(57)【要約】電動燃料分配ポンプを使用せずに、燃料と使用済み燃料を搬送するために、圧力差を用いた水素生成装置を提供する。本発明の水素生成装置は、触媒を含む触媒室と、触媒に接触した時に水素ガスを生成できる反応材料を含む燃料室と、前記触媒室に接続され使用済み反応材料と水素ガスを収納する使用済み燃料室と、燃料室と使用済み燃料室との間に接続されチェックバルブを具備する導管と、チェックバルブに接続された出力用導管とを有する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）  触媒を有する触媒室と、
（ｂ）  前記触媒に接触した時に、水素ガスを生成することのできる反応材料を含む燃料室と、
（ｃ）  前記触媒室に接続され、前記触媒に接触した後の前記反応材料を受容し、前記反応材料と触媒を接触させることにより生成された水素ガスを受領する使用済み燃料室と、
（ｄ）  前記使用済み燃料室と燃料室との間に接続され、チェックバルブを有する導管と、
（ｅ）  前記チェックバルブに接続された出力導管と
を有することを特徴とする水素生成装置。
【請求項２】
前記出力導管は圧力解放弁を有する
ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記燃料室は、内袋を有する
ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記燃料室は、ピストンを有する
ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記燃料室と触媒室との間にポンプをさらに有する
ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記燃料室は、燃料センサをさらに有し、
前記燃料室に接続された出力を有する燃料ポンプに接続された主燃料タンクをさらに有する
ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記主燃料タンクに隣接して配置された主使用済み燃料タンクをさらに有し、前記主使用済み燃料タンクは使用済み燃料室に接続されている
ことを特徴とする請求項６に記載の装置。
【請求項８】
燃料領域部分と、使用済み燃料領域部分と、それらの領域の間の可動パーティションとを有する容量交換タンクをさらに有し、
前記燃料領域部分は、燃料室に接続された出力ラインと、使用済み燃料室に接続された入力ラインとを有する
ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項９】
燃料領域部分と使用済み燃料領域部分とを有する容量交換タンクをさらに有し、前記燃料領域部分と使用済み燃料領域部分とからなる群から選択された少なくとも一方はフレキシブルな内袋である
ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記燃料室と使用済み燃料室に接続された複数のタンクをさらに有する
ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
前記複数のタンクは並列に配置されている
ことを特徴とする請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
（ａ）  触媒を有する触媒室と、前記触媒に接触した時に、水素ガスを生成することのできる反応材料を含む燃料室と、前記触媒室に接続され、前記触媒に接触した後の前記反応材料を受容し、前記反応材料と触媒を接触させることにより生成された水素ガスを受領する使用済み燃料室と、前記使用済み燃料室と燃料室との間に接続され、チェックバルブを有する導管と、前記チェックバルブに接続された出力導管とからなる水素生成装置を用意するステップと、
（ｂ）  反応材料が触媒室に送られるように、前記燃料室に燃料を供給するステップと、
（ｃ）  前記触媒と反応材料とを接触させて、水素を生成させるステップと
を有することを特徴とする水素ガス生成方法。
【請求項１３】
前記水素ガスは、電源に接続されたポンプを使用せずに、生成される
ことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記水素ガスは、外部電源を使用せずに、生成される
ことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記燃料室はピストンを有し、前記（ｂ）ステップにより燃料室内を前記ピストンが移動し、燃料室からの反応材料が触媒室に移送される
ことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１６】
前記燃料室は内袋を有し、前記（ｂ）ステップにより燃料室内を内袋が膨張し、燃料室からの反応材料が触媒室に移送される
ことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１７】
（ｄ）  燃料室と触媒室との間に燃料ポンプを配置するステップと、
（ｅ）  燃料室からの燃料を周囲圧力（ＰＦ−ＰＢ）の触媒室に移送するステップと、
を有し、
ここで、ＰＦは燃料室内のガス圧で、ＰＢは使用済み燃料室のガス圧である
ことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１８】
（ｆ）  燃料室に接続された出力ラインを有する燃料ポンプに接続された主燃料タンクを使用済み燃料タンク近傍に、燃料センサを燃料室内に配置するステップと、
（ｇ）  前記燃料センサで燃料室内の燃料レベルを検出し、燃料レベルが低か十分かを決定するステップと、
（ｈ）  前記燃料レベルが低であると決定すると、前記燃料ポンプを駆動し、主燃料タンクから燃料を燃料室に輸送するステップと、
（ｉ）  前記燃料レベルが十分であると決定すると、前記燃料ポンプを停止するステップと、
を有することを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１９】
（ｊ）  前記使用済み燃料室内に使用済み燃料センサと、使用済み燃料室から使用済み燃料を使用済み燃料タンクに排出する使用済み燃料バルブを配置するステップと、
（ｋ）  前記使用済み燃料センサで、前記使用済み燃料室内の使用済み燃料レベルを検出し、前記使用済み燃料レベルが低であるか決定するステップと、
（ｌ）  前記使用済み燃料レベルが低であると決定すると、使用済み燃料バルブを閉じるステップと、
を有することを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
（ｍ）  燃料領域部分と、使用済み燃料領域部分と、それらの領域の間の可動パーティションとを有する容量交換タンクを配置するステップと、
前記燃料領域部分は、燃料室に接続された出力ラインを有し、
前記使用済み燃料領域部分は、使用済み燃料室に接続された入力ラインを有し、
（ｎ）  前記燃料領域部分からの出力ラインを介して燃料を燃料室に搬送するステップと、
（ｏ）可動パーティションを燃料領域部分方向に移動させるステップと、
（ｐ）使用済み燃料を使用済み燃料領域部分に入力ラインを介して使用済み燃料室から受け取るステップと、
を有することを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項２１】
（ｑ）  燃料領域部分と使用済み燃料領域部分とを有する容量交換タンクを具備するステップと、
前記燃料領域部分は前記燃料室に接続された出力ラインを有するフレキシブルな内袋に含まれ、
使用済み燃料領域部分は、前記フレキシブルな内袋の外に配置され、前記使用済み燃料室に接続された入力ラインを含み、
（ｒ）  前記燃料領域部分からの出力ラインを介して燃料を燃料室に搬送するステップと、
その際、前記フレキシブルな内袋の体積は収縮し、
（ｐ）  使用済み燃料を使用済み燃料領域部分に入力ラインを介して受け取るステップと、
を有することを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項２２】
（ｔ）  燃料室に接続された出力ラインを有する燃料領域部分と、使用済み燃料領域部分と有する容量交換タンクを配置するステップと、
前記使用済み燃料領域部分は、フレキシブルな内袋に含まれ、前記使用済み燃料室に接続された入力ラインを有し、
（ｕ）  使用済み燃料を使用済み燃料室から使用済み燃料領域部分に入力ラインを介して受け取るステップと、
その際、前記フレキシブルな内袋は膨張し、
（ｖ）  前記燃料領域部分から出力ラインを介して燃料を燃料室に搬送するステップと、
を有することを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項２３】
（ｗ）  燃料室に接続された出力ラインを有するフレキシブルな第１内袋内に含まれる燃料領域部分と、使用済み燃料室に接続された入力ラインを有するフレキシブルな第２内袋内に含まれる使用済み燃料領域部分とを有する容量交換タンクを配置するステップと、
（ｘ）  使用済み燃料を使用済み燃料室から第２内袋に入力ラインを介して受け取るステップと、
その際、前記第２内袋は膨張し、
（ｙ）  前記第１内袋から出力ラインを介して燃料を燃料室に搬送するステップと、
その際、前記第１内袋は収縮し、
を有することを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項２４】
（ｚ１）  燃料室と使用済み燃料室とに接続された複数のタックを配置するステップと、
（ｚ２）  燃料を前記複数のタンクの少なくとも１つのタンクから燃料室に搬送するステップと、
（ｚ３）  使用済み燃料を少なくとも１つの空のタンクに使用済み燃料室から搬送するステップと、
を有することを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ホウ化水素のような燃料から触媒を用いて水素ガスを生成する方法と装置に関し、特に、電動ポンプシステムを必要とせず、内部で生成された圧力差を利用して、燃料を触媒室に分配する方法と装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
水素はクリーンな燃料であるが、その理由は、燃料電池あるいは燃焼エンジンのような水素消費装置内で酸素と反応させ、エネルギと水を作りだすだけからである。反応副産物以外に実質的に何も排気中には生成されない。その結果、水素を燃料として用いることは、石油系の燃料の使用に伴う多くの環境問題を効率良く解決できる。そのため、水素を安全かつ効率的に蓄積することは、水素を用いる多くのアプリケーションにおいて必須の要件である。特に、水素蓄積システムの大きさ、重量、複雑さを最小にすることは、移動用のアプリケーションにおいては、重要なファクタである。
【０００３】
いくつかの水素蓄積方法はあるが、消費者用の広範なアプリケーションにおいて十分でなかったり、実際的でなかったりする。例えば、水素を極低温で液状で蓄積することができる。極低温蓄積は、水素１リットル当たり７０グラムの体積密度を提供するが、蓄積に必要とされるタンクの重量により制限され、これが消費者用のアプリケーションの利用にとって足かせとなっている。さらに、水素ガスを液状化するのに消費されるエネルギは結果的に得られる水素の内利用できるエネルギの６０％にもなる。最後に、液体水素は大部分の消費者用のアプリケーションにとって安全あるいは実用的ではない。
【０００４】
別の方法としては、シリンダ内の高圧下で水素を蓄積することである。しかし、１０ポンドの鋼鉄製のシリンダは、２２００ｐｓｉで１ポンドの水素を蓄積できるに過ぎず、これは、水素の１重量％の蓄積に相当するだけである。特殊な圧縮機を具備したより高価な合成シリンダでは、約４５００ｐｓｉもの高圧下で約４重量％ものより改善された蓄積を達成できる。さらに高圧も可能であるが、安全係数とこのような高圧を達成するのに消費されるエネルギ量は、安全かつ効率的な別の水素蓄積技術への研究に向かわせている。
【０００５】
安定化した水素化金属溶液（stabilized metal hydride solution）と水素生成触媒システムを用いて必要に応じて水素を生成される別の水素生成技術が、開発されている。通常このようなシステムは、水素化金属を水素生成触媒システム内に移動させ、使用済み反応物を除去する精巧なポンプシステムと電力供給を必要とする。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、外部電力源で動作するポンプシステムを必要としない水素生成システムを提供することである。
【０００７】
本発明の他の目的は、操作用電力を必要としない水素生成システムを提供することである。
【０００８】
本発明のさらに他の目的は、ポンプの圧力差負荷を減らすことにより、電動ポンプを含む水素生成システムを増強するのに用いられる水素生成システムを提供することである。
【０００９】
本発明のさらに別の目的は、小型電源として用いられる軍用および小型の固定水素生成システムを増強するのに用いられる水素生成システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の本発明の目的は、触媒を含む触媒室と、触媒に接触した時に水素ガスを生成できる反応材料を含む燃料室と、前記触媒室に接続され使用済み反応材料と水素ガスを収納する使用済み燃料室と、燃料室と使用済み燃料室との間に接続されチェックバルブを具備する導管と、チェックバルブに接続された出力用導管とを有する水素生成装置により達成される。
【００１１】
さらに本発明は、このような装置を用いて、圧力を燃料室にかけ、反応材料を輸送して触媒に接触させ、水素ガスと使用済み反応材料を生成する方法を提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明は、触媒と反応物を移動させる電動ポンプを必要としない水素ガス生成装置を提供する。本発明の装置は、内部で生成された圧力差を用いて、反応物の水素生成触媒方向への移送を制御するものである。
【００１３】
図１に示す本発明の一実施例においては、本発明の水素ガス生成装置は、触媒室２０に燃料入力ライン１５を介して接続された燃料容器１０を有する。ホウ化水素燃料と触媒が反応すると、ホウ酸塩と水素ガスが、触媒室２０の出力ライン２５から使用済燃料室３０内に流れる。触媒を燃料室から離して配置することにより、燃料と使用済み燃料とは互いに分離され、燃料濃度が低下するのを避けている。
【００１４】
使用済燃料室３０は、燃料容器１０にチェックバルブ４０を具備する導管で接続され、このチェックバルブ４０によりガス流が一方向にのみ流れるようになる。水素ガス出力ライン５０は水素ガスをシステムから搬送する。圧力／流量分配調整器／弁５５を用いて、水素が水素ガス出力ライン５０に流れるのを制御することができる。圧力ゲージ６０を用いてシステム内の圧力を監視することができる。設定圧力調整器／安全弁１００を用いてシステムの最大動作圧力を設定／維持するが、これは、圧力をバイパスライン１１０を介して水素ガス出力ライン５０に直接放出することにより行われる。安全上の用心のために、設定圧力調整器／安全弁１００がシステム内の圧力を設定／維持できない場合に、手動圧力解放出力ライン７０と手動圧力解放安全弁８０，手動圧力解放安全弁９０が、圧力を解放する。燃料遮断弁１２０が、触媒室へ搬送される燃料を停止できる。
【００１５】
本発明は、具体実施例からより良く理解できるであろう、しかしこの具体的実施例は本発明の範囲を限定するよう解釈すべきものではない。
【実施例１】
【００１６】
本発明の図１に示した装置のブロック図を図２に示す。燃料溶液（ＮａＢＨ４を２０重量％、ＮａＯＨを３重量％、Ｈ２Ｏを７７重量％含有する）を燃料容器１０内に注ぎ、容器の約半分をこの溶液で満たした。初期圧力がシステムにかけられたが、これはＮ２ガスを圧力／流量分配調整器／弁５５を閉じてライン１３５を介して閉鎖システム内に導入することにより行われた。初期圧力源はＮ２ガスに限定されるものではない。例えば、少量の燃料を触媒上に強制的に通過させることにより発生したＨ２ガスでもよい。圧力ゲージ１５０は１５ｐｓｉを記録した。燃料遮断弁１２０を解放したが、予測どうり圧力低下は観測されなかった。水素生成を開始するために圧力／流量分配調整器／弁５５を半分ほど開いた。ガスが水素ガス出力ライン５０から流れ出したが、これは水充填ビーカー１８０内の気泡の存在により確認された。気泡の発生直後、燃料が燃料入力ライン１９０をとうり触媒室２０内にチェックバルブ２１０を介して動くのが観測された。触媒室２０の表面温度が約６０度Ｃに上昇し、ホウ酸塩と水素ガスが使用済燃料室３０内に流れ込んだ。
【００１７】
圧力ゲージ１５０で観測された圧力は約１６ｐｓｉで、設定圧力調整器／安全弁１００を介して水素ガス出力ライン５０に解放された。圧力が圧力ゲージ１５０で１５ｐｓｉに低下すると、燃料容器１０からより多くの燃料が触媒室２０内に流れ込むが、これは燃料容器１０内の圧力ＰＦが使用済燃料室３０内の圧力ＰＢより大きくなったためである。圧力ゲージ１５０の圧力が再び、１６ないし１７ｐｓｉに上昇し、燃料輸送と水素ガスの生成が繰り返されることにより、圧力上昇と圧力低下の同一サイクルが繰り返される。生成されたＨ２ガス量は、約１５ｐｓｉの分配圧力で動作した時に、約１．５ＳＬＭ（Standard Liters per Minute１分当たりの標準リトル）あるいは燃料電池の１００Ｗのパワーと等価である。
【００１８】
圧力／流量分配調整器／弁５５を調整して流量（流速）を変えたが、悪影響は観測されなかった。水素ガス出力ライン５０を指でブロックしてガス流を止めた。指を動かすと、ガス流の生成は直ちに継続し、悪影響は観測されなかった。
【００１９】
このシステムは燃料容器１０内の燃料が空になるまで動作可能であった。燃料が消費された後、システムを水素ガス出力ライン５０を介して減圧した。使用済燃料室３０内で集められた使用済み燃料を検査した。この使用済み燃料は、８０％以上の極めて高い変換率（conversion yield）を示した。この実験結果に基づくと、本発明の装置は１００％の変換率を仮定してＮａＢＨ４を２０重量％含む７５０ｍｌ（ミリリットル）の燃料溶液を用いると、約４．３時間１．５ＳＬＭで動作可能である。
【００２０】
図３に示した本発明の他の実施例においては、燃料容器１０にはピストン２３０が組み込まれ、液体燃料と水素ガス圧力を切り離している。この構成により、燃料を燃料容器１０の下方に導くために、重力の方向に依存せず、燃料容器１０をいかなる方向もに向けることができる。すなわち、ピストン２３０は圧力ＰＦを与えている水素ガスが燃料遮断弁１２０を介して移動するのを阻止している。図４に示した本発明の他の実施例においては、燃料容器１０はフレキシブルな内袋を有し、図３の実施例と同様な燃料容器１０の方向無依存性を達成している。
【００２１】
図５に示した本発明の他の実施例においては、燃料ポンプ２７０が燃料遮断弁１２０と触媒室２０の入口のチェックバルブ２１０との間に配置されている。燃料ポンプ２７０を動作させるためには外部からのパワーが必要とされるが、本発明のシステムのポンプは圧力差（ＰＢ−ＰＦ）のみに抗して駆動できればよく、従来ポンプが圧力ＰＢに抗して駆動しなければならないのとは対照的であるために、本発明のシステムは改善されている。このように小さな圧力差により、ポンプのひずみが減少し、圧力差の利点を利用しない場合より高い分配圧力が可能となり、ポンプの仕様とその購入がより容易になる。
【００２２】
図６に示した本発明の他の実施例においては、大きな燃料貯蔵庫が主燃料タンク３００内で大気圧で保存されている。燃料レベルセンサ３４０が燃料容器１０内の燃料レベルを検出している。燃料レベルセンサ３４０が所定の「低」レベルを検出すると、燃料ポンプ３２０が駆動し、燃料ライン３３０を介して燃料をポンピングし燃料容器１０を再充填する。燃料レベルセンサ３４０が所定の「満」レベルを検出すると、燃料ポンプ３２０が駆動を停止し、燃料ライン３３０を介した燃料の分配を停止する。さらにこのサイクルの間、使用済燃料ドレインバルブ３５０を解放し、使用済燃料室３０内の水素圧力（ＰＢ）が使用済み燃料を使用済燃料ドレインライン３７０を介して主使用済燃料タンク３１０内の大気中に押し出す。使用済燃料レベルセンサ３６０が使用済み燃料の所定の「低」レベルを検出すると、使用済燃料ドレインバルブ３５０が閉じられる。この実施例は、システムの構成要素の一部を駆動するために外部のパワーを必要とするが、より大きな燃料タンクおよび使用済み燃料タンクの両方を大気圧に維持できる利点がある。この構成により、システムの燃料の再充填と使用済み燃料の廃棄の間の期間を長く出来る。この実施例の正確な構成と詳細なシーケンスは単なる一実施例であり、本発明の範囲を限定するよう解釈すべきではない。
【００２３】
図７は、図６で用いられた大気圧状態の主燃料タンク３００と主使用済燃料タンク３１０の他の実施例を示す。この２個の大気圧状態にある主燃料タンク３００と主使用済燃料タンク３１０とは燃料領域４００と使用済燃料領域４１０と可動パーティション４２０とを含む「可変容積タンク」で置換されている。可動パーティション４２０は例えばピストンである。燃料が燃料領域４００から消費されると、使用済み燃料は使用済燃料領域４１０に戻され、可動パーティション４２０が移動し、最初燃料に占有されていたスペースは使用済み燃料により占有されるようになる。これは、燃料と使用済み燃料の両方を蓄積するのに必要な体積全体を減らす利点がある。可動パーティション４２０は断熱体として構成されている。また可動パーティション４２０は、燃料または使用済み燃料、あるいはその両方がフレキシブルな内袋４３０内に配置されている場合（図８）には、削除できる。
【００２４】
容積交換を行うタンクの他の実施例を図９に示す。このシステムは、最初に燃料を搭載した燃料充填済タンク５００とそうでない空タンク５２０とからなる複数の個別のタンクを有する。ある燃料充填済タンク５００内に含有された燃料が消費しつくされると、そのタンクは使用済燃料タンク５１０のような使用済み燃料を蓄積するのも使用され、別の燃料充填済タンク５００からの燃料が消費される。図９Ａのシステムは、燃料を燃料ライン３３０に流すために、そして使用済燃料ドレインライン３７０からの使用済み燃料を流すために、複数のタンクが燃料制御弁５４０と使用済燃料制御弁５３０により如何に並列に配置されるかを示している。図９Ｂは、直列に配列された複数のタンクが制御弁５５０を介して選択的に充填される実施例を示している。使用済燃料制御弁５３０，燃料制御弁５４０，制御弁５５０は手動あるいは他の自動手段で駆動可能である。この実施例の正確な構成と詳細なシーケンスは単なる一実施例であり、本発明の範囲を限定するよう解釈すべきではない。例えば、本発明のシステムは円筒状、球状、他の形状で構成することもできる。
【００２５】
本発明で使用される燃料は、（ｉ）金属水素化物（metal hydride）、（ｉｉ）と、少なくとも１種類の安定剤と、（ｉｉｉ）溶剤とからなる溶液を含む。本明細書で使用される「溶液」とは、全ての成分が分解している液体、あるいは一部の成分が分解し別の一部の成分が分解していない固体状態のスラリー、あるいはその両方を意味する。本明細書で使用されている「約」とは、表現した値のプラス／マイナス１０％までの値を意味する。
【００２６】
錯体金属水素化物（complex metal hydride）は、本発明の水素生成システムで有用であることが見いだされている。錯体金属水素化物の一般化学式はＭＢＨ４である。ここでＭは、周期律表の第１属（従来のＩＡ属）と第２属（従来のＩＩＡ属）から選択されたアルカリ金属で、例えばリチュウム、ナトリウム、カリウム、マグネシウム、カルシウムである。Ｍは、アンモニア、有機属である。Ｂは、周期律表の第１３属（従来のＩＩＩＡ属）で、例えばボロン、アルミ、ガリウムである。Ｈは水素である。本発明で使用される金属水素化物の例は、これに限定される訳ではないが、ＮａＢＨ４、ＬｉＢＨ４、ＫＢＨ４、Ｍｇ（ＢＨ４）２、Ｃａ（ＢＨ４）２、ＮＨ４ＢＨ４、（ＣＨ３）４ＮＨ４ＢＨ４，ＮａＡｌＨ４、ＬｉＡｌＨ４、ＫＡｌＨ４、ＮａＧａＨ４，ＬｉＧａＨ４，ＫＧａＨ４、あるいはこれらの混合物である。金属水素化物、特にホウ化水素が、ベーシックなｐＨの水中でもっとも安定している。すなわち、金属水素化物は、高いｐＨの水に接触した時でも容易には分解しない。以下のホウ化水素が好ましい。ナトリウムホウ化水素（ＮａＢＨ４）、リチウムホウ化水素（ＬｉＢＨ４）、カリウムホウ化水素（ＫＢＨ４）、アンモニウムホウ化水素（ＮＨ４ＢＨ４）、テトラメチルアンモニニウムホウ化水素（（ＣＨ３）４ＮＨ４ＢＨ４）四元ホウ化水素  とそれらの混合物である。
【００２７】
本発明の金属水素化物溶液は、少なくとも１種類の安定化剤を含むが、その理由は、液状のホウ化水素溶液は安定化処理を施しておかないと、ゆっくりと分解するからである。本明細書で使用される「安定化剤」とは、金属水素化物と水との反応を遅らせる、阻害する、あるいは阻止するいかなる種類の成分をも意味する。通常有効な安定化剤とは、室温（２５度Ｃ）の金属水素化物をｐＨ７以上、好ましくはｐＨ１１以上、さらに好ましくはｐＨ１３以上に保持する。
【００２８】
有効な安定化剤は、金属水素化物塩の陽イオン部分の対応する水酸化物を含む。例えば、ナトリウムホウ化水素が金属水素化物として使用された場合には、対応する安定化剤はナトリウム水酸化物である。本発明の安定化処理を施した金属水素化物溶液の水酸化物の濃度は、約０．１モル以上、好ましくは約０．５モル以上、さらに好ましくは約１モル以上、すなわち、４重量％以上である。通常、金属水素化物溶液の安定化処理は、ホウ化水素塩を添加する前に、水酸化物を水中で分解することにより行われる。有効な水酸化物塩の一例は、これに限定されるものではないが、ナトリウム水酸化物、リチウム水酸化物、カリウム水酸化物、およびそれらの混合物である。ナトリウム水酸化物がもっとも好ましいが、その理由は水に対し４４重量％もの高い溶解率を有するからである。他の水酸化物も本発明に適したものであるが、種々の金属水素化物と種々の水酸化物塩との間の溶解率の差を考慮に入れなければならない。その理由は溶解度の差が重要だからである。例えば、リチウム水酸化物をある濃度のナトリウムホウ化水素に加えすぎると、リチウムホウ化水素が沈殿することになる。
【００２９】
他の非水酸化物安定化剤は、水素を生成するために、金属水素化物の過剰の可能性（overpotential）を上げるものを含む。これらの非水酸化物安定化剤は、水酸化物塩と組み合わせて使用するのが好ましい。非水酸化物安定化剤の一例は、周期律表の右側の軟金属を含む化合物である。非水酸化物安定化剤の一例は、鉛、スズ、カドミウム、亜鉛、バリウム、水銀、およびそれらの組み合わせを含む化合物を含む。ガリウム、亜鉛を含む化合物が好ましいが、その理由はこれらの化合物は、基本素材内で安定しており、またそれに可溶だからである。例えば、亜鉛、ガリウムは、それぞれ亜鉛酸塩（zincate）、没食酸塩（gallate）を形成し、これらはホウ化水素により容易には還元しないからである。
【００３０】
周期律表の右側のある非金属を含む化合物も金属水素化物溶液を安定化するのに有用である。これらの水酸化物安定化剤の一例は、硫黄含有化合物例えばナトリウム硫化物、チオ尿素、炭素二硫化物、およびそれらの混合物である。
【００３１】
好ましくは、触媒は、金属水素化物と水との２つの反応側面を容易にする。即ち：（ｉ）水素設備の利用／入手可能性、（ｉｉ）加水分解メカニズムの補助の可能性、すなわち水分子の水素原子との反応の補助可能性を容易にする。金属水素化物溶液は、複数のステップの還元メカニズムを有する複合システムである。例えば、ホウ化水素は、４個の水素と８個の電子の還元メカニズムを有する。かくして、１個の水素原子がホウ化水素の分子から取り除かれると、残りの分子は不安定となり水と反応して、残りの水素原子を放出する。本発明による有益な触媒は、遷移金属、遷移金属ホウ化物、これらの金属の合金、およびこれらの混合物である。
【００３２】
本発明の触媒系で使用可能な遷移金属は米国特許第５８０４３２９に開示されている。本明細書で使用される遷移金属触媒は、周期律表のＩＢ属からＶＩＩＩＢ属の元素、あるいはこれらの元素の化合物を含む触媒である。これらの金属の代表例は、これに限定されるわけではないが、銅属、亜鉛属、スカンジウム属、チタン属、バナジウム属、クロム属、マンガン属、鉄属、コバルト属、ニッケル属の遷移金属である。遷移金属元素あるいは遷移金属化合物は、化学反応（ＭＢＨ４＋２Ｈ２Ｏ＝４Ｈ２＋ＭＢＯ２）に対し触媒作用をし、原子Ｈの形態（すなわち、水素化物Ｈ−あるいは水素陽子Ｈ＋）で、それらの表面に水素を吸収することにより、水の加水分解を補助する。有用な遷移金属／化合物は、これに限定されるわけではないが、ルテニウム、鉄、コバルト、ニッケル、銅、マンガン、ローディウム、レニウム、プラチナ、パラジウム、クロム、銀、オスミウム、イリジウム、あるいはそれらの元素のホウ化物、それらの合金、あるいはそれらの混合物を含む。ルテニウム、コバルト、ローディウムおよびそれらの混合物が好ましい。
【００３３】
本発明の触媒系で使用される触媒は、大きな表面積を有するのが好ましい。本明細書で使用される「大きな表面積」とは、触媒粒子が小さな平均粒子サイズを有すること、すなわち、約１００ミクロン以下の平均直径、好ましくは約５０ミクロンの平均直径、さらに好ましくは約２５ミクロ以下の平均直径を有することを意味する。触媒の存在下でホウ化水素と水との化学反応は、測定されたホウ化水素の全濃度でゼロ次の運動法則に従う。すなわち、生成された水素ガスの体積は時間に比例する。そのため、反応速度は触媒の表面積に依存すると考えられている。
【００３４】
大きな表面積を有する触媒粒子を得る一つの方法は、小さな平均粒子サイズの触媒を使用することである。小さな平均粒子サイズの触媒が好ましいが、これら粒子が容器システムを通過できるほど小さいと、液状金属水素化物溶液により洗い流されることがある。このような欠点は、小さな触媒粒子からなる大きな集塊を形成することにより回避できる。本明細書で使用される「大きな集塊」とは、公知の粉末冶金方法（例：焼結）により小さな触媒粒子から形成された塊あるいは集合体を意味する。このような冶金方法を用いて、様々な形状を形成できる。このような大きな塊はそれらが非常に多孔質であるため、大きな表面積を維持できると考えられている。触媒粒子は触媒室内に搭載される。
【００３５】
別の方法として、水素生成触媒は、細いワイヤ状あるいは細いワイヤのメッシュ状に形成することができる。これらの細いワイヤは、約０．５ｍｍ以下の直径、好ましくは約３ｍｍ以下の直径。さらに好ましくは約２０ミクロン以下の直径を有する。
【００３６】
もっとも単純な形態では、触媒室は粒子状触媒を保持／捕獲する液体と気体が通過可能なメッシュであり、これにより液体と気体が容器システムを自由に通過できる。この実施例においては、触媒粒子は容器システムのスペースより大きい。例えば、金属水素化物溶液が容器システム内を流れ、触媒と反応し、一方、酸化した金属水素化物、水素ガス、未反応金属水素化物は容器システムがら容易に外に流れる。
【００３７】
好ましくは、触媒粒子は、取り外し可能なチューブあるいは筒に入れてカプセル化し、筒の端部は多孔質材料あるいはメッシュ材料で覆う。本明細書で使用される「多孔質材料とメッシュ材料」とは、セラミック、プラスティック、ポリマー、不織布、織布、編組物、布、ファブリック、カーボンファイバ、イオン交換樹脂、金属、合金、ワイヤ、メッシュ（網）、あるいはそれらの組み合わせである。通常、多孔質材料とメッシュ材料は、シートの形態で存在する。多孔質材料とメッシュ材料の一例は、ナイロン製スクリーン、ステンレス製スクリーンである。
【００３８】
含有された大きな表面積の触媒は、化学的手段により遷移金属触媒を多孔質基板／非多孔質基板上あるいは内に結合するあるいは閉じこめることにより得られる。「多孔質」とは、材料内を液体と気体が通過可能であることを意味する。通常、このプロセスは、（ｉ）遷移金属イオンを有する溶液を基板に接触させることにより基板上あるいは基板内に分散させるステップと（ｉｉ）この分散した遷移金属イオンを遷移金属の中間原子価状態(neutral valemce state)に還元するすなわち金属形態にするステップとを含む。この独自の方法により、分子レベルにある遷移金属触媒を基板上あるいは基板内に結合させるあるいは閉じこめると考えられている。これらのステップは繰り返されて、基板内に結合されたあるいは閉じこめられた遷移金属分子の層を得る。本明細書で使用され「触媒を結合する基板の大きな表面積」とは、多孔質基板が１０ｍ２／ｇ以上の有効表面積を有し、非多孔質基板が約５０ミクロの以下の平均直径を有することを意味する。多孔質基板の一例は、セラミック、イオン交換樹脂を含む。非多孔質基板の一例は、金属、ワイヤ、金属製メッシュ、ファイバ、ロープのような繊維材料を含む。
【００３９】
本明細書で使用される遷移金属とは、遷移金属の陰イオン、陽イオン、陰イオン錯体（anionic complex）あるいは陽イオン錯体（cationic complex）を意味する。遷移金属イオンは、遷移金属の塩（Alpha Aesar Company, Adlich Chemical dCompanyから市販されている）を溶解することにより得られる。遷移金属塩はどのような溶剤にも通常水にも溶ける。還元剤は遷移金属イオンを中間原子価状態に移すことのできる材料または化合物でもよい。還元剤の一例は、ヒドラジン、水素ガス、ブドウ糖ヒドロキシルアミン、一酸化炭素、亜ジオチン酸塩、二酸化硫黄、ホウ化水素、アルコール、それらの混合物である。通常、金属水素化物例えば、ホウ化水素に対し触媒作用をする多くの遷移金属もまた、同一の金属水素化物により還元される。例えば、ホウ化水素は適切な還元剤である。
【００４０】
適切な基板の一例は、セラミック、プラスティック、ポリマー、ガラス、ファイバ、ロープ、不織布、織布、編組物、ファブリック、様々な形態のカーボンファイバ、イオン交換樹脂、金属、合金、ワイヤ、メッシュ（網）、あるいはそれらの組み合わせである。様々な孔のサイズのセラミック基板の一例は、金属酸化物、ゼオライト、ペロブスカイト、リン酸塩、金属製ワイヤ、金属製メッシュ（網）、それらの混合物である。特に適切な基板の一例は、これに限定されるわけではないが、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、ゼオライト、陽イオン交換樹脂、陰イオン交換樹脂、繊維材料、不織布、織布、アラミドファイバ（例：ＮＯＭＥＸ（登録商標）、ＫＥＶＬＡＲ（登録商標））、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）とそれらの組み合わせである。金属水素化物溶液は、高いｐＨを持っているために、分解しないあるいは腐食薬と反応しない基板が好ましい。また、５０ｍ２／ｇ以上の有効表面積を有する多孔質基板あるいは５０ミクロン以下の平均直径を有する非多孔質基板が好ましい。
【００４１】
基板がビーズの形態を採った場合、このビーズを容器システム内に配置するのが好ましい。この際、ビーズの直径は容器システムの空間より大きい。さらに、基板に表面処理が施されている場合、このような表面処理は、適当な方法例えば煮沸、溶剤の塗布により取り除くことができる。例えば、ワックスで処理された基板は煮沸する。別の方法として、ワックスはアセトンを用いて除去できる。同様に、織物の糊は水中で煮沸することで除去できる。
【００４２】
基板は、イオン交換樹脂以外の場合、以下の方法で触媒で処理できる。基板をまず、遷移金属塩例えば、三塩化ルテニウムを含有する溶液内に浸す。飽和状態に近い濃度の溶液が好ましい。このステップで、遷移金属塩を基板上／中に分散させる。このように処理された基板をその後通常加熱して乾燥させる。選択的事項として、この処理された基板を乾燥する前に、フィルタ処理してもよい。注意すべき点として、処理済みの基板は洗浄しない。この乾燥ステップは、溶剤を除去することにより、遷移金属イオンの基板内あるいは基板上への吸着を促進すると考えられる。この乾燥処理された基板は、その後、完全な還元を達成するのに十分な濃度の還元剤（例えば、５重量％のナトリウムホウ化水素）を含む溶液にさらす。このステップは室温でも可能であるが、還元速度を上げるために、高温例えば３０度Ｃ以上の温度で、吸収された遷移金属イオンを還元するのが好ましい。還元ステップは遷移金属イオンを中間原子価状態すなわち金属状態に変換すると考えられている。水で洗浄後、この基板は、水素ガスを生成する金属水素化物と水の反応の際触媒と使用できる。この方法は、所望の程度遷移金属を基板上あるいは中に搭載するように、繰り返される。
【００４３】
含有された大きな表面積の触媒を得る方法は、気相成長法（ＣＶＤ：Chemical Vapor Deposition）を用いても可能である。この方法は、遷移金属錯体を蒸着、すなわち、真空中で沸騰即ち昇華させる。遷移金属錯体は、遷移金属イオンとＣＶＤ錯化（complexing）化合物を含む。基板は冷たい状態にあるため、遷移金属錯体は基板上に再凝縮する。上記した適宜の基板が使用される。気相成長法（ＣＶＤ）に使用される金属錯体の一例は、例えば、Ｒｕ（ａｃａｃ）あるいはＣｏ（ａｃａｃ）３のような金属ジケトン（metal diketonate）および、Ｔｉ（ＯｉＰｒ）４のような金属アルコラートである。ここで、（ａｃａｃ）はアセチルアセトン（acetylacetonate）であり、ＯｉＰｒはイソプロポキサイド（isopropoxide）である。その後、基板上に堆積している遷移金属錯体は上記したいずれかの還元剤で還元する。
【００４４】
別の方法として、この方法は、電気メッキ技術（即ち、導電性基板を遷移金属イオンを有する溶液で電気メッキする）を用いるよう変更可能である。遷移金属は導電性基板例えば、ニッケル、ステンレス製微細ワイヤ、微細ワイヤ製スクリーン、金属シートにメッキできる。通常この微細ワイヤは、約２０ミクロ以下、好ましくは約１０ミクロン以下、さらに好ましくは約２ミクロン以下の平均直径を有する。
【００４５】
電気メッキの好ましい態様としては、ラフな（粗野な）コーティングが、平滑なコーティング即ち「光沢のあるコーティング」の代わりに用いられる。このラフなコーティングは広い表面積を有すると考えられている。このラフなコーティングは、通常黒色をしており、電気メッキの技術分野では、元素名の後に、「ブラック」を付して呼ばれる。例えば、プラチナ・ブラック、ルテニウム・ブラックである。上記の大部分の遷移金属は、「遷移金属・ブラック」としてコーティングされる。適正な条件は元素毎に異なるが、共通の条件は、メッキ処理中可変電圧を加えることである。本明細書において、「可変電圧」とは、電圧を周期的あるいは非周期的に変える、入れ替える、昇降させることである。例えば、直流電流（ＤＣ）は入り切りすることができる。別の方法として、電流を周期的に反転させる。あるいは、電圧を低電圧から高電圧に切り替えることである。ＡＣ信号をＤＣ源に重ねることも一般的に行われている。
【００４６】
さらに別の方法として、この方法は、スパッタ堆積技術、例えば、物理的気相堆積技術（これは表面コーティング技術の当業者に公知である）を用いて含有された広い表面積の触媒に適用可能である。スパッタ堆積においては、金属表面の原子は、エネルギ照射種例えばイオン、高エネルギ中性原子からの運動量変換により引き起こされた表面から好ましくは不活性貴金属ガスから粒子の物理的放出で蒸発させられる。ターゲット原子は、真空室内に蒸発し、基板上に凝結し、薄いフィルムを形成する。通常、水素生成触媒がスパッタリング装置に搭載される。その際、一面が上または下に金属電極ターゲットに向けて配置される。この金属の一例は、Ｎｉ、Ｐｔ，Ｒｕ，Ｏｓ，Ａｇあるいはこれらの元素の合金である。しかしこれに限定されるものではない。真空室となる部屋を真空引きした後、アルゴンのような不活性ガスを用いて、真空室を約１０〜５０ミリトール（１．３〜６．７Ｐａ）の圧力に上げる（不活性ガスをその圧力まで充填する）。スパッタリングプロセスは、ターゲットと真空室の壁との間に高電圧をかけることにより開始する。スパッタリングプロセスは、基板上に堆積される触媒の厚さに応じて、所定時間（通常数分、１分から数時間に及ぶことがある）継続される。スパッタリングを完了すると、空気が真空室に再び入れられ、コーティングされた基板を取り出す。
【００４７】
これらの基板の大部分は、遷移金属塩の溶液を単に吸収するだけであるが、イオン交換樹脂は驚くべきまた興味深い特性を示す。イオン交換樹脂は、ポリマーチェーン（重合体鎖）の端部で活性基（active group）を有する多孔質ポリマー材料である。通常イオン交換樹脂に使用されるポリマーは、ポリスティレン、エポキシアミン、エポキシポリアミン、フェノール、アクリル等である。イオン交換樹脂は、陰イオン交換樹脂と陽イオン交換樹脂に分類できる。これらの樹脂は、通常約２０メッシュから約１００メッシュの粒子サイズのビーズの形態で市販されている。これらの樹脂は、シート形状でも市販されており、所望の形状に加工できる。
【００４８】
陰イオン交換樹脂は、ポリマーの端部の活性基は正の電荷を有しているために、陰イオンを引きつける。正に帯電している活性基の一例は、第四アンモニウム、第三アミン、トリメチル・ベンジル・アンモニウム（trimetyl benzyl ammonium）、ジメチル・エタノール・ベンジル・アンモニウム（dimetyl ethanol benzyl ammonium）を含む。市販の陰イオン交換樹脂はＣｌ−またはＯＨ−の形態で販売されている。即ち、容易に置換可能な塩化物イオンあるいは水酸化物イオンが、正の電荷を有する活性基に結合される。市販されている陰イオン交換樹脂は、Ａ−２６，Ａ−３６，ＩＲＡ−４００、ＩＲＡ−９００（製造元Rohm & Haas, Inc, Philadelphia Pennsylvania) 、Dowex１、Dowex ２、Dowex２１Ｋ、Dowex５５０Ａ、Dowex ＭＳＡ−１、Dowex ＭＳＡ−２（製造元Dow Corporation）、DuoliteＡ−１０１Ｄ、DuoliteＡ−１０２Ｄ、DuoliteＡ−３０Ｂ、IonacＡ−５４０，IonacＡ−５５０、IonacＡ−３００である。
【００４９】
陽イオン交換樹脂は、ポリマーの端部の活性基は負の電荷を有しているために、陽イオンを引きつける。負に帯電している活性基の一例は、スルフォン酸、カルボン酸、ホスヒン酸、脂肪酸を含む。市販の陽イオン交換樹脂はＮａ＋またはＨ＋の形態で販売されている。即ち、容易に置換可能なナトリウムイオンまたは水素イオンが負の電荷を有する活性基に結合される。市販されている陽イオン交換樹脂は、 Delaware 州Wilmington,にあるDupont Corp により製造されているNafion 樹脂、Pennsyvania州Philadelphia にあるRohm & Haas, Inc, が製造しているIRA-120 とAmberlyst 15と、Dow Corporationが製造しているDowex２２、Dowex ５０、Dowex８８、Dowex ＭＰＣ−１、Dowex ＨＣＲ−Ｗ２、Dowex ＣＣＲ−１と、DuoliteＣ−３、DuoliteＥＳ−６３、DuoliteＥＳ−８０、Ionac２４０である。
【００５０】
陰イオン交換樹脂ビーズは、以下の記載の方法で触媒で処理される。遷移金属塩は、遷移金属の陰イオン錯体（anionic complex）を形成することのできる対応する陰イオンを有する酸の中で分解する。例えば、ルテニウム三塩化物（三塩化ルテニウム）は塩化水素酸で分解し、塩化ルテニウム酸を形成する。ルテニウムは陰イオン錯体即ち[ＲｕＣｌ６］−３の形態で含まれる。通常遷移金属の陰イオン錯体は化学式［Ｍｙ＋Ｘ６］（ｙ−６）で表される。ここでＭは、遷移金属で、ｙは遷移金属の原子価で、Ｘは単一の負の電荷を有する陰イオンである。遷移金属溶液の濃度は状況に応じて変動するが、飽和状態に近い濃度が好ましい。その後、陰イオン遷移金属錯体を含む酸性溶液は陰イオン交換樹脂ビーズ上で交換されるが、これは、陰イオン交換樹脂ビーズを陰イオン遷移金属溶液と接触させることにより行われる。これは、ビーズを溶液に浸漬することにより行うか、あるいは溶液をビーズ上に水滴状態で追加することにより行われる。通常、樹脂の活性基の陰イオンは陰イオン遷移金属錯体と交換されると考えれている。本明細書で使用される用語「交換」とは、イオン交換樹脂例えば塩化物の活性基のイオンが遷移金属のイオンと置換されることを意味する。その結果、非常に強い化学（イオン）結合が、各活性部位で、陰イオン遷移金属錯体（anionic transition metal complesx）とイオン交換樹脂の活性基との間で形成される。
【００５１】
還元剤例えばナトリウムホウ化水素にさらした後、陰イオン遷移金属錯体は交換部位で中間原子価状態即ち金属状態に還元される。結果的に、樹脂内あるいは樹脂上での遷移金属触媒分子の分散となる。このプロセスは、必要によって、より多い金属量を得るために繰り返される。その理由は、還元ステップは、陰イオンを交換樹脂の正に帯電した活性基に戻してしまうからである。活性基の戻された陰イオンは、遷移金属に以前に関連していた陰イオン例えば[ＲｕＣｌ６］−３からの塩化物あるいは還元剤のいずれかである。水で洗浄後、処理された陰イオン交換樹脂ビーズは、金属水素化物と水との反応中で触媒として使用され、水素ガスを生成する。
【００５２】
陽イオン交換樹脂ビーズの触媒処理は、若干異なった手順が必要である。その理由は、陽イオン交換樹脂に対する陽イオン遷移金属錯体の親和性は、陰イオン交換樹脂に対する陰イオン遷移金属錯体の親和性より遙かに弱いからである。このような複雑化の要因にも関わらず、陽イオン交換樹脂が特に有用なのは、陽イオン交換樹脂がより過酷な環境、特に高温に耐えられるからである。
【００５３】
遷移金属は、陽イオン原子価状態例えば、Ｒｕ＋３で正式には記載されるが、遷移金属は、塩化物のような共通錯化イオン（common complexing ion）の存在下では陰イオン錯体を構成する。このような陰イオン遷移金属錯体は、負に帯電した活性基を有する陽イオン交換樹脂ビーズに対しては、ほとんど誘因（親和）力を有さない。このことは、非錯化陰イオン（non-complexing anion）を有する遷移金属塩を用いることにより回避される。本明細書で使用される「非錯化陰イオン」とは、通常非常に大きくかつ完全に配位した（fully coordinated）中心原子を有し、これにより、遷移金属とさらに錯化する為のわずかな活性度しか残さないイオンを指す。この種の非錯化陰イオンの一例は、過塩素酸塩（ＣｌＯ４−）、六フッ化リン（ＰＦ６−）、四フッ化ボロン（ＢＦ４−）およびその混合物である。非複合化陰イオンを有する遷移金属塩は、遷移金属塩と、非錯化陰イオンを有する等モル量の化合物との沈殿により得られる。この非錯化陰イオンを有する化合物は、遷移金属塩から陰イオンが非錯化陰イオンに関連する陽イオンと共に沈殿／析出するよう選択される。例えば、ルテニウム三塩化物は銀過塩素酸塩の等モル量と反応する。塩化物は塩化銀（silver chloride）を沈殿／析出しルテニウム過塩素酸塩が溶液中に残る。過塩素酸イオンは塩化物イオンのように錯化しないので、ルテニウムのみが陽イオンの形態即ち［Ｒｕ・ｘＨ２Ｏ］３＋で水化（be hydrated）する。ここでｘは、水分子の数を表す。水化ルテニウムは通常化学式［Ｒｕ・６２Ｏ］３＋を有する。
【００５４】
遷移金属イオンと非錯化イオンの両方を含む溶液のｐＨ は、陽イオン交換樹脂ビーズの接触する前に、出来るだけ７に近づけて、ルテニウムが水化酸化物として沈殿しないようにしなければならない。好ましくは、遷移金属イオンと非錯化イオンの両方を含む溶液のｐＨ は、約２以上、好ましくは約４以上、さらに好ましくは約７以上である。このようにｐＨを調整することは、水素陽イオンＨ＋が陽イオン交換樹脂の陽イオン部位を取り合うのを阻止する、即ち、負に帯電した活性基と結合するのを阻止する。例えば、１モルのルテニウムの溶液が使用され、ｐＨが２の場合、ルテニウムイオンは、水素イオンの１００倍数が多くなる。ｐＨ２でルテニウムイオンの水素イオンに対する比率が十分な場合、その比率はｐＨが７に近づくとさらによくなる。陽イオン交換樹脂ビーズが遷移金属塩溶液に接触すると、正に帯電した遷移金属イオンが、陽イオン樹脂の負に帯電した活性基の最初は関連していた正イオンと交換する。
【００５５】
過剰な量の遷移金属塩溶液を使用せずに遷移金属イオンを多く置換するためには、交換は、筒状容器内で陽イオン交換樹脂ビーズを遷移金属イオンに接触させることにより行われる。この方法は、前述した陰イオン交換樹脂を処理する為に使用される。筒状容器は通常垂直方向に搭載され、陽イオン交換ビーズで充填される。遷移金属イオンと非錯化イオンを含む溶液は、ビーズの筒内を通過する。通常、最初により薄い溶液を使用し、その後、順次より高濃度の溶液を使用することができる。これにより、前のバッチからの高濃度の溶液が、後続のバッチの開始時点で使用できる。大量の触媒処理した陽イオン樹脂ビーズは、ルテニウムの完全な利用とビーズの完全な飽和がほぼ可能な連続的逆流システムを用いて生成可能である。この連続的逆流システムとは、より薄いルテニウム溶液は処理の少ないビーズに、そしてより高濃度のルテニウム溶液はより処理されたビーズに接触させる方法を意味する。遷移金属をビーズ上にあるいはビーズ内で交換した後、陽イオン交換樹脂は脱イオン水で洗浄され、その後、還元剤例えばナトリウムホウ化水素を含有する溶液と反応させ、ルテニウムを中性原子価状態にする。より大量の遷移金属は交換ステップと還元ステップを繰り返すことにより得られる。その理由は、還元ステップは、交換樹脂の負に帯電した活性基に陽イオンを戻すからである。活性基に関連した戻された陽イオンは、還元剤即ちナトリウムホウ化水素からのナトリウムにより与えられると考えられている。水で洗浄後、処理済みの陽イオン交換樹脂ビーズは、金属水素化物と水との反応の際触媒として使用され、水素ガスを生成する。
【００５６】
触媒室は触媒を含む螺旋状に巻回し筒状容器が好ましく、燃料がこの螺旋状容器の中心から入り、螺旋容器内を流れる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の水素ガス生成システムの構成を表す図。
【図２】図１の水素ガス生成システムの構成のブロック図。
【図３】燃料容器がピストンを有する場合の本発明の水素ガス生成システムの構成を表すブロック図。
【図４】燃料容器がフレキシブルな内袋を有する場合の本発明の水素ガス生成システムの構成を表すブロック図。
【図５】本発明により、燃料ポンプを有する水素ガス生成システムの構成を表すブロック図。
【図６】本発明により、燃料レベルセンサーを有する水素ガス生成システムの構成を表すブロック図。
【図７】本発明で使用される容積交換タンクを表す図。
【図８】本発明により、燃料（Ａ）、使用済み燃料（Ｂ）、あるいはその両方（Ｃ）を収納するフレキシブルな内袋の構成を表すブロック図。
【図９】Ａは本発明により使用される並列配置された複数のタンクを表す図、Ｂは本発明により使用するために個々に選択された複数のタンクを表す図。
【符号の説明】
【００５８】
１０  燃料容器
１５  燃料入力ライン
２０  触媒室
２５  出力ライン
３０  使用済燃料室
４０  チェックバルブ
５０  水素ガス出力ライン
５５  圧力／流量分配調整器／弁
６０  圧力ゲージ
７０  手動圧力解放出力ライン
８０，９０  手動圧力解放安全弁
１００  設定圧力調整器／安全弁
１１０  バイパスライン
１２０  燃料遮断弁
１３５  ライン
１５０  圧力ゲージ
１８０  水充填ビーカー
１９０  燃料入力ライン
２１０  チェックバルブ
２３０  ピストン
２７０  燃料ポンプ
３００  主燃料タンク
３１０  主使用済燃料タンク
３２０  燃料ポンプ
３３０  燃料ライン
３４０  燃料レベルセンサ
３５０  使用済燃料ドレインバルブ
３６０  使用済燃料レベルセンサ
３７０  使用済燃料ドレインライン
４００  燃料領域
４１０  使用済燃料領域
４２０  可動パーティション
４３０  内袋
５００  燃料充填済タンク
５１０  使用済燃料タンク
５２０  空タンク
５３０  使用済燃料制御弁
５４０  燃料制御弁
５５０  制御弁
【図１】
2005500234.tif 000002
【図２】
2005500234.tif 000003
【図３】
2005500234.tif 000004
【図４】
2005500234.tif 000005
【図５】
2005500234.tif 000006
【図６】
2005500234.tif 000007
【図７】
2005500234.tif 000008
【図８】
2005500234.tif 000009
【図９】
2005500234.tif 000010
【国際公開パンフレット】
2005500234.tif 000011
2005500234.tif 000012
2005500234.tif 000013
2005500234.tif 000014
2005500234.tif 000015
2005500234.tif 000016
2005500234.tif 000017
2005500234.tif 000018
2005500234.tif 000019
2005500234.tif 000020
2005500234.tif 000021
2005500234.tif 000022
2005500234.tif 000023
2005500234.tif 000024
2005500234.tif 000025
2005500234.tif 000026
2005500234.tif 000027
2005500234.tif 000028
2005500234.tif 000029
2005500234.tif 000030
2005500234.tif 000031
2005500234.tif 000032
2005500234.tif 000033
2005500234.tif 000034
2005500234.tif 000035
2005500234.tif 000036
2005500234.tif 000037
2005500234.tif 000038
2005500234.tif 000039
2005500234.tif 000040
2005500234.tif 000041
2005500234.tif 000042
2005500234.tif 000043
2005500234.tif 000044
2005500234.tif 000045
2005500234.tif 000046
2005500234.tif 000047
【手続補正書】
【提出日】平成16年1月5日(2004.1.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応材料から水素と使用済み材料を生成するシステムで使用される装置において、
（ａ）  パーティション部品により分離された第１部分と第２部分とを有する燃料容器（１０）と、
前記第１部分は出力ポートを有し、第２部分は入力ポートを有し、
（ｂ）  前記第１部分内に配置され、水素を生成する反応材料と、
を有し、
前記パーティション部品は、システムが動作中に、反応材料が出力ポートを介して放出される際に、前記第１部分の容量を減少させるよう移動し、前記使用済み材料が前記入力ポートを介して前記第2部分に入れられる
ことを特徴とする反応材料から水素と使用済み材料を生成するシステムで使用される装置。
【請求項２】
前記反応材料は、ＮａＢＨ４、ＬｉＢＨ４、ＫＢＨ４、Ｍｇ（ＢＨ４）２，Ｃａ（ＢＨ４）２  、ＮＨ４ＢＨ４、（ＣＨ３）４ＮＢＨ４、ＮａＡｌＨ４、ＬｉＡｌＨ４、ＫＡｌＨ４とその混合物からなる群から選択されたものである
ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記容器は、安定化剤を含む
ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記安定化剤は、水酸化ナトリウム（sodium hydroxide）、水酸化リチュウム（lithium hydroxide）、水酸化カリウム（potassium hydroxide）からなる群から選択されたものである
ことを特徴とする請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記パーティション部品は、ピストン（２３０）を含む
ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記パーティション部品は、少なくとも１つのフレキシブルな内袋（２５０）を含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項７】
（ａ）  触媒を有する触媒室（２０）と、
（ｂ）  前記触媒に接触した時に、水素ガスを生成する反応材料を圧力をかけた状態で有する燃料室（１０）と、
（ｃ）  前記触媒室に接続され、前記触媒に接触した後の前記反応材料を受容し、前記反応材料と触媒を接触させることにより生成された水素ガスを受領する使用済燃料室（３０）と、
を有することを特徴とする水素生成装置。
【請求項８】
前記圧力はガスにより与えられ、前記燃料室は排出弁（１２０）を有し、前記排出弁が解放された時は、前記圧力により前記燃料室（１０）から反応材料が押し出される
ことを特徴とする請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記ガスは、水素である
ことを特徴とする請求項７に記載の装置。
【請求項１０】
前記燃料室は、内袋（２５０）を有し、前記内袋は、前記排出弁が開状態の時は、、前記燃料室内の圧力に応答して、前記燃料室から反応材料を放出する
ことを特徴とする請求項７に記載の装置。
【請求項１１】
前記燃料室は、ピストン（２３０）を有し、前記ピストンは、前記排出弁が開状態の時は、前記燃料室内の圧力に応答して、前記燃料室から反応材料を放出することを特徴とする請求項７に記載の装置。
【請求項１２】
前記燃料室と触媒室との間にポンプ（２７０）をさらに有する
ことを特徴とする請求項７に記載の装置。
【請求項１３】
前記燃料室は、燃料センサ（３４０）をさらに有し、
前記燃料室（１０）に接続された燃料ポンプ（３２０）に接続された主燃料タンク（３００）をさらに有する
ことを特徴とする請求項７に記載の装置。
【請求項１４】
前記使用済燃料室（３０）に接続された主使用済燃料タンク（３１０）をさらに有する
ことを特徴とする請求項７に記載の装置。
【請求項１５】
燃料領域部分（４００）と、使用済燃料領域部分（４１０）と、それらの領域の間の可動パーティション（４２０）とを有する容量交換タンクをさらに有し、
前記燃料領域部分は燃料室に接続され、前記使用済燃料領域部分は使用済燃料室に接続されている
ことを特徴とする請求項７に記載の装置。
【請求項１６】
燃料領域部分（４００）と使用済燃料領域部分（４１０）とを有する容量交換タンクをさらに有し、前記燃料領域部分と使用済燃料領域部分の少なくとも一方はフレキシブルな内袋（４３０）を有する
ことを特徴とする請求項７に記載の装置。
【請求項１７】
前記燃料室と使用済燃料室に接続された複数のタンク（５００，５１０，５２０）をさらに有する
ことを特徴とする請求項７に記載の装置。
【請求項１８】
前記反応材料は、ＮａＢＨ４、ＬｉＢＨ４、ＫＢＨ４、Ｍｇ（ＢＨ４）２，Ｃａ（ＢＨ４）２  、ＮＨ４ＢＨ４、（ＣＨ３）４ＮＢＨ４、ＮａＡｌＨ４、ＬｉＡｌＨ４、ＫＡｌＨ４とその混合物からなる群から選択されたものである
ことを特徴とする請求項７に記載の装置。
【請求項１９】
（ａ）  触媒を具備するステップと、
（ｂ）  圧力下で反応材料を含む燃料室を具備するステップと、
前記反応材料は、前記触媒に接触したときに水素を生成でき、
（ｃ）  前記圧力を利用して、反応材料と触媒とを互いに接触させるステップと
を有することを特徴とする水素生成方法。
【請求項２０】
前記燃料室は、ピストンを有し、前記ピストンは、前記圧力に応答して、前記燃料室から反応材料を押し出し、前記触媒に接触させる
ことを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記燃料室は、内袋を有し、前記圧力が内袋を伸縮して、前記燃料室から反応材料を押し出し、前記触媒に接触させる
ことを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
（ｄ）  前記燃料室内の反応材料を前記触媒に接触させる際、圧力を補助する為に燃料ポンプを使用するステップをさらに有する
ことを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２３】
前記反応材料は前記触媒と接触した後、使用済燃料に変換され、
（ｅ）  前記使用済燃料を使用済燃料室に移すステップと、
（ｆ）  前記使用済燃料室内の使用済燃料の量を検出するステップと、
（ｇ）  前記使用済燃料室内の検出された使用済燃料の量が所定量に達したときに、前記使用済燃料室内の使用済燃料の量を減らすステップと
をさらに有することを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２４】
前記反応材料は前記触媒と接触した後、使用済燃料に変換され、
（ｈ）  前記使用済燃料を使用済燃料室に移すステップと、
（ｉ）  可動パーティションで区画された第１部分と第２部分とを有する容量交換タンクを具備するステップと、
前記反応材料は前記第１部分内に配置され、
（ｊ）  前記第１部分からの反応材料を燃料室内に加えるステップと
前記第１部分は、前記（ｊ）ステップの間、体積が減少し、
（ｋ）  前記使用済燃料を前記使用済燃料室から前記第２部分に排出するステップと
をさらに有することを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２５】
前記可動パーティションは、少なくとも１つの内袋を含む
ことを特徴とする請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記可動パーティションは、ピストンを含む
ことを特徴とする請求項２４に記載の方法。
【国際調査報告】
2005500234.tif 000048