发热装置的制作方法

1.本发明涉及一种发热装置。

背景技术：

2.近年来，报告了一种发热现象，通过使用储氢金属等进行氢的吸藏及释放而产生热(例如参照非专利文献1)。氢因为能够由水生成，所以作为资源来说取之不尽用之不竭且价格低廉，并且不会产生二氧化碳等温室效应气体，因此被视为洁净的能源。另外，使用储氢金属等的发热现象与核分裂反应不同，不会发生连锁反应，因此被认为是安全的。通过氢的吸藏及释放所产生的热除了直接作为热加以利用以外，也能够转换成电力加以利用，因此作为有效的能源备受期待。
3.背景技术文献
4.非专利文献
5.非专利文献1：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.

技术实现要素：

6.[发明要解决的问题]
[0007]
业界正在进行利用氢的吸藏及释放来获得热能的发热装置的研究开发，但因为热损失较大，且维持装置动作所需的能量也较大，所以存在能效较低的问题。
[0008]
因此，本发明的目的在于提供一种抑制热损失且能效优异的发热装置。
[0009]
[解决问题的技术手段]
[0010]
本发明的发热装置的特征在于，具备：中空容器；发热体，设置在所述容器的内部；加热器，对所述发热体进行加热；导线部，将所述容器的壁部与所述加热器连接；氢供给部，对所述发热体供给含有氢的氢系气体；及真空排气部，对所述容器的内部进行真空排气；所述发热体具有：基座，包含储氢金属、储氢合金或质子导电体；及多层膜，设置在所述基座的表面；所述多层膜具有由第1层与第2层积层而成的积层构造，所述第1层包含储氢金属或储氢合金且厚度小于1000nm，所述第2层包含与所述第1层不同种类的储氢金属、储氢合金或陶瓷且厚度小于1000nm；所述发热体由所述加热器加热，所述氢以量子扩散的方式透过所述第1层与所述第2层的界面即异种物质界面、或在该异种物质界面上扩散，由此产生热；当将加热器温度设为th[k]、将外界温度设为tw[k]、将等效导热面积设为a
hc
[m2]、将等效导热率设为k
eq
[w/mk]、将等效导热距离设为l
eq
[m]、将样品辐射表面积设为as[m2]、将样品表面温度设为ts[k]、将等效辐射率设为ε
eq
、将斯特藩-玻耳兹曼常数设为σ[w/m2k4]、将维持动作所需的能量设为pm[w]、将所述发热体产生的热能设为h
ex
[w]时，满足下述数式(1)。
[0011]
[数式1]
[0012]ahc
η
eq
(t
h-tw)+asε
eq
σ(t
s4-t
w4
)+pm＜h
ex
…
(1)
[0013]
此处，所述数式(1)中，η
eq
为所述等效导热率除以所述等效导热距离所得的值(k
eq
/l
eq
)。
[0014]
[发明的效果]
[0015]
根据本发明，能够抑制热损失，提升能效。
附图说明
[0016]
图1是用来说明第1实施方式的发热装置的概况的说明图。
[0017]
图2是用来说明第1实施方式的发热装置的详细构成的说明图。
[0018]
图3是表示具有第1层及第2层的发热体的构造的剖视图。
[0019]
图4是用来说明过量热的产生的说明图。
[0020]
图5是表示加热器的构成的立体图。
[0021]
图6是表示反射部的构成的立体图。
[0022]
图7是表示使上部的支撑板移动到上方的状态的立体图。
[0023]
图8是支撑板的剖视图。
[0024]
图9是用来说明第2实施方式的发热装置的构成的说明图。
[0025]
图10是用来说明第3实施方式的发热装置的构成的说明图。
[0026]
图11是用来说明第3实施方式的发热装置的作用的说明图。
[0027]
图12是用来说明第4实施方式的发热装置的构成的说明图。
[0028]
图13是形成为有底筒状的发热体的剖视图。
[0029]
图14是用来说明第5实施方式的发热装置的构成的说明图。
[0030]
图15是用来说明第5实施方式的发热装置的作用的说明图。
[0031]
图16是形成为柱状的发热体的剖视图。
[0032]
图17是用来说明第6实施方式的发热装置的构成的说明图。
[0033]
图18是表示具有第1层、第2层及第3层的发热体的构造的剖视图。
[0034]
图19是表示具有第1层、第2层、第3层及第4层的发热体的构造的剖视图。
具体实施方式
[0035]
[第1实施方式]
[0036]
图1中，发热装置10具备容器11、加热器12、导线部13、发热体14、氢供给部15、真空排气部16及反射部17。容器11为中空的真空容器。通过施加电压，加热器12产生热，对发热体14进行加热。导线部13将容器11的壁部与加热器12连接。发热体14设置在容器11的内部。发热体14通过在真空状态下被加热器12加热，而升温到被加热器12加热的温度以上的温度。将升温到被加热器12加热的温度以上的温度的发热体14所产生的热称为过量热。关于发热体14产生过量热的机制，下文将使用其它附图进行叙述。氢供给部15对发热体14供给含有氢的氢系气体。真空排气部16对容器11的内部进行真空排气。反射部17反射发热体14放射的辐射热。
[0037]
当将作为加热器12的温度的加热器温度设为th[k]、将作为容器11的外部温度的
外界温度设为tw[k]、将导线部13的等效导热面积设为a
hc
[m2]、将导线部13的等效导热率设为k
eq
[w/mk]、将导线部13的等效导热距离设为l
eq
[m]、将作为发热体14的表面积的样品辐射表面积设为as[m2]、将作为发热体14的表面温度的样品表面温度设为ts[k]、将发热体14与容器11的壁部之间的等效辐射率设为ε
eq
、将斯特藩-玻耳兹曼常数设为σ[w/m2k4]、将作为维持装置动作所需的能量的动作维持能量设为pm[w]、将发热体14产生的热能设为h
ex
[w]时，发热装置10满足所述数式(1)。所述数式(1)中，η
eq
为等效导热率除以等效导热距离所得的值(k
eq
/l
eq
)。“等效”意指将多个要素置换成1个要素来表示的情况。例如在导线部13包含2种导线，且各导线的导热面积不同的情况下，将各导线被置换成1个导线时的导热面积称为等效导热面积。此外，本发明中“等效”这一用语包括要素仅为1个的情况。例如在导线部13由1种导线构成的情况下，将该导线的导热面积也称为等效导热面积。
[0038]
所述数式(1)左边的第1项表示经由导线部13从加热器12向容器11导热所产生的热损失，称为导热能量损失。所述数式(1)左边的第2项表示发热体14的辐射热所产生的热损失，称为辐射能量损失。所述数式(1)左边的第3项、也就是动作维持能量是为了使发热体14中长时间持续产生过量热而所需的能量，至少包含用来驱动真空排气部16的电能。发热装置10中，在发热体14产生过量热后，使加热器12断开(off)。因此，动作维持能量不包含用来驱动加热器12的电能。
[0039]
发热装置10通过使用尽可能减小与外界的接触面积且由导热率较低的材料构成的部件，而抑制导热所产生的热损失。另外，发热装置10通过设置反射板或由反射辐射热的材料构成容器11等来抑制发热体14的辐射热，从而抑制辐射所导致的热损失。进而，发热装置10通过利用真空泵对容器11的内部进行排气等来抑制氢的对流，从而抑制对流所导致的热损失。发热装置10中，在发热体14产生过量热后使加热器12断开。发热装置10将输出能量的一部分作为输入能量加以利用，能够使发热体14中长时间持续产生过量热，因此能够独立运行。
[0040]
使用图2对第1实施方式的发热装置10的构成进行详细说明。
[0041]
容器11包括上部11a、底部11b及侧部11c。上部11a与底部11b相互隔开间隔而对向配置。上部11a位于底部11b的上方。侧部11c形成为筒状，将上部11a与底部11b连接。容器11通过上部11a、底部11b及侧部11c相连接而密闭。以下说明中，在不区分上部11a、底部11b及侧部11c的情况下，记载为壁部。容器11的材料是使用具有耐热性及耐压性的材料。作为容器11的材料，可例举：碳钢、奥氏体系不锈钢、耐热性非铁合金钢等。容器11的材料也可以是与下述反射板相同的材料。通过使用与反射板相同的材料构成容器11，而由容器11的内表面反射发热体14的辐射热，抑制辐射能量损失。容器11的形状并无特别限定，可以是圆筒状、椭圆筒状、角筒状等。容器11的内部设置着未图示的压力传感器。
[0042]
在容器11的壁部设置着气体导入口25、气体排出口26及连接部27。气体导入口25将容器11的内部与氢供给部15连接。气体排出口26将容器11的内部与真空排气部16连接。连接部27与导线部13连接。气体导入口25与气体排出口26在本实施方式中设置在侧部11c，但并不限定于此，也可以设置在上部11a或底部11b。连接部27在本实施方式中设置在上部11a，但并不限定于此，也可以设置在侧部11c或底部11b。
[0043]
加热器12设置在容器11的内部。本实施方式中，加热器12的形状为板状。加热器12具有加热部29及温度传感器30。通过从设置在容器11的外部的电源(未图示)施加电压，从
而加热部29产生热。加热部29的俯视形状是边长为25mm的正方形。温度传感器30检测加热器12的温度。加热器12在发热装置10开始运行时使发热体14升温到规定温度。
[0044]
导线部13具有与加热部29连接的加热用导线部32、及与温度传感器30连接的温度检测用导线部33。加热用导线部32及温度检测用导线部33经由容器11的连接部27而与下述控制部37电连接。
[0045]
发热体14设置在加热器12的两面。也就是说，发热装置10具备2个发热体14。本实施方式中，发热体14的形状为板状。发热体14的俯视形状是边长为25mm的正方形。构成发热体14的面中，将与加热器12相接的面设为背面，将与背面为相反侧的面设为正面，将相对于正面及背面呈直角的4个面设为侧面。发热体14的数量并无特别限定。关于发热体14的详细构成，下文将使用其它附图进行叙述。
[0046]
氢供给部15设置在容器11的外部。氢供给部15经由气体导入口25向容器11的内部导入氢系气体。虽未图示，但氢供给部15包括：贮存氢系气体的缓冲槽、将缓冲槽与容器11的气体导入口25连接的配管、及对导入到容器11内部的氢系气体的流量或配管内的压力进行调整的压力调整阀等。氢系气体是指包含氢的同位素在内的气体。作为氢系气体，可使用氘气及氕气中的至少任一种。氕气包含天然存在的氕与氘的混合物，也就是氕的存在比为99.985％且氘的存在比为0.015％的混合物。以下说明中，在不区分氕与氘的情况下，记载为“氢”。
[0047]
真空排气部16设置在容器11的外部。真空排气部16经由气体排出口26对容器11的内部进行真空排气。虽未图示，但真空排气部16包括：真空泵、将真空泵与容器11的气体排出口26连接的配管、对从容器11的内部排出的氢系气体的流量或配管内的压力进行调整的压力调整阀等。真空排气部16在发热装置10的运行过程中，持续进行容器11内部的真空排气。由此，容器11的内部被维持为真空状态，能够抑制氢的对流，从而抑制对流所导致的热损失。
[0048]
反射部17设置在容器11的内部。反射部17整体为箱状，以覆盖各发热体14的方式构成。本实施方式中，反射部17的形状为大致长方体。反射部17由反射辐射热的材料形成。反射部17的材料优选为反射辐射热且导热率较低的材料。
[0049]
反射部17至少具有与发热体14的正面对应的反射板35。反射板35将从发热体14的正面放射的辐射热朝向该发热体14反射。关于反射板35，将发热体14侧的面设为正面，将容器11侧的面设为背面。本实施方式中，在与发热体14的正面正交的方向上，具有相互隔开间隔配置的3片反射板35。因此，发热装置10中，具有针对每一发热体14设置有3片反射板35的构成。从发热体14的正面放射的辐射热存在一部分由反射板35反射，一部分透过反射板35的情况。通过设置3片反射板35，透过与发热体14的正面对应的第1片反射板35的辐射热由第2片反射板35反射，透过第2片反射板35的辐射热由第3片反射板35反射。反射板35的设置数量越多，越能够抑制辐射能量损失。此处，已知如果在2面之间设置n片反射板，且所有面的辐射率相等，则热通量与1/(n+1)成比例地减少(例如参照“导热工学资料第5版修订日本机械学会2009年发行p.208～209”)。本实施方式中，因为在发热体14的正面与容器11的内表面之间设置着3片反射板35，所以与无反射板35的情况相比，能够将辐射能量损失抑制为大致1/4左右。
[0050]
另外，反射部17还具有与发热体14的4个侧面分别对应的多个反射板35。本实施方
式中，在与发热体14的1个侧面正交的方向上，相互隔开间隔地设置着3片反射板35。因此，反射部17构成为利用合计18片反射板35覆盖2个发热体14。反射板35的材料使用ni、cu、mo等。反射板35的俯视形状并无特别限定，在本实施方式中为长方形。多个反射板35中，在配置于上方的3片反射板35设置着供下述导线部13插入的贯通孔。另外，在各反射板35设置着供下述支柱53插入的贯通孔(未图示)。
[0051]
发热装置10还具备控制部37。控制部37设置在容器11的外部。控制部37与发热装置10的各部电连接，控制各部的动作。控制部37例如具备：运算装置(central processing unit，中央处理单元)、读出专用存储器(read only memory，只读存储器)或随机存取存储器(random access memory)等存储部等。运算装置中，例如使用存储在存储部中的程序或数据等执行各种运算处理。另外，控制部37与设置在容器11外部的电源(未图示)电连接，对从电源向加热器12施加的电压进行控制。
[0052]
使用图3及图4对发热体14的构成进行详细说明。如图3所示，发热体14具有基座39及多层膜40。基座39由储氢金属、储氢合金或质子导电体形成。作为储氢金属，例如可使用ni、pd、v、nb、ta、ti等。作为储氢合金，例如可使用lani5、cacu5、mgzn2、zrni2、zrcr2、tife、tico、mg2ni、mg2cu等。作为质子导电体，例如可使用baceo3系(例如ba(ce
0.95y0.05
)o
3-6
)、srceo3系(例如sr(ce
0.95y0.05
)o
3-6
)、cazro3系(例如cazr
0.95y0.05o3-α
)、srzro3系(例如srzr
0.9y0.1o3-α
)、βal2o3、βga2o3等。基座39也可以由多孔质体或氢透过膜形成。多孔质体具有能够供氢系气体通过的尺寸的孔。多孔质体例如由金属、非金属、陶瓷等形成。多孔质体优选由不阻碍氢系气体与多层膜40的反应的材料形成。氢透过膜例如由储氢金属或储氢合金形成。氢透过膜包含具有网状片材的膜。
[0053]
多层膜40设置在基座39。图3中，在基座39的正面设置着多层膜40，但也可以在基座39的背面、或基座39的两面设置多层膜40。在基座39的正面或背面设置着多层膜40的情况下，基座39设置在加热器12(省略图示)的表面。在基座39的两面设置着多层膜40的情况下，任一多层膜40设置在加热器12的表面。多层膜40具有：第1层41，由储氢金属或储氢合金所形成；及第2层42，由与第1层41不同种类的储氢金属、储氢合金或陶瓷所形成。基座39与第1层41之间的界面、第1层41与第2层42之间的界面为异种物质界面43。
[0054]
第1层41例如由ni、pd、cu、mn、cr、fe、mg、co、及它们的合金中的任一种所形成。形成第1层41的合金优选为包含ni、pd、cu、mn、cr、fe、mg、co中的2种以上的合金。作为形成第1层41的合金，也可以使用对ni、pd、cu、mn、cr、fe、mg、co添加了添加元素的合金。
[0055]
第2层42例如由ni、pd、cu、mn、cr、fe、mg、co、它们的合金及sic中的任一种所形成。形成第2层42的合金优选为包含ni、pd、cu、mn、cr、fe、mg、co中的2种以上的合金。作为形成第2层42的合金，也可以使用对ni、pd、cu、mn、cr、fe、mg、co添加了添加元素的合金。
[0056]
作为第1层41与第2层42的组合，当将元素种类表示为“第1层41-第2层42”时，优选为pd-ni、ni-cu、ni-cr、ni-fe、ni-mg、ni-co。在将第2层42设为陶瓷的情况下，“第1层41-第2层42”优选为ni-sic。
[0057]
第1层41的厚度与第2层42的厚度分别优选小于1000nm。如果第1层41及第2层42的各厚度为1000nm以上，那么氢难以透过多层膜40。另外，通过使第1层41及第2层42的各厚度小于1000nm，能够维持不显示块体特性的纳米构造。第1层41及第2层42的各厚度更优选小于500nm。通过使第1层41及第2层42的各厚度小于500nm，能够维持完全不显示块体特性的
纳米构造。
[0058]
图3中，多层膜40具有在基座39的正面依次交替地积层第1层41与第2层42而成的构成。第1层41与第2层42分别设为5层。此外，第1层41与第2层42的各层数也可以适当变更。多层膜40也可以具有在基座39的正面依次交替地积层第2层42与第1层41而成的构成。作为多层膜40，只要第1层41与第2层42分别具有1层以上且形成有1个以上异种物质界面43即可。
[0059]
如图4所示，异种物质界面43使氢原子透过。图4是表示使由面心立方结构的储氢金属所形成的第1层41及第2层42吸藏氢后，对第1层41及第2层42进行加热时，第1层41中的金属晶格中的氢原子透过异种物质界面43向第2层42的金属晶格中移动的情况的概略图。使用图4，说明发热体14产生过量热的机制。
[0060]
发热体14是通过向容器11中导入氢系气体而利用基座39及多层膜40吸藏氢。即使停止向容器11的内部导入氢系气体，发热体14也会维持在基座39及多层膜40中吸藏有氢的状态。当利用加热器12开始对发热体14进行加热时，基座39及多层膜40中吸藏的氢被释放，在多层膜40的内部跳跃并且进行量子扩散。可知，氢较轻，在某一物质a及物质b的氢所占的部位(八面体或四面体部位)跳跃并且进行量子扩散。通过在真空状态下对发热体14进行加热，氢以量子扩散的方式透过异种物质界面43，或氢在异种物质界面43上扩散，从而产生过量热。
[0061]
发热体14通过被供给氢系气体，且被加热器12加热，升温到规定温度，而产生过量热。发热体14通过利用加热器12升温到例如270～300℃，而产生过量热。产生过量热的状态的发热体14的温度例如设为300℃以上1500℃以下的范围内。当产生过量热时，即使将加热器12断开，发热体14也会持续发热规定时间。
[0062]
说明发热体14的制造方法的一例。发热体14例如可以使用溅镀法来制造。首先，形成板状的基座39。其次，在基座39上交替地形成第1层41及第2层42，从而形成多层膜40。由此，获得在基座39的正面设置着多层膜40的发热体14。当形成基座39时，优选形成为比第1层41及第2层42厚，作为基座39的材料，例如可使用ni。第1层41及第2层42优选在真空状态下连续形成。这是因为，能够在第1层41及第2层42之间不形成自然氧化膜而仅形成异种物质界面43。作为发热体14的制造方法，并不限于溅镀法，可以使用蒸镀法、湿式法、熔射法、电镀法等。发热体14的形状在本实施方式中为板状，但并不限定于此，也可以是筒状或柱状。
[0063]
说明使用发热体14的发热方法的一例。首先，通过向容器11的内部导入氢系气体，而使发热体14吸藏氢系气体中所含的氢。其次，停止导入氢系气体，对容器11的内部进行真空排气，并对发热体14进行加热，由此使发热体14中吸藏的氢释放。发热体14中，当吸藏氢时氢以量子扩散的方式透过异种物质界面43而产生热，当释放氢时氢以量子扩散的方式透过异种物质界面43而产生热。也可以反复进行氢的吸藏及释放。将通过交替地进行氢的吸藏及释放而使发热体14发热的方式称为批次式。
[0064]
以下记载利用批次式使发热体14发热的实验方法及结果。
[0065]
作为发热体14的基座39，使用包含ni且厚度为0.1mm的ni衬底。在基座39的正面，交替地形成包含cu的第1层41及包含ni的第2层42，获得多层膜40。第1层41的厚度设为14nm。第2层42的厚度设为2nm。第1层41与第2层42分别设为5层。准备2片发热体14，配置在
板状的陶瓷加热器的两面。将发热体14与陶瓷加热器一起设置在真空容器的内部。然后，反复进行向真空容器内部的氢系气体的导入与真空容器内部的真空排气。向真空容器的内部导入氢系气体的压力设为50pa左右。使发热体14吸藏氢的时间设为64小时左右。此外，在吸藏氢之前，预先利用加热器将真空容器的内部在200℃以上烘烤36小时左右，去除附着在发热体14的表面的水等。加热器的输入功率切换为9w、18w、27w。能够确认到在500℃至1000℃的范围内产生了过量热。过量热在900℃附近约为5w左右。此外，求出900℃附近的每单位面积的过量热，为约0.5w/cm2。能够确认到在发热体14产生过量热后，即使断开加热器，也会持续发热规定时间。
[0066]
说明使用发热体14的发热方法的另一例。使发热体14两侧的氢的分压产生差。例如，将发热体14收容在容器中，将容器内部划分为第1室与第2室。向第1室的内部导入氢系气体，对第2室的内部进行真空排气。由此，第1室的氢分压上升，第2室的氢分压下降，发热体14的两侧产生氢分压差。当发热体14的两侧产生氢分压差时，在发热体14中配置在高压侧的一面(正面)吸附氢系气体中所含的氢分子，该氢分子解离为2个氢原子。解离而得的氢原子渗入发热体14的内部。也就是说，氢被发热体14吸藏。氢原子在发热体14的内部扩散、通过。在发热体14中配置在低压侧的另一面(背面)，通过了发热体14的氢原子再次键合，成为氢分子而释放。也就是说，从发热体14释放氢。这样，发热体14使氢从高压侧向低压侧透过。此处所谓透过是指在发热体正面吸藏氢且从发热体背面释放氢。发热体14通过吸藏氢而产生热，另外，通过释放氢，也会产生热。通过使发热体14两侧产生氢分压差，而同时进行发热体14正面的氢吸藏与发热体14背面的氢释放，氢连续透过发热体14，因此能够有效率地产生过量热。将通过利用氢分压差使氢透过而使发热体14发热的方式称为透过式。此外，以下说明中，有时也将氢分压记载为“氢压力”。
[0067]
以下记载利用透过式使发热体14发热的实验方法及结果。
[0068]
作为发热体14的基座39，使用包含ni且厚度为0.1mm的ni衬底。在基座39的两面交替地形成包含cu的第1层41与包含ni的第2层42，获得多层膜40。第1层41与第2层42分别设为6层。在开始实验之前，在300℃下对发热体14进行3天烘烤。实验在所述烘烤后开始。在由不锈钢所形成的配管的前端，使用vcr(vacuum coupling radius seal，真空连接径向密封)接头将发热体14固定。将配管的前端配置在石英玻璃管的内部。从配管的基端导入氢系气体，对石英玻璃管的内部进行真空排气。配管的内部空间为第1室，石英玻璃管的内部空间为第2室。将第1室的氢分压调整为100kpa。将第2室的氢分压调整为1
×
10-4
pa。驱动加热器，在规定的设定温度下对发热体14进行加热。加热器使用电炉。设定温度约半天变更一次，在300℃至900℃的范围内阶段性地上升。能够确认到在300℃至900℃的范围内产生过量热。能够确认到在800℃附近过量热约为10w左右。此外，求出800℃附近的每单位面积的过量热，约为5w/cm2。能够确认到在发热体14产生过量热后，即使断开加热器，也会持续发热规定时间。
[0069]
根据以上，发热体14所产生的热能h
ex
在批次式中为5w左右，在透过式中为10w左右。本实施方式的发热装置10构成为利用批次式进行发热。
[0070]
使用图5对加热器12的构成进行详细说明。本实施方式中，加热器12是内置了热电偶的板状陶瓷加热器。加热器12并不限定于陶瓷加热器，也可以是电炉等。温度传感器30是内置在加热部29的热电偶。热电偶是负极的裸线材料含有铂(pt)、正极的裸线材料含有
13％的铑的铂铑合金(ptrh)。本实施方式中，利用作为温度传感器30的热电偶来测量加热器温度th。
[0071]
加热器12与发热体14是使用保持器45而一体化。保持器45例如由陶瓷形成。保持器45的俯视形状为正方形。保持器45由一对保持器半体45a、45b构成。保持器半体45a与保持器半体45b具有相同构成。因此，对保持器半体45a进行说明，对保持器半体45b省略说明。保持器半体45a具有设置在与发热体14相接的面的阶差部46、及在厚度方向上开口的开口部47。图5中，保持器半体45b的阶差部46隐藏在纸面里侧。当将一对保持器半体45a、45b一体化时，在阶差部46配置发热体14，发热体14从开口部47露出。开口部47在本实施方式中为直径23mm的圆形状，但并不限定于此。收容在保持器45的发热体14从与一对保持器半体45a、45b的各开口部47对应的面朝向反射部17放射辐射热。因此，本实施方式中，使用开口部47的面积作为样品辐射表面积as。
[0072]
对导线部13的构成进行详细说明。加热用导线部32包括：加热器导线32a，与加热部29连接；及导线32b，将加热器导线32a与连接部27连接。温度检测用导线部33包括：热电偶导线33a，是从热电偶中的加热部29突出的部分；及补偿导线33b，将热电偶导线33a与连接部27连接。导线部13具有加热器导线32a、导线32b、热电偶导线33a、及补偿导线33b各2根。
[0073]
导线部13是从加热器12向容器11导热的导热路径。基于构成导线部13的加热器导线32a、导线32b、热电偶导线33a、及补偿导线33b的各截面积，获得导线部13的等效导热面积a
hc
。基于构成导线部13的加热器导线32a、导线32b、热电偶导线33a、及补偿导线33b的各导热率，获得导线部13的等效导热率k
eq
。基于构成导线部13的加热器导线32a、导线32b、热电偶导线33a、及补偿导线33b的各长度，获得导线部13的等效导热距离l
eq
。
[0074]
使用图6～图8对反射部17的构成进行详细说明。如图6所示，反射部17除具有多个反射板35以外，还具有支撑多个反射板35的支撑部48。支撑部48由sio2或陶瓷等低导热性材料形成，具有作为隔热体的功能，反射来自发热体14的辐射热。支撑部48具有：多个底座49，相互隔开规定间隔固定在容器11的底部11b；及多个支撑板50a～50c，固定在各底座49。本实施方式中，支撑部48包括：4个底座49、构成上部的1个支撑板50a、构成底部的1个支撑板50b、及构成侧部的4个支撑板50c。各底座49形成为柱状，从容器11的底部11b朝向上部11a延伸。各支撑板50a～50c整体上构成为箱状，在本实施方式中为大致长方体。各支撑板50a～50c使用螺丝部件(未图示)而固定在各底座49。各支撑板50a～50c的俯视形状并无特别限定，在本实施方式中为长方形。
[0075]
在上部的支撑板50a与侧部的各支撑板50c之间，设置着供氢系气体流通的气体流通部51。此外，气体流通部51也可以设置在底部的支撑板50b与侧部的各支撑板50c之间，还可以设置在侧部的4个支撑板50c彼此之间。
[0076]
图7示出使上部的支撑板50a移动到上方的状态。在支撑部48的内部收容着发热体14及加热器12(未图示)。在上部的支撑板50a设置着供加热器12的导线部13插入的贯通孔。在各支撑板50a～50c的内表面支撑着多个反射板35。
[0077]
如图8所示，在各支撑板50a～50c设置着多个支柱53及多个间隔件54。使用支撑板50a进行支柱53及间隔件54的说明。支柱53插入到设置在反射板35的贯通孔中。间隔件54配置在支撑板50a与反射板35之间、及多个反射板35彼此之间。由此，隔开规定间隔配置多个
反射板35。
[0078]
各支撑板50a～50c以设置着多个反射板35的面相互对向的方式固定在各底座49(参照图6及图7)。由此，发热体14被多个反射板35包围，发热体14放射的辐射热被多个反射板35反射，从而抑制辐射所导致的热损失。
[0079]
发热装置10像上文所述那样在开始运行时，将加热器12接通(on)，使发热体14升温到规定温度，由此，从发热体14产生过量热。当发热装置10停止运行时，使发热体14冷却。作为冷却发热体14的方法，例如向容器11的内部导入低温水或惰性气体等。通过将容器11内部的氢的压力设为例如1个大气压以上，增大氢对流所引起的热损失，也能够将发热体14冷却。
[0080]
使用所述数式(1)，估算导热能量损失、辐射能量损失、及动作维持能量。
[0081]
首先，估算导热能量损失。估算的条件及结果如下所述。
[0082]
关于加热器导线32a，将材料设为ni，将导热率设为40w/mk，将直径设为0.5mm，将长度设为100mm。关于导线32b，将材料设为cu，将导热率设为400w/mk，将直径设为0.5mm，将长度设为50mm。关于热电偶导线33a，将负极的裸线材料设为pt，将正极的裸线材料设为ptrh，将各裸线的导热率设为80w/mk，将直径设为0.3mm，将长度设为90mm。关于补偿导线33b，将材料设为cu，将导热率设为400w/mk，将直径设为0.3mm，将长度设为60mm。将加热器温度th设为900℃(1173.15k)。将外界温度tw设为27℃(300.15k)。如果使用所述数式(1)左边的第1项，那么由加热用导线部32(加热器导线32a及导线32b)所产生的导热能量损失为0.88w，由温度检测用导线部33(热电偶导线33a及补偿导线33b)所产生的导热能量损失为0.39w。因此，导线部13整体的导热能量损失估算为1.27w。
[0083]
其次，估算辐射能量损失。估算的条件及结果如下所述。
[0084]
将保持器45的开口部47的直径设为23mm，将发热体14中与开口部47对应的面的面积设为样品辐射表面积as。样品表面温度ts设为700℃(973.15k)。外界温度tw设为27℃(300.15k)。辐射率ε均设为0.11。如果使用所述数式(1)左边的第2项，那么辐射能量损失估算为2.43w。本估算是无反射板35的情况下的估算。本实施方式中，针对每一发热体14设置了3片反射板35，因此辐射能量损失为所述无反射板35的情况下的估算结果的约1/4，即0.61w。
[0085]
其次，计算动作维持能量。估算的条件及结果如下所述。
[0086]
在发热装置10的动作过程中，利用真空排气部16对容器11的内部进行真空排气，使容器11内部的氢压力为p～10-4
pa。动作维持能量为定压过程，因此可使用下述数式(2)及下述数式(3)进行计算。
[0087]
pδv＝δn1rt
…
(2)
[0088]
pm＝δn2rt
…
(3)
[0089]
p为容器11内部的氢压力。δv为容器11的内部空间的体积。δn1为利用发热体14储氢前的容器11的内部所存在的氢的摩尔数。r为气体常数。t为容器11的内部温度。δn2为利用发热体14储氢后的容器11的内部所存在的氢的摩尔数。首先，使用所述数式(2)算出δn1。其次，从算出的δn1减去被发热体14吸藏的氢的摩尔数，算出δn2。此处，前提是将被发热体14吸藏的氢的摩尔数设为最大10-4
mol左右，被发热体14吸藏的氢以6小时左右从发热体14释放。使用所述数式(3)，动作维持能量估算为pm～4
×
10-5
w。
[0090]
发热体14所产生的热能在批次式中如上所述为h
ex
～5w。在无反射板35的情况下，导热能量损失(1.27w)、辐射能量损失(2.43w)及动作维持能量(4
×
10-5
w)的合计值约为3.70w。因此，即使在无反射板35的情况下，发热体14所产生的热能也大于导热能量损失、辐射能量损失及动作维持能量的合计值，满足所述数式(1)，因此能够实现抑制热损失且能效优异的发热装置。因此，作为本发明的发热装置，不具备反射部17及反射板35，而具备容器11、加热器12、导线部13、发热体14、氢供给部15及真空排气部16即可。
[0091]
本实施方式的发热装置10中，针对每一发热体14设置了3片反射板35，因此与无反射板35的情况相比，将辐射能量损失抑制为约1/4。因此，发热装置10的导热能量损失、辐射能量损失及动作维持能量的合计值约为1.88w，充分满足所述数式(1)，因此能效进一步提升。
[0092]
[第2实施方式]
[0093]
所述第1实施方式中，使用内置在加热器12中的热电偶(温度传感器30)来检测加热器12的温度，但在第2实施方式中使用放射温度计。以下说明中，对与所述第1实施方式相同的部件标注相同符号并省略说明。
[0094]
如图9所示，发热装置60具备容器61、加热器62、导线部63、发热体14、氢供给部15、真空排气部16及反射部64。发热装置60构成为利用批次式进行发热。
[0095]
容器61包括上部61a、底部61b及侧部61c。上部61a及底部61b的构成与所述第1实施方式的上部11a及底部11b相同，因此省略说明。侧部61c具有使红外线透过的窗部65。窗部65具有在形成于侧部61c的贯通孔中嵌入有石英玻璃的构成。容器61在侧部61c设置着窗部65，这一点与所述第1实施方式的容器11不同。
[0096]
加热器62包含加热部29。加热器62中未内置温度传感器30，这一点与所述第1实施方式的加热器12(参照图2)不同。
[0097]
导线部63包含与加热部29连接的加热用导线部32。导线部63不具有温度检测用导线部33，这一点与所述第1实施方式的导线部13(参照图2)不同。
[0098]
反射部64具有多个反射板66及支撑多个反射板66的支撑部67。支撑部67具有多个底座69及固定在多个底座69的多个支撑板70a～70c。支撑板70a～70c整体上构成为箱状。在构成支撑部67的侧部的支撑板70c设置着第1测量孔71。第1测量孔71设置在侧部的支撑板70c中与设置在容器61的窗部65对应的位置。在由设置着第1测量孔71的支撑板70c支撑的多个反射板66，分别设置着第2测量孔72。各第2测量孔72设置在多个反射板66中与第1测量孔71对应的位置。支撑部67在支撑板70c设置着第1测量孔71，在反射板66设置着第2测量孔72，这一点与所述第1实施方式的支撑部48不同。
[0099]
发热装置60还具备温度传感器74。温度传感器74设置在容器61的外部。温度传感器74是放射温度计，从设置在容器61的窗部65，经由支撑板70c的第1测量孔71、反射板66的第2测量孔72来检测加热器62的温度。第2实施方式中，利用作为温度传感器74的放射温度计来测量加热器温度th。
[0100]
发热装置60构成为，导线部63仅由加热用导线部32构成，使用作为温度传感器74的放射温度计来检测加热器62的温度，因此相比具有温度检测用导线部33的所述第1实施方式的发热装置10，更能抑制导热能量损失。因此，发热装置60在满足所述数式(1)的条件下构成，所以能效优异。
[0101]
[第3实施方式]
[0102]
所述第1、第2实施方式中，构成为利用批次式进行发热，但第3实施方式中，构成为利用透过式进行发热。
[0103]
图10中，发热装置80具备容器81、加热器82、导线部83、发热体14、氢供给部15、真空排气部16及反射部84。
[0104]
容器81包括第1容器81a及设置在第1容器81a的内部的第2容器81b。第1容器81a与第2容器81b为中空的真空容器，与所述第1实施方式的容器11同样地，包括上部、底部及侧部。在第1容器81a的壁部设置着气体排出口26及连接部27。真空排气部16对第1容器81a的内部进行真空排气。在第2容器81b的壁部设置着气体导入口25及下述气体回收口87。本实施方式中，在第2容器81b的壁部设置着3个气体导入口25及4个气体回收口87。氢供给部15向第2容器81b的内部导入氢系气体。
[0105]
第3实施方式中，在第2容器81b的内部设置着多个发热体14。图10中，设置着6个发热体14。多个发热体14在与正面或背面正交的方向上相互隔开间隔而排列。第2容器81b的内部被多个发热体14划分为多个第1室85及多个第2室86。第1室85与第2室86在多个发热体14的排列方向上交替配置。第1室85与气体导入口25连接。第2室86与气体回收口87连接。第1室85通过从气体导入口25被导入氢系气体而升压。第2室86通过从气体回收口87回收氢系气体而减压。由此，第1室85的氢分压高于第2室86的氢分压。这样，第3实施方式中，在第1室85与第2室86之间产生氢的压力(氢分压)差。
[0106]
加热器82设置在第1容器81a的内部，经由第2容器81b对多个发热体14进行加热。加热器82例如为电阻发热式电热线，卷绕在第2容器81b的外周。加热器82与电源(未图示)电连接，通过从电源被施加电压而产生热。加热器82也可以是以覆盖第2容器81b的外周的方式配置的电炉。
[0107]
导线部83将设置在第1容器81a的壁部的连接部27与加热器82连接。导线部83经由连接部27而与设置在第1容器81a的外部的控制部(未图示)及电源(未图示)电连接。
[0108]
反射部84反射发热体14所放射的辐射热。反射部84也反射加热器82所放射的辐射热。反射部84具有多个反射板88及支撑多个反射板88的支撑部(未图示)。反射部84由隔热材89覆盖。
[0109]
发热装置80还具备未图示的温度传感器，使用温度传感器来检测加热器82的温度。作为温度传感器，例如与所述第2实施方式同样地，使用放射温度计。
[0110]
氢供给部15与气体导入口25通过氢导入管90而连接。氢导入管90从氢供给部15经由气体导入口25向第1室85导入氢系气体。在氢导入管90设置着压力调整阀91。压力调整阀91对导入到第1室85的氢系气体流量或氢导入管90内的压力进行调整。氢导入管90中第1容器81a与隔热材89之间的一部分插入到隔热管92中被隔热。
[0111]
氢供给部15与气体回收口87通过氢回收管94而连接。氢回收管94从气体回收口87回收第2室86的氢系气体。在氢回收管94设置着循环泵95。循环泵95将第2室86的氢系气体回收到氢回收管94，升压到规定压力后输送到氢供给部15的缓冲槽(未图示)。利用循环泵95循环的氢系气体的流量为0.1sccm。作为循环泵95，例如可使用金属伸缩泵。氢回收管94中第1容器81a与隔热材89之间的一部分插入到隔热管96中被隔热。
[0112]
如图11所示，利用第1室85与第2室86之间产生的氢分压差，从氢导入管90向第1室
85导入的氢系气体透过发热体14向第2室86移动，并被回收到氢回收管94。各发热体14通过使氢系气体透过而分别产生过量热。这样，发热装置80构成为利用透过式进行发热。
[0113]
加热器82在发热装置80开始运行时接通，在发热体14产生过量热后断开。循环泵95在发热装置80运行过程中持续进行氢系气体的循环。因此，动作维持能量中不包含用来驱动加热器82的电能，而包含用来驱动真空排气部16的电能及用来驱动循环泵95的电能。用来驱动真空排气部16的电能如上所述为4
×
10-5
w。用来驱动循环泵95的电能在0.1sccm流量下为1
×
10-3
w。
[0114]
发热装置80中因为使用了循环泵95，所以与未使用用来使氢系气体循环的泵的所述第1实施方式的发热装置10相比，动作维持能量略大。然而，发热装置80因为构成为利用透过式进行发热，所以相比所产生的热能h
ex
为5w左右的批次式的所述第1实施方式的发热装置10，能够获得更大的热能h
ex
(10w左右)。与发热装置10相比，发热装置80虽然动作维持能量增加，但相比该动作维持能量的增加量，所产生的热能的增加量更大。因此，发热装置80是在满足所述数式(1)的条件下构成，所以能效优异。
[0115]
[第4实施方式]
[0116]
在所述第3实施方式中使用循环泵95使氢系气体循环，但第4实施方式中不使氢系气体循环。
[0117]
图12中，发热装置100具备容器81、加热器82、导线部83、发热体14、氢供给部15、真空排气部16及反射部84。另外，发热装置100还具备贮存惰性气体的气体槽101、以及将气体槽101与气体回收口87连接的气体管102。发热装置100具备气体槽101及气体管102，以此代替氢回收管94及循环泵95，这一点与所述第3实施方式的发热装置80不同。作为惰性气体，例如可以使用氩气或氮气等。气体槽101的惰性气体在发热装置100开始运行前经由气体管102导入到第2室86的内部。这样，气体槽101具有作为惰性气体导入部的功能，用来向第2室86的内部导入惰性气体。
[0118]
发热装置100中，通过向第2室86的内部导入惰性气体，而在第1室85与第2室86之间产生氢分压差。利用第1室85与第2室86之间所产生的氢分压差，第1室85的氢系气体透过发热体14向第2室86移动，通过气体回收口87及气体管102被输送到气体槽101。各发热体14通过使氢系气体透过而分别产生过量热。这样，发热装置100构成为利用透过式进行发热。
[0119]
通过定期更换气体槽101，能够维持第1室85与第2室86之间产生氢分压差的状态。此外，也可以在气体槽101设置氢透过膜，将气体槽101的内部蓄积的氢去除。
[0120]
发热装置100中，由于未使用用来使氢系气体循环的泵，所以相比使用循环泵95的所述第3实施方式的发热装置80，动作维持能量较小。因此，发热装置100是在满足所述数式(1)的条件下构成，所以能效优异。
[0121]
[第5实施方式]
[0122]
所述各实施方式中，发热体14为板状，但第5实施方式中为筒状。
[0123]
如图13所示，发热体106形成为一端开口且另一端封闭的有底筒状。发热体106除了为有底筒状以外，具有与所述第1实施方式的发热体14相同的构成。发热体106具有在基座107的表面设置着多层膜108的构成。基座107及多层膜108的材料与所述第1实施方式相同，因此省略说明。在基座107设置着安装管109。安装管109例如由不锈钢等形成。此外，发热体106在图13中是形成为有底圆筒状，但也可以形成为有底角筒状。
[0124]
说明发热体106的制造方法的一例。关于发热体106，准备形成为有底筒状的基座107，使用湿式成膜法在基座107的外表面形成多层膜108。由此，形成有底筒状的发热体106。作为湿式成膜法，可以使用旋转涂布法、喷雾涂布法、浸渍法等。另外，多层膜108可以使用ald法(atomic layer deposition，原子层沉积)形成，也可以使用具备使基座107旋转的旋转机构的溅镀装置，一边使基座107旋转，一边在基座107形成多层膜108。此外，多层膜108并不限于设置在基座107的外表面的情况，也可以设置在基座107的内表面、或基座107的两面。
[0125]
如图14所示，发热装置110具备多个发热体106。发热装置110除了使用有底筒状的发热体106以外，具有与所述第3实施方式的发热装置80相同的构成。发热装置110具备容器81、加热器82、导线部83、多个发热体106、氢供给部15、真空排气部16及反射部84。
[0126]
多个发热体106设置在第2容器81b的内部。发热体106的安装管109与设置在第2容器81b的壁部的气体导入口25连接。第1室85由发热体106的内表面形成。第2室86由第2容器81b的内表面及发热体106的外表面形成。因此，发热体106中，基座107配置在第1室85侧(高压侧)，多层膜108配置在第2室86侧(低压侧)(参照图13)。利用第1室85与第2室86之间产生的氢分压差，从气体导入口25及安装管109导入到第1室85的氢系气体透过发热体106向第2室86移动。各发热体106通过使氢系气体透过而产生过量热。这样，发热装置110构成为利用透过式进行发热。
[0127]
如图15所示，发热装置110中，在第2容器81b的内部设置着9个发热体106。本实施方式中，在第2容器81b的壁部设置着9个气体导入口25(未图示)及1个气体回收口87(未图示)。各发热体106的安装管109及氢导入管90经由气体导入口25连接，对各发热体106的内部(第1室85)导入氢系气体。第2容器81b的气体回收口87与氢回收管94连接，回收第2室86的氢系气体。利用循环泵95将所回收的氢系气体升压到规定压力，输送到氢供给部15的缓冲槽(未图示)。氢供给部15的氢系气体通过气体回收口87及氢导入管90再次被导入到各发热体106的内部(第1室85)，向各发热体106的外部(第2室86)移动。这样，发热装置110能够使氢系气体循环。
[0128]
发热装置110除了使用发热体106以外，具有与所述第3实施方式的发热装置80相同的构成。因此，发热装置110与所述第3实施方式的发热装置80同样地，在满足所述数式(1)的条件下构成，所以能效优异。
[0129]
发热装置110也可以使用图16所示的形成为柱状的发热体112来代替发热体106。发热体112具有形成为柱状的基座113、及设置在基座113的表面的多层膜108。发热体112具有实心的基座113，这一点与发热体106不同。基座113能够使氢系气体通过并且提升作为发热体112的机械强度。此外，发热体112在图16中是形成为圆柱状，但也可以形成为棱柱状。
[0130]
[第6实施方式]
[0131]
在所述第5实施方式中使用循环泵95使氢系气体循环，但第6实施方式中不使氢系气体循环。
[0132]
如图17所示，发热装置115具备容器81、加热器82、导线部83、发热体106、氢供给部15、真空排气部16、反射部84、气体槽101及气体管102。发热装置115具备气体槽101及气体管102代替氢回收管94及循环泵95，这一点与所述第5实施方式的发热装置110不同。
[0133]
发热装置115中，通过向第1室85的内部导入氢系气体，向第2室86的内部导入惰性
气体，而在第1室85与第2室86之间产生氢分压差。利用第1室85与第2室86之间产生的氢分压差，第1室85的氢系气体透过发热体106向第2室86移动，并通过气体回收口87及气体管102被输送到气体槽101。各发热体106通过使氢系气体透过而分别产生过量热。这样，发热装置115构成为利用透过式进行发热。
[0134]
发热装置115中，因为未使用用来使氢系气体循环的泵，所以相比使用循环泵95的所述第5实施方式的发热装置110，动作维持能量较小。因此，发热装置115是在满足所述数式(1)的条件下构成，所以能效优异。
[0135]
本发明并不限定于所述各实施方式，在不脱离本发明主旨的范围内能够适当变更。
[0136]
发热体14的多层膜40、发热体106及发热体112的多层膜108包含第1层41及第2层42，但多层膜的构成并不限定于此。
[0137]
以下，对多层膜的第1例进行说明。
[0138]
如图18所示，发热体133具有基座39及多层膜134。多层膜134除具有第1层41及第2层42以外，还具有第3层135。关于基座39、第1层41、及第2层42，省略说明。第3层135由与第1层41及第2层42不同种类的储氢金属、储氢合金、或陶瓷形成。第3层135的厚度优选小于1000nm。图18中，第1层41、第2层42及第3层135按照第1层41、第2层42、第1层41、第3层135的顺序积层在基座39的正面。此外，第1层41、第2层42及第3层135也可以按照第1层41、第3层135、第1层41、第2层42的顺序积层在基座39的正面。也就是说，多层膜134具有在第2层42与第3层135之间设置着第1层41的积层构造。多层膜134只要具有1层以上第3层135即可。第1层41与第3层135的界面为异种物质界面136。异种物质界面136与异种物质界面43同样地使氢原子透过。
[0139]
第3层135例如由ni、pd、cu、cr、fe、mg、co、它们的合金、sic、cao、y2o3、tic、lab6、sro、bao中的任一种形成。形成第3层135的合金优选为包含ni、pd、cu、cr、fe、mg、co中的2种以上的合金。作为形成第3层135的合金，也可以使用对ni、pd、cu、cr、fe、mg、co添加了添加元素的合金。
[0140]
第3层135尤其优选为由cao、y2o3、tic、lab6、sro、bao中的任一种形成。具有由cao、y2o3、tic、lab6、sro、bao中的任一种所形成的第3层135的发热体133中，氢吸藏量增加，透过异种物质界面43及异种物质界面136的氢量增加，实现过量热的高输出化。由cao、y2o3、tic、lab6、sro、bao中的任一种所形成的第3层135优选厚度为10nm以下。由此，多层膜134容易使氢原子透过。由cao、y2o3、tic、lab6、sro、bao中的任一种所形成的第3层135也可以不形成为完全的膜状，而形成为岛屿状。另外，第1层41及第3层135优选在真空状态下连续形成。由此，在第1层41及第3层135之间不形成自然氧化膜而仅形成异种物质界面136。
[0141]
作为第1层41、第2层42及第3层135的组合，当将元素种类表示为“第1层41-第3层135-第2层42”时，优选为pd-cao-ni、pd-y2o
3-ni、pd-tic-ni、pd-lab
6-ni、ni-cao-cu、ni-y2o
3-cu、ni-tic-cu、ni-lab
6-cu、ni-co-cu、ni-cao-cr、ni-y2o
3-cr、ni-tic-cr、ni-lab
6-cr、ni-cao-fe、ni-y2o
3-fe、ni-tic-fe、ni-lab
6-fe、ni-cr-fe、ni-cao-mg、ni-y2o
3-mg、ni-tic-mg、ni-lab
6-mg、ni-cao-co、ni-y2o
3-co、ni-tic-co、ni-lab
6-co、ni-cao-sic、ni-y2o
3-sic、ni-tic-sic、ni-lab
6-sic。
[0142]
以下，对多层膜的第2例进行说明。
[0143]
如图19所示，发热体143具有基座39及多层膜144。多层膜144除具有第1层41、第2层42及第3层135以外，还具有第4层145。第4层145由与第1层41、第2层42及第3层135不同种类的储氢金属、储氢合金、或陶瓷形成。第4层145的厚度优选小于1000nm。图19中，第1层41、第2层42、第3层135及第4层145按照第1层41、第2层42、第1层41、第3层135、第1层41、第4层145的顺序积层在基座39的正面。此外，第1层41、第2层42、第3层135及第4层145也可以按照第1层41、第4层145、第1层41、第3层135、第1层41、第2层42的顺序积层在基座39的正面。也就是说，多层膜144具有如下积层构造，即，以任意顺序积层第2层42、第3层135、第4层145，且在第2层42、第3层135、第4层145各自之间设置着第1层41。多层膜144只要具有1层以上第4层145即可。第1层41与第4层145的界面为异种物质界面146。异种物质界面146与异种物质界面43及异种物质界面136同样地使氢原子透过。
[0144]
第4层145例如由ni、pd、cu、cr、fe、mg、co、它们的合金、sic、cao、y2o3、tic、lab6、sro、bao中的任一种形成。形成第4层145的合金优选为包含ni、pd、cu、cr、fe、mg、co中的2种以上的合金。作为形成第4层145的合金，也可以使用对ni、pd、cu、cr、fe、mg、co添加了添加元素的合金。
[0145]
第4层145尤其优选为由cao、y2o3、tic、lab6、sro、bao中的任一种形成。具有由cao、y2o3、tic、lab6、sro、bao中的任一种所形成的第4层145的发热体143中，氢吸藏量增加，透过异种物质界面43、异种物质界面136、及异种物质界面146的氢量增加，实现过量热的高输出化。由cao、y2o3、tic、lab6、sro、bao中的任一种所形成的第4层145优选厚度为10nm以下。由此，多层膜144容易使氢原子透过。由cao、y2o3、tic、lab6、sro、bao中的任一种所形成的第4层145也可以不形成为完全的膜状，而形成为岛屿状。另外，第1层41及第4层145优选在真空状态下连续形成。由此，在第1层41及第4层145之间，不形成自然氧化膜而仅形成异种物质界面146。
[0146]
作为第1层41、第2层42、第3层135及第4层145的组合，当将元素种类表示为“第1层41-第4层145-第3层135-第2层42”时，优选为ni-cao-cr-fe、ni-y2o
3-cr-fe、ni-tic-cr-fe、ni-lab
6-cr-fe。
[0147]
本发明能够将与从所述数式(1)右边的热能减去左边的各能量所得的值对应的热能(称为可利用能量)用于各种用途。可利用能量例如能够使用热介质进行回收。热介质通过被赋予可利用能量而被加热，变得高温。高温热介质例如可用于家庭用供暖设备、家庭用热水器、汽车用加热器、农业用供暖机、路面加热器、海水淡水化用热源、地热发电辅助热源等。作为热介质，可使用气体或液体，优选导热率优异且化学性稳定的热介质。作为气体，例如可使用氦气、氩气、氢气、氮气、水蒸气、空气、二氧化碳等。作为液体，例如可使用水、熔盐(kno3(40％)-nano3(60％)等)、液体金属(pb等)等。另外，作为热介质，也可以使用气体或液体中分散着固体粒子的混相热介质。固体粒子为金属、金属化合物、合金、陶瓷等。作为金属，可使用铜、镍、钛、钴等。作为金属化合物，可使用所述金属的氧化物、氮化物、硅化物等。作为合金，可使用不锈钢、铬钼钢等。作为陶瓷，可使用氧化铝等。此外，可利用能量并不限于使用热介质进行回收的情况，例如也可以使用热电元件以电能的形式回收。
[0148]
作为可利用能量的用途，可例举热交换机或动力单元等。作为热交换机，例如可例举：在热介质与气体之间进行热交换的装置、在热介质与液体之间进行热交换的装置、在热介质与固体之间进行热交换的装置。在热介质与气体之间进行热交换的装置能够用于对空
调、燃烧装置供给的空气的预热、干燥用热风或加热用热风的产生等。作为燃烧装置，可例举锅炉、旋转窑、金属热处理炉、金属加工用加热炉、热风炉、窑业用煅烧炉、石油精制塔、干馏炉、干燥炉等。在热介质与液体之间进行热交换的装置能够用于锅炉的热源、油加热、化学反应槽等。在热介质与固体之间进行热交换的装置能够用于双管式旋转加热机、双管内的粒子状物质的加热等。作为动力单元，可例举气体涡轮、蒸气涡轮、斯特林发动机、orcs(organic rankine cycle system，有机朗肯循环系统)等。
[0149]
为了从自锅炉等燃烧装置排出的排出气体中分离二氧化碳(co2)，也可以使用可利用能量。排出气体中所含的co2利用进行化学吸收法或物理吸附法的二氧化碳分离回收装置来回收。化学吸收法是通过由胺化合物水溶液等吸收液吸收排出气体中所含的co2，并对吸收了co2的吸收液进行加热而使co2从吸收液中释放。化学吸收法中，为了对吸收了co2的吸收液进行加热，可以使用可利用能量。物理吸附法是通过使活性碳或沸石等吸附材吸附排出气体中所含的co2，并对吸附了co2的吸附材进行加热而使co2从吸附材脱离。物理吸附法中，为了对吸附了co2的吸附材进行加热，可以使用可利用能量。
[0150]
为了使co2与氢(h2)发生反应而转化成甲烷(ch4)，也可以使用可利用能量。co2也可以使用通过二氧化碳分离回收装置等从排气中回收的co2。通过使用令co2与h2的反应(甲烷化反应)进行的催化剂，使包含co2及h2的原料气体与催化剂接触而由原料气体生成ch4，但当原料气体温度较低时，无法充分进行反应。为了对包含co2及h2的原料气体进行加热，可以使用可利用能量。
[0151]
由水制造氢的is循环中也可以使用可利用能量。is循环中，使水、碘(i)及硫(s)进行反应而生成碘化氢(hi)，并使该碘化氢热分解，由此生成氢。为了使碘化氢热分解，可以使用可利用能量。
[0152]
由水及氮(n2)制造氨(nh3)的isn循环中也可以使用可利用能量。isn循环中，使氮与is循环中生成的碘化氢进行反应而生成碘化铵(nh4i)，并使该碘化铵热分解，由此生成氨。为了使碘化铵热分解，可以使用可利用能量。
[0153]
[符号的说明]
[0154]
10,60,80,100,110,115 发热装置
[0155]
11,61,81
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
容器
[0156]
12,62,82
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
加热器
[0157]
13,63,83
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
导线部
[0158]
14,106,112,133,143 发热体
[0159]
15
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
氢供给部
[0160]
16
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
真空排气部
[0161]
17,64,84
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
反射部
[0162]
30
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
温度传感器
[0163]
35,66,88
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
反射板
[0164]
39,107,113
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
基座
[0165]
40,108,134,144
ꢀꢀꢀꢀꢀ
多层膜
[0166]
41
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
第1层
[0167]
42
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
第2层
[0168]
43,136,146
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
异种物质界面
[0169]
65
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
窗部
[0170]
74
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
温度传感器
[0171]
81a
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
第1容器
[0172]
81b
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
第2容器
[0173]
85
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
第1室
[0174]
86
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
第2室
[0175]
101
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
气体槽
[0176]
135
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
第3层
[0177]
145
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
第4层。

技术特征：

1.一种发热装置，具备：中空容器；发热体，设置在所述容器的内部；加热器，对所述发热体进行加热；导线部，将所述容器的壁部与所述加热器连接；氢供给部，对所述发热体供给含有氢的氢系气体；及真空排气部，对所述容器的内部进行真空排气；所述发热体具有：基座，包含储氢金属、储氢合金、或质子导电体；及多层膜，设置在所述基座的表面；所述多层膜具有由第1层与第2层积层而成的积层构造，所述第1层包含储氢金属或储氢合金且厚度小于1000nm，所述第2层包含与所述第1层不同种类的储氢金属、储氢合金或陶瓷且厚度小于1000nm；所述发热体由所述加热器加热，所述氢以量子扩散的方式透过所述第1层与所述第2层的界面即异种物质界面、或在该异种物质界面上扩散，由此产生热；当将加热器温度设为t
h
[k]、将外界温度设为t
w
[k]、将等效导热面积设为a
hc
[m2]、将等效导热率设为k
eq
[w/mk]、将等效导热距离设为l
eq
[m]、将样品辐射表面积设为a
s
[m2]、将样品表面温度设为t
s
[k]、将等效辐射率设为ε
eq
、将斯特藩-玻耳兹曼常数设为σ[w/m2k4]、将维持动作所需的能量设为p
m
[w]、将所述发热体产生的热能设为h
ex
[w]时，满足下述数式(1)，[数式1]此处，所述数式(1)中，η
eq
为所述等效导热率除以所述等效导热距离所得的值(k
eq
/l
eq
)。2.根据权利要求1所述的发热装置，其还具备反射部，所述反射部反射所述发热体的辐射热。3.根据权利要求2所述的发热装置，其中所述反射部具有相互隔开间隔配置的多个反射板。4.根据权利要求1至3中任一项所述的发热装置，其还具备放射温度计，所述容器具有使红外线透过的窗部，利用所述放射温度计检测所述加热器的温度。5.根据权利要求1至4中任一项所述的发热装置，其中所述容器包括第1容器及设置在
所述第1容器的内部的第2容器，所述发热体设置在所述第2容器的内部，将所述第2容器的内部划分为第1室与第2室，所述真空排气部对所述第1容器的内部进行真空排气，所述加热器设置在所述第1容器的内部，经由所述第2容器对所述发热体进行加热，所述导线部将所述第1容器的壁部与所述加热器连接，所述氢供给部对所述第1室的内部导入所述氢系气体，使所述第1室与所述第2室之间产生所述氢的压力差。6.根据权利要求5所述的发热装置，其还具备惰性气体导入部，所述惰性气体导入部对所述第2室的内部导入惰性气体。

技术总结

本发明提供一种抑制热损失且能效优异的发热装置。发热装置10具备：中空容器11；发热体14，设置在容器11的内部；加热器12，对发热体14进行加热；导线部13，将容器11的壁部与加热器12连接；氢供给部15，对发热体14供给含有氢的氢系气体；及真空排气部16，对容器11的内部进行真空排气；当将加热器温度设为T