내면과 발열체(90)의 외면에 의해 형성된다. 이 때문에, 발열체(90)는, 지지체(91)가 제1 실(21)측(고압측)에 배치되고, 다층막(92)이 제2 실(22)측(저압측)에 배치된다(도 11 참조). 제1 실(21)과 제2 실(22) 간에 발생하는 압력차에 의해, 제1 실(21)에 도입된 수소는, 발열체(90)의 내부를, 지지체(91), 다층막(92)의 순으로 투과하여, 제2 실(22)로 이동한다. 즉, 발열체(90)의 내면으로부터 외면를 향하여 수소가 투과한다. 이에 의해, 발열체(90)는, 다층막(92)으로부터의 수소의 방출 시에 과잉열을 발생시킨다. 따라서, 열 이용 시스템(95)은, 상기 실시 형태의 열 이용 시스템(10)과 마찬가지의 작용 효과를 갖는다.
또한, 열 이용 시스템(95)은, 발열체(90) 대신에 도 13에 도시하는 발열체(98)를 구비하는 것이어도 된다. 발열체(98)는, 기둥상으로 형성된 지지체(99)를 갖는 것이 발열체(90)와는 다르다. 지지체(99)는, 지지체(61)와 마찬가지로, 다공질체, 수소 투과막, 및 프로톤 도전체 중 적어도 어느 것에 의해 형성된다. 지지체(99)는, 수소계 가스의 통과를 가능하게 하면서, 발열체(98)의 기계적 강도를 향상시킨다. 또한, 지지체(99)는, 도 13에서는 원기둥상으로 형성되어 있으나, 각주 상으로 형성해도 된다.
[제5 변형예]
도 14에 도시하는 바와 같이, 열 이용 시스템(100)은, 발열 장치(101)와 열 이용 장치(12)를 구비한다. 발열 장치(101)는, 수소 순환 라인(17) 대신에 수소 순환 라인(102)을 갖는 것이 상기 실시 형태의 발열 장치(11)와는 다르다.
수소 순환 라인(102)은, 버퍼 탱크(28)와, 도입 라인(29)과, 회수 라인(103)과, 필터(31)를 갖는다. 회수 라인(103)은, 제2 실(22)의 회수구(24)와 버퍼 탱크(28)를 접속하고, 발열체(14)를 통하여 제1 실(21)로부터 제2 실(22)로 투과한 수소계 가스를 회수하여 버퍼 탱크(28)로 복귀시킨다. 또한, 회수 라인(103)은, 순환 펌프(33)를 갖는다.
회수 라인(103)은, 격납 용기(41)의 내면과 밀폐 용기(15)의 외면 사이에 형성된 간극(54)과 통해져 있다. 구체적으로는, 회수 라인(103)은, 간극(54)에 있어서, 밀폐 용기(15)의 길이 방향과 평행한 방향으로 연장된 부분을 갖는다. 간극(54)에 배치된 회수 라인(103)의 일부는, 발열체(14)의 열에 의해 가열된 열 매체 중에 배치된다. 회수 라인(103)에는, 밀폐 용기(15)의 내부에서 발열체(14)의 열에 의해 가열된 수소계 가스가 유입된다. 회수 라인(103)에 유입된 수소계 가스는, 회수 라인(103) 중 열 매체 중에 배치된 일부를 유통하는 때에 열 매체에 의해 열이 빼앗겨, 냉각된 상태에서 버퍼 탱크(28)로 복귀된다. 즉, 회수 라인(103)은, 간극(54)에서 유통하는 열 매체에 열이 빼앗긴 수소계 가스를 버퍼 탱크(28)로 복귀시킨다.
이상과 같이, 열 이용 시스템(100)은, 발열체(14)의 열이 열 매체에 전달될 뿐만 아니라, 발열체(14)를 투과하여 가열된 수소계 가스의 열도 열 매체에 전달되므로, 에너지 효율이 우수하다.
[제6 변형예]
도 15에 도시하는 바와 같이, 열 이용 시스템(105)은, 발열 장치(106)와 열 이용 장치(12)를 구비한다. 발열 장치(106)는, 발열체(14) 대신에 발열체(90)를 구비하는 것이 상기 제5 변형예의 발열 장치(101)와는 다르다.
열 이용 시스템(105)은, 상기 제5 변형예의 열 이용 시스템(100)과 마찬가지로, 발열체(90)의 열이 열 매체에 전달될 뿐만 아니라, 발열체(90)를 투과하여 가열된 수소계 가스의 열도 열 매체에 전달되므로, 에너지 효율이 우수하다.
[제7 변형예]
도 16에 도시하는 바와 같이, 열 이용 시스템(110)은, 발열 장치(111)와 열 이용 장치(12)를 구비한다. 발열 장치(111)는, 수소 순환 라인(17) 대신에 수소 순환 라인(112)을 갖는 것이 상기 실시 형태의 발열 장치(11)와는 다르다.
수소 순환 라인(112)은, 버퍼 탱크(28)와, 도입 라인(113)과, 회수 라인(30)과, 필터(31)를 갖는다. 도입 라인(113)은, 버퍼 탱크(28)와 제1 실(21)의 도입구(23)를 접속하여, 버퍼 탱크(28)에 저류된 수소계 가스를 제1 실(21)에 도입한다. 도입 라인(113)은, 압력 조정 밸브(32)를 갖는다.
도입 라인(113)은, 격납 용기(41)의 내면과 밀폐 용기(15)의 외면 사이에 형성된 간극(54)과 통해져 있다. 구체적으로는, 도입 라인(113)은, 간극(54)에 있어서, 밀폐 용기(15)의 길이 방향과 평행한 방향으로 연장된 부분을 갖는다. 간극(54)에 배치된 도입 라인(113)의 일부는, 발열체(14)의 열에 의해 가열된 열 매체 중에 배치된다. 버퍼 탱크(28)로부터 보내지는 수소계 가스는, 도입 라인(113) 중 열 매체 중에 배치된 일부를 유통하는 때에 열 매체에 의해 가열된다. 이 때문에, 제1 실(21)에는 예열된 수소계 가스가 도입된다. 즉, 도입 라인(113)은, 간극(54)에서 유통하는 열 매체에 의해 예열된 수소계 가스를 제1 실(21)에 도입한다.
이상과 같이, 열 이용 시스템(110)은, 수소계 가스가 예열되므로, 발열체(14)의 온도 변화가 억제되어, 발열체(14)의 온도가 보다 확실하게 유지된다.
[제8 변형예]
도 17에 도시하는 바와 같이, 열 이용 시스템(115)은, 발열 장치(116)와 열 이용 장치(12)를 구비한다. 발열 장치(116)는, 발열체(14) 대신에 발열체(90)를 구비하는 것이 상기 제7 변형예의 발열 장치(111)와는 다르다.
열 이용 시스템(115)은, 상기 제7 변형예의 열 이용 시스템(110)과 마찬가지로, 수소계 가스가 예열되므로, 발열체(90)의 온도 변화가 억제되어, 발열체(90)의 온도가 보다 확실하게 유지된다.
[제9 변형예]
도 18에 도시하는 바와 같이, 열 이용 시스템(120)은, 발열 장치(121)와 열 이용 장치(122)를 구비한다. 발열 장치(121)는, 밀폐 용기(15) 대신에 밀폐 용기(123)를 갖는 것이 상기 실시 형태의 발열 장치(11)와는 다르다. 열 이용 장치(122)는, 격납 용기(41)를 갖고 있지 않고, 열 매체 유통부(42) 대신에 열 매체 유통부(124)를 갖는 것이 상기 실시 형태의 열 이용 장치(12)와는 다르다.
밀폐 용기(123)는, 중공의 용기이며, 내부에 발열체(14)를 수용한다. 밀폐 용기(123)는, 단열재(51)에 의해 덮여 있다. 밀폐 용기(123)에는, 발열체(14)를 설치하기 위한 설치관(125)이 마련되어 있다.
설치관(125)은, 예를 들어 스테인리스 등으로 형성되어 있다. 설치관(125)은, 밀폐 용기(123)를 관통하고, 일단부가 밀폐 용기(123)의 외부에 배치되고, 타단부가 밀폐 용기(123)의 내부에 배치된다. 설치관(125)의 일단부는, 이 예에서는 단열재(51) 내에 배치되어 있다. 설치관(125)의 일단부는, 수소 순환 라인(17)의 도입 라인(29)과 접속한다. 설치관(125)의 타단부에는 발열체(14)가 마련되어 있다. 설치관(125)의 외주에는 온도 조절부(도시 없음)의 히터(16b)가 감겨 있다.
밀폐 용기(123)는, 설치관(125)과 발열체(14)에 의해 칸막이된 제1 실(126) 및 제2 실(127)을 갖는다. 제1 실(126)은, 발열체(14)의 표면과 설치관(125)의 내면에 의해 형성된다. 제1 실(126)은, 도입 라인(29)과 접속하는 도입구(23)를 갖는다. 제2 실(127)은, 밀폐 용기(123)의 내면과 발열체(14)의 이면과 설치관(125)의 외면에 의해 형성된다. 제2 실(127)은, 회수 라인(30)과 접속하는 회수구(24)를 갖는다. 회수구(24)는, 도 18에서는 밀폐 용기(123)의 길이 방향 거의 중앙의 위치에 마련되어 있다. 제1 실(126)은, 수소계 가스가 도입됨으로써 승압된다. 제2 실(127)은, 수소계 가스가 배기됨으로써 감압된다. 이에 의해, 제1 실(126)의 수소 압력은, 제2 실(127)의 수소 압력보다도 높게 된다. 제1 실(126)과 제2 실(127)은, 수소의 압력이 서로 다르다. 이 때문에, 밀폐 용기(123)의 내부는, 발열체(14)의 양측에 압력차가 발생한 상태로 되어 있다.
열 매체 유통부(124)는, 제1 배관(42a)과 제4 배관(42d)을 접속하는 제5 배관(128)을 갖는다. 또한, 도 18에서는 생략하고 있지만, 열 매체 유통부(124)는, 열 매체 유통부(42)와 마찬가지로, 제2 배관(42b), 제3 배관(42c), 펌프(42e), 및 열 매체 유량 제어부(42f)를 갖는다. 열 매체 유통부(124)는, 제5 배관(128)에 의해 제1 배관(42a)과 제4 배관(42d)이 접속됨으로써, 열 매체 순환 라인으로서 기능한다.
제5 배관(128)은, 밀폐 용기(123)의 외주를 따라서 마련된 전열관이다. 제5 배관(128)에서 유통하는 열 매체는, 밀폐 용기(123)의 내부에 마련된 발열체(14)의 열에 의해 가열된다. 즉, 열 매체 순환 라인으로서의 열 매체 유통부(124)는, 제5 배관(128)에서 유통하는 열 매체를, 발열체(14)와의 열교환에 의해 가열시킨다.
열 이용 장치(122)는, 회수 라인(30)에 마련된 제1 열교환기(129)를 갖는다. 제1 열교환기(129)는, 발열체(14)의 열에 의해 가열되어 회수 라인(30)에서 유통하는 수소계 가스와의 사이에서 열교환을 행한다. 제1 열교환기(129)는, 예를 들어, 물이 유통하는 배관에 의해 형성되어 있고, 물과 수소계 가스를 열교환한다. 배관에서 유통하는 물은, 회수 라인(30)에서 유통하는 수소계 가스의 열에 의해 가열되어, 온수나 증기로서 난방 등 다양한 용도로 이용된다. 즉, 발열체(14)를 투과한 수소계 가스는, 발열체(14)에 의해 가열되는 열 매체로서의 기능을 갖고, 열 에너지를 얻기 위한 열원으로서 이용된다. 또한, 열 이용 장치(122)는, 제1 열교환기(129) 대신에 열전 변환기(47)를 마련함으로써, 회수 라인(30)에서 유통하는 수소계 가스의 열을 전력으로 변환해도 된다.
이상과 같이, 열 이용 시스템(120)은, 밀폐 용기(123)의 외주를 따라서 마련된 전열관으로서의 제5 배관(128)을 가짐으로써, 제5 배관(128)에서 유통하는 열 매체에 발열체(14)의 열이 전달되므로, 상기 실시 형태의 열 이용 시스템(10)과 마찬가지의 작용 효과를 갖는다.
열 이용 시스템(120)은, 제1 열교환기(129)를 가짐으로써, 열 매체를 열원으로서 이용하는 것에 추가로, 발열체(14)의 열에 의해 가열된 수소계 가스를 열원으로서 이용하므로, 에너지 효율이 우수하다.
[제10 변형예]
도 19에 도시하는 바와 같이, 열 이용 시스템(130)은, 발열 장치(131)와 열 이용 장치(122)를 구비한다. 발열 장치(131)는, 발열체(14) 대신에 발열체(90)를 구비하는 것이 상기 제9 변형예의 발열 장치(121)와는 다르다.
열 이용 시스템(130)은, 밀폐 용기(123)의 외주를 따라서 마련된 전열관으로서의 제5 배관(128)을 가짐으로써, 제5 배관(128)에서 유통하는 열 매체에 발열체(90)의 열이 전달되므로, 상기 실시 형태의 열 이용 시스템(10)과 마찬가지의 작용 효과를 갖는다.
열 이용 시스템(130)은, 제1 열교환기(129)를 가짐으로써, 열 매체를 열원으로서 이용하는 것에 추가로, 발열체(90)의 열에 의해 가열된 수소계 가스를 열원으로서 이용하므로, 에너지 효율이 우수하다.
[제11 변형예]
도 20에 도시하는 바와 같이, 열 이용 시스템(135)은, 발열 장치(136)와 열 이용 장치(12)를 구비한다. 발열 장치(136)는, 온도 조절부(도시 없음)의 히터(137)의 배치가 상기 실시 형태의 발열 장치(11)와는 다르다. 온도 조절부(도시 없음)는 온도 센서(16a)와, 히터(137)와, 출력 제어부로서의 제어부(18)에 의해 형성된다.
히터(137)는, 도입 라인(29)에 마련되어 있고, 도입 라인(29)에서 유통하는 수소계 가스를 가열함으로써, 발열체(14)를 가열한다. 히터(137)는, 전원(26)과 전기적으로 접속되어 있어, 전원(26)으로부터 전력이 입력됨으로써 발열한다. 전원(26)은, 제어부(18)에 의해 입력 전력이 제어된다. 제어부(18)는, 온도 센서(16a)가 검출한 온도에 기초하여, 히터(137)에 대한 입력 전력을 조절함으로써, 발열체(14)를 발열에 적정한 온도로 유지한다.
열 이용 시스템(135)은, 도입 라인(29)에 마련된 히터(137)를 가짐으로써, 가열된 수소계 가스에 의해 발열체(14)를 가열하여, 발열체(14)를 발열에 적정한 온도로 유지할 수 있으므로, 상기 실시 형태의 열 이용 시스템(10)과 마찬가지의 작용 효과를 갖는다.
[제12 변형예]
도 21에 도시하는 바와 같이, 열 이용 시스템(140)은, 발열 장치(141)와 열 이용 장치(12)를 구비한다. 발열 장치(141)는, 발열체(14) 대신에 발열체(90)를 구비하는 것이 상기 제11 변형예의 발열 장치(136)와는 다르다. 온도 센서(16a)는, 예를 들어 발열체(90)의 외면에 마련된다. 온도 센서(16a)는, 도 21에서는 발열체(90)의 타단부에 마련되어 있지만, 발열체(90)의 일단부에 마련해도 되고, 발열체(90)의 일단부와 타단부 사이에 적절히 마련해도 된다.
열 이용 시스템(140)은, 도입 라인(29)에 마련된 히터(137)를 가짐으로써, 가열된 수소계 가스에 의해 발열체(90)를 가열하여, 발열체(90)를 발열에 적정한 온도로 유지할 수 있으므로, 상기 실시 형태의 열 이용 시스템(10)과 마찬가지의 작용 효과를 갖는다.
[제13 변형예]
도 22에 도시하는 바와 같이, 열 이용 시스템(145)은, 발열 장치(146)와 열 이용 장치(147)를 구비한다. 발열 장치(146)는, 도입 라인(29)에 히터(137)가 마련되고, 밀폐 용기(15)의 내부에 노즐부(148)가 배치되어 있다.
노즐부(148)는, 도입구(23)와 발열체(14) 사이에 마련되어 있다. 노즐부(148)는, 도입구(23)를 통하여 도입 라인(29)과 접속한다. 노즐부(148)는, 도입 라인(29)에서 유통하여 필터(31)에 의해 불순물이 제거된 수소계 가스를, 노즐 선단에 마련된 분사구로부터 분사한다. 노즐 선단과 발열체(14)의 표면 간의 거리는, 예를 들어 1 내지 2㎝로 된다. 노즐 선단의 방향은, 발열체(14)의 표면에 대하여 수직인 방향으로 된다. 이에 의해, 노즐부(148)는, 발열체(14)의 한쪽 면인 표면 전역에 수소계 가스를 분사한다. 또한, 노즐 선단과 발열체(14)의 표면 간의 거리 또는 노즐 선단의 방향은, 노즐 선단으로부터 보내진 수소계 가스가 발열체(14)의 표면 전역에 분사되는 거리 또는 방향으로 하는 것이 바람직하다.
열 이용 장치(147)는, 제1 열교환기(129)와, 비투과 가스 회수 라인(149)과, 제2 열교환기(150)를 갖는다. 제1 열교환기(129)의 설명은 생략하고, 비투과 가스 회수 라인(149)과 제2 열교환기(150)에 대하여 설명한다.
비투과 가스 회수 라인(149)은, 제1 실(21)에 마련된 비투과 가스 회수구(151)와 접속하고 있고, 제1 실(21)에 도입된 수소계 가스 중 발열체(14)를 투과하지 않은 비투과 가스를 회수한다. 비투과 가스 회수 라인(149)은, 버퍼 탱크(28)와 접속하고 있고, 회수한 비투과 가스를 버퍼 탱크(28)로 복귀시킨다. 비투과 가스 회수구(151)는, 도입구(23)와 나란히 마련되어 있다.
제1 실(21)에 도입된 수소계 가스는, 발열체(14)의 열에 의해 가열된다. 가열된 수소계 가스의 일부는, 발열체(14)를 투과하여, 회수 라인(30)에 회수된다. 회수 라인(30)에 회수된 수소계 가스는, 제1 열교환기(129) 간에 열교환이 행하여져, 버퍼 탱크(154), 압력 조정 밸브(32)를 거쳐서, 버퍼 탱크(28)로 복귀된다.
제1 실(21)에 도입되어, 발열체(14)의 열에 의해 가열된 수소계 가스 중, 발열체(14)를 투과하지 않은 나머지 일부는, 비투과 가스로서 비투과 가스 회수 라인(149)에 회수된다. 비투과 가스는, 비투과 가스 회수 라인(149)에서 유통하여 버퍼 탱크(28)로 복귀되고, 도입 라인(29)에서 유통하고, 수소계 가스로서 제1 실(21)에 다시 도입된다. 즉, 비투과 가스 회수 라인(149)은, 제1 실(21)과 도입 라인(29)을 접속하여, 도입 라인(29)으로부터 제1 실(21)에 도입된 수소계 가스 중 발열체(14)를 투과하지 않은 비투과 가스를 회수하여 도입 라인(29)으로 복귀시킨다.
비투과 가스 회수 라인(149)은, 비투과 가스 유량 제어부(152)와 순환 펌프(153)를 갖는다. 비투과 가스 유량 제어부(152)는, 조정 밸브로서 예를 들어 배리어블 누출 밸브를 갖는다. 비투과 가스 유량 제어부(152)는, 온도 센서(16a)가 검출한 온도에 기초하여 비투과 가스의 유량의 제어를 행한다. 예를 들어, 비투과 가스 유량 제어부(152)는, 온도 센서(16a)에 의해 검출된 발열체(14)의 온도가 발열체(14)의 발열에 적정한 온도 범위의 상한 온도를 초과하는 경우, 비투과 가스의 순환 유량을 증가시킨다. 비투과 가스 유량 제어부(152)는, 온도 센서(16a)에 의해 검출된 발열체(14)의 온도가 발열체(14)의 발열에 적정한 온도 범위의 하한 온도에 미치지 못하는 경우, 비투과 가스의 유량을 저감시킨다. 이와 같이, 비투과 가스 유량 제어부(152)는, 비투과 가스의 순환 유량을 증감시킴으로써, 발열체(14)를 발열에 적정한 온도로 유지한다.
순환 펌프(153)는, 제1 실(21)의 비투과 가스를 비투과 가스 회수구(151)로부터 회수하여 버퍼 탱크(28)로 보낸다. 순환 펌프(153)로서는, 예를 들어 메탈 벨로우즈 펌프가 사용된다. 순환 펌프(153)는, 제어부(18)와 전기적으로 접속되어 있다.
제2 열교환기(150)는, 비투과 가스 회수 라인(149)에 마련되고, 발열체(14)의 열에 의해 가열된 비투과 가스와의 사이에서 열교환을 행한다. 제2 열교환기(150)는, 예를 들어 제1 열교환기(129)와 마찬가지로, 물이 유통하는 배관에 의해 형성되어 있고, 물과 수소계 가스를 열교환한다. 배관에서 유통하는 물은, 비투과 가스 회수 라인(149)에서 유통하는 비투과 가스의 열에 의해 가열되어, 온수나 증기로서 난방 등 다양한 용도로 이용된다. 즉, 발열체(14)를 투과하지 않은 비투과 가스는, 발열체(14)에 의해 가열되는 열 매체로서의 기능을 갖고, 열 에너지를 얻기 위한 열원으로서 사용된다. 제2 열교환기(150) 대신에 열전 변환기(47)를 마련함으로써, 수소계 가스의 열을 전력으로 변환해도 된다.
열 이용 시스템(145)은, 비투과 가스 회수 라인(149)을 가짐으로써, 발열체(14)의 열에 의해 가열된 비투과 가스를 열원으로서 이용하므로, 상기 실시 형태의 열 이용 시스템(10)과 마찬가지의 작용 효과를 갖는다. 특히, 열 이용 시스템(145)은, 제1 열교환기(129)와 제2 열교환기(150)를 가짐으로써, 발열체(14)를 투과한 수소계 가스와, 발열체(14)를 투과하지 않은 비투과 가스를 열원으로서 이용하므로, 에너지 효율이 우수하다.
열 이용 시스템(145)은, 노즐부(148)를 가짐으로써, 불순물 제거 후의 수소계 가스가 발열체(14)의 표면에 직접 분사된다. 이에 의해, 열 이용 시스템(145)에서는, 발열체(14)의 표면 및 주변의 불순물이 불려 날리고, 또한, 필터(31)에 의해 불순물이 제거된 후레쉬한 수소계 가스에 의해 형성된 분위기 하에 발열체(14)의 표면이 배치되므로, 과잉열의 고출력화가 도모된다.
[제14 변형예]
도 23에 도시하는 바와 같이, 열 이용 시스템(155)은, 발열 장치(156)와 열 이용 장치(147)를 구비한다. 발열 장치(156)는, 발열체(14) 대신에 발열체(90)를 구비하고, 밀폐 용기(15)의 내부에 노즐부(158)를 배치한 것이다. 이 예에서는, 설치관(97)에 대하여 도입구(23)와 비투과 가스 회수구(151)가 나란히 마련된다.
노즐부(158)는, 도입구(23)와 발열체(90) 사이에 마련되어 있고, 일단부가 도입구(23)와 접속하고, 타단부가 발열체(90)의 타단부까지 연장되어 있다. 노즐부(158)는, 도입구(23)를 통하여 도입 라인(29)과 접속한다.
도 24에 도시하는 바와 같이, 노즐부(158)는, 발열체(90)의 축방향으로 배열된 복수의 분사구(159)를 갖는다. 노즐부(158)는, 복수의 분사구(159)로부터 발열체(90)의 내면 전역에 수소계 가스를 분사한다. 복수의 분사구(159)는, 등간격으로 배열되는 것이 바람직하다. 복수의 분사구(159)를 등간격으로 배열함으로써, 발열체(90)의 내면 전역에 균일하게 수소계 가스가 분사된다. 분사구(159)의 수나 직경은 적절히 변경해도 된다.
열 이용 시스템(155)은, 비투과 가스 회수 라인(149)을 가짐으로써, 발열체(90)의 열에 의해 가열된 비투과 가스를 열원으로서 이용하므로, 상기 실시 형태의 열 이용 시스템(10)과 마찬가지의 작용 효과를 갖는다. 특히, 열 이용 시스템(155)은, 제1 열교환기(129)와 제2 열교환기(150)를 가짐으로써, 발열체(90)를 투과한 수소계 가스와, 발열체(90)를 투과하지 않은 비투과 가스를 열원으로서 이용하므로, 에너지 효율이 우수하다.
열 이용 시스템(155)은, 노즐부(158)를 가짐으로써, 발열체(90)의 내면 및 주변의 불순물이 불려 날리고, 또한, 발열체(90)의 내부가, 필터(31)에 의해 불순물이 제거된 후레쉬한 수소계 가스에 의해 형성된 분위기를 포함하므로, 과잉열의 고출력화가 도모된다.
[제15 변형예]
도 25는, 양단이 개구한 통 형상의 발열체(160)의 단면도이다. 발열체(160)는, 지지체(161)와 다층막(162)을 갖는다. 지지체(161)는, 다공질체, 수소 투과막, 및 프로톤 도전체 중 적어도 어느 것에 의해 형성되어 있다. 다층막(162)은, 수소 흡장 금속 또는 수소 흡장 합금에 의해 형성되고, 두께가 1000㎚ 미만인 제1 층(도시 없음)과, 제1 층과는 다른 수소 흡장 금속, 수소 흡장 합금, 또는 세라믹스에 의해 형성되고, 두께가 1000㎚ 미만인 제2 층(도시 없음)을 갖는다. 발열체(160)의 제조 방법은, 양단이 개구한 통 형상의 지지체(161)를 준비하는 것 이외에는 발열체(90)의 제조 방법과 동일하므로 설명을 생략한다. 또한, 발열체(160)는, 도 25에서는 양단이 개구한 원통 형상으로 형성되어 있으나, 양단이 개구한 각통 형상으로 형성해도 된다.
도 26에 도시하는 바와 같이, 열 이용 시스템(165)은, 발열 장치(166)와 열 이용 장치(147)를 구비한다. 발열 장치(166)는, 발열체(90) 대신에 발열체(160)를 구비하는 것이 상기 제14 변형예의 발열 장치(156)와는 다르다.
발열체(160)는, 양단에 설치관(97)이 마련되어 있다. 발열체(160)의 일단부에 마련된 설치관(97)은, 도입 라인(29)과 접속하고 있다. 발열체(160)의 타단부에 마련된 설치관(97)은, 비투과 가스 회수 라인(149)과 접속하고 있다. 즉, 발열체(160)는, 일단부가 도입 라인(29)과 접속하고, 타단부가 비투과 가스 회수 라인(149)과 접속한다. 따라서, 열 이용 시스템(165)은, 상기 제14 변형예의 열 이용 시스템(155)과 마찬가지의 작용 효과를 갖는다.
[제16 변형예]
상기 실시 형태 및 상기 각 변형예에서는, 수소 순환 라인에 의해, 제1 실에 수소계 가스를 도입하고, 제2 실로부터 수소계 가스를 회수함으로써, 제1 실과 제2 실 간에 수소의 압력차를 발생시키고 있지만, 제16 변형예에서는, 수소 순환 라인을 사용하는 대신, 수소 흡장 금속 또는 수소 흡장 합금을 사용하여, 수소의 흡장 및 방출을 이용하여 제1 실과 제2 실 간에 수소의 압력차를 발생시킨다.
도 27에 도시하는 바와 같이, 열 이용 시스템(170)은, 발열 장치(171)와 열 이용 장치(122)를 구비한다. 발열 장치(171)는, 발열체(14)와, 밀폐 용기(173)와, 제1 수소 흡장 방출부(174)와, 제2 수소 흡장 방출부(175)와, 제1 온도 센서(176)와, 제2 온도 센서(177)와, 제1 히터(178)와, 제2 히터(179)와, 제1 압력계(180)와, 제2 압력계(181)와, 수소 압력 제어부(182)를 구비한다. 발열체(14)에 대해서는 설명을 생략한다. 또한, 열 이용 시스템(170)은, 도시하지 않은 출력 제어부로서의 제어부를 더 구비한다. 이 출력 제어부로서의 제어부와, 제1 온도 센서(176)와, 제2 온도 센서(177)와, 제1 히터(178)와, 제2 히터(179)에 의해, 온도 조절부(도시 없음)가 형성된다. 온도 조절부는, 발열체(14)의 온도를 조절하여, 발열에 적정한 온도로 유지한다.
밀폐 용기(173)는, 발열체(14)에 의해 칸막이된 제1 실(184) 및 제2 실(185)을 갖는다. 제1 실(184)과 제2 실(185)은, 후술하는 수소 압력 제어부(182)에 의해 전환 제어가 행해짐으로써 수소의 압력이 다르다. 제1 실(184)은, 발열체(14)의 표면과 밀폐 용기(173)의 내면에 의해 형성되어 있다. 제2 실(185)은, 발열체(14)의 이면과 밀폐 용기(173)의 내면에 의해 형성되어 있다. 도 27에는 도시하고 있지 않지만, 밀폐 용기(173)에는, 예를 들어 열 이용 시스템(170)의 작동 시에 수소계 가스를 도입하기 위한 도입 라인과, 열 이용 시스템(170)의 정지 시에 수소계 가스를 배기하기 위한 배기 라인 등이 접속하고 있다.
제1 수소 흡장 방출부(174)는, 제1 실(184)에 마련되어 있다. 제1 수소 흡장 방출부(174)는, 수소 흡장 금속 또는 수소 흡장 합금에 의해 형성되어 있다. 제1 수소 흡장 방출부(174)는, 수소의 흡장 및 방출을 행한다. 제1 수소 흡장 방출부(174)의 수소 흡장 및 방출은, 후술하는 수소 압력 제어부(182)에 의해 순차 전환된다.
제2 수소 흡장 방출부(175)는, 제2 실(185)에 마련되어 있다. 제2 수소 흡장 방출부(175)는, 수소 흡장 금속 또는 수소 흡장 합금에 의해 형성되어 있다. 제2 수소 흡장 방출부(175)는, 수소의 흡장 및 방출을 행한다. 제2 수소 흡장 방출부(175)의 수소 흡장 및 방출은, 후술하는 수소 압력 제어부(182)에 의해 순차 전환된다.
제1 온도 센서(176)는, 제1 수소 흡장 방출부(174)에 마련되어 있고, 제1 수소 흡장 방출부(174)의 온도를 검출한다. 제2 온도 센서(177)는, 제2 수소 흡장 방출부(175)에 마련되어 있고, 제2 수소 흡장 방출부(175)의 온도를 검출한다.
제1 히터(178)는, 제1 수소 흡장 방출부(174)에 마련되어 있고, 제1 수소 흡장 방출부(174)를 가열한다. 제1 히터(178)는, 전원(187)과 전기적으로 접속되어 있어, 전원(187)으로부터 전력이 입력됨으로써 발열한다. 제2 히터(179)는, 제2 수소 흡장 방출부(175)에 마련되어 있고, 제2 수소 흡장 방출부(175)를 가열한다. 제2 히터(179)는, 전원(188)과 전기적으로 접속되어 있어, 전원(188)으로부터 전력이 입력됨으로써 발열한다.
제1 압력계(180)는, 제1 실(184)의 내부에 마련되어 있고, 제1 실(184)의 수소 압력을 검출한다. 제2 압력계(181)는, 제2 실(185)의 내부에 마련되어 있고, 제2 실(185)의 수소 압력을 검출한다.
수소 압력 제어부(182)는, 제1 온도 센서(176), 제2 온도 센서(177), 제1 압력계(180), 제2 압력계(181), 전원(187) 및 전원(188)과 전기적으로 접속되어 있다.
수소 압력 제어부(182)는, 제1 온도 센서(176)가 검출한 온도에 기초하여, 제1 수소 흡장 방출부(174)의 온도 제어를 행한다. 수소 압력 제어부(182)는, 전원(187)을 ON으로 하고, 제1 히터(178)에 대한 입력 전력을 조절함으로써, 제1 수소 흡장 방출부(174)를 소정의 온도까지 가열한다. 또한, 수소 압력 제어부(182)는, 전원(187)을 OFF로 함으로써, 제1 수소 흡장 방출부(174)를 냉각한다. 또한, 도시하지 않은 냉각 장치를 사용하여 제1 수소 흡장 방출부(174)를 냉각해도 된다.
수소 압력 제어부(182)는, 제2 온도 센서(177)가 검출한 온도에 기초하여, 제2 수소 흡장 방출부(175)의 온도 제어를 행한다. 수소 압력 제어부(182)는, 전원(188)을 ON으로 하고, 제2 히터(179)에 대한 입력 전력을 조절함으로써, 제2 수소 흡장 방출부(175)를 소정의 온도까지 가열한다. 또한, 수소 압력 제어부(182)는, 전원(188)을 OFF로 함으로써, 제2 수소 흡장 방출부(175)를 냉각한다. 또한, 도시하지 않은 냉각 장치를 사용하여 제2 수소 흡장 방출부(175)를 냉각해도 된다.
수소 압력 제어부(182)는, 제1 실(184)의 수소 압력을 제2 실(185)의 수소 압력보다도 높게 하는 제1 모드와, 제2 실(185)의 수소 압력을 제1 실(184)의 수소 압력보다도 높게 하는 제2 모드를 갖는다.
도 28에 도시하는 바와 같이, 수소 압력 제어부(182)는, 제1 모드에서는, 제1 수소 흡장 방출부(174)를 제1 히터(178)에 의해 가열하고, 또한, 제2 수소 흡장 방출부(175)를 냉각한다. 제1 수소 흡장 방출부(174)는, 가열됨으로써 수소를 방출한다. 제1 실(184)은, 제1 수소 흡장 방출부(174)로부터 수소가 방출됨으로써 승압된다. 한편, 제2 수소 흡장 방출부(175)는, 냉각됨으로써 수소를 흡장시킨다. 제2 실(185)은, 제2 수소 흡장 방출부(175)에 수소가 흡장함으로써 감압된다. 이 결과, 제1 실(184)의 수소 압력은, 제2 실(185)의 수소 압력보다도 높게 된다. 제1 실(184)과 제2 실(185) 간에 발생하는 수소의 압력차에 의해, 제1 실(184)의 수소는, 발열체(14)를 투과하여, 제2 실(185)로 이동한다. 발열체(14)는, 수소가 투과함으로써 과잉열을 발생시킨다.
도 29에 도시하는 바와 같이, 수소 압력 제어부(182)는, 제2 모드에서는, 제1 수소 흡장 방출부(174)를 냉각하고, 또한, 제2 수소 흡장 방출부(175)를 제2 히터(179)에 의해 가열한다. 제1 수소 흡장 방출부(174)는, 냉각됨으로써 수소를 흡장시킨다. 제1 실(184)은, 제1 수소 흡장 방출부(174)에 수소가 흡장함으로써 감압된다. 한편, 제2 수소 흡장 방출부(175)는, 가열됨으로써 수소를 방출한다. 제2 실(185)은, 제2 수소 흡장 방출부(175)로부터 수소가 방출됨으로써 승압된다. 이 결과, 제2 실(185)의 수소 압력은, 제1 실(184)의 수소 압력보다도 높게 된다. 제1 실(184)과 제2 실(185) 간에 발생하는 수소의 압력차에 의해, 제2 실(185)의 수소는, 발열체(14)를 투과하여, 제1 실(184)로 이동한다. 발열체(14)는, 수소가 투과함으로써 과잉열을 발생시킨다.
수소 압력 제어부(182)는, 제1 모드와 제2 모드를 전환하는 전환 제어를 행한다. 전환 제어의 일례를 설명한다. 수소 압력 제어부(182)는, 제1 모드 중에, 제1 압력계(180)에 의해 검출된 압력이 소정의 역치 이하로 된 경우에, 제1 모드로부터 제2 모드로 전환된다. 수소 압력 제어부(182)는, 제2 모드 중에, 제2 압력계(181)에 의해 검출된 압력이 소정의 압력 이하로 된 경우에, 제2 모드로부터 제1 모드로 전환된다. 수소 압력 제어부(182)는, 제1 모드와 제2 모드의 전환 제어를 행함으로써, 수소가 발열체(14)를 투과하는 방향을 전환하여, 발열체(14)의 과잉열의 발생을 단속적으로 지속시킨다. 따라서, 열 이용 시스템(170)은, 상기 실시 형태의 열 이용 시스템(10)과 마찬가지의 작용 효과를 갖는다. 또한, 열 이용 시스템(170) 및 발열 장치(171)는, 수소 순환 라인을 사용하지 않고 제1 실과 제2 실 간에 수소의 압력차를 발생시킬 수 있으므로 소형화가 도모된다.
[제17 변형예]
상기 실시 형태 및 상기 각 변형예의 열 이용 시스템에서는 1개의 발열체를 사용하고 있지만, 발열체는 복수 사용해도 된다.
도 30에 도시하는 바와 같이, 열 이용 시스템(190)은, 발열 장치(191)와 열 이용 장치(192)를 구비한다. 열 이용 장치(192)는, 격납 용기(41)와, 열 매체 유통부(42)와, 비투과 가스 회수 라인(149)을 갖는다.
발열 장치(191)는, 복수의 발열체(14)와, 복수의 발열체(14)를 수용하는 밀폐 용기(193) 등을 구비한다. 복수의 발열체(14)는, 판상으로 형성되어 있다. 복수의 발열체(14)는, 면끼리가 대면하도록 서로 간극을 마련하여 배열되어 있다. 이 예에서는, 6개의 발열체(14)가 밀폐 용기(193)의 내부에 배열되어 있다(도 30 및 도 31 참조). 밀폐 용기(193)의 외주에는 온도 조절부(도시 없음)의 히터(16b)가 마련되어 있다. 히터(16b)는, 도시하지 않은 전원으로부터 전력이 입력됨으로써, 복수의 발열체(14)를 가열한다.
밀폐 용기(193)에는, 복수의 도입구(23)와, 복수의 회수구(24)와, 복수의 비투과 가스 회수구(151)가 마련되어 있다. 도입구(23)는, 비투과 가스 회수구(151)와 대향하는 위치에 배치되어 있다. 회수구(24)와 비투과 가스 회수구(151)는, 복수의 발열체(14)의 배열 방향으로 교호로 배치되어 있다. 복수의 도입구(23)는, 예를 들어 가스 도입용 분기관(도시 없음)을 사용하여 도입 라인(29)과 접속된다. 복수의 회수구(24)는, 예를 들어 가스 도입용 분기관(도시 없음)을 사용하여 회수 라인(30)과 접속된다.
밀폐 용기(193)는, 복수의 발열체(14)에 의해 칸막이된 복수의 제1 실(194) 및 복수의 제2 실(195)을 갖는다. 제1 실(194)과 제2 실(195)은, 복수의 발열체(14)의 배열 방향으로 교호로 배치되어 있다. 제1 실(194)은 도입구(23)와 비투과 가스 회수구(151)를 갖는다. 제2 실(195)은 회수구(24)를 갖는다. 제1 실(194)은, 수소계 가스가 도입됨으로써 승압된다. 제2 실(195)은, 수소계 가스가 회수됨으로써 감압된다. 이에 의해, 제1 실(194)의 수소 압력은, 제2 실(195)의 수소 압력보다도 높게 된다.
도 31에 도시하는 바와 같이, 제1 실(194)과 제2 실(195) 간에 발생하는 수소의 압력차에 의해, 제1 실(194)에 도입된 수소계 가스의 일부는, 발열체(14)를 투과하여, 제2 실(195)로 이동하여, 회수 라인(30)에 회수된다. 한편, 제1 실(194)에 도입된 수소계 가스 중, 발열체(14)를 투과하지 않은 비투과 가스는, 비투과 가스 회수 라인(149)에 회수된다. 각 발열체(14)는, 수소계 가스가 투과함으로써, 각각 과잉열을 발생시킨다. 따라서, 열 이용 시스템(190)은, 복수의 발열체(14)를 구비함으로써 과잉열의 출력의 증대가 도모된다.
[제18 변형예]
상기 제17 변형예에서는, 발열체(14)를 투과하지 않은 비투과 가스를 비투과 가스 회수 라인(149)에서 회수하여 도입 라인(29)으로 복귀시킴으로써 비투과 가스의 순환을 행하는 것이지만, 제18 변형예에서는 비투과 가스의 순환을 행하지 않는다.
도 32에 도시하는 바와 같이, 열 이용 시스템(200)은, 발열 장치(201)와 열 이용 장치(12)를 구비한다. 발열 장치(201)는, 복수의 발열체(14)와, 복수의 발열체(14)를 수용하는 밀폐 용기(202) 등을 구비한다. 밀폐 용기(202)는, 복수의 도입구(23)와 복수의 회수구(24)가 마련되어 있고, 비투과 가스 회수구(151)가 마련되어 있지 않은 것이 상기 제17 변형예의 밀폐 용기(193)와는 다르다.
제1 실(194)에 도입된 수소계 가스는, 발열체(14)를 투과하여, 제2 실(195)로 이동하여, 회수 라인(30)에 회수된다. 각 발열체(14)는, 수소계 가스가 투과함으로써, 각각 과잉열을 발생시킨다. 따라서, 열 이용 시스템(200)은, 상기 제17 변형예와 마찬가지로, 복수의 발열체(14)를 구비함으로써 과잉열의 출력의 증대가 도모된다.
[제19 변형예]
도 33에 도시하는 바와 같이, 열 이용 시스템(205)은, 발열 장치(206)와 열 이용 장치(12)를 구비한다. 발열 장치(206)는, 복수의 발열체(90)와, 복수의 발열체(90)를 수용하는 밀폐 용기(207) 등을 구비한다. 이 예에서는, 바닥이 있는 통 형상으로 형성된 9개의 발열체(90)가 밀폐 용기(207)의 내부에 배치되어 있다(도 34 참조). 발열체(90)는, 설치관(97)을 통하여, 밀폐 용기(207)에 설치되어 있다. 밀폐 용기(207)에는, 복수의 도입구(23)와 1개의 회수구(24)가 마련되어 있다. 밀폐 용기(207)의 외주에는 온도 조절부(도시 없음)의 히터(16b)가 마련되어 있다. 히터(16b)는, 도시하지 않은 전원으로부터 전력이 입력됨으로써, 복수의 발열체(90)를 가열한다.
도 34에 도시하는 바와 같이, 발열 장치(206)는, 가스 도입용 분기관(208)을 더 구비한다. 가스 도입용 분기관(208)은, 일단부가 도입 라인(29)과 접속하고, 타단부가 분기하여 복수의 도입구(23)와 접속한다. 가스 도입용 분기관(208)과 복수의 도입구(23)는 착탈 가능하다. 가스 도입용 분기관(208)은, 도입 라인(29)에서 유통하는 수소계 가스를 복수의 도입구(23)에 안내한다. 가스 도입용 분기관(208)의 분지수는, 사용하는 발열체(90)의 수에 따라서 적절히 설계해도 된다.
밀폐 용기(207)는, 복수의 제1 실(209)과, 1개의 제2 실(210)을 갖는다(도 33 참조). 복수의 제1 실(209)은, 수소계 가스가 도입됨으로써 승압된다. 제2 실(210)은, 수소계 가스가 회수됨으로써 감압된다. 이에 의해, 복수의 제1 실(209)의 수소 압력은, 제2 실(210)의 수소 압력보다도 높게 된다. 제1 실(209)과 제2 실(210) 간에 발생하는 수소의 압력차에 의해, 제1 실(209)에 도입된 수소계 가스는, 발열체(14)를 투과하여, 제2 실(210)로 이동하여, 회수 라인(30)에 회수된다. 각 발열체(90)는, 수소계 가스가 투과함으로써, 각각 과잉열을 발생시킨다. 따라서, 열 이용 시스템(205)은, 복수의 발열체(90)를 구비함으로써 과잉열의 출력의 증대가 도모된다.
[제20 변형예]
상기 제19 변형예에서는 밀폐 용기(207)의 외주에 마련된 히터(16b)를 사용하여 복수의 발열체(90)의 온도 조절을 일괄적으로 행하고 있지만, 제20 변형예에서는, 발열체(90)별로 독립적으로 온도의 조절을 행한다.
도 35에 도시하는 바와 같이, 열 이용 시스템(215)은, 발열 장치(216)와 열 이용 장치(12)를 구비한다. 발열 장치(216)는, 복수의 발열체(90)와, 밀폐 용기(207)와, 가스 도입용 분기관(208)과, 복수의 온도 센서(217)와, 복수의 히터(218)와, 제어부(18)와, 전원(도시 없음)을 구비한다.
온도 센서(217)는, 발열체(90)에 마련되어 있다. 1개의 발열체(90)에 1개의 온도 센서(217)가 마련된다. 즉, 1개의 온도 센서(217)에 의해 1개의 발열체(90)의 온도를 검출한다. 복수의 온도 센서(217)는, 제어부(18)와 전기적으로 접속되어 있어, 검출한 각 발열체(90)의 온도에 대응하는 신호를 제어부(18)로 출력한다.
히터(218)는, 가스 도입용 분기관(208)이 분기한 타단부에 마련되어 있다. 복수의 히터(218)는, 전원(도시 없음)과 전기적으로 접속되어 있다. 히터(218)는, 전원으로부터 전력이 입력됨으로써 발열한다.
제어부(18)는, 각 온도 센서(217)가 검출한 온도에 기초하여, 각 히터(218)의 출력의 제어를 독립적으로 행한다. 따라서, 열 이용 시스템(215)은, 발열체(90)별로 독립적으로 온도의 조절이 행하여져, 복수의 발열체(90)가 발열에 적정한 온도로 유지되므로, 과잉열의 출력의 안정화가 도모된다.
[제21 변형예]
도 36에 도시하는 바와 같이, 열 이용 시스템(220)은, 발열 장치(221)와 열 이용 장치(12)를 구비한다. 발열 장치(221)는, 복수의 발열 셀(222)과, 가스 도입용 분기관(208)과, 가스 회수용 분기관(224)과, 수소 순환 라인(17)과, 제어부(도시 없음)와, 전원(도시 없음) 등을 구비한다. 발열 셀(222)은, 발열체(90), 밀폐 용기(225), 가스 도입부(226), 가스 배출부(227), 온도 센서(228), 및 히터(229)가 1개의 유닛으로서 모듈화된 것이다. 제어부(도시 없음)는 온도 센서(228), 히터(229), 전원(도시 없음)과 전기적으로 접속되어 있어, 온도 센서(228)가 검출한 온도에 기초하여, 히터(229)의 출력의 제어를 행한다. 제어부는, 발열 셀(222)마다, 히터(229)에 대한 입력 전력을 조절함으로써, 각 발열체(90)를 발열에 적정한 온도로 유지한다.
도 37에 도시하는 바와 같이, 가스 도입용 분기관(208)은, 일단부가 수소 순환 라인(17)의 도입 라인(29)과 접속하고, 타단부가 분기하여 복수의 발열 셀(222)의 가스 도입부(226)와 접속한다. 가스 도입용 분기관(208)과 가스 도입부(226)는 착탈 가능하다. 가스 회수용 분기관(224)은, 일단부가 수소 순환 라인(17)의 회수 라인(30)과 접속하고, 타단부가 분기하여 복수의 발열 셀(222)의 가스 배출부(227)와 접속한다. 가스 회수용 분기관(224)과 가스 배출부(227)는 착탈 가능하다. 가스 도입용 분기관(208)의 분지수와 가스 회수용 분기관(224)의 분지수는, 사용하는 발열 셀(222)의 수에 따라서 적절히 설계해도 된다.
도 36 및 도 37을 사용하여 발열 셀(222)의 각 구성에 대하여 설명한다. 밀폐 용기(225)는, 통 형상으로 형성된 중공의 용기이며, 발열체(90)를 수용한다. 가스 도입부(226)는, 밀폐 용기(225)의 축방향의 일단부에 마련되어 있다. 가스 도입부(226)는, 가스 도입용 분기관(208)을 통하여 도입 라인(29)과 접속한다. 가스 도입부(226)는, 도입 라인(29)에서 유통하는 수소계 가스를 밀폐 용기(225)의 내부에 도입한다. 가스 배출부(227)는, 밀폐 용기(225)의 축방향의 타단부에 마련되어 있다. 가스 배출부(227)는, 가스 회수용 분기관(224)을 통하여 회수 라인(30)과 접속한다. 가스 배출부(227)는, 밀폐 용기(225)의 내부의 수소계 가스를 회수 라인(30)으로부터 밀폐 용기(225)의 외부로 배출한다. 온도 센서(228)는, 밀폐 용기(225)의 내부에 마련되어 있고, 발열체(90)의 온도를 검출한다. 히터(229)는, 가스 도입부(226)에 마련되어 있고, 가스 도입부(226)에서 유통하는 수소계 가스를 가열함으로써, 발열체(90)를 가열한다.
밀폐 용기(225)는, 발열체(90)에 의해 칸막이된 제1 실(231) 및 제2 실(232)을 갖는다(도 36 참조). 제1 실(231)은, 도입구(도시 없음)를 갖고, 수소계 가스가 도입됨으로써 승압된다. 제2 실(232)은, 회수구(도시 없음)를 갖고, 수소계 가스가 회수됨으로써 감압된다. 이에 의해, 제1 실(231)의 수소 압력은, 제2 실(232)의 수소 압력보다도 높게 된다. 제1 실(231)과 제2 실(232) 간에 발생하는 수소의 압력차에 의해, 제1 실(231)에 도입된 수소계 가스는, 발열체(90)를 투과하여, 제2 실(232)로 이동한다. 발열체(90)는, 수소계 가스가 투과함으로써 과잉열을 발생시킨다.
발열 셀(222)은, 밀폐 용기(225), 가스 도입부(226), 가스 배출부(227), 온도 센서(228), 및 히터(229)가 1개의 유닛으로서 모듈화된 것이며, 가스 도입용 분기관(208) 및 가스 회수용 분기관(224)을 통하여, 수소 순환 라인(17)과 착탈 가능하게 접속 가능하게 되어 있다. 따라서, 열 이용 시스템(220) 및 발열 장치(221)는, 용도에 따라서 발열 셀(222)의 수를 변경할 수 있으므로, 설계의 자유도가 우수하다.
[제22 변형예]
도 38에 도시하는 발열 장치(236)는, 상기 제21 변형예의 발열 장치(221)의 각 부재에 추가로, 복수의 유량 조정 밸브(237)를 더 구비한다. 복수의 유량 조정 밸브(237)는, 가스 도입용 분기관(208)에 마련되어 있다. 유량 조정 밸브(237)는, 예를 들어 배리어블 누출 밸브이다. 발열 장치(236)는, 1개의 발열 셀(222)에 대하여 1개의 유량 조정 밸브(237)를 구비함으로써, 발열 셀(222)마다 수소계 가스의 순환 유량을 제어할 수 있도록 한 것이다.
제어부(18)는, 발열 셀(222)마다 수소계 가스의 순환 유량을 조정함으로써, 발열체(90)의 온도를 발열에 적정한 온도로 유지하는 발열 제어를 행한다. 이하, 제어부(18)가 행하는 발열 제어의 일례를 설명한다.
온도 센서(228)에 의해 검출된 온도에 기초하여 발열 제어를 행하는 예를 설명한다. 발열 장치(236)의 작동이 개시되면, 제어부(18)는, 히터(229)에 대한 입력 전력과 유량 조정 밸브(237)의 개방도를 미리 정해진 초기 설정값으로 한다. 이에 의해, 발열체(90)의 온도는, 발열에 적정한 온도까지 상승한다.
제어부(18)는, 온도 센서(228)가 검출한 온도를 취득하고, 취득한 온도와 기준 온도를 비교한다. 기준 온도는, 발열체(90)가 과잉열을 발생시키지 않는다고 추정할 수 있는 온도이며, 제어부(18)에 미리 기억되어 있다. 예를 들어, 제어부(18)에는, 기준 온도로서, 히터(229)의 가열 온도가 기억되어 있다.
제어부(18)는, 온도 센서(228)로부터 취득한 온도가 기준 온도 이하인 경우, 과잉열이 발생하지 않았다고 판정한다. 제어부(18)는, 과잉열이 발생하지 않았다고 판정한 경우에는, 히터(229)에 대한 입력 전력과 유량 조정 밸브(237)의 개방도를 초기 설정값인채로 유지한다. 이에 의해, 과잉열이 발생하지 않은 발열체(90)에 대하여 과잉열의 발생을 촉진할 수 있다.
한편, 제어부(18)는, 온도 센서(228)로부터 취득한 온도가 기준 온도를 초과하는 경우, 과잉열이 발생하였다고 판정한다. 제어부(18)는, 과잉열이 발생하였다고 판정한 경우에는, 유량 조정 밸브(237)의 개방도를 크게 함으로써, 발열 셀(222)에 도입하는 수소계 가스의 순환 유량을 증대시킨다. 발열체(90)의 온도는, 과잉열이 발생함으로써, 발열에 적정한 온도보다도 높아진다. 발열체(90)는, 수소계 가스의 순환 유량이 증대함으로써 냉각되어, 발열에 적정한 온도로 되돌려진다. 이에 의해, 과잉열이 발생하고 있는 발열체(90)에 대하여 과잉열의 출력을 증대시킬 수 있다.
발열 장치(236)는, 발열 셀(222)마다 발열 제어를 행함으로써, 과잉열을 발하고 있지 않은 발열 셀(222)과, 과잉열을 발하고 있는 다른 발열 셀(222)이 있었을 때, 과잉열을 발하고 있는 발열 셀(222)의 발열 반응을 촉진시킬 수 있으므로, 장치 전체의 과잉열의 출력의 안정화를 확실하고 또한 용이하게 실현할 수 있다.
또한, 상기 제22 변형예에서는, 과잉열을 발하고 있지 않은 발열 셀(222)과 과잉열을 발하고 있는 발열 셀(222)이 있었을 때에, 과잉열을 발하고 있는 발열 셀(222)에 대하여 발열 제어를 행하고 있다. 그러나, 과잉열을 발하고 있지 않은 발열 셀(222)에는, 발열 반응이 완전히 일어나지 않은 것 외에도, 발열 반응이 불충분한 것이 포함되어 있는 경우가 있어, 발열 반응이 불충분하여 과잉열을 발하고 있지 않은 발열 셀(222)에 대해서는, 발열 제어를 행함으로써 발열 반응을 촉진시켜, 과잉열을 발생시킬 수 있는 경우가 있다. 따라서, 발열 장치(236)는, 과잉열을 발하고 있지 않은 발열 셀(222)과 과잉열을 발하고 있는 발열 셀(222) 중, 과잉열을 발하고 있지 않은 발열 셀(222)에 대하여 발열 제어를 행해도 된다. 이에 의해, 과잉열을 발하고 있는 발열 셀(222)의 수를 증가시킬 수 있으므로, 장치 전체의 과잉열의 출력을 증대시킬 수 있다.
[제23 변형예]
제23 변형예에서는, 발열체(90)를 투과한 수소계 가스를 샘플링하고, 샘플링한 수소계 가스를 분석하고, 그 분석 결과에 기초하여 발열 제어를 행한다.
도 39에 도시하는 발열 장치(241)는, 상기 제21 변형예의 발열 장치(221)의 각 부재에 추가로, 복수의 샘플링용 배관(242)과, 복수의 조정 밸브(243)와, 터보 분자 펌프(244)와, 드라이 펌프(245)와, 분석부(246)를 더 구비한다.
복수의 샘플링용 배관(242)은, 복수의 발열 셀(222)의 제2 실(232)과 분석부(246)를 접속한다. 샘플링용 배관(242)에는, 발열체(90)를 투과한 수소계 가스가 유입된다. 샘플링용 배관(242)에는, 제2 실(232)과의 접속측으로부터 차례로 조정 밸브(243), 분석부(246), 터보 분자 펌프(244), 및 드라이 펌프(245)가 마련되어 있다. 조정 밸브(243)는, 샘플링용 배관(242)에 유입하는 수소계 가스의 유량을 조정한다. 터보 분자 펌프(244)와 드라이 펌프(245)는, 샘플링용 배관(242)의 내부 가스를 배기함으로써, 제2 실(232)의 수소계 가스를 샘플링용 배관(242)에 유입시킨다.
분석부(246)는, 발열 셀(222)마다, 발열체(90)를 투과한 수소계 가스를 샘플링하고, 샘플링한 수소계 가스의 분석을 한다. 분석부(246)는, 분석에 의해, 예를 들어, 발열체(90)의 발열 반응에 의해 발생하는 특유의 발생 가스가 수소계 가스에 포함되어 있는지의 여부를 특정한다. 분석부(246)는, 제어부(18)와 전기적으로 접속되어 있어, 분석 결과를 제어부(18)로 출력한다. 분석부(246)에 의해 분석이 행하여지는 타이밍은, 적절히 설정해도 된다.
제어부(18)는, 분석부(246)의 분석 결과에 기초하여, 발열 셀(222)마다 수소계 가스의 순환 유량을 조정함으로써, 발열체(90)의 온도를 발열에 적정한 온도로 유지하는 발열 제어를 행한다.
분석부(246)의 분석 결과에 기초하여 발열 제어를 행하는 예를 설명한다. 발열 장치(241)의 작동이 개시되면, 제어부(18)는, 히터(229)에 대한 입력 전력과 유량 조정 밸브(237)의 개방도를 미리 정해진 초기 설정값으로 한다. 이에 의해, 발열체(90)의 온도는, 발열에 적정한 온도까지 상승한다.
제어부(18)는, 분석부(246)의 분석 결과, 즉 발생 가스가 수소계 가스에 포함되어 있는지의 여부를 특정한 결과를 취득한다. 제어부(18)는, 발생 가스가 수소계 가스에 포함되어 있지 않은 경우, 과잉열이 발생하지 않았다고 판정한다. 제어부(18)는, 과잉열이 발생하지 않았다고 판정한 경우에는, 히터(229)에 대한 입력 전력과 유량 조정 밸브(237)의 개방도를 초기 설정값인채로 유지한다. 이에 의해, 과잉열이 발생하지 않은 발열체(90)에 대하여 과잉열의 발생을 촉진할 수 있다.
한편, 제어부(18)는, 발생 가스가 수소계 가스에 포함되어 있는 경우, 과잉열이 발생하였다고 판정한다. 제어부(18)는, 과잉열이 발생하였다고 판정한 경우에는, 유량 조정 밸브(237)의 개방도를 크게 함으로써, 발열 셀(222)에 도입하는 수소계 가스의 순환 유량을 증대시킨다. 과잉열의 발생에 의해 상승한 발열체(90)의 온도는, 수소계 가스의 순환 유량이 증대함으로써, 발열에 적정한 온도로 되돌려진다. 이에 의해, 과잉열이 발생하고 있는 발열체(90)에 대하여 과잉열의 출력을 증대시킬 수 있다. 따라서, 발열 장치(241)는, 발열 셀(222)마다 발열 제어를 행하므로, 장치 전체의 발열량의 안정화가 도모된다.
또한, 발열 장치(241)는, 과잉열을 발하고 있지 않은 발열 셀(222)과 과잉열을 발하고 있는 발열 셀(222) 중, 과잉열을 발하고 있지 않은 발열 셀(222)에 대하여 발열 제어를 행해도 된다. 이에 의해, 과잉열을 발하고 있는 발열 셀(222)의 수를 증가시킬 수 있으므로, 장치 전체의 과잉열의 출력을 증대시킬 수 있다.
분석부(246)는, 수소계 가스에 포함되는 저해 물질을 분석해도 된다. 저해 물질은, 발열체(90)의 발열 반응을 저해하는 가스(이하, 저해 가스라고도 함)이며, 예를 들어, 물(수증기를 포함한다), 탄화수소 등이다. 저해 물질을 분석하는 경우, 분석부(246)로서는, 예를 들어, 사중극형 질량 분석계 등의 질량 분석기가 사용된다. 분석부(246)는, 저해 가스의 질량 분석을 행하고, 분석 결과로서, 예를 들어, 저해 가스의 이온 전류, 또는, 가스 분압을 출력한다. 제어부(18)는, 저해 물질의 분석 결과에 기초하여 발열 제어를 행한다. 제어부(18)는, 예를 들어 저해 가스의 이온 전류에 기초하여, 수소계 가스의 순환 유량을 증감시킨다. 이에 의해, 밀폐 용기(225)의 내부로부터 저해 가스가 확실하게 배출되어, 밀폐 용기(225)의 내부가 청정하게 유지되므로, 과잉열의 출력을 증대시킬 수 있다. 또한, 제어부(18)는, 수소계 가스의 순환 유량의 증가에 의한 발열체(90)의 온도 저하를 억제하기 위해서, 히터(229)의 가열 온도를 상승시킨다. 이에 의해, 발열체(90)의 온도가 발열에 적정한 온도로 유지되므로, 과잉열의 출력을 보다 증대시킬 수 있다.
분석부(246)는, 수소계 가스에 포함되는 흡착성의 불순물 가스의 질량 분석을 행해도 된다. 분석부(246)는, 분석 결과로서, 예를 들어 불순물 가스의 농도를 출력한다. 이 경우, 제어부(18)는, 불순물 가스의 농도가 낮을수록, 수소계 가스의 순환 유량을 증가시킨다. 또한, 제어부(18)는, 불순물 가스의 농도가 낮을수록, 히터(229)의 가열 온도를 상승시킨다. 이에 의해, 발열체(90)의 온도가 발열에 적정한 온도로 유지되어, 과잉열의 출력을 증대시킬 수 있다.
[제24 변형예]
제24 변형예에서는, 수소 흡장 금속 또는 수소 흡장 합금의 전기 저항을 측정하고, 측정한 전기 저항의 값에 기초하여 발열 제어를 행한다.
도 40에 도시하는 발열 장치(251)는, 상기 제21 변형예의 발열 장치(221)의 각 부재에 추가로, 복수의 전기 저항 측정부(252)를 더 구비한다. 또한, 도 40에서는 온도 센서(228)를 생략하고 있다. 전기 저항 측정부(252)는, 각 발열체(90)에 1씩 마련되어 있다. 전기 저항 측정부(252)는, 발열체(90)의 수소 흡장 금속 또는 수소 흡장 합금의 전기 저항을 측정한다. 여기서, 발열체(90)는, 수소 흡장 금속 또는 수소 흡장 합금의 수소 흡장량이 많을수록, 발열 반응이 일어나기 쉬운 상태로 된다. 또한, 발열체(90)는, 수소 흡장 금속 또는 수소 흡장 합금의 수소 흡장량이 많을수록, 전기 저항이 작아진다. 이 때문에, 발열체(90)의 수소 흡장 금속 또는 수소 흡장 합금의 전기 저항을 측정함으로써, 수소 흡장량을 추정할 수 있다. 복수의 전기 저항 측정부(252)는, 제어부(18)와 전기적으로 접속되어 있어, 전기 저항의 측정 결과를 제어부(18)로 출력한다.
제어부(18)는, 전기 저항 측정부(252)가 측정한 전기 저항의 값에 기초하여, 발열 셀(222)마다 수소계 가스의 순환 유량을 조정함으로써, 발열체(90)의 온도를 발열에 적정한 온도로 유지하는 발열 제어를 행한다.
전기 저항 측정부(252)가 측정한 전기 저항의 값에 기초하여 발열 제어를 행하는 예를 설명한다. 발열 장치(251)의 작동이 개시되면, 제어부(18)는, 히터(229)에 대한 입력 전력과 유량 조정 밸브(237)의 개방도를 미리 정해진 초기 설정값으로 한다. 이에 의해, 발열체(90)의 온도는, 발열에 적정한 온도까지 상승한다.
제어부(18)는, 전기 저항 측정부(252)의 측정 결과, 즉 전기 저항의 값을 취득하고, 취득한 전기 저항의 값과 미리 정해진 역치를 비교한다.
제어부(18)는, 전기 저항 측정부(252)로부터 취득한 전기 저항의 값이 역치 이상인 경우, 과잉열이 발생하지 않았다고 판정한다. 전기 저항의 값이 높은 경우에는, 발열체(90)에 있어서의 수소 흡장량이 적기 때문에, 과잉열이 발생하지 않았다고 추정할 수 있기 때문이다. 제어부(18)는, 과잉열이 발생하지 않았다고 판정한 경우에는, 히터(229)에 대한 입력 전력과 유량 조정 밸브(237)의 개방도를 초기 설정값인채로 유지한다. 이에 의해, 과잉열이 발생하지 않은 발열체(90)에 대하여 과잉열의 발생을 촉진할 수 있다.
한편, 제어부(18)는, 전기 저항 측정부(252)로부터 취득한 전기 저항의 값이 역치 미만인 경우, 과잉열이 발생하였다고 판정한다. 전기 저항의 값이 낮은 경우에는, 발열체(90)에 있어서의 수소 흡장량이 많기 때문에, 과잉열이 발생하였다고 추정할 수 있기 때문이다. 제어부(18)는, 과잉열이 발생하였다고 판정한 경우에는, 유량 조정 밸브(237)의 개방도를 크게 함으로써, 발열 셀(222)에 도입하는 수소계 가스의 순환 유량을 증대시킨다. 과잉열의 발생에 의해 상승한 발열체(90)의 온도는, 수소계 가스의 순환 유량이 증대함으로써, 발열에 적정한 온도로 되돌려진다. 발열체(90)를 발열에 적정한 온도로 유지함으로써, 수소 흡장 금속 또는 수소 흡장 합금의 수소 흡장량이 많아져 발열 반응이 촉진된다. 이에 의해, 과잉열이 발생하고 있는 발열체(90)에 대하여 과잉열의 출력을 증대시킬 수 있다. 따라서, 발열 장치(251)는, 발열 셀(222)마다 발열 제어를 행하므로, 장치 전체의 발열량의 안정화가 도모된다.
또한, 발열 장치(251)는, 과잉열을 발하고 있지 않은 발열 셀(222)과 과잉열을 발하고 있는 발열 셀(222) 중, 과잉열을 발하고 있지 않은 발열 셀(222)에 대하여 발열 제어를 행해도 된다. 이에 의해, 과잉열을 발하고 있는 발열 셀(222)의 수를 증가시킬 수 있으므로, 장치 전체의 과잉열의 출력을 증대시킬 수 있다.
[제25 변형예]
도 41에 도시하는 바와 같이, 발열 장치(256)는, 발열체(14)와, 발열체(14)의 온도를 검출하는 복수의 온도 센서(257a 내지 257i)와, 발열체(14)의 표면에 수소계 가스를 분사하는 복수의 노즐부(258a 내지 258i)를 구비한다. 이 예에서는, 1개의 발열체(14)에 대하여 복수의 노즐부(258a 내지 258i)로부터 수소계 가스를 분사한다. 도 41에서는 밀폐 용기(15)의 도시를 생략하고 있다.
복수의 온도 센서(257a 내지 257i)는, 어레이상으로 배치된다. 도 41에서는, 발열체(14)의 이면에 9개의 온도 센서(257a 내지 257i)가 등간격으로 2차원 형상으로 배치되어 있다. 복수의 온도 센서(257a 내지 257i)는, 발열체(14)를 구획한 복수의 온도 측정 대상 에어리어(R1 내지 R9)의 각 온도를 검출한다. 예를 들어, 온도 센서(257a)는, 온도 측정 대상 에어리어(R1)의 온도를 검출한다. 각 온도 측정 대상 에어리어(R1 내지 R9)는 경계선으로 구획된다. 경계선은, 온도 센서(257a 내지 257i) 중 인접하는 온도 센서의 중간을 통과하도록 설정된다. 경계선은 개념상의 선이다. 이후의 설명에 있어서, 온도 센서(257a 내지 257i)를 구별하지 않는 경우에는, 온도 센서(257)라고 기재한다. 또한, 온도 측정 대상 에어리어(R1 내지 R9)를 구별하지 않는 경우에는, 온도 측정 대상 에어리어(R)라고 기재한다.
복수의 노즐부(258a 내지 258i)는, 온도 측정 대상 에어리어(R1 내지 R9)마다 배치된다. 도 41에서는, 온도 측정 대상 에어리어(R1 내지 R9)에 대응하도록, 9개의 노즐부(258a 내지 258i)가 배치되어 있다. 이후의 설명에 있어서, 노즐부(258a 내지 258i)를 구별하지 않는 경우에는, 노즐부(258)라고 기재한다.
도 42는, 도 41에 있어서의 발열체(14)의 중심을 통과하는 종단면도이다. 도 42에는, 온도 센서(257a 내지 257i) 중 온도 센서(257b, 257e, 257h)가 도시되고, 노즐부(258a 내지 258i) 중 노즐부(258b, 258e, 258h)가 도시되어 있다. 도 42에 도시하는 바와 같이, 온도 센서(257)는, 제어부(18)와 전기적으로 접속되어 있어, 온도 측정 대상 에어리어(R)의 온도에 대응하는 신호를 제어부(18)로 출력한다. 노즐부(258)는, 밀폐 용기(15)의 도입구(23)에 마련된 설치 플레이트(259)에 설치된다. 노즐부(258)는, 도입구(23)를 통하여 도입 라인(29)과 접속하고 있고, 발열체(14)의 표면에 수소계 가스를 분사한다.
발열 장치(256)는, 제어부(18)와, 가스 도입용 분기관(208)과, 복수의 유량 조정 밸브(237)를 더 구비한다. 가스 도입용 분기관(208)은, 일단부가 도입 라인(29)과 접속하고, 타단부가 분기하여 복수의 노즐부(258)와 접속한다. 가스 도입용 분기관(208)과 복수의 노즐부(258)는 착탈 가능하다. 복수의 유량 조정 밸브(237)는, 가스 도입용 분기관(208)에 마련되어 있다. 발열 장치(256)는, 1개의 노즐부(258)에 대하여 1개의 유량 조정 밸브(237)를 구비함으로써, 노즐부(258)마다 수소계 가스의 순환 유량을 제어할 수 있도록 한 것이다.
제어부(18)는, 복수의 온도 센서(257)가 검출한 온도에 기초하여, 수소계 가스를 분사시키는 노즐부(258)를 변경하는 변경 제어를 행한다. 이하, 변경 제어에 대하여 설명한다.
발열 장치(256)의 작동이 개시되면, 제어부(18)는, 히터(도시 없음)에 대한 입력 전력과 모든 유량 조정 밸브(237)의 개방도를 미리 정해진 초기 설정값으로 한다. 이에 의해, 발열체(14)의 온도는, 발열에 적정한 온도까지 상승한다. 초기 설정값에서는, 모든 노즐부(258)로부터 수소계 가스가 분사된다. 또한, 히터(도시 없음)는 예를 들어, 상기 실시 형태의 발열 장치(11)와 같이 밀폐 용기(15)의 외주에 마련되어 있다.
제어부(18)는, 각 온도 센서(257)가 검출한 온도를 취득하여, 취득한 각 온도와 기준 온도를 각각 비교한다. 기준 온도는, 예를 들어 온도 측정 대상 에어리어(R)에 있어서 과잉열을 발생시키지 않는다고 추정할 수 있는 온도이다. 기준 온도는, 온도 측정 대상 에어리어(R)마다, 제어부(18)에 미리 기억되어 있다.
제어부(18)는, 온도 센서(257)로부터 취득한 온도가 기준 온도 이하인 경우, 온도가 취득된 온도 측정 대상 에어리어(R)에 있어서 과잉열이 발생하지 않았다고 판정한다. 제어부(18)는, 히터(도시 없음)에 대한 입력 전력과, 과잉열이 발생하지 않았다고 판정된 온도 측정 대상 에어리어(R)에 대응하는 유량 조정 밸브(237)의 개방도를 초기 설정값인채로 유지한다. 이에 의해, 발열체(14) 중 과잉열이 발생하지 않은 온도 측정 대상 에어리어(R)에 있어서의 과잉열의 발생을 촉진할 수 있다.
한편, 제어부(18)는, 온도 센서(257)로부터 취득한 온도가 기준 온도를 초과하는 경우, 온도가 취득된 온도 측정 대상 에어리어(R)에 있어서 과잉열이 발생하였다고 판정한다. 제어부(18)는, 과잉열이 발생하였다고 판정된 온도 측정 대상 에어리어(R)에 대응하는 유량 조정 밸브(237)의 개방도를 크게 함으로써, 노즐부(258)로부터 온도 측정 대상 에어리어(R)에 분사시키는 수소계 가스의 유량을 증대시킨다. 과잉열의 발생에 의해 상승한 온도 측정 대상 에어리어(R)의 온도는, 수소계 가스의 유량이 증대함으로써, 발열에 적정한 온도로 되돌려진다. 이에 의해, 과잉열이 발생하고 있는 온도 측정 대상 에어리어(R)에 대하여 과잉열의 출력을 증대시킬 수 있다.
발열 장치(256)는, 복수의 온도 측정 대상 에어리어(R)마다 변경 제어를 행함으로써, 시간의 경과와 함께 변화하는 발열체(14)의 발열 상황에 따라, 수소계 가스를 분사하는 노즐부(258)를 변경하므로, 발열체(14)의 과잉열의 출력의 안정화가 도모된다.
또한, 발열 장치(256)는, 과잉열을 발하고 있지 않은 온도 측정 대상 에어리어(R)와 과잉열을 발하고 있는 온도 측정 대상 에어리어(R) 중, 과잉열을 발하고 있지 않은 온도 측정 대상 에어리어(R)에 대하여 발열 제어를 행해도 된다. 이에 의해, 과잉열을 발하고 있는 온도 측정 대상 에어리어(R)의 수를 증가시킬 수 있으므로, 발열체(14) 전체 및 장치 전체의 과잉열의 출력을 증대시킬 수 있다.
발열 장치(256)는, 복수의 발열체(14)를 구비하는 것이어도 된다. 발열체(14)마다 변경 제어를 행함으로써, 장치 전체의 과잉열의 출력을 보다 증대시킬 수 있다.
[제26 변형예]
도 43에 도시하는 바와 같이, 열 이용 시스템(260)은, 발열 장치(11)와 열 이용 장치(261)를 구비한다. 도 43에서는, 발열 장치(11)의 온도 조절부, 수소 순환 라인, 및 제어부 등의 도시를 생략하고 있다. 제26 변형예에서는, 열 매체로서 물이 사용된다.
열 이용 장치(261)는, 격납 용기(41)와, 열 매체 유통부(42)와, 증기 터빈(45)을 구비한다. 격납 용기(41)는, 내부에 물이 공급된다. 격납 용기(41)의 내부에는, 수면의 상방에 공간이 형성되어 있다. 격납 용기(41)는, 물과 발열체(14) 간에 열교환을 행함으로써, 물을 비등시켜서 증기를 생성한다. 열 매체 유통부(42)는, 제1 배관(42a), 제2 배관(42b), 제3 배관(42c), 제4 배관(42d), 펌프(42e), 열 매체 유량 제어부(42f) 대신에 증기 배관(42g)과 급수 배관(42h)을 갖는다. 증기 배관(42g)은, 격납 용기(41)에서 생성된 증기를 증기 터빈(45)에 공급한다. 급수 배관(42h)은, 도시하지 않은 복수기와 급수 펌프를 갖고, 증기 터빈(45)으로부터 배출된 증기를 복수기에 의해 냉각하여 물로 되돌리고, 이 물을 급수 펌프에 의해 격납 용기(41)에 공급한다. 증기 터빈(45)은, 회전축을 통하여, 발전기(49)와 접속하고 있다. 증기 터빈(45)이 회전함으로써 발전이 행하여진다.
[실험]
상기 제9 변형예의 발열 장치(121)(도 18 참조)의 구성을 일부 변경하여 실험용 발열 장치를 준비하였다. 실험용 발열 장치를 사용하여 발열체의 과잉열을 평가하는 실험을 행하였다. 먼저 실험용 발열 장치에 대하여 설명하고, 그 후에 실험 방법 및 실험 결과에 대하여 설명한다.
상기 제9 변형예의 발열 장치(121)에서는, 수소 순환 라인(17)을 사용하여 수소계 가스가 순환하도록 구성되어 있지만, 실험용 발열 장치에서는, 수소 순환 라인(17)을 사용하는 대신, 도입 라인과 회수 라인을 따로따로 마련하여, 수소계 가스를 순환시키지 않도록 구성하였다.
상기 제9 변형예의 발열 장치(121)에서는, 설치관(125)의 외주에 히터(16b)로서의 전열선이 감겨 있지만, 실험용 발열 장치에서는, 밀폐 용기의 외주를 덮도록 전기로를 배치하였다.
상기 제9 변형예의 발열 장치(121)에서는, 지지체(61)의 표면에만 다층막(62)을 마련한 발열체(14)가 사용되고 있지만, 실험용 발열 장치에서는, 발열체(14)를 사용하는 대신, 지지체의 양면에 다층막을 마련한 발열체를 사용하였다.
실험용 발열 장치에 대하여 구체적으로 설명한다. 실험용 발열 장치는, 수소의 흡장과 방출에 의해 열을 발생시키는 발열체와, 발열체에 의해 칸막이된 제1 실 및 제2 실을 갖는 밀폐 용기와, 발열체의 온도를 조절하는 온도 조절부를 구비하고 있다.
발열체에 대하여 설명한다. 발열체는, 상기 제1 변형예의 발열체(74)(도 5 참조)와 마찬가지로, 지지체의 양면에 다층막을 마련한 것이다. 다층막의 구성이 다른 2종의 발열체를 제작하고, 실험예 26 및 실험예 27로 하였다. 지지체로서는, Ni를 포함하고, 직경 20㎜, 두께 0.1㎜의 기판을 사용하였다. 지지체는, 진공 중에서 900°, 72시간의 진공 어닐을 행한 후, 양면을 농질산으로 에칭한 것을 준비하였다.
이온빔 스퍼터 장치를 사용하여, 지지체의 양면에 다층막을 형성하였다. 실험예 26의 다층막은, Cu를 포함하는 제1 층과 Ni를 포함하는 제2 층을 갖는다. 실험예 26의 제1 층과 제2 층의 적층 구성의 수(적층수)는 6으로 하였다. 실험예 27의 다층막은, Cu를 포함하는 제1 층과 Ni를 포함하는 제2 층의 CaO를 포함하는 제3 층을 갖는다. 실험예 27의 제1 층과 제2 층과 제3 층의 적층 구성의 수(적층수)는 6으로 하였다.
밀폐 용기에 대하여 설명한다. 밀폐 용기는, 석영 유리관, 석영 유리관의 내부를 진공 배기하기 위한 진공 배관, 석영 유리관의 내부에 발열체를 설치하기 위한 설치관 등으로 구성되어 있다. 석영 유리관은, 선단이 밀봉되고, 기단이 개구하고 있다.
진공 배관은, 석영 유리관의 기단과 접속하고 있다. 진공 배관에는, 석영 유리관의 내부 가스를 회수하기 위한 회수 라인이 접속되어 있다. 회수 라인에는, 터보 분자 펌프 및 드라이 펌프를 갖는 진공 배기부와, 석영 유리관의 내부 압력을 검출하는 압력 센서와, 수소가 발열체를 투과하는 투과량(수소 투과량)을 측정하기 위한 진공 게이지가 마련되어 있다. 또한, 진공 배기부는 설치관과 비접속이다. 이 때문에 설치관의 내부는 진공 배기되지 않는다.
설치관은, 진공 배관을 통하여 석영 유리관의 내부에 삽입되고, 일단부가 진공 배관의 외부(석영 유리관의 외부)에 배치되고, 타단부가 석영 유리관 내부에 배치되어 있다. 설치관은 SUS로 형성되어 있다.
설치관의 일단부에는, 당해 설치관의 내부에 수소계 가스를 도입하기 위한 도입 라인이 접속되어 있다. 도입 라인에는, 수소계 가스를 저류하는 수소 용기와, 설치관 내부 압력을 검출하는 압력 센서와, 설치관에 대한 수소계 가스의 공급 및 정지를 행하기 위한 수소 공급 밸브와, 압력을 조정하기 위한 레귤레이터 밸브가 마련되어 있다.
설치관의 타단부에는, 발열체를 착탈 가능하게 하는 VCR 조인트가 마련되어 있다. VCR 조인트는, 발열체가 배치되는 위치에, 당해 VCR 조인트의 내주면과 외주면을 관통하는 2개의 누설 구멍을 갖는다. 발열체는, 2매의 SUS제 가스킷에 끼워진 상태에서, VCR 조인트의 내부에 배치된다.
밀폐 용기에서는, 발열체에 의해 설치관의 내부 공간과 석영 유리관의 내부 공간이 칸막이되어 있다. 설치관의 내부 공간은, 수소계 가스의 도입에 의해 승압된다. 석영 유리관의 내부 공간은, 가스의 진공 배기에 의해 감압된다. 이에 의해, 설치관의 내부 공간의 수소 압력은, 석영 유리관의 내부 공간의 수소 압력보다도 높게 된다. 설치관의 내부 공간은 제1 실로서 기능하고, 석영 유리관의 내부 공간은 제2 실로서 기능한다.
발열체의 양측에 압력차가 발생함으로써, 고압측인 설치관의 내부 공간으로부터 저압측인 석영 유리관의 내부 공간으로 수소가 투과한다. 상기한 바와 같이, 발열체는, 수소를 투과시키는 과정에 있어서, 고압측에 배치된 한쪽 면(표면)으로부터 수소를 흡장시킴으로써 발열하고, 저압측에 배치된 다른 쪽의 면(이면)으로부터 수소를 방출함으로써 과잉열을 발생시킨다.
온도 조절부에 대하여 설명한다. 온도 조절부는, 발열체의 온도를 검출하는 온도 센서와, 발열체를 가열하는 히터와, 온도 센서가 검출한 온도에 기초하여 히터의 출력의 제어를 행하는 출력 제어부를 갖는다. 온도 센서로서 열전대(K형 시스 열전대)를 사용하였다. 실험에서는 2개의 열전대(제1 열전대 및 제2 열전대)를 준비하여, VCR 조인트의 2개의 누설 구멍의 각각에 삽입하였다. 2개의 열전대를 발열체에 접촉시켜, 발열체의 온도 측정을 행하였다. 히터로서 전기로를 사용하였다. 전기로는 석영 유리관의 외주를 덮도록 배치된다. 전기로에는 제어용 열전대가 마련되어 있다. 출력 제어부는, 제어용 열전대와 전기로에 전기적으로 접속되어 있고, 제어용 열전대로 검출한 온도에 기초하여 전기로를 소정의 전압으로 구동한다. 전기로는 100V의 교류 전원으로 구동된다. 전력계를 사용하여 전기로에 대한 입력 전력의 측정을 행한다.
실험 방법 및 실험 결과에 대하여 설명한다. 발열체를 2매의 SUS제 가스킷 사이에 끼우고, VCR 조인트를 사용하여 설치관의 타단부에 고정하고, 석영 유리관의 내부에 배치하였다. 실험을 개시하기 전에, 3일간, 300°에서 발열체의 베이킹을 행하였다.
실험은 상기 베이킹 후에 개시하였다. 수소 공급 밸브를 개방하여 설치관에의 수소계 가스의 공급을 행하여, 레귤레이터 밸브를 사용하여 제1 실(설치관의 내부 공간)의 압력(수소 공급 압력이라고도 함)을 100kPa로 조정하였다. 석영 유리관의 진공 배기를 행하여, 제2 실(석영 유리관의 내부 공간)의 압력을 1×10-4 [Pa]로 조정하였다. 전기로를 구동하고, 소정의 설정 온도에서 발열체의 가열을 행하였다. 설정 온도는, 약 반일마다 변경하여, 300℃ 내지 900℃의 범위 내에서 단계적으로 상승시켰다.
실험예 26 및 실험예 27의 실험에 앞서 참조 실험을 행하였다. 참조 실험에서는, 지지체(직경 20㎜, 두께 0.1㎜의 Ni 기판)만의 참조 실험용 샘플을 제작하고, 이것을 사용하였다. 참조 실험은, 참조 실험용 샘플을 바꾸어서 2회 실시하였다.
도 44는, 참조 실험에 있어서의 수소 투과량과 수소 공급 압력과 샘플 온도의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 44에 있어서, 횡축은 시간(h), 좌측의 제1 종축은 수소 투과량(SCCM), 우측의 제2 종축은 수소 공급 압력(kPa), 제1 샘플 온도(℃), 제2 샘플 온도(℃)를 나타낸다. 수소 투과량은, 유량 교정 완료의 진공 게이지의 값으로부터 계산하였다. 제1 샘플 온도는 제1 열전대의 검출 온도이며, 제2 샘플 온도는 제2 열전대의 검출 온도이다. 도 44로부터, 제1 샘플 온도와 제2 샘플 온도가 대략 일치하여, 참조 실험용 샘플의 온도를 정확하게 측정할 수 있음을 확인하였다. 또한, 참조 실험용 샘플의 온도 상승에 따라서 수소 투과량이 증가하는 것도 확인하였다. 또한, 도 44는 1회째의 참조 실험의 결과이다. 2회째의 참조 실험의 결과는, 1회째의 참조 실험의 결과와 대략 동일했기 때문에, 설명을 생략한다.
도 45는, 참조 실험에 있어서의 샘플 온도와 입력 전력의 관계를 나타낸 그래프이다. 도 45에 있어서, 횡축은 샘플 온도(℃), 종축은 입력 전력(W)을 나타낸다. 입력 전력은, 전기로에 대한 입력 전력이다. 교류 전원의 ON/OFF 제어에 의해 전력계의 측정값이 크게 변동하기 때문에, 측정값을 설정 온도마다 적산하고, 그 기울기에 기초하여 입력 전력을 산출하였다. 입력 전력의 산출은, 설정 온도의 변경 후, 충분히 시간이 경과하여 전력계의 측정값이 안정된 영역에 대하여 행하였다. 전술한 영역마다 제1 열전대의 검출 온도의 평균값과 제2 열전대의 검출 온도의 평균값을 구하고, 이들 2개의 평균값의 평균을 샘플 온도로 하였다. 도 45는, 2회의 참조 실험의 결과를 플롯한 것이며, 최소 제곱법을 사용하여 제작한 캘리브레이션 커브이다. 도 45 중, Y는 캘리브레이션 커브를 나타내는 함수를 나타내고, M0은 상수항을 나타내고, M1은 1차의 계수를 나타내고, M2는 2차의 계수를 나타내고, R은 상관 계수를 나타낸다. 이 참조 실험의 결과를 기준으로 하여, 실험예 26 및 실험예 27의 과잉열의 평가를 행하였다.
도 46은, 실험예 26에 있어서의 발열체 온도와 과잉열의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 46에 있어서, 횡축은 발열체 온도(℃), 종축은 과잉열(W)을 나타낸다. 참조 실험의 샘플 온도의 산출 방법과 동일한 방법으로 제1 열전대의 검출 온도의 평균값과 제2 열전대의 검출 온도의 평균값을 구하고, 이들 2개의 평균값의 평균을 발열체 온도로 하였다. 과잉열의 구하는 방법에 대하여 설명한다. 먼저, 특정 입력 전력에서의 발열체 온도를 측정한다(측정 온도라고도 함). 이어서, 도 45에 도시하는 캘리브레이션 커브를 사용하여, 측정 온도에 대응하는 참조 실험의 입력 전력(환산 전력이라고도 함)을 구한다. 그리고, 환산 전력과 특정 입력 전력의 차분을 구하고, 이것을 과잉열의 전력으로 하였다. 또한, 특정 입력 전력의 산출 방법은, 참조 실험에 있어서의 입력 전력의 산출 방법과 동일하다. 도 46에서는 과잉열의 전력을 「과잉열(W)」이라고 표기하고 있다. 도 46으로부터, 발열체 온도가 300℃ 내지 900℃의 범위 내에서 과잉열이 발생함을 확인하였다. 과잉열은, 600℃ 이하에서는 최대 2W 정도이고, 700℃ 이상에서 증대하고, 800℃ 부근에서 약 10W 정도가 되는 것을 확인하였다.
도 47은, 실험예 27에 있어서의 발열체 온도와 과잉열의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 47에 있어서, 횡축은 발열체 온도(℃), 종축은 과잉열(W)을 나타낸다. 도 47로부터, 발열체 온도가 200℃ 내지 900℃의 범위 내에서 과잉열이 발생함을 확인하였다. 과잉열은, 200℃ 내지 600℃의 범위 내에서 최대(4W) 정도고, 700℃ 이상으로 증대하고, 800℃ 부근에서 20W를 초과함을 확인하였다.
실험예 26과 실험예 27을 비교하면, 600℃ 이하에서는 실험예 27쪽이 과잉열의 발생량이 많은 경향이 있음을 알 수 있다. 실험예 26과 실험예 27은, 모두 700℃ 이상에서 과잉열이 증대하는 경향이 있음을 알 수 있다. 700℃ 이상이면, 실험예 27의 과잉열이 실험예 26의 과잉열의 약 2배로 증대함을 알 수 있다.
실험예 11(도 9 참조)과 실험예 26(도 46 참조)과 실험예 27(도 47 참조)의, 800℃ 부근의 단위 면적당의 과잉열을 구하면, 실험예 11에서는 약 0.5W/㎠이며, 실험예 26에서는 약 5W/㎠이며, 실험예 27에서는 약 10W/㎠였다. 이 결과로부터, 실험예 11에 대하여 실험예 26은 약 10배의 과잉열을 발생시키고, 실험예 27은 약 20배의 과잉열을 발생시킴을 알았다.
[제2 실시 형태]
제2 실시 형태는, 제1 실에 도입된 가스 중의 수소의 분압과 제2 실에 도입된 가스 중의 수소의 분압이 다르게 구성되어 있어, 제1 실과 제2 실의 수소 분압의 차를 이용하여, 수소가 발열체를 투과하도록 한 것이다. 제2 실시 형태에 있어서, 「수소의 압력」은 「수소 분압」을 말하는 것으로 한다.
도 48에 도시하는 바와 같이, 열 이용 시스템(265)은, 발열 장치(266)와 열 이용 장치(267)를 구비한다.
발열 장치(266)는, 수소의 흡장과 방출에 의해 열을 발생시키는 발열체(268)와, 발열체(268)에 의해 칸막이된 제1 실(269) 및 제2 실(270)을 갖는 밀폐 용기(271)와, 발열체(268)의 온도를 조절하는 온도 조절부(272)를 구비한다. 또한, 제1 실(269)과 제2 실(270)을 칸막이하는 구조로서는, 발열체(268)만으로 이루어지는 경우에 한정되지 않고, 일부가 발열체(268)이며, 기타의 일부가 금속이나 산화물 등의 수소를 차폐하는 벽 구조여도 된다.
발열체(268)는, 바닥이 있는 원통 형상으로 형성되어 있다. 발열체(268)는, 예를 들어 발열체(90)(도 11 참조)와 마찬가지의 구성으로 할 수 있다. 즉, 발열체(268)는, 바닥이 있는 통 형상으로 형성된 지지체의 외면에 다층막이 마련된 것이다. 또한, 지지체의 내면에 다층막을 마련해도 되고, 지지체의 내면과 외면의 양쪽에 다층막을 마련해도 된다. 지지체는, 바닥이 있는 원통 형상에 한정되지 않고, 바닥이 있는 각통 형상이나 평판상 등으로 해도 된다. 지지체는, 수소를 투과하고, 내열성 및 내압성을 갖는 재료가 바람직하고, 예를 들어 지지체(61)와 동일한 재료로 형성할 수 있다. 다층막은, 예를 들어 다층막(62)과 동일한 구성으로 할 수 있다. 발열체(268)의 수는, 이 예에서는 1개이지만, 2개 이상으로 해도 된다.
발열체(268)의 제조 방법의 일례를 설명한다. 굽힘 가공이 가능한 판상의 지지체를 준비한다. 스퍼터링법을 사용하여 지지체의 한쪽 면에 다층막을 형성한다. 그리고 지지체를 굽힘 가공하여 통 형상으로 한다. 지지체의 한쪽 면(다층막이 형성된 면)을 내면으로 하도록 굽힘 가공을 실시한 경우에는, 지지체의 다른 쪽 면(즉 외면)에 핀을 마련하는 것이 바람직하다. 핀은 예를 들어 나선상으로 마련된다. 핀을 마련함으로써, 발열체(268)와 열 매체의 접촉 면적이 증대하여, 발열체(268)와 열 매체의 열교환 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 다층막을 형성할 때는, 스퍼터링법에 한정되지 않고, 증착법, 습식법, 용사법, 전기 도금법 등을 사용해도 된다. 지지체의 외면에만 또는 양면에 다층막을 형성해도 된다.
밀폐 용기(271)는, 중공의 용기이며, 내부에 발열체(268)를 수용한다. 밀폐 용기(271)는, 내열성 및 내압성을 갖는 재료에 의해 형성되는 것이 바람직하다. 밀폐 용기(271)의 재료로서는, 예를 들어, 금속이나 세라믹 등이 사용된다. 금속으로서는, Ni, Cu, Ti, 탄소강, 오스테나이트계 스테인리스강, 내열성 비철 합금강, 세라믹 등을 들 수 있다. 세라믹으로서는, Al2O3, SiO2, SiC, ZnO2 등을 들 수 있다. 밀폐 용기(271)의 외주를 단열재로 덮는 것이 바람직하다. 발열체(268)를 수용한 밀폐 용기(271)의 수는, 이 예에서는 1개이지만, 2개 이상으로 해도 된다.
제1 실(269)은, 발열체(268)의 내면에 의해 형성되어 있다. 제1 실(269)은, 수소 도입 라인(273)과 접속하는 도입구(274)를 갖는다. 수소 도입 라인(273)에는, 수소계 가스를 저류하는 수소 탱크(275)가 마련되어 있다. 제1 실(269)에는, 도입구(274)를 통하여, 수소 도입 라인(273)에서 유통하는 수소계 가스가 도입된다.
제2 실(270)은, 발열체(268)의 외면과 밀폐 용기(271)의 내면에 의해 형성되어 있다. 제2 실(270)은, 열 매체 순환 라인(276)과 접속하는 유입구(277) 및 유출구(278)를 갖는다. 열 매체 순환 라인(276)은, 순환 블로워(279)에 의해, 제2 실(270)(밀폐 용기(271))의 내부와 외부 사이에서 열 매체를 순환시킨다. 제2 실시 형태의 경우에는, 열 매체로서, 상기한 것 중, 희가스를 사용하는 것이 특히 바람직하다. 도 48에서는 지면 좌측에 유입구(277)를 마련하고, 지면 우측에 유출구(278)를 마련하고 있지만, 유입구(277)와 유출구(278)의 위치는 적절히 변경해도 된다.
제1 실(269)에 도입된 수소계 가스의 수소 분압과, 제2 실(270)에 도입된 열 매체의 수소 분압은, 도시하지 않은 수소 센서에 의해 측정된다. 제1 실(269)의 수소 분압은, 제2 실(270)의 수소 분압의 예를 들어 10 내지 10000배로 하는 것이 바람직하다. 일례로서, 제1 실(269)의 수소 분압을 10kPa 내지 1MPa로 하고, 제2 실(270)의 수소 분압을 1Pa 내지 10kPa로 한다. 이에 의해, 제1 실(269)의 수소가 발열체(268)를 투과하여 제2 실(270)로 이동한다. 발열체(268)는, 수소가 투과함으로써 과잉열을 발생시킨다. 제2 실(270)에 열 매체가 유통함으로써, 발열체(268)의 과잉열을 열 매체에 전달시킬 수 있고, 또한, 제1 실(269)의 수소 분압에 대하여 제2 실(270)의 수소 분압을 낮게 할 수 있다.
열 매체 순환 라인(276)은 열 이용 장치(267)와 접속하고 있다. 발열체(268)의 과잉열에 의해 가열된 열 매체는, 열 이용 장치(267)에 있어서 유효하게 이용할 수 있다. 열 이용 장치(267)는, 예를 들어, 열교환기, 동력 유닛, 열전 소자 등이다. 열교환기로서는, 예를 들어, 열 매체와 기체 간에 열교환을 행하는 장치, 열 매체와 액체 간에 열교환을 행하는 장치, 열 매체와 고체 간에 열교환을 행하는 장치를 들 수 있다. 열 매체와 기체 간에 열교환을 행하는 장치는, 공조, 보일러나 연소로의 공기 예열, 건조나 가열용 열풍의 생성 등에 사용된다. 열 매체와 액체 간에 열교환을 행하는 장치는, 보일러의 열원, 기름 가열, 화학 반응조 등에 사용된다. 열 매체와 고체 간에 열교환을 행하는 장치는, 이중관식 로터리 가열기, 이중관 내에서 입자상 물질의 가열 등에 사용된다. 동력 유닛으로서는, 스털링 엔진, ORCS(Organic Rankine Cycle System), 열전 소자 등을 들 수 있다.
열 매체 순환 라인(276)에는, 열 매체로부터 수소를 제거하는 수소 제거부(280)가 마련되어 있다. 수소 제거부(280)는, 열 매체 중의 수소 농도의 상승을 방지한다. 수소 제거부(280)는, 예를 들어, 수소 흡장 금속, 수소 흡장 합금, 수소 투과 재료 등으로 형성된 파이프나, 수소 투과막으로 구성할 수 있다. 수소 투과 재료로서는, 예를 들어, 고무, 플라스틱, Ti, Ni 등을 들 수 있다. 수소 제거부(280)에 의해 열 매체로부터 제거된 수소는, 도 48에 도시하는 바와 같이 수소 탱크(275)에 안내되도록 하는 것이 바람직하다. 수소 제거부(280)는 연속 운전 또는 간헐 운전이 가능하다. 또한, 수소 제거부(280)는, 열 매체 순환 라인(276)에 마련하지 않고, 열 매체 순환 라인(276)으로부터 빼낸 열 매체로부터 수소를 제거하도록 해도 된다.
온도 조절부(272)는, 발열체(268)의 온도를 검출하는 온도 센서(281)와, 발열체(268)를 가열하는 히터(282)와, 온도 센서(281)가 검출한 온도에 기초하여 히터(282)의 출력의 제어를 행하는 출력 제어부(283)를 갖는다. 온도 센서(281)는, 도 48에서는 발열체(268)의 외면에 마련되어 있지만, 발열체(268)의 온도를 추정할 수 있는 부분의 온도를 검출하도록 해도 된다. 히터(282)는, 발열 장치(266)의 작동 개시 시나 발열체(268)의 온도가 저하되었을 때에 작동된다. 또한, 히터(282)는, 도 48에서는 열 매체 순환 라인(276)에 마련되어 있지만, 이것 대신에, 예를 들어 열 매체 순환 라인(276)에 열 매체를 공급하기 위하여 별도 마련한 배관(도시 없음)에 마련해도 된다. 이 배관에서 유통하는 열 매체가 히터(282)에 의해 가열됨으로써, 가열된 열 매체가 열 매체 순환 라인(276)을 통하여 제2 실(270)에 안내되어, 발열체(268)가 가열된다.
발열 장치(266)는, 도시하지 않은 제어부를 갖고, 이 제어부에 의해 제1 실(269)의 수소 분압과 제2 실(270)의 수소 분압을 제어하도록 구성되어 있다. 예를 들어, 제1 실(269)의 수소 분압을 상승시켜, 제1 실(269)과 제2 실(270)의 수소 분압의 차를 크게 함으로써, 수소 투과량을 증가시켜, 발열체(268)의 과잉열의 발생을 촉진할 수 있다. 또한, 제1 실(269)의 수소 분압을 저하시키고, 제1 실(269)과 제2 실(270)의 수소 분압의 차를 작게 함으로써, 수소 투과량을 감소시켜, 발열체(268)의 과잉열의 발생을 억제할 수 있다. 제1 실(269)의 수소 분압을 변화시키는 대신, 제2 실(270)의 수소 분압을 저하 또는 상승시킴으로써, 발열체(268)의 과잉열의 발생을 촉진 또는 억제하는 것도 가능하다. 제1 실(269)의 수소 분압과 제2 실(270)의 수소 분압의 양쪽을 변화시켜도 된다. 또한, 유입구(277)에 있어서의 열 매체의 유량이나 온도를 변화시킴으로써, 발열체(268)의 과잉열의 발생을 조정할 수도 있다.
이상과 같이, 발열 장치(266)는, 제1 실내(269)와 제2 실내(270)의 수소 분압의 차를 이용하여 수소가 발열체(268)를 투과하도록 구성하였다. 이 때문에, 발열 장치(266)에서는, 예를 들어 제2 실내(270)를 진공 상태로 하거나 하여, 제1 실내(269)와 제2 실내(270) 간에, 압력 센서로 얻어지는 겉보기 압력차를 발생시킬 필요가 없다. 따라서, 발열 장치(266)는 변형이나 파손의 위험성이 저감된다.
또한, 열 이용 시스템(265) 및 발열 장치(266)는, 발열체(268)를 열 에너지원으로서 이용하므로, 저렴하고, 클린하고, 안전하게 에너지를 공급할 수 있다.
[제1 변형예]
도 49에 도시하는 바와 같이, 발열 장치(286)는, 밀폐 용기(271)의 내부에, 복수의 발열체(268)로 구성된 발열체 유닛(287)을 갖는다. 도 49에서는 발열체 유닛(287)은 6개의 발열체(268)로 구성되어 있지만, 발열체 유닛(287)의 수는 특별히 한정되지 않는다. 도 49에서는 복수의 발열체(268)가 헤더부(288)를 통하여 수소 도입 라인(273)과 접속하고 있지만, 복수의 수소 도입 라인(273)을 준비하여, 복수의 발열체(268)와 복수의 수소 도입 라인(273)을 각각 접속해도 된다. 발열 장치(286)는, 복수의 발열체(268)로 발열체 유닛(287)을 구성하여, 복수의 발열체(268)를 헤더부(288)로 접속하고 있는 것 이외에는, 발열 장치(266)와 동일한 구성으로 하는 것이 가능하다. 이와 같이, 발열 장치(286)는, 복수의 발열체(268)로 구성된 발열체 유닛(287)을 가지므로, 과잉열의 고출력화가 도모된다.
발열 장치(286)는, 복수의 발열체(268)의 각각에 핀을 마련하는 것이 바람직하다. 복수의 발열체(268)의 각각에 핀을 마련함으로써, 복수의 발열체(268)와 열 매체의 열교환 효율이 향상된다.
발열 장치(286)는, 도 49에서는 발열체(268)의 길이 방향을 따라서 열 매체가 유통하도록 구성되어 있지만, 유입구(277) 및 유출구(278)를 변경하여, 발열체(268)의 길이 방향과 직교하는 방향으로 열 매체가 유통하게 해도 된다.
밀폐 용기(271)와 발열체 유닛(287)으로 구성되는 발열 모듈을 복수 준비하여, 복수의 발열 모듈을 직렬 또는 병렬로 접속해도 된다. 발열 모듈의 수는 특별히 한정되지 않고 원하는 출력에 따라서 적절히 변경할 수 있다.
[제2 변형예]
도 50에 도시하는 바와 같이, 발열체 유닛(290)은, 내부에 공간을 갖는 평판형으로 형성되어 있다. 발열체 유닛(290)은, 예를 들어, 세로의 길이가 800㎜, 가로의 길이가 600㎜, 두께가 15㎜로 되어 있다. 도 50에 있어서, 지면 상측은 발열체 유닛(290)의 정면도, 지면 하측은 발열체 유닛(290)의 평면도를 도시한다. 발열체 유닛(290)은 수소 도입 라인(273)과 접속하고 있다. 발열체 유닛(290)의 평면으로 보면 외형은, 이 예에서는 사각형이지만, 이것에 한정되지 않고, 다각형이나 원형 등 적절히 변경할 수 있다.
발열체 유닛(290)은 핀(291)을 갖는다. 핀(291)은, 발열체 유닛(290)의 외면에 마련되어 있다. 도 50에서는, 발열체 유닛(290)의 외면 중, 서로 대향하는 2개의 면(평면 및 저면)에 핀(291)이 마련되어 있다. 핀(291)은, 복수의 리브(292)에 의해 구성되어 있다. 복수의 리브(292)는, 발열체 유닛(290)의 외면으로부터 돌출되어 있다. 핀(291)의 재료는, 예를 들어, 융점 또는 퀴리 온도가 800℃ 이상인 금속이 사용된다. 핀(291)의 재료의 일례로서 Ni, Cu, W 등을 들 수 있다.
도 51에 도시하는 바와 같이, 발열체 유닛(290)은 복수의 발열체(293)를 갖는다. 도 51은, 발열체 유닛(290)의 단면도이며, 발열체 유닛(290)의 내부 구조를 도시한다. 발열체(293)는, 상자형으로 형성된 지지체(294)와, 이 지지체(294)의 내면에 마련된 복수의 다층막(295)을 갖는다. 발열체(293)는, 다층막(295)과, 다층막(295)에 대응하는 지지체(294)의 일부로 구성된다. 지지체(294)는, 예를 들어 지지체(61)와 동일한 재료로 형성된다. 다층막(295)은, 예를 들어 다층막(62)과 동일한 구성으로 할 수 있다. 지지체(294)에는 수소 도입 라인(273)과 접속하는 도입구(274)가 마련되어 있다.
발열체 유닛(290)의 제조 방법의 일례를 설명한다. 2개의 판 부재를 준비하고, 각 판 부재의 테두리 부분에 굽힘 가공을 실시한다. 굽힘 가공에서는, 판 부재의 테두리 부분을, 당해 판 부재의 평면 방향에 대하여 대략 직각으로 만곡시킨다. 각 판 부재의 테두리 부분이 향하고 있는 측의 면에, 예를 들어 스퍼터링법 등으로 다층막(295)을 형성한다. 그리고, 각 판 부재의 테두리 부분끼리를 예를 들어 용접 등에 의해 접합한다. 2개의 판 부재의 접합에 의해 지지체(294)가 형성된다. 다층막(295)과, 다층막(295)에 대응하는 지지체(294)의 일부로 발열체(293)가 구성된다. 그리고, 지지체(294)의 외면에 핀(291)을 마련함으로써, 발열체 유닛(290)이 얻어진다. 또한, 판 부재의 테두리 부분은, 상기와 같이 굽힘 가공으로 형성하는 경우에 한정되지 않고, 다른 판상의 부재를 사용하여 형성해도 된다. 또한, 다층막(295)은, 상기와 같이 스퍼터링법 등으로 판 부재에 직접 형성하는 경우에 한정되지 않고, 별도 준비하여 판 부재에 붙여도 된다.
발열체 유닛(290)은, 제조가 용이하여, 제조 비용을 억제할 수 있다. 또한, 발열체 유닛(290)은, 핀(291)을 가짐으로써, 발열체(293)와 열 매체의 열교환 효율을 향상시킬 수 있고, 또한, 열변형이 방지되어 있다.
또한, 발열체(14)(도 4 참조)나 발열체(74)(도 5 참조)와 같이 지지체의 표면 또는 이면의 적어도 한쪽에 다층막을 마련한 발열체를 복수 준비하고, 이들 복수의 발열체를 상자형으로 형성된 용기에 붙이는 것에 의해, 발열체 유닛을 형성할 수도 있다. 이 경우의 용기는 지지체(294)와 동일한 재료로 형성하는 것이 바람직하다.
[제3 변형예]
도 52에 도시하는 바와 같이, 발열 장치(300)는, 밀폐 용기(271)의 내부에 복수의 발열체 유닛(290)이 마련된 것이다. 발열체 유닛(290)의 수는, 도 52에서는 2개이지만, 적절히 변경할 수 있다. 도 52에서는, 지면 좌측의 발열체 유닛(290)의 단면도를 도시하고 있다. 각 발열체 유닛(290)의 내부 공간이 제1 실(302)이다. 제1 실(302)은, 수소 도입 라인(273)과 접속하는 도입구(274)를 갖는다. 밀폐 용기(271)와 발열체 유닛(290) 사이의 공간이 제2 실(303)이다. 제2 실(303)은, 열 매체 순환 라인(276)과 접속하는 유입구(277) 및 유출구(278)를 갖는다. 제1 실(302)에 수소계 가스가 도입되고, 제2 실(303)에 열 매체가 도입됨으로써, 제1 실(302)과 제2 실(303) 간에 수소 분압의 차가 발생하여, 제1 실(302)의 수소가 발열체(293)를 투과하여 제2 실(303)로 이동한다. 발열체(293)는, 수소가 투과함으로써 과잉열을 발생시킨다. 발열 장치(300)는, 복수의 발열체 유닛(290)을 가짐으로써, 과잉열의 고출력화가 도모된다.
[기타의 변형예]
열 이용 장치(12)는, 격납 용기(41)와 열 매체 유통부(42)만을 구비하는 것이어도 된다. 열 매체 유통부(42)에 흐르는 열 매체는, 다양한 용도, 예를 들어, 가정용 난방, 가정용 급탕기(온수 공급기), 자동차용 히터, 농업용 난방기, 로드 히터, 해수 담수화용 열원, 지열 발전 보조 열원 등에 사용된다.
가스 터빈(43)은, 발전기(48)와 접속하지 않고 모터로서 이용해도 된다. 증기 터빈(45)은, 발전기(49)와 접속하지 않고 모터로서 이용해도 된다. 스털링 엔진(46)은, 발전기(50)와 접속하지 않고 모터로서 이용해도 된다.
발열체는, 판상, 통 형상으로 형성된 것에 한정되지 않는다. 예를 들어, 발열체는, 수소 흡장 금속 또는 수소 흡장 합금에 의해 형성된 분체를, 수소를 투과시키는 재료(예를 들어, 다공질체, 수소 투과막, 및 프로톤 도전체)에 의해 형성된 용기에 수용한 것이어도 된다.
열 이용 시스템은, 상기 각 실시 형태 및 상기 각 변형예에서 설명한 것에 한정되지 않고, 상기 각 실시 형태 및 상기 각 변형예의 발열 장치와 열 이용 장치를 적절히 조합함으로써 구성해도 된다.
10, 95, 100, 105, 110, 115, 120, 130, 135, 140, 145, 155, 165, 170, 190, 200, 205, 215, 220, 260, 265: 열 이용 시스템
11, 96, 101, 106, 111, 116, 121, 131, 136, 141, 146, 156, 166, 171, 191, 201, 206, 216, 221, 236, 241, 251, 256, 266, 286, 300: 발열 장치
12, 122, 147, 192, 261, 267: 열 이용 장치
14, 74, 75, 80, 90, 98, 160, 268, 293: 발열체
15, 123, 173, 193, 202, 207, 225, 271: 밀폐 용기
16, 272: 온도 조절부
21, 126, 184, 194, 209, 231, 269: 제1 실
22, 127, 185, 195, 210, 232, 270: 제2 실
61, 91, 99, 161, 294: 지지체
62, 92, 162, 295: 다층막
71: 제1 층
72: 제2 층
77: 제3 층
82: 제4 층
222: 발열 셀

Claims (33)

  1. 수소의 흡장과 방출에 의해 열을 발생시키는 발열체와,
    상기 발열체에 의해 칸막이된 제1 실 및 제2 실을 갖는 밀폐 용기와,
    상기 발열체의 온도를 조절하는 온도 조절부와,
    상기 발열체의 열에 의해 가열된 열 매체를 열원으로서 이용하는 열 이용 장치
    를 구비하고,
    상기 제1 실과 상기 제2 실은 상기 수소의 압력이 다르게 되어 있고,
    상기 발열체는, 다공질체, 수소 투과막, 및 프로톤 도전체 중 적어도 어느 것에 의해 형성된 지지체와, 상기 지지체에 지지된 다층막을 갖고,
    상기 다층막은, 수소 흡장 금속 또는 수소 흡장 합금에 의해 형성되고, 두께가 1000㎚ 미만인 제1 층과, 상기 제1 층과는 다른 수소 흡장 금속, 수소 흡장 합금, 또는 세라믹스에 의해 형성되고, 두께가 1000㎚ 미만인 제2 층을 갖는 열 이용 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 밀폐 용기의 외부에 마련되고, 상기 제1 실과 상기 제2 실을 접속하고, 상기 밀폐 용기의 내부와 외부 사이에서 상기 수소를 포함하는 수소계 가스를 순환시키는 수소 순환 라인을 구비하고,
    상기 제1 실은, 상기 수소 순환 라인과 접속하여 상기 수소계 가스가 도입되는 도입구를 갖고,
    상기 제2 실은, 상기 수소 순환 라인과 접속하여 상기 수소계 가스가 회수되는 회수구를 갖고,
    상기 제1 실의 상기 수소의 압력은, 상기 제2 실의 상기 수소의 압력보다도 높게 되어 있는 열 이용 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 수소 순환 라인은, 상기 수소계 가스에 포함되는 불순물을 제거하는 필터를 갖는 열 이용 시스템.
  4. 제2항에 있어서, 상기 수소 순환 라인은,
    상기 수소계 가스를 저류하는 버퍼 탱크와,
    상기 버퍼 탱크와 상기 도입구를 접속하고, 상기 버퍼 탱크에 저류된 상기 수소계 가스를 상기 제1 실에 도입하는 도입 라인과,
    상기 회수구와 상기 버퍼 탱크를 접속하고, 상기 발열체를 통하여 상기 제1 실로부터 상기 제2 실로 투과한 상기 수소계 가스를 회수하여 상기 버퍼 탱크로 복귀시키는 회수 라인
    을 갖는 열 이용 시스템.
  5. 제4항에 있어서, 상기 온도 조절부는,
    상기 발열체의 온도를 검출하는 온도 센서와,
    상기 발열체를 가열하는 히터와,
    상기 온도 센서가 검출한 온도에 기초하여 상기 히터의 출력의 제어를 행하는 출력 제어부를 갖는 열 이용 시스템.
  6. 제5항에 있어서, 상기 열 이용 장치는, 상기 열 매체가 순환하는 열 매체 순환 라인을 갖는 열 이용 시스템.
  7. 제6항에 있어서, 상기 열 매체 순환 라인은, 상기 온도 센서가 검출한 온도에 기초하여 상기 열 매체의 유량의 제어를 행하는 열 매체 유량 제어부를 갖는 열 이용 시스템.
  8. 제6항에 있어서, 상기 열 이용 장치는,
    상기 밀폐 용기를 격납하고 있고, 상기 열 매체 순환 라인과 접속하고, 상기 밀폐 용기와의 사이에 형성된 간극에 상기 열 매체를 유통시키는 격납 용기를 갖고,
    상기 간극에서 유통하여 상기 발열체의 열에 의해 가열된 상기 열 매체를 상기 열 매체 순환 라인으로 배출하고, 상기 열 매체 순환 라인에서 유통하여 냉각된 상기 열 매체를 상기 격납 용기에 도입하는 열 이용 시스템.
  9. 제8항에 있어서, 상기 회수 라인은, 상기 간극과 통해져 있고, 상기 간극에서 유통하는 상기 열 매체에 열이 빼앗긴 상기 수소계 가스를 상기 버퍼 탱크로 복귀시키는 열 이용 시스템.
  10. 제8항에 있어서, 상기 도입 라인은, 상기 간극과 통해져 있고, 상기 간극에서 유통하는 상기 열 매체에 의해 예열된 상기 수소계 가스를 도입하는 열 이용 시스템.
  11. 제6항에 있어서, 상기 열 매체 순환 라인은, 상기 밀폐 용기의 외주를 따라서 마련된 전열관을 갖고,
    상기 전열관에서 유통하는 상기 열 매체를 상기 발열체와의 열교환에 의해 가열시키는 열 이용 시스템.
  12. 제5항에 있어서, 상기 히터는, 상기 도입 라인에 마련되어 있고, 상기 도입 라인에서 유통하는 상기 수소계 가스를 가열함으로써, 상기 발열체를 가열하는 열 이용 시스템.
  13. 제5항에 있어서, 상기 열 이용 장치는, 상기 회수 라인에 마련되고, 상기 발열체의 열에 의해 가열되어 상기 회수 라인에서 유통하는 상기 수소계 가스 간에 열교환을 행하는 제1 열교환기를 갖는 열 이용 시스템.
  14. 제5항에 있어서, 상기 열 이용 장치는,
    상기 제1 실과 상기 도입 라인을 접속하고, 상기 도입 라인으로부터 상기 제1 실에 도입된 상기 수소계 가스 중 상기 발열체를 투과하지 않은 비투과 가스를 회수하여 상기 도입 라인으로 복귀시키는 비투과 가스 회수 라인과,
    상기 비투과 가스 회수 라인에 마련되고, 상기 발열체의 열에 의해 가열된 상기 비투과 가스 간에 열교환을 행하는 제2 열교환기
    를 갖는 열 이용 시스템.
  15. 제14항에 있어서, 상기 비투과 가스 회수 라인은, 상기 온도 센서가 검출한 온도에 기초하여 상기 비투과 가스의 유량의 제어를 행하는 비투과 가스 유량 제어부를 갖는 열 이용 시스템.
  16. 제14항에 있어서, 상기 도입구와 상기 발열체 사이에 마련되고, 상기 도입 라인과 접속하고, 상기 도입 라인에서 유통하는 상기 수소계 가스를 상기 발열체에 분사하는 노즐부를 구비하는 열 이용 시스템.
  17. 제16항에 있어서, 상기 발열체는, 바닥이 있는 통 형상으로 형성되어 있고,
    상기 노즐부는, 상기 발열체의 축방향으로 배열된 복수의 분사구를 갖고, 상기 복수의 분사구로부터 상기 발열체의 내면 전역에 상기 수소계 가스를 분사하는 열 이용 시스템.
  18. 제16항에 있어서, 상기 발열체는, 판상으로 형성되어 있고,
    상기 노즐부는, 상기 발열체의 한쪽 면 전역에 상기 수소계 가스를 분사하는 열 이용 시스템.
  19. 제16항에 있어서, 상기 발열체는, 양단이 개구한 통 형상으로 형성되어 있고, 일단부가 상기 도입 라인과 접속하고, 타단부가 상기 비투과 가스 회수 라인과 접속하는 열 이용 시스템.
  20. 제1항에 있어서, 상기 제1 실에 마련되어 있고, 수소 흡장 금속 또는 수소 흡장 합금에 의해 형성되어 상기 수소의 흡장 및 방출을 행하는 제1 수소 흡장 방출부와,
    상기 제2 실에 마련되어 있고, 수소 흡장 금속 또는 수소 흡장 합금에 의해 형성되어 상기 수소의 흡장 및 방출을 행하는 제2 수소 흡장 방출부와,
    상기 제1 실의 상기 수소의 압력을 상기 제2 실의 상기 수소의 압력보다도 높게 하는 제1 모드와, 상기 제2 실의 상기 수소의 압력을 상기 제1 실의 상기 수소의 압력보다도 높게 하는 제2 모드를 전환하는 제어를 행하는 수소 압력 제어부를 구비하는 열 이용 시스템.
  21. 제20항에 있어서, 상기 수소 압력 제어부는,
    상기 제1 모드에서는, 상기 제1 수소 흡장 방출부를 가열하고, 또한, 상기 제2 수소 흡장 방출부를 냉각하고,
    상기 제2 모드에서는, 상기 제2 수소 흡장 방출부를 가열하고, 또한, 상기 제1 수소 흡장 방출부를 냉각하는 열 이용 시스템.
  22. 제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 층은, Ni, Pd, Cu, Mn, Cr, Fe, Mg, Co, 이들의 합금 중 어느 것에 의해 형성되고,
    상기 제2 층은, Ni, Pd, Cu, Mn, Cr, Fe, Mg, Co, 이들의 합금, SiC 중 어느 것에 의해 형성되는 열 이용 시스템.
  23. 제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 다층막은, 상기 제1 층 및 상기 제2 층에 추가로, 상기 제1 층 및 상기 제2 층과는 다른 수소 흡장 금속, 수소 흡장 합금, 또는 세라믹스에 의해 형성되고, 두께가 1000㎚ 미만인 제3 층을 갖는 열 이용 시스템.
  24. 제23항에 있어서, 상기 제3 층은, CaO, Y2O3, TiC, LaB6, SrO, BaO 중 어느 것에 의해 형성되는 열 이용 시스템.
  25. 제23항에 있어서, 상기 다층막은, 상기 제1 층, 상기 제2 층 및 상기 제3 층에 추가로, 상기 제1 층, 상기 제2 층 및 상기 제3 층과는 다른 수소 흡장 금속 또는 수소 흡장 합금에 의해 형성되고, 두께가 1000㎚ 미만인 제4 층을 갖는 열 이용 시스템.
  26. 제25항에 있어서, 상기 제4 층은, Ni, Cu, Cr, Fe, Mg, Co, 이들의 합금, SiC, CaO, Y2O3, TiC, LaB6, SrO, BaO 중 어느 것에 의해 형성되는 열 이용 시스템.
  27. 제5항에 있어서, 일단부가 상기 도입 라인과 접속하고, 타단부가 분기한 가스 도입용 분기관을 구비하고,
    상기 밀폐 용기는, 상기 발열체를 복수 수용하고,
    상기 제1 실은, 상기 밀폐 용기의 내부에 복수 마련되고,
    상기 가스 도입용 분기관의 분기한 타단부는, 복수의 상기 제1 실에 마련된 상기 도입구와 각각 접속하는 열 이용 시스템.
  28. 제27항에 있어서, 복수의 상기 발열체는, 판상으로 형성되어 있고, 면끼리가 대면하도록 서로 간극을 마련하여 배열되고,
    상기 제2 실은, 상기 밀폐 용기의 내부에 복수 마련되고,
    상기 제1 실과 상기 제2 실은, 복수의 상기 발열체의 배열 방향으로 교호로 배치되어 있는 열 이용 시스템.
  29. 제27항에 있어서, 복수의 상기 발열체는, 바닥이 있는 통 형상으로 형성되어 있고,
    상기 제1 실은, 상기 발열체의 내면에 의해 형성되어 있고,
    상기 제2 실은, 복수의 상기 발열체의 외면과 상기 밀폐 용기의 내면에 의해 형성되어 있는 열 이용 시스템.
  30. 제29항에 있어서, 상기 히터는, 상기 가스 도입용 분기관의 분기한 타단부에 각각 마련되어 있는 열 이용 시스템.
  31. 수소의 흡장과 방출에 의해 열을 발생시키는 발열체와, 상기 발열체를 수용하는 밀폐 용기와, 상기 밀폐 용기의 내부에 수소계 가스를 도입하는 가스 도입부와, 상기 밀폐 용기의 내부의 상기 수소계 가스를 상기 밀폐 용기의 외부로 배출하는 가스 배출부와, 상기 발열체의 온도를 검출하는 온도 센서와, 상기 가스 도입부에 마련되고, 상기 가스 도입부에서 유통하는 상기 수소계 가스를 가열함으로써 상기 발열체를 가열하는 히터를 갖는 발열 셀과,
    상기 온도 센서가 검출한 온도에 기초하여 상기 히터를 제어함으로써 상기 발열체의 온도를 조절하는 제어부
    를 구비하고,
    상기 밀폐 용기는, 상기 발열체에 의해 칸막이된 제1 실 및 제2 실을 갖고,
    상기 제1 실과 상기 제2 실은 상기 수소의 압력이 다르게 되어 있고,
    상기 발열체는, 다공질체, 수소 투과막, 및 프로톤 도전체 중 적어도 어느 것에 의해 형성된 지지체와, 상기 지지체에 지지된 다층막을 갖고,
    상기 다층막은, 수소 흡장 금속 또는 수소 흡장 합금에 의해 형성되고, 두께가 1000㎚ 미만인 제1 층과, 상기 제1 층과는 다른 수소 흡장 금속, 수소 흡장 합금, 또는 세라믹스에 의해 형성되고, 두께가 1000㎚ 미만인 제2 층을 갖는 열 이용 시스템.
  32. 수소의 흡장과 방출에 의해 열을 발생시키는 발열체와,
    상기 발열체에 의해 칸막이된 제1 실 및 제2 실을 갖는 밀폐 용기와,
    상기 발열체의 온도를 조절하는 온도 조절부
    를 구비하고,
    상기 제1 실과 상기 제2 실은 상기 수소의 압력이 다르게 되어 있고,
    상기 발열체는, 다공질체, 수소 투과막, 및 프로톤 도전체 중 적어도 어느 것에 의해 형성된 지지체와, 상기 지지체에 지지된 다층막을 갖고,
    상기 다층막은, 수소 흡장 금속 또는 수소 흡장 합금에 의해 형성되고, 두께가 1000㎚ 미만인 제1 층과, 상기 제1 층과는 다른 수소 흡장 금속, 수소 흡장 합금, 또는 세라믹스에 의해 형성되고, 두께가 1000㎚ 미만인 제2 층을 갖는 발열 장치.
  33. 제32항에 있어서, 상기 수소의 압력은 수소 분압이며,
    상기 제1 실과 상기 제2 실의 상기 수소 분압의 차를 이용하여, 상기 수소가 상기 발열체를 투과하는 발열 장치.
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WO2021100784A1 (ja) * 2019-11-19 2021-05-27 株式会社クリーンプラネット 発熱装置、熱利用システムおよびフィルム状発熱体
US11326772B2 (en) * 2020-03-16 2022-05-10 Miura Co., Ltd. Boiler with a heat generation body that stores hydrogen
JPWO2021187285A1 (ko) * 2020-03-16 2021-09-23
JPWO2021187284A1 (ko) * 2020-03-16 2021-09-23
AU2022209801B2 (en) * 2021-01-22 2023-11-16 Clean Planet Inc. Heat generation method
JP2022172990A (ja) * 2021-05-07 2022-11-17 株式会社クリーンプラネット 発熱装置
JP2022172991A (ja) * 2021-05-07 2022-11-17 株式会社クリーンプラネット 発熱セル、発熱モジュール及び発熱装置
JP2022172992A (ja) * 2021-05-07 2022-11-17 株式会社クリーンプラネット 発熱セル、発熱装置及び熱利用システム
JP2022172989A (ja) * 2021-05-07 2022-11-17 株式会社クリーンプラネット 発熱装置
JP2023033000A (ja) * 2021-08-27 2023-03-09 株式会社クリーンプラネット 発熱装置およびボイラー
JP2023035266A (ja) * 2021-08-31 2023-03-13 株式会社クリーンプラネット 高炉用水素加熱装置、高炉用水素加熱方法および高炉操業方法
JP2023035265A (ja) * 2021-08-31 2023-03-13 株式会社クリーンプラネット 水素加熱装置および水素加熱方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004077200A (ja) * 2002-08-12 2004-03-11 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 元素変換体およびその製造方法
JP2004083966A (ja) * 2002-08-26 2004-03-18 Hitachi Cable Ltd 水素吸蔵材の製造方法および水素吸蔵材
WO2018062115A1 (ja) * 2016-09-28 2018-04-05 株式会社クリーンプラネット 発熱システム

Family Cites Families (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62266366A (ja) 1986-05-09 1987-11-19 大阪瓦斯株式会社 冷房及び給湯方法
WO2000077266A1 (en) * 1999-06-11 2000-12-21 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Hydrogen-occluding layered material
JP2001330334A (ja) * 2000-05-19 2001-11-30 Rinnai Corp 水素吸蔵合金を利用した熱利用システム
WO2002068881A1 (fr) * 2001-02-26 2002-09-06 Ip Trading Japan Co., Ltd. Dispositif permettant de realiser une conversion thermoelectrique servant a chauffer, refroidir et congeler a l'aide d'une unite d'alliage par retenue de l'hydrogene
WO2002068882A1 (fr) * 2001-02-26 2002-09-06 Ip Trading Japan Co., Ltd. Dispositif de transduction thermoelectrique, conditionnement d'air et refrigeration, a l'aide d'un ensemble en alliage a occlusion d'hydrogene
JP4214881B2 (ja) * 2003-01-21 2009-01-28 三菱電機株式会社 気泡ポンプ型熱輸送機器
WO2006089068A2 (en) * 2005-02-17 2006-08-24 Saes Getters S.P.A. Flexible multi-layered getter
JP2007084388A (ja) * 2005-09-22 2007-04-05 Hrein Energy:Kk 水素吸蔵媒体および水素吸蔵装置
EP2062850A3 (en) * 2007-11-08 2009-10-14 C. EN. Limited Apparatus for storage and liberation of compressed hydrogen gas in microcylindrical arrays and system for filling the microcylindrical arrays
JP2009179495A (ja) * 2008-01-29 2009-08-13 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 水素透過装置
IT1392217B1 (it) * 2008-11-24 2012-02-22 Ghidini Metodo per produrre energia e generatore che attua tale metodo
WO2011105989A2 (en) * 2009-09-17 2011-09-01 Wayne Thomas Bliesner Reversible hydride thermal energy storage cell optimize for solar applications
WO2011122462A1 (ja) * 2010-03-29 2011-10-06 株式会社Ｇｓユアサ 水素吸蔵合金、水素吸蔵合金電極、及び二次電池
CN101832464A (zh) * 2010-05-25 2010-09-15 浙江大学 热量自平衡型金属氢化物储放氢装置
ES2784773T3 (es) 2010-08-06 2020-09-30 Enolcon Gmbh Acumulador de calor de alta temperatura para centrales térmicas de energía solar
TWI643207B (zh) 2013-07-18 2018-12-01 日商氫技術應用開發股份有限公司 反應體、發熱裝置及發熱方法
JP6036747B2 (ja) * 2014-05-09 2016-11-30 株式会社豊田中央研究所 ガス貯蔵・供給システム
JP5967136B2 (ja) * 2014-05-30 2016-08-10 株式会社豊田中央研究所 水素吸蔵型ヒートポンプ及び水素吸蔵型ヒートポンプシステム
JP6066143B1 (ja) 2015-12-15 2017-01-25 株式会社クリーンプラネット 発熱システム
US10508836B2 (en) * 2016-01-11 2019-12-17 Xergy Inc. Furnishing temperature control system employing an electrochemical compressor
CZ307004B6 (cs) * 2016-03-08 2017-11-08 Power Heat Energy S.R.O. Způsob výroby tepelné energie, zařízení k tomu určená a systémy tepelné generace
JP2018155708A (ja) 2017-03-21 2018-10-04 水素技術応用開発株式会社 発熱装置用電極及び発熱装置並びに発熱方法
RU2740834C1 (ru) * 2017-06-15 2021-01-21 Клин Плэнет Инк. Теплогенерирующее устройство и способ выработки тепла
CN107941063A (zh) * 2017-10-18 2018-04-20 华东师范大学 基于金属氢化物和共价有机框架材料的热能存储方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004077200A (ja) * 2002-08-12 2004-03-11 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 元素変換体およびその製造方法
JP2004083966A (ja) * 2002-08-26 2004-03-18 Hitachi Cable Ltd 水素吸蔵材の製造方法および水素吸蔵材
WO2018062115A1 (ja) * 2016-09-28 2018-04-05 株式会社クリーンプラネット 発熱システム

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