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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024158016
(43)【公開日】2024-11-08
(54)【発明の名称】発熱装置及び発熱方法
(51)【国際特許分類】
F24V 30/00 20180101AFI20241031BHJP
【ＦＩ】
F24V30/00 302
【審査請求】有
【請求項の数】6
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023072796
(22)【出願日】2023-04-26
(71)【出願人】
【識別番号】512261078
【氏名又は名称】株式会社クリーンプラネット
(74)【代理人】
【識別番号】110002675
【氏名又は名称】弁理士法人ドライト国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】吉野 伸
(72)【発明者】
【氏名】佐藤 允俊
(57)【要約】
【課題】環境温度の影響を低減しながら、ヒータにより加熱される発熱体の温度を確保し、発熱体による発熱効率を高めることができる発熱装置及び発熱方法を提供する。
【解決手段】周方向に離間した径が異なる複数の円筒状又は外周側ほど径が大きくなる断面が渦巻き状の支持体の表面に、水素の吸蔵放出により発熱する多層膜が形成された発熱体１４と、発熱体の中心のヒータ１２と、発熱体を格納する密閉容器１１と、密閉容器の内壁面と発熱体の最外層の間の円筒状の隔壁部１３と、密閉容器に水素含有ガスを供給する供給ラインと、水素含有ガスを排出する排出ラインと、を備え、ヒータの表面、発熱体の表面、及び隔壁部の内周面の間の各空間に水素透過を阻害しない熱伝導性物質１５が充填され、密閉容器の内壁面１１ａは高放射化処理が施され、隔壁部の外周面は、高放射化処理が施されている、又は、隔壁部は、放射率が０．６以上の材料からなる構成とする。
【選択図】図２
【解決手段】周方向に離間した径が異なる複数の円筒状又は外周側ほど径が大きくなる断面が渦巻き状の支持体の表面に、水素の吸蔵放出により発熱する多層膜が形成された発熱体１４と、発熱体の中心のヒータ１２と、発熱体を格納する密閉容器１１と、密閉容器の内壁面と発熱体の最外層の間の円筒状の隔壁部１３と、密閉容器に水素含有ガスを供給する供給ラインと、水素含有ガスを排出する排出ラインと、を備え、ヒータの表面、発熱体の表面、及び隔壁部の内周面の間の各空間に水素透過を阻害しない熱伝導性物質１５が充填され、密閉容器の内壁面１１ａは高放射化処理が施され、隔壁部の外周面は、高放射化処理が施されている、又は、隔壁部は、放射率が０．６以上の材料からなる構成とする。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
多孔質体、水素透過膜、及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、周方向に離間して配置された径が異なる複数の円筒状又は外周側ほど径が大きくなる断面が渦巻き状の形状である支持体の表面に、水素の吸蔵と放出とにより熱を発生する多層膜が形成された発熱体と、
前記発熱体の中心に設けられた柱状のヒータと、
前記発熱体を格納する密閉容器と、
前記密閉容器の内部において前記密閉容器の内壁面と前記発熱体の最外層の間に設けられた円筒状の隔壁部と、
前記密閉容器に水素を含むガスを供給する供給ラインと、
前記発熱体における前記水素の吸蔵と放出とにより前記発熱体における発熱に供した前記水素を含むガスを排出する排出ラインと、
を備え、
前記ヒータの表面、前記発熱体の表面、及び前記隔壁部の内周面の間の各空間に水素透過を阻害しない熱伝導性物質が充填されており、
前記密閉容器の内壁面は、高放射化処理が施された表面であり、
前記隔壁部の外周面は、高放射化処理が施された表面である、又は、前記隔壁部は、放射率が０．６以上の材料からなる
発熱装置。
前記発熱体の中心に設けられた柱状のヒータと、
前記発熱体を格納する密閉容器と、
前記密閉容器の内部において前記密閉容器の内壁面と前記発熱体の最外層の間に設けられた円筒状の隔壁部と、
前記密閉容器に水素を含むガスを供給する供給ラインと、
前記発熱体における前記水素の吸蔵と放出とにより前記発熱体における発熱に供した前記水素を含むガスを排出する排出ラインと、
を備え、
前記ヒータの表面、前記発熱体の表面、及び前記隔壁部の内周面の間の各空間に水素透過を阻害しない熱伝導性物質が充填されており、
前記密閉容器の内壁面は、高放射化処理が施された表面であり、
前記隔壁部の外周面は、高放射化処理が施された表面である、又は、前記隔壁部は、放射率が０．６以上の材料からなる
発熱装置。
【請求項2】
前記多層膜は、水素吸蔵金属又は水素吸蔵合金で形成された厚さ１０００ｎｍ未満の第１層と、前記第１層とは異なる水素吸蔵金属、水素吸蔵合金又はセラミックスで形成された厚さ１０００ｎｍ未満の第２層とを備える
請求項１に記載の発熱装置。
請求項１に記載の発熱装置。
【請求項3】
前記熱伝導性物質は、熱伝導性粒子又は熱伝導性メッシュにより構成されている
請求項１に記載の発熱装置。
請求項１に記載の発熱装置。
【請求項4】
前記密閉容器の内壁面は、黒化処理が施された表面である
請求項１に記載の発熱装置。
請求項１に記載の発熱装置。
【請求項5】
前記隔壁部の外周面は、黒化処理が施された表面である
請求項１に記載の発熱装置。
請求項１に記載の発熱装置。
【請求項6】
多孔質体、水素透過膜、及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、周方向に離間して配置された径が異なる複数の円筒状又は外周側ほど径が大きくなる断面が渦巻き状の形状である支持体の表面に、水素の吸蔵と放出とにより熱を発生する多層膜が形成された発熱体を、高放射化処理が施された内壁面を有する密閉容器に収容し、
前記発熱体の中心に柱状のヒータを設置し、
前記密閉容器の内部において前記密閉容器の内壁面と前記発熱体の最外層の間に、高放射化処理が施された外周面を有する、又は、放射率が０．６以上の材料からなる、円筒状の隔壁部を設け、
前記ヒータの表面、前記発熱体の表面、及び前記隔壁部の内周面の間の各空間に水素透過を阻害しない熱伝導性物質を充填し、
前記密閉容器に水素を含むガスを供給し、前記発熱体における前記水素の吸蔵と放出とにより前記発熱体において発熱させ、発熱に供した前記水素を含むガスを排出する
発熱方法。
前記発熱体の中心に柱状のヒータを設置し、
前記密閉容器の内部において前記密閉容器の内壁面と前記発熱体の最外層の間に、高放射化処理が施された外周面を有する、又は、放射率が０．６以上の材料からなる、円筒状の隔壁部を設け、
前記ヒータの表面、前記発熱体の表面、及び前記隔壁部の内周面の間の各空間に水素透過を阻害しない熱伝導性物質を充填し、
前記密閉容器に水素を含むガスを供給し、前記発熱体における前記水素の吸蔵と放出とにより前記発熱体において発熱させ、発熱に供した前記水素を含むガスを排出する
発熱方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、発熱装置及び発熱方法に関する。
【背景技術】
【0002】
水素吸蔵合金は、一定の反応条件の下で多量の水素を繰り返して吸蔵及び放出する特性を有しており、この水素の吸蔵と放出時にかなりの反応熱を伴うことが知られている。この反応熱を利用したヒートポンプシステム、熱輸送システム、冷熱（冷凍）システムなどの熱利用システムや水素貯蔵システムが提案されている（例えば、特許文献１，２参照）。
【0003】
ところで、本出願人などは、水素吸蔵合金などを用いた発熱体を備える発熱装置において、前記発熱体を、支持体とこの支持体に支持された多層膜とで構成することによって、当該発熱体への水素の吸蔵時と当該発熱体からの水素の放出時において熱が発生する知見を得た。そして、本出願人などは、このような知見に基づいて熱利用システム及び発熱装置を先に提案した（特許文献３参照）。
【0004】
具体的には、発熱装置の発熱体が備える支持体は、多孔質体、水素透過膜又はプロトン誘電体の少なくとも何れかで構成され、この支持体に支持される多層膜は、例えば、水素吸蔵金属又は水素吸蔵合金で構成された厚さ１０００ｎｍ未満の第１層と、前記第１層とは異なる水素吸蔵金属、水素吸蔵合金又はセラミックスで構成された厚さ１０００ｎｍ未満の第２層とを交互に積層することによって構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開昭５６－１００２７６号公報
【特許文献2】特開昭５８－０２２８５４号公報
【特許文献3】特許第６７４９０３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかしながら、特許文献３において提案された発熱装置において、環境温度の影響を低減しながら、発熱体の近傍に設けられるヒータにより加熱される発熱体の温度を確保し、発熱体による発熱効率を高めることが求められている。
【0007】
本発明は、環境温度の影響を低減しながら、発熱体の近傍に設けられるヒータにより加熱される発熱体の温度を確保し、発熱体による発熱効率を高めることができる発熱装置及び発熱方法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】
【0008】
本発明に係る発熱装置は、多孔質体、水素透過膜、及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、周方向に離間して配置された径が異なる複数の円筒状又は外周側ほど径が大きくなる断面が渦巻き状の形状である支持体の表面に、水素の吸蔵と放出とにより熱を発生する多層膜が形成された発熱体と、前記発熱体の中心に設けられた柱状のヒータと、前記発熱体を格納する密閉容器と、前記密閉容器の内部において前記密閉容器の内壁面と前記発熱体の最外層の間に設けられた円筒状の隔壁部と、前記密閉容器に水素を含むガスを供給する供給ラインと、前記発熱体における前記水素の吸蔵と放出とにより前記発熱体における発熱に供した前記水素を含むガスを排出する排出ラインと、を備え、前記ヒータの表面、前記発熱体の表面、及び前記隔壁部の内周面の間の各空間に水素透過を阻害しない熱伝導性物質が充填されており、前記密閉容器の内壁面は、高放射化処理が施された表面であり、前記隔壁部の外周面は、高放射化処理が施された表面である、又は、前記隔壁部は、放射率が０．６以上の材料からなる。
【0009】
本発明に係る発熱方法は、多孔質体、水素透過膜、及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、周方向に離間して配置された径が異なる複数の円筒状又は外周側ほど径が大きくなる断面が渦巻き状の形状である支持体の表面に、水素の吸蔵と放出とにより熱を発生する多層膜が形成された発熱体を、高放射化処理が施された内壁面を有する密閉容器に収容し、前記発熱体の中心に柱状のヒータを設置し、前記密閉容器の内部において前記密閉容器の内壁面と前記発熱体の最外層の間に、高放射化処理が施された外周面を有する、又は、放射率が０．６以上の材料からなる、円筒状の隔壁部を設け、前記ヒータの表面、前記発熱体の表面、及び前記隔壁部の内周面の間の各空間に水素透過を阻害しない熱伝導性物質を充填し、前記密閉容器に水素を含むガスを供給し、前記発熱体における前記水素の吸蔵と放出とにより前記発熱体において発熱させ、発熱に供した前記水素を含むガスを排出する。
【発明の効果】
【0010】
本発明によれば、環境温度の影響を低減しながら、発熱体の近傍に設けられるヒータにより加熱される発熱体の温度を確保し、発熱体による発熱効率を高めることができる発熱装置及び発熱方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】実施形態に係る発熱装置の構成を示すブロック図である。
【図2】密閉容器の内部に発熱体を格納してなる発熱装置主要部の断面図である。
【図3】発熱体の構造を示す断面図である。
【図4】第１層と第２層とを有する積層体の構造を示す断面図である。
【図5】過剰熱の発生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１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２変形例の発熱体を説明するための説明図である。
【図8】第３変形例に係る発熱装置の構成を示すブロック図である。
【図9】第４変形例に係る密閉容器の内部に発熱体を格納してなる発熱装置主要部の断面図である。
【図10】第１実験例に係る発熱装置の密閉容器内のシミュレーションにより求めた温度プロファイルを示すグラフである。
【図11】第２実験例に係る発熱装置の密閉容器内のシミュレーションにより求めた温度プロファイルを示すグラフである。
【図12】第３実験例に係る発熱装置の密閉容器内のシミュレーションにより求めた温度プロファイルを示すグラフである。
【図13】第４実験例に係る発熱装置の密閉容器内のシミュレーションにより求めた温度プロファイルを示すグラフである。
【図14】第５実験例に係る発熱装置の密閉容器内のシミュレーションにより求めた温度プロファイルを示すグラフである。
【図15】第６実験例に係る発熱装置の密閉容器内のシミュレーションにより求めた温度プロファイルを示すグラフである。
【図16】第７実験例に係る発熱装置の密閉容器内のシミュレーションにより求めた温度プロファイルを示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0012】
［実施形態］
本実施形態に係る発熱装置１について図１を参照して説明する。
本実施形態に係る発熱装置１について図１を参照して説明する。
【0013】
（発熱装置１）
図１は本実施形態に係る発熱装置１の構成を示すブロック図である。図示の発熱装置１は、密閉容器１１の内部に発熱体１４（後述）を格納してなる発熱装置主要部１０と、発熱体１４の温度を調整する温度調整部Ｔと、密閉容器１１に水素を含むガスを供給する供給ラインＬ１と、密閉容器１１内の水素を含むガスを排出する排出ラインを構成する排出配管２９と、発熱体１４へ吸蔵され、発熱体１４から放出された水素を供給ラインＬ１へと戻して回収する水素回収ラインＬ３とを備えている。以降においては、水素を含むガスを水素系ガスと称する。
図１は本実施形態に係る発熱装置１の構成を示すブロック図である。図示の発熱装置１は、密閉容器１１の内部に発熱体１４（後述）を格納してなる発熱装置主要部１０と、発熱体１４の温度を調整する温度調整部Ｔと、密閉容器１１に水素を含むガスを供給する供給ラインＬ１と、密閉容器１１内の水素を含むガスを排出する排出ラインを構成する排出配管２９と、発熱体１４へ吸蔵され、発熱体１４から放出された水素を供給ラインＬ１へと戻して回収する水素回収ラインＬ３とを備えている。以降においては、水素を含むガスを水素系ガスと称する。
【0014】
（発熱装置主要部１０）
発熱装置１の密閉容器１１に格納された発熱体１４の構造について図２を参照して説明する。図２は密閉容器１１の内部に発熱体１４を格納してなる発熱装置主要部１０の断面図である。図２に示すように、発熱装置主要部１０は、密閉容器１１に、ヒータ１２、隔壁部１３、及び発熱体１４が格納されて構成されている。
発熱装置１の密閉容器１１に格納された発熱体１４の構造について図２を参照して説明する。図２は密閉容器１１の内部に発熱体１４を格納してなる発熱装置主要部１０の断面図である。図２に示すように、発熱装置主要部１０は、密閉容器１１に、ヒータ１２、隔壁部１３、及び発熱体１４が格納されて構成されている。
【0015】
発熱体１４は、多孔質体、水素透過膜、及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、周方向に離間して配置された径が異なる複数の円筒状である支持体の表面に、水素の吸蔵と放出とにより熱を発生する多層膜が形成された構成（後述）を有する。図２においては４層の円筒状の支持体を有する４層構成の発熱体１４を示しているが、層の数は特に限定はない。各発熱体１４の間隔は特に限定はないが、例えば隣接する発熱体１４の間の周方向の距離が、それぞれ均等となるように設けられている。発熱体１４の層数は、特に限定はないが、例えば２層以上１３層以下とすることができる。
【0016】
ヒータ１２は、円柱状の形状を有し、発熱体１４の中心に設けられている。ヒータ１２は、円柱状に限定されず、円柱以外の柱状であってもよい。
【0017】
隔壁部１３は、円筒状の形状を有し、密閉容器１１の内部において密閉容器１１の内壁面１１ａと発熱体１４の最外層の間に設けられている。隔壁部１３は、例えば発熱体１４を構成する支持体と同様な材料により構成されている。
【0018】
ヒータ１２の表面、発熱体１４の表面、及び隔壁部１３の内周面の間の各空間に、水素透過を阻害しない熱伝導性物質１５が充填されている。熱伝導性物質１５は、例えば、熱伝導性粒子又は熱伝導性メッシュにより構成されている。熱伝導性粒子は、金属あるいはセラミックス等の熱伝導性の材料からなる粒子であり、例えば平均粒径が０．０１ｍｍ～１ｍｍ、具体的には０．１ｍｍである。熱伝導性メッシュは、例えば開口径が０．１ｍｍ～１０ｍｍの開口を有するパンチングメタルあるいは金属網状構造物等の金属材料からなるメッシュ、あるいは、同様の開口を有するセラミック材料からなるメッシュである。上記の熱伝導性粒子又は熱伝導性メッシュを構成する導電性材料としては、例えばステンレススチール、チタン、ニッケル合金、及び金（Ａｕ）等の金属、あるいは、窒化ケイ素、炭化ケイ素、アルミナ、及びジルコニア等のセラミック材料が挙げられる。
【0019】
密閉容器１１の内壁面１１ａは、高放射化処理が施された表面である。具体的には、密閉容器１１の内壁面１１ａは、黒化処理が施された表面である。黒化処理としては、例えばベンタブラック（オーシャンフォトニクス株式会社）等のブラックコーティング処理が挙げられる。
【0020】
隔壁部１３の外周面は、高放射化処理が施された表面である、あるいは、隔壁部１３は放射率が０．６以上の材料からなる。隔壁部１３の外周面は、密閉容器１１の内壁面１１ａと同様に、黒化処理等の高放射化処理が施された表面とすることができる。あるいは、隔壁部１３が、放射率が０．６以上の材料で形成されている場合には、隔壁部１３の外周面は高放射化処理がされていなくてもよい。放射率が０．６以上の材料は、例えば、窒化ケイ素及び炭化ケイ素が挙げられる。発熱体１４の放射率は０．１～０．２程度であり、隔壁部１３の外周面の放射率は発熱体１４の放射率より高いことが好ましい。
【0021】
密閉容器１１の外周には、所定温度の冷却水により密閉容器１１を外周から冷却する冷却装置（不図示）が設けられている。
【0022】
【0023】
ここでは、例えば、２５℃程度の水素系ガスが発熱体１４へ吸蔵され、発熱体１４から放出されることにより、当該水素系ガスが発熱体１４により加熱され、発熱体１４を透過した後には５０℃以上１０００℃以下、好ましくは６００℃以上１０００℃以下の水素系ガスとなる。水素系ガスが発熱体１４を透過する構成であってもよい。水素系ガスが透過する方向は特に限定はない。紙面左側末端の支持体６１から紙面右側末端の多層膜６２に向けて水素系ガスが透過する場合でもよく、紙面右側末端の多層膜６２から紙面左側末端の支持体６１に向けて水素系ガスが透過するようにしてもよい。
【0024】
支持体６１は、水素系ガスが発熱体１４へ吸蔵され、発熱体１４から放出されるのを可能にする構成であればよく、多孔質体、水素透過膜、及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、この例では表面及び裏面を有する板状に形成されている。多孔質体は、例えば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、水素吸蔵金属又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。
【0025】
図４に示すように、多層膜６２は、支持体６１に設けられる。多層膜６２は、水素吸蔵金属又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、水素吸蔵合金又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４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。
【0026】
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。
【0027】
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。
【0028】
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。
【0029】
図５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５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及び第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。
【0030】
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。
【0031】
次に発熱体１４の製造方法の一例を説明する。この場合、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又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及び第２層７２を交互に成膜する。これにより、支持体６１の表面に多層膜６２を有した積層体１４ａが形成される。なお、第１層７１及び第２層７２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及び第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、水素吸蔵金属又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又は水素吸蔵合金を析出させ、第１層７１及び第２層７２を交互に成膜してもよい。
【0032】
図４では、多層膜６２は、支持体６１の一方の面（例えば表面）に積層された構成としているが、これに限定されず、多層膜６２は、支持体６１の他方の面（例えば裏面）に積層された構成としてもよく、また、多層膜６２は、支持体６１の両方の面（表面及び裏面）に積層された構成としてもよい。
【0033】
以下、図１を参照して、発熱装置１について、発熱装置主要部１０以外の構成である、温度調整部Ｔ、供給ラインＬ１、排出配管２９、及び水素回収ラインＬ３についてそれぞれ説明する。
【0034】
（温度調整部Ｔ）
温度調整部Ｔは、発熱体１４の温度を調整して該発熱体１４を発熱に最適な温度（例えば、５０℃～１５００℃）に維持するものであって、ヒータ１２（図２参照）と、該ヒータ１２に電力を供給する電源２０と、ヒータ１２の温度を検出する熱電対などの温度センサ２１と、該温度センサ２１よって検出された温度に基づいて電源２０の出力を制御する制御部２２を備えている。なお、制御部２２は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）などの記憶部などを備えており、ＣＰＵにおいては、ＲＯＭやＲＡＭに格納されているプログラムやデータなどを用いて各種の演算処理が実行される。
温度調整部Ｔは、発熱体１４の温度を調整して該発熱体１４を発熱に最適な温度（例えば、５０℃～１５００℃）に維持するものであって、ヒータ１２（図２参照）と、該ヒータ１２に電力を供給する電源２０と、ヒータ１２の温度を検出する熱電対などの温度センサ２１と、該温度センサ２１よって検出された温度に基づいて電源２０の出力を制御する制御部２２を備えている。なお、制御部２２は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）などの記憶部などを備えており、ＣＰＵにおいては、ＲＯＭやＲＡＭに格納されているプログラムやデータなどを用いて各種の演算処理が実行される。
【0035】
（供給ラインＬ１）
供給ラインＬ１は、低温の水素と熱媒体を供給配管２３から密閉容器１１内へと供給するものであって、供給配管２３は、循環ポンプ２４の吐出側から延びており、その端部は、密閉容器１１に差し込まれて該密閉容器１１の上部に開口している。
供給ラインＬ１は、低温の水素と熱媒体を供給配管２３から密閉容器１１内へと供給するものであって、供給配管２３は、循環ポンプ２４の吐出側から延びており、その端部は、密閉容器１１に差し込まれて該密閉容器１１の上部に開口している。
【0036】
循環ポンプ２４の吸入側には、熱利用装置（不図示）から延びる回収配管２５が接続されており、循環ポンプ２４の吐出側から延びる供給配管２３には、バッファタンク２６と電動式の圧力調整弁（減圧弁）２７及びフィルタ２８が設けられている。そして、循環ポンプ２４と圧力調整弁２７は、制御部２２に電気的に接続されており、これらの循環ポンプ２４と圧力調整弁２７は、制御部２２から出力される制御信号によってその動作が制御される。なお、循環ポンプ２４には、例えば、メタルベローズポンプが使用される。
【0037】
バッファタンク２６は、水素と熱媒体を貯留してこれらの水素と熱媒体の流量の変動を吸収するためのものである。また、圧力調整弁２７は、制御部２２からの制御信号を受信してその開度が調整されることによって、バッファタンク２６から供給される水素と熱媒体の圧力を調整する機能を果たす。
【0038】
また、フィルタ２８は、水素と熱媒体に含まれる不純物を除去するためのものである。ここで、発熱体１４を透過する水素の量（水素透過量）は、発熱体１４の温度、発熱体１４の内外における圧力差、発熱体１４の外周面の表面状態に依存するが、水素に不純物が含まれている場合には、不純物が発熱体１４の外周面に付着して該発熱体１４の表面状態を悪化させることがある。発熱体１４の表面状態が悪化した場合には、該発熱体１４の多層膜６２の表面における水素分子の吸着及び解離が阻害されて水素透過量が減少するという不具合が発生する。発熱体１４の多層膜６２の表面における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、エタノールなど）、Ｃ、Ｓ、Ｓｉなどが考えられる。
【0039】
フィルタ２８が水素や熱媒体に含まれる不純物としての水（水蒸気を含む）、炭化水素、Ｃ、Ｓ、Ｓｉなどを除去することによって、発熱体１４における水素透過量の減少が抑制される。
【0040】
（排出配管２９）
排出配管２９は、密閉容器１１内に格納された発熱体１４を透過しなかった水素（非透過水素）を含む密閉容器１１内の水素系ガスを密閉容器１１の底部から密閉容器１１外へと排出するものである。排出配管２９には、水素分離器等の処理部３２ａが必要に応じて設けられており、この処理部３２ａを経た水素は、水素配管３３から回収配管２５へと戻される。
排出配管２９は、密閉容器１１内に格納された発熱体１４を透過しなかった水素（非透過水素）を含む密閉容器１１内の水素系ガスを密閉容器１１の底部から密閉容器１１外へと排出するものである。排出配管２９には、水素分離器等の処理部３２ａが必要に応じて設けられており、この処理部３２ａを経た水素は、水素配管３３から回収配管２５へと戻される。
【0041】
（水素回収ラインＬ３）
水素回収ラインＬ３は、密閉容器１１内に格納された発熱体１４における発熱に供された水素を含む水素系ガスを回収配管２５へと戻すラインであって、発熱体１４の円筒状の支持体６１の上端部に連結されたヘッダ３０から密閉容器１１の上部を貫通して上方へと延びる水素回収配管３１を回収配管２５に接続して構成されている。なお、発熱体１４の下端部は、封止又は不図示のヘッダに接続された構成となっていてもよい。
水素回収ラインＬ３は、密閉容器１１内に格納された発熱体１４における発熱に供された水素を含む水素系ガスを回収配管２５へと戻すラインであって、発熱体１４の円筒状の支持体６１の上端部に連結されたヘッダ３０から密閉容器１１の上部を貫通して上方へと延びる水素回収配管３１を回収配管２５に接続して構成されている。なお、発熱体１４の下端部は、封止又は不図示のヘッダに接続された構成となっていてもよい。
【0042】
（発熱装置１の作用）
次に、以上のように構成された発熱装置１の作用について説明する。
次に、以上のように構成された発熱装置１の作用について説明する。
【0043】
制御部２２からの制御信号によって循環ポンプ２４が駆動されると、該循環ポンプ２４から吐出される水素系ガスは、供給ラインＬ１の供給配管２３から密閉容器１１内の上部に導入される。なお、水素系ガスは、供給配管２３を流れる過程においてバッファタンク２６によって圧力変動が抑制されるとともに、圧力調整弁２７によって所定値に減圧される。
【0044】
また、発熱体１４に設けられたヒータ１２（図２参照）は、電源２０から供給される電力によって発熱し、発熱体１４を所定温度（例えば、５０℃～１５００℃）に加熱する。なお、前述のように発熱体１４の温度は、温度センサ２１によって検出される温度に基づいて電源２０の出力が制御部２２によって制御されることによって適正な値に調整される。
【0045】
上述のように、密閉容器１１内に導入された水素は、発熱体１４の多層膜６２を透過して上方に向かって流れてヘッダ３０内へと導入される。発熱装置１においては、各発熱体１４の外部に水素が供給され、各発熱体１４の内部の水素（透過水素）が排出されることによって、各発熱体１４の内外に水素分圧の差が生じ、この水素分圧の差によって水素が各発熱体１４の多層膜６２を透過し、この水素の透過によって各発熱体１４が発熱する。具体的には、各発熱体１４の多層膜６２の一方の表面（例えば支持体６１とは反対側の面）に水素分子が吸着し、この水素分子が２つの水素原子に解離する。そして、解離した水素原子が多層膜６２の内部に侵入（吸蔵）し、この水素原子が多層膜６２の他方の表面（例えば支持体６１と接する面）で再結合して水素分子として放出される。このように、水素原子が多層膜６２の表面から内周面へと移動する際に、この水素原子が異種物質界面７３（図５参照）を量子拡散によって透過し、あるいは、水素原子が異種物質界面７３を量子拡散によって拡散して、各発熱体１４において加熱温度以上の過剰熱を発生させることができる。発熱装置１においては、水素が各発熱体１４を連続的に透過することがあり、過剰熱を効率的に発生させることができる。
【0046】
上述のように、発熱体１４での吸蔵及び放出により該発熱体１４の発熱に供された水素を含む水素系ガスは、ヘッダ３０を介して水素回収配管３１を経て回収配管２５へと流れ、回収配管２５を流れる水素系ガスと合流し、水素系ガスは循環ポンプ２４によって昇圧された後、供給配管２３を通って密閉容器１１内に再び導入される。
【0047】
また、発熱体１４を透過しなかった水素（非透過水素）を含む密閉容器１１内の水素系ガスは、排出配管２９から密閉容器１１外へと排出され、水素分離器等の処理部３２ａを経て水素配管３３から回収配管２５へと戻される。
【0048】
密閉容器１１内において発熱体１４において発生した熱は、ヒータ１２の表面と隔壁部１３の内周面との間の空間では熱伝導により、隔壁部１３の外周面と密閉容器１１の内壁面１１ａとの間の空間では主に放射により伝導され、最終的に密閉容器１１の外周に設けられた冷却装置（不図示）の冷却水（熱媒体）に伝導される。熱媒体（冷却水）は、熱利用装置（不図示）へと輸送され、この熱媒体によって回収された熱が熱利用装置に供給される。
【0049】
以後、上記と同様の動作が繰り返されて水素系ガスが閉ループを循環し、その課程でこれらの水素系ガスが発熱体１４の発熱に供されるとともに、発熱体１４において発生した熱を回収した熱媒体（冷却水）が熱利用装置に供給され、この熱によって熱利用装置が駆動される。そして、熱利用装置の駆動に供されて温度の下がった冷却水（熱媒体）は再び冷却装置に戻され、以下、同様の作用が繰り返される。
【0050】
（発熱装置１の効果）
本実施形態の発熱装置１によれば、ヒータ１２の表面、発熱体１４の表面、及び隔壁部１３の内周面の間の各空間に、水素透過を阻害しない熱伝導性物質１５が充填されていることにより、複数の層からなる発熱体１４の層間の温度差を小さく保ちながらヒータ１２からの熱で発熱体１４の各層を加熱できる。また、密閉容器１１の内壁面１１ａは高放射化処理が施された表面であり、隔壁部１３の外周面は、高放射化処理が施された表面であるか、あるいは隔壁部１３は放射率が０．６以上の材料からなり、隔壁部１３の外周面と密閉容器１１の内壁面１１ａとの間の空間での熱伝導の機構が熱伝導物質１５による熱伝導より伝導率が低減された主に放射による熱伝導となることにより、環境温度の影響を低減しながら、熱を密閉容器１１の外部へと伝導できる。これらから、環境温度の影響を低減しながら、発熱体の近傍に設けられるヒータにより加熱される発熱体の温度を確保し、発熱体の層数を増加することが可能となり、発熱体による発熱効率を高めることができる。
本実施形態の発熱装置１によれば、ヒータ１２の表面、発熱体１４の表面、及び隔壁部１３の内周面の間の各空間に、水素透過を阻害しない熱伝導性物質１５が充填されていることにより、複数の層からなる発熱体１４の層間の温度差を小さく保ちながらヒータ１２からの熱で発熱体１４の各層を加熱できる。また、密閉容器１１の内壁面１１ａは高放射化処理が施された表面であり、隔壁部１３の外周面は、高放射化処理が施された表面であるか、あるいは隔壁部１３は放射率が０．６以上の材料からなり、隔壁部１３の外周面と密閉容器１１の内壁面１１ａとの間の空間での熱伝導の機構が熱伝導物質１５による熱伝導より伝導率が低減された主に放射による熱伝導となることにより、環境温度の影響を低減しながら、熱を密閉容器１１の外部へと伝導できる。これらから、環境温度の影響を低減しながら、発熱体の近傍に設けられるヒータにより加熱される発熱体の温度を確保し、発熱体の層数を増加することが可能となり、発熱体による発熱効率を高めることができる。
【0051】
（発熱方法）
本実施形態の発熱方法は、上記の本実施形態の発熱装置１を用いて実施できる。まず、多孔質体、水素透過膜、及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、周方向に離間して配置された径が異なる複数の円筒状である支持体６１の表面に、水素の吸蔵と放出とにより熱を発生する多層膜６２が形成された発熱体１４を、高放射化処理が施された内壁面１１ａを有する密閉容器１１に収容し、発熱体１４の中心に円柱状のヒータ１２を設置し、密閉容器１１の内部において密閉容器１１の内壁面１１ａと発熱体１４の最外層の間に、高放射化処理が施された外周面を有する、又は、放射率が０．６以上の材料からなる、円筒状の隔壁部１３を設ける。次に、ヒータ１２の表面、発熱体１４の表面、及び隔壁部１３の内周面の間の各空間に水素透過を阻害しない熱伝導性物質１５を充填する。続いて、密閉容器１１に水素を含むガスを供給し、発熱体１４における水素の吸蔵と放出とにより発熱体１４において発熱させ、発熱に供した水素を含むガスを排出する。
本実施形態の発熱方法は、上記の本実施形態の発熱装置１を用いて実施できる。まず、多孔質体、水素透過膜、及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、周方向に離間して配置された径が異なる複数の円筒状である支持体６１の表面に、水素の吸蔵と放出とにより熱を発生する多層膜６２が形成された発熱体１４を、高放射化処理が施された内壁面１１ａを有する密閉容器１１に収容し、発熱体１４の中心に円柱状のヒータ１２を設置し、密閉容器１１の内部において密閉容器１１の内壁面１１ａと発熱体１４の最外層の間に、高放射化処理が施された外周面を有する、又は、放射率が０．６以上の材料からなる、円筒状の隔壁部１３を設ける。次に、ヒータ１２の表面、発熱体１４の表面、及び隔壁部１３の内周面の間の各空間に水素透過を阻害しない熱伝導性物質１５を充填する。続いて、密閉容器１１に水素を含むガスを供給し、発熱体１４における水素の吸蔵と放出とにより発熱体１４において発熱させ、発熱に供した水素を含むガスを排出する。
【0052】
（発熱方法の効果）
本実施形態の発熱方法によれば、ヒータ１２の表面、発熱体１４の表面、及び隔壁部１３の内周面の間の各空間に、水素透過を阻害しない熱伝導性物質１５が充填されていることにより、複数の層からなる発熱体１４の層間の温度差を小さく保ちながらヒータ１２からの熱で発熱体１４の各層を加熱できる。また、密閉容器１１の内壁面１１ａが、高放射化処理が施された表面であり、隔壁部１３の外周面は、高放射化処理が施された表面であるか、あるいは隔壁部１３は放射率が０．６以上の材料からなり、隔壁部１３の外周面と密閉容器１１の内壁面１１ａとの間の空間での熱伝導の機構が熱伝導物質１５による熱伝導より伝導率が低減された主に放射による熱伝導となることにより、環境温度の影響を低減しながら、熱を密閉容器１１の外部へと伝導できる。これらから、環境温度の影響を低減しながら、発熱体の近傍に設けられるヒータにより加熱される発熱体の温度を確保し、発熱体の層数を増加することが可能となり、発熱体による発熱効率を高めることができる。
本実施形態の発熱方法によれば、ヒータ１２の表面、発熱体１４の表面、及び隔壁部１３の内周面の間の各空間に、水素透過を阻害しない熱伝導性物質１５が充填されていることにより、複数の層からなる発熱体１４の層間の温度差を小さく保ちながらヒータ１２からの熱で発熱体１４の各層を加熱できる。また、密閉容器１１の内壁面１１ａが、高放射化処理が施された表面であり、隔壁部１３の外周面は、高放射化処理が施された表面であるか、あるいは隔壁部１３は放射率が０．６以上の材料からなり、隔壁部１３の外周面と密閉容器１１の内壁面１１ａとの間の空間での熱伝導の機構が熱伝導物質１５による熱伝導より伝導率が低減された主に放射による熱伝導となることにより、環境温度の影響を低減しながら、熱を密閉容器１１の外部へと伝導できる。これらから、環境温度の影響を低減しながら、発熱体の近傍に設けられるヒータにより加熱される発熱体の温度を確保し、発熱体の層数を増加することが可能となり、発熱体による発熱効率を高めることができる。
【0053】
本発明は、上記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、実施形態の変形例について説明する。変形例の図面及び説明では、上記実施形態と同一又は同等の構成要素及び部材に対し同一の符号を付する。上記実施形態と重複する説明を適宜省略し、上記実施形態と相違する構成について重点的に説明する。
【0054】
［第１変形例］
発熱装置１は、発熱体１４の代わりに、図６に示す発熱体７５を備える。図６に示す発熱体７５は、積層体の多層膜６２が、第１層７１と第２層７２に加えて、第３層７７をさらに有する。第３層７７は、第１層７１及び第２層７２とは異なる水素吸蔵金属、水素吸蔵合金、又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。
発熱装置１は、発熱体１４の代わりに、図６に示す発熱体７５を備える。図６に示す発熱体７５は、積層体の多層膜６２が、第１層７１と第２層７２に加えて、第３層７７をさらに有する。第３層７７は、第１層７１及び第２層７２とは異なる水素吸蔵金属、水素吸蔵合金、又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。
【0055】
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。
【0056】
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及び異種物質界面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及び第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及び第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。
【0057】
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。
【0058】
［第２変形例］
発熱装置１は、発熱体１４の代わりに、図７に示す発熱体８０を備える。図７に示す発熱体８０は、積層体の多層膜６２が、第１層７１と第２層７２と第３層７７に加えて、第４層８２をさらに有する。第４層８２は、第１層７１、第２層７２及び第３層７７とは異なる水素吸蔵金属、水素吸蔵合金、又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及び異種物質界面７８と同様に、水素原子を透過させる。
発熱装置１は、発熱体１４の代わりに、図７に示す発熱体８０を備える。図７に示す発熱体８０は、積層体の多層膜６２が、第１層７１と第２層７２と第３層７７に加えて、第４層８２をさらに有する。第４層８２は、第１層７１、第２層７２及び第３層７７とは異なる水素吸蔵金属、水素吸蔵合金、又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及び異種物質界面７８と同様に、水素原子を透過させる。
【0059】
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。
【0060】
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、及び異種物質界面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及び第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及び第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。
【0061】
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。
【0062】
なお、複数の層からなる発熱体としては、図４に示す発熱体１４、図６に示す発熱体７５、及び図７に示す発熱体８０から２種以上を混合して用いてもよい。例えば、内周側の発熱体と外周側の発熱体とで、異なる層構成の発熱体を用いてもよい。複数の層構成の発熱体を、任意の順番で配置した構成としてもよい。また、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。
【0063】
［第３変形例］
図８は本変形例に係る発熱装置１ａの構成を示すブロック図である。図示の発熱装置１ａは、密閉容器１１の内部に発熱体１４を格納してなる発熱装置主要部１０と、発熱体１４の温度を調整する温度調整部Ｔと、密閉容器１１に水素系ガスを供給する供給ラインＬ１と、密閉容器１１内の水素系ガスを排出する排出ラインＬ２と、発熱体１４をへ吸蔵され、発熱体１４から放出された水素を供給ラインＬ１へと戻して回収する水素回収ラインＬ３とを備えている。水素系ガスは熱媒体を含む。熱媒体としては、熱伝導率に優れかつ化学的に安定したものが好ましく、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使用される。
図８は本変形例に係る発熱装置１ａの構成を示すブロック図である。図示の発熱装置１ａは、密閉容器１１の内部に発熱体１４を格納してなる発熱装置主要部１０と、発熱体１４の温度を調整する温度調整部Ｔと、密閉容器１１に水素系ガスを供給する供給ラインＬ１と、密閉容器１１内の水素系ガスを排出する排出ラインＬ２と、発熱体１４をへ吸蔵され、発熱体１４から放出された水素を供給ラインＬ１へと戻して回収する水素回収ラインＬ３とを備えている。水素系ガスは熱媒体を含む。熱媒体としては、熱伝導率に優れかつ化学的に安定したものが好ましく、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使用される。
【0064】
排出ラインＬ２は、密閉容器１１内に格納された発熱体１４を透過しなかった水素（非透過水素）を含む水素系ガスを密閉容器１１の底部から延びる排出配管２９から密閉容器１１外へと排出するものである。非透過水素と熱媒体は、発熱体１４によって加熱されて高温となる。排出配管２９には、水素と熱媒体とを分離するための水素分離器３２が設けられており、この水素分離器３２によって分離された水素は、水素配管３３から回収配管２５へと戻される。また、水素分離器３２において水素が分離除去された熱媒体は、熱利用装置（不図示）へと輸送され、この熱媒体によって回収された熱が熱利用装置に供給される。
【0065】
上記を除いては、上記の実施形態の発熱装置１と同様の構成である。上記の実施形態の発熱装置１は、密閉容器１１の外周に冷却装置（不図示）が設けられた構成であるが、本変形例では冷却装置は設けられていなくてもよい。冷却装置が設けた場合には、上記の実施形態と同様に冷却水に熱を伝導して熱を回収することもできる。
【0066】
本変形例の発熱装置１ａによれば、環境温度の影響を低減しながら、発熱体の近傍に設けられるヒータにより加熱される発熱体の温度を確保し、発熱体の層数を増加することが可能となり、発熱体による発熱効率を高めることができる。
【0067】
［第４変形例］
発熱体１４は、周方向に離間して配置された径が異なる複数の円筒状に限定されず、外周側ほど径が大きくなる断面が渦巻き状の形状であってもよい。図９は、本変形例に係る密閉容器１１の内部に発熱体１４Ｘを格納してなる発熱装置主要部１０Ｘの断面図である。図９に示した発熱体１４Ｘは、外周側ほど径が大きくなる断面が渦巻き状の形状である。発熱体１４Ｘの巻き数は、図２に示した発熱体１４の層数と同程度である。上記を除いては、上記の実施形態の発熱装置１と同様の構成である。
発熱体１４は、周方向に離間して配置された径が異なる複数の円筒状に限定されず、外周側ほど径が大きくなる断面が渦巻き状の形状であってもよい。図９は、本変形例に係る密閉容器１１の内部に発熱体１４Ｘを格納してなる発熱装置主要部１０Ｘの断面図である。図９に示した発熱体１４Ｘは、外周側ほど径が大きくなる断面が渦巻き状の形状である。発熱体１４Ｘの巻き数は、図２に示した発熱体１４の層数と同程度である。上記を除いては、上記の実施形態の発熱装置１と同様の構成である。
【0068】
［第１実験例］
図１０は第１実験例に係る発熱装置の密閉容器内のシミュレーションにより求めた温度プロファイルを示すグラフである。上記の実施形態の発熱装置において、ヒータの外周に設けられる発熱体の層数を４層とし、発熱体から数えると５層目となる隔壁部を設け、ヒータの表面から隔壁部の内周面までの空間に充填された熱伝導性物質の熱伝導率を０．３Ｗ／ｍ／Ｋ、密閉容器の内壁面の放射率を０．４５、隔壁部の外周面の放射率を０．１８とし、ヒータの出力を３０Ｗ、発熱部における過剰熱を２７０Ｗ、冷却水量０．６Ｌ／ｍｉｎ、冷却水温度２５℃、として発熱装置を駆動した時の密閉容器内の温度プロファイルをシミュレーションにより求めた。結果を図１０中のグラフｂで示す。横軸はヒータの中心から密閉容器までの周方向の位置（ｍｍ）を示し、縦軸は温度（℃）を示す。ここで、密閉容器の内壁面と隔壁部の外周面は高放射化処理が施されていない表面である。図１０において、ヒータの表面ＨＳ、ヒータの表面ＨＳから隔壁部の内周面までの領域Ａ１、隔壁部の外周面から密閉容器の内周面までの領域Ａ２、及び密閉容器ＣＨの位置をそれぞれ示し、発熱体が水素の透過により発熱するのに十分な温度Ｔ１を示す。領域Ａ１は主として熱伝導性物質により熱伝導がなされる領域であり、領域Ａ２は放射により熱伝導がなされる領域である。また、図１０において、グラフｂにおける発熱体から数えると５層目となる隔壁部の位置Ｌ５（ｂ）を示す。
図１０は第１実験例に係る発熱装置の密閉容器内のシミュレーションにより求めた温度プロファイルを示すグラフである。上記の実施形態の発熱装置において、ヒータの外周に設けられる発熱体の層数を４層とし、発熱体から数えると５層目となる隔壁部を設け、ヒータの表面から隔壁部の内周面までの空間に充填された熱伝導性物質の熱伝導率を０．３Ｗ／ｍ／Ｋ、密閉容器の内壁面の放射率を０．４５、隔壁部の外周面の放射率を０．１８とし、ヒータの出力を３０Ｗ、発熱部における過剰熱を２７０Ｗ、冷却水量０．６Ｌ／ｍｉｎ、冷却水温度２５℃、として発熱装置を駆動した時の密閉容器内の温度プロファイルをシミュレーションにより求めた。結果を図１０中のグラフｂで示す。横軸はヒータの中心から密閉容器までの周方向の位置（ｍｍ）を示し、縦軸は温度（℃）を示す。ここで、密閉容器の内壁面と隔壁部の外周面は高放射化処理が施されていない表面である。図１０において、ヒータの表面ＨＳ、ヒータの表面ＨＳから隔壁部の内周面までの領域Ａ１、隔壁部の外周面から密閉容器の内周面までの領域Ａ２、及び密閉容器ＣＨの位置をそれぞれ示し、発熱体が水素の透過により発熱するのに十分な温度Ｔ１を示す。領域Ａ１は主として熱伝導性物質により熱伝導がなされる領域であり、領域Ａ２は放射により熱伝導がなされる領域である。また、図１０において、グラフｂにおける発熱体から数えると５層目となる隔壁部の位置Ｌ５（ｂ）を示す。
【0069】
グラフｂの温度プロファイルを示す上記の発熱装置に対して、隔壁部を設けず、熱伝導性物質を充填しないことのみが異なる発熱装置において、上記と同様にヒータの出力を３０Ｗ、発熱部における過剰熱を２７０Ｗ、冷却水量０．６Ｌ／ｍｉｎ、冷却水温度２５℃、として発熱装置を駆動した時の密閉容器内の温度プロファイルをシミュレーションにより求めた。結果を図１０中のグラフａで示す。
【0070】
グラフｂの発熱体から数えると５層目となる隔壁部の位置Ｌ５（ｂ）の温度は、発熱体が水素の透過により発熱するのに十分な温度Ｔ１より高かった。グラフａでは、ヒータの表面の温度はヒータの耐熱温度１０００℃を超えていた。グラフａ及びｂの比較から、隔壁部を設け、熱伝導性物質を充填することにより、ヒータの表面の温度を４００℃程度下げても、発熱体は水素の透過により発熱するのに十分な温度Ｔ１以上の温度を確保していた。
【0071】
［第２実験例］
図１１は第２実験例に係る発熱装置の密閉容器内のシミュレーションにより求めた温度プロファイルを示すグラフである。図１１中のグラフｃは、図１０中のグラフｂと同一の温度プロファイルであり、上記の実施形態の発熱装置において、ヒータの外周に設けられる発熱体の層数を４層とし、発熱体から数えると５層目となる隔壁部を設け、ヒータの表面から隔壁部の内周面までの空間に充填された熱伝導性物質の熱伝導率を０．３Ｗ／ｍ／Ｋ、密閉容器の内壁面の放射率を０．４５、隔壁部の外周面の放射率を０．１８とし、ヒータの出力を３０Ｗ、発熱部における過剰熱を２７０Ｗ、冷却水量０．６Ｌ／ｍｉｎ、冷却水温度２５℃、として発熱装置を駆動した時の温度プロファイルである。ここで、密閉容器の内壁面と隔壁部の外周面は高放射化処理が施されていない表面である。図１１において、グラフｃにおける発熱体から数えると５層目となる隔壁部の位置Ｌ５（ｃ）を示す。
図１１は第２実験例に係る発熱装置の密閉容器内のシミュレーションにより求めた温度プロファイルを示すグラフである。図１１中のグラフｃは、図１０中のグラフｂと同一の温度プロファイルであり、上記の実施形態の発熱装置において、ヒータの外周に設けられる発熱体の層数を４層とし、発熱体から数えると５層目となる隔壁部を設け、ヒータの表面から隔壁部の内周面までの空間に充填された熱伝導性物質の熱伝導率を０．３Ｗ／ｍ／Ｋ、密閉容器の内壁面の放射率を０．４５、隔壁部の外周面の放射率を０．１８とし、ヒータの出力を３０Ｗ、発熱部における過剰熱を２７０Ｗ、冷却水量０．６Ｌ／ｍｉｎ、冷却水温度２５℃、として発熱装置を駆動した時の温度プロファイルである。ここで、密閉容器の内壁面と隔壁部の外周面は高放射化処理が施されていない表面である。図１１において、グラフｃにおける発熱体から数えると５層目となる隔壁部の位置Ｌ５（ｃ）を示す。
【0072】
グラフｃの温度プロファイルを示す上記の発熱装置に対して、密閉容器の内壁面の放射率を０．９、隔壁部の外周面の放射率を０．９とし、黒化処理により高放射化された表面としたことのみが異なる発熱装置において、上記と同様にヒータの出力を３０Ｗ、発熱部における過剰熱を２７０Ｗ、冷却水量０．６Ｌ／ｍｉｎ、冷却水温度２５℃、として発熱装置を駆動した時の密閉容器内の温度プロファイルをシミュレーションにより求めた。結果を図１１中のグラフｄで示す。図１１において、グラフｄにおける発熱体から数えると５層目となる隔壁部の位置Ｌ５（ｄ）を示す。
【0073】
グラフｄにおいて発熱体から数えると５層目となる隔壁部の位置Ｌ５（ｄ）の温度は、発熱体が水素の透過により発熱するのに十分な温度Ｔ１より低かった。グラフｃ及びｄの比較から、密閉容器の内壁面の放射率を０．９、隔壁部の外周面の放射率を０．９として黒化処理により高放射化された表面とすることにより、ヒータの表面の温度は３００℃以上低下した。ヒータの表面の温度が３００℃以上低下したので、発熱体の層数や巻き数を増加させることができることが確認された。
【0074】
［第３実験例］
図１２は第３実験例に係る発熱装置の密閉容器内のシミュレーションにより求めた温度プロファイルを示すグラフである。図１２中のグラフｅは、図１１中のグラフｄと同一の温度プロファイルであり、上記の実施形態の発熱装置において、ヒータの外周に設けられる発熱体の層数を４層とし、発熱体から数えると５層目となる隔壁部を設け、ヒータの表面から隔壁部の内周面までの空間に充填された熱伝導性物質の熱伝導率を０．３Ｗ／ｍ／Ｋ、密閉容器の内壁面の放射率を０．９、隔壁部の外周面の放射率を０．９とし、ヒータの出力を３０Ｗ、発熱部における過剰熱を２７０Ｗ、冷却水量０．６Ｌ／ｍｉｎ、冷却水温度２５℃、として発熱装置を駆動した時の温度プロファイルである。ここで、密閉容器の内壁面と隔壁部の外周面は黒化処理による高放射化が施された表面である。図１２において、グラフｅに対応する、ヒータの表面ＨＳから隔壁部の内周面までの領域Ａ１（ｅ）、及び隔壁部の外周面から密閉容器の内周面までの領域Ａ２（ｅ）を示す。領域Ａ１（ｅ）は主として熱伝導性物質により熱伝導がなされる領域であり、領域Ａ２（ｅ）は放射により熱伝導がなされる領域である。図１２において、グラフｅにおける発熱体から数えると５層目となる隔壁部の位置Ｌ５（ｅ）を示す。
図１２は第３実験例に係る発熱装置の密閉容器内のシミュレーションにより求めた温度プロファイルを示すグラフである。図１２中のグラフｅは、図１１中のグラフｄと同一の温度プロファイルであり、上記の実施形態の発熱装置において、ヒータの外周に設けられる発熱体の層数を４層とし、発熱体から数えると５層目となる隔壁部を設け、ヒータの表面から隔壁部の内周面までの空間に充填された熱伝導性物質の熱伝導率を０．３Ｗ／ｍ／Ｋ、密閉容器の内壁面の放射率を０．９、隔壁部の外周面の放射率を０．９とし、ヒータの出力を３０Ｗ、発熱部における過剰熱を２７０Ｗ、冷却水量０．６Ｌ／ｍｉｎ、冷却水温度２５℃、として発熱装置を駆動した時の温度プロファイルである。ここで、密閉容器の内壁面と隔壁部の外周面は黒化処理による高放射化が施された表面である。図１２において、グラフｅに対応する、ヒータの表面ＨＳから隔壁部の内周面までの領域Ａ１（ｅ）、及び隔壁部の外周面から密閉容器の内周面までの領域Ａ２（ｅ）を示す。領域Ａ１（ｅ）は主として熱伝導性物質により熱伝導がなされる領域であり、領域Ａ２（ｅ）は放射により熱伝導がなされる領域である。図１２において、グラフｅにおける発熱体から数えると５層目となる隔壁部の位置Ｌ５（ｅ）を示す。
【0075】
グラフｅの温度プロファイルを示す上記の発熱装置に対して、発熱体の層数を７層としたことのみが異なる発熱装置において、上記と同様にヒータの出力を３０Ｗ、発熱部における過剰熱を５５０Ｗ、冷却水量０．６Ｌ／ｍｉｎ、冷却水温度２５℃、として発熱装置を駆動した時の密閉容器内の温度プロファイルをシミュレーションにより求めた。結果を図１２中のグラフｆで示す。
【0076】
グラフｆの温度プロファイルを示す上記の発熱装置に対して、冷却水量を６Ｌ／ｍｉｎとしたことのみ異なるようにして発熱装置を駆動した時の密閉容器内の温度プロファイルをシミュレーションにより求めた。結果を図１２中のグラフｇで示す。
【0077】
グラフｆの温度プロファイルを示す上記の発熱装置に対して、冷却水温度を２００℃としたことのみ異なるようにして発熱装置を駆動した時の密閉容器内の温度プロファイルをシミュレーションにより求めた。結果を図１２中のグラフｈで示す。
【0078】
図１２において、グラフｆ，ｇ，ｈに対応する、ヒータの表面ＨＳから隔壁部の内周面までの領域Ａ１（ｆ，ｇ，ｈ）、及び隔壁部の外周面から密閉容器の内周面までの領域Ａ２（ｆ，ｇ，ｈ）を示す。領域Ａ１（ｆ，ｇ，ｈ）は主として熱伝導性物質により熱伝導がなされる領域であり、領域Ａ２（ｆ，ｇ，ｈ）は放射により熱伝導がなされる領域である。また、図１２において、グラフｆ，ｇ，ｈにおいて７層目の発熱体の位置Ｌ７（ｆ，ｇ，ｈ）と、発熱体から数えると８層目となる隔壁部の位置Ｌ８（ｆ，ｇ，ｈ）とを示す。
【0079】
グラフｆ，ｇ，ｈにおいて７層目の発熱体より内周側の発熱体の温度は発熱体が水素の透過により発熱するのに十分な温度Ｔ１より高かったが、グラフｆ，ｇ，ｈにおいて７層目の発熱体の位置Ｌ７（ｆ，ｇ，ｈ）の温度と、発熱体から数えると８層目となる隔壁部の位置Ｌ８（ｆ，ｇ，ｈ）の温度とは、発熱体が水素の透過により発熱するのに十分な温度Ｔ１より低かった。グラフｆ，ｇ，ｈに示されるように、発熱体の層数を４層から７層に増加させることで過剰熱を増加させることができ、この時のヒータ表面の温度は１０００℃以下に留まっていた。冷却水の温度及び量は、発熱体の温度への影響は小さかった。
【0080】
［第４実験例］
図１３は第４実験例に係る発熱装置の密閉容器内のシミュレーションにより求めた温度プロファイルを示すグラフである。上記の実施形態の発熱装置において、ヒータの外周に設けられる発熱体の層数を１０層とし、発熱体から数えると１１層目となる隔壁部を設け、ヒータの表面から隔壁部の内周面までの空間に充填された熱伝導性物質の熱伝導率を０．６Ｗ／ｍ／Ｋ、密閉容器の内壁面の放射率を０．９、隔壁部の外周面の放射率を０．９とし、ヒータの出力を３０Ｗ、発熱部における過剰熱を９００Ｗ、冷却水量０．６Ｌ／ｍｉｎ、冷却水温度２５℃、として発熱装置を駆動した時の密閉容器内の温度プロファイルをシミュレーションにより求めた。結果を図１３中のグラフｉで示す。ここで、密閉容器の内壁面と隔壁部の外周面は黒化処理による高放射化が施された表面である。
図１３は第４実験例に係る発熱装置の密閉容器内のシミュレーションにより求めた温度プロファイルを示すグラフである。上記の実施形態の発熱装置において、ヒータの外周に設けられる発熱体の層数を１０層とし、発熱体から数えると１１層目となる隔壁部を設け、ヒータの表面から隔壁部の内周面までの空間に充填された熱伝導性物質の熱伝導率を０．６Ｗ／ｍ／Ｋ、密閉容器の内壁面の放射率を０．９、隔壁部の外周面の放射率を０．９とし、ヒータの出力を３０Ｗ、発熱部における過剰熱を９００Ｗ、冷却水量０．６Ｌ／ｍｉｎ、冷却水温度２５℃、として発熱装置を駆動した時の密閉容器内の温度プロファイルをシミュレーションにより求めた。結果を図１３中のグラフｉで示す。ここで、密閉容器の内壁面と隔壁部の外周面は黒化処理による高放射化が施された表面である。
【0081】
グラフｉの温度プロファイルを示す上記の発熱装置に対して、冷却水量を６Ｌ／ｍｉｎとしたことのみ異なるようにして発熱装置を駆動した時の密閉容器内の温度プロファイルをシミュレーションにより求めた。結果を図１３中のグラフｊで示す。
【0082】
グラフｉの温度プロファイルを示す上記の発熱装置に対して、冷却水量を６Ｌ／ｍｉｎとし、冷却水温度を２００℃としたことのみ異なるようにして発熱装置を駆動した時の密閉容器内の温度プロファイルをシミュレーションにより求めた。結果を図１３中のグラフｋで示す。
【0083】
図１３において、グラフｉ，ｋにおいて１０層目の発熱体の位置Ｌ１０（ｉ，ｋ）と、発熱体から数えると１１層目となる隔壁部の位置Ｌ１１（ｉ，ｋ）とを示す。また、グラフｊにおいて１０層目の発熱体の位置Ｌ１０（ｊ）と、発熱体から数えると１１層目となる隔壁部の位置Ｌ１１（ｊ）とを示す。
【0084】
グラフｉ，ｋにおける１０層目の発熱体の位置Ｌ１０（ｉ，ｋ）の温度と、グラフｊにおける１０層目の発熱体の位置Ｌ１０（ｊ）の温度とは、発熱体が水素の透過により発熱するのに十分な温度Ｔ１より高かった。グラフｆ，ｇ，ｈに示されるように、発熱体の層数を１０層に増加させることで過剰熱をさらに増加させることができ、この時のヒータ表面の温度は１０００℃以下に留まっていた。冷却水の温度及び量は、発熱体の温度への影響は小さかった。
【0085】
上記の第１～第４実験例から、以下のように考察される。発熱層の層間の温度差を小さくするためには、ヒータの表面から隔壁部の内周面までの空間に充填された熱伝導性物質の熱伝導率を高め、例えばセラミックスの熱伝導率と同等とすることが好ましい。また、発熱体の最外層の温度は、発熱体の発熱量、即ち発熱体の層数に依存すると考えられ、発熱体の最外層の温度を発熱体が水素の透過により発熱するのに十分な温度Ｔ１より高めるためには、発熱体の層数を増加させることが好ましい。
【0086】
密閉容器の外部の影響により温度が低められても、最外周の発熱体の位置において発熱体が水素の透過により発熱するのに十分な温度Ｔ１より高くなるように設計することが求められるが、密閉容器の外部の影響により温度が低められる条件としては、例えば冷却水の水量を１７Ｌ／ｍｉｎ（１ｔ／ｈ相当）にまで増加させ、冷却水の温度を２５℃とすることが考えられる。
【0087】
［第５実験例］
図１４は第５実験例に係る発熱装置の密閉容器内のシミュレーションにより求めた温度プロファイルを示すグラフである。上記の実施形態の発熱装置において、ヒータの外周に設けられる発熱体の層数を１３層とし、発熱体から数えると１４層目となる隔壁部を設け、ヒータの表面から隔壁部の内周面までの空間に充填された熱伝導性物質の熱伝導率を４Ｗ／ｍ／Ｋ、密閉容器の内壁面の放射率を０．９、隔壁部の外周面の放射率を０．９とし、ヒータの出力を０Ｗ、発熱部における過剰熱を１３００Ｗ、冷却水量１７Ｌ／ｍｉｎ、冷却水温度２５℃、として発熱装置を駆動した時の密閉容器内の温度プロファイルをシミュレーションにより求めた。結果を図１４中のグラフｌで示す。ここで、密閉容器の内壁面と隔壁部の外周面は黒化処理による高放射化が施された表面である。
図１４は第５実験例に係る発熱装置の密閉容器内のシミュレーションにより求めた温度プロファイルを示すグラフである。上記の実施形態の発熱装置において、ヒータの外周に設けられる発熱体の層数を１３層とし、発熱体から数えると１４層目となる隔壁部を設け、ヒータの表面から隔壁部の内周面までの空間に充填された熱伝導性物質の熱伝導率を４Ｗ／ｍ／Ｋ、密閉容器の内壁面の放射率を０．９、隔壁部の外周面の放射率を０．９とし、ヒータの出力を０Ｗ、発熱部における過剰熱を１３００Ｗ、冷却水量１７Ｌ／ｍｉｎ、冷却水温度２５℃、として発熱装置を駆動した時の密閉容器内の温度プロファイルをシミュレーションにより求めた。結果を図１４中のグラフｌで示す。ここで、密閉容器の内壁面と隔壁部の外周面は黒化処理による高放射化が施された表面である。
【0088】
グラフｌの温度プロファイルを示す上記の発熱装置に対して、冷却水の温度を６００℃としたことのみ異なるようにして発熱装置を駆動した時の密閉容器内の温度プロファイルをシミュレーションにより求めた。結果を図１４中のグラフｍで示す。
【0089】
図１４において、グラフｌにおいて１３層目の発熱体の位置Ｌ１３（ｌ）と、発熱体から数えると１４層目となる隔壁部の位置Ｌ１４（ｌ）とを示す。また、グラフｍにおいて１３層目の発熱体の位置Ｌ１３（ｍ）と、発熱体から数えると１４層目となる隔壁部の位置Ｌ１４（ｍ）とを示す。
【0090】
グラフｌにおける１３層目の発熱体の位置Ｌ１３（ｌ）の温度と、グラフｍにおける１３層目の発熱体の位置Ｌ１３（ｍ）の温度とは、発熱体が水素の透過により発熱するのに十分な温度Ｔ１より高かった。グラフｍに示されるように、冷却水温度を６００℃としても、ヒータ表面の温度は１０００℃以下に留まっていた。
【0091】
以下に、熱伝導性物質の熱伝導率について考察する。流体が単層の場合の流体静止時の充填層の有効熱伝導率は、下記式（１）で示される。
【0092】
【数1】
【0093】
ここで、ｋe
0は充填層の有効熱伝導率、ｋfは気体の熱伝導率、εは平均空隙率、ｈrvは空隙率、充填物質の放射率と温度の関数、ｄpは充填物資の平均粒子径、ξは平均空隙率、充填物質の放射率・平均粒子径、温度、気体の熱伝導率の関数、ｋpは充填物質の熱伝導率である。
【0094】
粒子と気体とが充填されて充填層が形成された場合の充填層の熱伝導率は、表１に示すように算出される。ここでは、粒子は窒化ケイ素からなり、気体としてＨ２及びＡｒを例とする。表１は、気体、気体の圧力（Ｐａ）、気体の熱伝導率（Ｗ／ｍ／Ｋ）、粒子の熱伝導率（Ｗ／ｍ／Ｋ）、粒子の充填率、及び充填層の熱伝導率（Ｗ／ｍ／Ｋ）をまとめて示す。
【0095】
【表1】
【0096】
表１に示すように、窒化ケイ素粒子とＨ２とを用いた場合、Ｈ２を４００Ｐａの高圧で用いると、充填層の熱伝導率は７．７Ｗ／ｍ／Ｋまでの高い値が得られる。気体の種類と粒子の組成の選択により、例えば４Ｗ／ｍ／Ｋ程度の熱伝導率は十分に実現可能な範囲となっている。
【0097】
［第６実験例］
図１５は第６実験例に係る発熱装置の密閉容器内のシミュレーションにより求めた温度プロファイルを示すグラフである。上記の実施形態の発熱装置において、ヒータの外周に設けられる発熱体の層数を１３層とし、発熱体から数えると１４層目となる隔壁部を設け、ヒータの表面から隔壁部の内周面までの空間に充填された熱伝導性物質の熱伝導率を４Ｗ／ｍ／Ｋ、密閉容器の内壁面の放射率を０．９、隔壁部の外周面の放射率を０．９とした発熱装置で、ヒータによる加熱開始時（即ち、過剰熱０Ｗの時点）としたときの密閉容器内の温度プロファイルをシミュレーションにより求めた。ヒータの出力を２００Ｗ～１０００Ｗとし、冷却水量１７Ｌ／ｍｉｎ、冷却水温度２５℃とした。結果を図１５中のグラフｎ，ｏ，ｐ，ｑ，ｒで示す。グラフｎはヒータ出力１０００Ｗ、グラフｏはヒータ出力８００Ｗ、グラフｐはヒータ出力６００Ｗ、グラフｑはヒータ出力４００Ｗ、グラフｒはヒータ出力２００Ｗに対応する。ここで、密閉容器の内壁面と隔壁部の外周面は黒化処理による高放射化が施された表面である。
図１５は第６実験例に係る発熱装置の密閉容器内のシミュレーションにより求めた温度プロファイルを示すグラフである。上記の実施形態の発熱装置において、ヒータの外周に設けられる発熱体の層数を１３層とし、発熱体から数えると１４層目となる隔壁部を設け、ヒータの表面から隔壁部の内周面までの空間に充填された熱伝導性物質の熱伝導率を４Ｗ／ｍ／Ｋ、密閉容器の内壁面の放射率を０．９、隔壁部の外周面の放射率を０．９とした発熱装置で、ヒータによる加熱開始時（即ち、過剰熱０Ｗの時点）としたときの密閉容器内の温度プロファイルをシミュレーションにより求めた。ヒータの出力を２００Ｗ～１０００Ｗとし、冷却水量１７Ｌ／ｍｉｎ、冷却水温度２５℃とした。結果を図１５中のグラフｎ，ｏ，ｐ，ｑ，ｒで示す。グラフｎはヒータ出力１０００Ｗ、グラフｏはヒータ出力８００Ｗ、グラフｐはヒータ出力６００Ｗ、グラフｑはヒータ出力４００Ｗ、グラフｒはヒータ出力２００Ｗに対応する。ここで、密閉容器の内壁面と隔壁部の外周面は黒化処理による高放射化が施された表面である。
【0098】
ヒータの出力１０００Ｗのときに、内周側から６層目の発熱体までが、発熱体が水素の透過により発熱するのに十分な温度Ｔ１より高かった。内周側の１層目から６層目の発熱体においては発熱が可能となっており、ヒータの温度が上昇する。ヒータの加熱により発熱が開始した後は、ヒータの温度が１０００℃を超えないようにヒータの出力を抑制し、最終的にはヒータ出力が０Ｗとなるように、制御することが考えられる。
【0099】
［第７実験例］
図１６は第７実験例に係る発熱装置の密閉容器内のシミュレーションにより求めた温度プロファイルを示すグラフである。上記の実施形態の発熱装置において、ヒータの外周に設けられる発熱体の層数を１３層とし、発熱体から数えると１４層目となる隔壁部を設け、密閉容器内にＡｒを大気圧で導入し、ヒータの表面から隔壁部の内周面までの空間に充填された熱伝導性物質の熱伝導率を１．５Ｗ／ｍ／Ｋ、密閉容器の内壁面の放射率を０．９、隔壁部の外周面の放射率を０．９とし、ヒータの出力を０Ｗ、発熱部における過剰熱を１３００Ｗ、冷却水量１７Ｌ／ｍｉｎ、冷却水温度２５℃～５５０℃、として発熱装置を駆動した時の密閉容器内の温度プロファイルをシミュレーションにより求めた。結果を図１６中のグラフｓ，ｔで示す。グラフｓは冷却水温度２５℃、グラフｔは冷却水温度５５０℃に対応する。ここで、密閉容器の内壁面と隔壁部の外周面は黒化処理による高放射化が施された表面である。
図１６は第７実験例に係る発熱装置の密閉容器内のシミュレーションにより求めた温度プロファイルを示すグラフである。上記の実施形態の発熱装置において、ヒータの外周に設けられる発熱体の層数を１３層とし、発熱体から数えると１４層目となる隔壁部を設け、密閉容器内にＡｒを大気圧で導入し、ヒータの表面から隔壁部の内周面までの空間に充填された熱伝導性物質の熱伝導率を１．５Ｗ／ｍ／Ｋ、密閉容器の内壁面の放射率を０．９、隔壁部の外周面の放射率を０．９とし、ヒータの出力を０Ｗ、発熱部における過剰熱を１３００Ｗ、冷却水量１７Ｌ／ｍｉｎ、冷却水温度２５℃～５５０℃、として発熱装置を駆動した時の密閉容器内の温度プロファイルをシミュレーションにより求めた。結果を図１６中のグラフｓ，ｔで示す。グラフｓは冷却水温度２５℃、グラフｔは冷却水温度５５０℃に対応する。ここで、密閉容器の内壁面と隔壁部の外周面は黒化処理による高放射化が施された表面である。
【0100】
発熱体において発生する過剰熱は、ヒータの表面から隔壁部の内周面までの空間に充填された熱伝導性物質の熱伝導率が４Ｗ／ｍ／Ｋの場合と大きく変わらない結果となった。ヒータが耐熱温度を超えないように、冷却水温度は５５０℃以下とすることが好ましい。
【符号の説明】
【0101】
１、１ａ 発熱装置
１０、１０Ｘ 発熱装置主要部
１１ 密閉容器
１２ ヒータ
１３ 隔壁部
１４、１４Ｘ 発熱体
１５ 熱伝導性物質
２０ 電源
２１ 温度センサ
２２ 制御部
２３ 供給配管
２４ 循環ポンプ
２５ 回収配管
２６ バッファタンク
２７ 圧力調整弁
２８ フィルタ
２９ 排出配管
３０ ヘッダ
３１ 水素回収配管
３２ 水素分離器
３２ａ 処理部
３３ 水素配管
１０、１０Ｘ 発熱装置主要部
１１ 密閉容器
１２ ヒータ
１３ 隔壁部
１４、１４Ｘ 発熱体
１５ 熱伝導性物質
２０ 電源
２１ 温度センサ
２２ 制御部
２３ 供給配管
２４ 循環ポンプ
２５ 回収配管
２６ バッファタンク
２７ 圧力調整弁
２８ フィルタ
２９ 排出配管
３０ ヘッダ
３１ 水素回収配管
３２ 水素分離器
３２ａ 処理部
３３ 水素配管
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】