(57)【要約】水素を貯蔵及び発生させるための方法及びシステム。本方法は、金属または金属化合物と水との反応から水素と熱を発生させることを含む。この反応から発生した熱は、熱電気デバイスを通して熱を通過させるなどして他のエネルギー形態に転換する、電池で貯蔵するための電気エネルギーを回復する。別の及び好ましい態様では、この熱を使用して水素をもっと発生させるための追加の反応を実施し、好ましくはこの熱を使用して吸熱性脱水素反応を実施して、より多く水素を発生させて、熱を消費する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素を発生させる方法であって、
金属成分と水とを反応させて金属成分を酸化して、酸化金属、水素及び熱を形成すること；
追加の水素を発生させるのに足る量で水素含有化合物に前記熱の少なくとも一部を適用して、水素含有化合物を脱水素すること、の各段階を含み、
ここで発生した水素量は前記酸化段階で使用した水の量に比例する、前記水素を発生させる方法。
【請求項２】
前記酸化段階が金属成分と水とを反応させることを含み、ここで前記金属成分は金属及び金属水素化物からなる群から選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記金属が、アルカリ金属、アルカリ土類金属、亜鉛、アルミニウム及びホウ素からなる群から選択される、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記金属がマグネシウムである、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記金属水素化物が、アルカリ金属水素化物、アルカリ土類金属水素化物、水素化亜鉛、水素化アルミニウム及びホウ素水素化物からなる群から選択される、請求項２に記載の方法。
【請求項６】
前記金属水素化物が水素化マグネシウムである、請求項２に記載の方法。
【請求項７】
前記金属水素化物が複合金属水素化物である、請求項２に記載の方法。
【請求項８】
前記複合金属水素化物が水素化ホウ素金属を含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記水素化ホウ素金属が、水素化ホウ素バリウム（Ｂｅ（ＢＨ４）２）、水素化ホウ素リチウム（ＬｉＢＨ４）、水素化ホウ素アルミニウム（Ａｌ（ＢＨ４）３）、水素化ホウ素チタン（Ｔｉ（ＢＨ４）４）、水素化ホウ素マグネシウム（Ｍｇ（ＢＨ４）２）、ナトリウムバレートボロヒドリド（ＮａＶ（ＢＨ４）４）、水素化ホウ素カルシウム（Ｃａ（ＢＨ４）２）及び水素化ホウ素ナトリウム（ＮａＢＨ４）からなる群から選択される、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記酸化段階が、金属成分と水とを反応させることを含み、ここで前記水は蒸気の状態で提供される、請求項１、２、４または６に記載の方法。
【請求項１１】
前記脱水素段階が、水素含有化合物を脱水素することを含み、前記水素含有化合物は金属水素化物を含む、請求項１または２に記載の方法。
【請求項１２】
前記金属水素化物が水素化マグネシウムを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記金属水素化物が複合金属水素化物である、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記複合金属水素化物が水素化ホウ素金属を含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記水素化ホウ素金属が、水素化ホウ素バリウム（Ｂｅ（ＢＨ４）２）、水素化ホウ素リチウム（ＬｉＢＨ４）、水素化ホウ素アルミニウム（Ａｌ（ＢＨ４）３）、水素化ホウ素チタン（Ｔｉ（ＢＨ４）４）、水素化ホウ素マグネシウム（Ｍｇ（ＢＨ４）２）、ナトリウムバレートボロヒドリド（ＮａＶ（ＢＨ４）４）、水素化ホウ素カルシウム（Ｃａ（ＢＨ４）２）及び水素化ホウ素ナトリウム（ＮａＢＨ４）からなる群から選択される、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
水素を発生させる方法であって、
マグネシウム成分と蒸気とを反応させて酸化マグネシウム化合物、水素及び熱を形成すること；
追加の水素を発生させるのに足る量で水素化マグネシウム成分に前記熱の少なくとも一部を適用して、水素化マグネシウム化合物を脱水素すること、の各段階を含み、
ここで発生した水素量は前記酸化段階で使用した水の量に比例する、前記水素を発生させる方法。
【請求項１７】
前記反応段階が前記マグネシウム成分と蒸気とを反応させることを含み、ここで前記マグネシウム成分はマグネシウム及び水素化マグネシウム化合物からなる群から選択される、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記反応段階が、水素化マグネシウム化合物と蒸気とを反応させることを含み、前記水素化マグネシウム化合物は水素化マグネシウム及び水素化ホウ素マグネシウムからなる群から選択される、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記脱水素段階が、水素化マグネシウム及び水素化ホウ素マグネシウムからなる群から選択される水素化マグネシウム化合物を脱水素する段階を含む、請求項１６、１７または１８に記載の方法。
【請求項２０】
車輌内で水素を貯蔵し発生させる方法であって、
車輌内に水と水素化マグネシウムを貯蔵すること；
前記水を加熱して蒸気を発生させること；
前記蒸気と前記水素化マグネシウムの一部を混合して、水素、酸化マグネシウム及び熱を発生させること；及び
前記熱の少なくとも一部を前記水素化マグネシウムの一部に適用して追加の水素ガスとマグネシウムとを発生させること、の各段階を含む、前記車輌内で水素を貯蔵し発生させる方法。
【請求項２１】
前記方法はさらに、前記水素化マグネシウムの前記一部と合せた蒸気の量を制御することによって発生した水素量を制御することを含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記方法はさらに、前記車輌内の燃料電池に前記水素を送達することを含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記水の一部を前記燃料電池で発生させる、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記マグネシウムを前記車内でｉｎ  ｓｉｔｕで再水素化する、請求項２０に記載の方法。
【請求項２５】
車輌に電力を供給する方法であって、
蒸気と金属成分とを合せて水素と熱とを発生させること；
前記車輌に電力を供給するためにエネルギーを発生させるための水素燃料ベースの電力系に前記水素を移送すること；及び
前記熱を利用して、前記車輌に電力を供給するための追加のエネルギーを作り出すこと、の各段階を含む、前記方法。
【請求項２６】
前記合せる段階が蒸気と金属成分とを合せることを含み、前記金属成分は金属及び金属水素化物からなる群から選択される、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記金属は、アルカリ金属、アルカリ土類金属、亜鉛、アルミニウム及びホウ素からなる群から選択される、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記金属がマグネシウムである、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記金属水素化物が、アルカリ金属水素化物、アルカリ土類金属水素化物、水素化亜鉛、水素化アルミニウム及びホウ素水素化物からなる群から選択される、請求項２７に記載の方法。
【請求項３０】
前記金属水素化物が水素化マグネシウムである、請求項２６に記載の方法。
【請求項３１】
前記金属水素化物が複合金属水素化物である、請求項２６に記載の方法。
【請求項３２】
前記複合金属水素化物が水素化ホウ素金属を含む、請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
前記水素化ホウ素金属が、水素化ホウ素バリウム（Ｂｅ（ＢＨ４）２）、水素化ホウ素リチウム（ＬｉＢＨ４）、水素化ホウ素アルミニウム（Ａｌ（ＢＨ４）３）、水素化ホウ素チタン（Ｔｉ（ＢＨ４）４）、水素化ホウ素マグネシウム（Ｍｇ（ＢＨ４）２）、ナトリウムバレートボロヒドリド（ＮａＶ（ＢＨ４）４）、水素化ホウ素カルシウム（Ｃａ（ＢＨ４）２）及び水素化ホウ素ナトリウム（ＮａＢＨ４）からなる群から選択される、請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
前記利用段階が、前記水素含有化合物を脱水素化し、そこから水素を発生させるのに足る量の水素含有化合物に前記熱の少なくとも一部を適用することを含む、請求項２５に記載の方法。
【請求項３５】
前記水素含有化合物が金属水素化物を含む、請求項３４に記載の方法。
【請求項３６】
前記水素含有化合物が水素化マグネシウムを含む、請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】
前記金属水素化物が、複合金属水素化物を含む、請求項３５に記載の方法。
【請求項３８】
前記複合金属水素化物が水素化ホウ素金属を含む、請求項３７に記載の方法。
【請求項３９】
前記水素化ホウ素金属が、水素化ホウ素バリウム（Ｂｅ（ＢＨ４）２）、水素化ホウ素リチウム（ＬｉＢＨ４）、水素化ホウ素アルミニウム（Ａｌ（ＢＨ４）３）、水素化ホウ素チタン（Ｔｉ（ＢＨ４）４）、水素化ホウ素マグネシウム（Ｍｇ（ＢＨ４）２）、ナトリウムバレートボロヒドリド（ＮａＶ（ＢＨ４）４）、水素化ホウ素カルシウム（Ｃａ（ＢＨ４）２）及び水素化ホウ素ナトリウム（ＮａＢＨ４）からなる群から選択される、請求項３８に記載の方法。
【請求項４０】
水素を使用して電力を発生させるためのシステムであって、当該システムが、
蒸気を発生させるために水を加熱するためのボイラー；
前記ボイラーとの流体フロー連通状態にある反応チャンバ、当該反応チャンバには水素化マグネシウムが装填されている；
前記反応チャンバと流体フロー連通状態にある燃料電池、当該燃料電池は、車輌に電力を供給するために水素から電力を発生させることができる；及び
前記ボイラー、前記反応チャンバ及び燃料電池の操作を制御し、ボイラー、前記反応チャンバ及び燃料電池間で流体フロー連通状態に操作可能に接続されたコントローラー、当該コントローラーは、前記ボイラーをオンにし、発生した水素量に比例する量で前記反応チャンバに発生した蒸気を注入するようにプログラムされている前記システム。
【請求項４１】
前記システムがさらに、前記ボイラー及び前記燃料電池と流体フロー接続状態にある水貯蔵容器を含む、請求項４０に記載のシステム。
【請求項４２】
前記システムがさらに、前記反応器から前記燃料電池に流れる水素ガスを冷却するために適合された前記反応チャンバと前記燃料電池と流体フロー連通状態にある冷却器を含む、請求項４０に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【関連する出願】
【０００１】
本出願は、２００６年５月８日出願の米国仮特許出願シリアル番号第６０／７９８，５４５号をベースとし、優先権を主張する。この仮特許出願は本明細書中、参照として含まれる。
連邦政府によって支援された研究または開発に関する説明
本出願は、合衆国政府、ＮＡＳＡの契約番号ＮＡＳ７−１４０７によってなされたものである。
【発明の背景】
【０００２】
１．発明の分野
本発明は、代替燃料の分野に関し、特に水素を貯蔵及び発生させる方法及びシステムに関する。本方法は、安全な方法で安定な水素供給源を貯蔵し、且つ燃料として使用するのに必要なときにそこから水素ガスを発生させるために使用することができる。好ましい態様では、本システム及び方法を車輌内で使用して、主燃料供給源または補助燃料供給源として水素を提供する。
２．関連する技術の記載
水素は、高分子電解質膜（ＰＥＭ）燃料電池及び／または改質水素内燃機関（ＩＣＥ）と組み合わせて車輌に電力を供給するための有望な燃料供給源である。車輌内で水素燃料供給源を貯蔵するための好適な貯蔵方法を開発するために多大な努力がなされてきた。車輌内で使用するために許容可能な水素貯蔵システムを開発するのに多くの因子を検討しなければならない。最初に最も重要なのは安全性である。衝突の際に安全性に対する懸念を軽減するために比較的安定且つ保護された様式で水素を貯蔵するシステムを開発することが重要である。
【０００３】
総合的な経済の実行可能性及び効率についても考慮すべきである。実行可能な解決策では、省スペースまたは容積の比較的軽量システムを提供しなければならないのにもかかわらず、燃料補給まで長時間、車輌を操作できるように十分な量の燃料を提供しなければならない。さらに水素を発生させるのに車輌内で必要な電力は、車輌を操作するために燃料電池またはエンジンで発生する電力よりもかなり小さくなければならないことが重要である。水素を貯蔵し発生させるのに使用する全ての原材料コスト、並びに全ての廃棄物をリサイクルまたは処分するコストを含めたシステムのコストは、システムの総合的な経済の実行可能性を見極める際にも考慮しなければならない。
【０００４】
さらに、このシステムの環境への影響も非常に重要である。排出の観点では汚染を、並びに原材料の製造及び車輌の操作を通して発生する廃棄物を最小にするシステムを開発する要望がある。この点において、一酸化炭素の排出を低下させ、且つ化石燃料源への依存度を低下させるためにこのシステムと合わせて化石燃料の使用を最小化する要望がある。
【０００５】
最後に、このシステムに燃料を供給したり再充電するため、及び廃棄物を処理するための比較的使い勝手の良い手段を提供することを含む、使用が比較的便利なドライバーのための代替案を本システムは提案しなければならない。
【０００６】
エネルギー省（ＤＯＥ）は、車輌内で使用すべき水素燃料システムを開発するために目標を設定した。これらの目標では、供給されたエネルギー量に関連してシステムによって使用される重量及び容積量、並びに燃料コストを含む、上記の検討事項の多くを取り扱っている。現在、様々な技術が、これらの目標を達成するために努力する様々な開発段階にある。これらの技術の多くは有望であるが、比較的安全で、効率が良く、費用効率が高く、好都合で且つ環境に優しい革新的なシステムに関する需要がいまだにある。
【発明の概要】
【０００７】
本発明は、比較的安定且つ安全な形で水素供給源を貯蔵するため、及び燃料として使用するために必要に応じてそこから水素ガスを発生させるための方法及びシステムに関する。本方法及びシステムは、水素燃料電池、改良水素内燃機関または他の水素燃料ベースの電力系統と合わせて使用するための自動車またはバスなどの車輌内での主燃料供給源または補助燃料供給源として特によく適応する。
【０００８】
本方法は、酸化反応、特に金属または金属化合物と水との反応から熱の形でエネルギーと水素とを発生させることを含む。そしてこの反応から発生した熱は、熱電気デバイスの中にその熱を通過させることなどによって他の形態のエネルギーに転換して、電池で貯蔵するために電気エネルギーを回収することができる。好ましい態様では、この熱を使用してさらに水素を発生させるための追加の反応を促進し、最も好ましくはこの熱を使用して、吸熱脱水素反応を推進して、さらに水素を発生させて熱を消費する。
【０００９】
本発明の一態様において、金属または金属水素化物などの金属化合物は反応チャンバ内で高温で反応して、水素ガス（Ｈ２）と金属酸化物とを生成する：
【００１０】
【化１】
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【００１１】
代表的な反応ではマグネシウムまたは水素化マグネシウムを使用することが挙げられる：
【００１２】
【化２】
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【００１３】
この酸化反応は実際は発熱性で、かなり過剰量の熱を発生する。そして水素ガスは冷却器内を通過して、燃料電池または水素内部燃焼機関（ＩＣＥ）に供給することができる。このようにしてこの水素は比較的安定且つ安全な形態（たとえば水及び／または金属水素化物の形態）で車輌内で貯蔵される。水素ガスは、水素燃料をベースとする電力系統内で消費するために要求に応じてのみ生成される。
【００１４】
金属化合物と反応する蒸気の量は、要求に応じて発生させた水素ガスの量が任意の所定の時間で反応チャンバ内に注入される蒸気量で制御できるように、発生した水素ガスの量に比例する。酸化副生成物は集められ、あとで反応チャンバから除去され、当業界で公知の種々の手段を使用してリサイクルすることができる。たとえば、副生成物の酸化マグネシウムに関しては、この副生成物は、既存のマグネシウムの精錬及び精製操作内の好適な段階で酸化マグネシウムを導入することによってリサイクルすることができる。
【００１５】
本発明の第二の態様では、上記発熱酸化反応（１）で発生した熱を使用して、もっと水素を発生させるための吸熱脱水素反応を推進する。この態様では、金属水素化物などの安定な水素を含有する化合物を、上記酸化反応（１）から発生した熱を使用して脱水素化する：
【００１６】
【化３】
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【００１７】
代表的な反応としては、水素化マグネシウムまたは水素化ホウ素マグネシウムを使用することが挙げられる：
【００１８】
【化４】
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【００１９】
水素化マグネシウムなどの単純な金属水素化物の場合には、脱水素化化合物はｉｎ  ｓｉｔｕで再水素化できると予想される。あるいは、脱水素化化合物は、システム内で続いて使用するためにリサイクルプラントで再水素化することができる。この熱分解脱水素反応（２）が酸化反応（１）で発生した熱によって推進されるならば、発生した水素量は、酸化反応を推進するために反応チャンバ内に注入された水または蒸気の量を制御することによって要求に応じて制御することができる。
【００２０】
好ましい態様では、発熱酸化反応で、出発物質として使用した金属化合物は、吸熱脱水素化反応で出発物質として使用した水素含有化合物と同じである。たとえば、水素化マグネシウムは、以下のように両方の反応で出発物質として使用することができる：
【００２１】
【化５】
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【００２２】
反応器の設計に依存して、熱分解反応（２）から得られた一定量のマグネシウムは、蒸気とも反応してさらに水素と酸化マグネシウムを生成することができると予想される：
【００２３】
【化６】
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【００２４】
あるいは酸化副生成物（たとえばＭｇＯ）量が限定され、脱水素化化合物（たとえばＭｇ）がシステム内で続いて使用するために簡単に再水素化できるように、酸化反応と脱水素反応を別の反応チャンバ内で実施する。マグネシウムを再水素化するのに必要なエネルギー量は、酸化マグネシウムをリサイクルするのに必要なエネルギー量よりもかなり少ないのでこの態様が好ましい。
【００２５】
また、水素発生システムを水素燃料電池またはＩＣＥと合わせて使用する好ましい態様では、燃料電池またはＩＣＥで発生した水を集め、酸化反応で蒸気の状態で使用し、それによってシステムに添加するのに必要な水の量を減らす。
【００２６】
吸熱性反応を推進するために酸化反応を使用することによって、反応を開始するには、電池か別の方法によって供給される比較的少量の初期エネルギーが必要である。一度酸化反応が開始したら、反応から発生した熱は吸熱性脱水素反応を推進するのに使用できるように、自続性である。脱水素反応の副生成物は、ｉｎ  ｓｉｔｕで、または比較的低コストで好適な装置内で再水素化することができる。さらに、酸化反応が脱水素反応を推進するのに必要な熱の量だけを発生するのに限定できれば、酸化副生成物（たとえばＭｇＯ）の量も同様に限定することができる。酸化反応から発生した熱の大部分は、脱水素化反応で吸収され、残っている全ての過剰の熱は他の用途に使用するか、またはラジエーターによって放出することができる。
【００２７】
本発明は、燃料として使用するために水素を貯蔵し、発生させるためのシステムにも関する。このシステムは、水貯蔵容器、ボイラー、金属または金属化合物を装填した反応チャンバ、冷却器、水素燃料電池または改良水素内燃機関（ＩＣＥ）などの水素燃料をベースとする電力系統、システムコントローラー並びに、種々の成分が流体フロー接続内にあるようにするための導管またはラインを含む。このシステムでは、水素ガスは、要求に応じて反応チャンバ内で生成されて、電力系統に向けられる。水素ガスが必要なときには、システムコントローラーが反応チャンバを加熱して、貯蔵容器内に貯蔵されていた水をボイラーにくみ上げて加熱して蒸気を生成する。ボイラー及び反応チャンバは最初、電池によって供給される電気によって加熱することができる。そして発生した蒸気を反応チャンバ内に注入し、そこで金属または金属化合物と蒸気が反応して金属酸化物、水素ガス及び熱を形成する。そして水素ガスは冷却器を通して運ばれ、気体温度を下げる。冷却された気体は燃料電池などの電力系統に導入されて電気エネルギーを発生する。好ましい態様では、燃料電池内で発生した過剰の水は濾過されて、水素発生プロセスで次に使用するために水貯蔵容器にくみ上げられる。
【００２８】
反応チャンバ内で発生した金属酸化物はチャンバ内で集められるか、続いて除去するために別の貯蔵容器に運ばれる。酸化反応で発生した熱は、熱を排除するためにラジエーターを通って運ばれ、熱は好ましくは電池で貯蔵するための電気エネルギーを作り出すために熱電気デバイス（ｔｈｅｒｍａｌ  ｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｄｅｖｉｃｅ）に最初に通すのが好ましい。さらに蒸気を発生させるためにボイラーを加熱するのにこの熱の一部も使用することができる。
【００２９】
最も好ましい態様では、酸化反応から発生した熱の大部分を使用して脱水素化反応を推進する。この脱水素反応は、反応チャンバ内で実施することができ、そこで酸化チャンバを実施するか二次反応チャンバである。金属水素化物などの水素含有化合物をこの反応チャンバに供給し、酸化反応からの熱を使用して化合物を脱水素する。この脱水素反応から得られた水素ガスを上記のように冷却器を通して燃料電池に輸送する。脱水素化化合物は反応チャンバ内に貯蔵するか、または続いて除去するか、若しくはｉｎ  ｓｉｔｕ再水素化のために別の容器に輸送する。
【００３０】
本発明の利点及びこれに従属する新規特徴と共に本発明の追加の側面は、以下の記載で一部説明され、一部は以下の実験によって当業者には明らかに、または本発明の実施から知ることができるだろう。本発明の目的及び利点は、特許請求の範囲に特記された手段及び組み合わせによって理解され、達成され得る。
【代表的な態様の詳細な記述】
【００３１】
本発明は、比較的安定且つ安全な形態で水素供給源を貯蔵及び、燃料として使用するために要求に応じてそこから水素ガスを発生させるための方法及びシステムに関する。本方法及びシステムは、居住施設及び工業用途用の主電力系統、補助電力系統または緊急用電力系統で使用するため、並びに独立型の電気器具または装置で使用するためなどの他の用途でも使用することができるが、水素燃料電池、ＩＣＥ水素エンジン若しくは他の車輌内水素を燃料とする電力系統と合わせて使用するための車輌内の主燃料供給源または補助燃料供給源としてよく適応する。本方法及びシステムは、自動車、トラック、バス、キャンピングカー、飛行機、機関車及び船舶などの任意の自動車の車輌内で使用するのに適応しており、特に自動車、トラック、バス及びキャンピングカーで使用するのによく適応している。
発熱反応
第一の態様において、金属成分を酸化するのに十分な熱の存在下で、金属成分と水とを反応させて水素を発生させる：
【００３２】
【化７】
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【００３３】
式中、Mは金属成分を含む。本発明の目的に関して、「金属成分」とは、金属、金属化合物または金属複合体（ｃｏｍｐｌｅｘ）を意味するものとする。金属成分としては、アルカリ金属、アルカリ土類金属、亜鉛、アルミニウム、及びホウ素を含むことができるが、マグネシウムが好ましい。金属成分は金属水素化物の化合物を含むことができ、たとえばアルカリ金属水素化物、アルカリ土類金属水素化物、水素化亜鉛、水素化アルミニウム及びホウ素水素化物(ｂｏｒｏｈｙｄｒｉｄｅｓ)が挙げられるがこれらに限定されない。水素化マグネシウムが好ましい。金属水素化物は、水素化ホウ素金属などの複合金属水素化物（ｃｏｍｐｌｅｘ  ｍｅｔａｌ  ｈｙｄｒｉｄｅ）であってもよい。好適な水素化ホウ素金属(ｍｅｔａｌ  ｂｏｒｏｈｙｄｒｉｄｅ)としては、水素化ホウ素バリウム（Ｂｅ（ＢＨ４）２）、水素化ホウ素リチウム（ＬｉＢＨ４）、水素化ホウ素アルミニウム（Ａｌ（ＢＨ４）３）、水素化ホウ素チタン（Ｔｉ（ＢＨ４）４）、水素化ホウ素マグネシウム（Ｍｇ（ＢＨ４）２）、ナトリウムバレート（ｖａｌａｔｅ）ボロヒドリド（ＮａＶ（ＢＨ４）４）、水素化ホウ素カルシウム（Ｃａ（ＢＨ４）２）及び水素化ホウ素ナトリウム（ＮａＢＨ４）が挙げられるがこれらに限定されない。水素化ホウ素マグネシウムが好ましい。
【００３４】
本発明に従った代表的な酸化反応としては、過熱蒸気と合わせたマグネシウム、水素化マグネシウムまたは水素化ホウ素マグネシウムの形状のマグネシウム成分の使用が挙げられる：
【００３５】
【化８】
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【００３６】
他の水素放出性酸化反応も本発明の目的に好適であろうことを了解すべきである。たとえばマグネシウムなどの金属をアンモニアと反応させて、アンモニア内に含まれる水素を放出させ、熱を発生させることが考えられる。
【００３７】
酸化反応は、酸化反応を開始するのに十分な温度で閉鎖反応チャンバ内で実施すべきである。一度反応が開始したら、蒸気を形成するために反応及び水を加熱するのに必要な全ての熱は、発熱酸化反応から発生した熱によって供給することができる。反応容器及び／または出発物質は最初、金属を十分に酸化し、且つ最大量の水素を得るのに十分な温度に加熱するのが好ましい。たとえば金属酸化物とは対照的に特定量の金属の水酸化物は、約３００℃未満で形成すると予想される。かくして、金属を完全に酸化するために、約３００℃を超える温度、好ましくは約３００℃〜１１００℃で反応を開始するのが好ましい。当業界で公知の触媒を場合により反応チャンバ内に配合して、十分な酸化を促進することができる。
【００３８】
水素化マグネシウムなどの金属水素化物は、金属とは対照的に、酸化反応を実施する目的に関して特に適している。というのも水素化物は比較的低温で、触媒の必要なく直ちに酸化して、反応を開始するのに比較的少ないエネルギーしか必要でなく、費用を節約するからである。さらに水素化物は、酸化反応の間により多くの水素が放出されるように、水に加えて二次的な水素供給源として機能する。好ましい態様において、水素化マグネシウムを使用すると、反応成分を少なくとも約３００℃の温度に加熱し、反応器の操作温度は、発熱反応から発生した熱によって約３００℃〜６００℃の範囲の温度に維持する。反応は固相で発生し、副生成物の酸化マグネシウムは、粉末状で生成し、これはリサイクルするのに比較的除去、輸送し易い。
【００３９】
もちろん、酸化反応はより高い温度で開始することができ、且つ金属成分は液体または気化形で提供できることを了解すべきである。たとえばマグネシウムを供給原料として使用する場合、マグネシウムは少なくとも６００℃の温度、好ましくは７００℃〜９００℃の温度に加熱して、酸化反応用に溶融マグネシウムを形成することができる。あるいは、マグネシウムを気化させるために適用した９００℃〜１１００℃のより高い温度及び／または圧力に加熱することができる。
【００４０】
金属成分と反応する水の量は発生する水素量に比例するので、発生する水素の量は任意の所定の時間で反応チャンバ内に注入された蒸気量によって制御できる。このようにして、水素ガスは、システムの燃料の需要に依存して、要求に応じて製造することができる。そして水素ガスは、必要に応じ反応チャンバから取り出され、燃料電池、ＩＣＥまたは他の電力系統に供給することができる。酸化副生成物（たとえば酸化マグネシウム）は集められ、反応チャンバから取り出されて、そのときチャンバは新しい出発物質で「再装填（ｒｅｃｈａｒｇｅ）」することができる。酸化金属は当業界で公知の種々の手段を使用してリサイクルするか、処分することができる。
【００４１】
金属成分としてマグネシウムまたは水素化マグネシウムを使用する好ましい態様では、本発明の水素発生システムから回収した副生成物の酸化マグネシウムは、精製マグネシウムを製造するための既存のマグネシウム精錬及び精製操作内の好適な段階で供給原料として導入することによってリサイクルすることができる。このようにして、酸化マグネシウム副生成物は既存設備でリサイクルされ、供給原料として利用することによってマグネシウム精錬／精製操作内でエネルギー及び費用を節約する。たとえば、海水精製プロセス（ｓｅａｗａｔｅｒ  ｒｅｆｉｎｅｒｙ  ｐｒｏｃｅｓｓ）を使用する商業的精錬及び精製操作では、酸化マグネシウムはプロセスの電気分解または中和段階で供給されて、精製プロセスで多くの段階を省略することができる。白雲石原鉱からマグネシウムを回収するためのピジョン（Ｐｉｄｇｅｏｎ）プロセスを使用する工業用精錬器では、酸化マグネシウムはドライム（ｄｏｌｉｍｅ）段階で供給することができる。そして得られたマグネシウムを再水素化して水素を発生させるための水素化マグネシウム出発物質を形成することができ、または他の商業用途で使用することができる。
【００４２】
酸化反応は、かなりの過剰量の熱を発生する発熱反応である。既に記載のように、この熱の一部を使用して、十分な酸化のために望ましい温度に反応チャンバを維持し、及びさらに蒸気を発生させることができる。好ましい態様において、この酸化反応から発生した過剰量の熱も使用して、以下詳細に記載する吸熱性脱水素反応（２）を推進し、さらに水素を発生させ、熱を消費する。あるいは、過剰量の熱は、たとえば、電池内に貯蔵するための電気エネルギーを回収するために熱電気デバイスに熱を通過させることなどによって他の形態のエネルギーに転換することができるか、またはラジエーター若しくは当業界で公知の他の手段を介して処理することができる。
吸熱反応
本発明の第二の態様では、上記発熱性酸化反応（１）から発生した熱を使用して、もっと水素を発生させるための吸熱性脱水素反応を推進する。この態様では、安定な水素含有化合物は、化合物を脱水素するのに十分な量で上記酸化反応（１）から発生した熱を適用することによって熱分解させる。この反応は、反応が本来吸熱性であり、水素ガスを発生するならば、任意の水素含有化合物の脱水素を含むことができる。水素含有化合物は、たとえば水素化物またはアンモニア化合物を含むことができる。
【００４３】
好ましい態様では、本反応は金属水素化物の熱分解を含む：
【００４４】
【化９】
2009536604.tif 000011
【００４５】
ここでＸは金属または金属複合体を含む。水素含有化合物は好ましくは、金属水素化物、たとえばアルカリ金属水素化物、アルカリ土類金属水素化物、水素化亜鉛、水素化アルミニウム及び水素化ホウ素アルミニウムが挙げられるがこれらに限定されない。水素化マグネシウムが好ましい。金属水素化物は、水素化ホウ素金属などの複合金属水素化物を含むことができる。水素化ホウ素金属などの複合水素化物は、これらの化合物の水素容量（ｈｙｄｒｏｇｅｎ  ｃａｐａｃｉｔｙ）は比較的高いが、熱分解や脱水素に必要なエネルギーは比較的低いので、本発明の目的に特に適していると予想される。好適な水素化ホウ素金属としては、水素化ホウ素バリウム（Ｂｅ（ＢＨ４）２）、水素化ホウ素リチウム（ＬｉＢＨ４）、水素化ホウ素アルミニウム（Ａｌ（ＢＨ４）３）、水素化ホウ素チタン（Ｔｉ（ＢＨ４）４）、水素化ホウ素マグネシウム（Ｍｇ（ＢＨ４）２）、ナトリウムバレート（ｖａｌａｔｅ）ボロヒドリド（ＮａＶ（ＢＨ４）４）、水素化ホウ素カルシウム（Ｃａ（ＢＨ４）２）及び水素化ホウ素ナトリウム（ＮａＢＨ４）が挙げられるが、これらに限定されない。これら水素化ホウ素化物の理論水素容量（重量パーセント）を以下の表１に列記する。
【００４６】
【表１】
2009536604.tif 000012
【００４７】
本発明に従った代表的な脱水素反応としては、水素化マグネシウムまたは水素化ホウ素マグネシウムを使用する：
【００４８】
【化１０】
2009536604.tif 000013
【００４９】
脱水素化化合物は、ｉｎ  ｓｉｔｕで、またはシステム内で続いて使用するためにリサイクルプラントで再水素化することができる。水素化マグネシウムなどの簡単な金属水素化物は、熱及び圧力の存在下で脱水素化化合物と水素ガスとを混合することによってｉｎ  ｓｉｔｕで再水素化するのに特に適していると予想される。かくして、水素ガスは簡単に脱水素化化合物を含むチャンバにくみ上げることができ、そこで好適な圧力と熱を適用すると予想される。このようにして、このシステムは慣用のガソリンスタンドそっくりに設計されたポンプ場で便利に燃料補給することができるだろう。
【００５０】
あるいは、脱水素化化合物は、上記反応（１）と同様に水との反応によってさらに酸化されて、脱水素反応用により多くの熱及びより多くの水素を発生することができる。別のスキームでは、酸化化合物（たとえば酸化マグネシウム）を集め、既に記載のように、好適な施設でリサイクルされる。
【００５１】
熱分解脱水素反応（２）が酸化反応（１）から発生した熱により推進される場合、発生した水素量は、酸化反応を推進するために反応チャンバに注入された蒸気量を制御することにより、及び／または熱分解で使用するのに好適な酸化反応によって発生した熱の量によって要求に応じて制御することができる。吸熱性熱分解反応を推進するのに必要な熱量は、出発物質に応じて変動する。水素化マグネシウムの場合には、最低温度３６０℃、好ましくは４００℃〜６００℃が十分な脱水素化を実施するのに必要であると予想される。
【００５２】
好ましい態様では、発熱性酸化反応（１）で出発物質として使用する金属化合物は、吸熱性脱水素反応（２）で出発物質として使用する水素含有化合物と同一である。たとえば水素化マグネシウムは、以下のように両方の反応で出発物質として使用することができる：
【００５３】
【化１１】
2009536604.tif 000014
【００５４】
発熱性酸化反応は約３００℃の温度で効率よく開始し、且つ吸熱性脱水素反応は約３６０℃に到達するまで効率よく起きないという二元的反応は注目すべきものである。かくして、反応を制御するのに使用した水量に加えて、このシステムは、約３６０℃未満の操作温度に維持することにより場合により発熱性酸化反応のみを実施する、及び約３６０℃を超える操作温度に保持することにより並行して二元的反応を実施することができると予想される。さらに、より高温ではより高速で脱水素化が起きると予想される。
【００５５】
反応器の設計に依存して、熱分解から得られた一定量のマグネシウムは、蒸気と反応して、追加の水素と酸化マグネシウムも形成すると予想される：
【００５６】
【化１２】
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【００５７】
あるいは、水素化ホウ素マグネシウムは、両方の反応の出発物質として使用することができる。
【００５８】
【化１３】
2009536604.tif 000016
【００５９】
水素化ホウ素マグネシウムに関しては、反応（２”）は約３００℃未満の低い温度で二段階でおき、ここで水素化マグネシウムの中間体が形成する。より高温では、反応（２”）が示されているように一段階で起きる。
【００６０】
吸熱性脱水素反応と並行して実施するために発熱性酸化反応を組み合わせるのは、これによって、出発物質、エネルギー入力及びリサイクル費用に関して安価でより多くの水素を生成するので好ましい。従来は、水素化マグネシウムまたは他の金属水素化物の脱水素化は、反応に必要な熱量のため経済的とはみなされなかった。しかしながら、金属水素化物を脱水素するのに必要なエネルギーは、酸化反応から発生する熱よりもかなり少ない。反応を適切に組み合わせることによって、水素発生は、本質的に熱の出力なしに両方の反応によって実施することができるので、熱交換器を全く使用しないか、比較的小さな熱交換器しか必要でない。たとえば酸化された水素化マグネシウム１モルごとに、水素２モルが直接放出されると予想される。さらに、熱分解によって、追加の水素約３モルが放出される（酸化反応から発生した熱１００％利用をベースとして）。さらに発生した水素の殆どが金属の酸化物の形成よりも脱水素化によるものなので、リサイクルコストは削減される。脱水素化化合物は、より安価なコスト及び繰り返し利用するために好適な施設またはｉｎ  ｓｉｔｕで再水素化することができる。この二元的反応は、金属が固相状態のままであるように比較的低温でも実施でき、これは溶融材料よりもずっと取り扱い易い。
車輌に電力を供給するためのシステム
本発明の態様に従った自動車に電力を供給するために水素を貯蔵及び発生させ、これを使用するためのシステムを図１の参照番号２で示す。水素ガスは、マグネシウムなどの金属成分を装填した反応チャンバをもつ水素発生器４で製造する。水貯蔵タンク６内に貯蔵された水はポンプ８によって輸送され、フラッシュボイラー１０内で加熱されて過熱蒸気を形成する。そして蒸気は必要な水素量に比例した流速で反応器４に注入される。過熱蒸気はマグネシウムと反応して、酸化マグネシウムと水素ガスを生成する。この酸化反応は発熱反応であり、かなりの量の熱を発生する。たとえば、生成した水素１キロ毎に平均熱約４４，５００ワット−時間が生成すると概算される。
【００６１】
始動するためには、電気ヒーター（示されていない）または別の熱供給源をボイラー１０で使用して、電池によるなど当業界で公知の任意の方法で電力を供給する。始動後、ボイラー１０を、発熱性酸化反応の結果として水素発生器から回収した高位熱（ｈｉｇｈ  ｇｒａｄｅ  ｈｅａｔ）によって加熱する。フラッシュボイラー１０は、図１に示されているように別々の装置であってもよいし、発生器それ自体と一体化した構成部品として提供できると理解すべきである。この場合、発生器とボイラーとの間の熱交換は簡略化されるだろう。水を沸騰させるのに必要な熱は、発熱反応から発生した総熱量よりもかなり少ない。たとえば、熱約６，０００ワット−時間が、水素１キロを製造するためにボイラーで必要であると予想される。これにより発生した水素1キロ当たり高位熱約３８，０００ワット−時間が残る。
【００６２】
最も好ましい態様では、酸化反応からの過剰の熱の大部分を使用して、反応器４内の第二の水素発生反応を実施する。この第二の反応は本来吸熱性であり、実施するのに発熱反応で発生した熱の少なくとも一部が必要である。好ましい態様では、吸熱性反応は、金属水素化物などの水素含有化合物の熱分解を含む。酸化反応から発生した熱は、金属水素化物を脱水素化するのに十分であり、これにより、追加の水素を発生し、酸化反応からの余熱（ｗａｓｔｅ  ｈｅａｔ）の大部分を消費する。過剰量の熱は、水素発生器ラジエーター１２から排出される。このシステムは場合により、ラジエーターと水素発生器との間の熱電気コンバーター（示されてない）も含み、電力を発生することができ、これはそれから電池に貯蔵され得る。
【００６３】
図１に示されている態様では、二つの反応を同じ発生器４内で起こすことができ、ここで反応器には金属水素化物が装填されているか、金属水素化物は操作可能に発生器に接続されている貯蔵タンク（示されていない）から要求に応じて発生器４に供給することができる。あるいは、酸化反応と脱水素化反応は発生器または二つの別々の発生器内の別々のチャンバで実施することができ、ここで酸化反応からの熱は熱交換器によって二次発生器に輸送されて、制御された方法で脱水素化反応を実施する。
【００６４】
発生器４内で生成した水素ガスはライン１４に沿ってガス冷却器１６へ移動されて、ガス温度を下げてから、水素燃料電池システム１８に入る。当業界で公知または後に開発される出発物質または燃料として水素を使用する任意の電力系統は、本発明の目的に好適であるとみなされる。かくして、水素発生システムは当業界で公知のように水素燃料電池と共に使用することができると考えられるが、むしろ水素は燃料として水素を使用する他の電力系統または変形水素内燃機関（ＩＣＥ）と共に使用することができると考えられる。ＩＣＥ水素エンジンの場合には、水素ガスは不都合な水蒸気を除去するためにコンデンサを通してからエンジンに入れなければならない。
【００６５】
水素燃料電池システム１８の操作の間、水は液体または蒸気の状態で発生する。表示の態様では、燃料電池内で発生した液体水は、ライン２０を経て、水素発生プロセスで続いて使用するために水タンク６に輸送される。燃料電池で発生した水蒸気は場合により、コンデンサ（示されていない）を通し、水素生成プロセスで続いて使用するために水タンク６で貯蔵するために輸送される。このようにして、燃料電池で発生した水はリサイクルされ、システムを操作するためには少量の水を供給し、貯蔵するだけでよい。一定量の水も、排気としてシステムから通常排出されるＩＣＥ水素エンジンの使用によって発生すると予想される。この水蒸気は同様に水素生成システム内で凝縮し、濾過し、使用することができるだろう。
【００６６】
燃料電池は一定量の低位熱も発生する。この熱は、ラジエーター２２により処理することができる。あるいは、熱は熱ボイラー１０で使用されるか、あるいは特定の自動車用途では、自動車ヒーターと合わせて自動車でも使用することができるかもしれない。
【００６７】
燃料電池システム１８内で電力が発生すると、当業界で公知のようにブーストコンバーター２４によって調整される。このブーストコンバーターは燃料電池の電圧を車輌操作電圧まで上げる。そして電力を使用して電気駆動モーター２６に直接電力を供給し、並びに最大負荷に対処するために使用される高速バッテリー２８を充電する。
【００６８】
酸化反応の金属酸化物の副生成物は発生器または別のタンク内で集め、続いてリサイクルまたは処理のために取り出す。脱水素化化合物も、続いて除去したり、ｉｎ  ｓｉｔｕ再水素化のために発生器または別のタンク内に集める。
【００６９】
本システムの操作は、これらに限定されないが、始動、燃料の需要をベースとしてフローと材料の量を制御する、温度のモニター及び制御などを含む、種々の構成部品の操作を開始するため当業界で公知のように、種々のコンピューター制御機構によって制御することは理解すべきである。
代表的な水素発生器
図２は、マグネシウムと蒸気酸化反応を使用する本発明の一態様に従った水素を発生させるための反応器または水素発生器であり、ここでマグネシウムを溶融形に加熱する。発生器３０は内部チャンバ３２と外部チャンバ３４とを含む。マグネシウムペレットを外部チャンバ３６の上部貯蔵区分に供給し、フラッパ弁３８によって上部貯蔵区分３６内に保持する。断熱区分（示されていない）はフラッパ弁３８の下に配置して、マグネシウムペレットが上部貯蔵区分３６内で固相状態で保持されるように、反応領域４０を取り囲む熱からマグネシウム原材料を防護する。マグネシウムペレットは、フラッパ弁３８により反応領域４０内の外部チャンバ３４の下部に必要により放出される。
【００７０】
加熱部材４２などの熱源は発生器の底部または下部側壁に沿って外部チャンバ３４の外部を取り囲む。部材４２は、マグネシウムが事実上溶融するように、最低で約６５０℃、好ましくは７００℃〜９００℃にマグネシウムを加熱する。金属スクリーン４４は反応領域４０内の内部チャンバ３２から溶融マグネシウムを分離し、液体マグネシウムは表面張力のためスクリーン４４を通過しない。蒸気はインジェクタ４６によって反応領域４０内の内部チャンバ３２の中をくまなく均一に注入される。蒸気はスクリーン界面で溶融マグネシウムと相互作用し、それによって水素ガスと酸化マグネシウムを生成する。この酸化反応によって発生した水素と酸化マグネシウムは、内部チャンバ３２内に存在する。水素ガスは、オフガスライン４８を通して除去する。酸化マグネシウムは実際、比較的軽量なので、続いて除去するために内部チャンバ３２の上部領域に傾けて上向きに移動させる。図２に示されている態様では、開口部５０は、発生器の上部の発生器のそれぞれ内部及び外部チャンバ３２と３４との間に配置されている。使用するために貯蔵区分から反応領域にマグネシウムが放出されるにつれて、酸化マグネシウムは、この開口部を通って上部貯蔵領域３６を徐々に埋め戻す。このようにして、上部貯蔵区分３６の容積は、十分に使用されて、酸化マグネシウムは燃料供給時に貯蔵区分から取り出すことができる。この反応が反応の外壁近くで起きる場合、反応から発生した熱は、外壁の熱放出ライン（示されていない）によって除去することができる。
【００７１】
図３は、マグネシウムなどの溶融金属を使用して酸化反応を実施するための別の発生器または反応器５８を示す。この態様では、マグネシウムペレットは、上部リザーバ６０から断熱チューブ６２の中心を通ってフロースプレッダー６４に供給され、ここでフロースプレッダーの表面は加熱されて、マグネシウムを溶融し、溶融マグネシウムを反応器の外部周囲壁６６の内部表面に沿って周囲に下側へ流す。液体マグネシウムは壁６６の内部表面に沿ってぽたぽた垂れて、比較的薄い溶融マグネシウム層で壁をコーティングする。表面張力によりマグネシウムは壁の内壁に保持される。反応器内に垂直に走る複数の蒸気エジェクタ６８に接続された連結管を通って水を導入して、内部反応器チャンバ７０の中にくまなく蒸気を放出する。発生器を加熱部材（示されていない）により加熱し、発生器の高熱により発生器それ自体の中で水を蒸気に転換する。マグネシウムは蒸気と相互作用して水素ガスと酸化マグネシウムを形成する。この反応の間に形成した水素及び酸化マグネシウムは反応器の底部に運ばれ、そこで羽根車７２は水素と酸化マグネシウムを底部の開口部７４を通して押し進める。水素ガス及び酸化マグネシウムはチューブ７６を通ってサイクロン分離器７８に流れる。分離器７８は蒸気内の水素ガスから酸化マグネシウム粒子を取り除く。そして清浄なガス流はブロワー８０を通って通過し、その後、ガスは反応容器に戻されて、タップ（示されていない）は使用するために水素を取り除く。この反応が反応器の外壁に隣接して起きる場合、反応から発生した熱は外壁内の熱放出ライン（示されていない）によって除去することができる。
【００７２】
図4は、気化マグネシウムと蒸気とを反応させることによって水素を発生させるための水素発生器または反応器８２を説明する。この態様では、溶融マグネシウム８４は約９００℃〜１１００℃の範囲の温度に加熱され、反応器の底部内に保持される。気化マグネシウムは蒸気制限プレート（ｒｅｓｔｒｉｃｔｉｎｇ  ｐｌａｔｅ）８６の周囲を回って反応器の中程に移動する。気化マグネシウムとの反応のために反応容器の中程にくまなく蒸気を放出するために、複数の出口９０をもつインジェクタチューブ８８によって反応器の中程に蒸気が注入される。気化マグネシウムと蒸気は反応して、水素ガスと酸化マグネシウムを形成する。副生成物を吸引（示されていない）によって除去できるように、気相反応は、気相中の副生成物の酸化マグネシウムを浮遊させると考えられる。プレート８６は溶融マグネシウムの上部に酸化マグネシウムが形成しないように機能する。溶融マグネシウム表面の殆どを覆うことによって、マグネシウム蒸気はプレートの側端部に沿って上に移動して蒸気と接触するために反応器の中程に移動する。従って、酸化マグネシウムは、液体金属の表面とは対照的に気相中に形成するのでマグネシウムから容易に除去される。
【００７３】
この態様において、反応から発生した過剰量の熱は、一つ以上の熱交換器９２に水素ガス最終生成物を通すことによって抽出される。水素流速は、一つのサイクルを通して全ての熱を抽出するのには十分ではないかもしれないので、図４に示されている態様は、二つ以上の熱交換器を通して実施するために水素をリサイクルすることを想定する。この態様において、ブロワー９４は、サイクロン分離器９６と一つ以上の熱交換器９２を通して反応チャンバから水素を引き寄せる。水素ガスは、ブロワーによって続いて除去するためにライン９８に沿って反応チャンバに戻される。
【００７４】
図５は、本発明の好ましい態様と連動して使用するための発生器または反応器１００を示し、ここで発熱性酸化反応は、吸熱性脱水素反応と並行して実施する。図５に示されている態様では、水素化マグネシウム１０２は、発生器の反応チャンバに充填導管（ｆｉｌｌ  ｃｏｎｄｕｉｔ）１０４を通して固形で供給する。蒸気インジェクタ１０６は、固体水素化マグネシウムの中に埋め込まれている。好ましい態様では、追加の熱は反応器に全く必要ない。過熱蒸気及び水素化マグネシウムは反応チャンバ内で反応して、水素ガス、酸化マグネシウム及び過剰の熱を形成する。過剰量の熱は水素化マグネシウムを通して拡散し、水素化マグネシウムの脱水素化を引き起こす。脱水素化反応は、この反応が過剰量の熱を吸収して、水素ガスとマグネシウムを発生するように、事実上吸熱性である。このマグネシウムのいくらかは蒸気とも反応して、追加の水素ガスと酸化マグネシウムを生成する。水素は、ライン１０８を通して除去することができる。反応器内に残っている副生成物は酸化マグネシウム及びマグネシウムであり、これは、水素化マグネシウムが反応器内で消費されたら、分離及びリサイクルするために、出口１１０を経て除去することができる。
【００７５】
この態様において、反応器は水素化マグネシウム用の貯蔵タンクとして機能するので、容積及び重量を削減し、このシステムをよりコンパクトにする。反応器／貯蔵タンク内の水素化マグネシウムは、活性材料を無駄にしないように、完全に消費してから空にしてタンクを再充填しなければならないので、この種の複合的な反応器は、車輌内でも使用できると考えられる。あるいは、反応器は二つの別々の反応チャンバ−一つは発熱性酸化反応用で、もう一つは吸熱性脱水素反応用である−を含んでもよいと考えられる。発熱反応から発生した熱は、熱交換器チューブを経て、吸熱脱水素反応のために反応チャンバに移送することができる。このようにして二つの反応からの副生成物は分離される。
【００７６】
実施例
実施例１−水素フロー対水注入速度
水素化マグネシウム粉末それぞれ３０グラムを含む二つのボートを環状炉に設置した。ボートを３７０℃の温度に加熱し、炉を止めた。図６及び７を参照して、水をチューブを通して供給し、「ＯＮ」と表示した点で１ｃｃ／分の流速で水素化マグネシウム上に蒸気として水を注入し、「ＯＦＦ」の表示地点で水を止めた。再び「加熱」の表示点で炉を点けて、温度を約５１０℃に上昇させて、残っている全ての水素化マグネシウムを脱水素化した。
【００７７】
チューブ内の温度、チューブ内の水素ガスの圧力及び流速並びに、全水素生成量の測定を図６に示す。圧力及び流速のより大きなスケールでの測定は図７に示す。システム内に水が注入されるにつれて温度が上昇することは、酸化反応の発熱の性質を示していることは注目に値する。水を遮断した後に温度が低下することは、熱の一部が脱水素反応用に吸収されることを証明する。熱の一部は環境にも失われると考えられる。流速及び圧力によって証明された水素生成は、水の添加と共に増加し、熱が得られ、水を止めると低下する。
【００７８】
全部で４１ｃｃの水をシステムに注入し、全部で８８リットルの水素が発生した。発生した水素の約３８％は脱水素反応に起因し、発生した水素の約６２％は酸化反応に起因すると計算された。
【００７９】
上記より本発明は、自明であり且つ本発明に特有の他の特徴と共に、上記全ての目的に到達するために適応していると考えられる。
本発明の範囲を逸脱することなく、多くの態様が本発明によって可能であるが、上記または添付図面に示されている全ての事柄は単なる例示であって、本発明を限定するものではないことは理解すべきである。
【００８０】
具体的な態様について示し、議論してきたが、もちろん多くの変形が可能であり、以下の特許請求の範囲における限定の範囲を除いて、本発明は、本明細書に記載の部分及び段階の種々の形態または配列に限定されない。さらに、特定の特徴及びサブコンビネーションも有用であり、且つ他の特徴及びサブコンビネーションを参照することなく使用し得ると理解されよう。これは本特許請求の範囲によって意図され、本請求の範囲の範囲内である。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本発明の態様に従った水素を使用して車輌内で発電させるためのシステムの略図である。
【図２】本発明の態様に従った水素を発生させるための反応器の略断面図であり、ここで金属成分は溶融形である。
【図３】本発明の態様に従った水素を発生させるための別の反応器の略断面図であり、ここで金属成分は溶融形である。
【図４】本発明の態様に従った水素を発生させるための反応器の略断面図であり、ここで金属成分は気相である。
【図５】本発明の態様に従った水素を発生させるための反応器の略断面図であり、ここで発熱反応と吸熱反応は単一反応チャンバ内で実施する。
【図６】実施例１で発生した温度、圧力及び水素流速及び総水素ガスを示す。
【図７】実施例１の水素流速を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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2009536604.tif 000025
2009536604.tif 000026