(57)【要約】  水素化マグネシウムの加水分解を利用するエネルギーシステムであって、水素化マグネシウム貯蔵タンク（１５）、COVAPORユニット（５）、蓄電池（６）、水素ガス緩衝および温度調整タンク（１）、計量装置（６９）、分子ふるいフィルター（２）、水素燃料電池（９）、排気ガス浄化器（４８）、水タンク（１２）、および空気清浄器（１１）を含む。水素燃料電池（９）の排水口は、水タンク（１２）、水ポンプ（１３）、流量計（１４）を介して水素化マグネシウム貯蔵タンク（１５）の水入口（４７）に接続され、水素化マグネシウム貯蔵タンク（１５）の水素ガス出口（３３）は、分子ふるいフィルター（２）、水素ガス緩衝および温度調整タンク（１）、および計量装置（６９）を介して水素燃料電池（９）の水素ガス入口に接続される。水素化マグネシウム貯蔵タンク（１５）の熱伝導媒体出口は、分子ふるいフィルター（２）のジャケットおよびCOVAPORユニット（５）に接続され、分子ふるいフィルター（２）のジャケットの出口およびCOVAPORユニット（５）の出口は、水素化マグネシウム貯蔵タンク（１５）の熱伝導媒体入口に接続される。水素化マグネシウムは水と反応して水素および熱を放出する原理に基づき、水素は燃料電池の発電のために使用され、熱はCOVAPORユニットを介して発電し、水素エネルギーの利用率が改善され、自然環境の保全やエコ文明の作り出しに有利する。
2021501736.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素化マグネシウム貯蔵タンク（１５）と、COVAPORユニット（５）と、蓄電池（６）と、を含み、前記蓄電池はCOVAPORユニットに回路接続され、前記水素化マグネシウム貯蔵タンクは熱伝導媒体入口（１６）、熱伝導媒体出口（１７）、添加／抽出口（１８）と、水素ガス出口（３３）および水入口（４７）が設けられる水素化マグネシウムの加水分解を利用するエネルギーシステムであって、
前記エネルギーシステムには、水素ガス緩衝および温度調整タンク（１）、計量装置（６９）、分子ふるいフィルター（２）、水素燃料電池（９）、空気吸気口（１０）、排気ガス浄化器（４８）、清浄ガス排気口（７）、水タンク（１２）、水ポンプ（１３）、流量計（１４）、および空気清浄器（１１）が設けられ、前記水素燃料電池には電力出力ケーブル（８）、空気入口、水素ガス入口、排水口、および排気ガス出口が設けられ、
前記空気吸気口は空気清浄機を介して空気入口に接続され、前記排気ガス出口は前記排気ガス浄化器を介して前記清浄ガス排気口に接続され、
前記排水口は前記水タンク（１２）に接続され、前記分子ふるいフィルターの排水口は前記水タンクに接続され、前記水タンクは給水および調整用ノズル（７０）に接続され、
前記水タンクは、前記水ポンプ（１３）と前記流量計（１４）を介して前記水素化マグネシウム貯蔵タンクの水入口（４７）に接続され、前記水入口（４７）の管路にはろ過膜（９６）が設けられ、水素化マグネシウム貯蔵タンクの水素ガス出口は、前記分子ふるいフィルター、前記水素ガス緩衝および温度調整タンク、前記計量装置を介して前記水素燃料電池の水素ガス入口に接続され、
前記水素化マグネシウム貯蔵タンクの熱伝導媒体出口は３つの経路に分岐し、１つ目は熱伝導媒体管路（４）を介して分子ふるいフィルターのジャケットの入口に接続され、２つ目は熱伝導媒体管路（４）を介してCOVAPORユニットに接続され、３つ目は熱伝導媒体管路（４）を介して蓄電池の保温カバーに接続され、前記分子ふるいフィルターのジャケットの出口は前記水素化マグネシウム貯蔵タンクの熱伝導媒体入口に接続され、COVAPORユニットの出口は前記水素化マグネシウム貯蔵タンクの熱伝導媒体入口に接続され、前記蓄電池の保温カバーの出口は前記水素化マグネシウム貯蔵タンクの熱伝導媒体入口に接続されることを特徴とする水素化マグネシウムの加水分解を利用するエネルギーシステム。
【請求項２】
水素燃料電池（９）の代わりに水素ガスのピストン内燃機関または水素ガスのガスタービンが使用され、純酸素ガスが助燃ガスとして使用される場合、水素ガスのピストン内燃機関または水素ガスのガスタービンの排気ガス出口から排出した水および水素を含む排気ガスは、水タンク（１２）とろ過膜（９６）を通って水素化マグネシウム貯蔵タンク（１５）に入り、
前記水素化マグネシウム貯蔵タンク（１５）における水素化マグネシウムの代わりに、金属マグネシウムが使用され、前記水素化マグネシウム貯蔵タンク（１５）における水素化マグネシウムまたは金属マグネシウムが加水分解された後、水酸化マグネシウムになり、またはタンク内の加熱により酸化マグネシウムになり、または以上の両者の混合物になり、続いて水素化マグネシウム貯蔵タンクから移出された後、飽和水素化マグネシウムまた金属マグネシウムを加え、
または、前記水素化マグネシウム貯蔵タンク（１５）における水素化マグネシウムは、水と反応せず、直接加熱されて水素ガスが放出された後、金属マグネシウムになり、金属マグネシウムが水素化マグネシウム貯蔵タンクから移出された後、飽和水素化マグネシウムを加え、
水素ガスと結合して金属水素化物を形成できる金属又は／及び水と反応して水素ガスを放出できる金属は、この方法に適用され、以上の金属または以上の金属の任意割合の混合物、他の物質と結合して形成する混合物もこの方法に適用される、
ことを特徴とする請求項１に記載の水素化マグネシウムの加水分解を利用するエネルギーシステム。
【請求項３】
前記水素化マグネシウム貯蔵タンク（１５）は、タンク本体（３８）の内壁および外壁で構成され、内壁と外壁との間に熱交換中間層（３７）が形成され、タンク本体の内部に散水管路（３６）が設けられ、タンク本体の外部に保温層（３４）が設けられ、
前記タンク本体の一端には、圧力センサー（３５）、防爆バルブ（３１）、水素ガス出口（３３）、水入口（４７）および温度センサー（３２）が設けられ、前記添加／抽出口（１８）はタンク本体の他端に位置し、添加／抽出口には暗証番号錠付きストップバルブ（３９）が設けられ、
前記タンク本体（３８）は金属材料、非金属材料または以上の両者を組み合わせた材料である、
ことを特徴とする請求項１に記載の水素化マグネシウムの加水分解を利用するエネルギーシステム。
【請求項４】
前記エネルギーシステムは水素化マグネシウム入れ替え装置が設けられ、前記水素化マグネシウム入れ替え装置は、分離タンク（２０）と、水酸化マグネシウム貯蔵タンク（２１）と、残留水素吸収ユニット（２２）と、真空タンク（２３）と、保護ガスコンプレッサー（２５）と、高圧保護ガスタンク（２６）と、水素化マグネシウム貯蔵タンク（４５）と、供給器（４６）と、抽出計量メーター（７２）と、添加計量メーター（７３）と、充填ガン駆動機構（７５）と、充填ガン（１９）と、を含み、
前記充填ガン駆動機構には、外側チューブ（７６）、内側チューブ（７７）、シールリング（７８）、ろ過ネット（７９）、およびロックフランジ（８０）が設けられ、
外側チューブは保護ガス管路（２７）に接続され、内側チューブは抽出／添加共通管路（７１）に接続され、
前記充填ガン駆動機構は充填ガンに接続され、前記充填ガンはロックフランジを介して水素化マグネシウム貯蔵タンク（１５）の添加／抽出口（１８）に密封的に接続され、
前記充填ガンには、保護ガス入口と供給排出口が設けられ、前記供給排出口は抽出／添加共通管路（７１）および抽出管路（２８）を介して分離タンクに接続され、分離タンクの固体出口は抽出計量メーターを介して水酸化マグネシウム貯蔵タンクに接続され、分離タンクのガス出口は残留水素吸収ユニットを介して真空タンクに接続され、前記真空タンクは逆止弁（２４）および保護ガスコンプレッサーを介して高圧保護ガスタンクに接続され、
前記高圧保護ガスタンクの出口は２つの経路に分岐し、１つ目は供給器に接続され、２つ目は保護ガス管路（２７）を介して充填ガンの保護ガス入口に接続され、
前記水素化マグネシウム貯蔵タンクは、供給器、添加計量メーター、添加管路（２９）および抽出／添加共通管路（７１）を介して充填ガンの供給排出口に接続される、ことを特徴とする請求項１に記載の水素化マグネシウムの加水分解を利用するエネルギーシステム。
【請求項５】
水酸化マグネシウム貯蔵タンク中の水酸化マグネシウムは、再生ユニットに輸送され、水酸化マグネシウムが水素化マグネシウムに変換されてから使用に戻され、再生は、クリーンエネルギーのピークシェービング電力を使用して、金属マグネシウムの電解再生と水素化再生を行い、
前記水素化マグネシウムの加水分解を利用するエネルギーシステムは、モバイルデバイス、交通機関、固定デバイス、家庭用デバイス、キッチンストーブ、発電デバイス、衣類および靴類、動力デバイスまたは建築デバイスに適用され、さまざまな用途シナリオに応じてシステム構造のサイズの拡大または縮小を行い、
または、前記エネルギーシステムは重力輸送、機械輸送、気力輸送、真空輸送、液力輸送、電磁輸送またはそれらの組み合わせを採用して、水素化マグネシウムおよび水酸化マグネシウムを入れ替えるか、または水素化マグネシウムおよび酸化マグネシウムを入れ替えるか、または水素化マグネシウムおよび水酸化マグネシウム−酸化マグネシウムの混合物を入れ替えるか、または金属マグネシウムおよび水酸化マグネシウムを入れ替えるか、または金属マグネシウムおよび酸化マグネシウムを入れ替えるか、または金属マグネシウムおよび水酸化マグネシウム−酸化マグネシウムの混合物を入れ替えるか、または水素化マグネシウムおよび金属マグネシウムを入れ替えるか、または水素ガスと結合して金属水素化物を形成できる金属又は／及び水と反応して水素ガスを放出できる金属または当該金属と他の物質との混合物および当該金属と他の物質との混合物の水酸化物又は／及び酸化物、を入れ替える、
ことを特徴とする請求項１に記載の水素化マグネシウムの加水分解を利用するエネルギーシステム。
【請求項６】
前記エネルギーシステムは、自動車に搭載され、前記自動車には、エネルギー放出ユニット（４０）、ハブモーター（４１）、手動コントロールコンソール（４２）、セントラルコントローラ（４３）、およびモーター駆動ユニット（４４）が設けられ、
前記水素燃料電池は電力出力ケーブル（８）を介してモーター駆動ユニットに回路接続され、前記手動コントロールコンソールはセントラルコントローラを介してモーター駆動ユニットに回路接続され、前記ハブモーターと蓄電池はモーター駆動ユニットに回路接続され、
エネルギー放出ユニット（４０）の水素燃料電池（９）によって生成された電気エネルギーおよびCOVAPORユニットによって生成された電力は、自動車の実際の動作状況に基づいてケーブルを介してモーター駆動ユニット（４４）または蓄電池（６）に輸送されて蓄電され、自動車はモーター駆動ユニットによって駆動されて走り、
運転中制動または減速時に、ハブモーター（４１）が回収した電力は、補助電力として蓄電池に貯蔵され、
水素化マグネシウム貯蔵タンクの熱伝導媒体は窒素、熱伝導オイル、二酸化炭素または熱に安定する物質であり、熱伝導媒体出口の１つ目の経路はCOVAPORユニットに接続され、２つ目の経路は分子ふるいフィルターのジャケットの入口に接続され、３つの経路は蓄電池の保温カバーの入口に接続されて、冬季でも蓄電池は適切な温度で動作でき、４つ目の経路は車両用エアコンシステムに接続され、冬に暖房のために使用される、
ことを特徴とする請求項１に記載の水素化マグネシウムの加水分解を利用するエネルギーシステム。
【請求項７】
前記エネルギーシステムは、携帯電話（５７）と外部充填装置（５６）と、を含み、前記携帯電話は水素燃料電池（９）と、超安全バッテリーボックス（５２）と、暗証番号錠（５８）と、を含み、前記外部充填装置には、給水プラグ（５３）、水素化物入れ替えプラグ（６２）、自動位置決めクランプ装置（５９）、マイクロ水素化マグネシウム入れ替えシステム、給水／抽出システム、低熱水素ガス吸収装置、およびインテリジェント管理システムが設けられ、
前記水素燃料電池には、空気吸気口（１０）、清浄ガス排気口（７）、および超安全バッテリーボックスポートモジュール（５４）が設けられ、水素燃料電池は超安全バッテリーボックスポートモジュール（５４）に接続され、
前記超安全バッテリーボックスには、水素ガス制御モジュール（５１）、水素化マグネシウムモジュール（６３）および水制御モジュール（４９）が設けられ、
前記超安全バッテリーボックスポートモジュールは、水素ガスポート（６０）を介して水素ガス制御モジュール（５１）に接続され、水ポート（６１）を介して水制御モジュールに接続され、
前記水制御モジュールには、水ジャック（５０）が設けられ、前記水素化マグネシウムモジュールには水素化物入れ替えジャックが設けられ、前記水制御モジュールは水ジャック（５０）を介して給水プラグに接続され、前記水素化マグネシウムモジュールは水素化物入れ替えジャックを介して水素化物入れ替えプラグに接続され、
携帯電話にはバッテリーが設けられ、携帯電話のバッテリーと燃料電池は並列接続または直列接続であり、
水制御モジュール（４９）中の水は、水制御モジュールと水素化マグネシウムモジュールとの間の膜を通って水素化マグネシウムモジュール（６３）に入り、水が水素化マグネシウムと反応して水素ガスと水酸化マグネシウムを生成し、
水素ガスは、水素ガスポート（６０）を通って水素燃料電池に入り、水素ガスは、水素化マグネシウムモジュールと水素ガス制御モジュールとの間の膜を通って水素ガス制御モジュール（５１）に入り、膜は一方向性であり、水素ガスは水素化マグネシウムモジュールから水素ガス制御モジュールに入ることだけが可能であり、また、膜の代わりに小型逆止バルブを使用し、水素燃料電池中の水素ガスは、空気吸気口（１０）から入った空気と反応して水を生成し、そして携帯電話に使用されるための電気エネルギーを生成し、
生成された水は水ポート（６１）を通って水制御モジュール（４９）に入り、
水素化マグネシウムモジュール（６３）中の水素化マグネシウムが完全に水酸化マグネシウムに転化した後、携帯電話を外部充填装置（５６）に挿入することにより入れ替えを行い、
または、携帯電話のバッテリーは外部電力を使用して蓄電し、
携帯電話の外部充填装置（５６）のマイクロ水素化マグネシウム入れ替えシステムの構造と原理は、水素化マグネシウム入れ替え装置と同じであり、各部品の構造を小型化することで作られ、水素化マグネシウムモジュール（６３）の通常の使用温度範囲は−４０〜１００℃である、ことを特徴とする請求項１に記載の水素化マグネシウムの加水分解を利用するエネルギーシステム。
【請求項８】
前記COVAPORユニットは、膨張機（６４）と、発電機（６５）と、水素ガス熱圧縮装置（６７）と、中間再熱器（６８）と、を含み、
前記膨張機の出口は水素ガス熱圧縮装置を介して膨張機の入口に接続され、前記膨張機は発電機に軸で接続され、前記発電機は外部電力システムに回路接続される、
ことを特徴とする請求項１に記載の水素化マグネシウムの加水分解を利用するエネルギーシステム。
【請求項９】
前記水素ガス熱圧縮装置（６７）は多段利用モードを採用し、各段は複数の反応ベッドで構成でき、前記反応ベッド内には、金属水素貯蔵材料が載せられ、希土類金属水素化物を含むが、これらに限定されなく、
低圧水素ガスは低圧水素ガス入口から反応ベッドに入り、低圧水素ガスは水素貯蔵材料に吸収されて金属水素化物が形成され、水素吸収完了後の金属水素化物が加熱されると、高圧水素ガスが放出され、
各反応ベッドの動作モードは、内部の金属水素化物を直接に抽出して入れ替えるモード、または間接熱交換モードを採用し、
反応ベッド内の金属水素化物は主に希土類であるため、COVAPORユニット内の水素ガスが、熱伝導媒体循環管路（６６）を介して持ち込んだ熱によって加熱されて昇圧した後、膨張機（６４）に入って仕事をして、発電機（６５）を駆動して発電させる、
ことを特徴とする請求項８に記載の水素化マグネシウムの加水分解を利用するエネルギーシステム。
【請求項１０】
COVAPORユニットは高温余熱回収において複合式COVAPORユニットが適用され、前記複合式COVAPORユニットは、１次熱交換器（８１）と、２次熱交換器（８２）と、３次熱交換器（８３）と、４次熱交換器（８４）と、５次熱交換器（８５）と、１号水素反応ベッドユニット（８９）と、２号水素反応ベッドユニット（９０）と、３号水素反応ベッドユニット（９１）と、膨張機（９２）と、圧縮膨張コンバインサイクル装置（８７）と、熱伝導媒体循環入口管路（９４）と、および熱伝導媒体循環出口管路（９５）と、を含み、
前記圧縮膨張コンバインサイクル装置には、作動媒体圧縮機（８６）、作動媒体膨張機（８８）、６号熱交換器（９３）および７号熱交換器（１０２）が設けられ、前記膨張機、作動媒体圧縮機および作動媒体膨張機は同軸でも非同軸でも接続されてもよく、
作動媒体圧縮機と作動媒体膨張機は順に７号熱交換器と６号熱交換器に循環接続され、前記７号熱交換器は外部環境または冷却水中へ放熱し、
前記熱伝導媒体循環入口管路（９４）は、１次熱交換器（８１）の熱媒体熱伝導媒体循環入口に接続され、１次熱交換器は、順に２次熱交換器、３次熱交換器、４次熱交換器、および５次熱交換器を介して熱伝導媒体循環出口管路（９５）に接続され、
前記１次熱交換器（８１）は１号水素反応ベッドユニット（８９）に循環接続され、前記２次熱交換器（８２）は２号水素反応ベッドユニット（９０）に循環接続され、前記３次熱交換器（８３）は３号水素反応ベッドユニット（９１）に循環接続され、前記膨張機（９２）は４次熱交換器（８４）に循環接続され、前記５次熱交換器は６号熱交換器に循環接続され、前記６号熱交換器は７号熱交換器に接続され、
前記１号水素反応ベッドユニット、２号水素反応ベッドユニット、および３号水素反応ベッドユニットは、膨張機に循環接続され、前記膨張機は６号熱交換器に循環接続され、前記６号熱交換器は作動媒体圧縮機の入口に接続され、前記作動媒体膨張機の出口は７号熱交換器に接続され、
前記１号水素反応ベッドユニットは２号水素反応ベッドユニットに循環接続され、前記２号水素反応ベッドユニットは３号水素反応ベッドユニットに循環接続され、前記３号水素反応ベッドユニットは６号熱交換器に循環接続され、６号熱交換器は７号熱交換器に接続され、
初期余熱温度が６００℃より高いまたは低い場合、水素反応ベッドユニットの段数と個数の増加または減少が行われ、
ピストン内燃機関またはガスタービンの６００℃の排気ガス余熱は発電に利用され、
６００℃の排気ガス余熱は、熱伝導媒体熱流ラインを通じて、順に１号水素反応ベッドユニット（８９）、２号水素反応ベッドユニット（９０）、および３号水素反応ベッドユニット（９１）に接続され、
そして圧縮膨張コンバインサイクル装置（８７）を介して、排気ガスの低温余熱部分を利用して継続的に仕事をして発電し、排気ガス中の３５℃以上分の熱がすべて利用され、
膨張機（９２）のブレードは１セット以上に分かれ、毎セットのブレードは１段以上であり、毎セットのブレードの中に少なくとも１つのタップが最後段の熱交換器と熱交換し、
圧縮膨張コンバインサイクル装置（８７）を介して、−５０〜１００℃の低温余熱部分を利用して継続的に仕事をして発電し、
選定温度以上の低温余熱は３つの部分から生じられ、１つ目は、ピストン内燃機関またはガスタービンの全体および排気システムは十分に断熱されてすべての熱量を集めることであり、２つ目は、COVAPOR装置中の水素反応ベッドユニットおよび膨張機（９２）の散熱であり、３つ目は、最終段の水素反応ベッドユニットの水素吸収による放熱であり、
６号熱交換器（９３）を介して、上記の３つの部分の熱を作動媒体に持ち込んで選定温度以上まで加熱し、加熱された作動媒体は、作動媒体圧縮機（８６）によって加圧昇温された後、作動媒体圧縮機（８６）の動力は、膨張機（９２）により供給され、膨張機（９２）の全動力または一部の動力を利用して作動媒体圧縮機（８６）を駆動し、そして作動媒体膨張機（８８）を介して仕事をし、作動媒体膨張機（８８）の出口温度は選定温度以上であり、圧力は０．１  ＭＰａ以上であり、そして作動媒体は７号熱交換器（１０２）に入って外部環境または冷却水中へ放熱し、温度が環境温度または冷却水の温度以下まで下がり、そして６号熱交換器（９３）に入り、サイクルで仕事をして、
作動媒体は二酸化炭素またはその他の有機化合物であり、
膨張機（９２）の動力の一部を利用して作動媒体圧縮機（８６）を駆動して動作することを選択し、膨張機（９２）の動力の他の部分がシャフトワークの形で出力される、
ことを特徴とする請求項８に記載の水素化マグネシウムの加水分解を利用するエネルギーシステム。
【請求項１１】
前記エネルギー放出ユニットとエネルギー消費ユニットは単独でまたは一緒に使用され、固定デバイス、モバイルデバイス、交通機関または家庭用デバイスに使用され、
入れ替え装置は固定の場所またはモバイル装置に設けられ、
前記水素化マグネシウム貯蔵タンク（１５）は少なくとも２つの取り換え方法があり、１つ目は水素化マグネシウム貯蔵タンク全体を取り換え、取り換え品としての新たな貯蔵タンクには水素を飽和まで吸収した水素化マグネシウムが充填され、
２つ目は水素化マグネシウム貯蔵タンク内のすでに使用された水素化マグネシウムを入れ替え、飽和水素化マグネシウムを入れる、
ことを特徴とする請求項１に記載の水素化マグネシウムの加水分解を利用するエネルギーシステム。
【請求項１２】
冬季に、循環凍結防止システムに適用する一定の割合の一つまたは複数の無機物または有機物またはそれらの混合物が水タンクに添加され、水タンクに一定の濃度の凍結防止水溶液が形成され、そしてろ過膜が水タンクの出口に設けられて、前記の無機物または有機物またはそれらの混合物は常に水タンク内に保持され、膜を通過した後の軟水は水素化マグネシウム貯蔵タンクに入り、冬の低温で水システムの凍結問題が防止され、
水タンクと水素化マグネシウム貯蔵タンクとの間の管路に過剰な水素ガスがある場合、水素がろ過膜を通過して水素化マグネシウム貯蔵タンクに入ることが保証され、
前記排気ガス浄化器（４８）は、ＮＯ／Ｏ３触媒還元器、活性炭吸着器、ＣＯ／ＶＯＣ酸化器、および粒子状物質イオン吸着器の４つのモジュールで構成され、前記ＮＯ／Ｏ３触媒還元器、活性炭吸着器、ＣＯ／ＶＯＣ酸化器および粒子状物質イオン吸着器は順に接続されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の水素化マグネシウムの加水分解を利用するエネルギーシステム。
【請求項１３】
エネルギーシステムは、靴類の動力システム、衣服の温度調節システムに適用され、電気自動車の充電航続は、電気自動車の走行または停止の過程中にバッテリーのニーズに応じて、低速充電または高速充電が行われ、
前記エネルギーシステムの水素化マグネシウムの物流は、インテリジェントなネットワーク化操作モードを採用し、水素化マグネシウムを入れ替える時に、交通機関のユーザーに物質の物流配達を提供する、
ことを特徴とする請求項１に記載の水素化マグネシウムの加水分解を利用するエネルギーシステム。
【請求項１４】
前記エネルギーシステムには複合式COVAPORユニットが設けられ、水素反応ベッド（１０３）と、１次熱交換器（１０４）と、２次熱交換器（１０５）と、最終熱交換器（１０６）と、膨張機（９２）と、圧縮膨張コンバインサイクル装置（８７）と、６０℃の発電所廃蒸気管路と、および６０℃の熱水管路と、を含み、
前記圧縮膨張コンバインサイクル装置には、作動媒体圧縮機（８６）、作動媒体膨張機（８８）、６号熱交換器（９３）および７号熱交換器（１０２）が設けられ、前記膨張機と作動媒体圧縮機と作動媒体膨張機が軸で接続され、
６０℃の発電所廃蒸気管路は、１次熱交換器、２次熱交換器、および最終熱交換器を順に通って６０℃の熱水管路に接続され、
前記水素反応ベッドの水素ガス出口は膨張機の入口に接続され、前記膨張機の出口は水素反応ベッドの水素ガス入口に接続され、
前記１次熱交換器は水素反応ベッドに循環接続され、前記２次熱交換器は膨張機の中央部に循環接続され、前記最終熱交換器は６号熱交換器に循環接続され、水素反応ベッドは６号熱交換器に循環接続され、６号熱交換器は作動媒体圧縮機の入口に接続され、作動媒体膨張機の出口は７号熱交換器に接続され、６号熱交換器は７号熱交換器に接続され、７号熱交換器は外部環境または冷却水中へ放熱し、
発電所の廃蒸気は１次熱交換器を通過して凝縮熱を水素反応ベッドに持ち込んで水素反応ベッドを加熱し、生成された温度および圧力を持つ水素ガスが膨張機（９２）に入って仕事をして、仕事をするプロセスにおける低温水素ガスが２次熱交換器（１０５）によって再び加熱されて仕事をする能力を向上させ、仕事をした後の低温低圧水素ガスは、水素反応ベッドに入り、水素吸収による放熱が行われ、
圧縮膨張コンバインサイクル装置を介して、−５０〜１００℃の間の低温余熱部分を利用して継続的に仕事をして発電し、排気ガスの選定温度以上の部分の熱がすべて利用されることを特徴とする請求項１に記載の水素化マグネシウムの加水分解を利用するエネルギーシステム。
【請求項１５】
前記COVAPORユニットにおける水素ガス熱圧縮装置（６７）中の金属水素化物は、水素放出圧力下で熱伝導媒体流体を介して熱を運んで直接的に水素反応ベッドに入り、前記熱伝導媒体流体は気体または液体であり、前記気体は水素、一酸化炭素、メタン、窒素、二酸化炭素、アルゴン、ヘリウム、ネオンのような還元性ガスまたは不活性ガスであり、超臨界状態の上記気体の使用は許され、前記液体が熱伝導オイル、高分子有機溶媒であり、
金属水素化物を加熱して高圧下で水素ガスを放出する必要がある場合、最初に、熱伝導媒体流体は水素放出圧力まで加圧され、次に熱伝導媒体循環管路（６６）を利用して水素放出温度まで加熱し、そして水素ガス熱圧縮装置（６７）に直接ポンプで送られ、金属水素化物を加熱して熱を提供ことにより、金属水素化物の急速な温度上昇と高圧水素放出が実現され、各水素反応ベッドにおける金属水素化物が高圧で放出される水素ガスの出口には耐高温高圧ろ過膜が設けられ、水素のみを流出させ、熱伝導媒体流体は、バイパスを介して熱伝導媒体循環管路（６６）に循環接続され、次の段階の水素ガス熱圧縮装置の水素放出プロセスに入ることもでき、
金属水素化物を冷却して低圧で水素吸収を行う必要がある場合、最初に、熱伝導媒体流体は水素吸収圧力まで加圧され、次に水素ガス熱圧縮装置（６７）に直接ポンプで送られて金属水素化物が水素放出温度まで冷却されるとともに、水素吸収プロセスにおける放熱が排出され、上記の熱量は前段の水素反応ベッドユニットまたは同段の内部水素反応ベッドまたは熱伝導媒体循環管路（６６）に伝達されることにより、金属水素化物の急速な冷却と低圧での水素吸収が実現され、
水素ガス熱圧縮装置は、抵抗加熱、誘導加熱、電磁加熱、アーク加熱、放射加熱のような加熱方法を使用することもでき、
複合式COVAPORユニットにも適用される、
ことを特徴とする請求項１に記載の水素化マグネシウムの加水分解を利用するエネルギーシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素エネルギーの分野に属し、特に、水素化マグネシウムの加水分解を利用するエネルギーシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
今日の社会では、環境汚染とエネルギー不足は際立った問題となっており、クリーンな新エネルギーを開発するために、世界中の国々は独自の状況にあわせて、原子力、太陽エネルギー、地熱エネルギー、風力エネルギー、生物エネルギー、海洋エネルギー、水素エネルギーなどの化石燃料以外の新しい代替エネルギーを開発している。そのうち、水素が将来最も有望な新しいエネルギーの１つと考えられているが、製造、貯蔵運送、および応用などにおける技術、コスト、寿命、信頼性などの多くの要因に制限されて、水素燃料の開発と応用が確実に市場化して運営することは困難である。特に新エネルギー自動車の分野では、世界の各大手自動車メーカーは、水素を燃料した自動車の開発に大量の物資と人力を投資して、次々と自分の水素燃料自動車を開発しているが、上記の原因で、特に水素エネルギーの貯蔵と輸送上の制約で、水素燃料自動車の普及と適用が深刻に制限されている。
【０００３】
従来、水素の貯蔵・運送方式は、例えば高圧ガスボンベによる貯蔵運送、液体水素による貯蔵運送、溶媒による貯蔵運送、および金属水素化物による貯蔵運送が挙げられ、これらの方式は、それぞれ長所と短所がある。金属水素化物による水素貯蔵は、他の貯蔵運送方式と比較して、水素貯蔵密度が高く、貯蔵運送が安全であるなどの利点を有し、どのように金属水素化物の水素貯蔵密度をさらに高め、金属水素化物の実用化を経済的かつ効率的に実現するかということは、現在でも水素エネルギーの分野において重要的に突破する必要のある方向の１つである。金属マグネシウムは水素貯蔵金属分野で重要な水素貯蔵材料であり、水素貯蔵容量が高く、水素含有量が７．６％（質量分率）を達成し、安価であり、資源が豊富で、水素の吸収放出プラットフォームが良好で、汚染がないなどの利点がある。また、水素化マグネシウムは強力な還元剤に属し、水と直接強く反応して水素と水酸化マグネシウムを生成するとともに、大量の熱を放出することができる。これらの反応によって放出された大量の熱は外部に出力して利用できる。
【発明の概要】
【０００４】
本発明は、水素化マグネシウムの水素放出機能および水素燃料電池の電力を生成する機能を十分に利用して、水素エネルギーの利用率を向上させ、温室効果ガスの排出を削減したり回避し、自然環境を保護し、エコ文明をつくり出す水素化マグネシウムの加水分解を利用するエネルギーシステムに関する。
本発明の技術的解決策は以下のとおりである。
水素化マグネシウムの加水分解を利用するエネルギーシステムであって、水素化マグネシウム貯蔵タンクと、COVAPORユニットと、蓄電池と、を含み、蓄電池はCOVAPORユニットに回路接続され、水素化マグネシウム貯蔵タンクには熱伝導媒体入口、熱伝導媒体出口、添加／抽出口、水素ガス出口、および水入口が設けられる。システムには、水素ガス緩衝および温度調整タンク、計量装置、分子ふるいフィルター、水素燃料電池、空気口、排気ガス浄化器、清浄ガス排気口、水タンク、水ポンプ、流量計、および空気清浄器が設けられ、水素燃料電池には電力出力ケーブル、空気入口、水素ガス入口、排水口、および排気ガス出口が設けられる。空気吸気口は空気清浄機を介して空気入口に接続され、排気ガス出口は排気ガス浄化器を介して清浄ガス排気口に接続される。排水口は水タンクに接続され、分子ふるいフィルターの排水口は水タンクに接続され、水タンクは給水および調整用ノズルに接続される。水タンクは、水ポンプと流量計を介して水素化マグネシウム貯蔵タンクの水入口に接続され、水入口管路にはろ過膜が設けられ、ろ過膜はイオン交換膜または逆浸透膜である。水素化マグネシウム貯蔵タンクの水素ガス出口は、分子ふるいフィルター、水素ガス緩衝および温度調整タンク、および計量装置を介して水素燃料電池の水素ガス入口に接続される。水素化マグネシウム貯蔵タンクの熱伝導媒体出口は３つの経路に分岐し、１つ目は熱伝導媒体管路を介して分子ふるいフィルターのジャケットの入口に接続され、２つ目は熱伝導媒体管路を介してCOVAPORユニットに接続され、３つ目は熱伝導媒体管路を介して蓄電池の保温カバーに接続され、分子ふるいフィルターのジャケットの出口は水素化マグネシウム貯蔵タンクの熱伝導媒体入口に接続され、COVAPORユニットの出口は水素化マグネシウム貯蔵タンクの熱伝導媒体入口に接続され、蓄電池の保温カバーの出口は水素化マグネシウム貯蔵タンクの熱伝導媒体入口に接続される。
【０００５】
水素燃料電池の代わりに水素ガスのピストン内燃機関または水素ガスのガスタービンが使用され、純酸素ガスが助燃ガスとして使用される場合、水素ガスのピストン内燃機関または水素ガスのガスタービンが排気ガス出口から排出した水および水素を含む排気ガスは、水タンクとろ過膜を通って水素化マグネシウム貯蔵タンクに入る。水素化マグネシウム貯蔵タンクにおける水素化マグネシウムの代わりに、金属マグネシウムが使用され、水素化マグネシウム貯蔵タンクにおける水素化マグネシウムまたは金属マグネシウムが加水分解された後、水酸化マグネシウムになり、またはタンク内の加熱により酸化マグネシウムになり、または以上の両者の混合物になり、続いて水素化マグネシウム貯蔵タンクから移出された後、飽和水素化マグネシウムまた金属マグネシウムを加える。または、水素化マグネシウム貯蔵タンクにおける水素化マグネシウムは、水と反応しなく、直接に加熱されて水素ガスを放出した後、金属マグネシウムになり、金属マグネシウムが水素化マグネシウム貯蔵タンクから移出された後、再び飽和水素化マグネシウムまた金属マグネシウムを加える。水素ガスと結合して金属水素化物を形成できる金属又は／及び水と反応して水素ガスを放出できる金属は、この方法に適用され、以上の金属または以上金属の任意割合の混合物、他の物質と結合して形成する混合物もこの方法に適用される。
【０００６】
水素化マグネシウム貯蔵タンクは、タンク本体の内壁および外壁で構成され、内壁と外壁との間に熱交換中間層が形成され、タンク本体の内部に散水管路が設けられ、タンク本体の外部に保温層が設けられる。タンク本体の一端には、圧力センサー、防爆バルブ、水素ガス出口、水入口および温度センサーが設けられ、添加／抽出口はタンク本体の他端に位置し、添加／抽出口には暗証番号錠付きストップバルブが設けられる。タンク本体は金属材料、非金属材料または以上の両者を組み合わせた材料である。
【０００７】
システムは水素化マグネシウム入れ替え装置が設けられ、水素化マグネシウム入れ替え装置は、分離タンクと、水酸化マグネシウム貯蔵タンクと、残留水素吸収ユニットと、真空タンクと、保護ガスコンプレッサーと、高圧保護ガスタンクと、水素化マグネシウム貯蔵タンクと、供給器と、抽出計量メーターと、添加計量メーターと、充填ガン駆動機構と、および充填ガンと、を含む。充填ガン駆動機構には、外側チューブ、内側チューブ、シールリング、ろ過ネット、およびロックフランジが設けられる。外側チューブは保護ガス管路に接続され、内側チューブは抽出／添加共通管路に接続される。充填ガン駆動機構は充填ガンに接続され、充填ガンはロックフランジを介して水素化マグネシウム貯蔵タンクの添加／抽出口に密封的に接続される。充填ガンには、保護ガス入口と供給排出口が設けられ、供給排出口は抽出／添加共通管路および抽出管路を介して分離タンクに接続され、分離タンクの固体出口は抽出計量メーターを介して水酸化マグネシウム貯蔵タンクに接続され、分離タンクのガス出口は残留水素吸収ユニットを介して真空タンクに接続され、真空タンクは逆止弁および保護ガスコンプレッサーを介して高圧保護ガスタンクに接続される。高圧保護ガスタンクの出口は２つの経路に分かれ、１つ目は供給器に接続され、２つ目は保護ガス管路を介して充填ガンの保護ガス入口に接続される。水素化マグネシウム貯蔵タンクは、供給器、添加計量メーター、添加管路および抽出／添加共通管路を介して充填ガンの供給排出口に接続される
【０００８】
水酸化マグネシウム貯蔵タンク中の水酸化マグネシウムは、再生ユニットに輸送され、水酸化マグネシウムが水素化マグネシウムに変換されてから使用に戻され、再生は、クリーンエネルギーのピークシェービング電力を使用して、金属マグネシウムの電解再生と水素化再生を行う。水素化マグネシウムの加水分解を利用するエネルギーシステムは、モバイルデバイス、交通機関、固定デバイス、家庭用デバイス、キッチンストーブ、発電デバイス、衣類および靴類、動力デバイスまたは建築デバイスに適用され、さまざまな用途シナリオに応じてシステム構造のサイズの拡大または縮小を行う。または、システムは重力輸送、機械輸送、気力輸送、真空輸送、液力輸送、電磁輸送またはそれらの組み合わせを採用して、水素化マグネシウムおよび水酸化マグネシウムを入れ替えるか、または水素化マグネシウムおよび酸化マグネシウムを入れ替えるか、または水素化マグネシウムおよび水酸化マグネシウム-酸化マグネシウムの混合物を入れ替えるか、または金属マグネシウムおよび水酸化マグネシウムを入れ替えるか、または金属マグネシウムおよび酸化マグネシウムを入れ替えるか、または金属マグネシウムおよび水酸化マグネシウム-酸化マグネシウムの混合物を入れ替えるか、または水素化マグネシウムおよび金属マグネシウムを入れ替えるか、または水素ガスと結合して金属水素化物を形成できる金属又は／及び水と反応して水素ガスを放出できる金属または当該金属と他の物質との混合物および当該金属と他の物質との混合物の水酸化物又は／及び酸化物、を入れ替える。
【０００９】
エネルギーシステムは、自動車に搭載され、自動車には、エネルギー放出ユニット、ハブモーター、手動コントロールコンソール、セントラルコントローラ、およびモーター駆動ユニットが設けられる。水素燃料電池は電力出力ケーブルを介してモーター駆動ユニットに回路接続され、手動コントロールコンソールはセントラルコントローラを介してモーター駆動ユニットに回路接続され、ハブモーターと蓄電池はモーター駆動ユニットに回路接続される。エネルギー放出ユニットの水素燃料電池によって生成された電気エネルギーおよびCOVAPORユニットによって生成された電力は、自動車の実際の動作状況に基づいてケーブルを介してモーター駆動ユニットまたは蓄電池に輸送されて蓄電され、自動車はモーター駆動ユニットによって駆動されて走る。運転中制動または減速時に、ハブモーターが回収した電力は、補助電力として蓄電池に貯蔵される。水素化マグネシウム貯蔵タンクの熱伝導媒体は窒素、熱伝導オイル、二酸化炭素または熱に安定する物質であり、熱伝導媒体出口の１つ目の経路はCOVAPORユニットに接続され、２つ目の経路は分子ふるいフィルターのジャケットの入口に接続され、３つ目の経路は蓄電池の保温カバーの入口に接続され、冬でも蓄電池は適切な温度で動作でき、さらに４つ目の経路は車両用エアコンシステムに接続され、冬での暖房のために使用される。
【００１０】
システムは、携帯電話と外部充填装置と、を含み、携帯電話は水素燃料電池と、超安全バッテリーボックスと、暗証番号錠と、を含み、外部充填装置には、給水プラグ、水素化物入れ替えプラグ、自動位置決めクランプ装置、マイクロ水素化マグネシウム入れ替えシステム、給水／抽出システム、低熱水素ガス吸収装置、およびインテリジェント管理システムが設けられる。水素燃料電池には、空気吸気口、清浄ガス排気口、および超安全バッテリーボックスポートモジュールが設けられ、水素燃料電池は超安全バッテリーボックスポートモジュールに接続される。超安全バッテリーボックスには、水素ガス制御モジュール、水素化マグネシウムモジュールおよび水制御モジュールが設けられる。超安全バッテリーボックスポートモジュールは、水素ガスポートを介して水素ガス制御モジュールに接続され、水ポートを介して水制御モジュールに接続される。水制御モジュールには、水ジャックが設けられ、水素化マグネシウムモジュールには水素化物入れ替えジャックが設けられ、水制御モジュールは水ジャックを介して給水プラグに接続され、水素化マグネシウムモジュールは水素化物入れ替えジャックを介して水素化物入れ替えプラグに接続される。携帯電話にはバッテリーが設けられ、携帯電話のバッテリーと燃料電池は並列接続または直列接続である。
【００１１】
水制御モジュール中の水は、水制御モジュールと水素化マグネシウムモジュールとの間の膜を通って水素化マグネシウムモジュールに入り、水が水素化マグネシウムと反応して水素ガスと水酸化マグネシウムを生成する。水素ガスは、水素ガスポートを通って水素燃料電池に入り、水素ガスは、水素化マグネシウムモジュールと水素ガス制御モジュールとの間の膜を通って水素ガス制御モジュールに入り、膜は一方向性であり、水素ガスは水素化マグネシウムモジュールから水素ガス制御モジュールに入ることだけが可能であり、また、膜の代わりに小型逆止バルブを使用し、水素燃料電池中の水素ガスは、空気吸気口から入った空気と反応して水を生成し、そして電気エネルギーを生成して携帯電話のためにに使用される。生成された水は水ポートを通って水制御モジュールに入る。水素化マグネシウムモジュール中の水素化マグネシウムが完全に水酸化マグネシウムに転化した後、携帯電話を外部充填装置に挿入することにより入れ替えを行う。入れ替えプロセスにおいて、まずは携帯電話を外部充填装置に挿入し、自動位置決めクランプ装置が自動的に携帯電話をクランプし、携帯電話はプラグに対して識別を行い、プラグとジャックのパスワードが一致する場合、携帯電話の暗証番号錠が識別を完了する。水酸化マグネシウムが完全に抽出されたときにのみ水素化マグネシウムを添加する。
【００１２】
または、携帯電話のバッテリーは外部電力を使用して蓄電してもよい。携帯電話の外部充填装置のマイクロ水素化マグネシウム入れ替えシステムの構造と原理は、水素化マグネシウム入れ替え装置と同じであり、各部品の構造を小型化することで作られ、水素化マグネシウムモジュールの通常の使用温度範囲は−４０〜１００℃である。
【００１３】
COVAPORユニットは、膨張機と、発電機と、水素ガス熱圧縮装置と、および中間再熱器と、を含む。膨張機出口は水素ガス熱圧縮装置を介して膨張機の入口に接続され、膨張機が発電機に軸で接続され、発電機は外部電力システムに回路接続される。水素ガス熱圧縮装置は多段利用モードを採用し、各段は複数の反応ベッドで構成されてもよく、前記反応ベッドには、金属水素貯蔵材料が載せられ、希土類金属水素化物を含むが、これらに限定されない。低圧水素ガスは低圧水素ガス入口から反応ベッドに入り、低圧水素ガスは水素貯蔵材料に吸収されて金属水素化物が形成され、水素吸収完了後の金属水素化物が加熱されると、高圧水素ガスが放出される。各反応ベッドの動作モードは、内部の金属水素化物を直接抽出して入れ替えるモード、または間接熱交換モードを採用する。反応ベッド内の金属水素化物は希土類を主としまたは他の物質であるため、COVAPORユニット内の水素ガスが、熱伝導媒体循環管路を介して持ち込んだ熱によって加熱されて昇圧した後、膨張機に入って仕事をして、発電機を駆動して発電させる。
【００１４】
COVAPORユニットは複合式COVAPORユニットであり、複合式COVAPORユニットは、１次熱交換器と、２次熱交換器と、３次熱交換器と、４次熱交換器と、５次熱交換器と、１号水素反応ベッドユニットと、２号水素反応ベッドユニットと、３号水素反応ベッドユニットと、膨張機と、圧縮膨張コンバインサイクル装置と、熱伝導媒体循環入口管路と、および熱伝導媒体循環出口管路と、を含む。圧縮膨張コンバインサイクル装置には、作動媒体圧縮機、作動媒体膨張機、６号熱交換器および７号熱交換器が設けられ、膨張機、作動媒体圧縮機および作動媒体膨張機は同軸または非同軸で接続される。作動媒体圧縮機と作動媒体膨張機は順に７号熱交換器と６号熱交換器に循環接続され、７号熱交換器は外部環境または冷却水中へ放熱する。熱伝導媒体循環入口管路は、１次熱交換器の熱媒体熱伝導媒体循環入口に接続され、１次熱交換器は、順に２次熱交換器、３次熱交換器、４次熱交換器、および５次熱交換器を介して熱伝導媒体循環出口管路に接続される。１次熱交換器は１号水素反応ベッドユニットに循環接続され、２次熱交換器は２号水素反応ベッドユニットに循環接続され、３次熱交換器は３号水素反応ベッドユニットに循環接続され、膨張機は４次熱交換器に循環接続され、５次熱交換器は６号熱交換器に循環接続され、６号熱交換器は７号熱交換器に接続される。１号水素反応ベッドユニット、２号水素反応ベッドユニット、および３号水素反応ベッドユニットは、膨張機に循環接続され、膨張機は６号熱交換器に循環接続され、６号熱交換器は作動媒体圧縮機の入口に接続され、作動媒体膨張機の出口は７号熱交換器に接続される。１号水素反応ベッドユニットは２号水素反応ベッドユニットに循環接続され、２号水素反応ベッドユニットは３号水素反応ベッドユニットに循環接続され、３号水素反応ベッドユニットは６号熱交換器に循環接続され、６号熱交換器は７号熱交換器に接続される。初期余熱温度が６００℃より高いまたは低い場合、水素反応ベッドユニットの段数と個数の増加または減少が行われる。
【００１５】
ピストン内燃機関またはガスタービンの６００℃の排気ガス余熱が発電に利用される。６００℃の排気ガス余熱は、熱伝導媒体熱流ラインを通じて、順に１号水素反応ベッドユニット、２号水素反応ベッドユニット、および３号水素反応ベッドユニットに接続される。続いて圧縮膨張コンバインサイクル装置を介して排気ガス中の３５℃以上分の熱をすべて利用する。
【００１６】
膨張機のブレードは１セット以上に分かれ、毎セットのブレードは１段以上であり、毎セットのブレードの中に少なくとも１つのタップが最終段の熱交換器と熱交換する。
【００１７】
圧縮膨張コンバインサイクル装置を介して、−５０〜１００℃の低温余熱部分を利用して継続的に仕事をして発電する。選定温度以上の低温余熱は３つの部分から生じられ、１つ目は、ピストン内燃機関またはガスタービンの全体および排気システムは十分に断熱されてすべての熱量を集めることであり、２つ目は、COVAPOR装置中の水素反応ベッドユニットおよび膨張機の散熱であり、３つ目は、最終段の水素反応ベッドユニットの水素吸収による放熱である。６号熱交換器を介して、上記の３つの部分の熱を作動媒体に持ち込んで選定温度以上まで加熱し、加熱された作動媒体は、作動媒体圧縮機によって加圧昇温された後、作動媒体圧縮機の動力は、膨張機により供給され、膨張機の全動力または一部の動力を利用して作動媒体圧縮機を駆動し、そして作動媒体膨張機を介して仕事をして、作動媒体膨張機の出口温度は選定温度以上または同じであり、圧力は０．１  ＭＰａ以上または同じであり、そして作動媒体は７号熱交換器に入って外部環境または冷却水中へ放熱し、温度が環境温度または冷却水の温度以下まで下がり、そして６号熱交換器に入り、サイクルで仕事をする。作動媒体は二酸化炭素またはその他の有機化合物である。膨張機の動力の一部を利用して作動媒体圧縮機を駆動して動作することを選択し、膨張機の動力の他の部分がシャフトワークの形で出力される。水素化マグネシウム貯蔵タンクは少なくとも２つの取り換え方法があり、１つ目は水素化マグネシウム貯蔵タンク全体を取り換え、取り換え品としての新たな貯蔵タンクには飽和まで水素化された水素化マグネシウムが充填される。２つ目は水素化マグネシウム貯蔵タンク内のすでに使用された水素化マグネシウムを入れ替え、飽和水素化マグネシウムを充填する。水素化マグネシウム貯蔵タンクの入れ替え方法は、燃料電池車およびその他の水素化マグネシウムを搭載する水素燃料動力デバイスまたは固定装置または移動デバイスまたは家庭用デバイスにも適用される。水素化マグネシウム貯蔵タンクの入れ替え方法は、すべて固定式または移動式を採用できる。水素化マグネシウム貯蔵タンク中の水素化マグネシウムの代わりに、金属マグネシウムを使用してもよい。
【００１８】
冬季に、循環凍結防止システムに適用する一定の割合の一つまたは複数の無機物または有機物またはそれらの混合物が水タンクに添加され、水タンクに一定の濃度がある凍結防止水溶液が形成され、そしてろ過膜が水タンクの出口に設けられて、上記の無機物または有機物またはそれらの混合物は常に水タンク内に保持され、膜を通過した後の軟水は水素化マグネシウム貯蔵タンクに入り、冬の低温で水システムの凍結問題が防止される。水タンクと水素化マグネシウム貯蔵タンクとの間の管路に過剰な水素ガスがある場合でも、水素がろ過膜を通過して水素化マグネシウム貯蔵タンクに入ることが保証できる。排気ガス浄化器は、ＮＯ／Ｏ３触媒還元器、活性炭吸着器、ＣＯ／ＶＯＣ酸化器、および粒子状物質イオン吸着器の４つのモジュールで構成され、ＮＯ／Ｏ３触媒還元器、活性炭吸着器、ＣＯ／ＶＯＣ酸化器および粒子状物質イオン吸着器は順に接続されている。
【００１９】
エネルギーシステムは、靴類の動力システム、衣服の温度調節システムに適用され、電気自動車の充電航続は、電気自動車の走行または停止の過程中にバッテリーのニーズに応じて、低速充電または高速充電が行われる。エネルギーシステムの水素化マグネシウムの物流は、インテリジェントなネットワーク化操作モードを採用し、水素化マグネシウムを入れ替える時に、交通機関のユーザーに物質の物流配達を提供する。
【００２０】
エネルギーシステムには複合式COVAPORユニットが設けられ、水素反応ベッドと、１次熱交換器と、２次熱交換器と、最終熱交換器と、膨張機と、圧縮膨張コンバインサイクル装置と、６０℃の発電所廃蒸気管路と、および６０℃の熱水管路と、を含む。圧縮膨張コンバインサイクル装置には、作動媒体圧縮機、作動媒体膨張機、６号熱交換器および７号熱交換器が設けられ、膨張機と作動媒体圧縮機と作動媒体膨張機が軸で接続される。６０℃の発電所廃蒸気管路は、１次熱交換器、２次熱交換器、および最終熱交換器を順に通って６０℃の熱水管路に接続される。水素反応ベッドの水素ガス出口は膨張機の入口に接続され、膨張機の出口は水素反応ベッドの水素ガス入口に接続される。１次熱交換器は水素反応ベッドに循環接続され、２次熱交換器は膨張機の中央部に循環接続され、最終熱交換器は６号熱交換器に循環接続され、水素反応ベッドは６号熱交換器に循環接続され、６号熱交換器は作動媒体圧縮機の入口に接続され、作動媒体膨張機の出口は７号熱交換器に接続され、６号熱交換器は７号熱交換器に接続され、７号熱交換器は外部環境または冷却水中へ放熱する。
【００２１】
発電所の廃蒸気凝縮熱は１次熱交換器を通過して凝縮熱を水素反応ベッドに持ち込んで水素反応ベッドを加熱し、生成された温度および圧力を持つ水素ガスが膨張機に入って仕事をして、仕事をするプロセスにおける低温水素ガスが２次熱交換器によって再び加熱されて仕事をする能力を向上させ、仕事をした後の低圧水素ガスは、水素反応ベッドに入り、水素吸収による放熱が行われる。圧縮膨張コンバインサイクル装置を介して、−５０〜１００℃の間の低温余熱部分を利用して継続的に仕事をして発電し、排気ガスの選定温度以上の部分の熱がすべて利用される。
【００２２】
COVAPORユニットの水素ガス熱圧縮装置中の金属水素化物は、水素放出圧力下で熱伝導媒体流体を介して熱を運んで直接的に水素反応ベッドに入り、前記熱伝導媒体流体は気体または液体であり、前記気体は水素、一酸化炭素、メタン、窒素、二酸化炭素、アルゴン、ヘリウム、ネオンのような還元性ガスまたは不活性ガスであり、超臨界状態の上記気体の使用は許され、前記液体が熱伝導オイル、高分子有機溶媒である。金属水素化物を加熱して高圧下で水素ガスを放出する必要がある場合、最初に、熱伝導媒体流体は水素放出圧力まで加圧され、次に熱伝導媒体循環管路を利用して水素放出温度まで加熱し、そして水素ガス熱圧縮装置に直接ポンプで送られ、金属水素化物を加熱して熱を提供ことにより、金属水素化物の急速な温度上昇と高圧水素放出が実現され、各水素反応ベッドにおける金属水素化物が高圧で放出される水素ガスの出口には耐高温高圧ろ過膜が設けられ、水素のみを流出させ、熱伝導媒体流体は、バイパスを介して熱伝導媒体循環管路に循環接続され、次の段階の水素ガス熱圧縮装置の水素放出プロセスに入ることもできる。金属水素化物を冷却して低圧で水素化を行う必要がある場合、最初に、熱伝導媒体流体は水素化圧力まで加圧され、次に水素ガス熱圧縮装置に直接ポンプで送られて金属水素化物が水素化温度まで冷却されるとともに、水素化プロセスにおける放熱が排出され、上記の熱量は前段の水素反応ベッドユニットまたは同段の内部水素反応ベッドまたは熱伝導媒体循環管路に伝達されることにより、金属水素化物の急速な冷却と低圧での水素が実現される。水素ガス熱圧縮装置は、抵抗加熱、誘導加熱、電磁加熱、アーク加熱、放射加熱のような加熱方法を使用することもできる。複合式COVAPORユニットにも適用される。
【００２３】
本発明に係る水素化マグネシウムの加水分解を利用するエネルギーシステムは、水素化マグネシウムが水と反応して水素ガスおよび水酸化マグネシウムを生成するという原理に基づき、生成された水素ガスは水素燃料電池の発電のために使用され、COVAPORユニットと複合式COVAPORユニットを介して異なる温度の余熱を回収して発電でき、効率が高く、水素エネルギーを有効的に利用し、プロセス全体のエネルギー損失が少なく、汚染物質の排出が少なく、水素エネルギーの利用率が向上し、温室効果ガスの排出を削減したり回避し、自然環境の保護やエコ文明の作り出しに有利し、本発明は固定デバイス、モバイルデバイス、および交通機関などで使用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の水素化マグネシウムの加水分解を利用するエネルギーシステムのフローチャートである。
【図２】水素化マグネシウム貯蔵タンクの概略構造図である。
【図３】図２におけるＡ―Ａ図である。
【図４】水素化マグネシウム入れ替え装置を備えた水素化マグネシウムの加水分解を利用するエネルギーシステムのフローチャートである。
【図５】本発明の第３の実施形態のフローチャートである。
【図６】本発明の第４の実施形態のフローチャートである。
【図７】COVAPORユニットの概略図である。
【図８】添加／抽出口と充填ガンとの接続を示す概略図である。
【図９】図８の部分詳細図である。
【図１０】複合式COVAPORユニットの概略図である。
【図１１】複合COVAPORユニットがガスタービンに接続する概略図である。
【図１２】２つ目の複合COVAPORユニットの概略図である。
【００２５】
ここでは、１―水素ガス緩衝および温度調整タンク、２―分子ふるいフィルター、３―水素ガス出力管路、４―熱伝導オイル管路、５―COVAPORユニット、６―蓄電池、７―清浄ガス排気口、８―電力出力ケーブル、９―水素燃料電池、１０―空気吸気口、１１―空気清浄器、１２―水タンク、１３―水ポンプ、１４―流量計、１５―水素化マグネシウム貯蔵タンク、１６―熱伝導媒体入口、１７―熱伝導媒体出口、１８―添加／抽出口、１９―充填ガン、２０―分離タンク、２１―水酸化マグネシウム貯蔵タンク、２２―残留水素吸収ユニット、２３―真空タンク、２４―逆止弁、２５―保護ガスコンプレッサー、２６―高圧保護ガスタンク、２７―保護ガス管路、２８―抽出管路、２９―添加管路、３０―排気ソレノイドバルブ、３１―防爆バルブ、３２―温度センサー、３３―水素ガス出口、３４―保温層、３５―圧力センサー、３６―散水管路、３７―熱交換中間層、３８―タンク本体、３９―暗証番号錠付きストップバルブ、４０―エネルギー放出ユニット、４１―ハブモーター、４２―手動コントロールコンソール、４３―セントラルコントローラ、４４―モーター駆動ユニット、４５―水素化マグネシウム貯蔵タンク、４６―供給器、４７―水入口、４８―排気ガス浄化器、４９―水制御モジュール、５０―水ジャック、５１―水素ガス制御モジュール、５２―超安全バッテリー、５３―給水プラグ、５４―超安全バッテリーボックスポートモジュール、５５―水素化物入れ替えジャック、５６―外部充填装置、５７―携帯電話、５８―暗証番号錠、５９―自動位置決めクランプ装置、６０―水素ガスポート、６１―水ポート、６２―水素化物入れ替えプラグ、６３―水素化マグネシウムモジュール、６４―膨張機、６５―発電機、６６―熱伝導媒体循環管路、６７―水素ガス熱圧縮装置、６８―中間再熱器、６９―計量装置、７０―給水および調整用ノズル、７１―抽出／添加共通管路、７２―抽出計量メーター、７３―添加計量メーター、７５―充填ガン駆動機構、７６―外側チューブ、７７―内側チューブ、７８―シールリング、７９―ろ過ネット、８０―ロックフランジ、８１―１次熱交換器、８２―２次熱交換器、８３―３次熱交換器、８４―４次熱交換器、８５―５次熱交換器、８６―作動媒体圧縮機、８７―圧縮膨張コンバインサイクル装置、８８―作動媒体膨張機、８９―１号水素反応ベッドユニット、９０―２号水素反応ベッドユニット、９１―３号水素反応ベッドユニット、９２―膨張機、９３―６号熱交換器、９４―熱伝導媒体循環入口管路、９５―熱伝導媒体循環出口管路、９６―ろ過膜、９７―車両用エアコン、９８―携帯電話バッテリー、９９―ガスタービン、１００―複合COVAPORユニット、１０１―モーター、１０２―７号熱交換器、１０３水素反応ベッド、１０４―１次熱交換器、１０５―２次熱交換器、１０６―最終熱交換器である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、実施例および図面を参照しながら本発明を詳細に説明する。本発明の保護範囲は、実施例に限定されるものではなく、当業者は、特許請求の範囲内で行ったいかなる変更も本発明の保護範囲に属する。
【００２７】
実施例１
図１に示すように、本発明に係る水素化マグネシウムの加水分解を利用するエネルギーシステムは、水素化マグネシウム貯蔵タンク１５と、COVAPORユニット５と、蓄電池６と、水素ガス緩衝および温度調整タンク１と、分子ふるいフィルター２と、水素燃料電池９と、空気吸気口１０と、排気ガス浄化器４８と、清浄ガス排気口７と、水タンク１２と、水ポンプ１３と、流量計１４と、空気清浄器１１と、を含み、蓄電池はCOVAPORユニットに回路接続され、水素燃料電池には電力出力ケーブル８、空気入口、水素ガス入口、排水口、排気ガス出口を含む。空気吸気口は空気清浄機１１を介して空気入口に接続され、排気ガス出口は排気ガス浄化器を介して清浄ガス排気口に接続される。
【００２８】
排気ガス浄化器４８は、ＮＯ／Ｏ３触媒還元器と、活性炭吸着器と、ＣＯ／ＶＯＣ酸化器と、粒子状物質イオン吸着器との４つのモジュールで構成されている。ＮＯ／Ｏ３触媒還元器、活性炭吸着器、ＣＯ／ＶＯＣ酸化器および粒子状物質イオン吸着器は順に接続される。
【００２９】
図２および図３に示すように、水素化マグネシウム貯蔵タンク１５は、タンク本体３８の内壁および外壁で構成され、内壁と外壁との間に熱交換中間層３７が形成され、タンク本体の内部に散水管路３６が設けられ、タンク本体の外部に保温層３４が設けられる。水素化マグネシウム貯蔵タンクには、熱伝導媒体入口１６、熱伝導媒体出口１７、添加／抽出口１８、水素ガス出口３３、水入口４７、圧力センサー３５、防爆バルブ３１、および温度センサー３２が設けられている。水素ガス出口、水入口、圧力センサー３５、防爆バルブ３１、および温度センサー３２はタンク本体の端部に位置する。添加／抽出口１８はタンク本体の他端に位置し、添加／抽出口には暗証番号錠付きストップバルブ３９が設けられる。水素燃料電池の排水口は水タンクに接続され、分子ふるいフィルターの排水口は水タンクに接続され、水タンクは給水および調整用ノズル７０に接続される。水タンクは、水ポンプ、流量計、およびろ過膜９６を介して水素化マグネシウム貯蔵タンクの水入口４７に接続され、水素化マグネシウム貯蔵タンクの水素ガス出口は、分子ふるいフィルター、水素ガス緩衝および温度調整タンク１、計量装置６９を介して水素燃料電池の水素ガス入口に接続される。水素化マグネシウム貯蔵タンクの熱伝導媒体出口は３つの経路に分岐し、１つ目は熱伝導オイル管路４を介して分子ふるいフィルターのジャケットの入口に接続され、２つ目は熱伝導オイル管路４を介してCOVAPORユニットに接続され、３つ目は熱伝導オイル管路４を介して蓄電池の保温カバーに接続され、分子ふるいフィルターのジャケットの出口、COVAPORユニットの出口、および蓄電池の保温カバーは、水素化マグネシウム貯蔵タンクの熱伝導媒体入口に接続される。分子ふるいフィルターは２つであり、２つの分子ふるいフィルターが交替で稼働し、１つが水をろ過しているときに分子ふるいフィルターを介して水素ガスに対して脱水および浄化を実行し、水素ガスの含有量が９９．９９９％に達させる。もう１つは熱伝導オイル管路から伝達された熱を利用する再生プロセスを実行するものである。
【００３０】
図７に示すように、COVAPORユニットは、膨張機６４と、発電機６５と、水素ガス熱圧縮装置６７と、および中間再熱器６８と、を含む。膨張機出口は水素ガス熱圧縮装置を介して膨張機の入口に接続され、膨張機が発電機に軸で接続され、発電機は外部電力システムに回路接続される。水素ガス熱圧縮装置６７は多段利用モードを採用でき、各段は複数の反応ベッドで構成でき、前記反応ベッドには、金属水素貯蔵材料が載せられ、希土類金属水素化物を含むが、これらに限定されない。低圧水素ガスは低圧水素ガス入口から反応ベッドに入り、低圧水素ガスは水素貯蔵材料に吸収されて金属水素化物を形成し、水素吸収完了後の金属水素化物が加熱されると、高圧水素ガスを放出する。各反応ベッドの動作モードは、内部の金属水素化物を直接に抽出して入れ替えるモードを使用してもよく、間接熱交換モードを使用してもよい。反応ベッド内の金属水素化物は希土類が主であるため、COVAPORユニット内の水素ガスが、熱伝導媒体循環管路６６を介して持ち込んだ熱によって加熱されて昇圧した後、膨張機６４に入って仕事をして、発電機６５を駆動して発電する。図７では、実線は低温熱流管路であり、点線はCOVAPORユニット内の水素ガス循環管路である。
【００３１】
本発明に係る水素化マグネシウムの加水分解を利用するエネルギーシステムの動作モードは、タンク本体内の散水管路３６によって水が噴入され、水が水素化マグネシウムと反応して水素および水酸化マグネシウムが生成されるとともに、大量の熱が発生する。水タンク１２の水が水ポンプ１３および流量計１４を通って水素化マグネシウムが充満された水素化マグネシウム貯蔵タンク１５に入り、タンク本体内の散水管路３６を通ってタンク内の水素化マグネシウムに散水し、水素化マグネシウムは水と反応して水酸化マグネシウムおよび水素ガスを生成するとともに、大量の熱が放出される。水素ガスは、水素ガス出力管路３を通って分子ふるいフィルター２に入り、水分や窒素などの他の保護ガスがろ過された後、水素ガス緩衝および温度調整タンク１に入れて貯蔵される。２つの分子ふるいフィルターが交替で稼働し、バルブによって交替操作が実現される。水素化マグネシウムと水の反応により放出された熱は、熱交換中間層３７内の熱伝導オイルに伝達される。熱が保存される熱伝導オイルは、熱伝導媒体出口１７を通って３つの経路に分岐し、１つ目は熱伝導オイル管路４を通ってCOVAPORユニット５に至り、COVAPORユニットを利用して電気を生成し、生成された電気が蓄電池に蓄えられ、２つ目は熱伝導オイル管路４を通って分子ふるいフィルター２の中間層に入り、分子ふるいフィルターの再生プロセスのための熱を提供する。再生温度は１０５℃であり、ろ過や再生によって得られた水が水タンク１２に入り、窒素保護ガスが排出される。３つ目は熱伝導オイル管路４を通って蓄電池６の保温カバーに入り、冬季、屋外の場合、蓄電池を加熱し、蓄電池が常に適切な温度におくようにする。水素ガス緩衝および温度調整タンクの中の純水素ガスは計量装置６９を通って水素燃料電池に至り、空気吸気口１０から入った空気は空気清浄機によって浄化されてから水素燃料電池に入る。水素燃料電池では、水素ガスと空気が反応して水を生成するとともに、電気エネルギーを生成し、生成された電気エネルギーが電源出力ケーブル８によって電気デバイスに入力されるか、もしくは電力ネットワークに統合され、また、適切なデバイスを介して蓄電池６に充電することもでき、蓄電池を利用して負荷のピークシェービングを実現でき、生成された水が排水口を通って水タンク１２に至り、マグネシウム貯蔵タンクの反応のために使用され、水素燃料電池プロセスにおいて生成された残留空気を含む排気ガスは、排気ガス出口および排気ガス浄化器４８を通って清浄ガス排気口７によって排出される。
【００３２】
水タンク１２には、外部に排出または外部から水を補充することが可能である給水および調整用ノズルが設けられており、排気ガス浄化器４８は、大気から持ち込まれた窒素酸化物およびオゾンを除去し、清浄ガス排気口７から排出されるガスが、窒素酸化物は標準立方メートルあたり５マイクログラム未満、オゾンは標準立方メートルあたり５０マイクログラム未満、一酸化炭素は標準立方メートルあたり１００マイクログラム未満、ＶＯＣは標準立方メートルあたり１００マイクログラム未満、粒子状物質は標準立方メートルあたり５０マイクログラム未満に達し、環境の大気から持ち込まれた汚染物質が効果的に除去されてより低い水準に下げ、空気浄化機能を実現する。熱が保存される熱伝導オイル媒体を窒素ガスなどの不活性媒体で置き換えてもよい。水素化マグネシウム貯蔵タンクの動作温度は１５０℃で、圧力は０．２  ＭＰａ以下である。水素ガス緩衝および温度調整タンク１から水素燃料電池に入る水素ガスの温度は８０℃で、圧力は０．１８  ＭＰａである。温度センサー３１、圧力センサー３５、水素ガス流量計６９、電力出力ケーブル８および蓄電池６からフィードバックされた信号により、５つの部分の制御の連動を実現し、データパケットを設定し、注入される水の量を制御することによってシステムを安定的に動作させ、要求を満たす水素ガスの流れを安定的に生成するとともに、過剰な水が水素化マグネシウム貯蔵タンクに入らないことを確保し、そして電力出力ケーブル８の電力需要を満たす。水素化マグネシウム貯蔵タンクには、主に金属マグネシウムである、水素含有量が充填された水素化マグネシウムの総重量の７．５％である水素貯蔵材料が充填されておる。水を加えた後に反応が完了した場合、充填された水素化マグネシウムの総重量の約１５％の水素ガスが生成され、そして大量の熱が放出され、水素化マグネシウム貯蔵タンク１５のジャケット内の熱伝導オイル熱伝導媒体はこの部分の熱を熱伝導媒体出口１７から導出する。図７では、余熱がCOVAPORユニットに入って余熱発電が実行され、水素反応ベッドユニットの熱伝導オイル熱交換媒体がCOVAPORユニットに流入する入口温度は１５０℃以下である。COVAPORユニット６７に生成される水素ガスの圧力は２０  ＭＰａであり、膨張機６４に入って仕事をして、発電機６５を駆動して発電し、生成された電気エネルギーが蓄電池６に貯蔵される。
【００３３】
水素化マグネシウム貯蔵タンク１５は、厳重に密封され、外部から完全に隔離された金属材料製のものである。水素化マグネシウム充填ガンは、暗証番号錠付きストップバルブを介して飽和水素化マグネシウムを水素化マグネシウム貯蔵タンクに充填し、同時に、暗証番号錠付きストップバルブが閉められ、内部システムが作動して水を加え、生成された水素ガスのすべてが放出された後、金属水素化マグネシウムは主に乾燥的な水酸化マグネシウムになり、この時に暗証番号錠付きストップバルブが開けられ、水酸化マグネシウムが充填ガンによって引き出され、そして飽和水素化マグネシウムが再び水素化マグネシウム貯蔵タンクに充填される。水素燃料電池は、プロトン膜燃料電池であり、動作温度は３０〜８０℃であり、ＤＣ電流を出力する。水素ガス放出量が水素ガス流量計６９を介してオンラインで計算され、水素化マグネシウム貯蔵タンク中に残された水素ガス放出量をリアルタイムで取得でき、各デバイス情報および各センサー信号は、統合制御のためにＥＣＵユニットに入力される。
【００３４】
冬の屋外の場合、塩化ナトリウムを水タンクに充填し、３％の不凍性塩化ナトリウム水溶液が水タンクに形成され、そしてろ過膜が水タンクの出口に設けられて、塩化ナトリウムは常に水タンク内に保持され、膜を通過した後の軟水は水素化マグネシウム貯蔵タンクに入り、冬の低温で水システムの凍結問題が防止される。水タンクと水素化マグネシウム貯蔵タンクの間の管路に過剰な水素ガスがある場合、水素がろ過膜を通過して水素化マグネシウム貯蔵タンクに入ることも保証できる。
【００３５】
空気清浄器１１は、水素燃料電池に流入する空気を効果的に浄化し、水素燃料電池のニーズを満たし、浄化された空気の粒子状物質が標準立方メートルあたり５００マイクログラム未満である。
【００３６】
実施例２
本発明のもう１つの実施形態は図４に示すように、システムは水素化マグネシウム入れ替え装置およびエネルギー放出ユニット４０が設けられ、水素化マグネシウム入れ替え装置は、分離タンク２０、水酸化マグネシウム貯蔵タンク２１、残留水素吸収ユニット２２、真空タンク２３、保護ガスコンプレッサー２５、高圧保護ガスタンク２６、水素化マグネシウム貯蔵タンク４５、供給器４６、抽出計量メーター７２、添加計量メーター７３、充填ガン駆動機構および充填ガン１９を含む。充填ガン１９は充填ガン駆動機構に接続され、図８および９に示すように、充填ガン駆動機構には、外側チューブ７６、内側チューブ７７、シールリング７８、ろ過ネット７９、およびロックフランジ８０が設けられる。外側チューブは保護ガス管路２７に接続され、内側チューブは抽出／添加共通管路７１に接続され、水素化マグネシウム貯蔵タンク１５の添加／抽出口１８に暗証番号錠付きストップバルブ３９が設けられ、充填ガンと添加／抽出口１８がロックフランジを介して密封的に接続される。高圧保護ガスタンクは２つであり、２つの高圧保護ガスタンクが交替で稼働し、高圧保護ガスタンクと真空タンクの間にバイパスが設けられる。エネルギー放出ユニットは、実施例１にある水素化マグネシウムの加水分解を利用するエネルギーシステムであり、２つの水素化マグネシウム貯蔵タンク１５、COVAPORユニット５、蓄電池６、水素ガス緩衝および温度調整タンク１、分子ふるいフィルター２、水素燃料電池９、空気吸気口１０、排気ガス浄化器４８、清浄ガス排気口７、水タンク１２、水ポンプ１３、流量計１４、および空気清浄器１１が含まれ、２つの水素化マグネシウム貯蔵タンクは外部に接続された管路の構成方式が同じであり、バルブによって切り替え、２つの水素化マグネシウム貯蔵タンクは交替で放電および材料入れ替えを行う。蓄電池はCOVAPORユニットの回路に接続され、水素化マグネシウム貯蔵タンク１５は２つであり、２つの水素化マグネシウム貯蔵タンクを交替で稼働する。充填ガンには、保護ガス入口と供給排出口が設けられ、供給排出口は抽出／添加共通管路７１および抽出管路２８を介して分離タンク２０に接続され、分離タンクの固体出口は抽出計量メーター７２を介して水酸化マグネシウム貯蔵タンクに接続され、抽出された水酸化マグネシウムを正確に計量する。分離タンクのガス出口は残留水素吸収ユニットを介して真空タンクに接続され、真空タンクは逆止弁２４および保護ガスコンプレッサーを介して高圧保護ガスタンクに接続される。高圧保護ガスタンクの出口は２つの経路に分かれ、１つ目は供給器４６に接続され、２つ目は保護ガス管路２７を介して充填ガンの保護ガス入口に接続される。水素化マグネシウム貯蔵タンクは、供給器、水素化マグネシウム計量メーター７３、添加管路２９および抽出／添加共通管路７１を介して充填ガンの供給排出口に接続され、充填された飽和水素化マグネシウムを正確に計量する。エネルギー放出ユニットの接続関係および稼働方式は、実施例１と同じである。システムは、重力輸送、機械輸送、気力輸送、真空輸送、液力輸送、電磁輸送などの方法またはそれらの組み合わせを採用してもよく、要するに、暗証番号錠を介してタンク本体を開け���水素化マグネシウム貯蔵タンク内の水酸化マグネシウムを送り出し、その後、水素化マグネシウムを充填し、タンク本体を閉じて密封することにより、水素化マグネシウム貯蔵タンク内の水酸化マグネシウムと水素化マグネシウムの材料入れ替えの任意方法が確実に実現される。
【００３７】
水素化マグネシウム貯蔵タンク内の水素化マグネシウムがすべて水酸化マグネシウムに転化した後、水素化マグネシウム貯蔵タンク内の材料を入れ替えることが必要となり、水酸化マグネシウムを排出し、飽和水素化マグネシウム原料を充填して水素ガスの放出プロセスを継続的に維持する。充填ガンは自在に伸縮して水素化マグネシウム貯蔵タンクに出入りでき、水素化マグネシウムの充填と水酸化マグネシウムの抽出を実現する。保護ガスは窒素、二酸化炭素、または他の不活性ガスであり、加圧運転が許され、超臨界状態の上記気体を使用することが排除されない。水素化マグネシウム入れ替え装置は充填ガン１９を介して材料入れ替えが必要とされる水素化マグネシウム貯蔵タンクの添加／抽出口１８に接続され、入れ替え作業が行われ、そのプロセスは以下のとおりである。（１）充填ガンを充填ポートに位置合わせ、添加／抽出口１８の暗証番号錠付きストップバルブ３９を開放し、コントロールセンターによって命令を送信して暗証番号錠を開け、充填ガンのロックフランジを充填ポートのフランジに合わせてロックする。（２）水素化マグネシウム貯蔵タンク内の水酸化マグネシウムは、気流運送の方式によって水素化マグネシウム貯蔵タンクから抽出され、抽出管路２８を通って分離タンク２０に至って気固分離を行い、分離された固体は水酸化マグネシウム貯蔵タンク２１に入り、分離された保護ガス（窒素）は、分離タンクの上部から残留水素吸収ユニット２２を通って真空タンク２３に至り、そして逆止弁２４と保護ガスコンプレッサー２５を通って高圧保護ガスタンク２６に至る。高圧保護ガスタンク２６における窒素は、抽出および充填のための気力輸送に必要な動力を供給する。水酸化マグネシウム貯蔵タンク２１中の水酸化マグネシウムは、再生ユニットに輸送され、水酸化マグネシウムを水素化マグネシウムに変換されてから使用に戻され、再生は、クリーンエネルギーのピークシェービング電力を使用して、金属マグネシウムの電解再生と水素化などの方法を利用できる。（３）気流運送により水素化マグネシウム貯蔵タンクに飽和水素化マグネシウムを充填し、水素化マグネシウム貯蔵タンク４５内の飽和水素化マグネシウムは、供給器４６および添加管路２９を介して充填ガンに至り、高圧保護ガスタンク２６内の窒素は、気力輸送の動力を供給して水素化マグネシウム貯蔵タンクに飽和水素化マグネシウム材料を充填する。（４）充填が完了したら、暗証番号錠付きストップバルブ３９を閉じ、充填ガンを引き抜き、稼働中の水素化マグネシウム貯蔵タンク１５中の水素化マグネシウムの水素ガス放出量に応じて２つの水素化マグネシウム貯蔵タンクの入れ替えタイミングを決定する。エネルギー放出ユニットの稼働プロセスは、実施例１と同じである。
【００３８】
実施例３
図５に示すように、本発明の第３の実施形態は、エネルギーシステムが自動車に搭載されて動作するものであり、自動車はエネルギー放出ユニットと、ハブモーター４１と、手動コントロールコンソール４２と、セントラルコントローラ４３と、モーター駆動ユニット４４と、を含み、エネルギー放出ユニットは水素化マグネシウム貯蔵タンク１５、COVAPORユニット５、水素ガス緩衝および温度調整タンク１、分子ふるいフィルター２、水素燃料電池９、空気吸気口１０、水タンク１２、水ポンプ１３、流量計１４、清浄ガス排気口７および空気清浄器１１を含む。蓄電池はCOVAPORユニットに回路接続され、水素化マグネシウム貯蔵タンク１５は１つである。水素化マグネシウム貯蔵タンクの熱伝導媒体出口１７の一つの経路は車両用エアコン９７を介して熱伝導媒体入口１６に接続される。水素燃料電池は電力出力ケーブル８を介してモーター駆動ユニットに回路接続され、COVAPORユニットはバッテリーに回路接続される。手動コントロールコンソールはセントラルコントローラを介してモーター駆動ユニットに回路接続され、ハブモーター４１はモーター駆動ユニットに回路接続される。エネルギーシステム付き自動車の動作プロセスは、エネルギー放出ユニット４０の水素燃料電池９によって生成された電気エネルギーおよびCOVAPORユニットによって生成された電力は、自動車の実際の動作状況に基づいてケーブルを介してモーター駆動ユニット４４または蓄電池６に輸送されて蓄電され、自動車はモーター駆動ユニットによって駆動されて走る。運転中制動または減速時に、ハブモーター４１が回収した電力は、補助電力として蓄電池に貯蔵される。
【００３９】
水素化マグネシウム貯蔵タンクの熱伝導媒体は窒素であり、熱伝導媒体出口の１つ目の経路はCOVAPORユニットに接続され、２つ目の経路は分子ふるいフィルターのジャケットの入口に接続され、３つ目の回路は蓄電池の保温カバーの入口に接続され、冬でも蓄電池は適切な温度で動作でき、４つ目の経路は車両用エアコンシステムに接続され、冬での暖房のために使用される。自動車は電気自動車であり、２つのエネルギー構造設計案に分かれ、１つは、蓄電池の電力が燃料電池の電力よりも大きい場合、蓄電池は主な動力源とし、燃料電池は補助動力源とし蓄電池の充電のために使用され、両方連携または蓄電池単独で自動車の始動および走行に消費するエネルギー消費を供給し、燃料電池のエネルギー放出ユニットを小型化でき、充電プラグを介して電気自動車またはハイブリッド車のバッテリーに充電してもよく、燃料電池のエネルギー放出ユニットを車外に移動してエネルギー放出ユニット内の燃料を入れ替えてもよい。どのような動作状況下でも、電気自動車またはハイブリッド車は普通充電が可能であり、極端な場合には急速充電が許可されるため、電気自動車またはハイブリッド車のバッテリーの重量と数が大幅に削減され、電気自動車またはハイブリッド車のバッテリー寿命が大幅に向上する。もう１つは、蓄電池の電力が燃料電池の電力よりも少ない場合、燃料電池は主な動力源であり、蓄電池は補助動力源であり、両方連携または主に燃料電池が自動車の走行のためのエネルギーを供給し、蓄電池は、自動車に始動と加速などのためのエネルギーを提供する。自動車の蓄電池の外部には保温カバーを備え、保温カバーの熱源は、水素化マグネシウム貯蔵タンクの加水分解プロセスで生成された熱である。
【００４０】
冬には、塩化カルシウムが水タンクに添加され、５％の不凍性塩化カルシウム水溶液が水タンク内に形成され、そしてイオン交換膜が水タンクの出口に設けられる。
【００４１】
実施例４
図６に示すように、本発明の第４の実施形態は、水素化マグネシウムエネルギーシステムの携帯電話における応用であって、携帯電話５７と外部充填装置５６を含む。携帯電話５７は水素燃料電池９と、携帯電話バッテリー９８と、超安全バッテリーボックス５２と、を含み、水素燃料電池には、空気吸気口１０、清浄ガス排気口７、および超安全バッテリーボックスポートモジュール５４が設けられ、水素燃料電池は超安全バッテリーボックスポートモジュール５４に接続される。超安全バッテリーボックスには水素ガス制御モジュール５１、水素化マグネシウムモジュール６３および水制御モジュール４９が設けられ、超安全バッテリーボックスポートモジュールは、水素ガスポート６０を介して水素ガス制御モジュール５１に接続され、水ポート６１を介して水制御モジュールに接続される。水制御モジュールには、水ジャック５０が設けられ、水素化マグネシウムモジュールには水素化物入れ替えジャック５５が設けられ、外部充填装置には給水プラグ５３と水素化物入れ替えプラグ６２が設けられ、水制御モジュールは水ジャック５０を介して給水プラグに接続され、水素化マグネシウムモジュールは水素化物入れ替えジャックを介して水素化物入れ替えプラグに接続される。外部充填装置５６には、自動位置決めクランプ装置５９、マイクロ水素化マグネシウム入れ替えシステム、給水／抽出システム、低熱水素ガス吸収装置、およびインテリジェント管理システムが設けられる。マイクロ水素化マグネシウム入れ替えシステムの構造と原理は、実施例１の図４に示されたとおりである。携帯電話には暗証番号錠が設けられ、対応するパスワードが給水プラグ５３および水素化物入れ替えプラグ６２に設定され、挿入プロセスにおいて、携帯電話は上記の２つのプラグにあるパスワードを識別し、パスワードが一致である場合、暗証番号錠が開けられ、水素化マグネシウムと水の入れ替え操作が行われる。水素燃料電池９と超安全バッテリーボックス５２は統合または分割されたタイプであってもよく、統合されて携帯電話に固定されてもよく、取り外し可能な部品として使用してもよい。
【００４２】
水素化マグネシウムのエネルギーシステムを搭載した携帯電話の動作原理は次のとおりである。水制御モジュール４９中の水は、水制御モジュールと水素化マグネシウムモジュールとの間の膜を通って水素化マグネシウムモジュール６３に入り、水が水素化マグネシウムと反応して水素ガスと水酸化マグネシウムを生成する。水素ガスは、水素ガスポート６０を通って水素燃料電池に入り、水素ガスは、水素化マグネシウムモジュールと水素ガス制御モジュールとの間の膜を通って水素ガス制御モジュール５１に入り、膜は一方向性であり、水素ガスは水素化マグネシウムモジュールから水素ガス制御モジュールに入ることだけが可能であり、膜の代わりに小型バルブを使用してもよく、小型バルブも逆止弁であり、水素燃料電池中の水素ガスは、空気吸気口１０から入った空気と反応して水を生成し、そして電気エネルギーを生成して携帯電話のためにに使用される。生成された水は水ポート６１を通って水制御モジュール４９に入る。水素化マグネシウムモジュール６３中の水素化マグネシウムが完全に水酸化マグネシウムに転化した後、携帯電話を外部充填装置５６に挿入することにより入れ替えを行う。入れ替えプロセスにおいて、まずは携帯電話を外部充填装置５６に挿入し、自動位置決めクランプ装置５９が自動的に携帯電話をクランプし、携帯電話はプラグに対して識別を行い、プラグとジャックのパスワードが一致する場合、携帯電話の暗証番号錠５８が識別を完了する。水酸化マグネシウムが完全に抽出されたときにのみ水素化マグネシウムを添加する。具体的な抽出添加プロセスは次のとおりである。まずは、水素化物入れ替えプラグ６２を介して水素化マグネシウムモジュール６３中における水酸化マグネシウムを外部充填装置に導出し、次に、水素化物入れ替えプラグ６２を介して水素化マグネシウムモジュール６３に飽和水素化マグネシウムを補充する。給水プラグ５３を介して水制御モジュール４９に水を補充し、または水制御モジュール４９における余分な水を抽出する。外部充填装置５６に設けられる低熱水素ガス吸収装置は、吸収プロセスにおいて水酸化マグネシウムに伴う微量の水素ガスを吸収する。定期的に営業サービス門店で、外部充填装置５６における水酸化マグネシウムを入れ替え、水酸化マグネシウムを排出し、そして飽和水素化マグネシウムを充填する。
【００４３】
冬には、塩化カルシウムが水制御モジュールに添加され、２％の凍結性塩化カルシウム水溶液が水制御モジュールに形成され、そして逆浸透膜が水制御モジュールの出口に設けられる。携帯電話にはバッテリーが設けられてもよく、携帯電話のバッテリーと燃料電池は並列接続であり、電力消費量に応じて、インテリジェントな制御により電力供給と需要を調整し、携帯電話の通常の使用が満足された場合、優先的に携帯電話のバッテリーに充電する。携帯電話のバッテリーは実際のニーズに応じて大きくても小さくてもよく、携帯電話のバッテリーは外部電力を使用して蓄電してもよい。携帯電話の外部充填装置５６のマイクロ水素化マグネシウム入れ替えシステムの構造と原理は、実施例２の水素化マグネシウム入れ替え装置と同じであり、各部品の構造を小型化することで作られ、水素化マグネシウムモジュール６３の通常の使用温度は一般的に５０℃以下で、待機時間は一般的に７日間である。
【００４４】
実施例５
COVAPORユニットは、ピストンエンジンやガスタービンなどの高温余熱回収にも使用でき、その構造が状況に応じて調整されて複合式COVAPORユニットになる。図１０に示すように、複合式COVAPORユニットには、１次熱交換器８１、２次熱交換器８２、３次熱交換器８３、４次熱交換器８４、５次熱交換器８５、圧縮膨張コンバインサイクル装置８７、１号水素反応ベッドユニット８９、２号水素反応ベッドユニット９０、３号水素反応ベッドユニット９１、熱伝導媒体循環入口管路９４、熱伝導媒体循環出口管路９５を含む。圧縮膨張コンバインサイクル装置には、作動媒体圧縮機８６、作動媒体膨張機８８、６号熱交換器９３および７号熱交換器１０２が設けられる。膨張機９２、作動媒体圧縮機８６および作動媒体膨張機８８は同軸接続される。熱伝導媒体循環入口管路９４は、１次熱交換器８１の熱媒体熱伝導媒体循環入口に接続され、１次熱交換器８１は、順に２次熱交換器８２、３次熱交換器８３、４次熱交換器８４、および５次熱交換器８５を介して熱伝導媒体循環出口管路９５に接続される。１次熱交換器８１は１号水素反応ベッドユニット８９に循環接続され、２号熱交換器８２は２号水素反応ベッドユニット９０に循環接続され、３号熱交換器８３は３号水素反応ベッドユニット９１に循環接続され、膨張機９２は４次熱交換器８４に循環接続され、５次熱交換器８５は６号熱交換器９３に循環接続され、６号熱交換器９３は７号熱交換器１０２に接続され、７号熱交換器１０２は外部環境または冷却水中へ放熱する。１号水素反応ベッドユニット８９、２号水素反応ベッドユニット９０、および３号水素反応ベッドユニット９１は、膨張機９２に循環接続され、膨張機９２は６号熱交換器９３に循環接続され、６号熱交換器９３は作動媒体圧縮機８６の入口に接続され、作動媒体膨張機８８の出口は６号熱交換器に接続される。１号水素反応ベッドユニットは２号水素反応ベッドユニットに循環接続され、２号水素反応ベッドユニットは３号水素反応ベッドユニットに循環接続され、３号水素反応ベッドユニットは６号熱交換器に循環接続される。すべての循環接続が熱伝導媒体熱流チューブである。各水素反応ベッドユニットは６つの水素反応ベッドであり、その構造と作動モードは実施例１のとおりである。
【００４５】
ピストン内燃機関またはガスタービンの６００℃の排気ガス余熱が発電に利用される。６００℃の排気ガス余熱は、熱伝導媒体熱流ラインを通じて、順に１号水素反応ベッドユニット８９、２号水素反応ベッドユニット９０、および３号水素反応ベッドユニット９１に接続され、余熱の高温の部分を利用して発電し、機械効率は排気ガスの余熱の約６０％に達する。そして圧縮膨張コンバインサイクル装置８７を介して、排気ガスの低温余熱部分を利用して継続的に仕事をして発電し、排気ガス中の３５℃以上分の熱がすべて利用され、機械効率が排気ガス余熱の約１５％に達することができる。３５℃以上分の低温余熱は３つの部分から生じられ、１つ目は、ピストン内燃機関またはガスタービンの全体および排気システムは十分に断熱されてすべての熱量を集めることであり、２つ目は、COVAPOR装置の水素反応ベッドユニットおよび膨張機の散熱であり、３つ目は、６０℃での３号水素反応ベッドユニットの水素吸収による放熱である。上記のCOVAPOR複合装置を使用すると、余熱を利用する機械効率は、排気ガス余熱の約７５％に達することができる。
【００４６】
複合式COVAPORユニットの作業プロセス以下とおりである。
まず、６００℃の排気ガスは１次熱交換器を通過して熱量を１号水素反応ベッドユニットに持ち込んでそれを加熱し、生成された５００℃、３５  ＭＰａの高温高圧水素ガスが膨張機９２に入って仕事をして、仕事をした後の３５０℃、２  ＭＰａの低圧水素ガスは、１号水素反応ベッドユニットに入り、水素吸収による放熱が行われる。
【００４７】
次に、１次熱交換器出口の５１０℃の排気ガスは、２次熱交換器を通過して２号水素反応ベッドユニットに熱量を持ち込んでそれを加熱し、同時に１号水素反応ベッドユニットにおける水素化により放出された熱量も収集されて２号水素反応ベッドユニットに輸送され、生成された３５０℃、３５  ＭＰａの高圧水素ガスが膨張機９２に入って仕事をして、仕事をした後の２００℃、２  ＭＰａの低圧水素ガスが２号水素反応ベッドユニットに入り、水素吸収および放熱が行われる。
【００４８】
そして、２次熱交換器出口の３５０℃の排気ガスは、３次熱交換器を通過して３号水素反応ベッドユニットに熱量を持ち込んでそれを加熱し、同時に２号水素反応ベッドユニットにおける水素化により放出された熱量も収集されて３号水素反応ベッドユニットに輸送され、生成された２００℃、３５  ＭＰａの高圧水素ガスが膨張機９２に入って仕事をして、仕事をした後の６０℃、２  ＭＰａの低圧水素ガスが３号水素反応ベッドユニットに入り、水素吸収による放熱が行われる。膨張機のブレードは３つのセットに分かれ、各セットのブレードは複数段であってもよく、各セットの入口と出口の圧力が同じで温度が異なり、各セットのブレードは多段タップで４次熱交換器８４との熱量入れ替えが許され、仕事をする効率を向上させる。
【００４９】
最後に、圧縮膨張コンバインサイクル装置８７を介して、３５℃以上分の低温余熱部分を利用して継続的に仕事をして発電し、排気ガス中の３５℃以上分の熱量をすべて利用する。３５℃以上分の低温余熱は３つの部分から生じられ、１つ目は、ピストン内燃機関またはガスタービンの全体および排気システムは十分に断熱されてすべての熱量を集めることであり、２つ目は、COVAPOR装置中の水素反応ベッドユニットおよび膨張機９２の散熱であり、３つ目は、６０℃での３号水素反応ベッドユニットの水素吸収による放熱である。６号熱交換器９３を介して、上記の３つの部分の熱を作動媒体に持ち込んで３５℃以上分まで加熱し、加熱された作動媒体は、作動媒体圧縮機８６によって２２０℃、２  ＭＰａに圧縮され、作動媒体圧縮機８６の動力は、膨張機９２により供給され、膨張機９２の全動力を利用して作動媒体圧縮機８６を駆動し、そして作動媒体膨張機８８を介して仕事をして、作動媒体膨張機８８の出口温度は３５℃で、圧力は０．１  ＭＰａになり、作動媒体は７号熱交換器１０２に入って外部環境または冷却水中へ放熱し、温度が２０℃以下に下がり、そして６号熱交換器９３に入り、サイクルで仕事をする。作動媒体は二酸化炭素またはその他の有機化合物である。作動媒体および周囲温度の異なりに応じて膨張機９２の動力の一部を利用して作動媒体圧縮機８６を駆動して動作することも選択でき、一定の温度以上の熱量のすべてを、仕事をするために使用されることが満たされればよく、膨張機９２の動力の他の部分がシャフトワークの形で出力される。
【００５０】
図１１に示すように、複合式COVAPORユニットはガスタービンと同軸で組み合わせ、ガスタービンの一部となり、ガスタービンの機械効率は約８５％に達し、複合式COVAPORユニットはピストンエンジンと同軸で組み合わせることもでき、あらゆる形式の余熱を利用でき、ガスタービンやピストンエンジンなどと非同軸で組み合わせることもできる。
【００５１】
実施例６
本発明の第６の実施形態は図１２に示すように、２つ目の複合式COVAPORユニットであって、水素反応ベッド１０３、１次熱交換器１０４、２次熱交換器１０５、最終熱交換器１０６、膨張機９２、圧縮膨張コンバインサイクル装置８７、６０℃の発電所廃蒸気管路および６０℃の熱水管路を含む。圧縮膨張コンバインサイクル装置には、作動媒体圧縮機８６、作動媒体膨張機８８、６号熱交換器９３および７号熱交換器１０２が設けられ、膨張機と作動媒体圧縮機と作動媒体膨張機が軸で接続される。６０℃の発電所廃蒸気管路は、１次熱交換器、２次熱交換器、最終熱交換器を順に通って６０℃の熱水管路に接続され、６０℃の熱水管路は発電所のボイラーに接続される。水素反応ベッドの水素ガス出口は膨張機の入口に接続され、膨張機の出口は水素反応ベッドの水素ガス入口に接続される。１次熱交換器は水素反応ベッドに循環接続され、２次熱交換器は膨張機の中央部に循環接続され、最終熱交換器は６号熱交換器に循環接続され、水素反応ベッドは６号熱交換器に循環接続され、６号熱交換器は作動媒体圧縮機の入口に接続され、作動媒体膨張機の出口は７号熱交換器に接続され、６号熱交換器は７号熱交換器に接続され、７号熱交換器１０２は外部環境または冷却水中へ放熱する。
【００５２】
COVAPORユニットは、例えば発電所の６０℃の廃蒸気凝縮熱のような低温余熱回収にも応用でき、その構造が状況に応じて調整されて複合式COVAPORユニットになる。図１２に示すように、発電所の６０℃の廃蒸気凝縮熱を利用して発電する。６０℃の廃蒸気凝縮熱は、１次熱交換器１０４の熱伝導媒体熱流チューブを介して水素反応ベッド１０３に接続され、その凝縮熱を利用して発電し、発電効率は約１５％に達し、凝縮された後の６０℃の熱水は発電所に戻して蒸気を生成する。そして圧縮膨張コンバインサイクル装置８７を介して、廃蒸気凝縮水の低温余熱部分を利用して継続的に仕事をして発電し、作動媒体中の３５℃以上分の熱がすべて利用され、利用効率は約３２％に達する。３５℃以上分の低温余熱は３つの部分から生じられ、１つ目は、廃蒸気凝縮熱発電システムの全体は十分に断熱されてすべての熱量を集めることであり、２つ目は、COVAPORユニットの水素反応ベッドユニットおよび膨張機の散熱であり、３つ目は、３５℃での水素反応ベッド１０３の水素吸収による放熱である。上記の複合式COVAPOR装置を使用すると、余熱を利用する効率は約４７％に達することができる。複合式COVAPORユニットの動作プロセスは次のとおりである。まず、発電所の６０℃の廃蒸気は１次熱交換器を通過して凝縮熱を水素反応ベッドに持ち込んで水素反応ベッドを加熱し、生成された６０℃、０．５  ＭＰａの圧力がかけされた水素ガスが膨張機９２に入って仕事をして、仕事をするプロセスにおける低温水素ガスが２次熱交換器１０５によって再び加熱されて仕事をする能力を向上させ、仕事をした後の３５℃、０．１  ＭＰａの低圧水素ガスは、水素反応ベッドに入り、水素吸収による放熱が行われる。続いて、圧縮膨張コンバインサイクル装置を介して、３５℃以上分の低温余熱部分を利用して継続的に仕事をして発電し、作動媒体中の３５℃以上分の熱量をすべて利用する。３５℃以上分の低温余熱は３つの部分から生じられ、１つ目は、廃蒸気余熱発電システムの全体は十分に断熱されてすべての熱量を集めることであり、２つ目は、COVAPOR装置の水素反応ベッドユニットおよび膨張機の散熱であり、３つ目は、３５℃での水素反応ベッド１０３の水素吸収による放熱である。作動媒体は二酸化炭素である。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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