TW202323179A - 氫加熱裝置及氫加熱方法 - Google Patents

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岩村康弘
伊藤岳彦
吉野英樹
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日商綠淨星球股份有限公司
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Abstract

本發明提供一種能夠利用價格低廉、清潔且安全之熱能來源而供給經加熱之氫系氣體之新穎的氫加熱裝置及氫加熱方法。氫加熱裝置11具備：密閉容器15，其被導入氫系氣體；發熱體14，其設置於密閉容器15之內部，藉由吸藏與釋出氫而產生熱；及溫度調節部，其調節發熱體14之溫度；發熱體14具有由支持體61與多層膜62形成之複數個積層體14a，支持體61由多孔質體、氫透過膜及質子導電體中之至少任一者形成，多層膜62由支持體61支持；多層膜62具有：第1層，其由氫吸藏金屬或氫吸藏合金形成，且厚度未達1000 nm；及第2層，其由與第1層不同之氫吸藏金屬、氫吸藏合金或陶瓷形成，且厚度未達1000 nm；且以藉由發熱體14之加熱使氫系氣體達到規定溫度之方式，設定積層體14a之積層數。

Description

氫加熱裝置及氫加熱方法
本發明係關於一種氫加熱裝置及氫加熱方法。
近年來，於使用高爐製造鋼鐵時利用已加熱之氫代替焦炭作為還原劑(例如，參照專利文獻1)，或者於供暖裝置等中利用已加熱之氫作為導熱介質等，有效利用已加熱至高溫之氫正受到關注。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2017-172026號公報
[發明所欲解決之問題]
然而，加熱氫時之熱能來源之主流依然為火力發電及核能發電。因此，就環境問題或能源問題之觀點而言，期望開發一種先前不存在之新穎的氫加熱裝置及氫加熱方法，其利用價格低廉、清潔且安全之熱能來源加熱氫系氣體。
因此，本發明之目的在於提供一種新穎的氫加熱裝置及氫加熱方法，其能夠利用價格低廉、清潔且安全之熱能來源而供給已加熱之氫系氣體。 [解決問題之技術手段]
本發明之氫加熱裝置係加熱包含氫之氫系氣體，且具備：密閉容器，其被導入上述氫系氣體；發熱體，其設置於上述密閉容器之內部，且藉由上述氫之吸藏與釋出而產生熱；及溫度調節部，其調節上述發熱體之溫度；上述發熱體具有由支持體與多層膜形成之複數個積層體，上述支持體由多孔質體、氫透過膜及質子導電體中之至少任一者形成，上述多層膜由上述支持體支持；上述多層膜具有：第1層，其由氫吸藏金屬或氫吸藏合金形成，且厚度未達1000 nm；及第2層，其由與上述第1層不同之氫吸藏金屬、氫吸藏合金或陶瓷形成，且厚度未達1000 nm；且為了藉由上述發熱體之加熱使上述氫系氣體達到規定溫度而設定上述積層體之積層數。
本發明之氫加熱方法係加熱包含氫之氫系氣體，且包含：導入步驟，其係將上述氫系氣體導入至密閉容器；溫度調節步驟，其係藉由溫度調節部調節設置於上述密閉容器之內部之發熱體之溫度；及熱產生步驟，其係藉由上述發熱體中之上述氫之吸藏與釋出而自上述發熱體產生熱；上述發熱體具有由支持體與多層膜形成之複數個積層體，上述支持體由多孔質體、氫透過膜及質子導電體中之至少任一者形成，上述多層膜由上述支持體支持；上述多層膜具有：第1層，其由氫吸藏金屬或氫吸藏合金形成，且厚度未達1000 nm；及第2層，其由與上述第1層不同之氫吸藏金屬、氫吸藏合金或陶瓷形成，且厚度未達1000 nm；且為了藉由上述發熱體之加熱使上述氫系氣體達到規定溫度而設定上述積層體之積層數。 [發明之效果]
根據本發明，使用藉由氫之吸藏與釋出產生熱之發熱體而加熱氫系氣體，因此，能夠利用價格低廉、清潔且安全之熱能來源而供給已加熱之氫系氣體。
[第1實施方式] 如圖1所示，氫利用系統10具備氫加熱裝置11與氫利用裝置12。氫利用系統10係藉由氫加熱裝置11之發熱體14中產生之熱而加熱包含氫之氫系氣體，並於各種氫利用裝置12中利用加熱後之氫系氣體。
例如，作為氫利用裝置12，並無特別限定，只要為利用已加熱之氫系氣體之裝置，則可應用各種氫利用裝置，例如熱交換機或動力單元、熱電元件等。即，氫利用裝置12例如可為對空調、鍋爐或燃燒爐之空氣預熱、乾燥或加熱用熱風之生成、鍋爐之熱源、油加熱、化學反應槽、套管式旋轉加熱機、套管內粒子狀物質之加熱等使用已加熱之氫系氣體的裝置，亦可為使用已加熱之氫系氣體之史特靈引擎或ORCS(Organic Rankine Cycle System，有機朗肯循環系統)等。
氫加熱裝置11具備發熱體14、密閉容器15、溫度調節部16、具有導入管線29及導出管線30之氫流通管線17、以及控制部18。發熱體14收容於密閉容器15，被下述溫度調節部16之加熱器16b加熱。發熱體14藉由氫之吸藏與釋出而產生加熱器16b之加熱溫度以上之熱(以下，稱為過剩熱)。發熱體14藉由產生過剩熱而將透過之氫系氣體加熱至例如50℃以上1000℃以下之範圍內之溫度。於該例中，發熱體14形成為具有正面及背面之板狀。關於發熱體14之詳細構成，將利用其他圖式於下文進行敍述，為了使氫系氣體達到規定溫度而預先調整發熱體14之積層體(下述)之積層數。
密閉容器15係中空容器，於內部收容發熱體14。密閉容器15例如由不鏽鋼等形成。於該例中，密閉容器15成為具有與和發熱體14之正面或背面正交之方向平行之長度方向的形狀。於密閉容器15之內部設置有用以設置發熱體14之設置部20。
密閉容器15於內部具有由發熱體14分隔出之第1室21及第2室22。第1室21由作為發熱體14之一面之正面與密閉容器15之內表面形成。第1室21具有與氫流通管線17之導入管線29連接之導入口23。對於第1室21，經由導入口23導入沿氫流通管線17流通之氫系氣體。第2室22由作為發熱體14之另一面之背面與密閉容器15之內表面形成。第2室22具有與氫流通管線17之導出管線30連接之導出口24。第2室22之氫系氣體經由連接於導出口24之導出管線30而自第2室22排出至氫利用裝置12。
第1室21藉由氫系氣體之導入而升壓。第2室22藉由氫系氣體之導出而減壓。藉此，第1室21之氫之壓力高於第2室22之氫之壓力。第1室21之氫之壓力例如設為100[kPa]。第2室22之氫之壓力例如設為1×10 -4[Pa]以下。第2室22亦可設為真空狀態。如此，第1室21與第2室22之氫之壓力不同。因此，密閉容器15之內部成為於發熱體14之兩側產生壓力差之狀態。
若發熱體14之兩側產生壓力差，則於發熱體14中配置於高壓側之一面(正面)，氫系氣體中所包含之氫分子吸附，且該氫分子解離成2個氫原子。解離後之氫原子滲入至發熱體14之內部。即，氫被吸藏於發熱體14。氫原子擴散並通過發熱體14之內部。於發熱體14中配置於低壓側之另一面(背面)，已通過發熱體14之氫原子再鍵結成氫分子並釋出。即，自發熱體14釋出氫。
如此，發熱體14使氫自高壓側向低壓側透過。「透過」係指氫吸藏於發熱體之一面，並自發熱體之另一面釋出氫。發熱體14係藉由吸藏氫而發熱，且亦藉由釋出氫而發熱，詳細內容將於下文進行敍述。因此，發熱體14藉由氫透過而產生熱。再者，於之後之說明中，關於發熱體，有時將「氫透過」記載為「氫系氣體透過」。
於第1室21之內部設置有檢測該第1室21內部之壓力之壓力感測器(未圖示)。於第2室22之內部設置有檢測該第2室22內部之壓力之壓力感測器(未圖示)。設置於第1室21與第2室22之各壓力感測器係與控制部18電性連接，將與檢測出之壓力對應之信號輸出至控制部18。
溫度調節部16調節發熱體14之溫度，將發熱體14之溫度維持為適合於發熱之溫度。就發熱體14而言適合於發熱之溫度例如在50℃以上1000℃以下之範圍內。溫度調節部16具有溫度感測器16a與加熱器16b。溫度感測器16a檢測發熱體14之溫度。溫度感測器16a例如為熱電偶，設置於密閉容器15之設置部20。溫度感測器16a係與控制部18電性連接，將與檢測出之溫度對應之信號輸出至控制部18。
加熱器16b加熱發熱體14。加熱器16b例如係電阻發熱式之電熱線，捲繞於密閉容器15之外周。加熱器16b係與電源26電性連接，藉由自電源26被輸入電力而發熱。加熱器16b亦可為以覆蓋密閉容器15之外周之方式配置之電爐。
氫流通管線17設置於密閉容器15之外部，使包含氫之氫系氣體自密閉容器15之外部導入至內部，並且使經加熱之氫系氣體自密閉容器15之內部導出至外部。氫流通管線17除了具有導入管線29與導出管線30以外，還具有氫罐28與過濾器31。雖未於圖1中進行圖示，但氫加熱裝置11具備用以將氫系氣體供給至氫罐28之供給管線、及用以自氫流通管線17排出氫系氣體之排氣管線，例如，於氫加熱裝置11開始作動時自供給管線向氫罐28供給氫系氣體，於氫加熱裝置11停止作動時氫流通管線17之氫系氣體向排氣管線排出。
氫罐28貯存氫系氣體。氫系氣體係包含氫之同位素之氣體。作為氫系氣體，可使用氘氣與氕氣之至少任一者。氕氣包含天然存在之氕與氘之混合物、即氕之豐度比為99.985%且氘之豐度比為0.015%的混合物。
導入管線29連接氫罐28與第1室21之導入口23，將氫罐28內之氫系氣體導入至第1室21。導入管線29具有壓力調整閥32。壓力調整閥32將自氫罐28輸送之氫系氣體減壓至規定壓力。壓力調整閥32與控制部18電性連接。
導出管線30連接第2室22之導出口24與氫利用裝置12，將經由發熱體14自第1室21透過至第2室22之氫系氣體排出至氫利用裝置12。導出管線30具有泵33。泵33將第2室22之氫系氣體向導出管線30導出，並升壓至規定壓力後輸送至氫利用裝置12。作為泵33，例如可使用金屬伸縮泵。泵33與控制部18電性連接。
設置於導入管線29之過濾器31用於將氫系氣體中所含之雜質去除。此處，氫透過發熱體14之透過量(以下，稱為氫透過量)係由發熱體14之溫度、發熱體14之兩面側之壓力差、及發熱體14之正面狀態決定。於氫系氣體中包含雜質之情形時，有時雜質會附著於發熱體14之正面而導致發熱體14之正面狀態變差。於雜質附著於發熱體14之正面之情形時，發熱體14之正面之氫分子之吸附及解離受到阻礙，從而導致氫透過量減少。
作為阻礙發熱體14之正面之氫分子之吸附及解離者，例如考慮水(包含水蒸氣)、烴(甲烷、乙烷、甲醇、乙醇等)、C、S、及Si。認為水係自密閉容器15之內壁等釋出或者設置於密閉容器15之內部之構件中所含之氧化皮膜被氫還原所得者。認為烴、C、S、及Si係自設置於密閉容器15之內部之各種構件釋出。因此，過濾器31至少將水(包含水蒸氣)、烴、C、S、及Si作為雜質去除。過濾器31藉由去除氫系氣體中所含之雜質而抑制發熱體14中之氫透過量之減少。
控制部18控制氫加熱裝置11之各部之動作。控制部18例如主要具備運算裝置(Central Processing Unit，中央處理單元)、唯讀記憶體(Read Only Memory)或隨機存取記憶體(Random Access Memory)等記憶部等。運算裝置例如使用儲存於記憶部之程式或資料等執行各種運算處理。
控制部18係與溫度感測器16a、電源26、壓力調整閥32及泵33電性連接。控制部18係藉由調整加熱器16b之輸入電力、密閉容器15之壓力等而對發熱體14產生之過剩熱之輸出進行控制。
控制部18具有作為基於溫度感測器16a檢測出之溫度而對加熱器16b之輸出進行控制之輸出控制部的功能。控制部18藉由控制電源26來調節對加熱器16b之輸入電力，而將發熱體14維持為適合於發熱之溫度。
控制部18係基於由設置於第1室21與第2室22之各壓力感測器(未圖示)檢測出之壓力而控制壓力調整閥32及泵33，藉此，調整第1室21與第2室22之間所產生之氫之壓力差。
控制部18進行使氫吸藏於發熱體14之氫吸藏步驟、及使氫自發熱體14釋出之氫釋出步驟。於本實施方式中，控制部18藉由使第1室21與第2室22之間產生氫之壓力差而同時進行氫吸藏步驟與氫釋出步驟。控制部18使氫系氣體自導入管線29導入至第1室21，且使第2室22之氫系氣體向導出管線30導出，藉此，使第1室21之壓力高於第2室22，從而維持同時進行發熱體14之正面之氫之吸藏與發熱體14之背面之氫之釋出的狀態。
於本發明中，同時係指完全同時、或短至可視為實質上同時之程度之時間以內。藉由同時進行氫吸藏步驟與氫釋出步驟，而使氫連續地透過發熱體14，因此，能夠於發熱體14有效率地產生過剩熱。再者，控制部18亦可交替地反覆進行氫吸藏步驟與氫釋出步驟。即，控制部18亦可首先藉由進行氫吸藏步驟而使氫吸藏於發熱體14，其後，藉由進行氫釋出步驟而使吸藏於發熱體14之氫釋出。藉由如此交替地反覆進行氫吸藏步驟與氫釋出步驟，亦能夠自發熱體14產生過剩熱。
氫加熱裝置11係藉由使隔著發熱體14配置之第1室21與第2室22之間產生氫之壓力差，而使氫透過發熱體14，產生過剩熱。氫系氣體於透過發熱體14時，被發熱體14中產生之過剩熱加熱。發熱體14之厚度越厚，透過發熱體14之前之距離越長，則氫系氣體被發熱體14中產生之過剩熱加熱之時間越長，相應地，透過發熱體14並排出至第2室22時之溫度越高。因此，發熱體14係使規定數量之下述積層體積層而將發熱體14之厚度設定為規定厚度，以使透過發熱體14後之氫系氣體達到規定溫度。
接下來，利用圖2及圖3對發熱體14之詳細構造進行說明。如圖2所示，發熱體14具有由包含支持體61與多層膜62之複數個積層體14a積層所得之構成，藉由改變積層體14a積層之積層數，而調整氫系氣體要透過之發熱體14之厚度。具體而言，積層體14a之積層數越多，則發熱體14之厚度越厚，氫系氣體透過發熱體14之前之距離越長，因此，積層體14a之積層數越多，則透過發熱體14後之氫系氣體之溫度越高。另一方面，積層體14a之積層數越少，則發熱體14之厚度越薄，氫系氣體透過發熱體14之前之距離越短，因此，積層體14a之積層數越少，則透過發熱體14後之氫系氣體之溫度越低。
此處，例如25℃左右之氫系氣體透過發熱體14，藉此，該氫系氣體被發熱體14加熱，於透過發熱體14之後成為50℃以上1000℃以下、較佳為600℃以上1000℃以下之氫系氣體。再者，設定積層體14a之積層數時，理想的是根據過去之操作經驗等預先特定出透過發熱體14後之氫系氣體之溫度與積層體14a之積層數之對應關係，基於該對應關係而特定出積層體14a之積層數，以使氫系氣體成為所期望之溫度。
發熱體14係於第1積層體14a之多層膜62配置第2積層體14a之支持體61，並於該第2積層體14a之多層膜62配置第3積層體14a之支持體61，而依次積層複數個積層體14a。藉此，圖2所示之發熱體14成為如下構成，即，從右往左按照支持體61、多層膜62、支持體61及多層膜62之順序交替地配置有支持體61與多層膜62。再者，於本實施方式中，圖示了氫系氣體自紙面左側末端之支持體61朝向紙面右側末端之多層膜62透過之情況，但本發明並不限於此，亦可為氫系氣體自紙面右側末端之多層膜62朝向紙面左側末端之支持體61透過。
支持體61係由多孔質體、氫透過膜及質子導電體中之至少任一者形成。於該例中，支持體61形成為具有正面及背面之板狀。多孔質體具有能夠使氫系氣體通過之大小之孔。多孔質體例如由金屬、非金屬、陶瓷等形成。多孔質體較佳為由不妨礙氫系氣體與多層膜62之反應(以下，稱為發熱反應)之材料形成。氫透過膜例如由氫吸藏金屬或氫吸藏合金形成。作為氫吸藏金屬，可使用Ni、Pd、V、Nb、Ta、Ti等。作為氫吸藏合金，可使用LaNi 5、CaCu 5、MgZn 2、ZrNi 2、ZrCr 2、TiFe、TiCo、Mg 2Ni、Mg 2Cu等。氫透過膜包含具有網狀之片材者。作為質子導電體，可使用BaCeO 3系(例如Ba(Ce 0.95Y 0.05)O 3-6)、SrCeO 3系(例如Sr(Ce 0.95Y 0.05)O 3-6)、CaZrO 3系(例如CaZr 0.95Y 0.05O 3- α)、SrZrO 3系(例如SrZr 0.9Y 0.1O 3- α)、β Al 2O 3、β Ga 2O 3等。
如圖3所示，多層膜62設置於支持體61。多層膜62由第1層71與第2層72形成，第1層71由氫吸藏金屬或氫吸藏合金形成，第2層72由與第1層71不同之氫吸藏金屬、氫吸藏合金或陶瓷形成。於支持體61與第1層71及第2層72之間形成下述之異種物質界面73。於圖3中，多層膜62係於支持體61之一面(例如正面)依序交替地積層有第1層71與第2層72。第1層71與第2層72分別設為5層。再者，第1層71與第2層72之各層之層數可適當變更。多層膜62亦可為於支持體61之正面依序交替地積層第2層72與第1層71所得者。多層膜62具有第1層71與第2層72各1層以上，且異種物質界面73形成1個以上即可。
第1層71例如由Ni、Pd、Cu、Mn、Cr、Fe、Mg、Co、其等之合金中之任一者形成。形成第1層71之合金較佳為包含Ni、Pd、Cu、Mn、Cr、Fe、Mg、Co中之2種以上之合金。作為形成第1層71之合金，亦可使用使添加元素添加於Ni、Pd、Cu、Mn、Cr、Fe、Mg、Co中所得之合金。
第2層72例如由Ni、Pd、Cu、Mn、Cr、Fe、Mg、Co、其等之合金、SiC中之任一者形成。形成第2層72之合金較佳為包含Ni、Pd、Cu、Mn、Cr、Fe、Mg、Co中之2種以上之合金。作為形成第2層72之合金，亦可使用使添加元素添加於Ni、Pd、Cu、Mn、Cr、Fe、Mg、Co中所得之合金。
作為第1層71與第2層72之組合，將元素之種類表示為「第1層71-第2層72(第2層72-第1層71)」時，較佳為Pd-Ni、Ni-Cu、Ni-Cr、Ni-Fe、Ni-Mg、Ni-Co。於將第2層72設為陶瓷之情形時，「第1層71-第2層72」較佳為Ni-SiC。
如圖4所示，異種物質界面73使氫原子透過。圖4係示出如下情況之概略圖，即，於由面心立方構造之氫吸藏金屬形成之第1層71及第2層72中，第1層71之金屬晶格中之氫原子透過異種物質界面73移動至第2層72之金屬晶格中。已知氫較輕，一面於某物質A與物質B中之氫所佔據之位置(八面體或四面體位置)跳躍，一面逐漸進行量子擴散。因此，吸藏於發熱體14之氫一面於多層膜62之內部跳躍，一面進行量子擴散。於發熱體14，氫藉由量子擴散而透過第1層71、異種物質界面73、第2層72。
第1層71之厚度與第2層72之厚度較佳為分別未達1000 nm。若第1層71與第2層72之各厚度為1000 nm以上，則氫難以透過多層膜62。又，藉由第1層71與第2層72之各厚度未達1000 nm，可維持不體現塊體特性之奈米構造。第1層71與第2層72之各厚度更佳為未達500 nm。藉由第1層71與第2層72之各厚度未達500 nm，可維持完全不體現塊體特性之奈米構造。
接下來，對發熱體14之製造方法之一例進行說明。於該情形時，準備板狀之支持體61，使用蒸鍍裝置，使成為第1層71或第2層72之氫吸藏金屬或氫吸藏合金為氣相狀態，藉由凝集或吸附而於支持體61之正面交替地膜狀形成第1層71及第2層72。藉此，形成在支持體61之正面具有多層膜62之積層體14a。再者，第1層71及第2層72較佳為於真空狀態下連續地膜狀形成。藉此，於第1層71與第2層72之間不形成自然氧化膜，而僅形成異種物質界面73。作為蒸鍍裝置，可使用利用物理方法使氫吸藏金屬或氫吸藏合金蒸鍍之物理蒸鍍裝置。作為物理蒸鍍裝置，較佳為濺鍍裝置、真空蒸鍍裝置、CVD(Chemical Vapor Deposition，化學氣相沈積)裝置。又，亦可藉由電鍍法使氫吸藏金屬或氫吸藏合金析出至支持體61之正面而交替地膜狀形成第1層71及第2層72。
繼而，可準備複數個積層體14a，將另一積層體14a之支持體61之背面重合於一積層體14a之多層膜62之正面，使規定數量之積層體14a積層，藉此製造發熱體14。再者，亦可於形成一積層體14a之後，使新的支持體61積層於該積層體14a之多層膜62之正面，並使用蒸鍍裝置，於新的支持體61之正面交替地膜狀形成第1層71及第2層72，於一積層體14a之正面依次形成新的積層體14a。
如圖5(A)所示，發熱體14中，例如，位於一側末端之積層體14a之支持體61配置於第1室21側(高壓側)，位於另一側末端之積層體14a之多層膜62配置於第2室22側(低壓側)。藉由第1室21與第2室22之間所產生之氫之壓力差而導入至第1室21之氫係按照支持體61、多層膜62、支持體61、多層膜62…之順序透過發熱體14之內部，並移動至第2室22。發熱體14係於氫透過各多層膜62時，即，藉由氫吸藏於各多層膜62及氫自多層膜62釋出，而產生過剩熱。再者，發熱體14亦可將支持體61配置於第2室22側(低壓側)，且將多層膜62配置於第1室21側(高壓側)。
發熱體14藉由所產生之過剩熱而加熱透過之氫系氣體。發熱體14由於使用氫而發熱，故不會產生二氧化碳等溫室效應氣體，可以說是清潔之熱能來源。又，所使用之氫可由水生成，故價格低廉。進而，發熱體14之發熱不同於核分裂反應，不存在連鎖反應，故被認為安全。因此，氫加熱裝置11將此種發熱體14作為熱能來源來加熱氫系氣體，藉此可利用價格低廉、清潔且安全之熱能來源來供給已加熱之氫系氣體。
本發明並不限定於上述第1實施方式，可於不脫離本發明之主旨之範圍內適當變更。以下，對第1實施方式之變化例進行說明。於變化例之圖式及說明中，對與上述第1實施方式相同或同等之構成要素及構件標註相同符號。適當省略與上述第1實施方式重複之說明，對與上述第1實施方式不同之構成重點進行說明。
[第1變化例] 如圖5(B)所示，氫加熱裝置11亦可使用如下發熱體74，其於配置在一側末端之積層體14a之支持體61之背面亦設置多層膜62，而於支持體61之兩面設置有多層膜62。發熱體74依序透過多層膜62、支持體61、多層膜62、支持體61、多層膜62…，藉由各多層膜62中之氫之吸藏與釋出而產生過剩熱。藉由使用發熱體74而可實現過剩熱之高輸出化。
[第2變化例] 氫加熱裝置11亦可具備圖6所示之發熱體75代替發熱體14。圖6所示之發熱體75中，積層體之多層膜62除了具有第1層71與第2層72以外，進而具有第3層77。第3層77由與第1層71及第2層72不同之氫吸藏金屬、氫吸藏合金或陶瓷形成。第3層77之厚度較佳為未達1000 nm。於圖6中，第1層71、第2層72及第3層77係按照第1層71、第2層72、第1層71、第3層77之順序積層於支持體61之正面。再者，第1層71、第2層72及第3層77亦可按照第1層71、第3層77、第1層71、第2層72之順序積層於支持體61之正面。即，多層膜62設為於第2層72與第3層77之間設置有第1層71之積層構造。多層膜62只要具有1層以上之第3層77即可。形成於第1層71與第3層77之間之異種物質界面78係與異種物質界面73同樣地，使氫原子透過。
第3層77例如由Ni、Pd、Cu、Cr、Fe、Mg、Co、其等之合金、SiC、CaO、Y 2O 3、TiC、LaB 6、SrO、BaO中之任一者形成。形成第3層77之合金較佳為包含Ni、Pd、Cu、Cr、Fe、Mg、Co中之2種以上之合金。作為形成第3層77之合金，亦可使用使添加元素添加於Ni、Pd、Cu、Cr、Fe、Mg、Co中所得之合金。
尤其是，第3層77較佳為由CaO、Y 2O 3、TiC、LaB 6、SrO、BaO中之任一者形成。具有由CaO、Y 2O 3、TiC、LaB 6、SrO、BaO中之任一者形成之第3層77之發熱體75係氫之吸藏量增加，透過異種物質界面73及異種物質界面78之氫之量增加，可實現過剩熱之高輸出化。由CaO、Y 2O 3、TiC、LaB 6、SrO、BaO中之任一者形成之第3層77較佳為厚度為10 nm以下。藉此，多層膜62使氫原子容易透過。由CaO、Y 2O 3、TiC、LaB 6、SrO、BaO中之任一者形成之第3層77亦可不形成為完整之膜狀，而形成為島嶼分佈狀。又，第1層71及第3層77較佳為於真空狀態下連續地膜狀形成。藉此，於第1層71與第3層77之間不形成自然氧化膜，而僅形成異種物質界面78。
作為第1層71、第2層72及第3層77之組合，將元素之種類表示為「第1層71-第3層77-第2層72」時，較佳為Pd-CaO-Ni、Pd-Y 2O 3-Ni、Pd-TiC-Ni、Pd-LaB 6-Ni、Ni-CaO-Cu、Ni-Y 2O 3-Cu、Ni-TiC-Cu、Ni-LaB 6-Cu、Ni-Co-Cu、Ni-CaO-Cr、Ni-Y 2O 3-Cr、Ni-TiC-Cr、Ni-LaB 6-Cr、Ni-CaO-Fe、Ni-Y 2O 3-Fe、Ni-TiC-Fe、Ni-LaB 6-Fe、Ni-Cr-Fe、Ni-CaO-Mg、Ni-Y 2O 3-Mg、Ni-TiC-Mg、Ni-LaB 6-Mg、Ni-CaO-Co、Ni-Y 2O 3-Co、Ni-TiC-Co、Ni-LaB 6-Co、Ni-CaO-SiC、Ni-Y 2O 3-SiC、Ni-TiC-SiC、Ni-LaB 6-SiC。
[第3變化例] 氫加熱裝置11具備圖7所示之發熱體80代替發熱體14。圖7所示之發熱體80中，積層體之多層膜62除了具有第1層71、第2層72及第3層77以外，進而具有第4層82。第4層82由與第1層71、第2層72及第3層77不同之氫吸藏金屬、氫吸藏合金或陶瓷形成。第4層82之厚度較佳為未達1000 nm。於圖7中，第1層71、第2層72、第3層77及第4層82係按照第1層71、第2層72、第1層71、第3層77、第1層71、第4層82之順序積層於支持體61之正面。再者，第1層71、第2層72、第3層77及第4層82亦可按照第1層71、第4層82、第1層71、第3層77、第1層71、第2層72之順序積層於支持體61之正面。即，多層膜62設為將第2層72、第3層77、第4層82按照任意順序積層且於第2層72、第3層77、第4層82之各者之間設置有第1層71的積層構造。多層膜62只要具有1層以上之第4層82即可。形成於第1層71與第4層82之間的異種物質界面83係與異種物質界面73及異種物質界面78同樣地，使氫原子透過。
第4層82例如由Ni、Pd、Cu、Cr、Fe、Mg、Co、其等之合金、SiC、CaO、Y 2O 3、TiC、LaB 6、SrO、BaO中之任一者形成。形成第4層82之合金較佳為包含Ni、Pd、Cu、Cr、Fe、Mg、Co中之2種以上之合金。作為形成第4層82之合金，亦可使用使添加元素添加於Ni、Pd、Cu、Cr、Fe、Mg、Co中所得之合金。
尤其是，第4層82較佳為由CaO、Y 2O 3、TiC、LaB 6、SrO、BaO中之任一者形成。具有由CaO、Y 2O 3、TiC、LaB 6、SrO、BaO中之任一者形成之第4層82之發熱體80係氫之吸藏量增加，透過異種物質界面73、異種物質界面78及異種物質界面83之氫之量增加，可實現過剩熱之高輸出化。由CaO、Y 2O 3、TiC、LaB 6、SrO、BaO中之任一者形成之第4層82較佳為厚度為10 nm以下。藉此，多層膜62使氫原子容易透過。由CaO、Y 2O 3、TiC、LaB 6、SrO、BaO中之任一者形成之第4層82亦可不形成為完整之膜狀，而形成為島嶼分佈狀。又，第1層71及第4層82較佳為於真空狀態下連續地膜狀形成。藉此，於第1層71與第4層82之間不形成自然氧化膜，而僅形成異種物質界面83。
作為第1層71、第2層72、第3層77及第4層82之組合，將元素之種類表示為「第1層71-第4層82-第3層77-第2層72」時，較佳為Ni-CaO-Cr-Fe、Ni-Y 2O 3-Cr-Fe、Ni-TiC-Cr-Fe、Ni-LaB 6-Cr-Fe。
再者，作為發熱體，亦可設為將圖3所示之發熱體14之積層體14a、圖6所示之發熱體75之積層體、及圖7所示之發熱體80之積層體中之任意2種以上混合而使複數種積層體交替地或者按照任意順序積層所得的構成。又，多層膜62之構成、例如各層之厚度之比率、各層之層數、材料亦可根據使用之溫度而適當變更。以下，對「多層膜之各層之厚度之比率與過剩熱之關係」、「多層膜之積層數與過剩熱之關係」及「多層膜之材料與過剩熱之關係」進行說明，然後，對與溫度對應之多層膜62之構成之一例進行說明。
「多層膜之各層之厚度之比率與過剩熱之關係」、「多層膜之積層數與過剩熱之關係」及「多層膜之材料與過剩熱之關係」係藉由準備實驗用之氫加熱裝置(未圖示)，使用該實驗用氫加熱裝置進行包含1個積層體之發熱體是否產生過剩熱之實驗而調查。實驗用氫加熱裝置具備密閉容器、配置於密閉容器之內部之2個發熱體、及加熱各發熱體之加熱器。發熱體形成為板狀。加熱器係形成為板狀之陶瓷加熱器，內置熱電偶。加熱器設置於2個發熱體之間。密閉容器連接於氫系氣體供給路徑與排氣路徑。氫系氣體供給路徑將貯存有氫系氣體之儲氣罐與密閉容器連接。於氫系氣體供給路徑中設置有用以調整將儲氣罐中貯存之氫系氣體供給至密閉容器之供給量之調整閥等。排氣路徑將用以對密閉容器之內部進行真空排氣之乾式泵與密閉容器連接。於排氣路徑中設置有用以調整氣體之排氣量之調整閥等。
實驗用氫加熱裝置係藉由交替地反覆進行氫吸藏步驟與氫釋出步驟，而自發熱體產生過剩熱。即，實驗用氫加熱裝置藉由進行氫吸藏步驟而使氫吸藏於發熱體14，然後，藉由進行氫釋出步驟而使吸藏於發熱體14之氫釋出。於氫吸藏步驟中，向密閉容器之內部供給氫系氣體。於氫釋出步驟中，進行密閉容器內部之真空排氣與發熱體之加熱。
對「多層膜之各層之厚度之比率與過剩熱之關係」進行說明。首先，著眼於1個積層體14a，使用具有包含Ni之支持體61、及由包含Cu之第1層71與包含Ni之第2層72形成之多層膜62的發熱體14，調查第1層71與第2層72之厚度之比率與過剩熱之關係。以下，將多層膜62之各層之厚度之比率記載為Ni：Cu。
製作除了Ni：Cu以外以相同條件形成多層膜62之8種發熱體14，設為實驗例1～8。再者，多層膜62僅設置於支持體61之正面。實驗例1～8之各發熱體14之Ni：Cu係7：1、14：1、4.33：1、3：1、5：1、8：1、6：1、6.5：1。於實驗例1～8之各發熱體14中，多層膜62係重複設置有第1層71與第2層72之積層構成。實驗例1～8之各發熱體14將多層膜62之積層構成之數量(以下，稱為多層膜之積層數)設為5。實驗例1～8之各發熱體14中，將多層膜62整體之厚度設為大致相同。
將實驗例1～8之發熱體14設置於實驗用氫加熱裝置之密閉容器之內部，交替地反覆進行氫吸藏步驟與氫釋出步驟。作為氫系氣體，使用氕氣(沼田氧公司製造 二級 純度99.999 vol%以上)。於氫吸藏步驟中，將氫系氣體以50 Pa左右供給至密閉容器之內部。使氫吸藏於發熱體14之時間設為64小時左右。再者，於氫吸藏步驟之前，預先藉由加熱器將密閉容器之內部以200℃以上烘烤36小時左右，將附著於發熱體14之表面之水等去除。
於氫釋出步驟中，中斷氫吸藏步驟而將加熱器之輸入電力設為9 W、18 W、27 W。並且，藉由內置於加熱器之熱電偶，測定各氫釋出步驟時之發熱體14之溫度。將其結果示於圖8。圖8係對測得之資料利用規定之方法進行擬合所得之曲線圖。於圖8中，橫軸表示加熱器溫度，縱軸表示過剩熱之電力。加熱器溫度係規定之輸入電力下之發熱體14之溫度。於圖8中，將實驗例 1記述為「Ni：Cu＝7：1」，將實驗例2記述為「Ni：Cu＝14：1」，將實驗例3記述為「Ni：Cu＝4.33：1」，將實驗例4記述為「Ni：Cu＝3：1」，將實驗例5記述為「Ni：Cu＝5：1」，將實驗例6記述為「Ni：Cu＝8：1」，將實驗例7記述為「Ni：Cu＝6：1」，將實驗例8記述為「Ni：Cu＝6.5：1」。
根據圖8可確認，於實驗例1～8之所有發熱體14中均產生過剩熱。因此，可確認當氫系氣體透過包含1個積層體14a之發熱體14時，能夠加熱氫系氣體。又，若設為使複數個此種積層體14a積層而成之發熱體14，因透過產生過剩熱之積層體14a之距離延長，故加熱氫系氣體之時間相應地變長，從而能夠提高氫系氣體之溫度。因此，已知藉由改變發熱體14中將積層體14a積層之積層數，能夠調整最終透過發熱體14後之氫系氣體之溫度。
於加熱器溫度為700℃以上時將實驗例1～8之發熱體14加以比較可知，實驗例1產生最大之過剩熱。實驗例3之發熱體與實驗例1、2、4～8之發熱體14相比可知，在加熱器溫度處於300℃以上1000℃以下之較大範圍內產生過剩熱。可知多層膜62之Ni：Cu為3：1～8：1之實驗例1、3～8之發熱體14，若加熱器溫度越高則過剩熱越為增加。可知多層膜62之Ni：Cu為14：1之實驗例2之發熱體14在加熱器溫度為800℃以上時過剩熱減少。如此般過剩熱相對於Ni與Cu之比率未單純地增加之情況，認為是由多層膜62中之氫之量子效應引起。
接下來，對「多層膜之積層數與過剩熱之關係」進行說明。使用包含1個積層體14a之發熱體14，調查多層膜62之積層數與過剩熱之關係，積層體14a由包含Ni之支持體61及多層膜62構成，多層膜62由包含Cu之第1層71及包含Ni之第2層72形成。
製作實驗例1之發熱體14、及具有除了多層膜62之積層數以外以相同條件製造之多層膜62的8種發熱體14(積層體14a為1個發熱體14)，設為實驗例9～16。實驗例1、9～16之各發熱體14之多層膜62之積層數為5、3、7、6、8、9、12、4、2。
將實驗例1、9～16之各發熱體14設置於實驗用氫加熱裝置之密閉容器之內部。實驗用氫加熱裝置係與用於調查上述之「多層膜之各層之厚度之比率與過剩熱之關係」之裝置相同。於實驗用氫加熱裝置中，利用與上述之「多層膜之各層之厚度之比率與過剩熱之關係」相同之方法，測定氫釋出步驟時之發熱體14之溫度。將其結果示於圖9中。圖9係對測得之資料利用規定之方法進行擬合所得之曲線圖。於圖9中，橫軸表示加熱器溫度，縱軸表示過剩熱之電力。於圖9中，根據各層之厚度，將實驗例1記述為「Ni 0.875Cu 0.1255層」，將實驗例9記述為「Ni 0.875Cu 0.1253層」，將實驗例10記述為「Ni 0.875Cu 0.1257層」，將實驗例11記述為「Ni 0.875Cu 0.1256層」，將實驗例12記述為「Ni 0.875Cu 0.1258層」，將實驗例13記述為「Ni 0.875Cu 0.1259層」，將實驗例14記述為「Ni 0.875Cu 0.12512層」，將實驗例15記述為「Ni 0.875Cu 0.1254層」，將實驗例16記述為「Ni 0.875Cu 0.1252層」。
根據圖9可確認，於實驗例1、9～16之所有發熱體14中均產生過剩熱。於加熱器溫度為840℃以上時將實驗例1、9～16之發熱體14加以比較可知，過剩熱係多層膜62之積層數為6之實驗例11最大，多層膜62之積層數為8之實驗例12最小。認為如此般過剩熱相對於多層膜62之積層數未單純地增加之原因在於，多層膜62中之氫之波動行為之波長為奈米級，與多層膜62產生干涉。
接下來，對「多層膜之材料與過剩熱之關係」進行說明。使用包含具有多層膜62之1個積層體之發熱體75，調查形成第3層77之材料之種類與過剩熱之關係，多層膜62由包含Ni之第1層71、包含Cu之第2層72、以及包含與第1層71及第2層72不同之氫吸藏金屬、氫吸藏合金或陶瓷之第3層77形成。
製作除了形成第3層77之材料之種類以外以相同條件形成多層膜62的9種發熱體75，並設為實驗例17～25。於實驗例17～25之各發熱體75中，形成第3層77之材料之種類係CaO、SiC、Y 2O 3、TiC、Co、LaB 6、ZrC、TiB 2、CaOZrO。
將實驗例17～25之各發熱體75設置於實驗用氫加熱裝置之密閉容器之內部。實驗用氫加熱裝置係與用於調查上述之「多層膜之各層之厚度之比率與過剩熱之關係」之裝置相同。於實驗用氫加熱裝置中，利用與上述之「多層膜之各層之厚度之比率與過剩熱之關係」相同之方法，測定氫釋出步驟時之發熱體75之溫度。將其結果示於圖10中。圖10係對測得之資料利用規定之方法進行擬合所得之曲線圖。於圖10中，橫軸表示加熱器溫度，縱軸表示過剩熱之電力。於圖10中，根據各層之厚度，將實驗例17記述為「Ni 0.793CaO 0.113Cu 0.094」，將實驗例18記述為「Ni 0.793SiC 0.113Cu 0.094」，將實驗例19記述為「Ni 0.793Y 2O 30.113Cu 0.094」，將實驗例20記述為「Ni 0.793TiC 0.113Cu 0.094」，將實驗例21記述為「Ni 0.793Co 0.113Cu 0.094」，將實驗例22記述為「Ni 0.793LaB 60.113Cu 0.094」，將實驗例23記述為「Ni 0.793ZrC 0.113Cu 0.094」，將實驗例24記述為「Ni 0.793TiB 20.113Cu 0.094」，將實驗例25記述為「Ni 0.793CaOZrO 0.113Cu 0.094」。
根據圖10可確認，於實驗例17～25之所有發熱體75中均產生過剩熱。因此，可確認當氫系氣體透過包含1個積層體之發熱體75時能夠加熱氫系氣體。又，可知若設為使複數個此種積層體積層而成之發熱體75，則透過產生過剩熱之積層體之距離延長，因此，加熱氫系氣體之時間相應地變長，從而能夠提高氫系氣體之溫度。因此，已知藉由改變發熱體75中將積層體積層之積層數，能夠調整最終透過發熱體75後之氫系氣體之溫度。
再者，尤其是，形成第3層77之材料為CaO之實驗例17、為TiC之實驗例20、為LaB 6之實驗例22與其他實驗例18、19、21、23～25相比可知，在加熱器溫度處於400℃以上1000℃以下之較大範圍內過剩熱大致線性地增大。實驗例17、20、22之形成第3層77之材料與其他實驗例18、19、21、23～25之材料相比，功函數較小。據此可知，形成第3層77之材料之種類較佳為功函數較小者。根據該等結果，多層膜62內之電子密度有可能有助於發熱反應。
對與發熱體14之溫度對應之多層膜62之構成之一例進行說明。若對發熱體14考慮上述之「多層膜之各層之厚度之比率與過剩熱之關係」，則於發熱體14之溫度為低溫(例如50℃以上500℃以下之範圍內)之情形時，較佳為多層膜62之各層之厚度之比率在2：1以上5：1以下之範圍內。於發熱體14之溫度為中溫(例如500℃以上800℃以下之範圍內)之情形時，較佳為多層膜62之各層之厚度之比率在5：1以上6：1以下之範圍內。於發熱體14之溫度為高溫(例如800℃以上1000℃以下之範圍內)之情形時，較佳為多層膜62之各層之厚度之比率在6：1以上12：1以下之範圍內。
若考慮上述之「多層膜之積層數與過剩熱之關係」，則於發熱體14之溫度為低溫、中溫、高溫之任一者之情形時，較佳為多層膜62之第1層71為2層以上18層以下之範圍內，且第2層72為2層以上18層以下之範圍內。
若對發熱體75考慮上述之「多層膜之材料與過剩熱之關係」，則於發熱體75之溫度為低溫之情形時，較佳為第1層71為Ni，第2層72為Cu，且第3層77為Y 2O 3。於發熱體75之溫度為中溫之情形時，較佳為第1層71為Ni，第2層72為Cu，且第3層77為TiC。於發熱體75之溫度為高溫之情形時，較佳為第1層71為Ni，第2層72為Cu，且第3層77為CaO或LaB 6。
[第4變化例] 圖11係形成為一端開口且另一端封閉之有底筒狀之發熱體90之剖視圖。於發熱體90設置有具有支持體91與多層膜92之複數個積層體90a。於該情形時，積層體90a係沿著形成為一端開口且另一端封閉之有底筒狀之支持體91之外周面及外底面形成有多層膜92，多層膜92亦形成為一端開口且另一端封閉之有底筒狀。
發熱體90具有如下構成，即，沿著位於內側之積層體90a之多層膜92之外周面及外底面設置有位於外側之積層體90a之支持體91，且自內表面側朝向外表面側，按照支持體91、多層膜92、支持體91及多層膜92之順序交替地積層有支持體91及多層膜92。以此方式，於發熱體90積層有有底筒狀之複數個積層體90a，設定該積層體90a之積層數，使得已透過發熱體90之氫系氣體被加熱至規定溫度。
各支持體91係由多孔質體、氫透過膜及質子導電體中之至少任一者形成。又，各多層膜92具有：第1層(未圖示)，其由氫吸藏金屬或氫吸藏合金形成，且厚度未達1000 nm；及第2層(未圖示)，其由與第1層不同之氫吸藏金屬、氫吸藏合金或陶瓷形成，且厚度未達1000 nm。再者，於圖11中，發熱體90形成為有底圓筒狀，但亦可形成為有底角筒狀。
接下來，對發熱體90之製造方法之一例進行說明。發熱體90係準備形成為有底筒狀之支持體91，使用濕式膜狀形成法於支持體91形成多層膜92。於該例中，於支持體91之外表面形成多層膜92。藉此，形成最內層之有底筒狀之積層體90a。繼而，準備形成為片狀之其他支持體91，使用濕式膜狀形成法於該片狀之支持體91之外表面形成多層膜92，而形成新的有底筒狀之片狀積層體90a。繼而，將所獲得之片狀之其他積層體90a反覆重疊於最內層之積層體90a之外表面，藉此，可製造由複數個積層體90a積層所得之發熱體90。再者，亦可於最內層之有底筒狀之支持體91之外表面形成多層膜92，然後，於該多層膜92之外周面及底面形成片狀之支持體91，並於該支持體91之外周面及底面再次形成多層膜92等，依序形成支持體91與多層膜92。
再者，作為濕式膜狀形成法，可使用旋轉塗佈法、噴塗法、浸漬法等。又，多層膜92既可使用ALD法(Atomic Layer Deposition，原子層沈積)而形成，亦可使用具備使支持體91旋轉之旋轉機構之濺鍍裝置，一面使支持體91旋轉，一面於支持體91形成多層膜92。再者，亦可為多層膜92亦設置於支持體91之最內表面，於位於最內周之支持體91之兩面設置多層膜92。
如圖12所示，氫利用系統95具備氫加熱裝置96與氫利用裝置12。氫加熱裝置96與上述實施方式之氫加熱裝置11之不同之處在於，具備發熱體90代替發熱體14。發熱體90使用安裝管97而安裝於密閉容器15。雖於圖12中加以省略，但氫加熱裝置96具備檢測發熱體90之溫度之溫度感測器、對加熱器16b輸入電力之電源、作為基於溫度感測器檢測出之溫度對加熱器16b之輸出進行控制之輸出控制部的控制部等。溫度感測器例如設置於發熱體90之外表面。
安裝管97例如由不鏽鋼等形成。安裝管97貫通密閉容器15，一端配置於密閉容器15之外表面，且另一端配置於密閉容器15之內部。安裝管97之一端與氫流通管線17之導入管線29連接。於安裝管97之另一端設置有發熱體90。
於第4變化例中，第1室21由發熱體90之內表面形成。第2室22由密閉容器15之內表面與發熱體90之外表面形成。因此，發熱體90係於第1室21側(高壓側)配置支持體91，於第2室22側(低壓側)配置多層膜92(參照圖11)。藉由第1室21與第2室22之間所產生之壓力差而導入至第1室21之氫係按照支持體91、多層膜92、支持體91、多層膜92、…之順序透過發熱體90之內部，並移動至第2室22。即，氫自發熱體90之內表面朝向外表面透過以規定數量積層之複數個積層體90a。藉此，發熱體90之各積層體90a係於氫自多層膜92釋出時產生過剩熱。因此，氫加熱裝置96具有與上述實施方式之氫加熱裝置11相同之作用效果。
再者，氫加熱裝置96亦可具備圖13所示之發熱體98代替發熱體90。發熱體98與上述發熱體90之不同之處在於，最內側具有之積層體90b具有柱狀之支持體91a。支持體91a係與支持體61同樣地，由多孔質體、氫透過膜及質子導電體中之至少任一者形成。支持體91a能夠使氫系氣體通過，並且使發熱體98之機械強度提高。再者，於圖13中，支持體91a形成為圓柱狀，但亦可形成為角柱狀。
[第5變化例] 如圖14所示，氫利用系統115具備氫加熱裝置121與氫利用裝置12。氫加熱裝置121與上述實施方式之氫加熱裝置11之不同之處在於，具有密閉容器123代替密閉容器15。密閉容器123係中空容器，於內部收容發熱體14。密閉容器123由隔熱材51覆蓋。於密閉容器123設置有用以安裝發熱體14之安裝管125。
安裝管125例如由不鏽鋼等形成。安裝管125貫通密閉容器123，一端配置於密閉容器123之外部，且另一端配置於密閉容器123之內部。於該例中，安裝管125之一端配置於隔熱材51內。安裝管125之一端與氫流通管線17之導入管線29連接。於安裝管125之另一端設置有發熱體14。於安裝管125之外周捲繞有溫度調節部(未圖示)之加熱器16b。
密閉容器123具有由安裝管125與發熱體14分隔出之第1室126及第2室127。第1室126由發熱體14之正面與安裝管125之內表面形成。第1室126具有與導入管線29連接之導入口23。第2室127由密閉容器123之內表面、發熱體14之背面及安裝管125之外表面形成。第2室127具有與導出管線30連接之導出口24。於圖14中，導出口24設置於密閉容器123之長度方向之大致中央之位置。第1室126藉由被導入氫系氣體而升壓。第2室127藉由排出氫系氣體而減壓。藉此，第1室126之氫之壓力高於第2室127之氫之壓力。第1室126與第2室127係氫之壓力互不相同。因此，密閉容器123之內部成為於發熱體14之兩側產生壓力差之狀態。
沿導出管線30流通之經加熱之氫系氣體係與上述實施方式同樣地，經由導出管線30被輸送至氫利用裝置12，於氫利用裝置12中利用於各種用途。
如上所述，氫加熱裝置121藉由氫系氣體於密閉容器123之內部自安裝管125內部之第1室126透過設置於安裝管125之前端之發熱體14朝向第2室127流動，而能夠利用發熱體14之各積層體14a中產生之熱而加熱氫系氣體。此時，即便為氫加熱裝置121，亦能夠藉由將發熱體14之積層體14a之積層數預先設定為規定數量，而使氫系氣體之溫度升溫至規定溫度，因此，具有與上述實施方式之氫加熱裝置11相同之作用效果。
[第6變化例] 如圖15所示，氫利用系統145具備氫加熱裝置146與氫利用裝置12。氫加熱裝置146係於導入管線29設置有加熱器137，且於密閉容器15之內部配置有噴嘴部148。氫加熱裝置146與上述實施方式之氫加熱裝置11之不同之處在於溫度調節部(未圖示)之加熱器137之配置位置、及設置有下述之噴嘴部148及非透過氣體回收管線149之方面。溫度調節部(未圖示)由溫度感測器16a、加熱器137、及作為輸出控制部之控制部18形成。
加熱器137設置於導入管線29，藉由將沿導入管線29流通之氫系氣體加熱而加熱發熱體14。加熱器137係與電源26電性連接，藉由自電源26被輸入電力而發熱。電源26由控制部18控制輸入電力。控制部18係基於溫度感測器16a檢測出之溫度而調節對加熱器137之輸入電力，藉此，將發熱體14維持為適合於發熱之溫度。
氫加熱裝置146藉由在導入管線29具有加熱器137，能夠將經加熱之氫系氣體輸送至密閉容器15之內部，能夠利用該加熱後之氫系氣體加熱發熱體14，而將發熱體14維持為對發熱而言恰當之溫度。即便為此種構成，亦具有與上述實施方式之氫加熱裝置11相同之作用效果。
噴嘴部148設置於導入口23與發熱體14之間。噴嘴部148經由導入口23與導入管線29連接。噴嘴部148將沿導入管線29流通並藉由過濾器31去除雜質後之氫系氣體自設置於噴嘴前端之噴射口噴射。噴嘴前端與發熱體14之正面之間的距離例如設為1～2 cm。噴嘴前端之方向設為相對於發熱體14之正面垂直之方向。藉此，噴嘴部148向作為發熱體14之一面之正面整個區域噴射氫系氣體。再者，噴嘴前端與發熱體14之正面之間的距離或噴嘴前端之方向較佳為設為自噴嘴前端噴出之氫系氣體被吹送至發熱體14之正面整個區域之距離或方向。
非透過氣體回收管線149係與設置於第1室21之非透過氣體回收口151連接，將導入至第1室21之氫系氣體中未透過發熱體14之非透過氣體回收。非透過氣體回收管線149係與氫罐28連接，將所回收之非透過氣體送回至氫罐28。非透過氣體回收口151係與導入口23並排設置。
於以上之構成中，導入至第1室21之氫系氣體藉由依次透過發熱體14之各積層體14a而被各積層體14a之熱逐漸加熱。透過發熱體14被加熱後之氫系氣體沿導出管線30導出。沿導出管線30導出之氫系氣體經由泵33及壓力調整閥32而供給至氫利用裝置12。
另一方面，導入至第1室21但未透過發熱體14之其餘氫系氣體係作為非透過氣體被非透過氣體回收管線149回收。非透過氣體係沿非透過氣體回收管線149流通而返回至氫罐28，並再次沿導入管線29流通，作為氫系氣體導入至第1室21。即，非透過氣體回收管線149連接第1室21與導入管線29，將自導入管線29導入至第1室21之氫系氣體中未透過發熱體14之非透過氣體回收並再次送回至導入管線29。
非透過氣體回收管線149具有非透過氣體流量控制部152與循環泵153。非透過氣體流量控制部152具有例如可變漏泄閥作為調整閥。非透過氣體流量控制部152基於溫度感測器16a檢測出之溫度進行非透過氣體之流量之控制。例如，非透過氣體流量控制部152係於藉由溫度感測器16a檢測出之發熱體14之溫度超過對發熱體14之發熱而言適當之溫度範圍之上限溫度的情形時，增加非透過氣體之循環流量。非透過氣體流量控制部152係於藉由溫度感測器16a檢測出之發熱體14之溫度未達對發熱體14之發熱而言適當之溫度範圍之下限溫度的情形時，減少非透過氣體之流量。如此，非透過氣體流量控制部152藉由使非透過氣體之循環流量增減而將發熱體14維持為適合於發熱之溫度。
循環泵153將第1室21之非透過氣體自非透過氣體回收口151回收並輸送至氫罐28。作為循環泵153，例如可使用金屬伸縮泵。循環泵153與控制部18電性連接。
氫加熱裝置146藉由具有噴嘴部148而將去除雜質後之氫系氣體直接吹送至發熱體14之正面。藉此，於氫加熱裝置146，發熱體14之正面及周邊之雜質被吹散，且發熱體14之正面配置於由利用過濾器31去除雜質後之清新之氫系氣體所形成之氛圍下，因此，可實現過剩熱之高輸出化。
[第7變化例] 如圖16所示，氫利用系統155具備氫加熱裝置156與氫利用裝置12。氫加熱裝置156具備發熱體90代替發熱體14，且於密閉容器15之內部配置有噴嘴部158。於該例中，相對於安裝管97，導入口23與非透過氣體回收口151並排設置。
噴嘴部158設置於導入口23與發熱體90之間，一端與導入口23連接，另一端延伸至發熱體90之另一端。噴嘴部158經由導入口23與導入管線29連接。
如圖17所示，於筒狀之噴嘴部158，沿著發熱體90之軸向於周側面形成有複數個噴射口159。又，本實施方式之噴嘴部158亦於底面形成有噴射口159。噴嘴部158自複數個噴射口159向發熱體90之內表面整個區域(內周面及內底面)噴射氫系氣體。複數個噴射口159較佳為等間隔地排列。藉由將複數個噴射口159等間隔地排列，而向發熱體90之內表面整個區域均勻地噴射氫系氣體。噴射口159之數量或直徑可適當變更。
又，發熱體90具有於設置在第1室21之非透過氣體回收口151連接有非透過氣體回收管線149之構成，能夠將導入至第1室21之氫系氣體中未透過發熱體90之非透過氣體自非透過氣體回收管線149回收。
又，氫加熱裝置156藉由自噴嘴部158噴射氫系氣體，而發熱體90之內表面及周邊之雜質被氫系氣體吹散，且發熱體90之內部設為由利用過濾器31去除雜質後之清新之氫系氣體所形成之氛圍，因此，可實現過剩熱之高輸出化。
[第8變化例] 圖18係兩端開口之筒狀之發熱體160之剖視圖。發熱體160包含具有支持體161與多層膜162之複數個積層體160a。於該情形時，各積層體160a分別具有於筒狀之支持體161之外周面形成有筒狀之多層膜162之構成。發熱體160係於一積層體160a之多層膜162之外周面設置其他積層體160a之支持體161，且自內側朝向外側，按照支持體161、多層膜162、支持體161、多層膜162之順序依次交替地配置支持體161與多層膜162，藉此，將規定數量之複數個積層體160a積層。以此方式，於發熱體160積層有筒狀之複數個積層體160a，並且設定該積層體160a之積層數，使得已透過發熱體160之氫系氣體被加熱至規定溫度。
再者，支持體161係由多孔質體、氫透過膜及質子導電體中之至少任一者形成。多層膜162具有：第1層(未圖示)，其由氫吸藏金屬或氫吸藏合金形成，且厚度未達1000 nm；及第2層(未圖示)，其由與第1層不同之氫吸藏金屬、氫吸藏合金或陶瓷形成，且厚度未達1000 nm。發熱體160之製造方法除了準備兩端開口之筒狀之支持體161以外，與發熱體90之製造方法相同，因此省略說明。再者，於圖18中，發熱體160形成為兩端開口之圓筒狀，但亦可形成為兩端開口之角筒狀。
如圖19所示，氫利用系統165具備氫加熱裝置166與氫利用裝置12。氫加熱裝置166與上述第7變化例之氫加熱裝置156之不同之處在於，具備發熱體160代替發熱體90。
發熱體160係於兩端設置有安裝管97。設置於發熱體160之一端之安裝管97與導入管線29連接。設置於發熱體160之另一端之安裝管97與非透過氣體回收管線149連接。即，發熱體160係一端與導入管線29連接，另一端與非透過氣體回收管線149連接。因此，氫加熱裝置166係與上述第7變化例之氫加熱裝置156同樣地，能夠將導入至第1室21之氫系氣體中未透過發熱體160之非透過氣體自非透過氣體回收管線149回收。
[第9變化例] 於上述實施方式及上述各變化例中，藉由氫流通管線自導入管線向第1室導入氫系氣體，並自第2室沿導出管線導出氫系氣體，藉此，於第1室與第2室之間產生氫之壓力差，但於第9變化例中，代替使用氫流通管線，而使用氫吸藏金屬或氫吸藏合金，利用氫之吸藏及釋出於第1室與第2室之間產生氫之壓力差。以下，著眼於與上述之實施方式及上述各變化例不同之方面，對第9變化例之氫加熱裝置進行說明。
如圖20所示，氫加熱裝置171具備發熱體14、密閉容器173、第1氫吸藏釋出部174、第2氫吸藏釋出部175、第1溫度感測器176、第2溫度感測器177、第1加熱器178、第2加熱器179、第1壓力計180、第2壓力計181、及氫壓力控制部182。對複數個積層體14a以規定之積層數積層所得之發熱體14(參照圖2)省略說明。再者，氫加熱裝置171進而具備未圖示之作為輸出控制部之控制部。由該作為輸出控制部之控制部、第1溫度感測器176、第2溫度感測器177、第1加熱器178及第2加熱器179形成溫度調節部(未圖示)。溫度調節部調節發熱體14之溫度並維持為適合於發熱之溫度。
密閉容器173具有由發熱體14分隔出之第1室184及第2室185。第1室184與第2室185係藉由利用下述氫壓力控制部182進行切換控制而氫之壓力不同。第1室184由發熱體14之正面與密閉容器173之內表面形成。第2室185由發熱體14之背面與密閉容器173之內表面形成。雖未於圖20中進行圖示，但於密閉容器173，例如於第1室184或第2室185設置有導入口，且於導入口連接有用以導入氫系氣體之導入管線。又，同樣地，雖未於圖20中進行圖示，但於密閉容器173，於第1室184或第2室185設置有導出口，且於導出口連接有使經發熱體14加熱之氫系氣體導出至氫利用裝置之導出管線。
第1氫吸藏釋出部174設置於第1室184。第1氫吸藏釋出部174由氫吸藏金屬或氫吸藏合金形成。第1氫吸藏釋出部174進行氫之吸藏及釋出。第1氫吸藏釋出部174之氫之吸藏及釋出係由下述之氫壓力控制部182依次切換。
第2氫吸藏釋出部175設置於第2室185。第2氫吸藏釋出部175由氫吸藏金屬或氫吸藏合金形成。第2氫吸藏釋出部175進行氫之吸藏及釋出。第2氫吸藏釋出部175之氫之吸藏及釋出係由下述之氫壓力控制部182依次切換。
第1溫度感測器176設置於第1氫吸藏釋出部174，檢測第1氫吸藏釋出部174之溫度。第2溫度感測器177設置於第2氫吸藏釋出部175，檢測第2氫吸藏釋出部175之溫度。
第1加熱器178設置於第1氫吸藏釋出部174，加熱第1氫吸藏釋出部174。第1加熱器178係與電源187電性連接，藉由自電源187被輸入電力而發熱。第2加熱器179設置於第2氫吸藏釋出部175，加熱第2氫吸藏釋出部175。第2加熱器179係與電源188電性連接，藉由自電源188被輸入電力而發熱。
第1壓力計180設置於第1室184之內部，檢測第1室184之氫之壓力。第2壓力計181設置於第2室185之內部，檢測第2室185之氫之壓力。
氫壓力控制部182係與第1溫度感測器176、第2溫度感測器177、第1壓力計180、第2壓力計181、電源187及電源188電性連接。
氫壓力控制部182基於第1溫度感測器176檢測出之溫度，進行第1氫吸藏釋出部174之溫度之控制。氫壓力控制部182藉由將電源187接通並調節對第1加熱器178之輸入電力，而將第1氫吸藏釋出部174加熱至規定溫度。又，氫壓力控制部182藉由將電源187斷開而將第1氫吸藏釋出部174冷卻。再者，亦可使用未圖示之冷卻裝置將第1氫吸藏釋出部174冷卻。
氫壓力控制部182基於第2溫度感測器177檢測出之溫度，進行第2氫吸藏釋出部175之溫度之控制。氫壓力控制部182藉由將電源188接通並調節對第2加熱器179之輸入電力，而將第2氫吸藏釋出部175加熱至規定溫度。又，氫壓力控制部182藉由將電源188斷開而將第2氫吸藏釋出部175冷卻。再者，亦可使用未圖示之冷卻裝置將第2氫吸藏釋出部175冷卻。
氫壓力控制部182具有使第1室184之氫之壓力高於第2室185之氫之壓力之第1模式、及使第2室185之氫之壓力高於第1室184之氫之壓力之第2模式。
如圖21所示，氫壓力控制部182係於第1模式下，藉由第1加熱器178加熱第1氫吸藏釋出部174，且將第2氫吸藏釋出部175冷卻。第1氫吸藏釋出部174藉由被加熱而釋出氫。第1室184藉由自第1氫吸藏釋出部174釋出氫而升壓。另一方面，第2氫吸藏釋出部175藉由被冷卻而吸藏氫。第2室185藉由氫吸藏於第2氫吸藏釋出部175而減壓。其結果，第1室184之氫之壓力高於第2室185之氫之壓力。藉由第1室184與第2室185之間所產生之氫之壓力差，而第1室184之氫透過發熱體14，並移動至第2室185。發熱體14藉由氫透過而產生過剩熱。
如圖22所示，氫壓力控制部182係於第2模式下，將第1氫吸藏釋出部174冷卻，且藉由第2加熱器179加熱第2氫吸藏釋出部175。第1氫吸藏釋出部174藉由被冷卻而吸藏氫。第1室184藉由氫吸藏於第1氫吸藏釋出部174而減壓。另一方面，第2氫吸藏釋出部175藉由被加熱而釋出氫。第2室185藉由自第2氫吸藏釋出部175釋出氫而升壓。其結果，第2室185之氫之壓力高於第1室184之氫之壓力。藉由第1室184與第2室185之間所產生之氫之壓力差，而第2室185之氫透過發熱體14，並移動至第1室184。發熱體14藉由氫透過而產生過剩熱。
氫壓力控制部182進行切換第1模式與第2模式之切換控制。對切換控制之一例進行說明。氫壓力控制部182係於第1模式中，由第1壓力計180檢測出之壓力成為規定之閾值以下之情形時，自第1模式切換為第2模式。氫壓力控制部182係於第2模式中，由第2壓力計181檢測出之壓力成為規定之壓力以下之情形時，自第2模式切換為第1模式。氫壓力控制部182藉由進行第1模式與第2模式之切換控制，而切換氫透過以規定之積層數積層有積層體14a之發熱體14之方向，使發熱體14之過剩熱之產生間斷地持續。
因此，即便於該情形時，氫加熱裝置171亦能夠藉由設定發熱體14之積層體之積層數，而利用發熱體14之加熱將氫系氣體加熱至規定溫度，因此，具有與上述實施方式之氫加熱裝置11相同之作用效果。又，氫加熱裝置171可不使用氫流通管線而於第1室與第2室之間產生氫之壓力差，因此，可實現小型化。
[第10變化例] 於上述實施方式及上述各變化例之氫加熱裝置使用發熱體，而發熱體亦可使用複數個。
如圖23所示，氫利用系統190具備氫加熱裝置191與氫利用裝置12。氫加熱裝置191具備複數個發熱體14、收容複數個發熱體14之密閉容器193、及非透過氣體回收管線149等。複數個發熱體14分別形成為板狀。複數個發熱體14係以面彼此相向之方式相互設置間隙而排列。於該例中，於密閉容器193之內部排列有6個發熱體14(參照圖23及圖24)。於密閉容器193之外周設置有溫度調節部(未圖示)之加熱器16b。加熱器16b藉由自未圖示之電源被輸入電力而加熱複數個發熱體14。
於密閉容器193設置有複數個導入口23、複數個導出口24、及複數個非透過氣體回收口151。導入口23配置於與非透過氣體回收口151對向之位置。導出口24與非透過氣體回收口151係交替地配置於複數個發熱體14之排列方向上。複數個導入口23例如使用氣體導入用分支管(未圖示)與導入管線29連接。複數個導出口24例如使用氣體導入用分支管(未圖示)與導出管線30連接。
密閉容器193具有由複數個發熱體14分隔出之複數個第1室194及複數個第2室195。第1室194與第2室195係面彼此相向之發熱體14間之間隙，交替地配置於複數個發熱體14之排列方向上。第1室194具有導入口23與非透過氣體回收口151。第2室195具有導出口24。第1室194藉由將氫系氣體自導入管線29導入而升壓。第2室195藉由將氫系氣體向導出管線30導出而減壓。藉此，第1室194之氫之壓力高於第2室195之氫之壓力。
如圖24所示，藉由第1室194與第2室195之間所產生之氫之壓力差而導入至第1室194之氫系氣體之一部分透過積層有規定數量之積層體14a之發熱體14，移動至第2室195，並沿導出管線30導出。另一方面，導入至第1室194之氫系氣體中，未透過發熱體14之非透過氣體被非透過氣體回收管線149回收。各發熱體14藉由氫系氣體透過而分別產生過剩熱。因此，即便為氫加熱裝置191，亦與上述實施方式同樣地，能夠藉由將複數個積層體14a之積層數預先設定為規定數量，而獲得規定溫度之氫系氣體。進而，該氫加熱裝置191藉由具備複數個發熱體14而可實現過剩熱之輸出之增大。
再者，於上述第10變化例中，利用非透過氣體回收管線149將未透過發熱體14之非透過氣體回收並送回至導入管線29，藉此進行非透過氣體之循環，但本發明並不限於此，亦可設為不設置非透過氣體回收管線149而不進行非透過氣體之循環之氫加熱裝置。於該情形時，第1室194成為如下構成，即，於與導入口23對向之位置不設置非透過氣體回收口151，而僅設置有導入口23。
並且，導入至第1室194之氫系氣體透過發熱體14，移動至第2室195，並沿導出管線30導出。氫系氣體藉由透過發熱體14之各積層體14a，而於各積層體14a產生過剩熱，並且被該等積層體14a中產生之過剩熱加熱而移動至第2室195。因此，即便為該氫加熱裝置，亦與上述第10變化例同樣地，能夠藉由將複數個積層體14a之積層數預先設定為規定數量，而獲得規定溫度之氫系氣體。
再者，於上述第10變化例中，對設置有複數個板狀之發熱體14之情形進行了敍述，但本發明並不限於此，例如，亦可設為設置有複數個圖11及圖17所示之有底筒狀之發熱體90或圖13所示之發熱體98、圖18所示之筒狀之發熱體160等之氫加熱裝置，或者，亦可設為混合設置有有底筒狀之發熱體90或筒狀之發熱體160等構成不同之複數個發熱體之氫加熱裝置。
又，於1個密閉容器之內部設置有複數個發熱體14、發熱體90、發熱體98及或發熱體160等發熱體之情形時，亦可於密閉容器內針對每一個發熱體獨立地進行溫度調節。例如，於1個密閉容器內設置有複數個發熱體90之情形時，對1個發熱體90設置1個溫度感測器與加熱器。即，藉由1個溫度感測器檢測1個發熱體90之溫度。複數個溫度感測器係與控制部18電性連接，將與檢測出之各發熱體90之溫度對應之信號輸出至控制部18。控制部18基於各溫度感測器檢測出之溫度，獨立地進行各加熱器之輸出之控制。因此，此種氫加熱裝置係針對每一個發熱體90獨立地進行溫度調節，將複數個發熱體90維持為適合於發熱之溫度，因此，可實現過剩熱之輸出之穩定化。
又，於設置複數個發熱體14、發熱體90、發熱體98、及或發熱體160等發熱體之情形時，亦可將發熱體設置於互不相同之密閉容器內。進而，亦可針對每一個發熱體、或每一個密閉容器設置流量調整閥，藉由流量調整閥控制導入至各發熱體之氫系氣體之流量。
又，亦可對已透過發熱體之氫系氣體進行取樣，並對取樣之氫系氣體進行分析，根據其分析結果進行發熱控制。例如，若以如圖12所示於1個密閉容器15內設置有1個發熱體90之構成為一例進行說明，則於該情形時，成為設置有內部具有發熱體90之複數個密閉容器15之構成。並且，對設置有發熱體90之每一個密閉容器15設置分析部，針對每一個密閉容器15對已透過發熱體90之氫系氣體進行取樣，藉由分析部對取樣之氫系氣體進行分析。
分析部藉由對透過發熱體90後之氫系氣體進行分析，例如特定出利用發熱體90之發熱反應產生之特有之產生氣體是否包含於氫系氣體。若為此種氫加熱裝置，則能夠進行發熱控制，該發熱控制係基於分析部之分析結果，針對每一個密閉容器15利用控制部18(未圖示)調整氫系氣體之流量，藉此，將發熱體90之溫度維持為適合於發熱之溫度。
又，除此以外，亦可測定氫吸藏金屬或氫吸藏合金之電阻，基於測定出之電阻之值進行發熱控制。例如，若以設置有複數個發熱體90之例進行說明，則於該情形時，針對每一個發熱體90設置電阻測定部，藉由該電阻測定部測定發熱體90之氫吸藏金屬或氫吸藏合金之電阻。此處，發熱體90設為如下狀態，即，氫吸藏金屬或氫吸藏合金之氫吸藏量越多，越容易引起發熱反應。又，發熱體90係氫吸藏金屬或氫吸藏合金之氫吸藏量越多，則電阻越小。因此，藉由測定發熱體90之氫吸藏金屬或氫吸藏合金之電阻，能夠推定氫吸藏量。複數個電阻測定部與控制部18電性連接，將電阻之測定結果輸出至控制部18。
控制部18能夠進行發熱控制，該發熱控制係基於電阻測定部測定出之電阻之值，對每一個發熱體90調整氫系氣體之循環流量，藉此，將發熱體90之溫度維持為適合於發熱之溫度。
[第11變化例] 如圖25所示，氫加熱裝置256具備發熱體14、檢測發熱體14之溫度之複數個溫度感測器257a～257c、及向發熱體14之正面噴射氫系氣體之複數個噴嘴部258a～258c。再者，此處，關於連接於導出管線30之氫利用裝置等其他構成，由於說明重複，故省略說明，以下，著眼於與上述實施方式或變化例不同之構成進行說明。
於該例中，對1個發熱體14，自複數個噴嘴部258a～258c噴射氫系氣體。再者，於圖25中，作為一例，示出3個溫度感測器257a～257c與3個噴嘴部258a～258c，但實際上，溫度感測器257a～257c及噴嘴部258a～258c較理想為如3列3行等般配置成陣列狀。
於該情形時，溫度感測器257a～257c等間隔地呈二維狀配置於發熱體14之背面。對發熱體14規定有溫度測定對象區域，檢測與溫度感測器257a～257c中之每一個對應之溫度測定對象區域之各溫度，上述溫度測定對象區域係針對溫度感測器257a～257c中之每一個而設定，可由溫度感測器檢測溫度。例如，溫度感測器257a係於發熱體14之背面檢測規定之1個溫度測定對象區域之溫度。於以後之說明中，於不區分溫度感測器257a～257c之情形時，記載為溫度感測器257。
複數個噴嘴部258a～258c係針對每一個溫度測定對象區域而配置。於以後之說明中，於不區分噴嘴部258a～258c之情形時，記載為噴嘴部258。
溫度感測器257與控制部18電性連接，將與溫度測定對象區域之溫度對應之信號輸出至控制部18。噴嘴部258安裝於安裝板259，該安裝板259設置在密閉容器15之導入口23。噴嘴部258經由導入口23與導入管線29連接，向發熱體14之正面噴射氫系氣體。
氫加熱裝置256進而具備控制部18、氣體導入用分支管208、及複數個流量調整閥237。氣體導入用分支管208係一端與導入管線29連接，另一端分支且與複數個噴嘴部258連接。氣體導入用分支管208與複數個噴嘴部258裝卸自如。複數個流量調整閥237設置於氣體導入用分支管208。氫加熱裝置256藉由針對1個噴嘴部258具備1個流量調整閥237，而能夠針對每一個噴嘴部258控制氫系氣體之流量。
控制部18進行基於複數個溫度感測器257檢測出之溫度而變更使氫系氣體噴射之噴嘴部258的變更控制。以下，對變更控制進行說明。
若氫加熱裝置256開始作動，則控制部18將對加熱器(未圖示)之輸入電力與所有流量調整閥237之開度設為預先規定之初始設定值。藉此，發熱體14之溫度上升至適合於發熱之溫度。於初始設定值下，自所有噴嘴部258噴射氫系氣體。再者，加熱器(未圖示)例如如上述實施方式之氫加熱裝置11般設置於密閉容器15之外周。
控制部18獲取各溫度感測器257檢測出之溫度，並將所獲取之各溫度與基準溫度分別進行比較。基準溫度例如係能夠推定於溫度測定對象區域中未產生過剩熱之溫度。基準溫度係針對每一個溫度測定對象區域預先記憶於控制部18。
控制部18係於自溫度感測器257獲取之溫度為基準溫度以下之情形時，判定為於溫度已被獲取之溫度測定對象區域中未產生過剩熱。控制部18將對加熱器(未圖示)之輸入電力、及與判定為未產生過剩熱之溫度測定對象區域對應之流量調整閥237之開度維持為初始設定值。藉此，可促進發熱體14中未產生過剩熱之溫度測定對象區域中之過剩熱之產生。
另一方面，控制部18係於自溫度感測器257獲取之溫度超過基準溫度之情形時，判定為於溫度已被獲取之溫度測定對象區域中產生過剩熱。控制部18藉由使與判定為產生過剩熱之溫度測定對象區域對應之流量調整閥237之開度增大，而使自噴嘴部258向溫度測定對象區域噴射之氫系氣體之流量增大。藉由產生過剩熱而上升之溫度測定對象區域之溫度藉由氫系氣體之流量增大而恢復為適合於發熱之溫度。藉此，可針對產生過剩熱之溫度測定對象區域使過剩熱之輸出增大。
氫加熱裝置256藉由針對複數個溫度測定對象區域中之每一個進行變更控制，根據隨時間經過而變化之發熱體14之發熱狀況變更噴射氫系氣體之噴嘴部258，因此，可實現發熱體14之過剩熱之輸出之穩定化。
再者，氫加熱裝置256亦可對未產生過剩熱之溫度測定對象區域與產生過剩熱之溫度測定對象區域中未產生過剩熱之溫度測定對象區域進行發熱控制。藉此，可增加產生過剩熱之溫度測定對象區域之數量，因此，可使整個發熱體14及整個裝置之過剩熱之輸出增大。
氫加熱裝置256亦可具備複數個發熱體14。藉由對每一個發熱體14進行變更控制，而能夠使整個裝置之過剩熱之輸出進一步增大。
[實驗] 將上述第5變化例之氫加熱裝置121(參照圖14)之構成變更一部分而準備實驗用氫加熱裝置。使用實驗用氫加熱裝置進行評價包含1個積層體之發熱體之過剩熱之實驗。首先，對實驗用氫加熱裝置進行說明，然後，對實驗方法及實驗結果進行說明。
於上述第5變化例之氫加熱裝置121中，於安裝管125之外周捲繞有作為加熱器16b之電熱線，但於實驗用氫加熱裝置中，以覆蓋密閉容器之外周之方式配置電爐。又，於實驗用氫加熱裝置中，使用包含於支持體之兩面設置有多層膜之1個積層體之發熱體。
對實驗用氫加熱裝置具體地進行說明。實驗用氫加熱裝置具備：發熱體，其藉由氫之吸藏與釋出而產生熱，且包含1個積層體；密閉容器，其具有由發熱體分隔出之第1室及第2室；及溫度調節部，其調節發熱體之溫度。
對發熱體進行說明。發熱體係僅設置有1個積層體，該積層體於板狀支持體之兩面設置有多層膜。製作積層體之多層膜之構成不同之2種發熱體，並設為實驗例26及實驗例27。作為支持體，使用包含Ni且直徑20 mm、厚度0.1 mm之基板。關於支持體，準備於真空中以900℃進行72小時之真空退火之後利用濃硝酸對兩面進行蝕刻所得者。
使用離子束濺鍍裝置，於支持體之兩面形成多層膜。實驗例26之多層膜具有包含Cu之第1層及包含Ni之第2層。實驗例26之第1層與第2層之積層構成之數量(多層膜中之積層數)設為6。實驗例27之多層膜具有包含Cu之第1層、包含Ni之第2層及包含CaO之第3層。實驗例27之第1層、第2層及第3層之積層構成之數量(多層膜中之積層數)設為6。
對密閉容器進行說明。密閉容器包括石英玻璃管、用以對石英玻璃管之內部進行真空排氣之真空配管、用以於石英玻璃管之內部設置發熱體之安裝管等。石英玻璃管之前端封閉，且基端開口。
真空配管與石英玻璃管之基端連接。於真空配管連接有用以將石英玻璃管之內部之氣體回收之回收管線。此處，設為藉由回收管線回收自密閉容器導出之氫系氣體並再次送回至密閉容器內的構成，以確認是否自發熱體產生過剩熱。於回收管線設置有具有渦輪分子泵及乾式泵之真空排氣部、檢測石英玻璃管內部之壓力之壓力感測器、及用以測定氫透過發熱體之透過量(氫透過量)之真空計。再者，真空排氣部與安裝管不連接。因此，安裝管之內部未進行真空排氣。
安裝管通過真空配管插入至石英玻璃管之內部，一端配置於真空配管之外部(石英玻璃管之外部)，另一端配置於石英玻璃管之內部。安裝管由SUS形成。
於安裝管之一端連接有用以將氫系氣體導入至該安裝管之內部之導入管線。於導入管線設置有貯存氫系氣體之儲氫罐、檢測安裝管內部之壓力之壓力感測器、用以進行對安裝管之氫系氣體之供給及停止之氫供給閥、及用以調整壓力之調節閥。
於安裝管之另一端設置有使發熱體能夠裝卸之VCR(Vacuum Coupling Radius Seal，真空連接徑向密封)接頭。VCR接頭係於配置發熱體之位置具有貫通該VCR接頭之內周面與外周面之2個漏孔。發熱體係以由2片SUS製墊片夾住之狀態配置於VCR接頭之內部。
於密閉容器中，由發熱體分隔出安裝管之內部空間與石英玻璃管之內部空間。安裝管之內部空間藉由氫系氣體之導入而升壓。石英玻璃管之內部空間藉由氣體之真空排氣而減壓。藉此，安裝管之內部空間之氫之壓力高於石英玻璃管之內部空間之氫之壓力。安裝管之內部空間作為第1室發揮功能，石英玻璃管之內部空間作為第2室發揮功能。
藉由發熱體之兩側產生壓力差，而氫自作為高壓側之安裝管之內部空間向作為低壓側之石英玻璃管之內部空間透過。如上所述，發熱體係於使氫透過之過程中，藉由自配置於高壓側之一面(正面)吸藏氫而發熱，藉由自配置於低壓側之另一面(背面)釋出氫而產生過剩熱。
對溫度調節部進行說明。溫度調節部具有檢測發熱體之溫度之溫度感測器、加熱發熱體之加熱器、及基於溫度感測器檢測出之溫度進行加熱器之輸出之控制的輸出控制部。使用熱電偶(K型護套熱電偶)作為溫度感測器。於實驗中準備2個熱電偶(第1熱電偶及第2熱電偶)，並插入至VCR接頭之2個漏孔之各者。使2個熱電偶接觸發熱體，進行發熱體之溫度之測定。使用電爐作為加熱器。電爐係以覆蓋石英玻璃管之外周之方式配置。於電爐設置有控制用熱電偶。輸出控制部係與控制用熱電偶及電爐電性連接，基於利用控制用熱電偶檢測出之溫度以規定之電壓驅動電爐。電爐由100 V之交流電源驅動。使用電力計進行對電爐之輸入電力之測定。
接下來，對實驗方法及實驗結果進行說明。將發熱體夾於2片SUS製墊片間，使用VCR接頭固定於安裝管之另一端，並配置於石英玻璃管之內部。開始實驗之前，以300℃進行發熱體之烘烤3天。
實驗於上述烘烤後開始。打開氫供給閥而向安裝管供給氫系氣體，並使用調節閥將第1室(安裝管之內部空間)之壓力(亦稱為氫供給壓力)調整為100 kPa。進行石英玻璃管之真空排氣，將第2室(石英玻璃管之內部空間)之壓力調整為1×10 -4[Pa]。驅動電爐，以規定之設定溫度進行發熱體之加熱。設定溫度每隔大約半天進行變更，在300℃至900℃之範圍內階段性地上升。
於實驗例26及實驗例27之實驗之前進行參照實驗。於參照實驗中，製作僅支持體(直徑20 mm、厚度0.1 mm之Ni基板)之參照實驗用樣品，並使用該參照實驗用樣品。參照實驗係改變參照實驗用樣品而實施2次。
圖26係表示參照實驗中之氫透過量、氫供給壓力及樣品溫度之關係之曲線圖。於圖26中，橫軸表示時間(h)，左側之第1縱軸表示氫透過量(SCCM)，右側之第2縱軸表示氫供給壓力(kPa)、第1樣品溫度(℃)、第2樣品溫度(℃)。氫透過量根據已完成流量校正之真空計之值而計算。第1樣品溫度係第1熱電偶之檢測溫度，第2樣品溫度係第2熱電偶之檢測溫度。根據圖26可確認，第1樣品溫度與第2樣品溫度大致一致，能夠正確地測定參照實驗用樣品之溫度。又，亦可確認到氫透過量根據參照實驗用樣品之溫度上升而增加。再者，圖26係第1次參照實驗之結果。第2次參照實驗之結果由於與第1次參照實驗之結果大致相同，故省略說明。
圖27係表示參照實驗中之樣品溫度與輸入電力之關係之曲線圖。於圖27中，橫軸表示樣品溫度(℃)，縱軸表示輸入電力(W)。輸入電力係對電爐之輸入電力。藉由交流電源之接通/斷開控制而電力計之測定值大幅度變動，因此，對每一設定溫度累計測定值，並根據其斜率計算出輸入電力。輸入電力之計算係於設定溫度變更後，對經過充分之時間後電力計之測定值穩定之區域進行。對上述區域中之每一個求出第1熱電偶之檢測溫度之平均值與第2熱電偶之檢測溫度之平均值，將該等2個平均值之平均設為樣品溫度。圖27係對2次參照實驗之結果進行繪圖所得者，係使用最小平方法製作之校準曲線。於圖27中，Y表示表現校準曲線之函數，M0表示常數項，M1表示1次之係數，M2表示2次之係數，R表示相關係數。以該參照實驗之結果為基準，進行實驗例26及實驗例27之過剩熱之評價。
圖28係表示實驗例26中之發熱體溫度與過剩熱之關係之曲線圖。於圖28中，橫軸表示發熱體溫度(℃)，縱軸表示過剩熱(W)。利用與參照實驗之樣品溫度之計算方法相同之方法求出第1熱電偶之檢測溫度之平均值與第2熱電偶之檢測溫度之平均值，將該等2個平均值之平均設為發熱體溫度。對過剩熱之求法進行說明。首先，測定特定之輸入電力下之發熱體溫度(稱為測定溫度)。其次，使用圖27所示之校準曲線，求出與測定溫度對應之參照實驗之輸入電力(稱為換算電力)。然後，求出換算電力與特定之輸入電力之差量，將此設為過剩熱之電力。再者，特定之輸入電力之計算方法與參照實驗中之輸入電力之計算方法相同。於圖28中，將過剩熱之電力記述為「過剩熱(W)」。根據圖28可確認到在發熱體溫度處於300℃至900℃之範圍內產生過剩熱。可確認到過剩熱在600℃以下時最大為2 W左右，在700℃以上時增大，在800℃附近時成為約10 W左右。
圖29係表示實驗例27中之發熱體溫度與過剩熱之關係之曲線圖。於圖29中，橫軸表示發熱體溫度(℃)，縱軸表示過剩熱(W)。根據圖29可確認到在發熱體溫度處於200℃至900℃之範圍內產生過剩熱。可確認到過剩熱在200℃至600℃之範圍內時最大為4 W左右，在700℃以上時增大，在800℃附近時超過20 W。
將實驗例26與實驗例27進行比較可知，有在600℃以下時實驗例27之過剩熱之產生量更多之傾向。可知實驗例26與實驗例27均有在700℃以上時過剩熱增大之傾向。可知在700℃以上時，實驗例27之過剩熱增大至實驗例26之過剩熱之約2倍。
若求出實驗例11(參照圖9)、實驗例26(參照圖28)及實驗例27(參照圖29)之800℃附近之每單位面積之過剩熱，則於實驗例11中為約0.5 W/cm 2，於實驗例26中為約5 W/cm 2，於實驗例27中為約10 W/cm 2。根據該結果可知，相對於實驗例11而言，實驗例26產生約10倍之過剩熱，實驗例27產生約20倍之過剩熱。
根據以上內容可知，即便為僅由1個積層體構成之發熱體，亦產生過剩熱，因此，能夠藉由該過剩熱加熱氫系氣體。又，可知積層體之積層數越多，發熱體之厚度越厚，氫系氣體透過發熱體之前之距離越長，因此，加熱之時間亦相應地變長，積層體之積層數越多，則透過發熱體後之氫系氣體之溫度越高。因此，可知發熱體藉由調整積層體之積層數，能夠調整被發熱體加熱之氫系氣體之溫度。
[第2實施方式] 第2實施方式構成為導入至第1室之氣體中之氫之分壓與導入至第2室之氣體中之氫之分壓不同，利用第1室與第2室之氫之壓力差，使氫透過發熱體。於第2實施方式中，「氫之壓力」指「氫分壓」。
如圖30所示，氫利用系統265具備氫加熱裝置266與氫利用裝置12。氫加熱裝置266具備：發熱體268，其藉由氫之吸藏與釋出而產生熱；密閉容器271，其具有由發熱體268分隔出之第1室269及第2室270；及溫度調節部272，其調節發熱體268之溫度。再者，作為將第1室269與第2室270分隔之構造，不限於僅由發熱體268構成之情形，亦可為一部分為發熱體268，且其他一部分為金屬或氧化物等將氫遮蔽之壁構造。
發熱體268形成為有底圓筒狀。發熱體268例如可設為與圖11所示之發熱體90相同之構成，積層有規定數量之積層體90a。即，發熱體268係將於形成為有底筒狀之支持體之外表面設置有多層膜之積層體以規定數量積層，且自內側朝向外側交替地配置支持體及多層膜而成者。再者，既可於支持體之內表面側設置多層膜，且自內側朝向外側交替地配置多層膜及支持體，亦可於最內側之支持體之內表面與外表面兩者設置多層膜。
支持體不限於有底圓筒狀，亦可設為有底角筒狀或平板狀等。支持體較佳為使氫透過且具有耐熱性及耐壓性之材料，例如可由與支持體61相同之材料形成。多層膜例如可設為與多層膜62相同之構成。於該例中，發熱體268之數量為1個，但亦可設為2個以上。
密閉容器271係中空容器，於內部收容發熱體268。密閉容器271較佳為由具有耐熱性及耐壓性之材料形成。作為密閉容器271之材料，例如可使用金屬或陶瓷等。作為金屬，可列舉Ni、Cu、Ti、碳鋼、沃斯田鐵系不鏽鋼、耐熱性非鐵合金鋼、陶瓷等。作為陶瓷，可列舉Al 2O 3、SiO 2、SiC、ZnO 2等。理想的是利用隔熱材覆蓋密閉容器271之外周。於該例中，收容發熱體268之密閉容器271之數量為1個，但亦可設為2個以上。
第1室269由發熱體268之內表面形成。第1室269具有與氫導入管線273連接之導入口274。於氫導入管線273設置有貯存氫系氣體之氫罐275。對第1室269經由導入口274導入沿氫導入管線273流通之氫系氣體。
第2室270係由發熱體268之外表面與密閉容器271之內表面形成。第2室270具有與氫罐280連接之導入口277、及與導出管線276連接之導出口278。自導入口277，藉由循環鼓風機279將氫罐280之氫系氣體導入至第2室270(密閉容器271)。導出管線276連接於氫利用裝置12。
導入至第1室269之氫系氣體之氫分壓與導入至第2室270之氫系氣體之氫分壓由未圖示之氫感測器測定。第1室269之氫分壓理想的是設為第2室270之氫分壓之例如10～10000倍。作為一例，將第1室269之氫分壓設為10 kPa～1 MPa，將第2室270之氫分壓設為1 Pa～10 kPa。藉此，第1室269之氫透過發熱體268並移動至第2室270。發熱體268藉由氫透過而產生過剩熱。藉由熱介質流通至第2室270，能夠使發熱體268之過剩熱傳遞至熱介質，且能夠使第2室270之氫分壓低於第1室269之氫分壓。
氫加熱裝置266構成為具有未圖示之控制部，藉由該控制部控制第1室269之氫分壓與第2室270之氫分壓。例如，藉由使第1室269之氫分壓上升而增大第1室269與第2室270之氫分壓之差，能夠使氫透過量增加而促進發熱體268產生過剩熱。又，藉由使第1室269之氫分壓降低而減小第1室269與第2室270之氫分壓之差，能夠使氫透過量減少而抑制發熱體268產生過剩熱。亦可使第2室270之氫分壓降低或上升來代替使第1室269之氫分壓變化，藉此，促進或抑制發熱體268產生過剩熱。亦可使第1室269之氫分壓與第2室270之氫分壓該兩者變化。再者，亦可藉由使導入口277處之氫系氣體之流量或溫度變化而調整發熱體268之過剩熱之產生。
溫度調節部272具有：溫度感測器281，其檢測發熱體268之溫度；加熱器282，其加熱發熱體268；及輸出控制部283，其基於溫度感測器281檢測出之溫度而進行加熱器282之輸出之控制。於圖30中，溫度感測器281設置於發熱體268之外表面，但亦可檢測能夠推定發熱體268之溫度之部分之溫度。加熱器282係於氫加熱裝置266開始作動時或發熱體268之溫度降低時作動。加熱器282將來自氫罐280之氫系氣體加熱，並將經加熱之氫系氣體導入至第2室270，加熱發熱體268。
氫加熱裝置266能夠自發熱體268產生過剩熱，並將被該發熱體268加熱之氫系氣體經由導出管線276輸送至氫利用裝置12，而於氫利用裝置12中有效利用。
如上所述，氫加熱裝置266設為如下構成，即，藉由將發熱體268之積層體之積層數預先設定為規定數量而使氫系氣體之溫度升溫至規定溫度，除此以外，構成為利用第1室內269與第2室內270之氫分壓之差而使氫透過發熱體268。因此，於氫加熱裝置266中，除了發揮與上述實施方式相同之效果以外，例如無須將第2室內270設為真空狀態等而於第1室內269與第2室內270之間產生能夠利用壓力感測器獲得之表觀之壓力差。因此，氫加熱裝置266產生變形或破損之危險性得到降低。
[第3實施方式] 於上述之第1實施方式及第2實施方式中，對如下氫加熱裝置進行了說明，該氫加熱裝置構成為於密閉容器之內部設置第1室與第2室，使氫系氣體自第1室經由發熱體朝向第2室流通，而氫系氣體透過發熱體，利用發熱體中產生之過剩熱加熱氫系氣體，但本發明並不限於此。例如，如圖31所示，亦可為氫加熱裝置301，該氫加熱裝置301構成為於密閉容器302之內部不設置第1室及第2室，而在設置於密閉容器302之內部之發熱體14中產生過剩熱，藉由調整設置於該發熱體之積層體之積層數而調整氫系氣體之溫度。
圖31表示第3實施方式之氫加熱裝置301之概略圖。於該情形時，氫利用系統300具備氫加熱裝置301與氫利用裝置12。氫加熱裝置301具備：密閉容器302，其被導入氫系氣體；發熱構造體303，其設置於密閉容器302之內部；及溫度調節部320，其調節發熱構造體303之發熱體14之溫度。氫加熱裝置301係與上述第1實施方式同樣地，在將氫系氣體導入至密閉容器302之後，在發熱構造體303中利用溫度調節部320將發熱體14加熱，藉此，於該發熱體14中產生過剩熱。再者，發熱體14之構成由於與上述第1實施方式相同，故此處省略其說明，以避免重複說明。
密閉容器302例如由不鏽鋼(SUS306或SUS316)等形成。302a係由科伐玻璃(Kovar Glass)等之透明構件形成之窗部，能夠維持密閉容器302內之密封狀態，並且作業人員能夠直接目視確認密閉容器302內之情況。於密閉容器302設置有導入管線316，自該導入管線316經由調整閥317a、317b將氫系氣體導入至密閉容器302之內部。其後，密閉容器302藉由調整閥317a、317b而停止自導入管線316導入氫系氣體，於密閉容器302之內部貯存固定量之氫系氣體。再者，319係乾式泵，可視需要經由導出管線318及調整閥317c將密閉容器302內之氣體向密閉容器302外導出，進行真空排氣或壓力調整等。
溫度調節部320調節發熱體14之溫度，並維持為適合於發熱之溫度。就發熱體14而言適合於發熱之溫度例如在50℃以上1000℃以下之範圍內。溫度調節部320具有溫度感測器311a、311b、312a、312b、312c、及加熱發熱體14之加熱器(未圖示)。
於本實施方式之情形時，溫度感測器311a、311b沿著密閉容器302之內壁設置，測定該內壁之溫度。其他溫度感測器312a～312c設置於發熱構造體303中保持發熱體14之保持器304，測定該保持器304中之溫度。再者，溫度感測器312a～312c之長度各不相同，例如對保持器304中靠近發熱體14之下層、遠離發熱體14之上層、位於下層與上層之中間的中層之各部位之溫度進行測定。
溫度感測器311a、311b、312a、312b、312c係與未圖示之控制部18電性連接，將與檢測出之溫度對應之信號輸出至控制部。
加熱發熱體14之加熱器例如係電阻發熱式之電熱線，捲繞於密閉容器302之外周，或者設置於保持器304。加熱器係與電源313電性連接，藉由自電源313被輸入電力而發熱。再者，加熱器亦可為以覆蓋密閉容器302之外周之方式配置之電爐。又，除此以外，亦可於導入管線316設置加熱器，藉由利用該加熱器將沿導入管線316流通之氫系氣體加熱而加熱發熱體14。
於本實施方式中，例如，於保持器304設置有加熱器，該加熱器與電源313利用配線310a、310b連接。314係設置於配線310a、310b之電流電壓計，能夠測定於將加熱器加熱時對該加熱器施加之輸入電流、輸入電力。
接下來，對發熱構造體303進行說明。如圖32所示，發熱構造體303具有包括一對保持器半體304a、304b之保持器304，且具有由支持體61及多層膜62形成之複數個積層體14a積層所得之發熱體14被保持器半體304a、304b夾住的構成。再者，加熱器雖未圖示，但例如係板狀之陶瓷加熱器等，設置於保持器304之規定位置。再者，亦可設為加熱器與發熱體14一起被保持器半體304a、304b夾住之構成。
構成保持器304之一保持器半體304a由陶瓷形成為長方形，且於規定位置形成有開口部309a。於一保持器半體304a，在開口部309a配置發熱體14，並使該發熱體14自該開口部309a之區域露出。另一保持器半體304b係與一保持器半體304a同樣地，由陶瓷形成為長方形。另一保持器半體304b中與一保持器半體304a重疊而一體化時和一保持器半體304a之開口部309a重疊之位置處設置有開口部309b。
另一保持器半體304b中與一保持器半體304a抵接之抵接面309d之開口部309b周緣設置有階差部309c。發熱體14嵌入並定位於階差部309c。藉此，另一保持器半體304b係藉由發熱體14嵌入至階差部309c而於開口部309b配置發熱體14，且該發熱體14自該開口部309b之區域露出。嵌入至階差部309c之發熱體14係於使保持器半體304a、304b彼此重合時，受一保持器半體304a中之開口部309a周緣之抵接面約束而收容於該階差部309c內，從而內置於保持器304。
以上，第3實施方式之氫加熱裝置301亦與上述第1實施方式同樣地，於發熱體14中吸藏氫並且釋出氫，藉由利用發熱體14吸藏氫而發熱，又，亦藉由釋出氫而發熱，從而產生過剩熱。氫系氣體於發熱體14中被發熱體14中所產生之過剩熱加熱。發熱體14之厚度越厚，氫系氣體越容易被發熱體14中產生之過剩熱加熱，從而使氫系氣體之溫度變得越高。
因此，該氫加熱裝置301亦與上述第1實施方式同樣地，可藉由將複數個積層體14a之積層數預先設定為規定數量而獲得規定溫度之氫系氣體。因此，於氫加熱裝置301中，使用藉由氫之吸藏與釋出而產生熱之發熱體來加熱氫系氣體，故能夠利用價格低廉、清潔且安全之熱能來源來供給已加熱之氫系氣體。
再者，發熱體並不限於形成為板狀、筒狀者。例如，發熱體之各積層體亦可為將由氫吸藏金屬或氫吸藏合金形成之粉體收容於由使氫透過之材料(例如，多孔質體、氫透過膜及質子導電體)形成之容器而成者。
氫加熱裝置並不限定於上述各實施方式及上述各變化例中所說明者，亦可藉由將上述各實施方式及上述各變化例之氫加熱裝置適當組合而構成。又，例如，於導出管線30設置泵33而將密閉容器15內設為規定壓力，將氫系氣體輸送至氫利用裝置12，但本發明並不限於此，亦可於導入管線29設置泵33而將密閉容器15內設為規定壓力，將氫系氣體輸送至氫利用裝置12。
10:氫利用系統 11,96,121,146,156,166,191,256,266,301:氫加熱裝置 12:氫利用裝置 14,74,75,80,90,98,160,268:發熱體 14a:積層體 15,123,173,193,271,302:密閉容器 16:溫度調節部 16a:溫度感測器 16b:加熱器 17:氫流通管線 18:控制部 20:設置部 21,126,184,194,269:第1室 22,127,185,195,270:第2室 23:導入口 24:導出口 26:電源 28:氫罐 29:導入管線 30:導出管線 31:過濾器 32:壓力調整閥 33:泵 51:隔熱材 61,91,91a:支持體 62,92:多層膜 71:第1層 72:第2層 73:異種物質界面 77:第3層 78:異種物質界面 82:第4層 83:異種物質界面 90a:積層體 90b:積層體 95:氫利用系統 97:安裝管 115:氫利用系統 125:安裝管 137:加熱器 145:氫利用系統 148:噴嘴部 149:非透過氣體回收管線 151:非透過氣體回收口 152:非透過氣體流量控制部 153:循環泵 155:氫利用系統 158:噴嘴部 159:噴射口 160a:積層體 161:支持體 162:多層膜 165:氫利用系統 171:氫加熱裝置 174:第1氫吸藏釋出部 175:第2氫吸藏釋出部 176:第1溫度感測器 177:第2溫度感測器 178:第1加熱器 179:第2加熱器 180:第1壓力計 181:第2壓力計 182:氫壓力控制部 187:電源 188:電源 190:氫利用系統 208:氣體導入用分支管 237:流量調整閥 257a～257c:溫度感測器 258a～258c:噴嘴部 259:安裝板 265:氫利用系統 272:溫度調節部 273:氫導入管線 274:導入口 275:氫罐 276:導出管線 277:導入口 278:導出口 279:循環鼓風機 280:氫罐 281:溫度感測器 282:加熱器 283:輸出控制部 300:氫利用系統 302a:窗部 303:發熱構造體 304:保持器 304a:保持器半體 304b:保持器半體 309a:開口部 309b:開口部 309c:階差部 309d:抵接面 310a:配線 310b:配線 311a:溫度感測器 311b:溫度感測器 312a:溫度感測器 312b:溫度感測器 312c:溫度感測器 313:電源 314:電流電壓計 316:導入管線 317a:調整閥 317b:調整閥 317c:調整閥 318:導出管線 319:乾式泵 320:溫度調節部
圖1係第1實施方式之氫加熱裝置之概略圖。 圖2係表示發熱體之構造之剖視圖。 圖3係表示具有第1層與第2層之積層體之構造之剖視圖。 圖4係用於說明過剩熱之產生之說明圖。 圖5(A)係用於說明氫加熱裝置之作用之說明圖，(B)係用於說明在兩面具有多層膜之第1變化例之發熱體之說明圖。 圖6係用於說明具有第1層、第2層及第3層之第2變化例之發熱體之說明圖。 圖7係用於說明具有第1層、第2層、第3層及第4層之第3變化例之發熱體之說明圖。 圖8係表示多層膜之各層之厚度之比率與過剩熱之關係之曲線圖。 圖9係表示多層膜之積層數與過剩熱之關係之曲線圖。 圖10係表示多層膜之材料與過剩熱之關係之曲線圖。 圖11係形成為有底筒狀之發熱體之剖視圖。 圖12係第4變化例之氫加熱裝置之概略圖。 圖13係具有形成為柱狀之支持體之發熱體之剖視圖。 圖14係第5變化例之氫加熱裝置之概略圖。 圖15係第6變化例之氫加熱裝置之概略圖。 圖16係第7變化例之氫加熱裝置之概略圖。 圖17係用於說明具有複數個噴射口之噴嘴部之說明圖。 圖18係兩端開口之筒狀發熱體之剖視圖。 圖19係第8變化例之氫加熱裝置之概略圖。 圖20係第9變化例之氫加熱裝置之概略圖。 圖21係用於說明氫壓力控制部之第1模式之說明圖。 圖22係用於說明氫壓力控制部之第2模式之說明圖。 圖23係第10變化例之氫加熱裝置之概略圖。 圖24係用於說明第10變化例中之氫加熱裝置之作用之說明圖。 圖25係第11變化例之氫加熱裝置之剖視圖。 圖26係表示參照實驗中之氫透過量、氫供給壓力及樣品溫度之關係之曲線圖。 圖27係表示參照實驗中之樣品溫度與輸入電力之關係之曲線圖。 圖28係表示實驗例26中之發熱體溫度與過剩熱之關係之曲線圖。 圖29係表示實驗例27中之發熱體溫度與過剩熱之關係之曲線圖。 圖30係第2實施方式之氫加熱裝置之概略圖。 圖31係第3實施方式之氫加熱裝置之概略圖。 圖32係發熱構造體之分解立體圖。
11:氫加熱裝置
14:發熱體
14a:積層體
15:密閉容器
20:設置部
21:第1室
22:第2室
23:導入口
24:導出口
29:導入管線
30:導出管線
61:支持體
62:多層膜
74:發熱體

Claims (20)

  1. 一種氫加熱裝置，其係加熱包含氫之氫系氣體者，且具備： 密閉容器，其被導入上述氫系氣體； 發熱體，其設置於上述密閉容器之內部，且藉由吸藏與釋出上述氫而產生熱；及 溫度調節部，其調節上述發熱體之溫度； 上述發熱體具有由支持體與多層膜形成之複數個積層體，上述支持體由多孔質體、氫透過膜及質子導電體中之至少任一者形成，上述多層膜由上述支持體支持； 上述多層膜具有：第1層，其由氫吸藏金屬或氫吸藏合金形成，且厚度未達1000 nm；及第2層，其由與上述第1層不同之氫吸藏金屬、氫吸藏合金或陶瓷形成，且厚度未達1000 nm；且 以藉由上述發熱體之加熱使上述氫系氣體達到規定溫度之方式，設定上述積層體之積層數。
  2. 如請求項1之氫加熱裝置，其中 上述密閉容器由上述發熱體分隔成第1室及第2室，且 上述第1室與上述第2室之上述氫之壓力不同，利用上述第1室與上述第2室之上述氫之壓力差而使上述氫透過上述發熱體。
  3. 如請求項2之氫加熱裝置，其中 上述發熱體形成為有底筒狀， 上述第1室由上述發熱體之內表面形成，且 上述第2室由上述發熱體之外表面與上述密閉容器之內表面形成。
  4. 如請求項2之氫加熱裝置，其中 上述第1室具有供導入上述氫系氣體之導入口， 上述第2室具有供導出上述氫系氣體之導出口，且 上述第1室之上述氫之壓力高於上述第2室之上述氫之壓力。
  5. 如請求項4之氫加熱裝置，其具備非透過氣體回收管線， 上述非透過氣體回收管線連接上述第1室與氫罐，將自上述導入口導入至上述第1室之上述氫系氣體中未透過上述發熱體之非透過氣體回收並送回上述氫罐。
  6. 如請求項5之氫加熱裝置，其中 上述非透過氣體回收管線具有非透過氣體流量控制部，該非透過氣體流量控制部基於設置於上述溫度調節部之溫度感測器所檢測出之上述發熱體之溫度而進行上述非透過氣體之流量之控制。
  7. 如請求項4之氫加熱裝置，其具備噴嘴部， 上述噴嘴部設置於上述導入口與上述發熱體之間，將自上述導入口導入至上述密閉容器之內部之上述氫系氣體向上述發熱體噴射。
  8. 如請求項7之氫加熱裝置，其中 上述發熱體形成為有底筒狀，且 上述噴嘴部具有沿上述發熱體之軸向排列之複數個噴射口，將上述氫系氣體自上述複數個噴射口噴射至上述發熱體之內表面整個區域。
  9. 如請求項7之氫加熱裝置，其中 上述發熱體形成為板狀，且 上述噴嘴部將上述氫系氣體噴射至上述發熱體之一面之整個區域。
  10. 如請求項5之氫加熱裝置，其中 上述發熱體形成為兩端開口之筒狀，一端與上述導入口連接，另一端與上述非透過氣體回收管線連接。
  11. 如請求項1之氫加熱裝置，其具有導入管線， 上述導入管線將貯存於氫罐之上述氫系氣體導入至上述密閉容器，且 上述溫度調節部藉由設置於上述導入管線之加熱器，將流通於上述導入管線中之上述氫系氣體加熱，藉此加熱上述發熱體。
  12. 如請求項2之氫加熱裝置，其具備： 第1氫吸藏釋出部，其設置於上述第1室，由氫吸藏金屬或氫吸藏合金形成，進行上述氫之吸藏及釋出； 第2氫吸藏釋出部，其設置於上述第2室，由氫吸藏金屬或氫吸藏合金形成，進行上述氫之吸藏及釋出；及 氫壓力控制部，其進行切換第1模式與第2模式之控制，上述第1模式係使上述第1室之上述氫之壓力高於上述第2室之上述氫之壓力，上述第2模式係使上述第2室之上述氫之壓力高於上述第1室之上述氫之壓力。
  13. 如請求項12之氫加熱裝置，其中 上述氫壓力控制部係 於上述第1模式下，加熱上述第1氫吸藏釋出部，且將上述第2氫吸藏釋出部冷卻， 於上述第2模式下，加熱上述第2氫吸藏釋出部，且將上述第1氫吸藏釋出部冷卻。
  14. 如請求項2之氫加熱裝置，其中 上述密閉容器收容複數個上述發熱體， 複數個上述發熱體形成為板狀，且以面彼此相向之方式相互設置間隙而排列，且 上述第1室及上述第2室於上述密閉容器之內部設置有複數個，且於複數個上述發熱體之排列方向上交替地配置。
  15. 如請求項1之氫加熱裝置，其中 上述第1層由Ni、Pd、Cu、Mn、Cr、Fe、Mg、Co、其等之合金中之任一者形成，且 上述第2層由Ni、Pd、Cu、Mn、Cr、Fe、Mg、Co、其等之合金、SiC中之任一者形成。
  16. 如請求項1之氫加熱裝置，其中 上述多層膜除了具有上述第1層及上述第2層以外，還具有第3層，該第3層由與上述第1層及上述第2層不同之氫吸藏金屬、氫吸藏合金或陶瓷形成，且厚度未達1000 nm。
  17. 如請求項16之氫加熱裝置，其中 上述第3層由CaO、Y 2O 3、TiC、LaB 6、SrO、BaO中之任一者形成。
  18. 如請求項16之氫加熱裝置，其中 上述多層膜除了具有上述第1層、上述第2層及上述第3層以外，還具有第4層，該第4層由與上述第1層、上述第2層及上述第3層不同之氫吸藏金屬或氫吸藏合金形成，且厚度未達1000 nm。
  19. 如請求項18之氫加熱裝置，其中 上述第4層由Ni、Pd、Cu、Cr、Fe、Mg、Co、其等之合金、SiC、CaO、Y 2O 3、TiC、LaB 6、SrO、BaO中之任一者形成。
  20. 一種氫加熱方法，其係加熱包含氫之氫系氣體者，且包含： 導入步驟，其將上述氫系氣體導入至密閉容器； 溫度調節步驟，其藉由溫度調節部調節設置於上述密閉容器內部之發熱體之溫度；及 熱產生步驟，其藉由吸藏與釋出上述發熱體中之上述氫而自上述發熱體產生熱； 上述發熱體具有由支持體與多層膜形成之複數個積層體，上述支持體由多孔質體、氫透過膜及質子導電體中之至少任一者形成，上述多層膜由上述支持體支持； 上述多層膜具有：第1層，其由氫吸藏金屬或氫吸藏合金形成，且厚度未達1000 nm；及第2層，其由與上述第1層不同之氫吸藏金屬、氫吸藏合金或陶瓷形成，且厚度未達1000 nm；且 以藉由上述發熱體之加熱使上述氫系氣體達到規定溫度之方式，設定上述積層體之積層數。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3835368B2 (ja) * 2002-07-23 2006-10-18 株式会社デンソー 水素消費機器における加熱装置
JP5237873B2 (ja) * 2009-04-16 2013-07-17 株式会社神戸製鋼所 水素精製法および水素吸蔵合金反応容器
JP6717629B2 (ja) 2016-03-25 2020-07-01 日本製鉄株式会社 高炉シャフト部への水素含有還元ガス供給方法
WO2018230447A1 (ja) * 2017-06-15 2018-12-20 株式会社クリーンプラネット 発熱装置および発熱方法
WO2020122097A1 (ja) * 2018-12-11 2020-06-18 株式会社クリーンプラネット 熱利用システムおよび発熱装置
CA3121215C (en) * 2018-12-11 2022-10-18 Clean Planet Inc. Heat utilization system, and heat generating device

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JP2023035265A (ja) 2023-03-13

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