发热系统 |
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| 申请号 | CN201780057187.0 | 申请日 | 2017-09-25 | 公开(公告)号 | CN109716040A | 公开(公告)日 | 2019-05-03 |
| 申请人 | 绿净星球股份有限公司; | 发明人 | 岩村康弘; 伊藤岳彦; 笠木治郎太; 吉野英树; 服部真尚; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供一种发热系统，在利用吸氢金属或吸氢 合金 产生热的发热体单元中，比 现有技术 能够更稳定地获得热。在本发明的发热系统(1)中，在循环装置(3)中设置用于去除抑制发热反应的氢系气体中的杂质的 过滤器 (43)。由此，在发热系统(1)中，在通过发热反应产生过剩热的发热体单元(2)中，在从氢系气体中去除抑制发热反应的杂质的同时使所述氢系气体循环，从而能够增加和/或维持过剩热的输出，因此能够比现有技术更稳定地获得热。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种发热系统，其特征在于，包括： |
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| 说明书全文 | 发热系统技术领域[0001] 本发明涉及一种发热系统。 背景技术[0003] 对于利用诸如钯(Pd)的吸氢金属或诸如钯合金的吸氢合金产生过剩热(输出焓高于输入焓)的发热现象中的过剩热产生的机理，来自不同国家的研究人员进行了讨论。例如，在非专利文献3至6和专利文献1中也报告了发生发热现象的情况，可以说这是现实中发生的物理现象。由于这种发热现象中会产生过剩热，所以如果可以控制这种发热现象，则可以用作有效的热源。 [0004] 现有技术文献 [0005] 专利文献 [0007] 非专利文献 [0008] 非专利文献1：A.Kitamura,et.al“Anomalous effects in charging of Pd powders with high density hydrogen isotopes”,Physics Letters A 373(2009)3109-3112 [0009] 非专利文献2：A.Kitamura.et.al“Brief summary of latest experimental results with a mass-flow calorimetry system for anomalous heat effect of nano-composite metals under D(H)-gas charging”CURRENT SCIENCE,VOL.108,NO.4,p.589-593,2015 [0010] 非专利文献3：Y.Iwamura,T.Itoh,N.Gotoh and I.Toyoda,Fusion Technology,Vol.33,p.476-492，1998. [0011] 非专利文献4：I.Dardik et al.,“Ultrasonically-excited electrolysis Experiments at Energetics Technologies”,ICCF-14 International Conference on Condensed Matter Nuclear Science.2008.Washington,DC. [0012] 非专利文献5：Y.ARATA and Yue-Chang ZHANG,“Anomalous Difference between Reaction Energies Generated within D2O-Cell and H2O-Cell”,Jpn.J.Appl.Phys.Vol.37(1998)pp.L 1274-L 1276 [0013] 非专利文献6：F.Celani et.al.,“Improved understanding of self-sustained,sub-micrometric multicomposition surface Constantan wires interacting with H2 at high temperatures:experimental evidence of Anomalous Heat Effects”,Chemistry and Materials Research,Vol.3 No.12(2013)21发明内容 [0014] 发明要解决的课题 [0015] 然而，在使用利用吸氢金属或吸氢合金来产生热的非专利文献1至6中所示的技术的发热体单元中，有时发热现象的发生概率很低，另外，即使产生一次过剩热，但有时也会出现由于某些原因而导致过剩热迅速降低的现象，因此存在不能稳定地获得预期的热的问题。 [0016] 因此，鉴于以上的问题，本发明的目的是提供一种发热系统，其可以在利用上述不稳定的吸氢金属或吸氢合金产生热的发热体单元中，比现有技术更稳定地获得热。 [0017] 为解决课题的技术手段 [0018] 为了解决上述问题，本发明的发热系统的特征在于，包括：发热体单元，其包括容器和反应体，所述反应体设置在所述容器内部，并且由吸氢金属或吸氢合金制成，在所述反应体的表面形成有多个金属纳米颗粒，通过将有助于发热的氢系气体被供应到容器内部，由此氢原子吸藏在所述金属纳米颗粒中而产生过剩热；以及循环装置，用于使所述发热体单元内的所述氢系气体循环，所述循环装置包括：循环通道，设置在所述容器外部，连接从所述容器的回收口到所述容器的排出口；泵，用于使所述容器内部的所述氢系气体经由所述循环通道循环；以及过滤器，设置在所述循环通道的中途，用于吸附所述氢系气体中的杂质而去除。 [0019] 发明的效果 [0021] 图1是示出第一实施方式的发热系统的整体结构的示意图。 [0022] 图2是示出当使用氘气时过剩热的变化趋势的曲线图。 [0023] 图3是示出使用氘气的发热体单元的容器外壁的温度变化的曲线图。 [0024] 图4是示出当使用天然氢气时过剩热的变化趋势的曲线图。 [0025] 图5是示出使用天然氢气的发热体单元的容器外壁的温度变化的曲线图。 [0026] 图6是示出氘透过量和氘气压和样品温度的变化趋势的曲线图。 [0027] 图7是示出第二实施方式的发热系统的整体结构的示意图。 [0029] 图9是示出喷嘴部配置在反应体下方的状态的侧视图。 [0030] 图10是示出喷嘴部配置在反应体两侧的状态的侧视图。 [0031] 图11是示出多个喷嘴部配置在反应体两侧的状态的侧视图。 [0032] 图12是示出第三实施方式的发热系统的整体结构的示意图。 具体实施方式[0033] [第一实施方式] [0034] 下面，参照附图详细描述本发明的第一实施方式。 [0035] (1)本发明的发热系统的整体结构 [0036] 如图1所示，本发明的发热系统1包括：发热体单元2，有助于发热的氢系气体被供应到容器6内部；循环装置3，用于使发热体单元2中的氢系气体循环；以及热回收装置4，用于从由发热体单元2产生的过剩热加热的氢系气体中回收热。在发热体单元2中，在容器6内部设置诸如Pd、Ni、Pt、Ti等的吸氢金属或包含这些元素中的至少一种的吸氢合金，并且当氢系气体被供应到容器6内部时，通过加热产生发热反应，由此获得过剩热。作为供应到发热体单元2的氢系气体可以使用氘气和/或天然氢气。并且，天然氢气是指含有99.985％以上的氕气的氢系气体。 [0037] 具体地，在发热系统1中使用的发热体单元2是使用非专利文献1、非专利文献2、非专利文献6、国际公开号WO2015/008859中公开的技术的发热体单元，关于内部结构，可以使用在这些非专利文献1、2、6和国际公开号WO2015/008859中公开的结构。 [0038] 并且，在该实施方式中，作为使用吸氢金属或吸氢合金并且将有助于发热的氢系气体供应到容器6内部来产生过剩热的发热体单元2，描述了利用国际公开号WO2015/008859(图5)的结构的发热体单元，但是，本发明不限于此，只要使用吸氢金属或吸氢合金并且将有助于发热的氢系气体供应到容器内部来产生过剩热，则非专利文献1、2、6、其他各种非专利文献和专利文献的结构也可用作发热体单元。 [0039] (2)关于发热体单元 [0040] 发热体单元2包括：容器6；以及反应体，设置在容器6内部，并且由吸氢金属或吸氢合金形成，在所述反应体的表面形成有多个金属纳米颗粒，将有助于发热的氢系气体供应到容器6内部，由此氢原子吸藏在金属纳米颗粒中而产生过剩热。在根据该实施方式的发热体单元2中，在进行发热反应时，容器6内部通过加热器17加热，而在容器6内部不产生等离子体，并且氘气被供应到加热的容器6内部，从而产生加热温度以上的过剩热。容器6由例如不锈钢(SUS306、SUS316)等形成，在其内部具有以筒状形成的空间，并且可形成密封空间。并且，附图标记6a表示由诸如可伐(铁镍钴合金)玻璃的透明部件形成的窗部，使得操作者可以在保持容器6内部的密封状态的同时直接用肉眼确认容器6内部的状态。 [0041] 另外，容器6中设置有氢系气体供应通道31，在经由调节阀32a、32b从氢系气体供应通道31供应所述氢系气体之后，停止供应所述氢系气体并且可以贮存规定量的氢系气体。并且，附图标记35表示干泵，根据需要，所述干泵35能够将容器6内部的气体经由排气通道33和调节阀32c排出到容器6的外部，以进行真空排气和压力调节等。 [0042] 容器6具有反应体7与形成筒状空间的内壁表面接触的结构。整个容器6处于接地电位，与所述容器6的内壁接触的反应体7也处于接地电位。反应体7通过诸如Pd、Ni、Pt、Ti等的吸氢金属或由包含这些金属中的一种以上的吸氢合金制成的细线形成为网状，并且与容器6的筒状空间对应地形成为筒状。在反应体7中，在细线的表面上形成宽度为1000nm以下的多个纳米尺寸金属纳米颗粒(未示出)，并且去除所述表面上的氧化膜，表面上的金属纳米颗粒处于活性化状态。 [0043] 在由反应体7包围的空间内部，设置有用作电极的卷绕型反应体8、9。卷绕型反应体8、9用作阳极和阴极，在作为预处理的等离子体处理期间产生辉光放电，从而在容器6内部产生等离子体。在发热体单元2中，反复进行规定次数的下述等离子处理：例如，将一方的卷绕型反应体8用作阳极，并将反应体7作为接地电位产生等离子体规定时间，然后将另一方卷绕型反应体9用作阴极，并将反应体7作为接地电位产生等离子体规定时间。由此，在发热体单元2中，在反应体7或卷绕型反应体8、9的各个表面上形成多个纳米尺寸的金属纳米颗粒。 [0044] 卷绕型反应体中一方的卷绕型反应体8具有通过配线14a连接到外部电源(图中未示出)的棒状电极部11，来自所述电源的规定电压被施加到电极部11。卷绕型反应体8具有由诸如Pd、Ni、Pt、Ti等的吸氢金属或吸氢合金制成的细线12螺旋形地卷绕在由诸如Al2O3(氧化铝陶瓷)的导通部件制成的电极部11上的结构，通过等离子体处理在细线12的表面上形成多个纳米尺寸的金属纳米颗粒。 [0045] 另一方的卷绕型反应体9具有通过配线14d与外部电源(图中未示出)连接的板状电极部16，来自所述电源的规定电压可以被施加到电极部16上。电极部16由诸如Al2O3(氧化铝陶瓷)的导通部件形成，并且在其表面上具有加热器17。加热器17通过配线14b和14c连接到外部加热电源25，以将卷绕型反应体9加热至规定温度。 [0046] 加热器17例如是陶瓷加热器，并且由诸如Pd、Ni、Pt、Ti的吸氢金属或吸氢合金制成的细线18螺旋形地卷绕在加热器17的周围。通过上述等离子体处理在细线18的表面上也形成多个纳米尺寸的金属纳米颗粒。并且，附图标记26表示设置在配线14b和14c中的电流电压计，在对加热器17进行加热时可测量施加到所述加热器17的电流和电压。并且，卷绕型反应体9可以是将电极部16和加热器17作为一组来在其上卷绕细线18的卷绕型反应体。 [0047] 在容器6中，多个温度测量部20a、20b、21a、21b、21c设置在内部的规定位置上，可测量每个部位的温度。在该实施方式中，温度测量部20a、20b沿着容器6的内壁设置，可测量所述内壁的温度。其他温度测量部21a、21b、21c设置在卷绕型反应体9的电极部16上，可测量所述电极部16的温度。并且，温度测量部21a，21b、21c的长度彼此不同，例如，可测量电极部16的下部、中部和上部的各个部位的温度。 [0048] 发热体单元2可通过等离子体处理在卷绕型反应体8、9和反应体7的表面上形成多个纳米尺寸的金属纳米颗粒，随后，通过图中未示出的加热器17加热卷绕型反应体8、9和反应体7，并且将氘气供应到保持真空状态的容器6内部。由此，在发热体单元2中，氢原子吸藏在卷绕型反应体8、9和反应体7的表面上的金属纳米颗粒内，并且通过加热器17在容器6内部可产生加热温度以上的过剩热。这里，通过加热器17加热卷绕型反应体8、9和反应体7时的加热温度优选为200℃以上，更优选为250℃以上。 [0049] (3)关于循环装置 [0050] 接着，将描述循环装置3。循环装置3包括循环通道40，所述循环通道40连接设置在容器6的规定位置的回收口39a和设置在与容器6的回收口39a不同的位置的排出口39b，使得发热体单元2的容器6内部的氢系气体可以通过循环通道40循环。即，循环通道40设置在容器6的外部，从容器6的回收口39a连接到容器6的排出口39b。循环通道40中设置有用于控制氢系气体的循环流量的流量控制部41、用于使氢系气体循环的泵42、以及用于去除氢系气体中的杂质的过滤器43。 [0051] 泵42例如是金属波纹管泵，将发热体单元2的容器6内部的氢系气体引导到循环通道40，再次经由所述循环通道40将其返回到容器6内部。过滤器43吸附水(水蒸气)、烃、以及作为反应产物的C、S、Si等，而不吸附诸如氢气的惰性气体，用于去除氢系气体中的杂质。即，过滤器43设置在循环通道40的中途，吸附和去除氢系气体中的杂质。在循环装置3中，可以将通过过滤器43去除杂质的新鲜的氢系气体供应到容器6内部。由此，在发热体单元2中，通过循环装置3，能够始终保持供应抑制引发和维持发热反应的杂质的氢系气体，从而持续保持容易引起过剩热输出的状态，并且在输出过剩热之后能够增加和/或维持所述输出。并且，通过后面描述的验证实验确认，通过持续从供应到发热体单元2的氢系气体中去除杂质，使发热体单元2中的过剩热逐渐增加。 [0052] 流量控制部41例如由调节阀构成，能够控制氢系气体从容器6内部通过循环通道40再次返回到容器6内部时的氢系气体的循环流量。在该实施方式的情况下，流量控制部41可根据来自设置在发热体单元2中的温度测量部20a、20b、21a、21b、21c的测量温度来控制氢系气体的循环流量。例如，当来自温度测量部20a、20b、21a、21b、21c的测量温度降低时，流量控制部41增加氢系气体的循环流量以增加通过过滤器43的氢系气体的量。由此，在循环装置3中，由于能够在发热体单元2中增加被去除抑制发热反应的杂质的氢系气体的量，相应地可以促进从发热体单元2输出过剩热。 [0053] 另外，由于流量控制部41可以调节在通过循环通道40时温度降低的氢系气体流入容器6的流入量，因此也可以进行使用所述氢系气体的容器6内部的温度调节。例如，通过增加氢系气体的循环流量，流量控制部41可以将更多的被冷却的氢系气体供应到容器6内部，从而可以促进容器6内部的温度下降。另一方面，通过降低氢系气体的循环流量，流量控制部41可以减少被冷却的氢系气体向容器6内部的供应，从而可以抑制容器6内部的温度降低。特别是，在该实施方式的情况下，由于在循环通道40中设置有用于从氢系气体回收热的热回收装置4(后面描述)，因此当氢系气体通过循环通道40时，所述氢系气体的温度会降低，因此通过流量控制部41调节氢系气体的流量，可调节容器6内部的温度。 [0054] 在该实施方式的情况下，在循环装置3中，回收口39a和排出口39b设置在容器6的相对侧壁上，反应体7和卷绕型反应体8、9配置在容器6内部的回收口39a和排出口39b之间的区域中。由此，在发热体单元2中可以形成下述流动：当被去除抑制发热反应的杂质的氢系气体从排出口39b排出时，通过反应体7并流过卷绕型反应体8、9的配置区域之后，再次朝向回收口39a，在反应体7和卷绕型反应体8、9周围，能够可靠地供应已经被去除抑制发热反应的杂质的氢系气体。 [0055] (4)关于热回收装置 [0056] 热回收装置4设置在循环装置3的循环通道40中，可以从通过所述循环通道40的氢系气体中回收热。在该实施方式的情况下，热回收装置4设置在循环装置3的流量控制部41、泵42和过滤器43的上游侧的循环通道40中，在从容器6的回收口39a流入循环通道40之后，可以立即从氢系气体中回收热。由此，热回收装置4可以在氢系气体的热通过循环装置3下降之前从氢系气体中回收更多的热。 [0057] 热回收装置4包括：热交换器47，沿循环通道40设置；以及能量交换器48，用于将由热交换器47回收的热转换成能量。在热交换器47中，以围绕循环通道40的方式配置有管道，并且吸热流体在管道中流动。吸热流体通过流过围绕循环通道40的管道，由此能够从流过所述循环通道40的氢系气体中获取热并可被加热。能量交换器48例如是涡轮机、热电元件、斯特林发动机等，并且可以从被加热的吸热流体产生能量。 [0058] (5)使用氘气的验证实验 [0059] 接着，制造包括图1中所示的发热体单元2和循环装置3的发热系统，对发热体单元2的过剩热的产生进行验证实验。在该验证实验中，准备由Ni制成的网状的筒状反应体7、将由Pd制成的细线12螺旋形地卷绕在由Pd制成的电极部11上的卷绕型反应体8、将卷绕同样由Pd制成的细线12的陶瓷加热器(加热器)17设置在由Pd制成的电极部16上的卷绕型反应体9，并将它们如图1所示地设置在由不锈钢制成的容器6内部。 [0060] 作为发热体单元2中有助于发热的氢系气体使用氘气。另外，作为温度测量部20a、20b、21a、21b、21c，例如，使用由欧米茄工程(オメガエンジニアリング)公司制造的热电偶(产品名称：K型护套热电偶)。另外，在该验证实验中，在发热体单元2的容器6的外壁上还设置三个热电偶。具体地，第一热电偶设置在从容器6顶部约1/3的高度位置处的外壁侧表面上，第二热电偶设置从容器6顶部约2/3的高度位置处的外壁侧表面上，另外，第三热电偶设置在容器6的中央部分(从容器6的顶部约1/2的高度位置处)的外壁上。 [0061] 并且，在发热体单元2中，将一方的卷绕型反应体8用作阳极，并且在气体被真空排气而压力变为10至500Pa的密闭空间的容器6内部，将600至1000V的电压施加600秒至100小时以进行产生辉光放电的等离子体处理。接着，将另一方的卷绕型反应体9用作阴极，以与上述方式相同的方式进行产生辉光放电的等离子体处理。由此，对于卷绕型反应体8的细线12的表面、卷绕型反应体9的细线18的表面以及反应体7的表面，分别去除氧化膜，形成 1000nm以下的纳米尺寸的多个金属纳米颗粒。 [0062] 并且，在另一验证实验中，在等离子体处理之后，通过SEM观察卷绕型反应体8、9和反应体7来检查是否形成金属纳米颗粒的结果，确认在这些卷绕型反应体8、9和反应体7上形成1000nm以下的金属纳米颗粒。 [0063] 作为过滤器43，例如，使用了由日本酸素公司制造的过滤器(产品名称：ピュリフィルタ)。在验证实验中，在发热体单元2中进行等离子体处理之后，加热器17以约20W的输入加热功率持续加热，使得容器6内部的温度达到规定温度。另外，将填充在容器6内部的氘气通过循环装置3以2.8L/min的最大流量以规定的流量循环。此时，对于发热体单元2中是否存在过剩热，用设置在容器6内部中央的温度测量部21a确认的结果，获得了如图2所示的结果。如图2所示，当容器6内部被加热器17加热并且将氘气放入容器6内部时的初始温度为约290℃。 [0064] 接着，测量容器6内部的氘气通过循环装置3在通过过滤器43的同时持续循环时的容器6内部的温度。结果确认，如图2所示，容器6内部的温度逐渐上升。此时，当用设置在发热体单元2的容器6的外壁上的三个热电偶测量容器6的外壁温度时，获得如图3所示的结果。并且，图3中还示出了检查容器6内部的氘压力的结果。 [0065] 从图3并未确认到在容器6的外壁上的三个热电偶中的任何一个热电偶中有较大的温度上升。由此确认了图2所示的温度上升不基于容器6外壁中的来自外部的加热，而是基于在容器6内部设置有温度测量部21a的卷绕型反应体9周围产生加热温度以上的过剩热。另外，根据验证实验还确认了在发热系统1中，即使通过循环装置3去除氘气(氢系气体)中的杂质的同时使所述氘气(氢系气体)持续循环，发热体单元2的容器6内部也可以长时间保持在容易产生发热反应的高压状态。 [0066] (6)作用及效果 [0067] 在以上的结构中，在发热系统1中，设置发热体单元2和循环装置3，所述发热体单元2通过使用吸氢金属或吸氢合金，并将有助于发热的氢系气体供应到容器6内部而产生过剩热，所述循环装置3用于使发热体单元2中的氢系气体循环。另外，在该循环装置3中设置有过滤器43，所述过滤器43用于去除抑制发热反应的氢系气体中的杂质。由此，在发热系统1中，在通过发热反应产生过剩热的发热体单元2中，通过从氢系气体中去除抑制发热反应的杂质的同时使所述氢系气体循环，可以增加和/或维持过剩热的输出，因此，可以比过去更稳定地获得热。 [0068] 另外，在发热系统1中，在发热体单元2的容器6内部贮存规定量的氢系气体的同时，通过循环装置3去除杂质的氢系气体可以连续地被供应到容器6内部，因此，与例如将新的氢系气体连续地供应到容器6内部以持续从容器6排出剩余的氢系气体而连续消耗氢系气体的系统相比，氢系气体的消耗量大幅降低。 [0069] 另外，在根据本发明的发热系统1中，将容器6内部形成为密封空间，持续将容器6内部保持在容易产生发热反应的高压状态，并且将规定量的氢系气体持续循环，因此能够将所使用的氢系气体的量保持为恒定量，相应地能够降低成本。 [0070] 另外，在该发热系统1中，通过流量控制部41可以调节去除杂质的氢系气体流入容器6的流入量和通过循环通道40时被冷却的氢系气体流入容器6的流入量。由此，在发热系统1中，能够进行基于去除杂质的氢系气体的流入量的发热体单元2中的过剩热的输出调节和进而根据被冷却的氢系气体流入容器6的流量而进行的容器6内部的温度调节。即，流量控制部41根据温度测量部20a、20b、21a、21b、21c的测量温度来控制氢系气体的循环流量，从而调节过剩热的输出和容器6内部的温度。 [0071] (7)使用天然氢气的验证实验 [0072] 接着，使用天然氢气进行了与上述“(5)使用氘气的验证实验”相同的验证实验。在此，作为天然氢气，使用高纯度氢(99.999％2等级)。即使在使用天然氢气的验证实验中，在与上述验证实验相同的条件下，在发热体单元2中进行等离子体处理，然后在利用加热器17加热的同时，填充在容器6内部的天然氢气通过循环装置3以2.8L/min的最大流量以规定的流量循环。此时，对于发热体单元2中是否存在过剩热，利用设置在容器6内部的中央的温度测量部21a检查的结果，获得了如图4所示的结果。如图4所示，当利用加热器17加热容器6内部并且天然氢气被放入容器6内部时的初始温度为约246℃。 [0073] 接着，测量容器6内部的天然氢气通过循环装置3在通过过滤器43的同时持续循环时的容器6内部的温度。结果确认了如图4所示，即使使用天然氢气，容器6内部的温度也逐渐上升。此时，当利用设置在发热体单元2的容器6的外壁上的三个热电偶测量容器6的外壁温度时，获得如图5所示的结果。并且，在图5中，还示出了对容器6内部的天然氢压力的检查结果。 [0074] 从图5中并没有确认到在容器6的外壁上的三个热电偶中的任何一个热电偶中均有较大的温度上升。由此可知，图5所示的温度上升不基于容器6的外壁上的外部加热，而基于在容器6内部设置有温度测量部21a的卷绕型反应体9周围产生了加热温度以上的过剩热。另外，从验证实验还确认了在发热系统1中，即使通过循环装置3去除天然氢气(氢系气体)中的杂质的同时，使所述天然氢气(氢系气体)持续循环，发热体单元2的容器6内部也能够长时间保持在容易产生发热反应的高压状态。 [0075] (8)过滤器的杂质去除效果的验证实验 [0076] 进行了对过滤器43的杂质去除效果进行验证的实验。在验证实验中，使用用于测量氢透过氢透过膜(未示出)的透过量(以下，称为氢透过量)的实验装置(图中未示出)来进行。使用由实验装置测量的氢透过量，评价过滤器43的杂质去除效果。 [0077] 在实验装置中，夹着氢透过膜配置有第一腔室和第二腔室，并且向第一腔室供应氢系气体，第二腔室内部被真空排气。由此，在实验装置中，第一腔室的压力高于第二腔室的压力，两个腔室之间产生压力差。即，在氢透过膜的两侧产生压力差。氢系气体中含有的氢分子被吸附在氢透过膜的高压侧的表面上，氢分子解离成两个氢原子。解离的氢原子在氢透过膜内部扩散并在其中通过。在氢透过膜的低压侧的表面上，通过氢透过膜的氢原子重新结合，并作为氢分子释放。由此，氢系气体中包含的氢将透过氢透过膜。 [0078] 在此，氢透过量由氢透过膜的温度，氢透过膜两表面侧的压力差以及氢透过膜的表面状况来决定。当氢系气体中含有杂质时，杂质有时附着在氢透过膜的表面上，氢透过膜的表面状态将劣化。当杂质附着在氢透过膜的表面上时，氢分子在氢透过膜表面上的吸附和解离受到抑制，氢透过量减少。因此，在验证实验中，通过测量氢透过膜的温度和氢透过膜两表面侧的压力差保持恒定的状态下的氢透过量，来评价过滤器43的杂质去除效果。 [0079] 对实验装置进行详细说明。除了氢透过膜、第一腔室和第二腔室之外，实验装置还包括用于向第一腔室供应氢系气体的供应通道、用于使第一腔室中的氢系气体循环的循环通道、以及用于真空排气第二腔室内部的真空排气部。实验装置电连接到图中未示出的计算机，并且与计算机之间输入和输出各种数据。 [0080] 在第一腔室和第二腔室之间，设置有用于连接第一腔室和第二腔室的连接部。连接部具有用于连通第一腔室内部和第二腔室内部的开口部。氢透过膜设置在该开口部，第一腔室内部和第二腔室内部通过氢透过膜隔开。用于控制氢透过膜的温度的温度控制部设置在连接部。温度控制部检测氢透过膜的温度，并且基于检测到的温度加热氢透过膜。由温度控制部检测的温度数据被输出到计算机。 [0081] 在第一腔室中具有连接到供应通道的供应口、连接到循环通道的一端的回收口、连接到循环通道的另一端的排出口、以及用于检测第一腔室内部压力的压力计。通过压力计检测到的压力数据被输出到计算机。 [0082] 用于贮存氢系气体的贮存箱和用于调节氢系气体的流量的调节阀设置在供应通道中。氢系气体通过供应口从贮存箱被供应到第一腔室中。 [0083] 在循环通道中设置有真空阀、循环泵以及过滤器43。真空阀用于调节从第一腔室通过回收口流出到循环通道的氢系气体的流量。作为真空阀，使用了可变泄漏阀。循环泵使氢系气体在第一腔室和循环通道之间循环。作为循环泵，使用金属波纹管泵。过滤器43与上述实施方式的过滤器相同。即，过滤器43吸附并去除从第一腔室内与氢系气体一起排出的杂质。由此，去除杂质后的氢系气体从排出口返回到第一腔室中。 [0084] 第二腔室具有连接到真空排气部的排气口和用于检测第二腔室中的压力的真空计。由真空计检测到的压力数据被输出到计算机。 [0085] 真空排气部以规定的排气速度对第二腔室内部进行真空排气。通过真空排气部，第二腔室内部的压力保持为恒定。例如，真空排气部具有组合涡轮分子泵(TMP)和干泵(DP)的结构。 [0086] 将描述使用上述实验装置的验证实验。普瑞过滤器(ピュリフィルタ)用作过滤器43。作为氢透过膜的样品，使用由田中贵金属公司制造的尺寸为25mm×25mm×0.1mm的Pd板，纯度为99.9％。氘气用作氢系气体。在验证实验中，通过预先将具有已知流量的氘气提供到第一腔室中，并校准真空计。校准真空计后，开始验证实验。 [0087] 在验证实验中，加热样品并将样品的温度(以下，称为样品温度)保持在70℃。样品温度由温度控制部控制。之后，将氘气供应到第一腔室中，第一腔室的压力(以下，称为氘气压)为130kPa。通过压力计获得氘气压。另外，通过涡轮分子泵以规定的排气速度对第二腔室进行了真空排气。最终真空度为10-4Pa以下，由此，在样品的两侧产生压力差，开始氘的透过。在氘气透过时，第二腔室中的压力变为0.01Pa以下。使用真空计的测量值计算了氘透过量。从验证实验开始经过211小时后，打开真空阀并开始氘气循环。 [0088] 图6中示出了验证实验的结果。在该图中，左侧的第一纵轴表示氘透过量T(SCCM)(每分钟标准立方厘米)，右侧的第二纵轴表示氘气压P(kPa)和样品温度Ts(℃)，横轴表示时间t(h)。该图示出了氘气循环开始前后的结果。从图6可以确认，氘气循环开始前氘透过量T为0.8SCCM，氘气循环开始后氘透过量T增加至1SCCM。另外，确认了在氘气循环开始后，氘透过量T维持在1SCCM。并且，确认了通过温度控制部的控制，在氘气循环开始前后，样品温度Ts保持恒定。并且，确认了氘气压力P在氘气循环开始后由于循环泵的压力而暂时增加，但逐渐恢复到原来的压力。并且，确认了由于第二腔室中的压力保持恒定，因此在氘气循环开始前后样品的两表面侧的压力差保持基本恒定。认为这是由于氘透过量在样品温度和样品的两表面侧的压力差保持恒定的状态下增加，从而样品表面上的杂质被排除并且样品的表面状态得到改善。这显示出过滤器43的杂质去除效果。可以想到例如水(水蒸汽)、烃、C、S及Si作为抑制样品表面上的氢分子的吸附和解离的物质。认为水从腔室或管道的内壁排出，或者腔室内部件中包含的氧化膜被氢还原。认为烃(甲烷、乙烷、甲醇、乙醇等)、C、S及Si是从管道或腔室内部件中释放出来的物质。因此，优选地，过滤器43至少吸附作为杂质的水(水蒸汽)、烃、C、S及Si。作为过滤器43，除了普瑞过滤器(ピュリフィルタ)之外，还可以使用由大阪气液公司(大阪ガスリキッド社)制造的精纯(ファインピュアー)、由アップテック日本公司制造的マイクロトール等。 [0089] [第二实施方式] [0090] 在第二实施方案中，通过过滤器43去除杂质的氢系气体直接喷射到反应体中。与第一实施方式的发热系统1相同部件用相同的附图标记标注，并且省略其描述。 [0091] 如图7所示，除了第一实施方式的发热系统1的各部件之外，发热系统50还包括喷嘴部51。另外，在发热系统50中包括卷绕型反应体9，其中，将电极部16和加热器17作为一组并在其上卷绕有细线18。 [0092] 喷嘴部51设置在循环装置3与卷绕型反应体9之间，并且将通过过滤器43的去除杂质后的氢系气体供应到卷绕型反应体9的表面。具体地，喷嘴部51设置在排出口39b与卷绕型反应体9之间，通过将从排出口39b排出的去除杂质后的氢系气体从前端喷射以吹附到卷绕型反应体9的表面。 [0093] 喷嘴部51具有管道部52和喷射部54。管道部52从排出口39b被引出到卷绕型反应体9。在本实施方式中，通孔7a形成在反应体7的面向容器6内壁的侧表面中，管道部52穿过通孔7a。管道部52的基端连接到排出口39b。管道部52的前端连接到喷射部54。管道部52的前端配置在与卷绕型反应体9的宽度方向中央对应的位置。管道部52引导从排出口39b排出的去除杂质后的氢系气体到喷射部54。 [0094] 如图8所示，喷射部54设置在管道部52的前端。喷射部54通过管道部52连接到排出口39b。喷射部54的前端面对卷绕型反应体9的加热器17侧(正面侧)的表面。从喷射部54的前端喷射被管道部52引导的去除杂质后的氢系气体。由此，从喷射部54排出的去除杂质后的氢系气体被供应到卷绕型反应体9的表面。喷射部54的前端与卷绕型反应体9的表面之间的距离例如为1至2cm，在本实施方式中设定为1cm。可以适当地设计喷射部54的前端的方向，优选地，喷射部54的前端的方向被设定为，从喷射部54的前端排出的去除杂质后的氢系气体喷射到卷绕型反应体9的正面侧的整个表面上。在本实施方式中，喷射部54的前端的方向垂直于卷绕型反应体9的正面侧表面的面方向。 [0095] 在上面的结构中，在发热系统50中，由于设置了喷嘴部51，其从排出口39b引出到卷绕型反应体9，用于喷射从排出口39b排出的去除杂质后的氢系气体，因此将去除杂质后的氢系气体直接喷射到卷绕型反应体9的表面上。由此，在发热系统50中，通过过滤器43去除杂质的新鲜氢系气体直接被供应到卷绕型反应体9的同时卷绕型反应体9的表面和周围的杂质被吹走，并且卷绕型反应体9置于由去除杂质后的氢系气体形成的气氛中，从而更可靠地增加和/或维持过剩热的输出。 [0096] 喷嘴部51的设置可以适当地改变。例如，如图9所示，喷嘴部51可以以喷射部54的前端朝上的方式设置在卷绕型反应体56的下方。在卷绕型反应体56中，电极部16夹在两个加热器17之间，并且将电极部16和两个加热器17作为一组来在其上卷绕细线18。该图是从侧面侧观察的卷绕型反应体56的图。从喷射部54的前端排出的去除杂质后的氢系气体喷射到卷绕型反应体56的下端部并分支，流向卷绕型反应体56的正面和和背面。由此，去除杂质后的氢系气体被供应到卷绕型反应体56的整个表面上。优选地，喷射部54配置在与卷绕型反应体56的厚度方向中央对应的位置。并且，在将去除杂质后的氢系气体喷射到卷绕型反应体8的情况下，喷嘴部51可以以喷射部54的前端朝上的状态设置在卷绕型反应体8下方。 [0097] 如图10所示，代替喷嘴部51，可以使用前端分支的喷嘴部57。在该示例中，喷嘴部57具有两个喷射部54。两个喷射部54以其前端彼此面对的状态设置。卷绕型反应体56设置在各喷射部54之间。各喷射部54的前端分别面向卷绕型反应体56的正面和背面。喷嘴部57在管道部52和喷射部54之间设置有分支管58。在分支管58的基端，设置连接到管道部52的连接部58a。分支管58的前端分支成两部分，各个前端连接到喷射部54。通过该喷嘴部57确保从各喷射部54排出的去除杂质后的氢系气体喷射到卷绕型反应体56的整个表面上。并且，可以适当地设计分支管58的分支数量。 [0098] 另外，如图11所示，可以使用多个喷射部54排列在卷绕型反应体56表面的面方向上的喷嘴部59。喷嘴部59中在每个分支管58的前端设置有具有多个喷射部54的喷嘴总管60。在该示例中，在一个喷嘴总管60中设置有四个喷射部54。在喷嘴总管60的基端设置有连接到分支管58的连接部60a。喷嘴总管60将来自分支管58的去除杂质后的氢系气体引导到各喷射部54。通过该喷嘴部59，从各喷射部54排出的去除杂质后的氢系气体被均匀地供应到卷绕型反应体56的整个表面上。并且，喷嘴总管60的数量和喷射部54的数量可以适当地设计。 [0099] [第三实施方式] [0100] 在第三实施方式中，对容器6内部的氢系气体进行采样，分析采样的氢系气体，并使用分析结果控制氢系气体的循环流量。 [0101] 如图12所示，除了第二实施方式的发热系统50的各部件之外，发热系统70还包括采样管72、调节阀73、TMP74、DP75、分析部76及控制装置77。另外，在发热系统70中，代替流量控制部41，包括流量控制部78。与发热系统50的部件相同的部件由相同的附图标记标注，并且省略其描述。 [0102] 采样管72连接到形成在容器6内部的回收口71。氢系气体通过回收口71从容器6内部流入采样管72。在采样管72中，从连接到容器6的一侧依次设置有调节阀73、分析部76、TMP74及DP75。调节阀73调节流入采样管72的氢系气体的流量。TMP74和DP75排出采样管72中的气体，使容器6内部的氢系气体流入采样管72。 [0103] 分析部76分析流入采样管72的氢系气体。例如，分析部76分析氢系气体中包含的抑制物质。抑制物质是抑制发热体单元2的发热反应的气体(以下，称为抑制气体)，例如，水(水蒸汽)、烃等。作为分析部76，例如使用质量分析仪，在本实施方式中，使用四极质量分析仪。分析部76进行抑制气体的质量分析，作为分析结果，例如输出抑制气体的离子电流或气体分压。分析部76将分析结果输出到控制装置77。在本实施方式中，分析部76定期地进行质量分析。由分析部76进行质量分析的时间可以由控制装置77设置和改变。 [0105] 流量控制部78基于从控制装置77输出的循环流量控制信号来控制氢系气体的循环流量。例如，流量控制部78根据抑制气体的离子电流来增加或减少氢系气体的循环流量。通过增加或减少氢系气体的循环流量来调节过剩热的输出和容器6内部的温度。即，流量控制部78根据分析部76的分析结果控制氢系气体的循环流量，从而进行过剩热的输出调节和容器6内部的温度调节。通过根据分析结果来控制循环流量，抑制气体可靠地从容器6内部排出，并且由于去除杂质后的氢系气体返回到容器6内部，因此容器6内部保持清洁。 [0106] 加热电源25基于从控制装置77输出的加热温度控制信号来控制加热器17的加热温度。即，加热电源25根据分析部76的分析结果控制加热器17的加热温度。为了抑制由于氢系气体的循环流量的增加而导致的容器6内部的温度降低，加热电源25使加热器17的加热温度上升。例如，加热电源25预先存储抑制气体的离子电流与加热器17的输出设定值之间的对应关系，使用与分析部76获得的离子电流对应的输出设定值，调节加热器17的输出。由此，更可靠地保持发热体单元2的发热反应得到持续的温度。 [0107] 在以上的结构中，在发热系统70中，进行从容器6内部采样的氢系气体中含有的抑制气体的质量分析，并且将分析结果反馈到氢系气体循环流量的控制和加热器17加热温度的控制。由此，在发热系统70中，由于容器6内部保持清洁，并且确保发热反应可持续的温度，因此可以更可靠地增加和/或维持过剩热的输出。 [0108] 代替对抑制气体的质量分析，分析部76对氢系气体中含有的吸附性杂质气体进行质量分析，并且将分析结果输出到控制装置77。作为分析结果，分析部76输出例如杂质气体的浓度。在这种情况下，随着杂质气体的浓度降低，流量控制部78增加氢系气体的循环流量。另外，随着杂质气体的浓度降低，加热电源25增加加热器17的加热温度。 [0109] 控制装置77可以根据由温度测量部20a、20b、21a、21b、21c测量的测量温度输出加热温度控制信号。在这种情况下，随着测量温度降低，加热电源25增加加热器17的加热温度。即，加热电源25可以根据温度测量部20a、20b、21a、21b、21c的测量温度来控制加热器17的加热温度。 [0110] 采样管72、调节阀73、TMP74、DP75、分析部76及控制装置77可以设置在第一实施方式的发热系统1中。 [0111] 排出口39b可以设置在容器6的底部，而不是设置在容器6的侧壁上。在排出口39b设置在容器6的底部的情况下，优选地，在容器6的上部设置回收口39a。由此，在从排出口39b排出的去除杂质后的氢系气体流过卷绕型反应体的配置区域，并被回收口39a回收。另外，在排出口39b设置在容器6的底部的情况下，优选地，使管道部52穿过筒状反应体7的底部侧开口而不在反应体7中形成通孔7a。 [0112] 附图标记说明 [0113] 1、50、70：发热系统 [0114] 2：发热体单元 [0115] 3：循环装置 [0116] 4：热回收装置 [0117] 6：容器 [0118] 7：反应体 [0119] 8、9、56：卷绕型反应体 [0120] 12、18：细线 [0121] 17：加热器 [0122] 20a、20b、21a、21b、21c：温度测量部 [0123] 40：循环通道 [0124] 41、78：流量控制部 [0125] 42：泵 [0126] 43：过滤器 [0127] 51、57、59：喷嘴部 [0128] 54：喷射部 [0129] 76：分析部 |
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