(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素の吸蔵と放出とにより熱を発生する発熱体と、
前記発熱体により仕切られた第１室および第２室を有する密閉容器と、
前記発熱体の温度を調節する温度調節部と、
前記発熱体の熱により加熱された熱媒体を熱源として利用する熱利用装置と
を備え、
前記第１室と前記第２室とは、前記水素の圧力が異なっており、
前記発熱体は、多孔質体、水素透過膜、およびプロトン導電体のうち少なくともいずれかにより形成された支持体と、前記支持体に支持された多層膜とを有し、
前記多層膜は、水素吸蔵金属または水素吸蔵合金により形成され、厚みが１０００ｎｍ未満である第１層と、前記第１層とは異なる水素吸蔵金属、水素吸蔵合金、またはセラミックスにより形成され、厚みが１０００ｎｍ未満である第２層とを有する熱利用システム。
【請求項２】
前記密閉容器の外部に設けられ、前記第１室と前記第２室とを接続し、前記密閉容器の内部と外部との間で前記水素を含む水素系ガスを循環させる水素循環ラインを備え、
前記第１室は、前記水素循環ラインと接続し前記水素系ガスが導入される導入口を有し、
前記第２室は、前記水素循環ラインと接続し前記水素系ガスが回収される回収口を有し、
前記第１室の前記水素の圧力は、前記第２室の前記水素の圧力よりも高くされている請求項１に記載の熱利用システム。
【請求項３】
前記水素循環ラインは、前記水素系ガスに含まれる不純物を除去するフィルタを有する請求項２に記載の熱利用システム。
【請求項４】
前記水素循環ラインは、
前記水素系ガスを貯留するバッファタンクと、
前記バッファタンクと前記導入口とを接続し、前記バッファタンクに貯留された前記水素系ガスを前記第１室へ導入する導入ラインと、
前記回収口と前記バッファタンクとを接続し、前記発熱体を介して前記第１室から前記第２室へ透過した前記水素系ガスを回収して前記バッファタンクへ戻す回収ラインと
を有する請求項２または３に記載の熱利用システム。
【請求項５】
前記温度調節部は、
前記発熱体の温度を検出する温度センサと、
前記発熱体を加熱するヒータと、
前記温度センサが検出した温度に基づいて前記ヒータの出力の制御を行う出力制御部とを有する請求項４に記載の熱利用システム。
【請求項６】
前記熱利用装置は、前記熱媒体が循環する熱媒体循環ラインを有する請求項５に記載の熱利用システム。
【請求項７】
前記熱媒体循環ラインは、前記温度センサが検出した温度に基づいて前記熱媒体の流量の制御を行う熱媒体流量制御部を有する請求項６に記載の熱利用システム。
【請求項８】
前記熱利用装置は、
前記密閉容器を格納しており、前記熱媒体循環ラインと接続し、前記密閉容器との間に形成された隙間に前記熱媒体を流通させる格納容器を有し、
前記隙間を流通し前記発熱体の熱により加熱された前記熱媒体を前記熱媒体循環ラインへ排出し、前記熱媒体循環ラインを流通して冷却された前記熱媒体を前記格納容器へ導入する請求項６または７に記載の熱利用システム。
【請求項９】
前記回収ラインは、前記隙間に通されており、前記隙間を流通する前記熱媒体に熱が奪われた前記水素系ガスを前記バッファタンクへ戻す請求項８に記載の熱利用システム。
【請求項１０】
前記導入ラインは、前記隙間に通されており、前記隙間を流通する前記熱媒体により予熱された前記水素系ガスを導入する請求項８に記載の熱利用システム。
【請求項１１】
前記熱媒体循環ラインは、前記密閉容器の外周に沿って設けられた伝熱管を有し、
前記伝熱管を流通する前記熱媒体を前記発熱体との熱交換により加熱させる請求項６または７に記載の熱利用システム。
【請求項１２】
前記ヒータは、前記導入ラインに設けられており、前記導入ラインを流通する前記水素系ガスを加熱することにより、前記発熱体を加熱する請求項５〜１１のいずれか１項に記載の熱利用システム。
【請求項１３】
前記熱利用装置は、前記回収ラインに設けられ、前記発熱体の熱により加熱され前記回収ラインを流通する前記水素系ガスとの間で熱交換を行う第１の熱交換器を有する請求項５〜１２のいずれか１項に記載の熱利用システム。
【請求項１４】
前記熱利用装置は、
前記第１室と前記導入ラインとを接続し、前記導入ラインから前記第１室に導入された前記水素系ガスのうち前記発熱体を透過しなかった非透過ガスを回収して前記導入ラインへ戻す非透過ガス回収ラインと、
前記非透過ガス回収ラインに設けられ、前記発熱体の熱により加熱された前記非透過ガスとの間で熱交換を行う第２の熱交換器と
を有する請求項５〜１３のいずれか１項に記載の熱利用システム。
【請求項１５】
前記非透過ガス回収ラインは、前記温度センサが検出した温度に基づいて前記非透過ガスの流量の制御を行う非透過ガス流量制御部を有する請求項１４に記載の熱利用システム。
【請求項１６】
前記導入口と前記発熱体との間に設けられ、前記導入ラインと接続し、前記導入ラインを流通する前記水素系ガスを前記発熱体に噴射するノズル部を備える請求項１４または１５に記載の熱利用システム。
【請求項１７】
前記発熱体は、有底筒状に形成されており、
前記ノズル部は、前記発熱体の軸方向に配列された複数の噴射口を有し、前記複数の噴射口から前記発熱体の内面全域に前記水素系ガスを噴射する請求項１６に記載の熱利用システム。
【請求項１８】
前記発熱体は、板状に形成されており、
前記ノズル部は、前記発熱体の一方の面全域に前記水素系ガスを噴射する請求項１６に記載の熱利用システム。
【請求項１９】
前記発熱体は、両端が開口した筒状に形成されており、一端が前記導入ラインと接続し、他端が前記非透過ガス回収ラインと接続する請求項１６に記載の熱利用システム。
【請求項２０】
前記第１室に設けられており、水素吸蔵金属または水素吸蔵合金により形成され前記水素の吸蔵および放出を行う第１の水素吸蔵放出部と、
前記第２室に設けられており、水素吸蔵金属または水素吸蔵合金により形成され前記水素の吸蔵および放出を行う第２の水素吸蔵放出部と、
前記第１室の前記水素の圧力を前記第２室の前記水素の圧力よりも高くする第１のモードと、前記第２室の前記水素の圧力を前記第１室の前記水素の圧力よりも高くする第２のモードとを切り替える制御を行う水素圧力制御部とを備える請求項１に記載の熱利用システム。
【請求項２１】
前記水素圧力制御部は、
前記第１のモードでは、前記第１の水素吸蔵放出部を加熱し、かつ、前記第２の水素吸蔵放出部を冷却し、
前記第２のモードでは、前記第２の水素吸蔵放出部を加熱し、かつ、前記第１の水素吸蔵放出部を冷却する請求項２０に記載の熱利用システム。
【請求項２２】
前記第１層は、Ni、Pd、Cu、Mn、Cr、Fe、Mg、Co、これらの合金のうちいずれかにより形成され、
前記第２層は、Ni、Pd、Cu、Mn、Cr、Fe、Mg、Co、これらの合金、SiCのうちいずれかにより形成される請求項１〜２１のいずれか１項に記載の熱利用システム。
【請求項２３】
前記多層膜は、前記第１層および前記第２層に加え、前記第１層および前記第２層とは異なる水素吸蔵金属、水素吸蔵合金、またはセラミックスにより形成され、厚みが１０００ｎｍ未満である第３層を有する請求項１〜２２のいずれか１項に記載の熱利用システム。
【請求項２４】
前記第３層は、CaO、Y2O3、TiC、LaB6、SrO、BaOのうちいずれかにより形成される請求項２３に記載の熱利用システム。
【請求項２５】
前記多層膜は、前記第１層、前記第２層および前記第３層に加え、前記第１層、前記第２層および前記第３層とは異なる水素吸蔵金属または水素吸蔵合金により形成され、厚みが１０００ｎｍ未満である第４層を有する請求項２３または２４に記載の熱利用システム。
【請求項２６】
前記第４層は、Ni、Cu、Cr、Fe、Mg、Co、これらの合金、SiC、CaO、Y2O3、TiC、LaB6、SrO、BaOのうちいずれかにより形成される請求項２５に記載の熱利用システム。
【請求項２７】
一端が前記導入ラインと接続し、他端が分岐したガス導入用分岐管を備え、
前記密閉容器は、前記発熱体を複数収容し、
前記第１室は、前記密閉容器の内部に複数設けられ、
前記ガス導入用分岐管の分岐した他端は、複数の前記第１室に設けられた前記導入口とそれぞれ接続する請求項５に記載の熱利用システム。
【請求項２８】
複数の前記発熱体は、板状に形成されており、面同士が対面するように互いに隙間を設けて配列され、
前記第２室は、前記密閉容器の内部に複数設けられ、
前記第１室と前記第２室とは、複数の前記発熱体の配列方向に交互に配置されている請求項２７に記載の熱利用システム。
【請求項２９】
複数の前記発熱体は、有底筒状に形成されており、
前記第１室は、前記発熱体の内面により形成されており、
前記第２室は、複数の前記発熱体の外面と前記密閉容器の内面とにより形成されている請求項２７に記載の熱利用システム。
【請求項３０】
前記ヒータは、前記ガス導入用分岐管の分岐した他端にそれぞれ設けられている請求項２９に記載の熱利用システム。
【請求項３１】
水素の吸蔵と放出とにより熱を発生する発熱体と、前記発熱体を収容する密閉容器と、前記密閉容器の内部に水素系ガスを導入するガス導入部と、前記密閉容器の内部の前記水素系ガスを前記密閉容器の外部へ排出するガス排出部と、前記発熱体の温度を検出する温度センサと、前記ガス導入部に設けられ、前記ガス導入部を流通する前記水素系ガスを加熱することにより前記発熱体を加熱するヒータとを有する発熱セルと、
前記温度センサが検出した温度に基づいて前記ヒータを制御することにより前記発熱体の温度を調節する制御部と
を備え、
前記密閉容器は、前記発熱体により仕切られた第１室および第２室を有し、
前記第１室と前記第２室とは、前記水素の圧力が異なっており、
前記発熱体は、多孔質体、水素透過膜、およびプロトン導電体のうち少なくともいずれかにより形成された支持体と、前記支持体に支持された多層膜とを有し、
前記多層膜は、水素吸蔵金属または水素吸蔵合金により形成され、厚みが１０００ｎｍ未満である第１層と、前記第１層とは異なる水素吸蔵金属、水素吸蔵合金、またはセラミックスにより形成され、厚みが１０００ｎｍ未満である第２層とを有する熱利用システム。
【請求項３２】
水素の吸蔵と放出とにより熱を発生する発熱体と、
前記発熱体により仕切られた第１室および第２室を有する密閉容器と、
前記発熱体の温度を調節する温度調節部と
を備え、
前記第１室と前記第２室とは、前記水素の圧力が異なっており、
前記発熱体は、多孔質体、水素透過膜、およびプロトン導電体のうち少なくともいずれかにより形成された支持体と、前記支持体に支持された多層膜とを有し、
前記多層膜は、水素吸蔵金属または水素吸蔵合金により形成され、厚みが１０００ｎｍ未満である第１層と、前記第１層とは異なる水素吸蔵金属、水素吸蔵合金、またはセラミックスにより形成され、厚みが１０００ｎｍ未満である第２層とを有する発熱装置。
【請求項３３】
前記水素の圧力は水素分圧であり、
前記第１室と前記第２室との前記水素分圧の差を利用して、前記水素が前記発熱体を透過する請求項３２に記載の発熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱利用システムおよび発熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、水素吸蔵金属などを用いて水素の吸蔵と放出とを行うことにより熱が発生する発熱現象が報告されている（例えば、非特許文献１参照）。水素は、水から生成できるため、資源としては無尽蔵で安価であり、かつ、二酸化炭素などの温室効果ガスを発生しないのでクリーンなエネルギーとされている。また、水素吸蔵金属などを用いた発熱現象は、核分裂反応とは異なり、連鎖反応が無いので安全とされている。水素の吸蔵と放出とにより発生する熱は、そのまま熱として利用する他、電力に変換して利用することもできるので、有効な熱エネルギー源として期待される。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】A. Kitamura. et.al “Brief summary of latest experimental results with a mass-flow calorimetry system for anomalous heat effect of nano-composite metals under D(H)-gas charging” CURRENT SCIENCE, VOL. 108, NO. 4,  p.589-593,2015
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、熱エネルギー源の主流は依然として火力発電や原子力発電である。したがって、環境問題やエネルギー問題の観点から、安価、クリーン、安全な熱エネルギー源を利用する、従来にない新規な熱利用システムおよび発熱装置が望まれている。【０００５】
そこで、本発明は、安価、クリーン、安全な熱エネルギー源を利用した新規な熱利用システムおよび発熱装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の熱利用システムは、水素の吸蔵と放出とにより熱を発生する発熱体と、前記発熱体により仕切られた第１室および第２室を有する密閉容器と、前記発熱体の温度を調節する温度調節部と、前記発熱体の熱により加熱された熱媒体を熱源として利用する熱利用装置とを備え、前記第１室と前記第２室とは、前記水素の圧力が異なっており、前記発熱体は、多孔質体、水素透過膜、およびプロトン導電体のうち少なくともいずれかにより形成された支持体と、前記支持体に支持された多層膜とを有し、前記多層膜は、水素吸蔵金属または水素吸蔵合金により形成され、厚みが１０００ｎｍ未満である第１層と、前記第１層とは異なる水素吸蔵金属、水素吸蔵合金、またはセラミックスにより形成され、厚みが１０００ｎｍ未満である第２層とを有する。【０００７】
本発明の別の熱利用システムは、水素の吸蔵と放出とにより熱を発生する発熱体と、前記発熱体を収容する密閉容器と、前記密閉容器の内部に水素系ガスを導入するガス導入部と、前記密閉容器の内部の前記水素系ガスを前記密閉容器の外部へ排出するガス排出部と、前記発熱体の温度を検出する温度センサと、前記ガス導入部に設けられ、前記ガス導入部を流通する前記水素系ガスを加熱することにより前記発熱体を加熱するヒータとを有する発熱セルと、前記温度センサが検出した温度に基づいて前記ヒータを制御することにより前記発熱体の温度を調節する制御部とを備え、前記密閉容器は、前記発熱体により仕切られた第１室および第２室を有し、前記第１室と前記第２室とは、前記水素の圧力が異なっており、前記発熱体は、多孔質体、水素透過膜、およびプロトン導電体のうち少なくともいずれかにより形成された支持体と、前記支持体に支持された多層膜とを有し、前記多層膜は、水素吸蔵金属または水素吸蔵合金により形成され、厚みが１０００ｎｍ未満である第１層と、前記第１層とは異なる水素吸蔵金属、水素吸蔵合金、またはセラミックスにより形成され、厚みが１０００ｎｍ未満である第２層とを有する。【０００８】
本発明の発熱装置は、水素の吸蔵と放出とにより熱を発生する発熱体と、前記発熱体により仕切られた第１室および第２室を有する密閉容器と、前記発熱体の温度を調節する温度調節部とを備え、前記第１室と前記第２室とは、前記水素の圧力が異なっており、前記発熱体は、多孔質体、水素透過膜、およびプロトン導電体のうち少なくともいずれかにより形成された支持体と、前記支持体に支持された多層膜とを有し、前記多層膜は、水素吸蔵金属または水素吸蔵合金により形成され、厚みが１０００ｎｍ未満である第１層と、前記第１層とは異なる水素吸蔵金属、水素吸蔵合金、またはセラミックスにより形成され、厚みが１０００ｎｍ未満である第２層とを有する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、水素の吸蔵と放出とにより熱を発生する発熱体を熱エネルギー源として利用するので、安価、クリーン、安全にエネルギーを供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１実施形態の熱利用システムの概略図である。
【図２】第１層と第２層とを有する発熱体の構造を示す断面図である。
【図３】過剰熱の発生を説明するための説明図である。
【図４】発熱装置の作用を説明するための説明図である。
【図５】両面に多層膜を有する第１変形例の発熱体を説明するための説明図である。
【図６】第１層と第２層と第３層とを有する第２変形例の発熱体を説明するための説明図である。
【図７】第１層と第２層と第３層と第４層とを有する第３変形例の発熱体を説明するための説明図である。
【図８】多層膜の各層の厚みの比率と過剰熱の関係を示すグラフである。
【図９】多層膜の積層数と過剰熱の関係を示すグラフである。
【図１０】多層膜の材料と過剰熱の関係を示すグラフである。
【図１１】有底筒状に形成された発熱体の断面図である。
【図１２】第４変形例の熱利用システムの概略図である。
【図１３】柱状に形成された支持体を有する発熱体の断面図である。
【図１４】第５変形例の熱利用システムの概略図である。
【図１５】第６変形例の熱利用システムの概略図である。
【図１６】第７変形例の熱利用システムの概略図である。
【図１７】第８変形例の熱利用システムの概略図である。
【図１８】第９変形例の熱利用システムの概略図である。
【図１９】第１０変形例の熱利用システムの概略図である。
【図２０】第１１変形例の熱利用システムの概略図である。
【図２１】第１２変形例の熱利用システムの概略図である。
【図２２】第１３変形例の熱利用システムの概略図である。
【図２３】第１４変形例の熱利用システムの概略図である。
【図２４】複数の噴射口を有するノズル部を説明するための説明図である。
【図２５】両端が開口した筒状の発熱体の断面図である。
【図２６】第１５変形例の熱利用システムの概略図である。
【図２７】第１６変形例の熱利用システムの概略図である。
【図２８】水素圧力制御部の第１のモードを説明するための説明図である。
【図２９】水素圧力制御部の第２のモードを説明するための説明図である。
【図３０】第１７変形例の熱利用システムの概略図である。
【図３１】第１７変形例における発熱装置の作用を説明するための説明図である。
【図３２】第１８変形例の熱利用システムの概略図である。
【図３３】第１９変形例の熱利用システムの概略図である。
【図３４】ガス導入用分岐管を説明するための説明図である。
【図３５】第２０変形例の熱利用システムの概略図である。
【図３６】第２１変形例の熱利用システムの概略図である。
【図３７】発熱セルと水素循環ラインとの接続を説明するための説明図である。
【図３８】第２２変形例の発熱装置の概略図である。
【図３９】第２３変形例の発熱装置の概略図である。
【図４０】第２４変形例の発熱装置の概略図である。
【図４１】第２５変形例の発熱装置の概略図である。
【図４２】第２５変形例の発熱装置の断面図である。
【図４３】第２６変形例の熱利用システムの概略図である。
【図４４】参照実験における水素透過量と水素供給圧力とサンプル温度との関係を示すグラフである。
【図４５】参照実験におけるサンプル温度と入力電力の関係を示したグラフである。
【図４６】実験例２６における発熱体温度と過剰熱の関係を示すグラフである。
【図４７】実験例２７における発熱体温度と過剰熱の関係を示すグラフである。
【図４８】第２実施形態の熱利用システムの概略図である。
【図４９】第２実施形態の第１変形例における発熱装置の概略図である。
【図５０】第２実施形態の第２変形例における発熱体ユニットの正面図および平面図である。
【図５１】第２実施形態の第２変形例における発熱体ユニットの断面図である。
【図５２】第２実施形態の第３変形例における発熱装置の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
［第１実施形態］
図１に示すように、熱利用システム１０は、発熱装置１１と熱利用装置１２とを備える。熱利用システム１０は、後述する熱媒体を発熱装置１１が発生する熱により加熱し、加熱された熱媒体を熱源として熱利用装置１２を作動させる。
【００１２】
発熱装置１１は、発熱体１４と、密閉容器１５と、温度調節部１６と、水素循環ライン１７と、制御部１８とを備える。
【００１３】
発熱体１４は、密閉容器１５に収容されており、後述する温度調節部１６のヒータ１６ｂにより加熱される。発熱体１４は、水素の吸蔵と放出とにより、ヒータ１６ｂの加熱温度以上の熱（以下、過剰熱と称する）を発生する。発熱体１４は、過剰熱を発生することによって、熱媒体を例えば５０℃以上１５００℃以下の範囲内の温度に加熱する。発熱体１４は、この例では表面および裏面を有する板状に形成されている。発熱体１４の詳細な構成については別の図面を用いて後述する。
【００１４】
密閉容器１５は、中空の容器であり、内部に発熱体１４を収容する。密閉容器１５は、例えばステンレスなどで形成される。密閉容器１５は、この例では、発熱体１４の表面または裏面と直交する方向と平行な長手方向を有する形状とされている。密閉容器１５の内部には、発熱体１４を設置するための設置部２０が設けられている。
【００１５】
密閉容器１５は、発熱体１４により仕切られた第１室２１および第２室２２を有する。第１室２１は、発熱体１４の一方の面である表面と密閉容器１５の内面とにより形成されている。第１室２１は、後述する水素循環ライン１７と接続する導入口２３を有する。第１室２１には、導入口２３を介して、水素循環ライン１７を流通する水素系ガスが導入される。第２室２２は、発熱体１４の他方の面である裏面と密閉容器１５の内面とにより形成されている。第２室２２は、水素循環ライン１７と接続する回収口２４を有する。第２室２２の水素系ガスは、回収口２４を介して、水素循環ライン１７に回収される。
【００１６】
第１室２１は、水素系ガスの導入により昇圧される。第２室２２は、水素系ガスの回収により減圧される。これにより、第１室２１の水素の圧力は、第２室２２の水素の圧力よりも高くされる。第１室２１の水素の圧力は、例えば１００［ｋＰａ］とされる。第２室２２の水素の圧力は、例えば１×１０−４［Ｐａ］以下とされる。第２室２２は真空状態としてもよい。このように、第１室２１と第２室２２とは、水素の圧力が異なっている。このため、密閉容器１５の内部は、発熱体１４の両側に圧力差が生じた状態とされている。
【００１７】
発熱体１４の両側に圧力差が生じると、発熱体１４のうち高圧側に配された一方の面（表面）では、水素系ガスに含まれる水素分子が吸着し、その水素分子が２つの水素原子に解離する。解離した水素原子は、発熱体１４の内部へ浸入する。すなわち、発熱体１４に水素が吸蔵される。水素原子は、発熱体１４の内部を拡散して通過する。発熱体１４のうち低圧側に配された他方の面（裏面）では、発熱体１４を通過した水素原子が再結合し、水素分子となって放出される。すなわち、発熱体１４から水素が放出される。このように、発熱体１４は、高圧側から低圧側へ水素を透過させる。「透過」とは、発熱体の一方の面に水素が吸蔵され、発熱体の他方の面から水素が放出されることをいう。発熱体１４は、詳しくは後述するが、水素を吸蔵することによって発熱し、また、水素を放出することによっても発熱する。したがって、発熱体１４は、水素が透過することにより熱を発生する。なお、以降の説明において、発熱体について「水素が透過する」ことを「水素系ガスが透過する」と記載する場合がある。
【００１８】
第１室２１の内部には、当該第１室２１の内部の圧力を検出する圧力センサ（図示なし）が設けられている。第２室２２の内部には、当該第２室２２の内部の圧力を検出する圧力センサ（図示なし）が設けられている。第１室２１と第２室２２に設けられた各圧力センサは、制御部１８と電気的に接続しており、検出した圧力に対応する信号を制御部１８に出力する。
【００１９】
温度調節部１６は、発熱体１４の温度を調節し、発熱に適正な温度に維持する。発熱体１４において発熱に適正な温度は、例えば５０℃以上１５００℃以下の範囲内である。
【００２０】
温度調節部１６は、温度センサ１６ａとヒータ１６ｂとを有する。温度センサ１６ａは、発熱体１４の温度を検出する。温度センサ１６ａは、例えば熱電対であり、密閉容器１５の設置部２０に設けられている。温度センサ１６ａは、制御部１８と電気的に接続しており、検出した温度に対応する信号を制御部１８に出力する。
【００２１】
ヒータ１６ｂは、発熱体１４を加熱する。ヒータ１６ｂは、例えば電気抵抗発熱式の電熱線であり、密閉容器１５の外周に巻き付けられている。ヒータ１６ｂは、電源２６と電気的に接続しており、電源２６から電力が入力されることにより発熱する。ヒータ１６ｂは密閉容器１５の外周を覆うように配置される電気炉でもよい。
【００２２】
水素循環ライン１７は、密閉容器１５の外部に設けられ、第１室２１と第２室２２とを接続し、密閉容器１５の内部と外部との間で水素を含む水素系ガスを循環させる。水素循環ライン１７は、バッファタンク２８と、導入ライン２９と、回収ライン３０と、フィルタ３１とを有する。図１には図示していないが、熱利用システム１０は、水素循環ライン１７に水素系ガスを供給するための供給ラインと、水素循環ライン１７から水素系ガスを排気するための排気ラインとを備えており、例えば熱利用システム１０の作動開始時に供給ラインから水素循環ライン１７へ水素系ガスが供給され、熱利用システム１０の作動停止時に水素循環ライン１７の水素系ガスが排気ラインへ排気される。
【００２３】
バッファタンク２８は、水素系ガスを貯留する。水素系ガスは、水素の同位体を含むガスである。水素系ガスとしては、重水素ガスと軽水素ガスとの少なくともいずれかが用いられる。軽水素ガスは、天然に存在する軽水素と重水素の混合物、すなわち、軽水素の存在比が９９．９８５％であり、重水素の存在比が０．０１５％である混合物を含む。水素系ガスの流量の変動はバッファタンク２８により吸収される。
【００２４】
導入ライン２９は、バッファタンク２８と第１室２１の導入口２３とを接続し、バッファタンク２８に貯留された水素系ガスを第１室２１へ導入する。導入ライン２９は、圧力調整弁３２を有する。圧力調整弁３２は、バッファタンク２８から送られる水素系ガスを所定の圧力に減圧する。圧力調整弁３２は、制御部１８と電気的に接続している。
【００２５】
回収ライン３０は、第２室２２の回収口２４とバッファタンク２８とを接続し、発熱体１４を介して第１室２１から第２室２２へ透過した水素系ガスを回収してバッファタンク２８へ戻す。回収ライン３０は、循環ポンプ３３を有する。循環ポンプ３３は、第２室２２の水素系ガスを回収ライン３０へ回収し、所定の圧力に昇圧してバッファタンク２８へ送る。循環ポンプ３３としては、例えばメタルベローズポンプが用いられる。循環ポンプ３３は、制御部１８と電気的に接続している。
【００２６】
フィルタ３１は、水素系ガスに含まれる不純物を除去するためのものである。ここで、水素が発熱体１４を透過する透過量（以下、水素透過量という）は、発熱体１４の温度、発熱体１４の両面側の圧力差、および発熱体１４の表面状態によって定められる。水素系ガスに不純物が含まれている場合、不純物が発熱体１４の表面に付着し、発熱体１４の表面状態が悪化することがある。発熱体１４の表面に不純物が付着した場合は、発熱体１４の表面での水素分子の吸着及び解離が阻害され、水素透過量が減少する。発熱体１４の表面での水素分子の吸着及び解離を阻害するものとしては、例えば、水（水蒸気を含む）、炭化水素（メタン、エタン、メタノール、エタノール等）、C、S、及び、Siが考えられる。水は、密閉容器１５の内壁などから放出、あるいは密閉容器１５の内部に設けられた部材に含まれる酸化皮膜が水素により還元されたものと考えられる。炭化水素、C、S、及び、Siは、密閉容器１５の内部に設けられた各種部材から放出されると考えられる。よって、フィルタ３１は、不純物として、水（水蒸気を含む）、炭化水素、C、S、及び、Siを少なくとも除去する。フィルタ３１は、水素系ガスに含まれる不純物を除去することにより、発熱体１４における水素透過量の減少を抑制する。
【００２７】
制御部１８は、熱利用システム１０の各部の動作を制御する。制御部１８は、例えば、演算装置（Central Processing Unit）、読み出し専用メモリ（Read Only Memory）やランダムアクセスメモリ（Random Access Memory）などの記憶部などを主に備えている。演算装置では、例えば、記憶部に格納されたプログラムやデータなどを用いて各種の演算処理を実行する。
【００２８】
制御部１８は、温度センサ１６ａ、電源２６、圧力調整弁３２、および循環ポンプ３３と電気的に接続している。制御部１８は、ヒータ１６ｂの入力電力、密閉容器１５の圧力などを調整することにより、発熱体１４が発生する過剰熱の出力の制御を行う。
【００２９】
制御部１８は、温度センサ１６ａが検出した温度に基づいて、ヒータ１６ｂの出力の制御を行う出力制御部としての機能を有する。制御部１８は、電源２６を制御してヒータ１６ｂへの入力電力を調節することにより、発熱体１４を発熱に適正な温度に維持する。
【００３０】
制御部１８は、第１室２１と第２室２２に設けられた各圧力センサ（図示なし）により検出された圧力に基づいて、圧力調整弁３２および循環ポンプ３３を制御することにより、第１室２１と第２室２２との間で発生する水素の圧力差を調整する。
【００３１】
制御部１８は、発熱体１４に水素を吸蔵させる水素吸蔵工程と、発熱体１４から水素を放出させる水素放出工程とを行う。本実施形態では、制御部１８は、第１室２１と第２室２２との間で水素の圧力差を発生させることによって、水素吸蔵工程と水素放出工程とを同時に行う。制御部１８は、導入ライン２９から第１室２１へ水素系ガスを導入させ、かつ、第２室２２の水素系ガスを回収ライン３０へ回収させることによって第１室２１を第２室２２よりも高圧とし、発熱体１４の表面での水素の吸蔵と、発熱体１４の裏面での水素の放出とが同時に行われる状態を維持する。本開示において同時とは、完全に同時、または、実質的に同時とみなせる程度に僅かな時間以内を意味する。水素吸蔵工程と水素放出工程とが同時に行われることにより、水素が発熱体１４を連続的に透過するので、発熱体１４において過剰熱を効率的に発生させることができる。なお、制御部１８は、水素吸蔵工程と水素放出工程とを交互に繰り返し行ってもよい。すなわち、制御部１８は、まず、水素吸蔵工程を行うことによって発熱体１４に水素を吸蔵させ、その後、水素放出工程を行うことによって発熱体１４に吸蔵されている水素を放出させてもよい。このように水素吸蔵工程と水素放出工程とを交互に繰り返し行うことによっても、発熱体１４から過剰熱を発生させることができる。
【００３２】
発熱装置１１は、発熱体１４を挟んで配置された第１室２１と第２室２２との間で水素の圧力差を発生させることにより、水素が発熱体１４を透過し、過剰熱を発生する。
【００３３】
熱利用装置１２は、発熱体１４の熱により加熱された熱媒体を熱源として利用する。熱媒体としては、気体または液体を用いることができ、熱伝導率に優れかつ化学的に安定したものが好ましい。気体としては、例えば、ヘリウムガスやアルゴンガスなどの希ガス、水素ガス、窒素ガス、水蒸気、空気、二酸化炭素、水素化物を形成するガスなどが用いられる。液体としては、例えば、水、溶融塩（KNO3（40％）-NaNO3（60％）など）、液体金属（Pbなど）などが用いられる。また、熱媒体として、気体または液体に固体粒子を分散させた混相の熱媒体を用いてもよい。固体粒子は、金属、金属化合物、合金、セラミックスなどである。金属としては、銅、ニッケル、チタン、コバルトなどが用いられる。金属化合物としては、上記金属の酸化物、窒化物、ケイ化物などが用いられる。合金としては、ステンレス、クロムモリブデン鋼などが用いられる。セラミックスとしては、アルミナなどが用いられる。この例では、熱媒体としてヘリウムガスが用いられる。
【００３４】
熱利用装置１２は、格納容器４１と、熱媒体流通部４２と、ガスタービン４３と、蒸気発生器４４と、蒸気タービン４５と、スターリングエンジン４６と、熱電変換器４７とを有する。熱利用装置１２は、図１では、ガスタービン４３、蒸気発生器４４、蒸気タービン４５、スターリングエンジン４６、および熱電変換器４７を有しているが、これらを任意に組み合わせて構成してもよい。
【００３５】
格納容器４１は、中空の容器であり、内部に発熱装置１１の密閉容器１５を格納する。格納容器４１は、例えばセラミックス、ステンレスなどにより形成される。格納容器４１は、この例では、密閉容器１５の長手方向と平行な長手方向を有する形状とされている。格納容器４１の材料は、断熱性に優れるものが好ましい。格納容器４１は、外部との熱の授受をより確実に遮断するために、断熱材５１により覆われている。
【００３６】
格納容器４１は、後述する熱媒体循環ラインとしての熱媒体流通部４２と接続する流入口４１ａおよび流出口４１ｂを有し、密閉容器１５との間に形成された隙間５４に熱媒体を流通させる。流入口４１ａは、格納容器４１の長手方向の一端に設けられる。流出口４１ｂは、格納容器４１の長手方向の他端に設けられる。隙間５４は、格納容器４１の内面と密閉容器１５の外面とにより形成される。
【００３７】
熱媒体流通部４２は、格納容器４１の内部と外部との間で熱媒体を流通させる。熱媒体流通部４２は、本実施形態では、格納容器４１とガスタービン４３とを接続する第１配管４２ａと、ガスタービン４３と蒸気発生器４４とを接続する第２配管４２ｂと、蒸気発生器４４とスターリングエンジン４６とを接続する第３配管４２ｃと、スターリングエンジン４６と格納容器４１とを接続する第４配管４２ｄと、格納容器４１から第１配管４２ａへ熱媒体を流出させるポンプ４２ｅと、格納容器４１から第１配管４２ａへ流出する熱媒体の流量を調整する熱媒体流量制御部４２ｆとを有する。ポンプ４２ｅと熱媒体流量制御部４２ｆは、第１配管４２ａに設けられている。ポンプ４２ｅとしては、例えばメタルベローズポンプが用いられる。
【００３８】
格納容器４１から流出した熱媒体は、第１配管４２ａ、第２配管４２ｂ、第３配管４２ｃ、第４配管４２ｄの順に流れ、格納容器４１へ戻る。したがって、熱媒体流通部４２は、格納容器４１の内部と外部との間で熱媒体が循環する熱媒体循環ラインとして機能する。格納容器４１の内部で発熱装置１１により加熱された熱媒体は、熱媒体循環ラインとしての熱媒体流通部４２を流れ、ガスタービン４３、蒸気発生器４４、スターリングエンジン４６、熱電変換器４７を順に介して冷却される。冷却された熱媒体は、格納容器４１に流入し、発熱装置１１により再び加熱される。すなわち、熱利用装置１２は、格納容器４１の内部で発熱体１４の熱により加熱された熱媒体を熱媒体循環ラインへ排出させ、熱媒体循環ラインを流通して冷却された熱媒体を格納容器４１の内部へ導入させる。
【００３９】
熱媒体流量制御部４２ｆは、温度センサ１６ａが検出した温度に基づいて、熱媒体の流量の制御を行う。熱媒体流量制御部４２ｆは、調整弁として例えばバリアブルリークバルブを有する。例えば、熱媒体流量制御部４２ｆは、温度センサ１６ａにより検出された発熱体１４の温度が、発熱体１４の発熱に適正な温度範囲の上限温度を超える場合、熱媒体の循環流量を増やす。熱媒体の循環流量が増えることによって発熱体１４の冷却が促進される。一方、熱媒体流量制御部４２ｆは、温度センサ１６ａにより検出された発熱体１４の温度が、発熱体１４の発熱に適正な温度範囲の下限温度に満たない場合、熱媒体の循環流量を減らす。熱媒体の循環流量が減ることによって発熱体１４の冷却が抑えられる。このように、熱媒体流量制御部４２ｆは、熱媒体の循環流量を増減させることにより、発熱体１４を発熱に適正な温度に維持する。
【００４０】
ガスタービン４３は、格納容器４１から流出した熱媒体によって駆動する。ガスタービン４３に供給される熱媒体の温度は、例えば、６００℃以上１５００℃以下の範囲内であることが好ましい。ガスタービン４３は、圧縮機４３ａとタービン４３ｂとを有する。圧縮機４３ａとタービン４３ｂとは、図示しない回転軸によって連結されている。圧縮機４３ａは、発熱装置１１により加熱されたヘリウムガスを圧縮することで、高温かつ高圧の熱媒体を生成する。タービン４３ｂは、圧縮機４３ａを通過した熱媒体によって、回転軸を中心として回転する。
【００４１】
ガスタービン４３は、発電機４８と接続している。発電機４８は、ガスタービン４３の回転軸と連結しており、タービン４３ｂが回転することで発電を行う。
【００４２】
蒸気発生器４４は、ガスタービン４３から流出した熱媒体の熱によって蒸気を発生させる。蒸気発生器４４は、内部配管４４ａと熱交換部４４ｂとを有する。内部配管４４ａは、第２配管４２ｂと第３配管４２ｃとを接続し、熱媒体を流通させる。熱交換部４４ｂは、缶水が流通する配管により形成されており、この配管を流通する缶水と内部配管４４ａを流通する熱媒体との間で熱交換を行う。この熱交換により缶水が加熱されて蒸気が発生する。
【００４３】
蒸気発生器４４は、蒸気配管４４ｃおよび給水配管４４ｄを介して、蒸気タービン４５と接続している。蒸気配管４４ｃは、熱交換部４４ｂで発生した蒸気を蒸気タービン４５へ供給する。給水配管４４ｄは、図示しない復水器と給水ポンプとを有し、蒸気タービン４５から排出された蒸気を復水器によって冷却して缶水に戻し、この缶水を給水ポンプによって熱交換部４４ｂへ送る。
【００４４】
蒸気タービン４５は、蒸気発生器４４で発生した蒸気によって駆動する。蒸気タービン４５に供給される蒸気の温度は、例えば３００℃以上７００℃以下の範囲内であることが好ましい。蒸気タービン４５は、図示しない回転軸を有し、この回転軸を中心として回転する。
【００４５】
蒸気タービン４５は、発電機４９と接続している。発電機４９は、蒸気タービン４５の回転軸と連結しており、蒸気タービン４５が回転することで発電を行う。
【００４６】
スターリングエンジン４６は、蒸気発生器４４から流出した熱媒体によって駆動する。スターリングエンジン４６に供給される熱媒体の温度は、例えば、３００℃以上１０００℃以下の範囲内であることが好ましい。スターリングエンジン４６は、この例では、ディスプレーサ型のスターリングエンジンである。スターリングエンジン４６は、シリンダ部４６ａと、ディスプレーサピストン４６ｂと、パワーピストン４６ｃと、流路４６ｄと、クランク部４６ｅとを有する。
【００４７】
シリンダ部４６ａは、筒状に形成されており、一端が閉塞し、他端が開口している。ディスプレーサピストン４６ｂは、シリンダ部４６ａの内部に配置されている。パワーピストン４６ｃは、シリンダ部４６ａの内部において、ディスプレーサピストン４６ｂよりも他端側に配置されている。ディスプレーサピストン４６ｂとパワーピストン４６ｃは、シリンダ部４６ａの軸方向に往復動可能に設けられている。
【００４８】
シリンダ部４６ａの内部には、ディスプレーサピストン４６ｂによって仕切られた膨張空間５２と圧縮空間５３とが設けられている。膨張空間５２は、圧縮空間５３よりも、シリンダ部４６ａの一端側に設けられる。膨張空間５２と圧縮空間５３には作動流体が封入されている。作動流体としては、ヘリウムガス、水素系ガス、空気などが用いられる。この例では、作動流体としてヘリウムガスが用いられる。
【００４９】
流路４６ｄは、シリンダ部４６ａの外部に設けられており、膨張空間５２と圧縮空間５３とを接続する。流路４６ｄは、膨張空間５２と圧縮空間５３との間で作動流体を流通させる。
【００５０】
流路４６ｄは、高温部５５と、低温部５６と、再生器５７とを有する。膨張空間５２の作動流体は、高温部５５、再生器５７、低温部５６を順に通過して、圧縮空間５３へ流入する。圧縮空間５３の作動流体は、低温部５６、再生器５７、高温部５５を順に通過して、膨張空間５２へ流入する。
【００５１】
高温部５５は、作動流体を加熱するための熱交換器である。高温部５５の外部には伝熱管５８が設けられている。伝熱管５８は、第３配管４２ｃと第４配管４２ｄとを接続し、第３配管４２ｃから第４配管４２ｄへ熱媒体を流通させる。第３配管４２ｃから伝熱管５８へ熱媒体が流れることで、熱媒体の熱が高温部５５へ伝達し、高温部５５を通過する作動流体が加熱される。
【００５２】
低温部５６は、作動流体を冷却するための熱交換器である。低温部５６の外部には冷却管５９が設けられている。冷却管５９は、図示しない冷却媒体供給部と接続する。冷却管５９は、冷却媒体供給部から供給される冷却媒体を流通させる。冷却管５９に冷却媒体が流れることで、低温部５６を通過する作動流体の熱が冷却媒体に奪われて、作動流体が冷却される。冷却媒体は、例えば水である。
【００５３】
再生器５７は、蓄熱用の熱交換器である。再生器５７は、高温部５５と低温部５６との間に設けられる。再生器５７は、作動流体が膨張空間５２から圧縮空間５３へ移動する際に、高温部５５を通過した作動流体から熱を受け取って蓄積する。また、再生器５７は、作動流体が圧縮空間５３から膨張空間５２へ移動する際に、低温部５６を通過した作動流体に対して、蓄積した熱を与える。
【００５４】
クランク部４６ｅは、シリンダ部４６ａの他端に設けられる。クランク部４６ｅは、例えば、クランクケースに回転可能に支持されたクランクシャフト、ディスプレーサピストン４６ｂと接続するロッド、パワーピストン４６ｃと接続するロッド、各ロッドとクランクシャフトとを連結する連結部材などを有し、ディスプレーサピストン４６ｂとパワーピストン４６ｃの往復運動をクランクシャフトの回転運動に変換する。
【００５５】
スターリングエンジン４６は、発電機５０と接続している。発電機５０は、スターリングエンジン４６のクランクシャフトと連結しており、クランクシャフトが回転することで発電を行う。
【００５６】
熱電変換器４７は、ゼーベック効果を利用して、第４配管４２ｄを流通する熱媒体の熱を電力に変換する。熱電変換器４７は、例えば３００℃以下の熱媒体により電力を発生する。熱電変換器４７は、筒状に形成されており、第４配管４２ｄの外周を覆うように設けられている。
【００５７】
熱電変換器４７は、内面に設けられた熱電変換モジュール４７ａと、外面に設けられた冷却部４７ｂとを有する。熱電変換モジュール４７ａは、第４配管４２ｄと対向する受熱基板、受熱基板に設けられた受熱側電極、冷却部４７ｂと対向する放熱基板、放熱基板に設けられた放熱側電極、ｐ型半導体により形成されたｐ型熱電素子、ｎ型半導体により形成されたｎ型熱電素子などを有する。この例では、熱電変換モジュール４７ａは、ｐ型熱電素子とｎ型熱電素子とが交互に配列され、隣接するｐ型熱電素子とｎ型熱電素子とが受熱側電極および放熱側電極により電気的に接続されている。また、熱電変換モジュール４７ａは、一端に配置されたｐ型熱電素子と他端に配置されたｎ型熱電素子とに対し、リードが放熱側電極を介して電気的に接続されている。冷却部４７ｂは、例えば、冷却水が流通する配管により形成される。これにより、熱電変換器４７は、内面と外面との間に生じる温度差に応じた電力を発生する。
【００５８】
図２を用いて発熱体１４の詳細な構造について説明する。図２に示すように、発熱体１４は、支持体６１と多層膜６２とを有する。
【００５９】
支持体６１は、多孔質体、水素透過膜、およびプロトン導電体のうち少なくともいずれかにより形成される。支持体６１は、この例では表面および裏面を有する板状に形成されている。多孔質体は、水素系ガスの通過を可能とするサイズの孔を有する。多孔質体は、例えば、金属、非金属、セラミックスなどにより形成される。多孔質体は、水素系ガスと多層膜６２との反応（以下、発熱反応という）を阻害しない材料により形成されることが好ましい。水素透過膜は、例えば、水素吸蔵金属または水素吸蔵合金により形成される。水素吸蔵金属としては、Ni、Pd、V、Nb、Ta、Tiなどが用いられる。水素吸蔵合金としては、LaNi5、CaCu5、MgZn2、ZrNi2、ZrCr2、TiFe、TiCo、Mg2Ni、Mg2Cuなどが用いられる。水素透過膜は、メッシュ状のシートを有するものを含む。プロトン導電体としては、BaCeO3系（例えばBa(Ce0.95Y0.05)O3-6）、SrCeO3系（例えばSr(Ce0.95Y0.05)O3-6）、CaZrO3系（例えばCaZr0.95Y0.05O3-α）、SrZrO3系（例えばSrZr0.9Y0.1O3-α）、β Al2O3、β Ga2O3などが用いられる。
【００６０】
多層膜６２は、支持体６１に設けられる。多層膜６２は、水素吸蔵金属または水素吸蔵合金により形成される第１層７１と、第１層７１とは異なる水素吸蔵金属、水素吸蔵合金またはセラミックスにより形成される第２層７２とにより形成される。支持体６１と第１層７１と第２層７２との間には、後述する異種物質界面７３が形成される。図２では、多層膜６２は、支持体６１の一方の面（例えば表面）に、第１層７１と第２層７２がこの順で交互に積層されている。第１層７１と第２層７２とは、それぞれ５層とされている。なお、第１層７１と第２層７２の各層の層数は適宜変更してもよい。多層膜６２は、支持体６１の表面に、第２層７２と第１層７１がこの順で交互に積層されたものでもよい。多層膜６２は、第１層７１と第２層７２をそれぞれ１層以上有し、異種物質界面７３が１以上形成されていればよい。
【００６１】
第１層７１は、例えば、Ni、Pd、Cu、Mn、Cr、Fe、Mg、Co、これらの合金のうち、いずれかにより形成される。第１層７１を形成する合金は、Ni、Pd、Cu、Mn、Cr、Fe、Mg、Coのうち2種以上からなる合金であることが好ましい。第１層７１を形成する合金として、Ni、Pd、Cu、Mn、Cr、Fe、Mg、Coに添加元素を添加させた合金を用いてもよい。
【００６２】
第２層７２は、例えば、Ni、Pd、Cu、Mn、Cr、Fe、Mg、Co、これらの合金、SiCのうち、いずれかにより形成される。第２層７２を形成する合金は、Ni、Pd、Cu、Mn、Cr、Fe、Mg、Coのうち2種以上からなる合金であることが好ましい。第２層７２を形成する合金として、Ni、Pd、Cu、Mn、Cr、Fe、Mg、Coに添加元素を添加させた合金を用いてもよい。
【００６３】
第１層７１と第２層７２との組み合わせとしては、元素の種類を「第１層７１−第２層７２（第２層７２−第１層７１）」として表すと、Pd-Ni、Ni-Cu、Ni-Cr、Ni-Fe、Ni-Mg、Ni-Coであることが好ましい。第２層７２をセラミックスとした場合は、「第１層７１−第２層７２」が、Ni-SiCであることが好ましい。
【００６４】
図３に示すように、異種物質界面７３は水素原子を透過させる。図３は、面心立法構造の水素吸蔵金属により形成される第１層７１および第２層７２において、第１層７１の金属格子中の水素原子が、異種物質界面７３を透過して第２層７２の金属格子中へ移動する様子を示した概略図である。水素は軽く、ある物質Ａと物質Ｂの水素が占めるサイト（オクトヘドラルやテトラヘドラルサイト）をホッピングしながら量子拡散していくことが分かっている。このため、発熱体１４に吸蔵された水素は、多層膜６２の内部をホッピングしながら量子拡散する。発熱体１４では、第１層７１、異種物質界面７３、第２層７２を水素が量子拡散により透過する。
【００６５】
第１層７１の厚みと第２層７２の厚みは、それぞれ１０００ｎｍ未満であることが好ましい。第１層７１と第２層７２の各厚みが１０００ｎｍ以上となると、水素が多層膜６２を透過し難くなる。また、第１層７１と第２層７２の各厚みが１０００ｎｍ未満であることにより、バルクの特性を示さないナノ構造を維持することができる。第１層７１と第２層７２の各厚みは、５００ｎｍ未満であることがより好ましい。第１層７１と第２層７２の各厚みが５００ｎｍ未満であることにより、完全にバルクの特性を示さないナノ構造を維持することができる。
【００６６】
発熱体１４の製造方法の一例を説明する。発熱体１４は、板状の支持体６１を準備し、蒸着装置を用いて、第１層７１や第２層７２となる水素吸蔵金属または水素吸蔵合金を気相状態にして、凝集や吸着によって支持体６１の表面に、第１層７１および第２層７２を交互に成膜することにより製造される。第１層７１および第２層７２を真空状態で連続的に成膜することが好ましい。これにより、第１層７１および第２層７２の間には、自然酸化膜が形成されずに、異種物質界面７３のみが形成される。蒸着装置としては、水素吸蔵金属または水素吸蔵合金を物理的な方法で蒸着させる物理蒸着装置が用いられる。物理蒸着装置としては、スパッタリング装置、真空蒸着装置、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）装置が好ましい。また、電気めっき法により、支持体６１の表面に水素吸蔵金属または水素吸蔵合金を析出させ、第１層７１および第２層７２を交互に成膜してもよい。
【００６７】
図４に示すように、発熱体１４は、支持体６１が第１室２１側（高圧側）に配され、多層膜６２が第２室２２側（低圧側）に配される。第１室２１と第２室２２との間に生じる水素の圧力差によって、第１室２１に導入された水素は、発熱体１４の内部を、支持体６１、多層膜６２の順に透過し、第２室２２へ移動する。発熱体１４は、水素が多層膜６２を透過する際、すなわち多層膜６２への水素の吸蔵と多層膜６２からの水素の放出とにより、過剰熱を発生する。なお、発熱体１４は、支持体６１を第２室２２側（低圧側）に配し、多層膜６２を第１室２１側（高圧側）に配してもよい。
【００６８】
発熱体１４は、水素を使用して発熱するので、二酸化炭素などの温室効果ガスを発生しない。また、使用する水素は、水から生成できるため安価である。さらに、発熱体１４の発熱は、核分裂反応とは異なり、連鎖反応が無いので安全とされている。したがって、熱利用システム１０および発熱装置１１は、発熱体１４を熱エネルギー源として利用するので、安価、クリーン、安全にエネルギーを供給することができる。
【００６９】
本発明は、上記第１実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。以下、第１実施形態の変形例について説明する。変形例の図面および説明では、上記第１実施形態と同一または同等の構成要素および部材に対し同一の符号を付する。上記第１実施形態と重複する説明を適宜省略し、上記第１実施形態と相違する構成について重点的に説明する。
【００７０】
［第１変形例］
図５に示すように、発熱装置１１は、支持体６１の表面にのみ多層膜６２を設けた発熱体１４を用いる代わりに、支持体６１の両面に多層膜６２を設けた発熱体７４を用いるものである。発熱体７４は、水素の吸蔵と放出とにより過剰熱を発生する。発熱体７４を用いることにより過剰熱の高出力化が図れる。
【００７１】
［第２変形例］
発熱装置１１は、発熱体１４の代わりに、図６に示す発熱体７５を備えるものである。図６に示すように、発熱体７５の多層膜６２は、第１層７１と第２層７２に加え、第３層７７をさらに有する。第３層７７は、第１層７１および第２層７２とは異なる水素吸蔵金属、水素吸蔵合金、またはセラミックスにより形成される。第３層７７の厚みは、１０００ｎｍ未満であることが好ましい。図６では、第１層７１と第２層７２と第３層７７は、支持体６１の表面に、第１層７１、第２層７２、第１層７１、第３層７７の順に積層されている。なお、第１層７１と第２層７２と第３層７７は、支持体６１の表面に、第１層７１、第３層７７、第１層７１、第２層７２の順に積層されてもよい。すなわち、多層膜６２は、第２層７２と第３層７７の間に第１層７１を設けた積層構造とされている。多層膜６２は、第３層７７を１層以上有していればよい。第１層７１と第３層７７との間に形成される異種物質界面７８は、異種物質界面７３と同様に、水素原子を透過させる。
【００７２】
第３層７７は、例えば、Ni、Pd、Cu、Cr、Fe、Mg、Co、これらの合金、SiC、CaO、Y2O3、TiC、LaB6、SrO、BaOのうちいずれかにより形成される。第３層７７を形成する合金は、Ni、Pd、Cu、Cr、Fe、Mg、Coのうち2種以上からなる合金であることが好ましい。第３層７７を形成する合金として、Ni、Pd、Cu、Cr、Fe、Mg、Coに添加元素を添加させた合金を用いてもよい。
【００７３】
特に、第３層７７は、CaO、Y2O3、TiC、LaB6、SrO、BaOのいずれかにより形成されることが好ましい。CaO、Y2O3、TiC、LaB6、SrO、BaOのいずれかにより形成される第３層７７を有する発熱体７５は、水素の吸蔵量が増加し、異種物質界面７３および異種物質界面７８を透過する水素の量が増加し、過剰熱の高出力化が図れる。CaO、Y2O3、TiC、LaB6、SrO、BaOのいずれかにより形成される第３層７７は、厚みが１０ｎｍ以下であることが好ましい。これにより、多層膜６２は、水素原子を容易に透過させる。CaO、Y2O3、TiC、LaB6、SrO、BaOのいずれかにより形成される第３層７７は、完全な膜状に形成されずに、アイランド状に形成されてもよい。また、第１層７１および第３層７７は、真空状態で連続的に成膜することが好ましい。これにより、第１層７１および第３層７７の間には、自然酸化膜が形成されずに、異種物質界面７８のみが形成される。
【００７４】
第１層７１と第２層７２と第３層７７との組み合わせとしては、元素の種類を「第１層７１−第３層７７−第２層７２」として表すと、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-SiCであることが好ましい。
【００７５】
［第３変形例］
発熱装置１１は、発熱体１４の代わりに、図７に示す発熱体８０を備えるものである。図７に示すように、発熱体８０の多層膜６２は、第１層７１と第２層７２と第３層７７に加え、第４層８２をさらに有する。第４層８２は、第１層７１、第２層７２および第３層７７とは異なる水素吸蔵金属、水素吸蔵合金、またはセラミックスにより形成される。第４層８２の厚みは、１０００ｎｍ未満であることが好ましい。図７では、第１層７１と第２層７２と第３層７７と第４層８２は、支持体６１の表面に、第１層７１、第２層７２、第１層７１、第３層７７、第１層７１、第４層８２の順に積層されている。なお、第１層７１と第２層７２と第３層７７と第４層８２は、支持体６１の表面に、第１層７１、第４層８２、第１層７１、第３層７７、第１層７１、第２層７２の順に積層してもよい。すなわち、多層膜６２は、第２層７２、第３層７７、第４層８２を任意の順に積層し、かつ、第２層７２、第３層７７、第４層８２のそれぞれの間に第１層７１を設けた積層構造とされている。多層膜６２は、第４層８２を１層以上有していればよい。第１層７１と第４層８２との間に形成される異種物質界面８３は、異種物質界面７３および異種物質界面７８と同様に、水素原子を透過させる。
【００７６】
第４層８２は、例えば、Ni、Pd、Cu、Cr、Fe、Mg、Co、これらの合金、SiC、CaO、Y2O3、TiC、LaB6、SrO、BaOのうちいずれかにより形成される。第４層８２を形成する合金は、Ni、Pd、Cu、Cr、Fe、Mg、Coのうち2種以上からなる合金であることが好ましい。第４層８２を形成する合金として、Ni、Pd、Cu、Cr、Fe、Mg、Coに添加元素を添加させた合金を用いてもよい。
【００７７】
特に、第４層８２は、CaO、Y2O3、TiC、LaB6、SrO、BaOのいずれかにより形成されることが好ましい。CaO、Y2O3、TiC、LaB6、SrO、BaOのいずれかにより形成される第４層８２を有する発熱体８０は、水素の吸蔵量が増加し、異種物質界面７３、異種物質界面７８、および異種物質界面８３を透過する水素の量が増加し、過剰熱の高出力化が図れる。CaO、Y2O3、TiC、LaB6、SrO、BaOのいずれかにより形成される第４層８２は、厚みが１０ｎｍ以下であることが好ましい。これにより、多層膜６２は、水素原子を容易に透過させる。CaO、Y2O3、TiC、LaB6、SrO、BaOのいずれかにより形成される第４層８２は、完全な膜状に形成されずに、アイランド状に形成されてもよい。また、第１層７１および第４層８２は、真空状態で連続的に成膜することが好ましい。これにより、第１層７１および第４層８２の間には、自然酸化膜が形成されずに、異種物質界面８３のみが形成される。
【００７８】
第１層７１と第２層７２と第３層７７と第４層８２との組み合わせとしては、元素の種類を「第１層７１−第４層８２−第３層７７−第２層７２」として表すと、Ni-CaO-Cr-Fe、Ni-Y2O3-Cr-Fe、Ni-TiC-Cr-Fe、Ni-LaB6-Cr-Feであることが好ましい。
【００７９】
なお、多層膜６２の構成、例えば、各層の厚みの比率、各層の層数、材料は、使用される温度に応じて適宜変更してもよい。以下、「多層膜の各層の厚みの比率と過剰熱の関係」、「多層膜の積層数と過剰熱の関係」、および「多層膜の材料と過剰熱の関係」について説明した後に、温度に応じた多層膜６２の構成の一例を説明する。
【００８０】
「多層膜の各層の厚みの比率と過剰熱の関係」、「多層膜の積層数と過剰熱の関係」、および「多層膜の材料と過剰熱の関係」は、実験用の発熱装置（図示なし）を準備し、この実験用発熱装置を用いて発熱体が過剰熱を発生するか否かの実験を行うことによって調べた。実験用発熱装置は、密閉容器と、密閉容器の内部に配置された２つの発熱体と、各発熱体を加熱するヒータとを備える。発熱体は板状に形成されている。ヒータは、板状に形成されたセラミックヒータであり、熱電対を内蔵する。ヒータは、２つの発熱体の間に設けられている。密閉容器は、水素系ガス供給路と排気経路とに接続している。水素系ガス供給路は、水素系ガスを貯留したガスボンベと密閉容器とを接続する。水素系ガス供給路には、ガスボンベに貯留された水素系ガスを密閉容器へ供給する供給量を調整するための調整弁などが設けられている。排気経路は、密閉容器の内部を真空排気するためのドライポンプと密閉容器とを接続する。排気経路には、ガスの排気量を調整するための調整弁などが設けられている。
【００８１】
実験用発熱装置は、水素吸蔵工程と水素放出工程とを交互に繰り返し行うことによって、発熱体から過剰熱を発生させる。すなわち、実験用発熱装置は、水素吸蔵工程を行うことによって発熱体１４に水素を吸蔵させ、その後、水素放出工程を行うことによって発熱体１４に吸蔵されている水素を放出させる。水素吸蔵工程では、密閉容器の内部への水素系ガスの供給が行われる。水素放出工程では、密閉容器の内部の真空排気と発熱体の加熱とが行われる。
【００８２】
「多層膜の各層の厚みの比率と過剰熱の関係」について説明する。Niからなる支持体６１と、Cuからなる第１層７１とNiからなる第２層７２とにより形成された多層膜６２とを有する発熱体１４を用いて、第１層７１と第２層７２の厚みの比率と過剰熱の関係を調べた。以下、多層膜６２の各層の厚みの比率をNi:Cuと記載する。
【００８３】
Ni:Cu以外は同じ条件で多層膜６２を形成した８種の発熱体１４を作製し、実験例１〜８とした。なお、多層膜６２は支持体６１の表面にのみ設けた。実験例１〜８の各発熱体１４のNi:Cuは、7:1、14:1、4.33:1、3:1、5:1、8:1、6:1、6.5:1である。実験例１〜８の各発熱体１４において、多層膜６２は、第１層７１と第２層７２との積層構成が繰り返し設けられている。実験例１〜８の各発熱体１４は、多層膜６２の積層構成の数（以下、多層膜の積層数と称する）を５とした。実験例１〜８の各発熱体１４は、多層膜６２全体の厚みをほぼ同じとした。
【００８４】
実験例１〜８の発熱体１４を実験用発熱装置の密閉容器の内部に設置し、水素吸蔵工程と水素放出工程とを交互に繰り返し行った。水素系ガスとして、軽水素ガス（沼田酸素社製  grade２  純度99.999vol%以上）を用いた。水素吸蔵工程では、水素系ガスを５０Ｐａ程度で密閉容器の内部に供給した。発熱体１４に水素を吸蔵させる時間は６４時間程度とした。なお、水素吸蔵工程の前に、予め、ヒータにより密閉容器の内部を３６時間程度２００℃以上でベーキングし、発熱体１４の表面に付着した水などを除去した。水素放出工程では、ヒータの入力電力を、水素吸蔵工程を挟んで９Ｗ、１８Ｗ、２７Ｗとした。そして、ヒータに内蔵した熱電対により、各水素放出工程時の発熱体１４の温度を測定した。その結果を図８に示す。図８は、測定したデータを所定の手法でフィッティングしたグラフである。図８では、ヒータ温度を横軸に示し、過剰熱の電力を縦軸に示した。ヒータ温度は、所定の入力電力における発熱体１４の温度である。図８では、実験例１を「Ni:Cu = 7:1」、実験例２を「Ni:Cu = 14:1」、実験例３を「Ni:Cu = 4.33:1」、実験例４を「Ni:Cu = 3:1」、実験例５を「Ni:Cu = 5:1」、実験例６を「Ni:Cu = 8:1」、実験例７を「Ni:Cu = 6:1」、実験例８を「Ni:Cu = 6.5:1」と表記した。
【００８５】
図８より、実験例１〜８の発熱体１４の全てにおいて過剰熱が発生することが確認できた。ヒータ温度が７００℃以上で実験例１〜８の発熱体１４を比較すると、実験例１が最も大きな過剰熱を発生することがわかる。実験例３の発熱体は、実験例１，２，４〜８の発熱体１４に比べて、ヒータ温度が３００℃以上１０００℃以下の広範囲にわたり過剰熱を発生することがわかる。多層膜６２のNi:Cuが3:1〜8:1である実験例１，３〜８の発熱体１４は、ヒータ温度が高くなるほど過剰熱が増大することがわかる。多層膜６２のNi:Cuが14:1である実験例２の発熱体１４は、ヒータ温度が８００℃以上で過剰熱が減少することがわかる。このように、NiとCuの比率に対して過剰熱が単純に増加していないのは、多層膜６２中の水素の量子効果に起因しているものと考えられる。
【００８６】
次に「多層膜の積層数と過剰熱の関係」について説明する。Niからなる支持体６１と、Cuからなる第１層７１とNiからなる第２層７２とにより形成された多層膜６２とを有する発熱体１４を用いて、多層膜６２の積層数と過剰熱の関係を調べた。
【００８７】
実験例１の発熱体１４と積層数以外は同じ条件で製造した多層膜６２を有する８種の発熱体１４を作製し、実験例９〜１６とした。実験例１，９〜１６の各発熱体１４の多層膜６２の積層数は、５、３、７、６、８、９、１２、４、２である。
【００８８】
実験例１，９〜１６の各発熱体１４を実験用発熱装置の密閉容器の内部に設置した。実験用発熱装置は、上記の「多層膜の各層の厚みの比率と過剰熱の関係」を調べるために用いた装置と同じである。実験用発熱装置において、上記の「多層膜の各層の厚みの比率と過剰熱の関係」と同様の方法により、水素放出工程時の発熱体１４の温度を測定した。その結果を図９に示す。図９は、測定したデータを所定の手法でフィッティングしたグラフである。図９では、ヒータ温度を横軸に示し、過剰熱の電力を縦軸に示した。図９では、各層の厚みを基に、実験例１を「Ni0.875Cu0.125 5層」、実験例９を「Ni0.875Cu0.125 3層」、実験例１０を「Ni0.875Cu0.125 7層」、実験例１１を「Ni0.875Cu0.125 6層」、実験例１２を「Ni0.875Cu0.125 8層」、実験例１３を「Ni0.875Cu0.125 9層」、実験例１４を「Ni0.875Cu0.125 12層」、実験例１５を「Ni0.875Cu0.125 4層」、実験例１６を「Ni0.875Cu0.125 2層」と表記した。
【００８９】
図９より、実験例１，９〜１６の発熱体１４の全てにおいて過剰熱を発生することが確認できた。ヒータ温度が８４０℃以上で実験例１，９〜１６の発熱体１４を比較すると、過剰熱は、多層膜６２の積層数が６である実験例１１が最も大きく、多層膜６２の積層数が８である実験例１２が最も小さいことがわかる。このように、多層膜６２の積層数に対して過剰熱が単純に増加していないのは、多層膜６２中の水素の波動としての挙動の波長が、ナノメートルオーダーであり、多層膜６２と干渉しているためと考えられる。
【００９０】
次に「多層膜の材料と過剰熱の関係」について説明する。Niからなる第１層７１と、Cuからなる第２層７２と、第１層７１および第２層７２とは異なる水素吸蔵金属、水素吸蔵合金、またはセラミックスからなる第３層７７とにより形成された多層膜６２を有する発熱体７５を用いて、第３層７７を形成する材料の種類と過剰熱の関係を調べた。
【００９１】
第３層７７を形成する材料の種類以外は同じ条件で多層膜６２を形成した９種の発熱体７５を作製し、実験例１７〜２５とした。実験例１７〜２５の各発熱体７５において、第３層７７を形成する材料の種類は、CaO、SiC、Y2O3、TiC、Co、LaB6、ZrC、TiB2、CaOZrOである。
【００９２】
実験例１７〜２５の各発熱体７５を実験用発熱装置の密閉容器の内部に設置した。実験用発熱装置は、上記の「多層膜の各層の厚みの比率と過剰熱の関係」を調べるために用いた装置と同じである。実験用発熱装置において、上記の「多層膜の各層の厚みの比率と過剰熱の関係」と同様の方法により、水素放出工程時の発熱体７５の温度を測定した。その結果を図１０に示す。図１０は、測定したデータを所定の手法でフィッティングしたグラフである。図１０では、ヒータ温度を横軸に示し、過剰熱の電力を縦軸に示した。図１０では、各層の厚みを基に、実験例１７を「Ni0.793CaO0.113Cu0.094」、実験例１８を「Ni0.793SiC0.113Cu0.094」、実験例１９を「Ni0.793Y2O30.113Cu0.094」、実験例２０を「Ni0.793TiC0.113Cu0.094」、実験例２１を「Ni0.793Co0.113Cu0.094」、実験例２２を「Ni0.793LaB60.113Cu0.094」、実験例２３を「Ni0.793ZrC0.113Cu0.094」、実験例２４を「Ni0.793TiB20.113Cu0.094」、実験例２５を「Ni0.793CaOZrO0.113Cu0.094」と表記した。
【００９３】
図１０より、実験例１７〜２５の発熱体７５の全てにおいて過剰熱を発生することが確認できた。特に、第３層７７を形成する材料がCaOである実験例１７、TiCである実験例２０、LaB6である実験例２２は、他の実験例１８，１９，２１，２３〜２５と比べて、ヒータ温度が４００℃以上１０００℃以下の広範囲にわたり過剰熱がほぼ線形的に増大することがわかる。実験例１７，２０，２２の第３層７７を形成する材料は、他の実験例１８，１９，２１，２３〜２５の材料よりも仕事関数が小さい。このことから、第３層７７を形成する材料の種類は、仕事関数が小さいものが好ましいことがわかる。これらの結果から、多層膜６２内の電子密度が発熱反応に寄与している可能性がある。
【００９４】
発熱体１４の温度に応じた多層膜６２の構成の一例を説明する。発熱体１４について上記の「多層膜の各層の厚みの比率と過剰熱の関係」を考慮すると、発熱体１４の温度が低温（例えば５０℃以上５００℃以下の範囲内）である場合は、多層膜６２の各層の厚みの比率が２：１以上５：１以下の範囲内であることが好ましい。発熱体１４の温度が中温（例えば５００℃以上８００℃以下の範囲内）である場合は、多層膜６２の各層の厚みの比率が５：１以上６：１以下の範囲内であることが好ましい。発熱体１４の温度が高温（例えば８００℃以上１５００℃以下の範囲内）である場合は、多層膜６２の各層の厚みの比率が６：１以上１２：１以下の範囲内であることが好ましい。
【００９５】
上記の「多層膜の積層数と過剰熱の関係」を考慮すると、発熱体１４の温度が低温、中温、高温のいずれかである場合は、多層膜６２の第１層７１が２層以上１８層以下の範囲内であり、第２層７２が２層以上１８層以下の範囲内であることが好ましい。
【００９６】
発熱体７５について上記の「多層膜の材料と過剰熱の関係」を考慮すると、発熱体７５の温度が低温である場合は、第１層７１がNiであり、第２層７２がCuであり、第３層７７がY2O3であることが好ましい。発熱体７５の温度が中温である場合は、第１層７１がNiであり、第２層７２がCuであり、第３層７７がTiCであることが好ましい。発熱体７５の温度が高温である場合は、第１層７１がNiであり、第２層７２がCuであり、第３層７７がCaOあるいはLaB6であることが好ましい。
【００９７】
［第４変形例］
図１１は、一端が開口し、他端が閉塞した有底筒状に形成された発熱体９０の断面図である。発熱体９０は、支持体９１と多層膜９２とを有する。支持体９１は、多孔質体、水素透過膜、およびプロトン導電体のうち少なくともいずれかにより形成されている。多層膜９２は、水素吸蔵金属または水素吸蔵合金により形成され、厚みが１０００ｎｍ未満である第１層（図示なし）と、第１層とは異なる水素吸蔵金属、水素吸蔵合金、またはセラミックスにより形成され、厚みが１０００ｎｍ未満である第２層（図示なし）とを有する。なお、発熱体９０は、図１１では有底円筒状に形成されているが、有底角筒状に形成してもよい。
【００９８】
発熱体９０の製造方法の一例を説明する。発熱体９０は、有底筒状に形成された支持体９１を準備し、湿式成膜法を用いて支持体９１に多層膜９２を形成する。この例では、支持体９１の外面に多層膜９２を形成する。これにより、有底筒状の発熱体９０が形成される。湿式成膜法としては、スピンコート法、スプレーコート法、ディッピング法などが用いられる。また、多層膜９２は、ＡＬＤ法（Atomic Layer Deposition）を用いて形成してもよいし、支持体９１を回転させる回転機構を備えたスパッタリング装置を用いて、支持体９１を回転させながら、支持体９１に多層膜９２を形成してもよい。なお、多層膜９２は、支持体９１の外面にのみ設ける場合に限られず、支持体９１の内面のみ、または支持体９１の両面に設けてもよい。
【００９９】
図１２に示すように、熱利用システム９５は、発熱装置９６と熱利用装置１２とを備える。発熱装置９６は、発熱体１４の代わりに発熱体９０を備えることが上記実施形態の発熱装置１１とは異なる。発熱体９０は、取付管９７を用いて密閉容器１５に取り付けられる。図１２では省略しているが、熱利用システム９５は、発熱体９０の温度を検出する温度センサ、ヒータ１６ｂに電力を入力する電源、温度センサが検出した温度に基づいてヒータ１６ｂの出力の制御を行う出力制御部としての制御部などを備える。温度センサは例えば発熱体９０の外面に設けられる。
【０１００】
取付管９７は、例えばステンレスなどで形成されている。取付管９７は、密閉容器１５を貫通し、一端が格納容器４１の内面と密閉容器１５の外面との間に形成された隙間５４に配され、他端が密閉容器１５の内部に配される。取付管９７の一端は、水素循環ライン１７の導入ライン２９と接続する。取付管９７の他端には発熱体９０が設けられている。
【０１０１】
第４変形例では、第１室２１は、発熱体９０の内面により形成される。第２室２２は、密閉容器１５の内面と発熱体９０の外面とにより形成される。このため、発熱体９０は、支持体９１が第１室２１側（高圧側）に配され、多層膜９２が第２室２２側（低圧側）に配される（図１１参照）。第１室２１と第２室２２との間に生じる圧力差によって、第１室２１に導入された水素は、発熱体９０の内部を、支持体９１、多層膜９２の順に透過し、第２室２２へ移動する。すなわち、発熱体９０の内面から外面へ向けて水素が透過する。これにより、発熱体９０は、多層膜９２からの水素の放出時に過剰熱を発生する。したがって、熱利用システム９５は、上記実施形態の熱利用システム１０と同様の作用効果を有する。
【０１０２】
なお、熱利用システム９５は、発熱体９０の代わりに、図１３に示す発熱体９８を備えるものでもよい。発熱体９８は、柱状に形成された支持体９９を有することが発熱体９０とは異なる。支持体９９は、支持体６１と同様に、多孔質体、水素透過膜、およびプロトン導電体のうち少なくともいずれかにより形成される。支持体９９は、水素系ガスの通過を可能としつつ、発熱体９８の機械的強度を向上させる。なお、支持体９９は、図１３では円柱状に形成されているが、角柱状に形成してもよい。
【０１０３】
［第５変形例］
図１４に示すように、熱利用システム１００は、発熱装置１０１と熱利用装置１２とを備える。発熱装置１０１は、水素循環ライン１７の代わりに水素循環ライン１０２を有することが上記実施形態の発熱装置１１とは異なる。
【０１０４】
水素循環ライン１０２は、バッファタンク２８と、導入ライン２９と、回収ライン１０３と、フィルタ３１とを有する。回収ライン１０３は、第２室２２の回収口２４とバッファタンク２８とを接続し、発熱体１４を介して第１室２１から第２室２２へ透過した水素系ガスを回収してバッファタンク２８へ戻す。また、回収ライン１０３は、循環ポンプ３３を有する。
【０１０５】
回収ライン１０３は、格納容器４１の内面と密閉容器１５の外面との間に形成された隙間５４に通されている。具体的には、回収ライン１０３は、隙間５４において、密閉容器１５の長手方向と平行な方向に延びた部分を有する。隙間５４に配置された回収ライン１０３の一部は、発熱体１４の熱により加熱された熱媒体中に配される。回収ライン１０３には、密閉容器１５の内部で発熱体１４の熱により加熱された水素系ガスが流入する。回収ライン１０３に流入した水素系ガスは、回収ライン１０３のうち熱媒体中に配された一部を流通する際に熱媒体によって熱が奪われ、冷却された状態でバッファタンク２８へ戻される。すなわち、回収ライン１０３は、隙間５４を流通する熱媒体に熱が奪われた水素系ガスをバッファタンク２８へ戻す。
【０１０６】
以上のように、熱利用システム１００は、発熱体１４の熱が熱媒体に移されるだけでなく、発熱体１４を透過して加熱された水素系ガスの熱も熱媒体に移されるので、エネルギー効率に優れる。
【０１０７】
［第６変形例］
図１５に示すように、熱利用システム１０５は、発熱装置１０６と熱利用装置１２とを備える。発熱装置１０６は、発熱体１４の代わりに発熱体９０を備えることが上記第５変形例の発熱装置１０１とは異なる。
【０１０８】
熱利用システム１０５は、上記第５変形例の熱利用システム１００と同様に、発熱体９０の熱が熱媒体に移されるだけでなく、発熱体９０を透過して加熱された水素系ガスの熱も熱媒体に移されるので、エネルギー効率に優れる。
【０１０９】
［第７変形例］
図１６に示すように、熱利用システム１１０は、発熱装置１１１と熱利用装置１２とを備える。発熱装置１１１は、水素循環ライン１７の代わりに水素循環ライン１１２を有することが上記実施形態の発熱装置１１とは異なる。
【０１１０】
水素循環ライン１１２は、バッファタンク２８と、導入ライン１１３と、回収ライン３０と、フィルタ３１とを有する。導入ライン１１３は、バッファタンク２８と第１室２１の導入口２３とを接続し、バッファタンク２８に貯留された水素系ガスを第１室２１へ導入する。導入ライン１１３は、圧力調整弁３２を有する。
【０１１１】
導入ライン１１３は、格納容器４１の内面と密閉容器１５の外面との間に形成された隙間５４に通されている。具体的には、導入ライン１１３は、隙間５４において、密閉容器１５の長手方向と平行な方向に延びた部分を有する。隙間５４に配置された導入ライン１１３の一部は、発熱体１４の熱により加熱された熱媒体中に配される。バッファタンク２８から送られる水素系ガスは、導入ライン１１３のうち熱媒体中に配された一部を流通する際に熱媒体によって加熱される。このため、第１室２１には予熱された水素系ガスが導入される。すなわち、導入ライン１１３は、隙間５４を流通する熱媒体により予熱された水素系ガスを第１室２１へ導入する。
【０１１２】
以上のように、熱利用システム１１０は、水素系ガスが予熱されるので、発熱体１４の温度変化が抑制され、発熱体１４の温度がより確実に維持される。
【０１１３】
［第８変形例］
図１７に示すように、熱利用システム１１５は、発熱装置１１６と熱利用装置１２とを備える。発熱装置１１６は、発熱体１４の代わりに発熱体９０を備えることが上記第７変形例の発熱装置１１１とは異なる。
【０１１４】
熱利用システム１１５は、上記第７変形例の熱利用システム１１０と同様に、水素系ガスが予熱されるので、発熱体９０の温度変化が抑制され、発熱体９０の温度がより確実に維持される。
【０１１５】
［第９変形例］
図１８に示すように、熱利用システム１２０は、発熱装置１２１と熱利用装置１２２とを備える。発熱装置１２１は、密閉容器１５の代わりに密閉容器１２３を有することが上記実施形態の発熱装置１１とは異なる。熱利用装置１２２は、格納容器４１を有しておらず、熱媒体流通部４２の代わりに熱媒体流通部１２４を有することが上記実施形態の熱利用装置１２とは異なる。
【０１１６】
密閉容器１２３は、中空の容器であり、内部に発熱体１４を収容する。密閉容器１２３は、断熱材５１により覆われている。密閉容器１２３には、発熱体１４を取り付けるための取付管１２５が設けられている。
【０１１７】
取付管１２５は、例えばステンレスなどで形成されている。取付管１２５は、密閉容器１２３を貫通し、一端が密閉容器１２３の外部に配され、他端が密閉容器１２３の内部に配される。取付管１２５の一端は、この例では断熱材５１内に配されている。取付管１２５の一端は、水素循環ライン１７の導入ライン２９と接続する。取付管１２５の他端には発熱体１４が設けられている。取付管１２５の外周には温度調節部（図示なし）のヒータ１６ｂが巻き付けられている。
【０１１８】
密閉容器１２３は、取付管１２５と発熱体１４により仕切られた第１室１２６および第２室１２７を有する。第１室１２６は、発熱体１４の表面と取付管１２５の内面とにより形成される。第１室１２６は、導入ライン２９と接続する導入口２３を有する。第２室１２７は、密閉容器１２３の内面と発熱体１４の裏面と取付管１２５の外面とにより形成される。第２室１２７は、回収ライン３０と接続する回収口２４を有する。回収口２４は、図１８では密閉容器１２３の長手方向のほぼ中央に位置に設けられている。第１室１２６は、水素系ガスが導入されることにより昇圧される。第２室１２７は、水素系ガスが排気されることにより減圧される。これにより、第１室１２６の水素の圧力は、第２室１２７の水素の圧力よりも高くされる。第１室１２６と第２室１２７とは、水素の圧力が互いに異なっている。このため、密閉容器１２３の内部は、発熱体１４の両側に圧力差が生じた状態とされている。
【０１１９】
熱媒体流通部１２４は、第１配管４２ａと第４配管４２ｄとを接続する第５配管１２８を有する。なお、図１８では省略しているが、熱媒体流通部１２４は、熱媒体流通部４２と同様に、第２配管４２ｂ、第３配管４２ｃ、ポンプ４２ｅ、および熱媒体流量制御部４２ｆを有する。熱媒体流通部１２４は、第５配管１２８によって第１配管４２ａと第４配管４２ｄとが接続されることにより、熱媒体循環ラインとして機能する。
【０１２０】
第５配管１２８は、密閉容器１２３の外周に沿って設けられた伝熱管である。第５配管１２８を流通する熱媒体は、密閉容器１２３の内部に設けられた発熱体１４の熱によって加熱される。すなわち、熱媒体循環ラインとしての熱媒体流通部１２４は、第５配管１２８を流通する熱媒体を、発熱体１４との熱交換により加熱させる。
【０１２１】
熱利用装置１２２は、回収ライン３０に設けられた第１の熱交換器１２９を有する。第１の熱交換器１２９は、発熱体１４の熱により加熱され回収ライン３０を流通する水素系ガスとの間で熱交換を行う。第１の熱交換器１２９は、例えば、水が流通する配管により形成されており、水と水素系ガスとを熱交換する。配管を流通する水は、回収ライン３０を流通する水素系ガスの熱により加熱され、温水や蒸気として暖房など種々の用途で利用される。すなわち、発熱体１４を透過した水素系ガスは、発熱体１４により加熱される熱媒体としての機能を有し、熱エネルギーを得るための熱源として利用される。なお、熱利用装置１２２は、第１の熱交換器１２９の代わりに熱電変換器４７を設けることによって、回収ライン３０を流通する水素系ガスの熱を電力に変換してもよい。
【０１２２】
以上のように、熱利用システム１２０は、密閉容器１２３の外周に沿って設けられた伝熱管としての第５配管１２８を有することにより、第５配管１２８を流通する熱媒体に発熱体１４の熱が移されるので、上記実施形態の熱利用システム１０と同様の作用効果を有する。
【０１２３】
熱利用システム１２０は、第１の熱交換器１２９を有することにより、熱媒体を熱源として利用することに加え、発熱体１４の熱により加熱された水素系ガスを熱源として利用するので、エネルギー効率に優れる。
【０１２４】
［第１０変形例］
図１９に示すように、熱利用システム１３０は、発熱装置１３１と熱利用装置１２２とを備える。発熱装置１３１は、発熱体１４の代わりに発熱体９０を備えることが上記第９変形例の発熱装置１２１とは異なる。
【０１２５】
熱利用システム１３０は、密閉容器１２３の外周に沿って設けられた伝熱管としての第５配管１２８を有することにより、第５配管１２８を流通する熱媒体に発熱体９０の熱が移されるので、上記実施形態の熱利用システム１０と同様の作用効果を有する。
【０１２６】
熱利用システム１３０は、第１の熱交換器１２９を有することにより、熱媒体を熱源として利用することに加え、発熱体９０の熱により加熱された水素系ガスを熱源として利用するので、エネルギー効率に優れる。
【０１２７】
［第１１変形例］
図２０に示すように、熱利用システム１３５は、発熱装置１３６と熱利用装置１２とを備える。発熱装置１３６は、温度調節部（図示なし）のヒータ１３７の配置が上記実施形態の発熱装置１１とは異なる。温度調節部（図示なし）は、温度センサ１６ａと、ヒータ１３７と、出力制御部としての制御部１８とにより形成される。
【０１２８】
ヒータ１３７は、導入ライン２９に設けられており、導入ライン２９を流通する水素系ガスを加熱することにより、発熱体１４を加熱する。ヒータ１３７は、電源２６と電気的に接続しており、電源２６から電力が入力されることにより発熱する。電源２６は、制御部１８により入力電力が制御される。制御部１８は、温度センサ１６ａが検出した温度に基づいて、ヒータ１３７への入力電力を調節することにより、発熱体１４を発熱に適正な温度に維持する。
【０１２９】
熱利用システム１３５は、導入ライン２９に設けられたヒータ１３７を有することにより、加熱された水素系ガスによって発熱体１４を加熱し、発熱体１４を発熱に適正な温度に維持することができるので、上記実施形態の熱利用システム１０と同様の作用効果を有する。
【０１３０】
［第１２変形例］
図２１に示すように、熱利用システム１４０は、発熱装置１４１と熱利用装置１２とを備える。発熱装置１４１は、発熱体１４の代わりに発熱体９０を備えることが上記第１１変形例の発熱装置１３６とは異なる。温度センサ１６ａは、例えば発熱体９０の外面に設けられる。温度センサ１６ａは、図２１では発熱体９０の他端に設けられているが、発熱体９０の一端に設けてもよいし、発熱体９０の一端と他端との間に適宜設けてもよい。
【０１３１】
熱利用システム１４０は、導入ライン２９に設けられたヒータ１３７を有することにより、加熱された水素系ガスによって発熱体９０を加熱し、発熱体９０を発熱に適正な温度に維持することができるので、上記実施形態の熱利用システム１０と同様の作用効果を有する。
【０１３２】
［第１３変形例］
図２２に示すように、熱利用システム１４５は、発熱装置１４６と熱利用装置１４７とを備える。発熱装置１４６は、導入ライン２９にヒータ１３７が設けられ、密閉容器１５の内部にノズル部１４８が配置されている。
【０１３３】
ノズル部１４８は、導入口２３と発熱体１４との間に設けられている。ノズル部１４８は、導入口２３を介して導入ライン２９と接続する。ノズル部１４８は、導入ライン２９を流通してフィルタ３１により不純物が除去された水素系ガスを、ノズル先端に設けられた噴射口から噴射する。ノズル先端と発熱体１４の表面との間の距離は、例えば１〜２ｃｍとされる。ノズル先端の向きは、発熱体１４の表面に対し垂直な向きとされる。これにより、ノズル部１４８は、発熱体１４の一方の面である表面全域に水素系ガスを噴射する。なお、ノズル先端と発熱体１４の表面との間の距離またはノズル先端の向きは、ノズル先端から出された水素系ガスが発熱体１４の表面全域に吹き付けられる距離または向きとすることが好ましい。
【０１３４】
熱利用装置１４７は、第１の熱交換器１２９と、非透過ガス回収ライン１４９と、第２の熱交換器１５０とを有する。第１の熱交換器１２９の説明は省略し、非透過ガス回収ライン１４９と第２の熱交換器１５０について説明する。
【０１３５】
非透過ガス回収ライン１４９は、第１室２１に設けられた非透過ガス回収口１５１と接続しており、第１室２１に導入された水素系ガスのうち発熱体１４を透過しなかった非透過ガスを回収する。非透過ガス回収ライン１４９は、バッファタンク２８と接続しており、回収した非透過ガスをバッファタンク２８へ戻す。非透過ガス回収口１５１は、導入口２３と並んで設けられている。
【０１３６】
第１室２１に導入された水素系ガスは、発熱体１４の熱によって加熱される。加熱された水素系ガスの一部は、発熱体１４を透過し、回収ライン３０に回収される。回収ライン３０に回収された水素系ガスは、第１の熱交換器１２９との間で熱交換が行われ、バッファタンク１５４、圧力調整弁３２を介して、バッファタンク２８へ戻される。
【０１３７】
第１室２１に導入され、発熱体１４の熱によって加熱された水素系ガスのうち、発熱体１４を透過しなかった残りの一部は、非透過ガスとして非透過ガス回収ライン１４９に回収される。非透過ガスは、非透過ガス回収ライン１４９を流通してバッファタンク２８へ戻され、導入ライン２９を流通し、水素系ガスとして第１室２１へ再び導入される。すなわち、非透過ガス回収ライン１４９は、第１室２１と導入ライン２９とを接続し、導入ライン２９から第１室２１へ導入された水素系ガスのうち発熱体１４を透過しなかった非透過ガスを回収して導入ライン２９へ戻す。
【０１３８】
非透過ガス回収ライン１４９は、非透過ガス流量制御部１５２と循環ポンプ１５３とを有する。非透過ガス流量制御部１５２は、調整弁として例えばバリアブルリークバルブを有する。非透過ガス流量制御部１５２は、温度センサ１６ａが検出した温度に基づいて非透過ガスの流量の制御を行う。例えば、非透過ガス流量制御部１５２は、温度センサ１６ａにより検出された発熱体１４の温度が発熱体１４の発熱に適正な温度範囲の上限温度を超える場合、非透過ガスの循環流量を増やす。非透過ガス流量制御部１５２は、温度センサ１６ａにより検出された発熱体１４の温度が発熱体１４の発熱に適正な温度範囲の下限温度に満たない場合、非透過ガスの流量を減らす。このように、非透過ガス流量制御部１５２は、非透過ガスの循環流量を増減させることにより、発熱体１４を発熱に適正な温度に維持する。
【０１３９】
循環ポンプ１５３は、第１室２１の非透過ガスを非透過ガス回収口１５１から回収してバッファタンク２８へ送る。循環ポンプ１５３としては、例えばメタルベローズポンプが用いられる。循環ポンプ１５３は、制御部１８と電気的に接続している。
【０１４０】
第２の熱交換器１５０は、非透過ガス回収ライン１４９に設けられ、発熱体１４の熱により加熱された非透過ガスとの間で熱交換を行う。第２の熱交換器１５０は、例えば第１の熱交換器１２９と同様に、水が流通する配管により形成されており、水と水素系ガスとを熱交換する。配管を流通する水は、非透過ガス回収ライン１４９を流通する非透過ガスの熱により加熱され、温水や蒸気として暖房など種々の用途で利用される。すなわち、発熱体１４を透過しなかった非透過ガスは、発熱体１４により加熱される熱媒体としての機能を有し、熱エネルギーを得るための熱源として用いられる。第２の熱交換器１５０の代わりに熱電変換器４７を設けることによって、水素系ガスの熱を電力に変換してもよい。
【０１４１】
熱利用システム１４５は、非透過ガス回収ライン１４９を有することにより、発熱体１４の熱により加熱された非透過ガスを熱源として利用するので、上記実施形態の熱利用システム１０と同様の作用効果を有する。特に、熱利用システム１４５は、第１の熱交換器１２９と第２の熱交換器１５０とを有することにより、発熱体１４を透過した水素系ガスと、発熱体１４を透過しなかった非透過ガスとを熱源として利用するので、エネルギー効率に優れる。
【０１４２】
熱利用システム１４５は、ノズル部１４８を有することにより、不純物除去後の水素系ガスが発熱体１４の表面に直接吹き付けられる。これにより、熱利用システム１４５では、発熱体１４の表面および周辺の不純物が吹き飛ばされ、かつ、フィルタ３１により不純物が除去されたフレッシュな水素系ガスにより形成された雰囲気下に発熱体１４の表面が配されるので、過剰熱の高出力化が図れる。
【０１４３】
［第１４変形例］
図２３に示すように、熱利用システム１５５は、発熱装置１５６と熱利用装置１４７とを備える。発熱装置１５６は、発熱体１４の代わりに発熱体９０を備え、密閉容器１５の内部にノズル部１５８を配置したものである。この例では、取付管９７に対し、導入口２３と非透過ガス回収口１５１とが並んで設けられる。
【０１４４】
ノズル部１５８は、導入口２３と発熱体９０との間に設けられており、一端が導入口２３と接続し、他端が発熱体９０の他端まで延びている。ノズル部１５８は、導入口２３を介して導入ライン２９と接続する。
【０１４５】
図２４に示すように、ノズル部１５８は、発熱体９０の軸方向に配列された複数の噴射口１５９を有する。ノズル部１５８は、複数の噴射口１５９から発熱体９０の内面全域に水素系ガスを噴射する。複数の噴射口１５９は、等間隔に配列されることが好ましい。複数の噴射口１５９を等間隔に配列することにより、発熱体９０の内面全域に均一に水素系ガスが噴射される。噴射口１５９の数や直径は適宜変更してよい。
【０１４６】
熱利用システム１５５は、非透過ガス回収ライン１４９を有することにより、発熱体９０の熱により加熱された非透過ガスを熱源として利用するので、上記実施形態の熱利用システム１０と同様の作用効果を有する。特に、熱利用システム１５５は、第１の熱交換器１２９と第２の熱交換器１５０とを有することにより、発熱体９０を透過した水素系ガスと、発熱体９０を透過しなかった非透過ガスとを熱源として利用するので、エネルギー効率に優れる。
【０１４７】
熱利用システム１５５は、ノズル部１５８を有することにより、発熱体９０の内面および周辺の不純物が吹き飛ばされ、かつ、発熱体９０の内部が、フィルタ３１により不純物が除去されたフレッシュな水素系ガスにより形成された雰囲気とされるので、過剰熱の高出力化が図れる。
【０１４８】
［第１５変形例］
図２５は、両端が開口した筒状の発熱体１６０の断面図である。発熱体１６０は、支持体１６１と多層膜１６２とを有する。支持体１６１は、多孔質体、水素透過膜、およびプロトン導電体のうち少なくともいずれかにより形成されている。多層膜１６２は、水素吸蔵金属または水素吸蔵合金により形成され、厚みが１０００ｎｍ未満である第１層（図示なし）と、第１層とは異なる水素吸蔵金属、水素吸蔵合金、またはセラミックスにより形成され、厚みが１０００ｎｍ未満である第２層（図示なし）とを有する。発熱体１６０の製造方法は、両端が開口した筒状の支持体１６１を準備すること以外は発熱体９０の製造方法と同じなので説明を省略する。なお、発熱体１６０は、図２５では両端が開口した円筒状に形成されているが、両端が開口した角筒状に形成してもよい。
【０１４９】
図２６に示すように、熱利用システム１６５は、発熱装置１６６と熱利用装置１４７とを備える。発熱装置１６６は、発熱体９０の代わりに発熱体１６０を備えることが上記第１４変形例の発熱装置１５６とは異なる。
【０１５０】
発熱体１６０は、両端に取付管９７が設けられている。発熱体１６０の一端に設けられた取付管９７は、導入ライン２９と接続している。発熱体１６０の他端に設けられた取付管９７は、非透過ガス回収ライン１４９と接続している。すなわち、発熱体１６０は、一端が導入ライン２９と接続し、他端が非透過ガス回収ライン１４９と接続する。したがって、熱利用システム１６５は、上記第１４変形例の熱利用システム１５５と同様の作用効果を有する。
【０１５１】
［第１６変形例］
上記実施形態および上記各変形例では、水素循環ラインによって、第１室へ水素系ガスを導入し、第２室から水素系ガスを回収することで、第１室と第２室との間で水素の圧力差を発生させているが、第１６変形例では、水素循環ラインを用いる代わりに、水素吸蔵金属または水素吸蔵合金を用いて、水素の吸蔵および放出を利用して第１室と第２室との間で水素の圧力差を発生させる。
【０１５２】
図２７に示すように、熱利用システム１７０は、発熱装置１７１と熱利用装置１２２とを備える。発熱装置１７１は、発熱体１４と、密閉容器１７３と、第１の水素吸蔵放出部１７４と、第２の水素吸蔵放出部１７５と、第１の温度センサ１７６と、第２の温度センサ１７７と、第１のヒータ１７８と、第２のヒータ１７９と、第１の圧力計１８０と、第２の圧力計１８１と、水素圧力制御部１８２とを備える。発熱体１４については説明を省略する。なお、熱利用システム１７０は、図示しない出力制御部としての制御部をさらに備える。この出力制御部としての制御部と、第１の温度センサ１７６と、第２の温度センサ１７７と、第１のヒータ１７８と、第２のヒータ１７９とにより、温度調節部（図示なし）が形成される。温度調節部は、発熱体１４の温度を調節し、発熱に適正な温度に維持する。
【０１５３】
密閉容器１７３は、発熱体１４により仕切られた第１室１８４および第２室１８５を有する。第１室１８４と第２室１８５とは、後述する水素圧力制御部１８２により切替制御が行われることにより水素の圧力が異なる。第１室１８４は、発熱体１４の表面と密閉容器１７３の内面とにより形成されている。第２室１８５は、発熱体１４の裏面と密閉容器１７３の内面とにより形成されている。図２７には図示していないが、密閉容器１７３には、例えば熱利用システム１７０の作動時に水素系ガスを導入するための導入ラインと、熱利用システム１７０の停止時に水素系ガスを排気するための排気ラインなどが接続している。
【０１５４】
第１の水素吸蔵放出部１７４は、第１室１８４に設けられている。第１の水素吸蔵放出部１７４は、水素吸蔵金属または水素吸蔵合金により形成されている。第１の水素吸蔵放出部１７４は、水素の吸蔵および放出を行う。第１の水素吸蔵放出部１７４の水素の吸蔵および放出は、後述する水素圧力制御部１８２によって順次切り替えられる。
【０１５５】
第２の水素吸蔵放出部１７５は、第２室１８５に設けられている。第２の水素吸蔵放出部１７５は、水素吸蔵金属または水素吸蔵合金により形成されている。第２の水素吸蔵放出部１７５は、水素の吸蔵および放出を行う。第２の水素吸蔵放出部１７５の水素の吸蔵および放出は、後述する水素圧力制御部１８２によって順次切り替えられる。
【０１５６】
第１の温度センサ１７６は、第１の水素吸蔵放出部１７４に設けられており、第１の水素吸蔵放出部１７４の温度を検出する。第２の温度センサ１７７は、第２の水素吸蔵放出部１７５に設けられており、第２の水素吸蔵放出部１７５の温度を検出する。
【０１５７】
第１のヒータ１７８は、第１の水素吸蔵放出部１７４に設けられており、第１の水素吸蔵放出部１７４を加熱する。第１のヒータ１７８は、電源１８７と電気的に接続しており、電源１８７から電力が入力されることにより発熱する。第２のヒータ１７９は、第２の水素吸蔵放出部１７５に設けられており、第２の水素吸蔵放出部１７５を加熱する。第２のヒータ１７９は、電源１８８と電気的に接続しており、電源１８８から電力が入力されることにより発熱する。
【０１５８】
第１の圧力計１８０は、第１室１８４の内部に設けられており、第１室１８４の水素の圧力を検出する。第２の圧力計１８１は、第２室１８５の内部に設けられており、第２室１８５の水素の圧力を検出する。
【０１５９】
水素圧力制御部１８２は、第１の温度センサ１７６、第２の温度センサ１７７、第１の圧力計１８０、第２の圧力計１８１、電源１８７および電源１８８と電気的に接続している。
【０１６０】
水素圧力制御部１８２は、第１の温度センサ１７６が検出した温度に基づいて、第１の水素吸蔵放出部１７４の温度の制御を行う。水素圧力制御部１８２は、電源１８７をＯＮとし、第１のヒータ１７８への入力電力を調節することにより、第１の水素吸蔵放出部１７４を所定の温度まで加熱する。また、水素圧力制御部１８２は、電源１８７をＯＦＦとすることにより、第１の水素吸蔵放出部１７４を冷却する。なお、図示しない冷却装置を用いて第１の水素吸蔵放出部１７４を冷却してもよい。
【０１６１】
水素圧力制御部１８２は、第２の温度センサ１７７が検出した温度に基づいて、第２の水素吸蔵放出部１７５の温度の制御を行う。水素圧力制御部１８２は、電源１８８をＯＮとし、第２のヒータ１７９への入力電力を調節することにより、第２の水素吸蔵放出部１７５を所定の温度まで加熱する。また、水素圧力制御部１８２は、電源１８８をＯＦＦとすることにより、第２の水素吸蔵放出部１７５を冷却する。なお、図示しない冷却装置を用いて第２の水素吸蔵放出部１７５を冷却してもよい。
【０１６２】
水素圧力制御部１８２は、第１室１８４の水素の圧力を第２室１８５の水素の圧力よりも高くする第１のモードと、第２室１８５の水素の圧力を第１室１８４の水素の圧力よりも高くする第２のモードとを有する。
【０１６３】
図２８に示すように、水素圧力制御部１８２は、第１のモードでは、第１の水素吸蔵放出部１７４を第１のヒータ１７８により加熱し、かつ、第２の水素吸蔵放出部１７５を冷却する。第１の水素吸蔵放出部１７４は、加熱されることによって水素を放出する。第１室１８４は、第１の水素吸蔵放出部１７４から水素が放出されることにより昇圧される。一方、第２の水素吸蔵放出部１７５は、冷却されることによって水素を吸蔵する。第２室１８５は、第２の水素吸蔵放出部１７５に水素が吸蔵されることにより減圧される。この結果、第１室１８４の水素の圧力は、第２室１８５の水素の圧力よりも高くされる。第１室１８４と第２室１８５との間に生じる水素の圧力差によって、第１室１８４の水素は、発熱体１４を透過し、第２室１８５へ移動する。発熱体１４は、水素が透過することにより過剰熱を発生する。
【０１６４】
図２９に示すように、水素圧力制御部１８２は、第２のモードでは、第１の水素吸蔵放出部１７４を冷却し、かつ、第２の水素吸蔵放出部１７５を第２のヒータ１７９により加熱する。第１の水素吸蔵放出部１７４は、冷却されることによって水素を吸蔵する。第１室１８４は、第１の水素吸蔵放出部１７４に水素が吸蔵されることにより減圧される。一方、第２の水素吸蔵放出部１７５は、加熱されることによって水素を放出する。第２室１８５は、第２の水素吸蔵放出部１７５から水素が放出されることにより昇圧される。この結果、第２室１８５の水素の圧力は、第１室１８４の水素の圧力よりも高くされる。第１室１８４と第２室１８５との間に生じる水素の圧力差によって、第２室１８５の水素は、発熱体１４を透過し、第１室１８４へ移動する。発熱体１４は、水素が透過することにより過剰熱を発生する。
【０１６５】
水素圧力制御部１８２は、第１のモードと第２のモードとを切り替える切替制御を行う。切替制御の一例を説明する。水素圧力制御部１８２は、第１のモード中に、第１の圧力計１８０により検出された圧力が所定の閾値以下となった場合に、第１のモードから第２のモードへ切り替える。水素圧力制御部１８２は、第２のモード中に、第２の圧力計１８１により検出された圧力が所定の圧力以下となった場合に、第２のモードから第１のモードへ切り替える。水素圧力制御部１８２は、第１のモードと第２のモードとの切替制御を行うことにより、水素が発熱体１４を透過する方向を切り替えて、発熱体１４の過剰熱の発生を断続的に持続させる。したがって、熱利用システム１７０は、上記実施形態の熱利用システム１０と同様の作用効果を有する。また、熱利用システム１７０および発熱装置１７１は、水素循環ラインを用いることなく第１室と第２室との間で水素の圧力差を発生させることができるので小型化が図れる。
【０１６６】
［第１７変形例］
上記実施形態および上記各変形例の熱利用システムでは１つの発熱体を用いているが、発熱体は複数用いてもよい。
【０１６７】
図３０に示すように、熱利用システム１９０は、発熱装置１９１と熱利用装置１９２とを備える。熱利用装置１９２は、格納容器４１と、熱媒体流通部４２と、非透過ガス回収ライン１４９とを有する。
【０１６８】
発熱装置１９１は、複数の発熱体１４と、複数の発熱体１４を収容する密閉容器１９３などを備える。複数の発熱体１４は、板状に形成されている。複数の発熱体１４は、面同士が対面するように互いに隙間を設けて配列されている。この例では、６つの発熱体１４が密閉容器１９３の内部に配列されている（図３０および図３１参照）。密閉容器１９３の外周には温度調節部（図示なし）のヒータ１６ｂが設けられている。ヒータ１６ｂは、図示しない電源から電力が入力されることにより、複数の発熱体１４を加熱する。
【０１６９】
密閉容器１９３には、複数の導入口２３と、複数の回収口２４と、複数の非透過ガス回収口１５１とが設けられている。導入口２３は、非透過ガス回収口１５１と対向する位置に配置されている。回収口２４と非透過ガス回収口１５１とは、複数の発熱体１４の配列方向に交互に配置されている。複数の導入口２３は、例えばガス導入用分岐管（図示なし）を用いて導入ライン２９と接続される。複数の回収口２４は、例えばガス導入用分岐管（図示なし）を用いて回収ライン３０と接続される。
【０１７０】
密閉容器１９３は、複数の発熱体１４により仕切られた複数の第１室１９４および複数の第２室１９５を有する。第１室１９４と第２室１９５とは、複数の発熱体１４の配列方向に交互に配置されている。第１室１９４は導入口２３と非透過ガス回収口１５１とを有する。第２室１９５は回収口２４を有する。第１室１９４は、水素系ガスが導入されることにより昇圧される。第２室１９５は、水素系ガスが回収されることにより減圧される。これにより、第１室１９４の水素の圧力は、第２室１９５の水素の圧力よりも高くされる。
【０１７１】
図３１に示すように、第１室１９４と第２室１９５との間に生じる水素の圧力差によって、第１室１９４に導入された水素系ガスの一部は、発熱体１４を透過し、第２室１９５へ移動し、回収ライン３０に回収される。一方、第１室１９４に導入された水素系ガスのうち、発熱体１４を透過しなかった非透過ガスは、非透過ガス回収ライン１４９に回収される。各発熱体１４は、水素系ガスが透過することにより、それぞれ過剰熱を発生する。したがって、熱利用システム１９０は、複数の発熱体１４を備えることにより過剰熱の出力の増大が図れる。
【０１７２】
［第１８変形例］
上記第１７変形例では、発熱体１４を透過しなかった非透過ガスを非透過ガス回収ライン１４９で回収して導入ライン２９へ戻すことにより非透過ガスの循環を行うものであるが、第１８変形例では非透過ガスの循環を行わない。
【０１７３】
図３２に示すように、熱利用システム２００は、発熱装置２０１と熱利用装置１２とを備える。発熱装置２０１は、複数の発熱体１４と、複数の発熱体１４を収容する密閉容器２０２などを備える。密閉容器２０２は、複数の導入口２３と複数の回収口２４とが設けられており、非透過ガス回収口１５１が設けられていないことが上記第１７変形例の密閉容器１９３とは異なる。
【０１７４】
第１室１９４に導入された水素系ガスは、発熱体１４を透過し、第２室１９５へ移動し、回収ライン３０に回収される。各発熱体１４は、水素系ガスが透過することにより、それぞれ過剰熱を発生する。したがって、熱利用システム２００は、上記第１７変形例と同様に、複数の発熱体１４を備えることにより過剰熱の出力の増大が図れる。
【０１７５】
［第１９変形例］
図３３に示すように、熱利用システム２０５は、発熱装置２０６と熱利用装置１２とを備える。発熱装置２０６は、複数の発熱体９０と、複数の発熱体９０を収容する密閉容器２０７などを備える。この例では、有底筒状に形成された９つの発熱体９０が密閉容器２０７の内部に配置されている（図３４参照）。発熱体９０は、取付管９７を介して、密閉容器２０７に取り付けられている。密閉容器２０７には、複数の導入口２３と１つの回収口２４とが設けられている。密閉容器２０７の外周には温度調節部（図示なし）のヒータ１６ｂが設けられている。ヒータ１６ｂは、図示しない電源から電力が入力されることにより、複数の発熱体９０を加熱する。
【０１７６】
図３４に示すように、発熱装置２０６は、ガス導入用分岐管２０８をさらに備える。ガス導入用分岐管２０８は、一端が導入ライン２９と接続し、他端が分岐して複数の導入口２３と接続する。ガス導入用分岐管２０８と複数の導入口２３とは着脱自在である。ガス導入用分岐管２０８は、導入ライン２９を流通する水素系ガスを複数の導入口２３に案内する。ガス導入用分岐管２０８の分岐数は、用いる発熱体９０の数に応じて適宜設計してよい。
【０１７７】
密閉容器２０７は、複数の第１室２０９と、１つの第２室２１０とを有する（図３３参照）。複数の第１室２０９は、水素系ガスが導入されることにより昇圧される。第２室２１０は、水素系ガスが回収されることにより減圧される。これにより、複数の第１室２０９の水素の圧力は、第２室２１０の水素の圧力よりも高くされる。第１室２０９と第２室２１０との間に生じる水素の圧力差によって、第１室２０９に導入された水素系ガスは、発熱体１４を透過し、第２室２１０へ移動し、回収ライン３０に回収される。各発熱体９０は、水素系ガスが透過することにより、それぞれ過剰熱を発生する。したがって、熱利用システム２０５は、複数の発熱体９０を備えることにより過剰熱の出力の増大が図れる。
【０１７８】
［第２０変形例］
上記第１９変形例では密閉容器２０７の外周に設けられたヒータ１６ｂを用いて複数の発熱体９０の温度の調節を一括で行っているが、第２０変形例では、発熱体９０ごとに独立して温度の調節を行う。
【０１７９】
図３５に示すように、熱利用システム２１５は、発熱装置２１６と熱利用装置１２とを備える。発熱装置２１６は、複数の発熱体９０と、密閉容器２０７と、ガス導入用分岐管２０８と、複数の温度センサ２１７と、複数のヒータ２１８と、制御部１８と、電源（図示なし）とを備える。
【０１８０】
温度センサ２１７は、発熱体９０に設けられている。１つの発熱体９０に１つの温度センサ２１７が設けられる。すなわち、１つの温度センサ２１７により１つの発熱体９０の温度を検出する。複数の温度センサ２１７は、制御部１８と電気的に接続しており、検出した各発熱体９０の温度に対応する信号を制御部１８に出力する。
【０１８１】
ヒータ２１８は、ガス導入用分岐管２０８の分岐した他端に設けられている。複数のヒータ２１８は、電源（図示なし）と電気的に接続している。ヒータ２１８は、電源から電力が入力されることにより発熱する。
【０１８２】
制御部１８は、各温度センサ２１７が検出した温度に基づいて、各ヒータ２１８の出力の制御を独立に行う。したがって、熱利用システム２１５は、発熱体９０ごとに独立して温度の調節が行われ、複数の発熱体９０が発熱に適正な温度に維持されるので、過剰熱の出力の安定化が図れる。
【０１８３】
［第２１変形例］
図３６に示すように、熱利用システム２２０は、発熱装置２２１と熱利用装置１２とを備える。発熱装置２２１は、複数の発熱セル２２２と、ガス導入用分岐管２０８と、ガス回収用分岐管２２４と、水素循環ライン１７と、制御部（図示なし）と、電源（図示なし）などを備える。発熱セル２２２は、発熱体９０、密閉容器２２５、ガス導入部２２６、ガス排出部２２７、温度センサ２２８、およびヒータ２２９が１つのユニットとしてモジュール化されたものである。制御部（図示なし）は、温度センサ２２８、ヒータ２２９、電源（図示なし）と電気的に接続しており、温度センサ２２８が検出した温度に基づいて、ヒータ２２９の出力の制御を行う。制御部は、発熱セル２２２ごとに、ヒータ２２９への入力電力を調節することにより、各発熱体９０を発熱に適正な温度に維持する。
【０１８４】
図３７に示すように、ガス導入用分岐管２０８は、一端が水素循環ライン１７の導入ライン２９と接続し、他端が分岐して複数の発熱セル２２２のガス導入部２２６と接続する。ガス導入用分岐管２０８とガス導入部２２６とは着脱自在である。ガス回収用分岐管２２４は、一端が水素循環ライン１７の回収ライン３０と接続し、他端が分岐して複数の発熱セル２２２のガス排出部２２７と接続する。ガス回収用分岐管２２４とガス排出部２２７とは着脱自在である。ガス導入用分岐管２０８の分岐数とガス回収用分岐管２２４の分岐数は、用いる発熱セル２２２の数に応じて適宜設計してよい。
【０１８５】
図３６および図３７を用いて発熱セル２２２の各構成について説明する。密閉容器２２５は、筒状に形成された中空の容器であり、発熱体９０を収容する。ガス導入部２２６は、密閉容器２２５の軸方向の一端に設けられている。ガス導入部２２６は、ガス導入用分岐管２０８を介して導入ライン２９と接続する。ガス導入部２２６は、導入ライン２９を流通する水素系ガスを密閉容器２２５の内部に導入する。ガス排出部２２７は、密閉容器２２５の軸方向の他端に設けられている。ガス排出部２２７は、ガス回収用分岐管２２４を介して回収ライン３０と接続する。ガス排出部２２７は、密閉容器２２５の内部の水素系ガスを回収ライン３０から密閉容器２２５の外部へ排出する。温度センサ２２８は、密閉容器２２５の内部に設けられており、発熱体９０の温度を検出する。ヒータ２２９は、ガス導入部２２６に設けられており、ガス導入部２２６を流通する水素系ガスを加熱することにより、発熱体９０を加熱する。
【０１８６】
密閉容器２２５は、発熱体９０により仕切られた第１室２３１および第２室２３２を有する（図３６参照）。第１室２３１は、導入口（図示なし）を有し、水素系ガスが導入されることにより昇圧される。第２室２３２は、回収口（図示なし）を有し、水素系ガスが回収されることにより減圧される。これにより、第１室２３１の水素の圧力は、第２室２３２の水素の圧力よりも高くされる。第１室２３１と第２室２３２との間に生じる水素の圧力差によって、第１室２３１に導入された水素系ガスは、発熱体９０を透過し、第２室２３２へ移動する。発熱体９０は、水素系ガスが透過することにより過剰熱を発生する。
【０１８７】
発熱セル２２２は、密閉容器２２５、ガス導入部２２６、ガス排出部２２７、温度センサ２２８、およびヒータ２２９が１つのユニットとしてモジュール化されたものであり、ガス導入用分岐管２０８およびガス回収用分岐管２２４を介して、水素循環ライン１７と着脱自在に接続可能とされている。したがって、熱利用システム２２０および発熱装置２２１は、用途に応じて発熱セル２２２の数を変更することができるので、設計の自由度に優れる。
【０１８８】
［第２２変形例］
図３８に示す発熱装置２３６は、上記第２１変形例の発熱装置２２１の各部材に加え、複数の流量調整弁２３７をさらに備える。複数の流量調整弁２３７は、ガス導入用分岐管２０８に設けられている。流量調整弁２３７は、例えばバリアブルリークバルブである。発熱装置２３６は、１つの発熱セル２２２に対し１つの流量調整弁２３７を備えることにより、発熱セル２２２ごとに水素系ガスの循環流量を制御できるようにしたものである。
【０１８９】
制御部１８は、発熱セル２２２ごとに水素系ガスの循環流量を調整することにより、発熱体９０の温度を発熱に適正な温度に維持する発熱制御を行う。以下、制御部１８が行う発熱制御の一例を説明する。
【０１９０】
温度センサ２２８により検出された温度に基づいて発熱制御を行う例を説明する。発熱装置２３６の作動が開始されると、制御部１８は、ヒータ２２９への入力電力と流量調整弁２３７の開度とを予め定められた初期設定値とする。これにより、発熱体９０の温度は、発熱に適正な温度まで上昇する。
【０１９１】
制御部１８は、温度センサ２２８が検出した温度を取得し、取得した温度と基準温度とを比較する。基準温度は、発熱体９０が過剰熱を発生していないと推定できる温度であり、制御部１８に予め記憶されている。例えば、制御部１８には、基準温度として、ヒータ２２９の加熱温度が記憶されている。
【０１９２】
制御部１８は、温度センサ２２８から取得した温度が基準温度以下である場合、過剰熱が発生していないと判定する。制御部１８は、過剰熱が発生していないと判定した場合には、ヒータ２２９への入力電力と流量調整弁２３７の開度とを初期設定値のまま維持する。これにより、過剰熱が発生していない発熱体９０に対し、過剰熱の発生を促すことができる。
【０１９３】
一方、制御部１８は、温度センサ２２８から取得した温度が基準温度を超える場合、過剰熱が発生していると判定する。制御部１８は、過剰熱が発生していると判定した場合には、流量調整弁２３７の開度を大きくすることにより、発熱セル２２２へ導入する水素系ガスの循環流量を増大させる。発熱体９０の温度は、過剰熱が発生することにより、発熱に適正な温度よりも高くなる。発熱体９０は、水素系ガスの循環流量が増大することによって冷却され、発熱に適正な温度に戻される。これにより、過剰熱が発生している発熱体９０に対し、過剰熱の出力を増大させることができる。
【０１９４】
発熱装置２３６は、発熱セル２２２ごとに発熱制御を行うことによって、過剰熱を発していない発熱セル２２２と、過剰熱を発している別の発熱セル２２２とがあったとき、過剰熱を発している発熱セル２２２の発熱反応を促進させることができるので、装置全体の過剰熱の出力の安定化を確実かつ容易に実現できる。
【０１９５】
なお、上記第２２変形例では、過剰熱を発していない発熱セル２２２と過剰熱を発している発熱セル２２２とがあったときに、過剰熱を発している発熱セル２２２に対して発熱制御を行っている。しかし、過剰熱を発していない発熱セル２２２には、発熱反応が完全に起こっていないものの他、発熱反応が不十分なものが含まれていることがあり、発熱反応が不十分で過剰熱を発していない発熱セル２２２については、発熱制御を行うことによって発熱反応を促進させ、過剰熱を発生させることができる場合がある。したがって、発熱装置２３６は、過剰熱を発していない発熱セル２２２と過剰熱を発している発熱セル２２２とのうち、過剰熱を発していない発熱セル２２２に対して発熱制御を行ってもよい。これにより、過剰熱を発している発熱セル２２２の数を増やすことができるので、装置全体の過剰熱の出力を増大させることができる。
【０１９６】
［第２３変形例］
第２３変形例では、発熱体９０を透過した水素系ガスをサンプリングし、サンプリングした水素系ガスを分析し、その分析結果に基づいて発熱制御を行う。
【０１９７】
図３９に示す発熱装置２４１は、上記第２１変形例の発熱装置２２１の各部材に加え、複数のサンプリング用配管２４２と、複数の調整弁２４３と、ターボ分子ポンプ２４４と、ドライポンプ２４５と、分析部２４６とをさらに備える。
【０１９８】
複数のサンプリング用配管２４２は、複数の発熱セル２２２の第２室２３２と分析部２４６とを接続する。サンプリング用配管２４２には、発熱体９０を透過した水素系ガスが流入する。サンプリング用配管２４２には、第２室２３２との接続側から順に、調整弁２４３、分析部２４６、ターボ分子ポンプ２４４、およびドライポンプ２４５が設けられている。調整弁２４３は、サンプリング用配管２４２に流入する水素系ガスの流量を調整する。ターボ分子ポンプ２４４とドライポンプ２４５は、サンプリング用配管２４２の内部のガスを排気することにより、第２室２３２の水素系ガスをサンプリング用配管２４２へ流入させる。
【０１９９】
分析部２４６は、発熱セル２２２ごとに、発熱体９０を透過した水素系ガスをサンプリングし、サンプリングした水素系ガスの分析を行う。分析部２４６は、分析によって、例えば、発熱体９０の発熱反応により生じる特有の発生ガスが水素系ガスに含まれているか否かを特定する。分析部２４６は、制御部１８と電気的に接続しており、分析結果を制御部１８に出力する。分析部２４６により分析が行われるタイミングは、適宜設定してよい。
【０２００】
制御部１８は、分析部２４６の分析結果に基づいて、発熱セル２２２ごとに水素系ガスの循環流量を調整することにより、発熱体９０の温度を発熱に適正な温度に維持する発熱制御を行う。
【０２０１】
分析部２４６の分析結果に基づいて発熱制御を行う例を説明する。発熱装置２４１の作動が開始されると、制御部１８は、ヒータ２２９への入力電力と流量調整弁２３７の開度とを予め定められた初期設定値とする。これにより、発熱体９０の温度は、発熱に適正な温度まで上昇する。
【０２０２】
制御部１８は、分析部２４６の分析結果、すなわち発生ガスが水素系ガスに含まれているか否かを特定した結果を取得する。制御部１８は、発生ガスが水素系ガスに含まれていない場合、過剰熱が発生していないと判定する。制御部１８は、過剰熱が発生していないと判定した場合には、ヒータ２２９への入力電力と流量調整弁２３７の開度とを初期設定値のまま維持する。これにより、過剰熱が発生していない発熱体９０に対し、過剰熱の発生を促すことができる。
【０２０３】
一方、制御部１８は、発生ガスが水素系ガスに含まれている場合、過剰熱が発生していると判定する。制御部１８は、過剰熱が発生していると判定した場合には、流量調整弁２３７の開度を大きくすることにより、発熱セル２２２へ導入する水素系ガスの循環流量を増大させる。過剰熱の発生により上昇した発熱体９０の温度は、水素系ガスの循環流量が増大することによって、発熱に適正な温度に戻される。これにより、過剰熱が発生している発熱体９０に対し、過剰熱の出力を増大させることができる。したがって、発熱装置２４１は、発熱セル２２２ごとに発熱制御を行うので、装置全体の発熱量の安定化が図れる。
【０２０４】
なお、発熱装置２４１は、過剰熱を発していない発熱セル２２２と過剰熱を発している発熱セル２２２とのうち、過剰熱を発していない発熱セル２２２に対して発熱制御を行ってもよい。これにより、過剰熱を発している発熱セル２２２の数を増やすことができるので、装置全体の過剰熱の出力を増大させることができる。
【０２０５】
分析部２４６は、水素系ガスに含まれる阻害物質を分析してもよい。阻害物質は、発熱体９０の発熱反応を阻害するガス（以下、阻害ガスという）であり、例えば、水（水蒸気を含む）、炭化水素等である。阻害物質を分析する場合、分析部２４６としては、例えば、四重極型質量分析計などの質量分析器が用いられる。分析部２４６は、阻害ガスの質量分析を行い、分析結果として、例えば、阻害ガスのイオン電流、または、ガス分圧を出力する。制御部１８は、阻害物質の分析結果に基づいて発熱制御を行う。制御部１８は、例えば阻害ガスのイオン電流に基づいて、水素系ガスの循環流量を増減させる。これにより、密閉容器２２５の内部から阻害ガスが確実に排出され、密閉容器２２５の内部が清浄に保たれるので、過剰熱の出力を増大させることができる。また、制御部１８は、水素系ガスの循環流量の増加による発熱体９０の温度低下を抑制するために、ヒータ２２９の加熱温度を上昇させる。これにより、発熱体９０の温度が発熱に適正な温度に維持されるので、過剰熱の出力をより増大させることができる。
【０２０６】
分析部２４６は、水素系ガスに含まれる吸着性の不純物ガスの質量分析を行ってもよい。分析部２４６は、分析結果として、例えば不純物ガスの濃度を出力する。この場合、制御部１８は、不純物ガスの濃度が低いほど、水素系ガスの循環流量を増加させる。また、制御部１８は、不純物ガスの濃度が低いほど、ヒータ２２９の加熱温度を上昇させる。これにより、発熱体９０の温度が発熱に適正な温度に維持され、過剰熱の出力を増大させることができる。
【０２０７】
［第２４変形例］
第２４変形例では、水素吸蔵金属または水素吸蔵合金の電気抵抗を測定し、測定した電気抵抗の値に基づいて発熱制御を行う。
【０２０８】
図４０に示す発熱装置２５１は、上記第２１変形例の発熱装置２２１の各部材に加え、複数の電気抵抗測定部２５２をさらに備える。なお、図４０では温度センサ２２８を省略している。電気抵抗測定部２５２は、各発熱体９０に１ずつ設けられている。電気抵抗測定部２５２は、発熱体９０の水素吸蔵金属または水素吸蔵合金の電気抵抗を測定する。ここで、発熱体９０は、水素吸蔵金属または水素吸蔵合金の水素吸蔵量が多いほど、発熱反応が起こり易い状態とされる。また、発熱体９０は、水素吸蔵金属または水素吸蔵合金の水素吸蔵量が多いほど、電気抵抗が小さくなる。このため、発熱体９０の水素吸蔵金属または水素吸蔵合金の電気抵抗を測定することにより、水素吸蔵量を推定することができる。複数の電気抵抗測定部２５２は、制御部１８と電気的に接続しており、電気抵抗の測定結果を制御部１８に出力する。
【０２０９】
制御部１８は、電気抵抗測定部２５２が測定した電気抵抗の値に基づいて、発熱セル２２２ごとに水素系ガスの循環流量を調整することにより、発熱体９０の温度を発熱に適正な温度に維持する発熱制御を行う。
【０２１０】
電気抵抗測定部２５２が測定した電気抵抗の値に基づいて発熱制御を行う例を説明する。発熱装置２５１の作動が開始されると、制御部１８は、ヒータ２２９への入力電力と流量調整弁２３７の開度とを予め定められた初期設定値とする。これにより、発熱体９０の温度は、発熱に適正な温度まで上昇する。
【０２１１】
制御部１８は、電気抵抗測定部２５２の測定結果、すなわち電気抵抗の値を取得し、取得した電気抵抗の値と予め定められた閾値とを比較する。
【０２１２】
制御部１８は、電気抵抗測定部２５２から取得した電気抵抗の値が閾値以上の場合、過剰熱が発生していないと判定する。電気抵抗の値が高い場合は、発熱体９０における水素吸蔵量が少ないため、過剰熱が発生していないと推定できるからである。制御部１８は、過剰熱が発生していないと判定した場合には、ヒータ２２９への入力電力と流量調整弁２３７の開度とを初期設定値のまま維持する。これにより、過剰熱が発生していない発熱体９０に対し、過剰熱の発生を促すことができる。
【０２１３】
一方、制御部１８は、電気抵抗測定部２５２から取得した電気抵抗の値が閾値未満の場合、過剰熱が発生していると判定する。電気抵抗の値が低い場合は、発熱体９０における水素吸蔵量が多いため、過剰熱が発生していると推定できるからである。制御部１８は、過剰熱が発生していると判定した場合には、流量調整弁２３７の開度を大きくすることにより、発熱セル２２２へ導入する水素系ガスの循環流量を増大させる。過剰熱の発生により上昇した発熱体９０の温度は、水素系ガスの循環流量が増大することによって、発熱に適正な温度に戻される。発熱体９０を発熱に適正な温度に維持することにより、水素吸蔵金属または水素吸蔵合金の水素吸蔵量が多くなり発熱反応が促される。これにより、過剰熱が発生している発熱体９０に対し、過剰熱の出力を増大させることができる。したがって、発熱装置２５１は、発熱セル２２２ごとに発熱制御を行うので、装置全体の発熱量の安定化が図れる。
【０２１４】
なお、発熱装置２５１は、過剰熱を発していない発熱セル２２２と過剰熱を発している発熱セル２２２とのうち、過剰熱を発していない発熱セル２２２に対して発熱制御を行ってもよい。これにより、過剰熱を発している発熱セル２２２の数を増やすことができるので、装置全体の過剰熱の出力を増大させることができる。
【０２１５】
［第２５変形例］
図４１に示すように、発熱装置２５６は、発熱体１４と、発熱体１４の温度を検出する複数の温度センサ２５７ａ〜２５７ｉと、発熱体１４の表面に水素系ガスを噴射する複数のノズル部２５８ａ〜２５８ｉとを備える。この例では、１つの発熱体１４に対し、複数のノズル部２５８ａ〜２５８ｉから水素系ガスを噴射する。図４１では密閉容器１５の図示を省略している。
【０２１６】
複数の温度センサ２５７ａ〜２５７ｉは、アレイ状に配置される。図４１では、発熱体１４の裏面に９つの温度センサ２５７ａ〜２５７ｉが等間隔に２次元状に配置されている。複数の温度センサ２５７ａ〜２５７ｉは、発熱体１４を区画した複数の温度測定対象エリアＲ１〜Ｒ９の各温度を検出する。例えば、温度センサ２５７ａは、温度測定対象エリアＲ１の温度を検出する。各温度測定対象エリアＲ１〜Ｒ９は境界線で区画される。境界線は、温度センサ２５７ａ〜２５７ｉのうち隣接する温度センサの中間を通るように設定される。境界線は概念上の線である。以降の説明において、温度センサ２５７ａ〜２５７ｉを区別しない場合には、温度センサ２５７と記載する。また、温度測定対象エリアＲ１〜Ｒ９を区別しない場合には、温度測定対象エリアＲと記載する。
【０２１７】
複数のノズル部２５８ａ〜２５８ｉは、温度測定対象エリアＲ１〜Ｒ９ごとに配置される。図４１では、温度測定対象エリアＲ１〜Ｒ９に対応するように、９つのノズル部２５８ａ〜２５８ｉが配置されている。以降の説明において、ノズル部２５８ａ〜２５８ｉを区別しない場合には、ノズル部２５８と記載する。
【０２１８】
図４２は、図４１における発熱体１４の中心を通る縦断面図である。図４２には、温度センサ２５７ａ〜２５７ｉのうち温度センサ２５７ｂ，２５７ｅ，２５７ｈが図示され、ノズル部２５８ａ〜２５８ｉのうちノズル部２５８ｂ，２５８ｅ，２５８ｈが図示されている。図４２に示すように、温度センサ２５７は、制御部１８と電気的に接続しており、温度測定対象エリアＲの温度に対応する信号を制御部１８に出力する。ノズル部２５８は、密閉容器１５の導入口２３に設けられた取付プレート２５９に取り付けられる。ノズル部２５８は、導入口２３を介して導入ライン２９と接続しており、発熱体１４の表面に水素系ガスを噴射する。
【０２１９】
発熱装置２５６は、制御部１８と、ガス導入用分岐管２０８と、複数の流量調整弁２３７とをさらに備える。ガス導入用分岐管２０８は、一端が導入ライン２９と接続し、他端が分岐して複数のノズル部２５８と接続する。ガス導入用分岐管２０８と複数のノズル部２５８とは着脱自在である。複数の流量調整弁２３７は、ガス導入用分岐管２０８に設けられている。発熱装置２５６は、１つのノズル部２５８に対し１つの流量調整弁２３７を備えることにより、ノズル部２５８ごとに水素系ガスの循環流量を制御できるようにしたものである。
【０２２０】
制御部１８は、複数の温度センサ２５７が検出した温度に基づいて、水素系ガスを噴射させるノズル部２５８を変更する変更制御を行う。以下、変更制御について説明する。
【０２２１】
発熱装置２５６の作動が開始されると、制御部１８は、ヒータ（図示なし）への入力電力と全ての流量調整弁２３７の開度とを予め定められた初期設定値とする。これにより、発熱体１４の温度は、発熱に適正な温度まで上昇する。初期設定値では、全てのノズル部２５８から水素系ガスが噴射される。なお、ヒータ（図示なし）は、例えば、上記実施形態の発熱装置１１のように密閉容器１５の外周に設けられている。
【０２２２】
制御部１８は、各温度センサ２５７が検出した温度を取得し、取得した各温度と基準温度とをそれぞれ比較する。基準温度は、例えば温度測定対象エリアＲにおいて過剰熱を発生していないと推定できる温度である。基準温度は、温度測定対象エリアＲごとに、制御部１８に予め記憶されている。
【０２２３】
制御部１８は、温度センサ２５７から取得した温度が基準温度以下である場合、温度が取得された温度測定対象エリアＲにおいて過剰熱が発生していないと判定する。制御部１８は、ヒータ（図示なし）への入力電力と、過剰熱が発生していないと判定された温度測定対象エリアＲに対応する流量調整弁２３７の開度とを初期設定値のまま維持する。これにより、発熱体１４のうち過剰熱が発生していない温度測定対象エリアＲにおける過剰熱の発生を促すことができる。
【０２２４】
一方、制御部１８は、温度センサ２５７から取得した温度が基準温度を超える場合、温度が取得された温度測定対象エリアＲにおいて過剰熱が発生していると判定する。制御部１８は、過剰熱が発生していると判定された温度測定対象エリアＲに対応する流量調整弁２３７の開度を大きくすることにより、ノズル部２５８から温度測定対象エリアＲへ噴射させる水素系ガスの流量を増大させる。過剰熱の発生により上昇した温度測定対象エリアＲの温度は、水素系ガスの流量が増大することによって、発熱に適正な温度に戻される。これにより、過剰熱が発生している温度測定対象エリアＲに対し、過剰熱の出力を増大させることができる。
【０２２５】
発熱装置２５６は、複数の温度測定対象エリアＲごとに変更制御を行うことによって、時間の経過とともに変化する発熱体１４の発熱状況に応じて、水素系ガスを噴射するノズル部２５８を変更するので、発熱体１４の過剰熱の出力の安定化が図れる。
【０２２６】
なお、発熱装置２５６は、過剰熱を発していない温度測定対象エリアＲと過剰熱を発している温度測定対象エリアＲとのうち、過剰熱を発していない温度測定対象エリアＲに対して発熱制御を行ってもよい。これにより、過剰熱を発している温度測定対象エリアＲの数を増やすことができるので、発熱体１４全体および装置全体の過剰熱の出力を増大させることができる。
【０２２７】
発熱装置２５６は、複数の発熱体１４を備えるものでもよい。発熱体１４ごとに変更制御を行うことによって、装置全体の過剰熱の出力をより増大させることができる。
【０２２８】
［第２６変形例］
図４３に示すように、熱利用システム２６０は、発熱装置１１と熱利用装置２６１とを備える。図４３では、発熱装置１１の温度調節部、水素循環ライン、および制御部などの図示を省略している。第２６変形例では、熱媒体として水が用いられる。
【０２２９】
熱利用装置２６１は、格納容器４１と、熱媒体流通部４２と、蒸気タービン４５とを備える。格納容器４１は、内部に水が供給される。格納容器４１の内部には、水面の上方に空間が形成されている。格納容器４１は、水と発熱体１４との間で熱交換を行うことにより、水を沸騰させて蒸気を生成する。熱媒体流通部４２は、第１配管４２ａ、第２配管４２ｂ、第３配管４２ｃ、第４配管４２ｄ、ポンプ４２ｅ、熱媒体流量制御部４２ｆの代わりに、蒸気配管４２ｇと給水配管４２ｈとを有する。蒸気配管４２ｇは、格納容器４１で生成された蒸気を蒸気タービン４５へ供給する。給水配管４２ｈは、図示しない復水器と給水ポンプを有し、蒸気タービン４５から排出された蒸気を復水器によって冷却して水に戻し、この水を給水ポンプによって格納容器４１へ供給する。蒸気タービン４５は、回転軸を介して、発電機４９と接続している。蒸気タービン４５が回転することによって発電が行われる。
【０２３０】
［実験］
上記第９変形例の発熱装置１２１（図１８参照）の構成を一部変更して実験用発熱装置を準備した。実験用発熱装置を用いて発熱体の過剰熱を評価する実験を行った。まず実験用発熱装置について説明し、その後に実験方法および実験結果について説明する。
【０２３１】
上記第９変形例の発熱装置１２１では、水素循環ライン１７を用いて水素系ガスが循環するように構成されているが、実験用発熱装置では、水素循環ライン１７を用いる代わりに、導入ラインと回収ラインとを別々に設け、水素系ガスを循環させないように構成した。
【０２３２】
上記第９変形例の発熱装置１２１では、取付管１２５の外周にヒータ１６ｂとしての電熱線が巻き付けられているが、実験用発熱装置では、密閉容器の外周を覆うように電気炉を配置した。
【０２３３】
上記第９変形例の発熱装置１２１では、支持体６１の表面にのみ多層膜６２を設けた発熱体１４が用いられているが、実験用発熱装置では、発熱体１４を用いる代わりに、支持体の両面に多層膜を設けた発熱体を用いた。
【０２３４】
実験用発熱装置について具体的に説明する。実験用発熱装置は、水素の吸蔵と放出とにより熱を発生する発熱体と、発熱体により仕切られた第１室および第２室を有する密閉容器と、発熱体の温度を調節する温度調節部とを備えている。
【０２３５】
発熱体について説明する。発熱体は、上記第１変形例の発熱体７４（図５参照）と同様に、支持体の両面に多層膜を設けたものである。多層膜の構成が異なる２種の発熱体を作製し、実験例２６および実験例２７とした。支持体としては、Niからなり、直径２０ｍｍ、厚さ０．１ｍｍの基板を用いた。支持体は、真空中で９００°、７２時間の真空アニールを行った後、両面を濃硝酸でエッチングしたもの準備した。
【０２３６】
イオンビームスパッタ装置を用いて、支持体の両面に多層膜を形成した。実験例２６の多層膜は、Cuからなる第１層とNiからなる第２層とを有する。実験例２６の第１層と第２層との積層構成の数（積層数）は６とした。実験例２７の多層膜は、Cuからなる第１層とNiからなる第２層とCaOからなる第３層とを有する。実験例２７の第１層と第２層と第３層との積層構成の数（積層数）は６とした。
【０２３７】
密閉容器について説明する。密閉容器は、石英ガラス管、石英ガラス管の内部を真空排気するための真空配管、石英ガラス管の内部に発熱体を設置するための取付管などで構成されている。石英ガラス管は、先端が封止され、基端が開口している。
【０２３８】
真空配管は、石英ガラス管の基端と接続している。真空配管には、石英ガラス管の内部のガスを回収するための回収ラインが接続されている。回収ラインには、ターボ分子ポンプおよびドライポンプを有する真空排気部と、石英ガラス管の内部の圧力を検出する圧力センサと、水素が発熱体を透過する透過量（水素透過量）を測定するための真空ゲージとが設けられている。なお、真空排気部は取付管と非接続である。このため取付管の内部は真空排気されない。
【０２３９】
取付管は、真空配管を通じて石英ガラス管の内部に挿入され、一端が真空配管の外部（石英ガラス管の外部）に配され、他端が石英ガラス管の内部に配されている。取付管はＳＵＳで形成されている。
【０２４０】
取付管の一端には、当該取付管の内部に水素系ガスを導入するための導入ラインが接続されている。導入ラインには、水素系ガスを貯留する水素ボンベと、取付管の内部の圧力を検出する圧力センサと、取付管への水素系ガスの供給および停止を行うための水素供給バルブと、圧力を調整するためのレギュレータバルブとが設けられている。
【０２４１】
取付管の他端には、発熱体を着脱可能とするＶＣＲ継手が設けられている。ＶＣＲ継手は、発熱体が配置される位置に、当該ＶＣＲ継手の内周面と外周面とを貫通する２つのリーク穴を有する。発熱体は、２枚のＳＵＳ製ガスケットに挟まれた状態で、ＶＣＲ継手の内部に配置される。
【０２４２】
密閉容器では、発熱体により取付管の内部空間と石英ガラス管の内部空間とが仕切られている。取付管の内部空間は、水素系ガスの導入により昇圧される。石英ガラス管の内部空間は、ガスの真空排気により減圧される。これにより、取付管の内部空間の水素の圧力は、石英ガラス管の内部空間の水素の圧力よりも高くされる。取付管の内部空間は第１室として機能し、石英ガラス管の内部空間は第２室として機能する。
【０２４３】
発熱体の両側に圧力差が生じることにより、高圧側である取付管の内部空間から低圧側である石英ガラス管の内部空間へ水素が透過する。上記したように、発熱体は、水素を透過させる過程において、高圧側に配された一方の面（表面）から水素を吸蔵することによって発熱し、低圧側に配された他方の面（裏面）から水素を放出することによって過剰熱を発生する。
【０２４４】
温度調節部について説明する。温度調節部は、発熱体の温度を検出する温度センサと、発熱体を加熱するヒータと、温度センサが検出した温度に基づいてヒータの出力の制御を行う出力制御部とを有する。温度センサとして熱電対（Ｋ型シース熱電対）を用いた。実験では２つの熱電対（第１の熱電対および第２の熱電対）を準備し、ＶＣＲ継手の２つのリーク穴のそれぞれに挿入した。２つの熱電対を発熱体に接触させ、発熱体の温度の測定を行った。ヒータとして電気炉を用いた。電気炉は石英ガラス管の外周を覆うように配置される。電気炉には制御用熱電対が設けられている。出力制御部は、制御用熱電対と電気炉とに電気的に接続しており、制御用熱電対で検出した温度に基づき電気炉を所定の電圧で駆動する。電気炉は１００Ｖの交流電源で駆動される。電力計を用いて電気炉への入力電力の測定を行う。
【０２４５】
実験方法および実験結果について説明する。発熱体を２枚のＳＵＳ製ガスケット間に挟み、ＶＣＲ継手を用いて取付管の他端に固定し、石英ガラス管の内部に配置した。実験を開始する前に、３日間、３００°で発熱体のベーキングを行った。
【０２４６】
実験は上記のベーキング後に開始した。水素供給バルブを開いて取付管への水素系ガスの供給を行い、レギュレータバルブを用いて第１室（取付管の内部空間）の圧力（水素供給圧力ともいう）を１００ｋＰａに調整した。石英ガラス管の真空排気を行い、第２室（石英ガラス管の内部空間）の圧力を１×１０−４［Ｐａ］に調整した。電気炉を駆動し、所定の設定温度で発熱体の加熱を行った。設定温度は、約半日ごとに変更し、３００℃から９００℃の範囲内で段階的に上昇させた。
【０２４７】
実験例２６および実験例２７の実験に先立って参照実験を行った。参照実験では、支持体（直径２０ｍｍ、厚さ０．１ｍｍのNi基板）のみの参照実験用サンプルを作製し、これを用いた。参照実験は、参照実験用サンプルを変えて２回実施した。
【０２４８】
図４４は、参照実験における水素透過量と水素供給圧力とサンプル温度との関係を示すグラフである。図４４において、横軸は時間（ｈ）、左側の第１縦軸は水素透過量（ＳＣＣＭ）、右側の第２縦軸は水素供給圧力（ｋＰａ）、第１のサンプル温度（℃）、第２のサンプル温度（℃）を示す。水素透過量は、流量校正済の真空ゲージの値から計算した。第１のサンプル温度は第１の熱電対の検出温度であり、第２のサンプル温度は第２の熱電対の検出温度である。図４４より、第１のサンプル温度と第２のサンプル温度とが略一致し、参照実験用サンプルの温度を正確に測定できていることが確認できた。また、参照実験用サンプルの温度上昇に応じて水素透過量が増加することも確認できた。なお、図４４は１回目の参照実験の結果である。２回目の参照実験の結果は、１回目の参照実験の結果と略同じであったため、説明を省略する。
【０２４９】
図４５は、参照実験におけるサンプル温度と入力電力の関係を示したグラフである。図４５において、横軸はサンプル温度（℃）、縦軸は入力電力（Ｗ）を示す。入力電力は、電気炉への入力電力のことである。交流電源のＯＮ／ＯＦＦ制御により電力計の測定値が大きく変動するため、測定値を設定温度ごとに積算し、その傾きに基づき入力電力を算出した。入力電力の算出は、設定温度の変更後、十分に時間が経過して電力計の測定値が安定した領域について行った。前述の領域ごとに第１の熱電対の検出温度の平均値と第２の熱電対の検出温度の平均値を求め、これら２つの平均値の平均をサンプル温度とした。図４５は、２回の参照実験の結果をプロットしたものであり、最小二乗法を用いて作成したキャリブレーションカーブである。図４５中、Ｙはキャリブレーションカーブを表す関数を示し、Ｍ０は定数項を示し、Ｍ１は１次の係数を示し、Ｍ２は２次の係数を示し、Ｒは相関係数を示す。この参照実験の結果を基準として、実験例２６および実験例２７の過剰熱の評価を行った。
【０２５０】
図４６は、実験例２６における発熱体温度と過剰熱の関係を示すグラフである。図４６において、横軸は発熱体温度（℃）、縦軸は過剰熱（Ｗ）を示す。参照実験のサンプル温度の算出方法と同じ方法で第１の熱電対の検出温度の平均値と第２の熱電対の検出温度の平均値とを求め、これら２つの平均値の平均を発熱体温度とした。過剰熱の求め方について説明する。まず、特定の入力電力での発熱体温度を測定する（測定温度という）。次に、図４５に示すキャリブレーションカーブを用いて、測定温度に対応する参照実験の入力電力（換算電力という）を求める。そして、換算電力と特定の入力電力との差分を求め、これを過剰熱の電力とした。なお、特定の入力電力の算出方法は、参照実験における入力電力の算出方法と同じである。図４６では過剰熱の電力を「過剰熱（Ｗ）」と表記している。図４６より、発熱体温度が３００℃から９００℃の範囲内で過剰熱が発生することが確認できた。過剰熱は、６００℃以下では最大２Ｗ程度であり、７００℃以上で増大し、８００℃付近で約１０Ｗ程度となることが確認できた。
【０２５１】
図４７は、実験例２７における発熱体温度と過剰熱の関係を示すグラフである。図４７において、横軸は発熱体温度（℃）、縦軸は過剰熱（Ｗ）を示す。図４７より、発熱体温度が２００℃から９００℃の範囲内で過剰熱が発生することが確認できた。過剰熱は、２００℃から６００℃の範囲内で最大４Ｗ程度であり、７００℃以上で増大し、８００℃付近で２０Ｗを超えることが確認できた。
【０２５２】
実験例２６と実験例２７とを比較すると、６００℃以下では実験例２７の方が過剰熱の発生量が多い傾向にあることがわかる。実験例２６と実験例２７とは、いずれも７００℃以上で過剰熱が増大する傾向にあることがわかる。７００℃以上では、実験例２７の過剰熱が実験例２６の過剰熱の約２倍に増大することがわかる。
【０２５３】
実験例１１（図９参照）と実験例２６（図４６参照）と実験例２７（図４７参照）の、８００℃付近の単位面積当たりの過剰熱を求めると、実験例１１では約０．５Ｗ／ｃｍ２であり、実験例２６では約５Ｗ／ｃｍ２であり、実験例２７では約１０Ｗ／ｃｍ２であった。この結果より、実験例１１に対し、実験例２６は約１０倍の過剰熱を発生し、実験例２７は約２０倍の過剰熱を発生することがわかった。
【０２５４】
［第２実施形態］
第２実施形態は、第１室に導入されたガス中の水素の分圧と第２室に導入されたガス中の水素の分圧とが異なるように構成されており、第１室と第２室との水素分圧の差を利用して、水素が発熱体を透過するようにしたものである。第２実施形態において、「水素の圧力」は「水素分圧」のことをいうものとする。
【０２５５】
図４８に示すように、熱利用システム２６５は、発熱装置２６６と熱利用装置２６７とを備える。
【０２５６】
発熱装置２６６は、水素の吸蔵と放出とにより熱を発生する発熱体２６８と、発熱体２６８により仕切られた第１室２６９および第２室２７０を有する密閉容器２７１と、発熱体２６８の温度を調節する温度調節部２７２とを備える。なお、第１室２６９と第２室２７０とを仕切る構造としては、発熱体２６８のみからなる場合に限られず、一部が発熱体２６８であり、その他の一部が金属や酸化物などの水素を遮蔽する壁構造でも良い。
【０２５７】
発熱体２６８は、有底円筒状に形成されている。発熱体２６８は、例えば発熱体９０（図１１参照）と同様の構成とすることができる。すなわち、発熱体２６８は、有底筒状に形成された支持体の外面に多層膜が設けられたものである。なお、支持体の内面に多層膜を設けてもよいし、支持体の内面と外面の両方に多層膜を設けてもよい。支持体は、有底円筒状に限られず、有底角筒状や平板状などとしてもよい。支持体は、水素を透過し、耐熱性および耐圧性を有する材料が好ましく、例えば支持体６１と同じ材料で形成することができる。多層膜は、例えば多層膜６２と同じ構成とすることができる。発熱体２６８の数は、この例では１つであるが、２つ以上としてもよい。
【０２５８】
発熱体２６８の製造方法の一例を説明する。曲げ加工が可能な板状の支持体を準備する。スパッタリング法を用いて支持体の一方の面に多層膜を形成する。そして支持体を曲げ加工して筒状とする。支持体の一方の面（多層膜が形成された面）を内面とするように曲げ加工を施した場合は、支持体の他方の面（すなわち外面）にフィンを設けることが好ましい。フィンは例えば螺旋状に設けられる。フィンを設けることにより、発熱体２６８と熱媒体との接触面積が増大し、発熱体２６８と熱媒体との熱交換効率を向上させることができる。なお、多層膜を形成する際は、スパッタリング法に限られず、蒸着法、湿式法、溶射法、電気めっき法などを用いてもよい。支持体の外面のみまたは両面に多層膜を形成してもよい。
【０２５９】
密閉容器２７１は、中空の容器であり、内部に発熱体２６８を収容する。密閉容器２７１は、耐熱性および耐圧性を有する材料により形成されることが好ましい。密閉容器２７１の材料としては、例えば、金属やセラミックなどが用いられる。金属としては、Ni、Cu、Ti、炭素鋼、オーステナイト系ステンレス鋼、耐熱性非鉄合金鋼、セラミックなどが挙げられる。セラミックとしては、Al2O3、SiO2、SiC、ZnO2などが挙げられる。密閉容器２７１の外周を断熱材で覆うことが望ましい。発熱体２６８を収容した密閉容器２７１の数は、この例では１つであるが、２つ以上としてもよい。
【０２６０】
第１室２６９は、発熱体２６８の内面により形成されている。第１室２６９は、水素導入ライン２７３と接続する導入口２７４を有する。水素導入ライン２７３には、水素系ガスを貯留する水素タンク２７５が設けられている。第１室２６９には、導入口２７４を介して、水素導入ライン２７３を流通する水素系ガスが導入される。
【０２６１】
第２室２７０は、発熱体２６８の外面と密閉容器２７１の内面とにより形成されている。第２室２７０は、熱媒体循環ライン２７６と接続する流入口２７７および流出口２７８を有する。熱媒体循環ライン２７６は、循環ブロワー２７９により、第２室２７０（密閉容器２７１）の内部と外部との間で熱媒体を循環させる。第２実施形態の場合は、熱媒体として、上記したもののうち、希ガスを用いることが特に好ましい。図４８では紙面左側に流入口２７７を設け、紙面右側に流出口２７８を設けているが、流入口２７７と流出口２７８の位置は適宜変更してもよい。
【０２６２】
第１室２６９に導入された水素系ガスの水素分圧と、第２室２７０に導入された熱媒体の水素分圧とは、図示しない水素センサにより測定される。第１室２６９の水素分圧は、第２室２７０の水素分圧の例えば１０〜１００００倍とすることが望ましい。一例として、第１室２６９の水素分圧を１０ｋＰａ〜１ＭＰａとし、第２室２７０の水素分圧を１Ｐａ〜１０ｋＰａとする。これにより、第１室２６９の水素が発熱体２６８を透過して第２室２７０へ移動する。発熱体２６８は、水素が透過することにより過剰熱を発生する。第２室２７０に熱媒体が流通することにより、発熱体２６８の過剰熱を熱媒体に伝達させることができ、かつ、第１室２６９の水素分圧に対し、第２室２７０の水素分圧を低くすることができる。
【０２６３】
熱媒体循環ライン２７６は熱利用装置２６７と接続している。発熱体２６８の過剰熱により加熱された熱媒体は、熱利用装置２６７において有効に利用することができる。熱利用装置２６７は、例えば、熱交換機、動力ユニット、熱電素子などである。熱交換機としては、例えば、熱媒体と気体との間で熱交換を行う装置、熱媒体と液体との間で熱交換を行う装置、熱媒体と固体との間で熱交換を行う装置が挙げられる。熱媒体と気体との間で熱交換を行う装置は、空調、ボイラーや燃焼炉の空気予熱、乾燥や加熱用熱風の生成などに用いられる。熱媒体と液体との間で熱交換を行う装置は、ボイラーの熱源、油加熱、化学反応槽などに用いられる。熱媒体と固体との間で熱交換を行う装置は、二重管式ロータリー加熱機、二重管内にて粒子状物質の加熱などに用いられる。動力ユニットとしては、スターリングエンジン、ＯＲＣＳ（Organic Rankine Cycle System）、熱電素子などが挙げられる。
【０２６４】
熱媒体循環ライン２７６には、熱媒体から水素を除去する水素除去部２８０が設けられている。水素除去部２８０は、熱媒体中の水素濃度の上昇を防止する。水素除去部２８０は、例えば、水素吸蔵金属、水素吸蔵合金、水素透過材料などで形成されたパイプや、水素透過膜で構成することができる。水素透過材料としては、例えば、ゴム、プラスチック、Ti、Niなどが挙げられる。水素除去部２８０により熱媒体から除去された水素は、図４８に示すように水素タンク２７５へ案内されるようにすることが望ましい。水素除去部２８０は連続運転または間欠運転が可能である。なお、水素除去部２８０は、熱媒体循環ライン２７６に設けずに、熱媒体循環ライン２７６から抜き出した熱媒体から水素を除去するようにしてもよい。
【０２６５】
温度調節部２７２は、発熱体２６８の温度を検出する温度センサ２８１と、発熱体２６８を加熱するヒータ２８２と、温度センサ２８１が検出した温度に基づいてヒータ２８２の出力の制御を行う出力制御部２８３とを有する。温度センサ２８１は、図４８では発熱体２６８の外面に設けられているが、発熱体２６８の温度を推定できる部分の温度を検出するようにしてもよい。ヒータ２８２は、発熱装置２６６の作動開始時や発熱体２６８の温度が低下した際に作動される。なお、ヒータ２８２は、図４８では熱媒体循環ライン２７６に設けられているが、これに代えて、例えば熱媒体循環ライン２７６に熱媒体を供給するために別途設けた配管（図示なし）に設けてもよい。この配管を流通する熱媒体がヒータ２８２により加熱されることで、加熱された熱媒体が熱媒体循環ライン２７６を介して第２室２７０へ案内され、発熱体２６８が加熱される。
【０２６６】
発熱装置２６６は、図示しない制御部を有し、この制御部により第１室２６９の水素分圧と第２室２７０の水素分圧とを制御するように構成されている。例えば、第１室２６９の水素分圧を上昇させ、第１室２６９と第２室２７０との水素分圧の差を大きくすることにより、水素透過量を増加させ、発熱体２６８の過剰熱の発生を促進することができる。また、第１室２６９の水素分圧を低下させ、第１室２６９と第２室２７０との水素分圧の差を小さくすることにより、水素透過量を減少させ、発熱体２６８の過剰熱の発生を抑制することができる。第１室２６９の水素分圧を変化させる代わりに、第２室２７０の水素分圧を低下または上昇させることにより、発熱体２６８の過剰熱の発生を促進または抑制することも可能である。第１室２６９の水素分圧と第２室２７０の水素分圧との両方を変化させてもよい。なお、流入口２７７における熱媒体の流量や温度を変化させることにより、発熱体２６８の過剰熱の発生を調整することもできる。
【０２６７】
以上のように、発熱装置２６６は、第１室内２６９と第２室内２７０との水素分圧の差を利用して水素が発熱体２６８を透過するように構成した。このため、発熱装置２６６では、例えば第２室内２７０を真空状態とするなどして、第１室内２６９と第２室内２７０との間で、圧力センサで得られる見かけの圧力の差を発生させる必要がない。したがって、発熱装置２６６は変形や破損の危険性が低減されている。
【０２６８】
また、熱利用システム２６５および発熱装置２６６は、発熱体２６８を熱エネルギー源として利用するので、安価、クリーン、安全にエネルギーを供給することができる。
【０２６９】
［第１変形例］
図４９に示すように、発熱装置２８６は、密閉容器２７１の内部に、複数の発熱体２６８で構成された発熱体ユニット２８７を有する。図４９では発熱体ユニット２８７は６つの発熱体２６８で構成されているが、発熱体ユニット２８７の数は特に限定されない。図４９では複数の発熱体２６８がヘッダー部２８８を介して水素導入ライン２７３と接続しているが、複数の水素導入ライン２７３を準備し、複数の発熱体２６８と複数の水素導入ライン２７３とをそれぞれ接続してもよい。発熱装置２８６は、複数の発熱体２６８で発熱体ユニット２８７を構成し、複数の発熱体２６８をヘッダー部２８８で接続していること以外は、発熱装置２６６と同じ構成とすることが可能である。このように、発熱装置２８６は、複数の発熱体２６８で構成された発熱体ユニット２８７を有するので、過剰熱の高出力化が図れる。
【０２７０】
発熱装置２８６は、複数の発熱体２６８のそれぞれにフィンを設けることが好ましい。複数の発熱体２６８のそれぞれにフィンを設けることにより、複数の発熱体２６８と熱媒体との熱交換効率が向上する。
【０２７１】
発熱装置２８６は、図４９では発熱体２６８の長手方向に沿って熱媒体が流通するように構成されているが、流入口２７７および流出口２７８を変更し、発熱体２６８の長手方向と直交する方向に熱媒体が流通するようにしてもよい。
【０２７２】
密閉容器２７１と発熱体ユニット２８７とで構成される発熱モジュールを複数準備し、複数の発熱モジュールを直列または並列に接続してもよい。発熱モジュールの数は特に限定されず、所望とする出力に応じて適宜変更できる。
【０２７３】
［第２変形例］
図５０に示すように、発熱体ユニット２９０は、内部に空間を有する平板型に形成されている。発熱体ユニット２９０は、例えば、縦の長さが８００ｍｍ、横の長さが６００ｍｍ、厚みが１５ｍｍとされている。図５０において、紙面上側は発熱体ユニット２９０の正面図、紙面下側は発熱体ユニット２９０の平面図を示す。発熱体ユニット２９０は水素導入ライン２７３と接続している。発熱体ユニット２９０の平面視における外形は、この例では四角形であるが、これに限定されず、多角形や丸形など適宜変更できる。
【０２７４】
発熱体ユニット２９０はフィン２９１を有する。フィン２９１は、発熱体ユニット２９０の外面に設けられている。図５０では、発熱体ユニット２９０の外面のうち、互いに対向する２つの面（平面および底面）にフィン２９１が設けられている。フィン２９１は、複数のリブ２９２により構成されている。複数のリブ２９２は、発熱体ユニット２９０の外面から突出している。フィン２９１の材料は、例えば、融点またはキュリー温度が８００℃以上の金属が用いられる。フィン２９１の材料の一例としてNi、Cu、Wなどが挙げられる。
【０２７５】
図５１に示すように、発熱体ユニット２９０は複数の発熱体２９３を有する。図５１は、発熱体ユニット２９０の断面図であり、発熱体ユニット２９０の内部の構造を示す。発熱体２９３は、箱型に形成された支持体２９４と、この支持体２９４の内面に設けられた複数の多層膜２９５とを有する。発熱体２９３は、多層膜２９５と、多層膜２９５に対応する支持体２９４の一部とで構成される。支持体２９４は、例えば支持体６１と同じ材料で形成される。多層膜２９５は、例えば多層膜６２と同じ構成とすることができる。支持体２９４には水素導入ライン２７３と接続する導入口２７４が設けられている。
【０２７６】
発熱体ユニット２９０の製造方法の一例を説明する。２つの板部材を準備し、各板部材の縁部分に曲げ加工を施す。曲げ加工では、板部材の縁部分を、当該板部材の平面方向に対し略直角に湾曲させる。各板部材の縁部分が向いている側の面に、例えばスパッタリング法などで多層膜２９５を形成する。そして、各板部材の縁部分同士を例えば溶接などにより接合する。２つの板部材の接合により支持体２９４が形成される。多層膜２９５と、多層膜２９５に対応する支持体２９４の一部とで発熱体２９３が構成される。そして、支持体２９４の外面にフィン２９１を設けることにより、発熱体ユニット２９０が得られる。なお、板部材の縁部分は、上記のように曲げ加工で形成する場合に限られず、別の板状の部材を用いて形成してもよい。また、多層膜２９５は、上記のようにスパッタリング法などで板部材に直接形成する場合に限られず、別途準備して板部材に張り付けてもよい。
【０２７７】
発熱体ユニット２９０は、製造が容易であり、製造コストを抑えることができる。また、発熱体ユニット２９０は、フィン２９１を有することにより、発熱体２９３と熱媒体との熱交換効率を向上させることができ、かつ、熱変形が防止されている。
【０２７８】
なお、発熱体１４（図４参照）や発熱体７４（図５参照）のように支持体の表面または裏面の少なくとも一方に多層膜を設けた発熱体を複数準備し、これら複数の発熱体を箱型に形成された容器に張り付けることにより、発熱体ユニットを形成することもできる。この場合の容器は支持体２９４と同じ材料で形成することが好ましい。
【０２７９】
［第３変形例］
図５２に示すように、発熱装置３００は、密閉容器２７１の内部に複数の発熱体ユニット２９０が設けられたものである。発熱体ユニット２９０の数は、図５２では２つであるが、適宜変更することができる。図５２では、紙面左側の発熱体ユニット２９０の断面図を示している。各発熱体ユニット２９０の内部空間が第１室３０２である。第１室３０２は、水素導入ライン２７３と接続する導入口２７４を有する。密閉容器２７１と発熱体ユニット２９０の間の空間が第２室３０３である。第２室３０３は、熱媒体循環ライン２７６と接続する流入口２７７および流出口２７８を有する。第１室３０２に水素系ガスが導入され、第２室３０３に熱媒体が導入されることにより、第１室３０２と第２室３０３との間で水素分圧の差が生じ、第１室３０２の水素が発熱体２９３を透過して第２室３０３へ移動する。発熱体２９３は、水素が透過することにより過剰熱を発生する。発熱装置３００は、複数の発熱体ユニット２９０を有することにより、過剰熱の高出力化が図れる。
【０２８０】
［その他の変形例］
熱利用装置１２は、格納容器４１と熱媒体流通部４２のみを備えるものでもよい。熱媒体流通部４２を流れる熱媒体は、種々の用途、例えば、家庭用暖房、家庭用給湯器、自動車用ヒータ、農業用暖房機、ロードヒータ、海水淡水化用熱源、地熱発電補助熱源などに用いられる。
【０２８１】
ガスタービン４３は、発電機４８と接続せずにモーターとして利用してもよい。蒸気タービン４５は、発電機４９と接続せずにモーターとして利用してもよい。スターリングエンジン４６は、発電機５０と接続せずにモーターとして利用してもよい。
【０２８２】
発熱体は、板状、筒状に形成されたものに限られない。例えば、発熱体は、水素吸蔵金属または水素吸蔵合金により形成された粉体を、水素を透過する材料（例えば、多孔質体、水素透過膜、およびプロトン導電体）により形成された容器に収容したものでもよい。
【０２８３】
熱利用システムは、上記各実施形態および上記各変形例で説明したものに限定されず、上記各実施形態および上記各変形例の発熱装置と熱利用装置とを適宜組み合わせることによって構成してもよい。
【符号の説明】
【０２８４】
10，95，100，105，110，115，120，130，135，140，145，155，165，170，190，200，205，215，220，260,265  熱利用システム
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  発熱装置
12，122，147，192，261,267  熱利用装置
14，74，75，80，90，98，160,268,293  発熱体
15，123，173，193，202，207，225,271  密閉容器
16,272  温度調節部
21，126，184，194，209，231,269  第１室
22，127，185，195，210，232,270  第２室
61，91，99，161,294  支持体
62，92，162,295  多層膜
71  第１層
72  第２層
77  第３層
82  第４層
222  発熱セル
【要約】
安価、クリーン、安全な熱エネルギー源を利用した新規な熱利用システムおよび発熱装置を提供する。熱利用システム１０は、水素の吸蔵と放出とにより熱を発生する発熱体１４と、発熱体１４により仕切られた第１室２１および第２室２２を有する密閉容器１５と、発熱体１４の温度を調節する温度調節部１６とを備える。第１室２１と第２室２２とは、水素の圧力が異なっている。発熱体１４は、多孔質体、水素透過膜、およびプロトン導電体のうち少なくともいずれかにより形成された支持体と、支持体に支持された多層膜とを有する。多層膜は、水素吸蔵金属または水素吸蔵合金により形成され、厚みが１０００ｎｍ未満である第１層と、第１層とは異なる水素吸蔵金属、水素吸蔵合金、またはセラミックスにより形成され、厚みが１０００ｎｍ未満である第２層とを有する。【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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