特許 7651185 発熱装置、および熱利用システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2025-03-17

(45)【発行日】2025-03-26

(54)【発明の名称】発熱装置、および熱利用システム

(51)【国際特許分類】

   F28D 20/00 20060101AFI20250318BHJP

   C01B 3/00 20060101ALI20250318BHJP

【ＦＩ】

F28D20/00 H

C01B3/00 B

【請求項の数】 12

(21)【出願番号】P 2021558432

(86)(22)【出願日】2020-11-18

(86)【国際出願番号】 JP2020043076

(87)【国際公開番号】W WO2021100784

(87)【国際公開日】2021-05-27

【審査請求日】2023-10-12

(31)【優先権主張番号】P 2019208483

(32)【優先日】2019-11-19

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【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】小林 淳志

(72)【発明者】

【氏名】岩村 康弘

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 岳彦

(72)【発明者】

【氏名】笠木 治郎太

(72)【発明者】

【氏名】吉野 英樹

(72)【発明者】

【氏名】平野 章太郎

【審査官】礒部 賢

(56)【参考文献】

【文献】特開平０６－２５７８６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１８／２３０４４７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００４－０５３２０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１５／００８８５９（ＷＯ，Ａ２）

【文献】国際公開第２００２／０６８８８２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開平０９－３２４９６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特公平０２－０２２８８０（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】特表２００３－５２４１２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－０３９１０８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ２８Ｄ ２０／００

Ｃ０１Ｂ ３／００

Ｃ０９Ｋ ５／１６

Ｆ２４Ｖ ３０／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

中空の密閉容器と、
前記密閉容器の内面により形成される中空部に設けられた筒体と、
前記筒体の外面に設けられ、前記中空部に供給される水素系ガスに含まれる水素の吸蔵と放出とにより熱を発生する発熱体と、
前記筒体の内面により形成され、前記発熱体との間で熱交換を行う流体が流通する流路と、
前記流路と接続して前記筒体の内部と外部との間で前記流体を循環させる循環ラインを有する流体循環部と、
前記循環ラインに設けられ、前記流体を冷却する冷却部と、
前記循環ラインに設けられ、前記流体を加熱する加熱部と、
前記冷却部を駆動し、冷却された前記流体により前記発熱体の温度を低下させる降温制御と、前記加熱部を駆動し、加熱された前記流体により前記発熱体の温度を上昇させる昇温制御とを行う制御部と
を備え、
前記発熱体は、水素吸蔵金属、水素吸蔵合金、またはプロトン導電体により形成された台座と、前記台座に設けら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2】

前記筒体を含む複数の筒体を備え、
前記複数の筒体のそれぞれは発熱体を備え、
前記中空部において、前記複数の筒体は互いに等間隔で千鳥状に配置されている請求項１に記載の発熱装置。

【請求項3】

前記筒体の外面に前記複数の発熱体が互いに間隔をあけて設けられている請求項１または２に記載の発熱装置。

【請求項4】

前記流体循環部は、前記密閉容器の外面に設けられ、前記循環ラインと接続して前記流体の一部が流通する外部流体ラインをさらに有する請求項１～３のいずれか１項に記載の発熱装置。

【請求項5】

前記密閉容器は、筒状に形成された本体と、前記本体の一端に設けられた流体流入室と、前記本体の他端に設けられた流体流出室とを有し、
前記流体流入室は、前記流体の入口である流体入口を有し、
前記流体流出室は、前記流体の出口である流体出口を有し、
前記循環ラインは、前記密閉容器の外部において、前記流体入口と前記流体出口とを接続し、
前記外部流体ラインは、前記密閉容器の外面に設けられた第１配管と、前記第１配管の一端同士を接続する第１のリング管と、前記第１配管の他端同士を接続する第２のリング管と、前記第１のリング管と前記流体流入室とを接続する第２配管と、前記第２のリング管と前記流体流出室とを接続する第３配管とを有する請求項４に記載の発熱装置。

【請求項6】

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１～５のいずれか１項に記載の発熱装置。

【請求項7】

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６に記載の発熱装置。

【請求項8】

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７に記載の発熱装置。

【請求項9】

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、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４層を有する請求項８に記載の発熱装置。

【請求項10】

前記第４層は、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請求項９に記載の発熱装置。

【請求項11】

前記台座および前記多層膜はフィルム状であり、
前記発熱体は、前記筒体の外面に巻き付けられている請求項１～１０のいずれか１項に記載の発熱装置。

【請求項12】

請求項１～１１のいずれか１項に記載の発熱装置と、
前記発熱体により加熱された前記流体を利用する流体利用装置とを備える熱利用システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、発熱装置、熱利用システムおよびフィルム状発熱体に関する。

【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】

【文献】A. Kitamura, A. Takahashi, K. Takahashi, R. Seto, T. Hatano, Y. Iwamura, T. Itoh, J. Kasagi, M. Nakamura, M. Uchimura, H. Takahashi, S. Sumitomo, T. Hioki, T. Motohiro, Y. Furuyama, M. Kishida, H. Matsune, “Excess heat evolution from nanocomposite samples under exposure to hydrogen isotope gases”, International Journal of Hydrogen Energy 43 (2018) 16187-16200.

【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、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、安全なエネルギー源を利用する、従来にない新規な発熱装置および熱利用システムが望まれている。

【0005】

そこで、本発明は、安価、クリーン、安全なエネルギー源を利用した新規な発熱装置および熱利用システム、安価、クリーン、安全なエネルギー源としてのフィルム状発熱体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】

本発明の発熱装置は、中空の密閉容器と、前記密閉容器の内面により形成される中空部に設けられた筒体と、前記筒体の外面に設けられ、前記中空部に供給される水素系ガスに含まれる水素の吸蔵と放出とにより熱を発生する発熱体と、前記筒体の内面により形成され、前記発熱体との間で熱交換を行う流体が流通する流路とを備え、前記発熱体は、水素吸蔵金属、水素吸蔵合金、またはプロトン導電体により形成された台座と、前記台座に設けら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】

本発明の熱利用システムは、上記の発熱装置と、前記発熱体により加熱された前記流体を利用する流体利用装置とを備える。

【0008】

本発明のフィルム状発熱体は、水素吸蔵金属、水素吸蔵合金、またはプロトン導電体により形成されたフィルム状の台座と、前記台座に設けられたフィルム状の多層膜とを有し、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実施形態の発熱装置の概略図である。

【図2】密閉容器の一部を破断して示す斜視図である。

【図3】密閉容器の断面図である。

【図4】密閉容器における流体の流れを説明するための説明図である。

【図5】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6】過剰熱の発生を説明するための説明図である。

【図7】第２実施形態の発熱装置の概略図である。

【図8】第３実施形態の発熱装置の概略図である。

【図9】第３実施形態の発熱装置と蒸気タービンとを含むランキンサイクルのエントロピーと圧力との関係を示すグラフである。

【図10】第３実施形態の発熱装置と蒸気タービンとを含むランキンサイクルのエントロピーと温度との関係を示すグラフである。

【図11】第３実施形態の発熱装置と蒸気タービンとを含むランキンサイクルのエントロピーとエンタルピーとの関係を示すグラフである。

【図12】第４実施形態の発熱装置の概略図である。

【図13】第５実施形態の発熱装置の概略図である。

【図14】第６実施形態の発熱装置の概略図である。

【図15】第６実施形態のボイラーにおける熱交換の状態を示すグラフである。

【図16】第６実施形態の発熱装置と蒸気タービンとを含むランキンサイクルのエントロピーと圧力との関係を示すグラフである。

【図17】第６実施形態の発熱装置と蒸気タービンとを含むランキンサイクルのエントロピーと温度との関係を示すグラフである。

【図18】第６実施形態の発熱装置と蒸気タービンとを含むランキンサイクルのエントロピーとエンタルピーとの関係を示すグラフである。

【図19】第１層と第２層と第３層とを有する発熱体の構造を示す断面図である。

【図20】第１層と第２層と第３層と第４層とを有する発熱体の構造を示す断面図である。

【図21】複数の発熱体が設けられた筒体の斜視図である。

【図22】発熱体を製造する発熱体製造装置の概略図である。

【図23】発熱体が形成された筒体同士を接続した発熱ユニットの斜視図である。

【図24】フィルム状発熱体の斜視図である。

【図25】フィルム状発熱体を製造するフィルム状発熱体製造装置の概略図である。

【図26】パッシベーション膜を有するフィルム状発熱体の構造を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

［第１実施形態］
図１において、発熱装置１０は、密閉容器１１と、筒体１２と、発熱体１３と、流路１４と、流体循環部１５と、制御部１６とを備える。発熱装置１０は、筒体１２の外部に発熱体１３が設けられ、筒体１２の内部に流路１４が設けられており、流路１４を流通する流体を発熱体１３により加熱し、高温の流体を生成する。

【0012】

流体は、液体および気体の少なくともいずれかを含む。流体としては、熱伝導率に優れ、かつ化学的に安定したものが好ましい。気体としては、例えば、ヘリウムガス、アルゴンガス、フロンガス、水素ガス、窒素ガス、水蒸気、空気、二酸化炭素などが挙げられる。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）などが挙げられる。また、流体として、気体または液体に固体粒子を分散させた混相の流体を用いてもよい。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、例えば、銅、ニッケル、チタン、コバルトなどが挙げられる。金属化合物としては、例えば、上記の金属の酸化物、窒化物、ケイ化物などが挙げられる。合金としては、例えば、ステンレス、クロムモリブデン鋼などが挙げられる。セラミックスとしては、例えば、アルミナなどが挙げられる。流体の種類は発熱装置１０の用途に応じて適宜選択することができる。

【0013】

本実施形態では流体として水を使用する。発熱装置１０は、流路１４を流通する水を発熱体１３により加熱し、高温高圧の水（以下、高温高圧水と称する）を生成する。

【0014】

密閉容器１１は、筒体１２および発熱体１３を収容するように構成されている。密閉容器１１は、中空の筒形状とされている。密閉容器１１の形状は、この例では円筒形状であるが、楕円筒形状、角筒形状などの種々の形状とすることができる。密閉容器１１の高さは例えば１３～１５ｍとされている。密閉容器１１の直径は例えば３．１ｍとされている。密閉容器１１の寸法は特に限定されず、適宜設計することができる。

【0015】

密閉容器１１は、耐熱性および耐圧性を有する材料により形成されている。密閉容器１１の材料は、使用条件（例えば温度や圧力など）に応じて適宜選択することができる。密閉容器１１の材料としては、例えば、炭素鋼、オーステナイト系ステンレス鋼、耐熱性非鉄合金鋼などが用いられる。オーステナイト系ステンレス鋼としては、例えば、ＪＩＳ（Japanese Industrial Standards）に規格されるＳＵＳ３０４Ｌ、ＳＵＳ３１６Ｌ、ＳＵＳ３１０Ｓなどが挙げられる。例えば、密閉容器１１の材料としては、使用温度が３５０℃以下である場合は炭素鋼が使用され、使用温度が３５０℃を超える場合はＳＵＳ３０４Ｌが使用され、使用温度が６００～７００℃である場合はＳＵＳ３１６ＬまたはＳＵＳ３１０Ｓが使用され、使用温度が７００℃を超える場合は耐熱に応じた非鉄合金が使用される。

【0016】

密閉容器１１は、筒状に形成された本体１７と、本体１７の一端に設けられた流体流入室１８と、本体１７の他端に設けられた流体流出室１９とを有する。密閉容器１１において、本体１７に対し流体流入室１８が設けられている側が下であり、本体１７に対し流体流出室１９が設けられている側が上である。

【0017】

本体１７は、水素系ガスの入口であるガス入口２１と、水素系ガスの出口であるガス出口２２とを有する。本体１７の形状は、この例では円筒形状であるが、楕円筒形状、角筒形状などの種々の形状とすることができる。流体流入室１８は、流体の入口である流体入口２３を有する。流体流出室１９は、流体の出口である流体出口２４を有する。

【0018】

水素系ガスとは、水素の同位体を含むガスを意味する。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。以降の説明において、軽水素と重水素とを区別しない場合には「水素」と記載する。

【0019】

密閉容器１１の内部には、筒体１２および発熱体１３が配置される中空部２６が設けられている。中空部２６は、密閉容器１１の内面により形成される。具体的には、中空部２６は、本体１７の内面と後述する発熱体１３の外面により画定される筒状の空間である。

【0020】

中空部２６は、ガス入口２１を介してガス供給部２７と接続している。ガス供給部２７は、図示しないが、水素系ガスを貯蔵するガスボンベ、ガスボンベと中空部２６とを接続する配管、水素系ガスの流量や配管内の圧力を調整するバルブなどから構成されており、中空部２６へ水素系ガスの供給を行う。

【0021】

中空部２６は、ガス出口２２を介してガス排出部２８と接続している。ガス排出部２８は、図示しないが、真空ポンプ、真空ポンプと中空部２６とを接続する配管、水素系ガスの流量や配管内の圧力を調整するバルブなどから構成されており、中空部２６の真空排気を行う。

【0022】

筒体１２は、密閉容器１１の中空部２６に設けられている。筒体１２は中空のパイプである。筒体１２の内部は、後述する制御部１６により所定の圧力に制御されている。本実施形態では、水が３００℃程度で水蒸気とならずに液体の状態を保つように圧力が制御されている。筒体１２の内部の圧力は、本実施形態では１００ｂａｒとされるが、これに限定されず適宜設計することができる。

【0023】

筒体１２は、耐熱性および耐圧性を有する材料により形成される。筒体１２の材料は、使用条件（例えば温度や圧力など）に応じて適宜選択することができる。筒体１２の材料としては、密閉容器１１と同じ材料、すなわち、炭素鋼、オーステナイト系ステンレス鋼、耐熱性非鉄合金鋼などが用いられる。筒体１２の形状は、円筒形状、楕円筒形状、角筒形状などの種々の形状とすることができる。筒体１２の各種寸法は、特に限定されず、適宜設計することができる。例えば、筒体１２は、長さが１０ｍ、厚み（肉厚）が０．００５～０．０１０ｍ、直径が０．０５ｍの円筒形状とすることができる。厚みは、筒体１２の内部（後述する流路１４）を流通する流体の温度と圧力とに基づき適宜設計することが好ましい。筒体１２は、例えば複数のパイプ材を直列に接続することにより、所望の長さに形成することが可能である。筒体１２の数は、特に限定されず、１つ以上であればよい。例えば８００本の筒体１２を密閉容器１１に設置することも可能である。本実施形態では複数の筒体１２が中空部２６に設けられている。すなわち、発熱装置１０は、中空部２６に設けられた複数の筒体１２を備えるものである。なお、図１では、図面の簡略化のため複数の筒体１２のうちの１本のみを示し、他の筒体１２は省略している。

【0024】

発熱体１３は、筒体１２の外面に設けられている。したがって、発熱体１３は筒形状とされている。本実施形態では、複数の筒体１２のそれぞれに対し、発熱体１３が１つずつ設けられている。すなわち、発熱装置１０は複数の発熱体１３を備えるものである。

【0025】

発熱体１３は、中空部２６に配されており、中空部２６に供給される水素系ガスと接する。発熱体１３の厚み（肉厚）は、特に限定されず、発熱装置１０として所望の出力が得られるように適宜設計することができ、例えば０．００５～０．０１０ｍとされる。発熱体１３は、１つの筒体１２について、その外面の全域に１つの発熱体１３が設けられている。なお、１つの筒体１２について、その外面に複数の発熱体１３を互いに間隔をあけて設けてもよい。

【0026】

発熱体１３は、水素系ガスに含まれる水素の吸蔵と放出とにより熱を発生する。発熱体１３は、中空部２６に水素系ガスが供給されることにより、水素系ガスに含まれる水素を吸蔵する。発熱体１３は、中空部２６の真空排気が行われた状態で加熱されることにより、加熱温度以上の温度に昇温し、熱（以下、過剰熱と称する）を発生する。

【0027】

発熱体１３は、発熱装置１０の運転が開始された場合、後述する加熱部３３によって加熱された水（流体）により加熱され、所定の温度となることにより過剰熱を発生する。本実施形態は、発熱体１３が例えば２７０～３００℃に加熱されることにより過剰熱を発生する場合を想定したものである。過剰熱を発している状態の発熱体１３の温度は、例えば３００℃以上１５００℃以下の範囲内とされる。

【0028】

流路１４は、筒体１２の内部に設けられている。流路１４は、筒体１２の内面により形成される。流路１４は、発熱体１３との間で熱交換を行う流体を流通させる。流路１４は中空部２６と非接続である。このため、流路１４と中空部２６との間で流体および水素系ガスの流通が防止されている。

【0029】

加熱された流体が流路１４に流入することにより、筒体１２を介して、発熱体１３が加熱される。これにより、発熱体１３が過剰熱を発生し、筒体１２を介して、流路１４を流通する流体が加熱される。この結果、流路１４内で高温高圧の流体が生成され、この高温高圧の流体が流路１４から流出する。本実施形態の場合、流路１４に流入した水は、過剰熱を発生する発熱体１３によって加熱され、例えば３００℃の高温高圧水として流路１４から流出する。なお、流路１４内の水の一部が水蒸気となる場合もある。

【0030】

流体循環部１５は、流路１４と接続して筒体１２の内部と外部との間で流体を循環させる循環ライン３０を有する。循環ライン３０は、密閉容器１１の外部において、流体流入室１８の流体入口２３と流体流出室１９の流体出口２４とを接続する。

【0031】

循環ライン３０には、流体を冷却する冷却部３２と、流体を加熱する加熱部３３とが設けられている。すなわち、発熱装置１０は、冷却部３２と加熱部３３とをさらに備えるものである。

【0032】

本実施形態では、冷却部３２と加熱部３３に加え、水を貯留するリザーバータンク３６と、水を循環させるポンプ４０とが循環ライン３０に設けられている。さらに、循環ライン３０の各部には、圧力計ＰＩ、温度計ＴＩ、および流量計ＦＩが設けられている。圧力計ＰＩ、温度計ＴＩ、および流量計ＦＩの数は、特に限定されないが、１以上であることが好ましい。循環ライン３０のうち、密閉容器１１の流体出口２４から流体入口２３までの間の各部において、圧力計ＰＩ、温度計ＴＩ、冷却部３２、温度計ＴＩ、リザーバータンク３６、ポンプ４０、温度計ＴＩ、加熱部３３、温度計ＴＩ、流量計ＦＩがこの順で設けられている。リザーバータンク３６には温度計ＴＩが設けられている。

【0033】

冷却部３２は、制御部１６と電気的に接続しており、制御部１６によって駆動が制御される。冷却部３２は、流路１４から流出した流体としての高温高圧水を冷却する。冷却部３２では、例えば３００℃の高温高圧水が２７０℃まで冷却される。

【0034】

冷却部３２は、この例ではボイラーとしての機能を有する。ボイラーとしての冷却部３２は、高温高圧水と熱媒体としてのボイラー水との間で熱交換を行い、ボイラー水から高温高圧の水蒸気（以下、過熱蒸気と称する）を生成する。この過熱蒸気を蒸気タービンに供給し、蒸気タービンと接続した発電機により発電を行うことが可能である。

【0035】

加熱部３３は、制御部１６と電気的に接続しており、制御部１６により駆動が制御される。加熱部３３は、流路１４に流入させる流体としての水を加熱する。

【0036】

加熱部３３は、例えば給電によって発熱する電気炉である。なお、加熱部３３は、燃料を燃焼させることによって発熱する燃料炉でもよい。発熱装置１０の運転を開始する場合、加熱部３３では、水が例えば２７０℃に加熱される。加熱部３３により加熱された流体が流路１４に流入することにより、発熱体１３が所定の温度まで昇温して過剰熱を発生する。すなわち、加熱部３３は、発熱装置１０の運転開始時において発熱体１３を所定の温度まで昇温させるスタートアップヒーターとして機能する。

【0037】

加熱部３３は、本実施形態では循環ライン３０に直接設けられているが、循環ライン３０から分岐した分岐ラインに設けてもよい。加熱部３３が分岐ラインに設けられる場合は、循環ライン３０を流通する流体の一部または全部を分岐ラインに流し、加熱部３３で加熱された流体を循環ライン３０へ戻す。これにより、加熱された流体を流路１４へ流入させることができる。循環ライン３０と分岐ラインとをバルブを介して接続することにより、分岐ラインへ流す水の流量を制御することができる。

【0038】

冷却部３２と加熱部３３とは、発熱装置１０の運転中においては、流路１４に流入させる流体の温度が所定の範囲内に維持されるように駆動が制御されている。例えば、発熱体１３が過剰熱を発生した場合に、流路１４に流入させる水の温度を２７０℃程度に維持する。これにより、発熱体１３の温度がほぼ一定とされ、流路１４から流出する高温高圧水の温度や流量が安定する。

【0039】

制御部１６は、発熱装置１０の各部と電気的に接続しており、各部の動作を制御する。制御部１６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。

【0040】

制御部１６は、冷却部３２を駆動し、冷却部３２により冷却された流体を流路１４に流入させて発熱体１３の温度を低下させる降温制御と、加熱部３３を駆動し、加熱部３３により加熱された流体を流路１４に流入させて発熱体１３の温度を上昇させる昇温制御とを行う。制御部１６は、循環ライン３０を流通する流体の温度に基づき、降温制御と昇温制御との切り替えを行うことにより、流路１４に流入させる流体の温度を調整する。

【0041】

制御部１６は、温度計ＴＩの検出結果、圧力計ＰＩの検出結果、流量計ＦＩの検出結果などに基づき、発熱装置１０の各部の温度、圧力、流量などを制御する。例えば、発熱体１３が２７０～３００℃で過剰熱を発生する場合、制御部１６は、流路１４に流入する流体の温度を２７０℃、圧力を１００ｂａｒとする。流路１４に流入する流体のエンタルピーは２８３ｋｃａｌ／ｋｇであり、２８．３×１０^８ｋｃａｌ／ｈである。流路１４に流入した水は、発熱体１３によって３００℃まで加熱され、高温高圧水として流路１４から流出する。なお、圧力が１００ｂａｒである場合の水の飽和温度は３１１℃であるので、流路１４に流入した水は、３００℃まで昇温しても水蒸気とはならない。

【0042】

図２は、密閉容器１１の一部を破断して示す斜視図である。図２では、複数の筒体１２および発熱体１３のうち、１つの筒体１２および発熱体１３について一部を破断し、その内部を図示している。

【0043】

図２に示すように、流体循環部１５は、循環ライン３０の他、外部流体ライン４５をさらに有する。密閉容器１１の中空部２６に設けられている各筒体１２は、内部に設けられた流路１４を流通する流体の熱、または外面に設けられた発熱体１３の熱により加熱され、温度が上昇して熱膨張する。一方、密閉容器１１の本体１７は、筒体１２および発熱体１３とは非接触であり、筒体１２よりも温度の上昇が抑えられているので、筒体１２よりも熱膨張が小さい。このため、複数の筒体１２と密閉容器１１の本体１７とに熱応力が発生する。外部流体ライン４５は、この熱応力による破損を防止するためのものである。

【0044】

外部流体ライン４５は、密閉容器１１の外面に設けられ、循環ライン３０と接続して流体の一部が流通する。外部流体ライン４５は、密閉容器１１の外面に設けられた複数の第１配管４７と、複数の第１配管４７の一端同士を接続する第１のリング管４８と、複数の第１配管４７の他端同士を接続する第２のリング管４９と、第１のリング管４８と流体流入室１８とを接続する複数の第２配管５０と、第２のリング管４９と流体流出室１９とを接続する複数の第３配管５１とを有する。

【0045】

複数の第１配管４７は、各々が密閉容器１１の上下方向（図中Ｚ方向）に延びている。第１のリング管４８は、密閉容器１１の本体１７の一端のフランジに設けられている。第２のリング管４９は、密閉容器１１の本体１７の他端のフランジに設けられている。第１のリング管４８および第２のリング管４９は、管材を本体１７の外周に沿ってリング状に形成したものであり、内部に流体が流通するように構成されている。複数の第２配管５０は、流体流入室１８の流体を第１のリング管４８へ案内する。第１のリング管４８の流体は、複数の第１配管４７を通り、第２のリング管４９へ移動する。複数の第３配管５１は、第２のリング管４９の流体を流体流出室１９へ案内する。第１配管４７、第２配管５０、および第３配管５１の数は、特に限定されず、適宜変更可能である。

【0046】

図３に示すように、複数の第１配管４７は、密閉容器１１の周方向に等間隔に配置されている。各第１配管４７の断面形状は、本実施形態では半円形状であるが、これに限定されず、矩形状、半楕円形状などとすることができる。図３は、密閉容器１１の本体１７でのＸＹ平面に沿った断面図である。

【0047】

中空部２６において、複数の筒体１２は互いに等間隔で千鳥状に配置されている。すなわち、互いに隣接する３つの筒体１２において、各筒体１２の中心同士を結んだ形状は正三角形（図３において点線で示している）を形成する。互いに隣接する筒体１２の中心間の距離は０．１５ｍとされている。

【0048】

図４を用いて、密閉容器１１における流体の流れについて説明する。循環ライン３０を流通する流体は、流体入口２３から流体流入室１８に流入する。流体流入室１８の流体の一部は、複数の筒体１２の一端から流路１４へ流れる。流路１４では、発熱体１３により流体が加熱される。流路１４で加熱された流体は、複数の筒体１２の他端から流体流出室１９へ流れ、流体出口２４から循環ライン３０へ流出する。

【0049】

流体流入室１８の流体の残りの一部は、複数の第２配管５０に流入する。複数の第２配管５０の流体は、第１のリング管４８を介して、複数の第１配管４７へ案内される。複数の第１配管４７では、発熱体１３の放射熱により流体が加熱される。複数の第１配管４７で加熱された流体は、第２のリング管４９、複数の第３配管５１を順に介して、流体流出室１９へ案内され、流路１４で加熱された流体と合流する。

【0050】

上記のような外部流体ライン４５、密閉容器１１、筒体１２、発熱体１３、および流路１４により、発熱モジュール５５が構成される。本実施形態の発熱装置１０は１つの発熱モジュール５５を備えるものであるが、発熱モジュール５５の数は特に限定されず２つ以上としてもよい。

【0051】

図５を用いて発熱体１３の詳細について説明する。図５に示すように、発熱体１３は、台座５７と多層膜５８とを有する。

【0052】

台座５７は、筒体１２の外面に設けられる。図５では筒体１２の図示を省略している。台座５７は、水素吸蔵金属、水素吸蔵合金またはプロトン導電体により形成される。水素吸蔵金属としては、例えば、Ni、Pd、V、Nb、Ta、Tiなどが用いられる。水素吸蔵合金としては、例えば、LaNi₅、CaCu₅、MgZn₂、ZrNi₂、ZrCr₂、TiFe、TiCo、Mg₂Ni、Mg₂Cuなどが用いられる。プロトン導電体としては、例えば、BaCeO₃系（例えばBa(Ce_0.95Y_0.05)O_3-6）、SrCeO₃系（例えばSr(Ce_0.95Y_0.05)O_3-6）、CaZrO₃系（例えばCaZr_0.95Y_0.05O_3-α）、SrZrO₃系（例えばSrZr_0.9Y_0.1O_3-α）、β Al₂O₃、β Ga₂O₃などが用いられる。

【0053】

多層膜５８は、台座５７の表面に設けられる。多層膜５８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５９と、第１層５９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６０とにより形成される。台座５７と第１層５９と第２層６０との間には異種物質界面６１が形成される。

【0054】

第１層５９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５９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５９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。

【0055】

第２層６０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６０を形成する合金とは、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６０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。

【0056】

第１層５９と第２層６０との組み合わせとしては、元素の種類を「第１層５９－第２層６０（第２層６０－第１層５９）」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６０をセラミックスとした場合は、「第１層５９－第２層６０」が、Ni-SiCであることが好ましい。

【0057】

第１層５９の厚みと第２層６０の厚みは、それぞれ１０００ｎｍ未満であることが好ましい。第１層５９と第２層６０の各厚みが１０００ｎｍ以上となると、水素が多層膜５８を透過し難くなる。また、第１層５９と第２層６０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５９と第２層６０の各厚みは、５００ｎｍ未満であることがより好ましい。第１層５９と第２層６０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。

【0058】

図５では、多層膜５８は、台座５７の表面に、第１層５９と第２層６０とがこの順で交互に積層された構成を有する。第１層５９と第２層６０とは、それぞれ５層とされている。なお、第１層５９と第２層６０との各層数は適宜変更してもよい。多層膜５８は、台座５７の表面に、第２層６０と第１層５９とがこの順で交互に積層された構成を有するものでもよい。多層膜５８としては、第１層５９と第２層６０とをそれぞれ１層以上有し、異種物質界面６１が１つ以上形成されていればよい。

【0059】

図６に示すように、異種物質界面６１は水素原子を透過させる。図６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５９および第２層６０に水素を吸蔵させた後、第１層５９および第２層６０を加熱したときに、第１層５９における金属格子中の水素原子が、異種物質界面６１を透過して第２層６０の金属格子中に移動する様子を示した概略図である。

【0060】

発熱体１３は、密閉容器１１に水素系ガスが供給されることで、台座５７および多層膜５８により水素を吸蔵する。発熱体１３は、密閉容器１１への水素系ガスの供給が停止されても、台座５７および多層膜５８において水素を吸蔵した状態を維持する。流体により発熱体１３の加熱が開始されると、台座５７および多層膜５８に吸蔵されている水素が放出され、多層膜５８の内部をホッピングしながら量子拡散する。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。発熱体１３は、真空状態で加熱が行われることで、異種物質界面６１を水素が量子拡散により透過して、流体の温度以上の過剰熱を発生させる。

【0061】

発熱体１３の製造方法の一例を説明する。発熱体１３は、例えばスパッタリング法を用いて製造することができる。円筒形状の筒体１２の外面に台座５７を形成した後、台座５７上に第１層５９および第２層６０を交互に形成することにより発熱体１３が得られる。台座５７を形成する際は、第１層５９および第２層６０よりも厚めに形成することが好ましく、台座５７の材料としては例えばNiが用いられる。第１層５９および第２層６０は、真空状態で連続的に形成することが好ましい。これにより、第１層５９および第２層６０の間には、自然酸化膜が形成されずに、異種物質界面６１のみが形成される。発熱体１３の製造方法としては、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ることができる。

【0062】

発熱装置１０を用いた発熱方法は、密閉容器１１の中空部２６に対し水素系ガスの供給を行うことにより、水素系ガスに含まれる水素を発熱体１３に吸蔵させる水素吸蔵工程と、密閉容器１１の中空部２６の真空排気と発熱体１３の加熱とを行うことにより、発熱体１３に吸蔵されている水素を放出させる水素放出工程とを有する。水素吸蔵工程と水素放出工程とを繰り返し行ってもよい。

【0063】

以上のように、発熱装置１０は、筒体１２の外面に設けられた発熱体１３と、筒体１２の内面により形成された流路１４を流通する流体（水）との間で熱交換を行うことで、高温の流体（高温高圧水）を生成する。高温の流体としての高温高圧水は、ボイラー（冷却部３２）内で過熱蒸気を生成するために利用することができる。ボイラーで生成された過熱蒸気は、蒸気タービンに利用することができる。発熱体１３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、発熱体１３を発熱させるために使用する水素は、水から生成できるため安価である。さらに、発熱体１３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、発熱装置１０は、発熱体１３を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。

【0064】

発熱装置１０は、外部流体ライン４５が密閉容器１１の本体１７の外面に設けられていることによって、本体１７が発熱体１３の放射熱により加熱された場合でも、本体１７の熱が外部流体ライン４５を流通する流体へ伝達するので、本体１７の熱膨張が抑制される。また、発熱装置１０は、流路１４が筒体１２の内部に設けられていることによって、筒体１２が発熱体１３により加熱された場合でも、筒体１２の熱が流路１４を流通する流体へ伝達するので、筒体１２の熱膨張が抑制される。発熱装置１０は、筒体１２および本体１７が熱膨張する場合であっても、筒体１２の伸びと本体１７の伸びとが同程度となるので、熱応力による破損が防止される。

【0065】

発熱装置１０は、制御部１６によって降温制御と昇温制御との切り替えを行うことにより、循環ライン３０を循環する流体の温度が一定に維持され、発熱体１３の発熱が安定する。

【0066】

［第２実施形態］
上記第１実施形態では、流路１４に流入させた水を発熱体１３により加熱して高温高圧水を生成しているが、第２実施形態は、流路１４に流入させた水を発熱体１３により加熱して過熱蒸気を生成し、この過熱蒸気を蒸気タービンの作動流体として利用することにより発電を行うように構成したものである。上記第１実施形態と同じ部材を用いているものについては、同符号を付して説明を省略する。

【0067】

図７に示すように、発熱装置７０は、上記第１実施形態の発熱装置１０と同様に、１つの発熱モジュール５５を備えるものである。発熱装置７０は、流路１４に流体としての液体（水）が流入し、流路１４から流体としての気体（水蒸気）が流出するように構成されている。具体的には、発熱装置７０の運転が開始されると、流体としての水が加熱部３３により加熱される。加熱部３３により加熱された水が流路１４に流入することにより、筒体１２を介して、発熱体１３が加熱される。これにより、発熱体１３は過剰熱を発生する。そして、発熱体１３が過剰熱を発生することにより、筒体１２を介して、流路１４を流通する水が加熱される。この結果、流路１４内で過熱蒸気が生成され、この過熱蒸気が流路１４から流出する。なお、流路１４の水は、全部が水蒸気とならずに、一部が水のまま流路１４から流出する場合もある。図７では、流路１４から水と水蒸気とが流出し、流体流出室１９の下方に水が溜まり、流体流出室１９の上方に水蒸気が移動した状態を示している。なお、流体流出室１９には、圧力計ＰＩ、温度計ＴＩ、流体流出室１９における液面の高さを検出するレベル計ＬＩが設けられている。

【0068】

本実施形態では、筒体１２の内部の圧力が９０ｂａｒに制御されている。発熱体１３が２７０～３００℃で過剰熱を発生する場合、制御部１６は、流路１４に流入する流体の温度を２７０℃、圧力を９０ｂａｒとする。流路１４に流入した水は、発熱体１３によって加熱され、例えば３０４℃の過熱蒸気として流路１４から流出する。

【0069】

第２実施形態では、循環ライン３０には、冷却部３２、加熱部３３、蒸気タービン７１が設けられている。冷却部３２は、蒸気タービン７１から排出された水蒸気を冷却し、凝縮させて復水する。冷却部３２における冷却温度が低いほど、蒸気タービン７１の背圧が下がり、蒸気タービン７１と接続した発電機の発電効率が向上する。蒸気タービン７１の背圧は、例えば０．０５ｂａｒに制御されており、冷却部３２の冷却方法および熱媒体に基づき決定される。加熱部３３は、循環ライン３０から分岐した分岐ライン３０ａに設けられている。分岐ライン３０ａは、図示しないバルブを介して循環ライン３０と接続している。発熱装置７０の運転を開始する場合において、循環ライン３０を流通する水の一部または全部が分岐ライン３０ａに流れ、加熱部３３で加熱されて循環ライン３０へ戻される。これにより、加熱部３３で例えば２７０℃に加熱された水が流路１４に流入し、発熱体１３が過剰熱を発生する。

【0070】

蒸気タービン７１は、流路１４から流出した過熱蒸気を作動流体として利用する流体利用装置である。蒸気タービン７１は、発電機と接続する回転軸を有し、過熱蒸気が供給されることによって回転軸を中心として回転する。発電機は、蒸気タービン７１が回転することにより発電を行う。

【0071】

発熱装置７０の循環ライン３０には、冷却部３２、加熱部３３、蒸気タービン７１の他、蒸気タンク７２、リザーバータンク７３、脱気器７４、予熱器７５、コントロールバルブ７６ａ，７６ｂ、およびポンプ７７ａ，７７ｂが設けられている。図７では、循環ライン３０において、密閉容器１１の流体出口２４から順に、コントロールバルブ７６ａ、蒸気タンク７２、蒸気タービン７１、冷却部３２、リザーバータンク７３、ポンプ７７ａ、脱気器７４、ポンプ７７ｂ、予熱器７５、加熱部３３、コントロールバルブ７６ｂが設けられている。脱気器７４、予熱器７５、コントロールバルブ７６ａ，７６ｂ、およびポンプ７７ａ，７７ｂは、制御部１６と電気的に接続している。

【0072】

蒸気タンク７２は、流路１４で生成された水蒸気を一時的に貯留するためのものである。蒸気タンク７２は、脱気用配管３０ｂを介して脱気器７４と接続しており、予熱用配管３０ｃを介して予熱器７５と接続している。

【0073】

リザーバータンク７３は、冷却部３２で復水された水を貯留するためのものである。リザーバータンク７３には温度計ＴＩが設けられている。なお、リザーバータンク７３は、図示していないが水の供給源と接続しており、この供給源から水が供給されるように構成されている。

【0074】

脱気器７４は、脱気用配管３０ｂを介して蒸気タンク７２から供給された水蒸気を用いて、流路１４に流入させる水に含まれる酸素の脱気を行う。水の脱気が行われることにより、ボイラーの腐食が防止される。脱気器７４で脱気された水は予熱器７５へ案内される。

【0075】

予熱器７５は、予熱用配管３０ｃを介して蒸気タンク７２から供給された水蒸気を用いて、流路１４に流入させる水の予熱を行う。予熱器７５では水が例えば２７０℃に予熱される。予熱器７５で予熱された水は流路１４に流入する。

【0076】

コントロールバルブ７６ａは、流路１４から流出する水蒸気の流量や圧力を調整する。コントロールバルブ７６ｂは、流路１４に流入させる水の流量や圧力を調整する。ポンプ７７ａは、リザーバータンク７３の水を脱気器７４へ送るためのものである。ポンプ７７ｂは、脱気器７４の水を予熱器７５へ送るためのものである。

【0077】

以上のように、発熱装置７０は、筒体１２の外面に設けられた発熱体１３と、筒体１２の内面により形成された流路１４を流通する流体（水）との間で熱交換を行うことで、高温の流体（過熱蒸気）を生成する。高温の流体としての過熱蒸気は、蒸気タービン７１に利用することができる。上記のような発熱装置７０と流体利用装置としての蒸気タービン７１とにより、熱利用システム７９が構成される。したがって、発熱装置７０および熱利用システム７９は、発熱体１３を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。

【0078】

流体利用装置としては、本実施形態のように流路１４から流出する流体が水蒸気（過熱蒸気）である場合は蒸気タービン７１が適している。流体利用装置として蒸気タービン７１を用いることにより、発熱装置７０で得られる熱エネルギーを電気エネルギーとして回収することが可能となる。なお、流路１４から流出する流体が水蒸気以外の気体（例えば、空気、フロンガス、ヘリウムガスなど）である場合は、流体利用装置としてガスタービンを適用することができる。流路１４から流出する流体を別途設けられたボイラーに供給し、ボイラー内で過熱蒸気を生成させ、この過熱蒸気を蒸気タービンに供給して発電を行うことも可能である。また、流体利用装置としては、燃料と燃焼用空気とを燃焼させて熱を発生させる燃焼装置において、燃焼用空気を予熱する予熱器を適用することができる。燃焼装置としては、ボイラー、ロータリーキルン、金属の熱処理炉、金属加工用加熱炉、熱風炉、窯業用焼成炉、石油精製塔、乾留炉、乾燥炉などが挙げられる。

【0079】

［第３実施形態］
上記第２実施形態の発熱装置７０は１つの発熱モジュール５５を備えるものであるが、第３実施形態は複数の発熱モジュール５５を接続したものである。この例では３つの発熱モジュール５５を接続する場合について説明するが、発熱モジュール５５の数は特に限定されず、所望の出力が得られるように増減することができる。上記各実施形態と同じ部材を用いているものについては、同符号を付して説明を省略する。

【0080】

図８に示すように、発熱装置８０は、３つの発熱モジュール５５ａ～５５ｃを備える。各発熱モジュール５５ａ～５５ｃの構成は、上記第１実施形態の発熱モジュール５５の構成と同じであるので説明を省略する。図８には示していないが、発熱装置８０は、制御部１６を備えており、制御部１６により各部の動作が制御される。中空部２６にはガス供給部２７とガス排出部２８とが接続している。

【0081】

発熱装置８０は、分配用配管８１と集合用配管８２とをさらに備えている。分配用配管８１は、循環ライン３０と接続し、各発熱モジュール５５ａ～５５ｃに対して流体を分配する。集合用配管８２は、循環ライン３０と接続し、各発熱モジュール５５ａ～５５ｃから流出した流体を集合する。

【0082】

発熱装置８０は、３つの発熱モジュール５５ａ～５５ｃが、分配用配管８１と集合用配管８２とにより並列に接続された構成を有する。なお、３つの発熱モジュール５５ａ～５５ｃは、並列に接続する場合に限られず、直列に接続してもよい。３つの発熱モジュール５５ａ～５５ｃを直列に接続する場合は、分配用配管８１と集合用配管８２とを用いずに、発熱モジュール５５ａの流体出口２４と発熱モジュール５５ｂの流体入口２３とを接続し、発熱モジュール５５ｂの流体出口２４と発熱モジュール５５ｃの流体入口２３とを接続する。これにより、循環ライン３０の流体は、発熱モジュール５５ａ、発熱モジュール５５ｂ、発熱モジュール５５ｃを順に通過し、再び循環ライン３０へ戻される。

【0083】

３つの発熱モジュール５５ａ～５５ｃは、分配用配管８１および集合用配管８２に対し、着脱自在とされている。分配用配管８１には、各発熱モジュール５５ａ～５５ｃに対応してコントロールバルブ７６ｂが設けられている。

【0084】

発熱装置８０は、３つの発熱モジュール５５ａ～５５ｃを備え、各発熱モジュール５５ａ～５５ｃが分配用配管８１と集合用配管８２とにより接続されていること以外は、上記第２実施形態の発熱装置７０と同じ構成を有する。したがって、発熱装置８０により生成された過熱蒸気は、蒸気タービン７１に利用される。

【0085】

以上のように、発熱装置８０は、３つの発熱モジュール５５ａ～５５ｃを備えるので高出力化が図れる。また、発熱装置８０は、各発熱モジュール５５ａ～５５ｃが着脱自在であり容易に交換できるので、メンテナンス性に優れる。

【0086】

上記のような発熱装置８０と流体利用装置としての蒸気タービン７１とにより、熱利用システム８９が構成される。発熱装置８０および熱利用システム８９は、発熱体１３を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。

【0087】

発熱装置８０を用いて蒸気タービンを作動させる場合の発電効率を計算した。蒸気圧力を８０～１００ｂａｒとし、蒸気タービンから排出された水蒸気の排気圧力を０．０５ｂａｒ、排気温度を３２℃、排気湿りを１５％として、蒸気タービンの発電効率を計算した。蒸気圧力と発電効率との関係を表１に示す。

【0088】

【表1】

【0089】

蒸気圧力が低いほど飽和温度が低下して水蒸気の発生量が増える一方で、蒸気流量比が増加するほどエンタルピーの落差が抑えられるので、結果として蒸気タービンの発電効率が向上する。例えば、蒸気圧力が８０ｂａｒの場合は蒸気温度が２９６℃となることがわかる。このため、発熱体１３が３００℃程度の加熱温度で過剰熱を発生する場合を想定すると、蒸気圧力は８０ｂａｒよりも大きいことが好ましい。蒸気圧力を９０ｂａｒとした場合は、蒸気温度が３０４℃であるので、発熱体１３が過剰熱を発生し、蒸気タービンの発電効率としては２１．１％を達成することができる。

【0090】

図９は、第３実施形態の発熱装置８０と蒸気タービン７１とを含むランキンサイクルのエントロピーと圧力との関係を示すグラフである。図９において、横軸はエントロピーを示し、縦軸は圧力を示す。図１０は、第３実施形態の発熱装置８０と蒸気タービン７１とを含むランキンサイクルのエントロピーと温度との関係を示すグラフである。図１０において、横軸はエントロピーを示し、縦軸は温度を示す。図１１は、第３実施形態の発熱装置８０と蒸気タービン７１とを含むランキンサイクルのエントロピーとエンタルピーとの関係を示すグラフである。図１１において、横軸はエントロピーを示し、縦軸はエンタルピーを示す。図９～図１１において、Ａは蒸気タービン７１の入口における流体の状態を示し、Ｂは蒸気タービン７１の出口における流体の状態を示し、Ｃは冷却部３２における流体の状態を示し、Ｄはポンプ７７ａにおける流体の状態を示し、Ｅは予熱器７５の入口における流体の状態を示し、Ｆは予熱器７５の出口における流体の状態を示し、Ｇは流路１４において飽和温度となった流体の状態を示し、Ｈは流路１４から流出した流体の状態を示す。

【0091】

［第４実施形態］
第４実施形態は、流体として気体を使用するように構成したものである。この例では流体として空気を使用する場合について説明するが、空気以外の気体を用いてもよい。上記各実施形態と同じ部材を用いているものについては、同符号を付して説明を省略する。

【0092】

図１２に示すように、発熱装置９０は、上記第１実施形態の発熱装置１０と同様に、１つの発熱モジュール５５を備えるものである。発熱装置９０は、流路１４に流体としての気体が流入し、流路１４から流体としての気体が流出するように構成されている。具体的には、発熱装置９０の運転が開始されると、流体としての空気が加熱部３３により加熱される。加熱部３３により加熱された空気が流路１４に流入することにより、筒体１２を介して、発熱体１３が加熱される。これにより、発熱体１３は過剰熱を発生する。そして、発熱体１３が過剰熱を発生することにより、筒体１２を介して、流路１４を流通する空気が加熱される。この結果、流路１４内で高温の空気（以下、高温空気と称する）が生成され、この高温空気が流路１４から流出する。

【0093】

第４実施形態は、流体として空気を使用するように構成されているので、流体として水を使用する場合よりも低圧環境で発熱体１３から過剰熱を発生させることができる。例えば、発熱体１３が５００℃程度の高温で加熱されることにより過剰熱を発生する場合を想定すると、流路１４に流入する空気の温度と圧力は、例えば、５００℃、１ｂａｒとされる。流路１４から流出する高温空気の温度と圧力は、例えば、７００℃、１ｂａｒとされる。なお、空気および高温空気の温度と圧力は上記のものに限定されるものではない。

【0094】

第４実施形態では、循環ライン３０において、上記第１実施形態における冷却部３２の代わりに、冷却部９２が設けられている。なお、循環ライン３０には、上記第１実施形態と同様に、加熱部３３も設けられている。加熱部３３の説明は省略する。

【0095】

冷却部９２は、制御部１６と電気的に接続しており、制御部１６によって駆動が制御される。冷却部９２は、流路１４から流出した流体としての高温空気を冷却する。冷却部９２では、例えば７００℃の高温空気が３００℃まで冷却される。

【0096】

冷却部９２は、この例ではボイラーとしての機能を有する。ボイラーとしての冷却部９２は、高温空気と熱媒体としてのボイラー水との間で熱交換を行い、ボイラー水から過熱蒸気を生成する。例えば、冷却部９２では、圧力が１３０ｂａｒに維持されており、２５０℃のボイラー水と７００℃の高温空気との間で熱交換を行うことにより、５６０℃の過熱蒸気が生成される。ボイラー内で生成された過熱蒸気は、蒸気タービンに供給することが可能である。蒸気タービンが駆動することにより発電機で発電を行うことができる。

【0097】

第４実施形態では、冷却部９２と加熱部３３の他、空気を貯留するためのバッファータンク９４、空気を送るための送風機９６、温度計ＴＩ、圧力計ＰＩ、流量計ＦＩなどが循環ライン３０に設けられている。

【0098】

以上のように、発熱装置９０は、筒体１２の外面に設けられた発熱体１３と、筒体１２の内面により形成された流路１４を流通する流体（空気）との間で熱交換を行うことで、高温の流体（高温空気）を生成する。高温の流体としての高温空気は、ボイラー（冷却部９２）内で過熱蒸気を生成するために利用することができる。ボイラーで生成された過熱蒸気は、蒸気タービンに利用することができる。したがって、発熱装置９０は、発熱体１３を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。

【0099】

［第５実施形態］
第５実施形態は、高温空気を利用してボイラーで過熱蒸気を発生させ、この過熱蒸気を蒸気タービンの作動流体として利用することにより発電を行うように構成したものである。上記各実施形態と同じ部材を用いているものについては、同符号を付して説明を省略する。

【0100】

図１３に示すように、発熱装置１００は、上記第４実施形態の発熱装置９０と同様に、１つの発熱モジュール５５を備えるものである。発熱装置１００の循環ライン３０には予熱器７５が設けられており、送風機９６により送られる空気は予熱器７５により予熱される。発熱装置１００は、循環ライン３０に予熱器７５が設けられていること以外は、上記第４実施形態の発熱装置９０と同じ構成を有する。

【0101】

発熱装置１００は、熱回収ライン１０１と接続している。熱回収ライン１０１は、循環ライン３０に設けられたボイラーとしての冷却部９２と接続し、冷却部９２にボイラー水を循環させるように構成されている。

【0102】

熱回収ライン１０１には、コントロールバルブ１０２、蒸気タンク１０３、蒸気タービン１０４、復水器１０５、リザーバータンク１０６、ポンプ１０７、バッファータンク１０８、脱気器１０９、ポンプ１１０、予熱器１１１が設けられている。

【0103】

コントロールバルブ１０２は、ボイラーとしての冷却部９２から流出する水蒸気の流量や圧力を調整する。蒸気タンク１０３は、水蒸気を一時的に貯留するためのものである。蒸気タンク１０３には温度計ＴＩが設けられている。蒸気タンク１０３に貯留される水蒸気の温度と圧力は、例えば、５６０℃、１３０ｂａｒである。

【0104】

蒸気タンク１０３は、予熱用配管１０１ａおよび予熱用配管１０１ｂを介してバッファータンク１０８と接続している。予熱用配管１０１ａは予熱器１１１と接続している。予熱用配管１０１ｂは予熱器７５と接続している。蒸気タンク１０３に貯留されている水蒸気の一部は、予熱用配管１０１ａを介して予熱器１１１へ供給され、予熱用配管１０１ｂを介して予熱器７５へ供給される。

【0105】

蒸気タービン１０４は、蒸気タンク１０３に貯留された過熱蒸気を作動流体として利用する流体利用装置である。蒸気タービン１０４は、発電機と接続する回転軸を有し、過熱蒸気が供給されることによって回転軸を中心として回転する。発電機は、蒸気タービン１０４が回転することにより発電を行う。蒸気タービン１０４から排出される水蒸気は、例えば、温度が３２．９℃に降温され、圧力が０．０５ｂａｒに減圧される。この水蒸気には細かいミスト状の水滴が含まれる。

【0106】

蒸気タービン１０４は、当該タービンの途中に設けられた抽気部から蒸気の一部が抽出可能に構成されている抽気タービンである。蒸気タービン１０４の抽気部は、抽気用配管１０１ｃを介して脱気器１０９と接続している。蒸気タービン１０４の抽気部から抽気された水蒸気は、抽気用配管１０１ｃを流通して脱気器１０９へ供給される。抽気用配管１０１ｃを流通する水蒸気の温度と圧力は、例えば、２５１℃、１２ｂａｒである。

【0107】

復水器１０５は、蒸気タービン１０４から排出された水蒸気を冷却し、凝縮させて復水する。リザーバータンク１０６は、復水器１０５で復水されたボイラー水を貯留するためのものである。ポンプ１０７は、リザーバータンク１０６のボイラー水をバッファータンク１０８へ送るためのものである。ポンプ１０７で送られるボイラー水の温度と圧力は、例えば、３２．９℃、１ｂａｒである。

【0108】

バッファータンク１０８は、ボイラー水を貯留するためのものである。バッファータンク１０８には、リザーバータンク１０６から送られてくるボイラー水と、予熱用配管１０１ａを流通する水蒸気が予熱器１１１で冷却されることにより生成されたボイラー水と、予熱用配管１０１ｂを流通する水蒸気が予熱器７５で冷却されることにより生成されたボイラー水とが供給される。バッファータンク１０８に貯留されたボイラー水は、脱気器１０９へ送られる。脱気器１０９へ送られるボイラー水の温度と圧力は、例えば、８７．５℃、２ｂａｒである。

【0109】

脱気器１０９は、抽気用配管１０１ｃを介して蒸気タービン１０４の抽気部から供給された水蒸気を用いて、バッファータンク１０８から送られてきたボイラー水に含まれる酸素の脱気を行う。脱気器１０９には温度計ＴＩと圧力計ＰＩとが設けられている。ポンプ１１０は、脱気器１０９により脱気されたボイラー水を予熱器１１１へ送るためのものである。ポンプ１１０で送られるボイラー水の温度と圧力は、例えば、１２０℃、２ｂａｒである。

【0110】

予熱器１１１は、予熱用配管１０１ａを流通する水蒸気と、脱気器１０９から供給されるボイラー水との間で熱交換を行うことにより、冷却部９２に供給するボイラー水の予熱を行う。予熱用配管１０１ａを流通する水蒸気は、予熱器１１１での熱交換により冷却され、凝縮してボイラー水としてバッファータンク１０８へ送られる。予熱用配管１０１ａを流通する水蒸気の温度と圧力は、例えば、５６０℃、１３０ｂａｒである。予熱器１１１を経てバッファータンク１０８へ送られるボイラー水の温度と圧力は、例えば、１２０℃、２ｂａｒである。

【0111】

予熱器７５は、予熱用配管１０１ｂを流通する水蒸気と、送風機９６により送られる空気との間で熱交換を行うことにより、流路１４へ流入させる空気の予熱を行う。予熱用配管１０１ｂを流通する水蒸気は、予熱器７５での熱交換により冷却され、凝縮してボイラー水としてバッファータンク１０８へ送られる。予熱用配管１０１ｂを流通する水蒸気の温度と圧力は、例えば、５６０℃、１３０ｂａｒである。予熱器７５を経てバッファータンク１０８へ送られるボイラー水の温度と圧力は、例えば、１２０℃、２ｂａｒである。

【0112】

ボイラーとしての冷却部９２では、例えば、予熱器１１１から供給される２５０℃、１３０ｂａｒのボイラー水と、流路１４から流出した７００℃の高温空気との熱交換が行われることにより、ボイラー水から５６０℃、１３０ｂａｒの過熱蒸気が生成される。

【0113】

以上のように、発熱装置１００は、上記第４実施形態の発熱装置９０と同様に高温の流体（高温空気）を生成する。高温の流体としての高温空気は、ボイラー（冷却部９２）内で過熱蒸気を生成するために利用することができる。上記のような発熱装置１００と流体利用装置としての蒸気タービン１０４とにより、熱利用システム１１９が構成される。発熱装置１００および熱利用システム１１９は、発熱体１３を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。

【0114】

［第６実施形態］
上記第５実施形態の発熱装置１００は１つの発熱モジュール５５を備えるものであるが、第６実施形態は複数の発熱モジュール５５を接続したものである。この例では３つの発熱モジュール５５ａ～５５ｃを接続する場合について説明するが、発熱モジュール５５の数は特に限定されず、所望の出力が得られるように増減することができる。上記各実施形態と同じ部材を用いているものについては、同符号を付して説明を省略する。

【0115】

図１４に示すように、発熱装置１２０は、３つの発熱モジュール５５ａ～５５ｃを備える。図１４には示していないが、発熱装置１２０は、制御部１６を備えており、制御部１６により各部の動作が制御される。中空部２６にはガス供給部２７とガス排出部２８とが接続している。発熱装置１２０は、３つの発熱モジュール５５ａ～５５ｃが、分配用配管８１と集合用配管８２とにより並列に接続された構成を有するものであるが、３つの発熱モジュール５５ａ～５５ｃを直列に接続することもできる。

【0116】

発熱装置１２０は、３つの発熱モジュール５５ａ～５５ｃを備え、各発熱モジュール５５ａ～５５ｃが分配用配管８１と集合用配管８２とにより接続されていること以外は、上記第５実施形態の発熱装置１００と同じ構成を有する。また、発熱装置１２０は、蒸気タービン１０４などが設けられた熱回収ライン１０１と接続している。したがって、発熱装置１２０により生成された高温空気は、ボイラー（冷却部９２）内で過熱蒸気を生成するために利用される。

【0117】

以上のように、発熱装置１２０は、３つの発熱モジュール５５ａ～５５ｃを備えるので高出力化が図れる。また、発熱装置１２０は、各発熱モジュール５５ａ～５５ｃが着脱自在であり、発熱モジュール５５ａ～５５ｃの交換が容易であるので、メンテナンス性に優れる。

【0118】

上記のような発熱装置１２０と流体利用装置としての蒸気タービン１０４とにより、熱利用システム１２９が構成される。発熱装置８０および熱利用システム１２９は、発熱体１３を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。

【0119】

図１５は、第６実施形態のボイラー（冷却部９２）における熱交換の状態を示すグラフである。図１５は、ボイラー内の圧力を１３０ｂａｒとし、ボイラー内において、高温空気と熱媒体としてのボイラー水とが向流間接接触したときの高温空気の温度降下とボイラー水の温度上昇を示している。図１５において、縦軸はボイラー水および空気の温度を示す。横軸は、ボイラー内の各部を示しており、「SH inlet」はボイラーの過熱器（ＳＨ）の入口の部分を示し、「SH out/EVA in」は過熱器の出口と蒸発器（ＥＶＡ）の入口との間の部分を示し、「EVA out/ECO in」は蒸発器の出口と節炭器（ＥＣＯ）の入口との間の部分を示し、「ECO out」は節炭器の出口の部分を示す。「boiler air」は高温空気である。「boiler steam」はボイラー水または水蒸気である。高温空気は、７００℃でボイラーの過熱器に供給され、ボイラー水との熱交換を経て、３００℃の空気として節炭器から排出される。ボイラー水は、２５０℃でボイラーの節炭器に供給され、節炭器において１３０ｂａｒにおける飽和温度である３３１℃まで加熱され、蒸発器において水蒸気となる。この水蒸気は、過熱器によりさらに加熱され、５６０℃の過熱蒸気としてボイラーから排出される。

【0120】

図１６は、第６実施形態の発熱装置１２０と蒸気タービン１０４とを含むランキンサイクルのエントロピーと圧力との関係を示すグラフである。図１６において、横軸はエントロピーを示し、縦軸は圧力を示す。図１７は、第６実施形態の発熱装置１２０と蒸気タービン１０４とを含むランキンサイクルのエントロピーと温度との関係を示すグラフである。図１７において、横軸はエントロピーを示し、縦軸は温度を示す。図１８は、第６実施形態の発熱装置１２０と蒸気タービン１０４とを含むランキンサイクルのエントロピーとエンタルピーとの関係を示すグラフである。図１８において、横軸はエントロピーを示し、縦軸はエンタルピーを示す。図１６～図１８において、Ａは蒸気タービン１０４の入口における熱媒体の状態を示し、Ｂは蒸気タービン１０４の抽気部における熱媒体の状態を示し、Ｃは蒸気タービン１０４の抽気部を出た熱媒体の状態を示し、Ｄは蒸気タービン１０４の出口における熱媒体の状態を示し、Ｅは復水器１０５における熱媒体の状態を示し、Ｆはポンプ１０７における熱媒体の状態を示し、Ｇはバッファータンク１０８の出口における熱媒体の状態を示し、Ｈは脱気器１０９の出口における熱媒体の状態を示し、Ｉは予熱器１１１における熱媒体の状態を示し、Ｊはボイラー（冷却部９２）内で熱交換が開始された熱媒体の状態を示し、Ｋはボイラー内において飽和温度となった熱媒体の状態を示し、Ｌはボイラー内の過熱器における熱媒体の状態を示す。

【0121】

本発明は、上記各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。

【0122】

上記各実施形態の発熱体１３は、台座５７の表面に第１層５９と第２層６０とから構成される多層膜５８が設けられた構成を有するが、発熱体の構成はこれに限定されない。以下、発熱体の別の例について説明する。

【0123】

例えば、図１９に示すように、発熱体１３３は、台座５７と多層膜１３４とを有する。多層膜１３４は、第１層５９と第２層６０に加え、第３層１３５をさらに有する。台座５７、第１層５９、および第２層６０については説明を省略する。第３層１３５は、第１層５９および第２層６０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１３５の厚みは、１０００ｎｍ未満であることが好ましい。図１９では、第１層５９と第２層６０と第３層１３５は、台座５７の表面に、第１層５９、第２層６０、第１層５９、第３層１３５の順に積層されている。なお、第１層５９と第２層６０と第３層１３５は、台座５７の表面に、第１層５９、第３層１３５、第１層５９、第２層６０の順に積層されてもよい。すなわち、多層膜１３４は、第２層６０と第３層１３５の間に第１層５９を設けた積層構造を有する。多層膜１３４は、第３層１３５を１層以上有していればよい。第１層５９と第３層１３５との間に形成される異種物質界面１３６は、異種物質界面６１と同様に、水素原子を透過させる。

【0124】

第３層１３５は、例えば、Ni、Pd、Cu、Cr、Fe、Mg、Co、これらの合金、SiC、CaO、Y₂O₃、TiC、LaB₆のうちいずれかにより形成される。第３層１３５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１３５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。

【0125】

特に、第３層１３５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１３５を有する発熱体１３３は、水素の吸蔵量が増加し、異種物質界面６１および異種物質界面１３６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１３５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１３４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１３５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５９および第３層１３５は、真空状態で連続的に形成することが好ましい。これにより、第１層５９および第３層１３５の間には、自然酸化膜が形成されずに、異種物質界面１３６のみが形成される。

【0126】

第１層５９と第２層６０と第３層１３５との組み合わせとしては、元素の種類を「第１層５９－第３層１３５－第２層６０」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。

【0127】

図２０に示すように、発熱体１４３は、台座５７と多層膜１４４とを有する。多層膜１４４は、第１層５９と第２層６０と第３層１３５に加え、第４層１４５をさらに有する。第４層１４５は、第１層５９、第２層６０および第３層１３５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１４５の厚みは、１０００ｎｍ未満であることが好ましい。図２０では、第１層５９と第２層６０と第３層１３５と第４層１４５は、台座５７の表面に、第１層５９、第２層６０、第１層５９、第３層１３５、第１層５９、第４層１４５の順に積層されている。なお、第１層５９と第２層６０と第３層１３５と第４層１４５は、台座５７の表面に、第１層５９、第４層１４５、第１層５９、第３層１３５、第１層５９、第２層６０の順に積層してもよい。すなわち、多層膜１４４は、第２層６０、第３層１３５、第４層１４５を任意の順に積層し、かつ、第２層６０、第３層１３５、第４層１４５のそれぞれの間に第１層５９を設けた積層構造を有する。多層膜１４４は、第４層１４５を１層以上有していればよい。第１層５９と第４層１４５との間に形成される異種物質界面１４６は、異種物質界面６１および異種物質界面１３６と同様に、水素原子を透過させる。

【0128】

第４層１４５は、例えば、Ni、Pd、Cu、Cr、Fe、Mg、Co、これらの合金、SiC、CaO、Y₂O₃、TiC、LaB₆のうちいずれかにより形成される。第４層１４５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１４５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。

【0129】

特に、第４層１４５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１４５を有する発熱体１４３は、水素の吸蔵量が増加し、異種物質界面６１、異種物質界面１３６、および異種物質界面１４６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１４５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１４４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１４５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５９および第４層１４５は、真空状態で連続的に形成することが好ましい。これにより、第１層５９および第４層１４５の間には、自然酸化膜が形成されずに、異種物質界面１４６のみが形成される。

【0130】

第１層５９と第２層６０と第３層１３５と第４層１４５との組み合わせとしては、元素の種類を「第１層５９－第４層１４５－第３層１３５－第２層６０」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。

【0131】

多層膜５８、多層膜１３４、多層膜１４４などの各種の多層膜の構成、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。

【0132】

上記各実施形態では、１つの筒体１２について、その外面の全域に１つの発熱体１３が設けられているが、図２１に示すように、１つの筒体１２について、その外面に複数の発熱体１３を互いに間隔をあけて設けてもよい。各発熱体１３同士の間に隙間を有するので、筒体１２が熱膨張する場合であっても、各発熱体１３の破損が防止される。また、１つの筒体１２の外面に複数の発熱体１３３（図１９参照）を互いに間隔をあけて設けてもよい。１つの筒体１２の外面に複数の発熱体１４３（図２０参照）を互いに間隔をあけて設けてもよい。

【0133】

外部流体ライン４５は、上記各実施形態では複数の第１配管４７を有しているが、１つの第１配管４７で本体１７の外面の全域を覆うように構成したものでもよい。また、１つの第１配管４７を本体１７の外面に沿って螺旋状に巻き付けるように構成してもよい。

【0134】

第１のリング管４８は、流体流入室１８と接続する貫通孔を有するものでもよい。第１のリング管４８と流体流入室１８とが貫通孔により直接接続されるので、第２配管５０を省略してもよい。

【0135】

第２のリング管４９は、流体流出室１９と接続する貫通孔を有するものでもよい。第２のリング管４９と流体流出室１９とが貫通孔により直接接続されるので、第３配管５１を省略してもよい。

【0136】

発熱体１３、発熱体１３３、および発熱体１４３のうちのいずれかの発熱体により加熱された流体を熱エネルギー源として利用し、ボイラーなどの燃焼装置から排出される排出ガスから二酸化炭素（ＣＯ_２）を分離することができる。化学吸収法または物理吸着法を行う二酸化炭素分離回収装置に対し、発熱体により加熱された流体を供給することにより、排出ガスに含まれるＣＯ_２を回収することができる。化学吸収法は、排出ガスに含まれるＣＯ_２をアミン化合物水溶液などの吸収液に吸収させ、ＣＯ_２を吸収した吸収液を加熱することで吸収液からＣＯ_２を放出させる。物理吸着法は、排出ガスに含まれるＣＯ_２を活性炭やゼオライトなどの吸着材に吸着させ、ＣＯ_２が吸着した吸着材を加熱することで吸着材からＣＯ_２を脱離させる。化学吸収法においてＣＯ_２を吸収した吸収液を加熱する熱エネルギー源として、発熱体により加熱された流体を利用することができる。また、物理吸着法においてＣＯ_２が吸着した吸着材を加熱する熱エネルギー源として、発熱体により加熱された流体を利用することができる。

【0137】

発熱体により加熱された流体を熱エネルギー源として利用し、二酸化炭素分離回収装置などで分離して回収されたＣＯ_２と水素（Ｈ_２）と反応させることによってメタン（ＣＨ_４）に変換することができる。ＣＯ_２とＨ_２との反応（メタネーション反応）を進行させる触媒を用いて、ＣＯ_２とＨ_２とを含む原料ガスを触媒と接触させることにより原料ガスからＣＨ_４が生成されるが、原料ガスの温度が低いと十分に反応が進行しない。そこで、ＣＯ_２とＨ_２とを含む原料ガスを加熱する熱エネルギー源として、発熱体により加熱された流体を熱エネルギー源として利用することにより、メタネーション反応を進行させることができる。

【0138】

熱エネルギーを用いて水から水素を製造するＩＳサイクルや、熱エネルギーを用いて水と窒素（Ｎ_２）とからアンモニア（ＮＨ_３）を製造するＩＳＮサイクルにおいて、発熱体により加熱された流体を熱エネルギー源として利用することができる。ＩＳサイクルでは、水とヨウ素（Ｉ）と硫黄（Ｓ）とを反応させてヨウ化水素（ＨＩ）を生成し、このヨウ化水素を熱分解することによって水素を生成する。ヨウ化水素を熱分解するための熱エネルギー源として、発熱体により加熱された流体を利用することができる。ＩＳＮサイクルでは、窒素とＩＳサイクルで生成されるヨウ化水素とを反応させてヨウ化アンモニウム（ＮＨ_４Ｉ）を生成し、このヨウ化アンモニウムを熱分解することによってアンモニアを生成する。ヨウ化アンモニウムを熱分解するための熱エネルギー源として、発熱体により加熱された流体を利用することができる。

【0139】

図２２は、スパッタリング法を用いて発熱体１３を製造する発熱体製造装置１５０である。発熱体製造装置１５０は、この例ではスパッタリング法としてＤＣ（Direct Current）マグネトロンスパッタリング法を実施し、筒体１２の外面に発熱体１３を直接形成する。

【0140】

発熱体製造装置１５０は、筒体１２を搬入するロード室１５１と、筒体１２の予備加熱を行う予備加熱室１５２と、筒体１２の表面をスパッタエッチングするスパッタエッチング室１５３と、筒体１２上に台座５７を形成する台座形成室１５４と、台座５７上に第１層５９を形成する第１層形成室１５５と、台座５７上に第２層６０を形成する第２層形成室１５６と、筒体１２を搬出するアンロード室１５７とを有する。発熱体製造装置１５０は、この例では複数の筒体１２をロード室１５１に搬入し、各々の筒体１２の外面に発熱体１３を直接形成するものであるが、１つの筒体１２をロード室１５１に搬入し、この筒体１２の外面に発熱体１３を直接形成するものでもよい。

【0141】

発熱体製造装置１５０は、この例では、ロード室１５１と予備加熱室１５２との間に設けられた第１ゲートバルブ１６１と、予備加熱室１５２とスパッタエッチング室１５３との間に設けられた第２ゲートバルブ１６２と、スパッタエッチング室１５３と台座形成室１５４との間に設けられた第３ゲートバルブ１６３と、台座形成室１５４と第１層形成室１５５との間に設けられた第４ゲートバルブ１６４と、第１層形成室１５５と第２層形成室１５６との間に設けられた第５ゲートバルブ１６５と、第２層形成室１５６とアンロード室１５７との間に設けられた第６ゲートバルブ１６６とを有し、ロード室１５１、予備加熱室１５２、スパッタエッチング室１５３、台座形成室１５４、第１層形成室１５５、第２層形成室１５６、およびアンロード室１５７がそれぞれ分離されている。発熱体製造装置１５０は、図示していないが、筒体１２をロード室１５１からアンロード室１５７まで搬送する搬送機構と、筒体１２を当該筒体１２の中心軸線回りに回転する回転機構とをさらに有している。

【0142】

第１ゲートバルブ１６１は、ロード室１５１と予備加熱室１５２との間の第１搬入出部１７１の開閉を行う。第２ゲートバルブ１６２は、予備加熱室１５２とスパッタエッチング室１５３との間の第２搬入出部１７２の開閉を行う。第３ゲートバルブ１６３は、スパッタエッチング室１５３と台座形成室１５４との間の第３搬入出部１７３の開閉を行う。第４ゲートバルブ１６４は、台座形成室１５４と第１層形成室１５５との間の第４搬入出部１７４の開閉を行う。第５ゲートバルブ１６５は、第１層形成室１５５と第２層形成室１５６との間の第５搬入出部１７５の開閉を行う。第６ゲートバルブ１６６は、第２層形成室１５６とアンロード室１５７との間の第６搬入出部１７６の開閉を行う。

【0143】

発熱体製造装置１５０は、ロード室１５１を真空排気する第１真空発生部１８１と、予備加熱室１５２を真空排気する第２真空発生部１８２と、スパッタエッチング室１５３を真空排気する第３真空発生部１８３と、台座形成室１５４を真空排気する第４真空発生部１８４と、第１層形成室１５５を真空排気する第５真空発生部１８５と、第２層形成室１５６を真空排気する第６真空発生部１８６と、アンロード室１５７を真空排気する第７真空発生部１８７とを有する。第１～第７真空発生部１８１～１８７としては、例えばドライポンプやターボ分子ポンプなどが用いられる。

【0144】

ロード室１５１は、筒体１２を搬入する搬入部１９１を有し、搬入部１９１から筒体１２が搬入された後、搬入部１９１と第１ゲートバルブ１６１を閉じた状態で第１真空発生部１８１により真空排気される。ロード室１５１の真空排気後に第１ゲートバルブ１６１を開き、第１搬入出部１７１を介して、ロード室１５１から予備加熱室１５２へ筒体１２を搬送する。

【0145】

予備加熱室１５２は、第１ゲートバルブ１６１と第２ゲートバルブ１６２を閉じた状態で、第２真空発生部１８２により例えば１Ｅ－３Ｐａ程度まで真空排気される。予備加熱室１５２は、加熱部１９２を有し、筒体１２を回転しながら、加熱部１９２により筒体１２の加熱を行う。加熱部１９２は、筒体１２の表面温度が例えば２００～３５０℃となるように加熱することにより、筒体１２の表面に吸着した水分を除去する。加熱部１９２は、筒体１２を所望の温度まで加熱できる方式であれば特に制限されることはなく、例えば、ランプ加熱方式、赤外線加熱方式、誘導加熱方式などを用いることができる。加熱後に第２ゲートバルブ１６２を開き、第２搬入出部１７２を介して、予備加熱室１５２からスパッタエッチング室１５３へ筒体１２を搬送する。

【0146】

スパッタエッチング室１５３は、第２ゲートバルブ１６２と第３ゲートバルブ１６３を閉じた状態で、第３真空発生部１８３により真空排気される。スパッタエッチング室１５３は、スパッタエッチング電極１９３を有し、筒体１２を回転しながら、スパッタエッチング電極１９３により筒体１２のスパッタエッチングを行う。スパッタエッチング電極１９３は、例えば、Ａｒガスの流量を調整してＡｒの圧力を０．１～１Ｐａ程度とし、１３．５６ＭＨｚの高周波（ＲＦ；Radio Frequency）を印加することにより、筒体１２の表面の有機物や金属酸化物などを除去する。スパッタエッチング後に第３ゲートバルブ１６３を開き、第３搬入出部１７３を介して、スパッタエッチング室１５３から台座形成室１５４へ筒体１２を搬送する。

【0147】

台座形成室１５４は、第３ゲートバルブ１６３と第４ゲートバルブ１６４を閉じた状態で、第４真空発生部１８４により真空排気される。台座形成室１５４は、台座形成スパッタ電極１９４を有し、筒体１２を回転しながら、台座形成スパッタ電極１９４により筒体１２上に台座５７を形成する。台座形成スパッタ電極１９４は、台座５７を形成する水素吸蔵金属、水素吸蔵合金、またはプロトン導電体のターゲット材（図示なし）を有する。ターゲット材の正面は、筒体１２と対向している。この例ではターゲット材の背面にマグネット（図示なし）が配置されている。台座形成スパッタ電極１９４は、例えば、Ａｒガスの流量を調整してＡｒの圧力を０．１～１Ｐａ程度とし、直流電力を０．１～５００ｋＷ／ｍ^２程度印加することにより、筒体１２上に台座５７を形成する。台座５７の厚みは、直流電力の大きさと筒体１２の回転数を調整することにより制御できる。台座５７の形成後に第４ゲートバルブ１６４を開き、第４搬入出部１７４を介して、台座形成室１５４から第１層形成室１５５へ筒体１２を搬送する。

【0148】

第１層形成室１５５は、第４ゲートバルブ１６４と第５ゲートバルブ１６５を閉じた状態で、第５真空発生部１８５により例えば１Ｅ－５Ｐａ程度まで真空排気される。第１層形成室１５５は、第１層成膜スパッタ電極１９５を有し、筒体１２を回転しながら、第１層成膜スパッタ電極１９５により台座５７上に第１層５９を形成する。第１層成膜スパッタ電極１９５は、第１層５９を形成する水素吸蔵金属または水素吸蔵合金のターゲット材（図示なし）を有する。ターゲット材の正面は、台座５７と対向している。この例ではターゲット材の背面にマグネット（図示なし）が配置されている。第１層成膜スパッタ電極１９５は、例えば、Ａｒガスの流量を調整してＡｒの圧力を０．１～１Ｐａ程度とし、直流電力を０．１～５００ｋＷ／ｍ^２程度印加することにより、台座５７上に第１層５９を形成する。第１層５９の厚みは、直流電力の大きさと筒体１２の回転数を調整することにより制御できる。第１層５９の形成後に第５ゲートバルブ１６５を開き、第５搬入出部１７５を介して、第１層形成室１５５から第２層形成室１５６へ筒体１２を搬送する。

【0149】

第２層形成室１５６は、第５ゲートバルブ１６５と第６ゲートバルブ１６６を閉じた状態で、第６真空発生部１８６により例えば１Ｅ－５Ｐａ程度まで真空排気される。第２層形成室１５６は、第２層成膜スパッタ電極１９６を有し、筒体１２を回転しながら、第２層成膜スパッタ電極１９６により台座５７上に第２層６０を形成する。第２層成膜スパッタ電極１９６は、第２層６０を形成する水素吸蔵金属、水素吸蔵合金、またはセラミックスのターゲット材（図示なし）を有する。ターゲット材の正面は、台座５７と対向している。この例ではターゲット材の背面にマグネット（図示なし）が配置されている。第２層成膜スパッタ電極１９６は、例えば、Ａｒガスの流量を調整してＡｒの圧力を０．１～１Ｐａ程度とし、直流電力を０．１～５００ｋＷ／ｍ^２程度印加することにより、台座５７上に第２層６０を形成する。なお、第２層６０を形成するためのターゲット材としてセラミックスを用いる場合、第２層成膜スパッタ電極１９６はＲＦを印加するように構成する。第２層形成室１５６では、台座５７の表面に第１層５９と第２層６０とから構成される多層膜５８（図５参照）が形成される。このようにして筒体１２の外面に発熱体１３が直接形成される。第２層６０の厚みは、直流電力の大きさと筒体１２の回転数を調整することにより制御できる。第２層６０の形成後に第６ゲートバルブ１６６を開き、第６搬入出部１７６を介して、第２層形成室１５６からアンロード室１５７へ筒体１２を搬送する。

【0150】

アンロード室１５７は、筒体１２を搬出する搬出部１９７を有し、搬出部１９７と第６ゲートバルブ１６６を閉じた状態で第６真空発生部１８６を大気開放とする。大気圧状態のアンロード室１５７から、搬出部１９７を介して、発熱体１３が形成された筒体１２を取り出すことができる。

【0151】

以上のように、発熱体製造装置１５０は、ロード室１５１、予備加熱室１５２、スパッタエッチング室１５３、台座形成室１５４、第１層形成室１５５、第２層形成室１５６、およびアンロード室１５７の各処理室が、第１～第６ゲートバルブ１６１～１６６により分離されているので、台座５７、第１層５９、および第２層６０を真空状態で連続的に形成することができる。したがって、発熱体製造装置１５０は、第１層５９および第２層６０の間に自然酸化膜が形成されずに異種物質界面６１のみが形成された発熱体１３を、筒体１２の外面に直接形成することができる。

【0152】

発熱体製造装置１５０は、図２２では各処理室をそれぞれ真空排気する第１～第７真空発生部１８１～１８７が設けられているが、真空発生部をいくつかの処理室で共用してもよい。真空発生部をいくつかの処理室で共用する場合、各処理室の圧力は、例えばオリフィスバルブを用いてＡｒガスの流量を調整することにより、制御できる。

【0153】

筒体１２の回転数は、エッチングもしくは成膜する膜厚、エッチングレートもしくは成膜レートに基づき設定する。エッチングもしくは成膜する膜厚をＸ（ｎｍ）、エッチングレートもしくは成膜レートをＹ（ｎｍ／ｍｉｎ）とした場合、筒体１２の回転数Ｚ（ｒｐｍ）は、Ｚ＞１０×（Ｙ／Ｘ）を満たすことが望ましい。発熱体１３の膜厚均一性（厚みのばらつき）を１０％以下に抑えられるからである。例えば、Ｘ＝１０（ｎｍ）、Ｙ＝５０（ｎｍ／ｍｉｎ）の場合は、Ｚ＞５０（ｒｐｍ）となる。

【0154】

図２３は、発熱体１３が形成された筒体１２同士を接続した発熱ユニット２００である。筒体１２同士は、例えば溶接により接続される。発熱ユニット２００は、発熱体１３が形成された筒体１２の数を変更することにより、出力を変更できる。発熱ユニット２００は、各発熱体１３同士の間に隙間を有するので、筒体１２が熱膨張する場合であっても、各発熱体１３の破損が防止される。

【0155】

発熱体製造装置１５０は、長さが例えば５０ｃｍ～２ｍ程度の短尺の筒体１２を複数搬入するように構成することで、装置全体を小さくすることができる。発熱ユニット２００は、発熱体１３が形成された短尺の筒体１２同士を接続することにより構成してもよい。

【0156】

発熱体製造装置１５０は、台座５７上に多層膜５８が形成された構成を有する発熱体１３を製造するものに限られない。発熱体製造装置としては、台座５７上に多層膜１３４が形成された構成を有する発熱体１３３、または台座５７上に多層膜１４４が形成された構成を有する発熱体１４３を製造するものでもよい。

【0157】

発熱体１３３を製造する発熱体製造装置は、第１層形成室１５５と第２層形成室１５６に加え、台座５７上に第３層１３５を形成する第３層成膜スパッタ電極を有する第３層形成室をさらに備える。第３層成膜スパッタ電極は、第３層１３５を形成する水素吸蔵金属または水素吸蔵合金のターゲット材を有する。第３層成膜スパッタ電極は、第１層成膜スパッタ電極または第２層成膜スパッタ電極と同様に、直流電力の大きさと筒体１２の回転数を調整することにより第３層１３５の厚みを制御できる。

【0158】

発熱体１４３を製造する発熱体製造装置は、第１層形成室１５５、第２層形成室１５６、および第３層形成室に加え、台座５７上に第４層１４５を形成する第４層成膜スパッタ電極を有する第４層形成室さらに備える。第４層成膜スパッタ電極は、第４層１４５を形成する水素吸蔵金属または水素吸蔵合金のターゲット材を有する。第４層成膜スパッタ電極は、第１層成膜スパッタ電極または第２層成膜スパッタ電極と同様に、直流電力の大きさと筒体１２の回転数を調整することにより第４層１４５の厚みを制御できる。

【0159】

発熱体１３，１３３，１４３を構成する台座５７の厚みは、特に限定されず、適宜変更可能である。台座５７を薄くしてフィルム状とし、このフィルム状の台座５７に多層膜５８，１３４，１４４を設けることにより、フィルム状の発熱体（以下、フィルム状発熱体と称する）を形成することができる。以下、フィルム状発熱体について詳細に説明する。

【0160】

図２４に示すように、フィルム状発熱体２１３は、筒体１２の外面に巻き付けられている。フィルム状発熱体２１３は、図２４では筒体１２の外面に隙間なく螺旋状に巻き付けられているが、筒体１２の外面に隙間をあけて螺旋状に巻き付けてもよい。また、フィルム状発熱体２１３は、筒体１２の中心軸線Ｃ方向に隣り合うフィルム状発熱体２１３同士の少なくとも一部が筒体１２の径方向に重なるように、筒体１２の外面に螺旋状に巻き付けてもよい。

【0161】

フィルム状発熱体２１３は、発熱体１３（図５参照）と同じ構造を有している。すなわち、フィルム状発熱体２１３は、台座５７と多層膜５８とを有する。フィルム状発熱体２１３を構成する台座５７と多層膜５８はフィルム状である。

【0162】

台座５７の厚みは、１μｍ以上５０００μｍ以下の範囲内が好ましく、１００μｍ以上６００μｍ以下の範囲内がより好ましい。多層膜５８の厚みは、０．０２μｍ以上１０μｍ以下の範囲内が好ましく、２μｍ以上６μｍ以下の範囲内がより好ましい。フィルム状発熱体２１３の厚みは、１．０２μｍ以上５０１０μｍ以下の範囲内が好ましく、１０２μｍ以上６０６μｍ以下の範囲内がより好ましい。台座５７の厚み、多層膜５８の厚み、およびフィルム状発熱体２１３の厚みは、上記の数値に限定されず、フィルム状発熱体２１３を用いる発熱装置として所望の出力が得られるように適宜設計することができる。

【0163】

フィルム状発熱体２１３は、この例では発熱体１３と同じ構造であるが、発熱体１３３（図１９参照）と同じ構造を有するもの、すなわち台座５７と多層膜１３４とを有するものでもよい。また、フィルム状発熱体２１３は、発熱体１４３（図２０参照）と同じ構造を有するもの、すなわち台座５７と多層膜１４４とを有するものでもよい。フィルム状発熱体２１３を構成する多層膜１３４または多層膜１４４はフィルム状である。

【0164】

フィルム状発熱体２１３と筒体１２とは、例えばスポット溶接を行うことにより接合されている。例えば、フィルム状発熱体２１３を筒体１２の外面に巻き付けながら、筒体１２の中心軸線Ｃ方向に等間隔にスポット溶接することにより、フィルム状発熱体２１３と筒体１２とが接合される。スポット溶接される部分は高温となるが、スポット溶接される部分の直径が１ｍｍ程度であり、かつ高温状態の時間が数秒であるので、フィルム状発熱体２１３の特性はほぼ劣化しない。なお、フィルム状発熱体２１３と筒体１２とを接合する箇所は特に限定されない。

【0165】

以上のように、フィルム状発熱体２１３は、台座５７および多層膜５８を有しているので、発熱体１３と同様の作用効果を有する。すなわち、フィルム状発熱体２１３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、フィルム状発熱体２１３を発熱させるために使用する水素は、水から生成できるため安価である。さらに、フィルム状発熱体２１３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、フィルム状発熱体２１３は、安価、クリーン、安全なエネルギー源として利用できる。さらに、フィルム状発熱体２１３は、台座５７および多層膜５８がフィルム状であることにより、柔軟性を有しつつ、曲面に対する追従性に優れる。

【0166】

図２５は、スパッタリング法を用いてフィルム状発熱体２１３を製造するフィルム状発熱体製造装置２１５である。フィルム状発熱体製造装置２１５は、この例ではスパッタリング法としてＤＣマグネトロンスパッタリング法を実施する。フィルム状発熱体製造装置２１５は、ローラツーローラ方式により長尺のフィルム状である台座５７を連続的に搬送しながら、台座５７の表面に多層膜５８を形成する。

【0167】

フィルム状発熱体製造装置２１５は、長尺フィルム状の台座５７を巻き出す巻出室２１７と、台座５７に多層膜５８を形成する成膜室２１８と、多層膜５８が形成された台座５７を巻き取る巻取室２１９とを有する。

【0168】

フィルム状発熱体製造装置２１５は、この例では、単一の真空チャンバ２２０で構成されており、巻出室２１７と成膜室２１８とを仕切る第１の仕切り板２２１と、成膜室２１８と巻取室２１９とを仕切る第２の仕切り板２２２と、巻出室２１７と巻取室２１９とを仕切る第３の仕切り板２２３とを有する。

【0169】

真空チャンバ２２０は、巻出室２１７を真空排気する第１真空発生部２２４と、成膜室２１８を真空排気する第２真空発生部２２５とを有する。第１真空発生部２２４は、巻出室２１７の圧力を例えば１Ｅ－４Ｐａ程度まで減圧する。第２真空発生部２２５は、成膜室２１８の圧力を巻出室２１７よりも低圧の例えば１Ｅ－５Ｐａ程度まで減圧する。第１真空発生部２２４と第２真空発生部２２５としては、例えばドライポンプやターボ分子ポンプなどが用いられる。真空チャンバ２２０の内部には、減圧後にスパッタリングガスが導入される。スパッタリングガスは、この例ではアルゴン（Ａｒ）ガスであるが、公知のガスを用いてもよい。Ａｒガスの流量を調整することにより、真空チャンバ２２０の内部のＡｒの圧力が調整可能である。真空チャンバ２２０の形状や材質は、減圧状態に耐え得るものであれば特に限定されない。

【0170】

巻出室２１７は、長尺フィルム状の台座５７が巻回された巻出ローラ２２６と、巻出ローラ２２６から巻き出された台座５７を搬送する第１搬送ローラ部２２７と、第１搬送ローラ部２２７により搬送される台座５７を加熱する加熱部２２８とを有する。巻出ローラ２２６は、図示しないモータを有し、モータの駆動により回転する。第１搬送ローラ部２２７は、例えば、フリーローラと張力測定ローラとで構成されている。

【0171】

加熱部２２８は、台座５７の表面温度が例えば２００～３５０℃となるように加熱することにより、台座５７の表面に吸着した水分を除去する。加熱部２２８は、台座５７を所望の温度まで加熱できる方式であれば特に制限されることはなく、例えば、ランプ加熱方式、赤外線加熱方式、誘導加熱方式などを用いることができる。

【0172】

成膜室２１８は、巻出室２１７から搬出された台座５７を搬送する成膜ローラ２２９と、台座５７の表面をスパッタエッチングするスパッタエッチング電極２３０と、台座５７上に第１層５９を形成する第１層成膜スパッタ電極２３１Ａ，２３１Ｂと、台座５７上に第２層６０を形成する第２層成膜スパッタ電極２３２Ａ，２３２Ｂとを有する。

【0173】

成膜ローラ２２９は、図示しないモータを有し、モータの駆動により回転する。成膜ローラ２２９の内部には、真空チャンバ２２０の外部で温度が調整された冷媒が循環している。このため、成膜室２１８では、台座５７が一定の温度（例えば５０～３００℃の範囲内の温度）に制御されている。成膜ローラ２２９と巻出ローラ２２６との周速度差に基づく張力は、第１搬送ローラ部２２７の張力測定ローラで測定される。張力測定ローラで測定された測定データが巻出ローラ２２６にフィードバックされ、巻出ローラ２２６の周速度が制御されている。

【0174】

スパッタエッチング電極２３０、第１層成膜スパッタ電極２３１Ａ，２３１Ｂ、および第２層成膜スパッタ電極２３２Ａ，２３２Ｂは、成膜ローラ２２９により搬送される台座５７の表面と対向する位置に配置されている。スパッタエッチング電極２３０、第１層成膜スパッタ電極２３１Ａ，２３１Ｂ、および第２層成膜スパッタ電極２３２Ａ，２３２Ｂは、台座５７の表面と対向する正面側に、シールド板を有している。

【0175】

スパッタエッチング電極２３０は、例えば、Ａｒガスの流量を調整してＡｒの圧力を０．１～１Ｐａ程度とし、１３．５６ＭＨｚのＲＦを印加することにより、台座５７の表面の有機物や金属酸化物などを除去する。

【0176】

第１層成膜スパッタ電極２３１Ａと第１層成膜スパッタ電極２３１Ｂとは、互いに同じ構成を有している。第１層成膜スパッタ電極２３１Ａ，２３１Ｂは、第１層５９を形成する水素吸蔵金属または水素吸蔵合金のターゲット材（図示なし）を有する。ターゲット材の正面は、台座５７と対向している。この例ではターゲット材の背面にマグネット（図示なし）が配置されている。第１層成膜スパッタ電極Ａ，２３１Ｂは、例えば、Ａｒガスの流量を調整してＡｒの圧力を０．１～１Ｐａ程度とし、直流電力を０．１～５００ｋＷ／ｍ^２程度印加することにより、台座５７上に第１層５９を形成する。第１層５９の厚みは、直流電力の大きさと台座５７の搬送速度を調整することにより制御できる。

【0177】

第２層成膜スパッタ電極２３２Ａと第２層成膜スパッタ電極２３２Ｂとは、互いに同じ構成を有している。第２層成膜スパッタ電極２３２Ａ，２３２Ｂは、第２層６０を形成する水素吸蔵金属、水素吸蔵合金、またはセラミックスのターゲット材（図示なし）を有する。ターゲット材の正面は、台座５７と対向している。この例ではターゲット材の背面にマグネット（図示なし）が配置されている。第２層成膜スパッタ電極２３２Ａ，２３２Ｂは、例えば、Ａｒガスの流量を調整してＡｒの圧力を０．１～１Ｐａ程度とし、直流電力を０．１～５００ｋＷ／ｍ^２程度印加することにより、台座５７上に第２層６０を形成する。なお、第２層６０を形成するためのターゲット材としてセラミックスを用いる場合、第２層成膜スパッタ電極２３２Ａおよび第２層成膜スパッタ電極２３２ＢはＲＦを印加するように構成する。第２層６０の厚みは、直流電力の大きさと台座５７の搬送速度を調整することにより制御できる。

【0178】

図２５において、台座５７の走行方向を白抜き矢印で示している。図２５では、台座５７の走行方向の上流側から下流側へ向かって、第１層成膜スパッタ電極２３１Ａ、第２層成膜スパッタ電極２３２Ａ、第１層成膜スパッタ電極２３１Ｂ、第２層成膜スパッタ電極２３２Ｂの順に配されている。したがって、第１層成膜スパッタ電極２３１Ａは、台座５７の表面に第１層５９を形成する。第２層成膜スパッタ電極２３２Ａは、第１層成膜スパッタ電極２３１Ａにより形成された第１層５９の表面に第２層６０を形成する。第１層成膜スパッタ電極２３１Ｂは、第２層成膜スパッタ電極２３２Ａにより形成された第２層６０の表面に第１層５９を形成する。第２層成膜スパッタ電極２３２Ｂは、第１層成膜スパッタ電極２３１Ｂにより形成された第１層５９の表面に第２層６０を形成する。このようにして、成膜室２１８では、台座５７の表面に、第１層５９と第２層６０とから構成される多層膜５８が形成される。以下の説明において、第１層成膜スパッタ電極２３１Ａと第１層成膜スパッタ電極２３１Ｂとを区別しない場合は第１層成膜スパッタ電極２３１と記載し、第２層成膜スパッタ電極２３２Ａと第２層成膜スパッタ電極２３２Ｂとを区別しない場合は、第２層成膜スパッタ電極２３２と記載する。第１層成膜スパッタ電極２３１と第２層成膜スパッタ電極２３２とが１つ以上であれば、第１層５９と第２層６０とをそれぞれ１層以上有し、異種物質界面６１が１つ以上形成されている多層膜５８が得られる。第１層５９の層数、第２層６０の層数、および異種物質界面６１の数は、第１層成膜スパッタ電極２３１の数と第２層成膜スパッタ電極２３２の数を変更することにより、変更できる。

【0179】

巻取室２１９は、成膜室２１８から搬出された台座５７を搬送する第２搬送ローラ部２３３と、第２搬送ローラ部２３３により搬送される台座５７を巻き取る巻取ローラ２３４とを有する。巻取ローラ２３４を巻き取られたフィルム状物がフィルム状発熱体２１３である。第２搬送ローラ部２３３は、例えば、フリーローラと張力測定ローラとで構成されている。巻取ローラ２３４は、図示しないモータを有し、モータの駆動により回転する。巻取ローラ２３４と成膜ローラ２２９との周速度差に基づく張力は、第２搬送ローラ部２３３の張力測定ローラで測定される。張力測定ローラで測定され測定データが巻取ローラ２３４にフィードバックされ、巻取ローラ２３４の周速度が制御されている。フィルム状発熱体２１３は、真空チャンバ２２０の内部を大気圧に戻し、巻取室２１９から巻取ローラ２３４を取り出すことにより得られる。

【0180】

以上のように、フィルム状発熱体製造装置２１５は、長尺フィルム状の台座５７の走行方向の上流側から下流側へ向かって第１層成膜スパッタ電極２３１と第２層成膜スパッタ電極２３２とが交互に配列されていることにより、台座５７上に第１層５９および第２層６０を真空状態で連続的に形成することができる。したがって、フィルム状発熱体製造装置２１５は、第１層５９および第２層６０の間に自然酸化膜が形成されずに異種物質界面６１のみが形成された長尺のフィルム状発熱体２１３を製造することができる。長尺のフィルム状発熱体２１３は、柔軟性を有しつつ、凹凸形状などの曲面に対する追従性に優れている。また、長尺のフィルム状発熱体２１３は、所望の長さに切断して使用することができるので、より様々な用途に適用可能である。

【0181】

長尺のフィルム状発熱体２１３を所定の長さに切断することにより複数の短尺のフィルム状発熱体２１３を準備し、１つの筒体１２の外面に複数の短尺のフィルム状発熱体２１３を互いに間隔をあけて設けてもよい。

【0182】

フィルム状発熱体製造装置２１５は、加熱部２２８による加熱、スパッタエッチング電極２３０によるスパッタエッチング、および第１層成膜スパッタ電極２３１と第２層成膜スパッタ電極２３２による成膜を連続的に行う連続処理と、加熱部２２８による加熱、スパッタエッチング電極２３０によるスパッタエッチング、および第１層成膜スパッタ電極２３１と第２層成膜スパッタ電極２３２による成膜を区切って行うステップ処理とが実施可能である。連続処理の場合は、１つの長尺フィルム状の台座５７に対する成膜が終了するまで、加熱、スパッタエッチング、および成膜を続ける。ステップ処理の場合は、例えば、電源のＯＮ／ＯＦＦまたは入力電力の調整などを行うことにより、加熱、スパッタエッチング、および成膜を行う時間をそれぞれ独立に設定可能とする。また、ターゲット材を遮蔽するシャッターの開閉を行うことにより成膜を行う時間を設定してもよい。

【0183】

フィルム状発熱体製造装置２１５は、台座５７上に多層膜５８が形成された構成を有するフィルム状発熱体２１３を製造するものに限られない。フィルム状発熱体製造装置としては、台座５７上に多層膜１３４または多層膜１４４が形成された構成を有するフィルム状発熱体を製造するものでもよい。

【0184】

台座５７上に多層膜１３４が形成された構成を有するフィルム状発熱体を製造するフィルム状発熱体製造装置は、第１層成膜スパッタ電極２３１と第２層成膜スパッタ電極２３２に加え、台座５７上に第３層１３５を形成する第３層成膜スパッタ電極をさらに備える。第３層成膜スパッタ電極は、第３層１３５を形成する水素吸蔵金属または水素吸蔵合金のターゲット材を有する。第３層成膜スパッタ電極は、第１層成膜スパッタ電極２３１または第２層成膜スパッタ電極２３２と同様に、直流電力の大きさと台座５７の搬送速度を調整することにより第３層１３５の厚みを制御できる。

【0185】

台座５７上に多層膜１４４が形成された構成を有するフィルム状発熱体を製造するフィルム状発熱体製造装置は、第１層成膜スパッタ電極２３１、第２層成膜スパッタ電極２３２、および第３層成膜スパッタ電極に加え、台座５７上に第４層１４５を形成する第４層成膜スパッタ電極をさらに備える。第４層成膜スパッタ電極は、第４層１４５を形成する水素吸蔵金属または水素吸蔵合金のターゲット材を有する。第４層成膜スパッタ電極は、第１層成膜スパッタ電極２３１または第２層成膜スパッタ電極２３２と同様に、直流電力の大きさと台座５７の搬送速度を調整することにより第４層１４５の厚みを制御できる。

【0186】

図２６に示すフィルム状発熱体２４３は、台座５７と多層膜５８に加え、多層膜５８の表面に設けられ、多層膜５８の表面を保護するパッシベーション膜２４４をさらに有するものである。パッシベーション膜２４４は、水素を透過する材料、例えばＳｉＯ_２、ＳｉＮなどで構成される。パッシベーション膜２４４は、例えばＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法により形成することができる。フィルム状発熱体２４３は、パッシベーション膜２４４を有することにより、多層膜５８の損傷が抑制される。パッシベーション膜２４４は、多層膜１３４または多層膜１４４の表面に設けてもよい。

【符号の説明】

【0187】

１０，７０，８０，９０，１００，１２０ 発熱装置
１１ 密閉容器
１２ 筒体
１３，１３３，１４３ 発熱体
１４ 流路
１５ 流体循環部
１６ 制御部
２６ 中空部
３０ 循環ライン
３２，９２ 冷却部
３３ 加熱部
４５ 外部流体ライン
５５，５５ａ～５５ｃ 発熱モジュール
５７ 台座
５８，１３４，１４４ 多層膜
５９ 第１層
６０ 第２層
６１，１３６，１４６ 異種物質界面
７１，１０４ 蒸気タービン（流体利用装置）
７９，８９，１１９，１２９ 熱利用システム
１０１ 熱回収ライン
１３５ 第３層
１４５ 第４層
１５０ 発熱体製造装置
２１３，２４３ フィルム状発熱体
２１５ フィルム状発熱体製造装置

【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】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】

【図26】