(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素化マグネシウムの加水分解によって発生した水素を燃料電池に供給し、発電する発電装置であって、
前記水素化マグネシウムの加水分解に必要な水を貯える貯水容器と、
前記水素化マグネシウムを収容しており、前記貯水容器に貯えられた水及び前記水素化マグネシウムを反応させて水素を発生させるための反応容器と、
前記貯水容器に貯えられた水を前記反応容器に供給する給水路と、
前記貯水容器に貯えられた水及び前記反応容器を水の凝固点よりも高温に保つ保温手段と、
前記水素化マグネシウムを加熱する加熱手段と、
前記燃料電池の電力で充電され、前記保温手段及び前記加熱手段に給電する二次電池と、
該二次電池及び前記加熱手段の間に設けられた加熱スイッチと、
前記燃料電池及び前記二次電池夫々の電力を出力する出力部と、
前記水素化マグネシウムの加水分解によって発生した気相の水素を貯蔵する水素貯蔵容器と、
該水素貯蔵容器に貯蔵された水素を前記燃料電池に供給する水素供給管と、
前記燃料電池で生成した水を回収して前記貯水容器に環流させる環流路と、
待機状態で前記水素貯蔵容器内の圧力が第１圧力未満である場合、前記給水路を開放し、待機状態で前記第１圧力以上である場合、前記給水路を閉鎖し、給電要求があった場合、前記給水路を開放する給水弁と、
前記水素供給管に設けられており、待機状態で前記水素貯蔵容器内の圧力が第１圧力よりも高い第２圧力以上である場合、前記水素供給管を開放し、待機状態で前記第２圧力未満である場合、閉鎖し、給電要求があった場合、前記水素供給管を開放する水素供給弁と
を備え、
前記加熱スイッチは、待機状態で開状態、給電要求があった場合、閉状態になり、前記二次電池は、給電要求後、前記燃料電池から電力が出力され始めるまでの間に電力を出力するようにしてあることを特徴とする発電装置。
【請求項２】
水素化マグネシウムの加水分解によって発生した水素を燃料電池に供給し、発電する発電装置であって、
前記水素化マグネシウムの加水分解に必要な水を貯える貯水容器と、
前記水素化マグネシウムを収容しており、前記貯水容器に貯えられた水及び前記水素化マグネシウムを反応させて水素を発生させるための反応容器と、
前記貯水容器に貯えられた水を前記反応容器に供給する第１及び第２給水管と、
前記貯水容器に貯えられた水及び前記反応容器を水の凝固点よりも高温に保つ保温手段と、
前記水素化マグネシウムを加熱する加熱手段と、
前記燃料電池の電力で充電され、前記保温手段及び前記加熱手段に給電する二次電池と、
該二次電池及び前記加熱手段の間に設けられた加熱スイッチと、
前記燃料電池及び前記二次電池夫々の電力を出力する出力部と、
前記水素化マグネシウムの加水分解によって発生した気相の水素を貯蔵する水素貯蔵容器と、
該水素貯蔵容器に貯蔵された水素を前記燃料電池に供給する第１及び第２水素供給管と、
前記燃料電池で生成した水を回収して前記貯水容器に環流させる環流路と、
前記第１給水管に設けられており、前記水素貯蔵容器内の圧力が第１圧力未満である場合、前記第１給水管を開放し、前記第１圧力以上である場合、前記第１給水管を閉鎖する第１給水弁と、
前記第２給水管に設けられており、給電要求があった場合、前記第２給水管を開放し、給電を終えた場合、前記第２給水管を閉鎖する第２給水弁と、
前記第１水素供給管に設けられており、前記水素貯蔵容器内の圧力が第１圧力よりも高い第２圧力以上である場合、前記第１水素供給管を開放し、前記第２圧力未満である場合、閉鎖する第１水素供給弁と、
前記第２水素供給管に設けられており、給電要求があった場合、前記第２水素供給管を開放し、給電を終えた場合、閉鎖する第２水素供給弁と
を備え、
前記加熱スイッチは、待機状態で開状態、給電要求があった場合、閉状態になり、前記二次電池は、給電要求後、前記燃料電池から電力が出力され始めるまでの間に電力を出力するようにしてあることを特徴とする発電装置。
【請求項３】
前記水素貯蔵容器内で凝結した水を前記貯水容器に環流させる第２の環流路を備える
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の発電装置。
【請求項４】
前記燃料電池、前記貯水容器及び前記反応容器を収容する断熱性の収容体を備える
ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一つに記載の発電装置。
【請求項５】
前記水素化マグネシウムは、平均粒径が４５μｍ未満の粒状である
ことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一つに記載の発電装置。
【請求項６】
前記水素化マグネシウムは、
平均粒径が４５μｍ以上の水素化マグネシウム粗粒子を機械的に粉砕してなる
ことを特徴とする請求項５に記載の発電装置。
【請求項７】
前記反応容器中の前記水素化マグネシウムに音波を与える音波発生部を備える
ことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一つに記載の発電装置。
【請求項８】
前記音波の周波数は、前記水素化マグネシウムの共振周波数である
ことを特徴とする請求項７に記載の発電装置。
【請求項９】
前記音波の周波数は、２８ｋＨｚ又は１００ｋＨｚであり、
前記水素化マグネシウムの平均粒径は、１．８７μｍである
ことを特徴とする請求項７又は請求項８に記載の発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素化マグネシウムの加水分解によって発生した水素を燃料電池に供給し、発電する発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
環境エネルギー問題の解決手段として燃料電池が注目されている。燃料電池は、無尽蔵に存在する水素をエネルギー源としており、化石燃料を燃やすことで発生する温室効果ガス、環境汚染物質等を放出しないため、地球温暖化、環境汚染、化石燃料の枯渇といった問題を解決する手段として期待されている。
【０００３】
燃料電池のエネルギー源である水素の貯蔵方法としては、水素を例えば３５０気圧の高圧でボンベ内に貯蔵する高圧ボンベ方式、水素を−２５３℃以下の極低温で液化して貯蔵する液体水素方式、水素吸蔵合金に水素を吸蔵する吸蔵合金方式等が挙げられる。特に、吸蔵合金方式は、超高圧、極低温といった特殊状態で水素を貯蔵する必要がないため、取り扱いが容易で安全性が高く、しかも単位体積当たりの水素貯蔵量が高いという優れた特徴を有している。吸蔵合金方式を採用した発電装置及び発電方法の一例が特許文献１に開示されている。特許文献１に係る発電装置は、水素化ホウ素ナトリウムと固形のシュウ酸との混合粉末を貯蔵した貯蔵室を備えており、貯水容器に貯えられた水を貯蔵室に注入することによって水素ガスを発生させ、燃料電池に供給するように構成されている。また、発電によって燃料電池の空気極側に生成された水を回収して、貯水容器に環流するように構成されている。
【０００４】
一方、水素吸蔵合金を封入したボンベ内に水素を貯蔵するハイブリッド方式が開発されている。１．５ｋｇの水素を貯蔵する場合、高圧ボンベ方式では約６０Ｌのタンクに３５０気圧の高圧で貯蔵する必要があるのに対し、ハイブリッド方式では、４０．８Ｌのタンクに３５気圧の低圧で貯蔵することが可能である。
【特許文献１】特開２００６−２９８６７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、吸蔵合金方式は、高圧ボンベ方式、液体水素方式に比べ、単位重量当たりの水素貯蔵量が低いという問題があった。一般的な水素吸蔵合金の水素吸蔵率が合金質量の数パーセントと低いためである。例えば、水素吸蔵率が合金質量の２ｗｔ％である場合、吸蔵合金方式で１．５ｋｇの水素を貯蔵するためには７５ｋｇの水素吸蔵合金が必要になる。また、水素吸蔵合金を加水分解して水素を取り出すために必要な水を考慮し、水素吸蔵合金及び水を含む水素製造材単位重量当たりの水素吸蔵率を算出した場合、水素吸蔵率は更に低くなる。
なお、特許文献１に係る発電装置においては、燃料電池で生成した水を循環させる構成であるため、水素製造材単位重量当たりの水素吸蔵率を向上させることができるように思える。しかし、水素化ホウ素ナトリウム及びシュウ酸の混合固形物と、水とを反応させて水素を発生させているため、実用上、燃料電池で生成する水に不純物が混入する虞があり、効率的に純水を回収することができず、水素の発生及び発電に不具合が生ずるという問題がある。
【０００６】
一方、ハイブリッド方式においても、高圧ボンベ方式、液体水素方式に比べ、単位重量当たりの水素貯蔵量が低いという問題がある。ハイブリッド方式で１．５ｋｇの水素を貯蔵した場合の総重量は８８．６ｋｇに達し、単位重量当たりの水素貯蔵量は１．６ｗｔ％になる。
【０００７】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、単体で加水分解可能な水素化マグネシウムに、貯水容器の水を供給することによって高純度の水素を発生させ、更に燃料電池で生成した水を貯水容器に環流させることにより、水素吸蔵合金及び水を含む水素製造材単位重量当たりの水素吸蔵率を６．４５〜１５．３９ｗｔ％に向上させることができる発電装置を提供することを目的とする。
【０００８】
本発明の他の目的は、水素化マグネシウムの加水分解によって発生した水素を貯蔵する水素貯蔵容器を備え、該水素貯蔵容器に貯蔵された水素を燃料電池に供給するように構成することにより、瞬時に水素を燃料電池に供給し、発電を開始することができる発電装置を提供することにある。
【０００９】
本発明の他の目的は、貯水容器に貯えられた水及び前記反応容器を水の凝固点より高温に保つ保温手段と、水素化マグネシウムを加熱する加熱手段とを備えることにより、周囲温度に拘わらず発電に必要な液体の水を常備することができ、水素化マグネシウムの急速加熱によって加水分解を促進させ、即時に発電を開始することができる発電装置を提供することにある。
【００１０】
本発明の他の目的は、貯水容器に貯えられた水及び前記反応容器を水の凝固点より高温に保つ保温手段と、水素化マグネシウムを加熱する加熱手段とを備え、水素貯蔵容器内の圧力に応じて水素化マグネシウムの加熱温度を昇降させるように構成することにより、周囲温度に拘わらず発電に必要な液体の水を常備することができ、必要な電力に応じた水素化マグネシウムの急速加熱によって加水分解を促進させ、即時に発電を開始することができる発電装置を提供することにある。
【００１１】
本発明の他の目的は、水素貯蔵容器内で凝結した水を貯水容器に環流させるように構成することにより、水素吸蔵合金及び水を含む水素製造材単位重量当たりの水素吸蔵率を更に向上させることができる発電装置を提供することにある。
【００１２】
本発明の他の目的は、保温手段及び加熱手段に給電する二次電池を備え、燃料電池の電力で二次電池を充電するように構成することにより、加熱手段又は保温手段のエネルギー源を別途用意することなく、装置内部で水素化マグネシウム及び水の加熱及び保温を行うことができる発電装置を提供することにある。
【００１３】
本発明の他の目的は、燃料電池及び二次電池夫々の電力を出力する出力部を備えることにより、燃料電池の起動に先立って、安定した電力を瞬時に出力することができる発電装置を提供することにある。
【００１４】
本発明の他の目的は、常時又は間欠的に水素を燃料電池に供給するように構成することにより、常時、水素貯蔵容器に水素を、二次電池に電力を貯えておくことができ、発電の即時開始に備えることができる発電装置を提供することにある。
【００１５】
本発明の他の目的は、給水路及び水素供給管を夫々２系統で構成し、給水路の一の系統を通断する給水弁と、水素供給管の一の系統を開閉する水素供給弁とを備えることにより、必要に応じて給水弁及び水素供給弁を開放し、水素の発生及び水素の供給を速やかに開始させ、即時に発電することができる発電装置を提供することにある。
【００１６】
本発明の他の目的は、燃料電池、貯水容器及び反応容器を収容する断熱性の収容体を備えることにより、燃料電池で発生した廃熱、及び加水分解の反応熱を、貯水容器及び反応容器の保温、並びに反応容器の加熱に再利用することができる発電装置を提供することにある。
【００１７】
本発明の他の目的は、平均粒径４５μｍの水素化マグネシウムを用いることによって、触媒を利用すること無く、水素化マグネシウムと水との反応を活性化させて水素を発生させ、効果的に発電することができる発電装置を提供することにある。
【００１８】
本発明の他の目的は、水素化マグネシウムに音波を与える音波発生部を備えることにより、触媒を利用すること無く、水素化マグネシウムと水との反応を活性化させて水素を発生させ、効果的に発電することができる発電装置を提供することにある。
【００１９】
本発明の他の目的は、水素化マグネシウムの共振周波数を有する音波を発生するように構成することにより、触媒を利用すること無く、水素化マグネシウムと水との反応を更に活性化させて水素を発生させ、効果的に発電することができる発電装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明に係る発電装置は、水素化マグネシウムの加水分解によって発生した水素を燃料電池に供給し、発電する発電装置であって、前記水素化マグネシウムの加水分解に必要な水を貯える貯水容器と、前記水素化マグネシウムを収容しており、前記貯水容器に貯えられた水及び前記水素化マグネシウムを反応させて水素を発生させるための反応容器と、前記貯水容器に貯えられた水を前記反応容器に供給する給水路と、前記貯水容器に貯えられた水及び前記反応容器を水の凝固点よりも高温に保つ保温手段と、前記水素化マグネシウムを加熱する加熱手段と、前記燃料電池の電力で充電され、前記保温手段及び前記加熱手段に給電する二次電池と、該二次電池及び前記加熱手段の間に設けられた加熱スイッチと、前記燃料電池及び前記二次電池夫々の電力を出力する出力部と、前記水素化マグネシウムの加水分解によって発生した気相の水素を貯蔵する水素貯蔵容器と、該水素貯蔵容器に貯蔵された水素を前記燃料電池に供給する水素供給管と、前記燃料電池で生成した水を回収して前記貯水容器に環流させる環流路と、待機状態で前記水素貯蔵容器内の圧力が第１圧力未満である場合、前記給水路を開放し、待機状態で前記第１圧力以上である場合、前記給水路を閉鎖し、給電要求があった場合、前記給水路を開放する給水弁と、前記水素供給管に設けられており、待機状態で前記水素貯蔵容器内の圧力が第１圧力よりも高い第２圧力以上である場合、前記水素供給管を開放し、待機状態で前記第２圧力未満である場合、閉鎖し、給電要求があった場合、前記水素供給管を開放する水素供給弁とを備え、前記加熱スイッチは、待機状態で開状態、給電要求があった場合、閉状態になり、前記二次電池は、給電要求後、前記燃料電池から電力が出力され始めるまでの間に電力を出力するようにしてあることを特徴とする。
本発明に係る発電装置は、水素化マグネシウムの加水分解によって発生した水素を燃料電池に供給し、発電する発電装置であって、前記水素化マグネシウムの加水分解に必要な水を貯える貯水容器と、前記水素化マグネシウムを収容しており、前記貯水容器に貯えられた水及び前記水素化マグネシウムを反応させて水素を発生させるための反応容器と、前記貯水容器に貯えられた水を前記反応容器に供給する第１及び第２給水管と、前記貯水容器に貯えられた水及び前記反応容器を水の凝固点よりも高温に保つ保温手段と、前記水素化マグネシウムを加熱する加熱手段と、前記燃料電池の電力で充電され、前記保温手段及び前記加熱手段に給電する二次電池と、該二次電池及び前記加熱手段の間に設けられた加熱スイッチと、前記燃料電池及び前記二次電池夫々の電力を出力する出力部と、前記水素化マグネシウムの加水分解によって発生した気相の水素を貯蔵する水素貯蔵容器と、該水素貯蔵容器に貯蔵された水素を前記燃料電池に供給する第１及び第２水素供給管と、前記燃料電池で生成した水を回収して前記貯水容器に環流させる環流路と、前記第１給水管に設けられており、前記水素貯蔵容器内の圧力が第１圧力未満である場合、前記第１給水管を開放し、前記第１圧力以上である場合、前記第１給水管を閉鎖する第１給水弁と、前記第２給水管に設けられており、給電要求があった場合、前記第２給水管を開放し、給電を終えた場合、前記第２給水管を閉鎖する第２給水弁と、前記第１水素供給管に設けられており、前記水素貯蔵容器内の圧力が第１圧力よりも高い第２圧力以上である場合、前記第１水素供給管を開放し、前記第２圧力未満である場合、閉鎖する第１水素供給弁と、前記第２水素供給管に設けられており、給電要求があった場合、前記第２水素供給管を開放し、給電を終えた場合、閉鎖する第２水素供給弁とを備え、前記加熱スイッチは、待機状態で開状態、給電要求があった場合、閉状態になり、前記二次電池は、給電要求後、前記燃料電池から電力が出力され始めるまでの間に電力を出力するようにしてあることを特徴とする。
【００２５】
本発明に係る発電装置は、前記水素貯蔵容器内で凝結した水を前記貯水容器に環流させる第２の環流路を備えることを特徴とする。
【００３０】
本発明に係る発電装置は、前記燃料電池、前記貯水容器及び前記反応容器を収容する断熱性の収容体を備えることを特徴とする。
【００３１】
本発明に係る発電装置は、前記水素化マグネシウムは、平均粒径が４５μｍ未満の粒状であることを特徴とする。
【００３２】
本発明に係る発電装置は、前記水素化マグネシウムは、平均粒径が４５μｍ以上の水素化マグネシウム粗粒子を機械的に粉砕してなることを特徴とする。
【００３３】
本発明に係る発電装置は、前記反応容器中の前記水素化マグネシウムに音波を与える音波発生部を備えることを特徴とする。
【００３４】
本発明に係る発電装置は、前記音波の周波数は、前記水素化マグネシウムの共振周波数であることを特徴とする。
【００３５】
本発明に係る発電装置は、前記音波の周波数は、２８ｋＨｚ又は１００ｋＨｚであり、前記水素化マグネシウムの平均粒径は、１．８７μｍであることを特徴とする。
【００３８】
本発明にあっては、貯水容器から反応容器に供給された水（Ｈ2 Ｏ）と、水素化マグネシウム（ＭｇＨ2 ）とが反応し、水素（Ｈ2 ）が発生する。反応容器で発生した水素は水素供給管を通じて燃料電池に供給される。燃料電池は反応容器から供給された水素と酸素とを反応させることによって発電し、水を生成する。燃料電池で生成した水は回収され、環流路を通じて貯水容器に環流する。
反応容器における加水分解反応は、下記化学式（１）で表され、燃料電池における化学反応は下記化学式（２）で表される。
ＭｇＨ2 ＋２Ｈ2 Ｏ→Ｍｇ（ＯＨ）2  ＋２Ｈ2 …（１）
２Ｈ2 ＋Ｏ2 →２Ｈ2 Ｏ…（２）
化学式（１）、（２）から分かるように、水素の発生に必要な水は、燃料電池で生成される水ですべて賄うことができる。従って、水素製造材単位重量当たりの実質的な水素吸蔵率は、マグネシウム（Ｍｇ）及び水素（Ｈ）の原子量が夫々２４及び１であるため、４／２６＝１５．３９ｗｔ％に達する。
但し、水の環流を開始させるためには所定量の水が必要であるところ、水が全く環流しない場合であっても、水素製造材単位重量当たりの水素吸蔵率は４／（２６＋３６）＝６．４５ｗｔ％に達する。
よって、水の環流を開始させる水を考慮に入れたとしても、水素製造材単位重量当たりの水素吸蔵率は６．４５〜１５．３９ｗｔ％に達する。
また、水素化マグネシウム単体の加水分解によって発生した高純度の水素を燃料電池に供給するため、燃料電池から回収される水に不純物が混入する虞はなく、高純度の水を簡易かつ効率的に回収し、循環させることができる。
なお、第１発明に係る発電装置は、定置式及び移動式を含み、移動体に搭載されるものも含む。定置式としては、例えば屋外に定置される家庭用燃料電池システム、ホテル、病院、工場等の建築物に定置される燃料電池システムが挙げられる。移動式としては、例えばレジャー用、野外コンサート用等の持ち運び可能な携帯用電源が挙げられる。また、第１発明に係る発電装置を、自動車、フォークリフト車、カート、空港作業車、船舶、携帯電話、ノートパソコン等の移動体に搭載しても良い。
【００３９】
また、水素化マグネシウムの加水分解によって発生した水素を水素貯蔵容器に貯蔵しておき、必要に応じて水素貯蔵容器から水素を燃料電池に供給する。従って、瞬時に水素を燃料電池に供給することができ、水素化マグネシウムの加水分解が開始されるまでの間、水素貯蔵容器に貯蔵された水素を用いて発電することができる。
【００４０】
更に、保温手段は、貯水容器内の水及び反応容器を水の凝固点より高温に保温しているため、周囲温度に拘わらず水素化マグネシウムの加水分解に必要な液体の水を常備することができ、反応容器に瞬時に供給することができる。また、加熱手段は、水素化マグネシウムを加熱することができるため、必要に応じて水素化マグネシウムの加水分解を促進させることができ、室温で加水分解反応させる場合に比べて、急速に水素を発生させることができる。従って、水素を速やかに燃料電池に供給し、発電を開始することができる。
なお、凝固点は気圧によって変動するため、発電装置を使用する環境に応じて保温温度を設定する。
更にまた、二次電池が保温手段及び加熱手段に給電し、二次電池は燃料電池の電力を用いて充電される。従って、水素化マグネシウム及び水の加熱及び保温に必要なエネルギーは装置内部で賄われる。
更にまた、出力部は、燃料電池及び二次電池夫々の電力を出力する。燃料電池の起動には時間を要するが、燃料電池の起動に先立って、二次電池が電力を出力することができる。従って、瞬時に電力の出力を開始することができる。また、燃料電池の出力が低下又は不安定化した場合、二次電池が電力を出力するため、電力の出力を安定化させることができる。
更にまた、水素貯蔵容器から燃料電池に水素が供給され、水素貯蔵容器内の圧力が第１圧力未満に降下した場合、給水弁が開放し、貯水容器の水が反応容器に供給される。反応容器に水が供給された場合、水素化マグネシウムが加水分解して水素が発生し、水素貯蔵容器に水素が貯蔵される。水素貯蔵容器内の圧力が第２圧力以上に上昇した場合、水素供給弁が開放し、水素貯蔵容器から燃料電池に水素が供給され、燃料電池は発電する。また、二次電池を備えている場合、燃料電池で発電した電力は二次電池に貯えられる。
従って、水素貯蔵容器には第１圧力以上、第２圧力未満の水素が常時貯蔵される。また、二次電池にも電力が貯えられる。瞬時に供給可能な水素又は電力を貯えておくことにより、発電を即時に開始することが可能になる。
【００４２】
本発明にあっては、加水分解反応（発熱反応）時に水が蒸気となり、該水蒸気が水素に随伴するところ、水素貯蔵容器内で凝結した水は第２の環流路を通じて貯水容器に環流する。従って、外部に排出され、又は水素貯蔵容器内に滞留する虞がある水も回収することができ、水素製造材単位重量当たりの水素吸蔵率を更に向上させることができる。
【００４６】
本発明にあっては、水素貯蔵容器内の圧力に拘わらず、第２の給水弁及び第２の水素供給弁を開放させることによって、水素を燃料電池に供給し、加水分解に必要な水を反応容器に供給することができる。従って、第２の給水弁及び水素供給弁を開放することによって、水素の発生及び供給を瞬時に開始し、燃料電池を起動させることができる。
【００４７】
本発明にあっては、断熱性の収容体が燃料電池、貯水容器及び反応容器を収容している。従って、燃料電池で発生した廃熱、及び加水分解の反応熱を、貯水容器及び反応容器の保温、加熱に再利用することができる。
【００４８】
本発明にあっては、平均粒径４５μｍ未満の粒状の水素化マグネシウムと、水とを反応させて水素を発生させる。従って、平均粒径４５μｍ以上の水素化マグネシウムを用いた従来の発電装置に比べ、水素化マグネシウムと、水との反応が活性化する。なお、平均粒径４５μｍ未満の水素化マグネシウムは、所定の方法で製造された平均粒径４５μｍ以上の水素化マグネシウム粗粒子を機械的に粉砕することによって得られる。
【００４９】
本発明にあっては、音波発生部は、反応容器中の水素化マグネシウムに音波を与える。音波は、超音波を含む広義の音波を意味する。水素化マグネシウムと、水とが反応し、水素が発生した場合、気体の水素は、水素化マグネシウムの粒子に付着し、加水分解反応を阻害する。ところが、水素化マグネシウムを音波で振動させることによって、水素を速やかに離脱させることが可能になる。
従って、水素化マグネシウムと、水との反応が活性化する。
【００５０】
本発明にあっては、音波発生装置が発する音波の周波数は、水素化マグネシウムの共振周波数であるため、水素化マグネシウムは非共振状態に比べて、大きく振動し、水素ガスを速やかに離脱させることが可能になる。
従って、水素化マグネシウムと、水との反応がより効果的に活性化する。
【発明の効果】
【００５２】
本発明によれば、水素吸蔵合金及び水を含む水素製造材単位重量当たりの水素吸蔵率が６．４５〜１５．３９に達し、発電装置を小型、軽量化することができる。例えば、１．５ｋｇの水素を供給可能な水素製造材の容積を２７．３〜４０．８Ｌ、総重量を９．７５〜２３．３ｋｇに小型、軽量化することができる。
【００５３】
また、加水分解反応の開始を待って水素を燃料電池に供給する場合に比べ、瞬時に水素を燃料電池に供給し、発電を開始することができる。
【００５４】
更に、周囲温度に拘わらず発電に必要な液体の水を常備することができ、水素化マグネシウムの急速加熱によって加水分解を促進させ、即時に発電を開始することができる。
更にまた、発電を速やかに開始させるための加熱手段又は保温手段のエネルギー源を別途用意することなく、装置内部で水素化マグネシウム及び水の加熱及び保温を行うことができる。
更にまた、電力の供給を開始する際、燃料電池の起動に先立って、二次電池から安定した電力を瞬時に出力することができる。
更にまた、常時、水素貯蔵容器に水素を貯え、発電の即時開始に備えることができる。また、二次電池に電力を貯えておくことができ、発電の即時開始に備えることができる。
【００５６】
本発明によれば、水素吸蔵合金及び水を含む水素製造材単位重量当たりの水素吸蔵率を更に向上させることができる。
【００６０】
本発明によれば、水素貯蔵容器内の圧力に拘わらず、第２の給水弁及び水素供給弁を開放することによって、水素の発生及び水素の供給を速やかに開始させ、即時に発電することができる。
【００６１】
本発明によれば、燃料電池で発生した廃熱、及び加水分解の反応熱を、貯水容器及び反応容器の保温、並びに反応容器の加熱に再利用することができ、エネルギーを無駄なく利用することができる。
【００６２】
本発明によれば、触媒を利用すること無く、水素化マグネシウムと水との反応を活性化させて水素を発生させ、効果的に発電することができる。
【００６３】
本発明によれば、水素化マグネシウムに音波を与えることによって、触媒を利用すること無く、水素化マグネシウムと水との反応を活性化させて水素を発生させ、効果的に発電することができる。
【００６４】
本発明によれば、水素化マグネシウムを音波によって共振させることによって、触媒を利用すること無く、水素化マグネシウムと水との反応を更に活性化させて水素を発生させ、効果的に発電することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６６】
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。
図１は、本発明の実施の形態に係る発電装置を模式的に示すブロック図である。図中１は断熱性の収容体であり、収容体１は、燃料電池７と、発電に必要な水素を発生させるための反応容器４及び貯水容器２とを収容している。
【００６７】
貯水容器２は、例えば円筒状の金属製又は樹脂製であり、水素の発生に必要な水を貯えている。貯水容器２の底部には第１及び第２給水管３１、３２（給水路）を介して反応容器４が接続されており、貯水容器２に貯えられた水が第１及び第２給水管３１、３２を通じて反応容器４に供給されるように構成されている。第１給水管３１の貯水容器２側及び反応容器４側には夫々第１給水弁３１ａ、３１ａが設けられている。第１給水弁３１ａ、３１ａは、反応容器４側の内圧が２気圧（第１圧力）以上に上昇した場合、閉鎖し、２気圧未満に降下した場合、開放して定量の水を反応容器４に供給する。なお、第１給水弁３１ａ、３１ａを２個設けているのは、水素の逆流を防止し、水の流量制御性を向上させるといった理由による。第２給水管３２は、第１給水管３１に比べて大径であり、第２給水管３２の貯水容器２側及び反応容器４側には、反応容器４側の内圧に拘わらず開閉することができる第２給水弁３２ａ、３２ａが夫々設けられている。第２給水弁３２ａ、３２ａは、例えば電磁弁であり、第２給水弁３２ａ、３２ａの開閉は制御部１４にて制御されている。第２給水弁３２ａ、３２ａを２個設けている理由は、第１給水弁３１ａ、３１ａと同様である。
なお、反応容器４に水を供給するための水圧が不足する場合、例えば加圧ポンプのような加圧手段を適宜箇所に備えれば良い。また、第１圧力の値は、一例であり、法規制を満たす圧力、例えば１０気圧未満であれば、他の圧力で第１給水弁３１ａ、３１ａが開閉するように構成しても良い。勿論、保安検査を受け、承認を得ることができれば、１０気圧以上の圧力で開閉するように構成しても良い。
【００６８】
制御部１４は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力ポート等を備えたマイクロコンピュータであり、第２給水弁３２ａ、３２ａ、その他の各種構成部の動作を制御している。また、制御部１４は、外部機器から入力部１５を介して入力された給電要求を取得し、給電要求に応じて後述の発電に関する処理を行う。
また、制御部１４には水素検出部１８及び警報部１９が接続されている。制御部１４は、水素検出部１８が水素を検出したか否かを判定し、水素検出部１８が水素を検出した場合、第１給水弁３１ａ、３１ａ及び第２給水弁３２ａ、３２ａを強制的に閉鎖し、警報部１９に警報を出力させる。このように、水素検出部１８及び警報部１９を備えることにより、水素漏れを最小限に抑えることができ、発電装置の安全性を向上させることができる。
なお、第１及び第２給水管３１、３２に、水素漏れ防止用の図示しない給水弁を別途設け、水素検出部１８が水素を検出した場合、該給水弁を閉鎖するように構成しても良い。
【００６９】
反応容器４は、水素を吸蔵した水素化マグネシウムを適宜箇所に収容している。第１給水弁３１ａ、３１ａ又は第２給水弁３２ａ、３２ａが開放して貯水容器２の水が反応容器４に供給された場合、供給された水と、収容された水素化マグネシウムとが反応して水素が発生する。水素化マグネシウムと水との反応は、上述の化学式（１）で表される加水分解反応であり、水素化マグネシウムの温度が高い程、その反応速度は速い。例えば、水素化マグネシウムの温度が１５℃の場合、加水分解反応は徐々に進行し、常時微量の水素が発生する。水素化マグネシウムの温度が１１０℃以上の場合、加水分解反応は瞬時に完了するため、貯水容器２から供給された水の量に応じた水素が瞬時に発生する。
【００７０】
反応容器４の上部には、反応容器４と連通するように水素貯蔵容器５が設けられ、水素貯蔵容器５には第１及び第２水素供給管６１、６２を介して燃料電池７が接続されている。水素貯蔵容器５は、反応容器４で発生した水素を２気圧以上、７気圧（第２圧力）未満で貯蔵し、貯蔵した水素を必要に応じて第１及び第２水素供給管６１、６２を通じて燃料電池７に供給する。水素貯蔵容器５の出側には硫黄Ｓ、一酸化炭素ＣＯ、メタンガスＣＨ4 等の不純物を除去するフィルタ５ｂが設けられ、不純物が除去された高純度の水素が燃料電池７に供給される。また、第１及び第２水素供給管６１、６２の途中には、燃料電池７が破損しないよう、水素の圧力を減圧する図示しない減圧弁が介装されている。水素貯蔵容器５は、少なくとも後述の給電開始時に必要な水素を貯蔵することが可能な水素貯蔵容量を有している。
なお、水素貯蔵容器５内に水素吸蔵合金を封入し、水素貯蔵容器５の水素貯蔵量を向上させるように構成しても良い。また、第２圧力の値は、一例であり、法規制を満たす圧力、例えば１０気圧未満であれば、他の圧力であっても良い。勿論、上述の承認を得ることができれば、１０気圧以上の圧力であっても良い。
【００７１】
また、水素貯蔵容器５の底部には、水素貯蔵容器５内で凝結した水を回収する水回収部８１が設けられている。水回収部８１は、例えば水素貯蔵容器５の底部に形成された凹部であり、水回収部８１と貯水容器２とは環流管９１で接続されており、水回収部８１で回収された水が環流管９１を通じて貯水容器２に環流するように構成されている。環流管９１の途中には、貯水容器２から水素貯蔵容器５に水が逆流することを防止する逆流防止手段、例えば逆流防止弁が設けられている。加水分解反応は発熱反応であるため、加水分解時に水が蒸気になり、該水蒸気が水素に随伴して水素貯蔵容器５に侵入する虞があるが、水素貯蔵容器５内に侵入して凝結した水は水回収部８１及び環流管９１を通じて貯水容器２に戻すことができる。
なお、水回収部８１で回収した水を反応容器４に戻すように構成しても良い。また、水回収部８１で回収した水を反応容器４又は貯水容器２のいずれかに選択的に戻すように構成しても良い。例えば、発電中は、加水分解用の水が必要であるため、水回収部８１で回収した水を反応容器４に戻し、発電していない場合、水回収部８１で回収した水を貯水容器２に戻すように構成すれば良い。
【００７２】
更に、水素貯蔵容器５の適宜箇所には水素貯蔵容器５内の圧力を検出する圧検出部５ａが配設されており、圧検出部５ａは検出した圧力を示す信号を制御部１４に与えるように構成されている。
【００７３】
第１及び第２水素供給管６１、６２の水素貯蔵容器５側には、第１及び第２水素供給弁６１ａ、６２ａが夫々設けられている。第１水素供給弁６１ａは、水素貯蔵容器５内の圧力が７気圧未満である場合、閉鎖し、水素貯蔵容器５内の圧力が７気圧以上である場合、開放し、水素を燃料電池７に供給する。第２水素供給弁６２ａは、水素貯蔵容器５の圧力に拘わらず開閉することができる電磁弁であり、第２水素供給弁６２ａの開閉は制御部１４にて制御されている。
【００７４】
燃料電池７は、例えば低温で動作可能な固体高分子燃料電池（ＰＥＦＣ）である。燃料電池７は、水素貯蔵容器５から供給された水素と、収容体１の適宜箇所に配設されている空気供給部１６から供給された空気中の酸素とに基づいて電気エネルギーを取り出す複数の単セルを備えている。単セルの積層方向両端には、各単セルで発電した電力を集電する矩形平板状の正極集電部７ａ及び負極集電部７ｂが設けられている。
【００７５】
図２は、単セルの一例を示す模式的分解斜視図である。単セルは、矩形平板状の電解質７１と、該電解質７１の両面に圧着された空気極７２ａ及び燃料極７２ｂと、空気極７２ａ及び燃料極７２ｂを更に外側から挟み、単セル間を仕切るセパレータ７３とを備えている。なお、電解質７１と、空気極７２ａ及び燃料極７２ｂとの接合体は、膜／電極接合体（ＭＥＡ：Ｍｅｍｂｒａｎｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ）と呼ばれている。
【００７６】
電解質７１は、例えばパーフルオロカーボンスルホン酸樹脂のようなフッ素系イオン交換膜であり、空気極７２ａ及び燃料極７２ｂに夫々供給された空気中の酸素及び水素が直接反応することを防ぎ、イオンのみを透過させる機能を有している。
【００７７】
燃料極７２ｂは、電解質７１より幅狭の矩形平板状であり、水素貯蔵容器５から供給された水素を常温でイオン化する触媒層、該触媒層を支持するカーボンシート等を有している。燃料極７２ｂでイオン化した水素イオンは、電解質７１中を燃料極７２ｂ側から空気極７２ａ側へ移動する。一方、イオン化にて生成した電子は燃料極７２ｂから図示しない外部負荷を流れ、空気極７２ａに移動することで電力を供給する。
【００７８】
空気極７２ａは、燃料極７２ｂと同様、空気供給部１６から供給された酸素を活性化させるための触媒層、カーボンシート等を有しており、空気極７２ａに供給された酸素は、空気極７２ａに移動した電子によってイオン化し、イオン化した酸素イオンと、電解質７１中を移動して空気極７２ａに到達した水素イオンとが反応し、水が生成する。
【００７９】
図３は、空気極７２ａに対向する面を正面側にしたセパレータ７３の模式的正面図である。セパレータ７３は、縦横寸法が電解質７１と略同一の矩形状カーボン板からなり、隣接する単セル間で水素及び空気を分離すると共に、単セル間を電気的に接続する機能を有している。セパレータ７３の一の頂点部分には空気が流入する空気流入口７３ａが形成され、該頂点部分と対角をなす他の頂点部分には空気及び水を排出する空気排出口７３ｃが形成されている。また、残りの頂点部分にも同様にして、水素が流入する水素流入口７３ｄ、燃料極７２ｂを通流した排ガスを排出するガス出口７３ｅが形成されている。
セパレータ７３の空気極７２ａ側には、図３中、破線矢印で示すように、空気が空気極７２ａ表面全体を通流すると共に、発電で生成した水を排出するための並行溝７３ｂが形成されている。なお、並行溝７３ｂは、発電で生成した水を効率的に排出できるよう、長手方向が鉛直方向になるように形成されている。空気極７２ａ側と同様、セパレータ７３の燃料極７２ｂ側には、水素流入口７３ｄから流入した水素が燃料極７２ｂ表面全体を通流するように、並行溝が形成されている。
【００８０】
燃料電池７の近傍には、燃料電池７で生成した水を回収する水回収器８２が設けられている。水回収器８２は、例えば燃料電池７の鉛直下方に設置された回収トレイを備えている。水回収器８２及び貯水容器２は環流管９２（環流路）で接続されており、水回収器８２で回収された水は、環流管９２を通じて貯水容器２に循環するように構成されている。また、水回収器８２には、空気極７２ａ及び燃料極７２ｂを通流し終えた排ガスを排気部１７から収容体１外に排気する排気部１７が接続されている。
なお、水の回収率を向上させるべく、燃料電池７の空気排出口７３ｃから排気された空気を冷却し、該空気中の水を凝縮させるように構成しても良い。また、燃料電池７の単セルに図示しない水冷溝を設け、空気極７２ａで生成した水を凝縮させて回収するように構成しても良い。更に、貯水容器２に貯えられた水を用いて、燃料電池７を水冷するように構成しても良い。更にまた、燃料電池７の空気極７２ａのみならず燃料極７２ｂ側を通流するガスから水を回収するように構成しても良い。
【００８１】
燃料電池７の正極集電部７ａ及び負極集電部７ｂは、図１に示すように収容体１の適宜箇所に設けられた正極出力部１３ａ及び負極出力部１３ｂ（出力部）に導線を介して接続されている。また、正極集電部７ａ及び負極集電部７ｂにはニッケル水素電池、リチウムイオン電池のような二次電池１２の正極１２ａ及び負極１２ｂが夫々接続されている。このため、二次電池１２及び燃料電池７夫々の電力を出力することができ、燃料電池の電力出力を補助することができる。また、燃料電池７の電力で二次電池１２を充電することができる。
【００８２】
また、二次電池１２の正極１２ａ及び負極１２ｂには、貯水容器２及び反応容器４内の水が凍結することを防止する保温コイル１０、及び水素化マグネシウムの加水分解反応を促進させるための加熱コイル１１が接続されている。図１における白抜矢印は、保温コイル１０及び加熱コイル１１からの熱の流れを示している。
【００８３】
保温コイル１０は、貯水容器２の下方に配されており、貯水容器２に貯えられた水を凝固点以上の温度、例えば１５℃以上に保温している。保温コイル１０には、保温コイル１０からの電力を通断する温度スイッチ１０ａが設けられている。温度スイッチ１０ａは、例えばバイメタル方式であり、周囲温度が所定温度、例えば１５℃未満になった場合、入状態になり、所定温度以上になった場合、切状態になる。なお、温度スイッチ１０ａの開閉は制御部１４が制御するように構成しても良い。
【００８４】
加熱コイル１１は、例えば高周波誘導コイルであり、水素化マグネシウムを６０〜１１０℃以上に加熱することによって、水素化マグネシウムの加水分解を促進し、水素の発生及び供給を瞬時に行わせる。加熱コイル１１には、加熱スイッチ１１ａ、１１ａが設けられており、加熱スイッチ１１ａ、１１ａの開閉は、制御部１４によって制御されている。制御部１４は、電力が必要な場合、閉状態、電力が不要な場合、開状態になるように加熱スイッチ１１ａ、１１ａの開閉を制御する。また、制御部１４は、電力を出力する際、圧検出部５ａの検出結果に基づいて、水素化マグネシウムの加熱温度を例えば６０〜１１０℃超の範囲で昇降させる。具体的には、水素貯蔵容器５内の圧力が高い場合、加熱温度を降下させ、水素貯蔵容器５内の圧力が低い場合、加熱温度を上昇させる。なお、加熱温度は、必ずしも正確に制御する必要はなく、単純に水素貯蔵容器５内の圧力が高／低である場合、加熱コイル１１の発熱量が大／小になるように発熱量を制御すれば良い。
また、加熱温度を昇降させず、単純に水素化マグネシウムを１１０℃以上に加熱するように構成しても良い。１１０℃以上の場合、水素化マグネシウムと、反応容器４に供給された水とが瞬時に反応し、水の供給量に応じた多量の水素が発生する。なお、加熱温度は、必要な電力、つまり必要な水素量に応じて６０〜１１０℃の範囲で適宜選択すれば良い。反応速度及び経済性を考慮した場合、１００℃が好適である。また、水蒸気の発生を抑えるべく１００℃未満の９０℃又は６０℃に加熱するようにしても良い。
更に、制御部１４が、電力を出力する際、圧検出部５ａの検出結果に基づいて、第２給水弁３２ａ、３２ａの開度を調整して、給水量を増減させるように構成しても良い。例えば、加熱コイル１１の発熱量を増大させると共に、水素貯蔵容器５内の圧力が高い場合、給水量を減少させ、水素貯蔵容器５内の圧力が低い場合、給水量を増加させると良い。
【００８５】
次に、発電装置の作用を説明する。発電装置の動作状態は、大きく３つの状態に分けられる。電力を出力しない待機状態、電力の出力を開始する発電開始状態、電力を出力している発電状態の３状態である。
【００８６】
図４は、待機状態の動作を概念的に示す説明図である。まず、図４（ａ）に示すように、水素貯蔵容器５内の圧力が２気圧未満である場合、第１給水弁３１ａ、３１ａが開放し、貯水容器２に貯えられた水が反応容器４に供給される。なお、第１及び第２水素供給弁６１ａ、６２ａは閉状態であり、水素は燃料電池７に供給されない。
【００８７】
反応容器４に水が供給された場合、図４（ｂ）に示すように、反応容器４に収容されている水素化マグネシウムと水とが反応し、水素が発生する。待機状態では、貯水容器２及び反応容器４は１５度以上の室温であるため、水素化マグネシウムの加水分解反応は徐々に進行し、微量の水素が常時発生して、水素貯蔵容器５に貯蔵される。
【００８８】
加水分解反応が進行して、水素貯蔵容器５に一定量の水素が貯えられた場合、具体的には水素貯蔵容器５内の圧力が７気圧以上になった場合、図４（ｃ）に示すように、第１水素供給弁６１ａが開放し、水素貯蔵容器５に貯えられた水素が燃料電池７に供給される。水素が供給された燃料電池７は、発電を開始し、燃料電池７の電力で二次電池１２を充電する。また、燃料電池７の発電によって生成した水は水回収器８２及び環流管９２を通じて貯水容器２に環流する。水素化マグネシウムの加水分解に必要な水量と、燃料電池７から回収される水量とは略同一であるため、図４（ａ）、（ｃ）に示すように、発電の前後で貯水容器２中の水量は変化しない。
【００８９】
水素の供給によって、水素貯蔵容器５内の圧力が再び２気圧未満になった場合、図４（ａ）に示す状態に遷移し、以下図４（ａ）〜（ｃ）の動作が繰り返される。なお、図４（ｂ）及び（ｃ）間の動作を繰り返すように構成しても良い。
図４（ａ）〜（ｃ）の動作を繰り返すことによって、本発明に係る発電方法、即ち燃料電池７で生成した水を回収し、回収した水と水素化マグネシウム単体とを反応させて水素を発生させ、発生させた水素を燃料電池７に供給する発電方法が実施される。
上述の待機状態においては、単体の水素化マグネシウムが常温で加水分解し、常時微量発生した水素によって燃料電池７を発電させ、燃料電池７の電力で二次電池１２を充電することができる。また、一定量の水素を水素貯蔵容器５に貯えておくことができる。水素及び電力を貯えておくことによって、給電要求に応じた電力を瞬時に出力することが可能になる。
【００９０】
図５は、発電に係る制御部１４の処理手順を示すフローチャートである。制御部１４は、給電要求を常時監視しており、入力部１５を介して給電要求を取得したか否かを判定する（ステップＳ１）。給電要求を取得していないと判定した場合（ステップＳ１：ＮＯ）、制御部１４は、発電に係る処理を終える。給電要求を取得したと判定した場合（ステップＳ１：ＹＥＳ）、制御部１４は、第２水素供給弁６２ａを開放する（ステップＳ２）。そして、制御部１４は、加熱スイッチ１１ａ、１１ａを閉じ（ステップＳ３）、第２給水弁３２ａ、３２ａを開放して（ステップＳ４）、発電に係る処理を終える。
【００９１】
図６は、発電開始状態の動作を概念的に示す説明図である。制御部１４が給電要求を取得し、ステップＳ２〜４の処理を実行した場合、図６（ａ）に示すように、水素貯蔵容器５から燃料電池７に水素が供給され、水素化マグネシウムが急速加熱され、更に反応容器４に水が供給される。ところが、給電要求の取得後、燃料電池７から電力が出力され始めるまでには一定の時間を要するため、図６に示すように、二次電池１２がその間に必要な電力を補助的に出力する。
また、水素化マグネシウムを１１０℃以上に加熱して、加水分解反応を促進させるためには、更に時間を要するため、その間、水素貯蔵容器５に貯蔵しておいた水素を燃料電池７に供給する。
【００９２】
次いで、燃料電池７は、図６（ｂ）に示すように、水素貯蔵容器５に貯蔵されていた水素を用いて発電を開始する。しかし、図６（ｂ）に示した段階においては、水素の発生量が不十分であるため、燃料電池７は、水素貯蔵容器５に貯蔵しておいた水素を用いて発電を継続している。なお、言うまでもなく、この段階においては水素貯蔵容器５の圧力は７気圧である必要はない。
【００９３】
水素化マグネシウムが１１０℃以上に加熱された場合、図６（ｃ）に示すように、加水分解反応のみで発電に必要な水素を燃料電池７に供給でき、燃料電池７から安定した電力が継続的に出力される。以後、図６（ｃ）に示した状態で安定し、燃料電池７から電力が出力される。なお、図６（ｃ）に示した安定状態においては、本発明に係る発電方法が実施されている。
【００９４】
上述の給電を終えた場合、制御部１４は、第２給水弁３２ａ、３２ａを閉鎖し、加熱スイッチ１１ａ、１１ａを開き、第２水素供給弁６２ａを閉鎖する。
【００９５】
このように構成された本実施の形態に係る発電装置及び発電方法にあっては、水素化マグネシウムの加水分解によって水素を発生させ、燃料電池７で生成された水を貯水容器２に戻して環流させているため、水素化マグネシウム及び水を含む水素製造材単位重量当たりの水素吸蔵率が６．４５〜１５．３９ｗｔ％に達し、発電装置を小型、軽量化することができる。
【００９６】
この場合、１ｋＷの発電に必要な水素化マグネシウム及び水を含む水素製造材の重量及び容積は、以下の通りである。
例えば、燃料電池７が１ｋＷの電力を出力するために必要な水素化マグネシウムの重量が０．５８０ｋｇ／ｋＷである場合、０〜０．８０４ｋｇ／ｋＷの水が必要であり、水素化マグネシウム及び水を含む水素製造材の重量は、０．５８０〜１．３８４ｋｇ／ｋＷになる。
貯水容器２の容量は、最大０．８０４Ｌ／ｋＷであり、水素化マグネシウムの比重を０．３００〜０．３５７と仮定した場合、水素化マグネシウムを収容している反応容器４の容量は、１．６２９〜１．９３３Ｌ／ｋＷになる。従って、発電に必要な貯水容器２及び反応容器４の総容積は、１．６２９〜２．７３７Ｌ／ｋＷになる。
【００９７】
一方、１．５ｋｇの水素を貯蔵する場合の水素製造材の重量及び容量を評価すると、水素製造材の総重量は９．７５〜２３．３ｋｇ、容積は２７．３〜４０．８Ｌであり、従来の発電装置に比べて装置を小型、軽量化できることが分かる。
１．５ｋｇの水素を発生させるために必要な水素化マグネシウムの重量は、１．５×（２６／４）＝９．７５ｋｇであり、１．５ｋｇの水素を発生させるために必要な水の重量は、水が循環しない場合、９．７５×（３６／２６）＝１３．５ｋｇ、水が１００％循環する場合、０ｋｇである。従って、水素化マグネシウム及び水を含む水素製造材の重量は、９．７５〜２３．３（≒９．７５＋１３．５）ｋｇになる。
また、水素化マグネシウムの比重を０．３５７と仮定した場合、９．７５ｋｇの水素化マグネシウムの容積は２７．３（＝９．７５／０．３５７）Ｌ、水の比重を１とした場合、０〜１３．５ｋｇの水の容積は、０〜１３．５Ｌである。従って、水素化マグネシウム及び水を含む水素製造材の容積は、２７．３〜４０．８Ｌになる。
【００９８】
また、本実施の形態に係る発電装置は、水素貯蔵容器５を備えているため、加水分解反応の開始を待って水素を燃料電池７に供給する場合に比べ、瞬時に水素を燃料電池７に供給し、発電を開始することができる。
【００９９】
更に、発電装置は、貯水容器２を保温する保温コイル１０、給電開始時に水素化マグネシウムを１１０℃以上に急速加熱する加熱コイル１１を備えているため、周囲温度に拘わらず発電に必要な液体の水を常備することができ、水素化マグネシウムの急速加熱によって加水分解を瞬時に促進させ、発電を開始することができる。
【０１００】
更にまた、出力電力が大きく、水素貯蔵容器５内の圧力が降下した場合、水素化マグネシウムの加熱温度を上昇させることで水素発生量を増加させ、出力電力が小さく、水素貯蔵容器５内の圧力が上昇した場合、水素化マグネシウムの加熱温度を降下させることで水素発生量を低下させることができる。従って、水素発生量を調整し、必要な電力を出力することができる。
【０１０１】
更にまた、水素貯蔵容器５内で凝結した水を回収し、環流管９１を通じて貯水容器２に環流させる構成であるため、外部に排出され、又は水素貯蔵容器５内に滞留する虞がある水も回収することができ、水の回収率を向上させることができる。従って、水素化マグネシウム及び水を含む水素製造材単位重量当たりの水素吸蔵率を更に向上させることができる。
【０１０２】
更にまた、保温コイル１０及び加熱コイル１１に給電する二次電池１２を備え、燃料電池７の電力で二次電池１２を充電するように構成してあるため、保温及び加熱用のエネルギー源を別途用意することなく、装置内部で保温及び加熱を行うことができる。
【０１０３】
更にまた、正極出力部１３ａ及び負極出力部１３ｂに燃料電池７及び二次電池１２を夫々接続することにより、電力の供給を開始する際、燃料電池７の起動に先立って、二次電池１２から安定した電力を瞬時に出力することができる。
【０１０４】
更にまた、図４に示すように、水素貯蔵容器５内の圧力に応じて第１給水弁３１ａ、３１ａ及び第１水素供給弁６１ａを適宜開閉することにより、常時、水素貯蔵容器５に水素を、二次電池１２に電力を貯えておくことができ、発電の即時開始に備えることができる。
【０１０５】
更にまた、電力の出力を開始する場合、水素貯蔵容器５内の圧力に拘わらず、第２給水弁３２ａ、３２ａ及び第２水素供給弁６２ａを開放することによって、水素の発生及び水素の供給を速やかに開始させ、即時に発電することができる。
【０１０６】
更にまた、貯水容器２、反応容器４及び燃料電池７は断熱性の収容体１に収容されているため、燃料電池７の廃熱によって、貯水容器２及び反応容器４を保温することができ、エネルギーを無駄なく利用することができる。
【０１０７】
更にまた、発電装置が有する水素の大部分は水素化マグネシウムに吸蔵されている上、水素貯蔵容器５、燃料電池７等から水素漏れが発生した場合、水の供給を停止し、警報を発するように構成してあるため、高い安全性を確保することができる。
【０１０８】
（変形例１）
変形例１に係る発電装置は、平均粒径４５μｍ未満の水素化マグネシウム粒子、特に平均粒径１．８７μｍの水素化マグネシウム粒子を収容している。水素化マグネシウム粒子の平均粒径は、水素化マグネシウムの粒度分布を測定して得られた５０ｗｔ％径である。水素化マグネシウムの粒度分布は、例えばレーザー回折式粒度分布測定器（ＣＩＬＡＳ社製、製品名ＣＩＬＡＳ１０６４）を用いた湿式法（媒体：ＩＰＡ）にて測定される。５０ｗｔ％径とは、５０％累積度数の粒径である。つまり、粒径が小さい水素化マグネシウム粒子から順に累積し、その累積値が５０％に達したときの粒径である。
【０１０９】
次に、平均粒径が４５μｍ未満の水素化マグネシウム粒子の製造方法を説明する。
図７は、平均粒径４５μｍ未満の水素化マグネシウム粒子を製造する水素化マグネシウム粒子製造装置を示す模式図である。水素化マグネシウム粒子製造装置は、粒子間衝突方式のジェット粉砕機１０１、例えば（株式会社アイシン  ナノテクノロジーズ、製品名ナノジェットマイザーＮＪ−５０（ジルコニア製））を備える。
【０１１０】
ジェット粉砕機１０１は、円筒状のミルを備え、ミルの内周面には複数の粉砕ノズルと、一つの原料供給口とが周方向に等配されている。原料供給口には、平均粒径４５μｍ以上の水素化マグネシウム粗粒子をジェット粉砕機１０１へ供給する供給機振動フィーダ１０２が設けられている。また、粉砕ノズルには、圧縮ガスをジェット粉砕機１０１へ供給する圧縮機１０３がエアフィルタ１０４を介して、設けられている。粉砕ノズルによる最大吐出圧力は１．５７ＭＰａである。更に、ミルは、ジェット粉砕機１０１にて粉砕された平均粒径４５μｍの水素化マグネシウム粒子を回収する回収器１０５を適宜箇所に備える。回収器１０５は、例えば円筒ろ布である。
【０１１１】
原料供給口からミル内部へ供給された水素化マグネシウム粗粒子は、粉砕ノズルから噴射された高圧ジェット気流によって旋回しながら加速し、粒子間衝突によって粉砕される。なお、水素化マグネシウム粗粒子は、円筒状のミル内部を旋回加速する構成であるため、ミルの内周壁への粒子衝突が少なく、ミル壁面が削れることによる不純物混入の虞が低い。
【０１１２】
図８は、平均粒径４５μｍ未満の水素化マグネシウム粒子の製造方法を示す工程図である。まず、平均粒径４５μｍ以上の水素化マグネシウム粗粒子を生成する（ステップＳ１０１）。水素化マグネシウム粗粒子は、マグネシウムを主成分とする原料粒子と、水素ガスとを反応させることによって得られる（例えば、特許第４０８３７８６号）。詳細な反応手順は以下の通りである。
まず、マグネシウムを主成分とする原料粒子を封入容器内に封入した水素ガス雰囲気中に保持しておき、封入容器内の水素ガス雰囲気の圧力を所定圧力に維持し、封入容器内の水素ガス雰囲気の温度を室温から上昇させ、封入容器内の水素ガス雰囲気の温度を、単体のマグネシウム及び水素分子が化合して水素化マグネシウムが生成する反応と逆反応との平衡曲線上の前記所定圧力に対応する温度よりも高温の温度で、前記温度からの温度差が１００℃以内である第１温度に、所定の第１期間維持する。具体的には、水素ガスの圧力は４ＭＰａ、第１温度は５５０℃、第１期間は、１時間である。上述の処理によって、原料粒子表面の被膜が除去される。
次いで、封入容器内の水素ガス雰囲気の温度を、室温へ戻さずに、前記平衡曲線上の前記所定圧力に対応する温度よりも低温で、前記温度からの温度差が１００℃以内である温度に、所定の第２期間維持する。具体的には、第２温度は、４００℃、第２期間は、２０時間である。この処理によって、原料粒子から水素化マグネシウムを製造することができる。
【０１１３】
ステップＳ１０１の処理を終えた場合、供給機振動フィーダ１０２を用いて、水素化マグネシウム粗粒子をジェット粉砕機１０１へ供給する（ステップＳ１０２）。次いで、高圧ガスをジェット粉砕機１０１へ供給することによって、水素化マグネシウム粗粒子を、平均粒径４５μｍ未満の水素化マグネシウム粒子に粉砕し（ステップＳ１０３）、粉砕した水酸化マグネシウム粒子を回収して（ステップＳ１０４）、製造工程を終える。
【０１１４】
図９は、水素化マグネシウムの粉砕処理条件及び粉砕結果を示す図表である。図９に示すように、水素化マグネシウム粗粒子の平均粒径Ｄ５０値、及び最大粒径Ｄ１００値は、夫々６１．２２μｍ、及び１８０．００μｍであり、押込み圧力は１．５ＭＰａである。原料「Ｔ−１」に示すように、水素化マグネシウム粗粒子を２０．０ｇ投入し、処理量１２０ｇ／ｈｒで粉砕処理を行った場合、平均粒径Ｄ５０値が１．８７μｍ、最大粒径Ｄ１００値が１０．００μｍの水素化マグネシウム粒子を回収することができた。回収量は、１６．２３ｇ、回収率は８１．１％である。
また、原料「Ｔ−２」、「Ｔ−３」に示すように、異なる処理量、投入量で同様の実験を行った結果、夫々平均粒径Ｄ５０値が２．３１μｍ、２．０９μｍの水素化マグネシウム粒子を得ることができた。なお、原料「Ｔ−２」に示す回収率が１０２．５％と１００％を超えているのは、原料「Ｔ−１」から「Ｔ−３」の実験を、同じフィルタを使用して連続的に実施した為であると考えられる。つまり、原料「Ｔ−１」の水素化マグネシウムが回収器１０５のフィルタに付着して、充分に回収できなかった為であり、原料「Ｔ−１」の一部が原料「Ｔ−２」で回収されたと考えられる。原料「Ｔ−３」は略正常な回収率と判断される。
【０１１５】
変形例１に係る発電装置にあっては、平均粒径１．８７μｍの水素化マグネシウム粒子を用いて、加水分解を行うため、従来の平均粒径４５μｍ以上の水素化マグネシウム粒子に比べて、加水分解反応を活性化させることができ、触媒を利用すること無く、水素を効果的に発生させ、発電することができる（後述の図１３参照）。
【０１１６】
変形例１に係る水素化マグネシウム粒子の製造方法にあっては、安全性を確保すべく、平均粒径が４５μｍ以上の原料粒子を用いて水素化マグネシウム粗粒子を生成し、次いで水素化マグネシウム粗粒子をジェット粉砕機１０１にて粉砕するように構成してあるため、平均粒径４５μｍ未満の水素化マグネシウム粒子を安全且つ簡易に製造することができる。
【０１１７】
（変形例２）
図１０は、変形例２における発電装置を模式的に示すブロック図である。変形例２に係る発電装置は、更に反応容器４中の水素化マグネシウムに超音波を与える超音波発生部２１１を備える。
【０１１８】
超音波発生部２１１は、例えば反応容器４の底部に設けられており、燃料電池７又は二次電池１２から給電されるように構成されている。また、超音波発生部２１１の動作は、制御部１４によって制御され、少なくとも約２０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚ、特に２８ｋＨｚ又は１００ｋＨｚの周波数を有する超音波を発することができる。２８ｋＨｚ又は１００ｋＨｚの周波数は、平均粒径１．８７μｍの水素化マグネシウムの共振周波数であると推定されている。
【０１１９】
また、変形例２に係る発電装置は、変形例１と同様、平均粒径４５μｍ未満の水素化マグネシウム粒子、特に平均粒径１．８７μｍの水素化マグネシウム粒子を収容している。
【０１２０】
図１１は、変形例２の発電に係る制御部１４の処理手順を示すフローチャートである。給電要求を取得した場合、制御部１４は、第２水素供給弁６２ａ及び第２給水弁３２ａ、３２ａを開放し、その後、定期的に以下の処理を実行する。制御部１４は、圧検出部５ａにて水素貯蔵容器５内の圧力を検出する（ステップＳ２０１）。水素貯蔵容器５内の圧力は、燃料電池７による水素の消費量と、水素の発生量との関係で変動する。水素発生量が、水素消費量に比べて大きい場合、前記圧力は上昇し、水素発生量が水素消費量に比べて小さい場合、前記圧力は低下する。
【０１２１】
次いで、制御部１４は、検出した圧力が所定圧力、例えば７気圧未満であるか否かを判定する（ステップＳ２０２）。なお、所定圧力は、７気圧に限定されず、法規制を満たす１０気圧未満であれば良い。ステップＳ２０１で検出した圧力が所定圧力未満であると判定した場合（ステップＳ２０２：ＹＥＳ）、制御部１４は、超音波発生部２１１を駆動し（ステップＳ２０３）、処理を終える。ステップＳ２０１で検出した圧力が所定圧力以上であると判定した場合（ステップＳ２０２：ＮＯ）、制御部１４は、超音波発生部２１１を停止させ（ステップＳ２０４）、処理を終える。
【０１２２】
上述の処理によれば、水素貯蔵容器５の内圧が７気圧未満になった場合、超音波発生部２１１が駆動し、水素化マグネシウム粒子に超音波が与えられる。水素化マグネシウム粒子は、超音波によって振動し、水素化マグネシウム粒子に付着した水素ガスが早期に離脱するため、水素化マグネシウム粒子と、水との加水分解反応が活性化し、水素の発生量及び発電量が上昇する。
【０１２３】
次に、水素化マグネシウム粒子の平均粒径及び超音波と、加水分解率との関係を示す実験について説明する。
【０１２４】
図１２は、加水分解実験装置を示す模式図である。図中２０４は、加水分解反応管２０４である。加水分解反応管２０４には、予め水素化マグネシウム粒子が投入され、ゴム栓で封止されている。ゴム栓には、アルゴンガスボンベ２０２に接続されたアルゴンガス供給管、蒸留水を供給する注射器２０３、及び加水分解反応によって発生した水素を排出する排出管が設けられている。アルゴンガスボンベ２０２は、加水分解反応管２０４内を予めアルゴンガスに置換するために設けられている。排出管は、アンモニアを回収するアンモニア回収管２０６を介して、水槽２０７に達し、排出管から排出された水素が水上置換によって水素捕集容器２０８に捕集されるようにしてある。また、加水分解反応管２０４の下部は、超音波槽２０５の油浴２０５ａに浸されている。超音波槽２０５は、例えば卓上型の超音波洗浄器（ヤマト科学株式会社、製品名ＪＴ−ＭＴ）であり、加水分解反応管２０４の温度を一定温度に保温すると共に、超音波を与えることができる。
【０１２５】
図１３は、加水分解の実験結果を示す図表である。第１の実験では、図９に示すように、超音波槽２０５の温度を２０℃に設定し、超音波を与えない状態、周波数２８ｋＨｚ、４５ｋＨｚ、１００ｋＨｚの超音波を与えた各状態で、平均粒径（５０ｗｔ％径）６１．２μｍの水素化マグネシウム粒子０．１ｇと、蒸留水２ｍｌとを反応させる実験を夫々行った。そして、６０分経過時点で水素捕集容器２０８に捕集された水素の量を測定することによって、加水分解率を算出した。加水分解率は、下記式で表される。
加水分解率（％）＝（捕集した水素の量）／（水素化マグネシウム粒子が１００％加水分解した時に発生する水素の量）×１００
なお、水素化マグネシウム粒子０．１ｇが１００％加水分解した場合、１気圧下で１８５．９ｍｌの水素が発生するため、本実験では捕集された水素の体積を１８５．９で除することによって加水分解率を算出することができる。また、１８５．９ｍｌは、水素化マグネシウム粒子に不純物が含まれていない前提で計算された値であるが、より正確には、上述の方法で算出された加水分解率を純度（本実験では０．９４）で除する必要がある。ただ、今回の実験目的は、加水分解率を相対評価することにあるため、このような補正は不要である。
【０１２６】
第２の実験では、超音波槽２０５の温度を２０℃に設定し、超音波を与えない状態、周波数２８ｋＨｚ、４５ｋＨｚ、１００ｋＨｚの超音波を与えた各状態で、平均粒径（５０ｗｔ％径）１．８７μｍの水素化マグネシウム粒子０．１ｇと、クエン酸水溶液２ｍｌとを反応させる実験を夫々行った。
更に、参考実験として、超音波槽２０５の温度を２０℃に設定し、超音波を与えない状態、平均粒径（５０ｗｔ％径）６１．２μｍの水素化マグネシウム粒子０．１ｇと、蒸留水２ｍｌとを反応させる実験を行った。
【０１２７】
第１及び第２の実験から、加水分解率は、水素化マグネシウム粒子の平均粒径が小さい方が、高いことが分かる。とはいえ、反応温度が２０℃の場合、超音波を印加していない状態では、平均粒径１．８７μｍの水素化マグネシウム粒子を用いても、加水分解率が１０％程度であり、クエン酸を用いた場合の加水分解率８４％には及ばない。ところが、周波数２８ｋＨｚ又は１００ｋＨｚの超音波を与えると、反応温度が２０℃でも、加水分解率が８５％又は８２％に達し、クエン酸以上の反応率を実現することが可能になる。
【０１２８】
一方、第３及び第４の実験では、上述と同様の実験を、超音波槽２０５の温度を７０℃に設定して行った。反応温度が７０℃の場合においても、加水分解率は、水素化マグネシウム粒子の平均粒径が小さい方が、高いことが分かる。また、平均粒径１．８７μｍの水素化マグネシウム粒子を用いた場合、超音波を与えなくても、加水分解率が約６０％（６６％、５９％、６２％）に達する。
【０１２９】
図１４は、水素化マグネシウム粒子の平均粒径と、加水分解率との関係を示すグラフである。横軸は、超音波槽２０５の温度、縦軸は加水分解率を示している。菱形印で示した曲線は、平均粒径６１．２μｍの水素化マグネシウム粒子を加水分解した場合の加水分解率を示し、四角印で示した曲線は、平均粒径４５μｍ未満に粉砕した水素化マグネシウム粒子を加水分解した場合の加水分解率を示している。
図１４から分かるように、水素化マグネシウム粒子の微細化による加水分解率向上効果は、９０℃未満の低温域で効果があり、９０℃以上の高温域では効果が認められない。これは、水のブラウン運動が、低温域では小さく、微細化による反応面積向上の効果が大きく現れる。高温域では、ブラウン運動の効果が、微細化による反応面積向上の効果よりも大きく寄与しているものと推定される。
【０１３０】
以上の実験結果から、平均粒径１．８７μｍの水素化マグネシウム粒子を採用すべきことが分かる。また、加水分解の反応開始時においては、周波数２８ｋＨｚ、又は１００ｋＨｚの周波数を与えることによって、クエン酸を用いること無く、効果的に水素を発生させ、発電を行うことが可能になることが分かる。更に、反応容器４内の温度が７０〜７５℃程度に達した場合、超音波を与えなくても、ある程度の水素を発生させ、発電を行うことが可能になることがわかる。加水分解反応は発熱反応であるため、加熱コイル１１で加熱せずとも反応容器４の温度は約７０〜７５℃に達する。変形例２の加熱コイル１１は、主に反応容器４の凍結を防止するために備えられている。なお、凍結の虞がない無い場合、加熱コイル１１を廃すことによって、発電装置の構成部品を削減し、低コスト化を図ることも可能である。
【０１３１】
変形例２に係る発電装置にあっては、水素化マグネシウム粒子に超音波を与えることによって、触媒を利用すること無く、水素化マグネシウム粒子と水との反応を活性化させて水素を発生させ、効果的に発電することができる。
【０１３２】
また、水素化マグネシウム粒子を音波で共振させることによって、触媒を利用すること無く、水素化マグネシウム粒子と水との反応を更に活性化させて水素を発生させ、効果的に発電することができる。
【０１３３】
なお、変形例２においては、水素貯蔵容器５内の圧力にて、超音波発生部２１１の動作を制御する場合を説明したが、反応容器４内の温度を検出し、該温度に基づいて超音波発生部２１１の動作を制御するように構成しても良い。例えば、反応容器４内の温度が７５℃未満である場合、超音波発生部２１１を駆動して超音波を印加し、反応容器４内の温度が７５℃以上である場合、超音波発生部２１１を停止するように構成すれば良い。
【０１３４】
（変形例３）
図１５は、変形例３における発電装置を模式的に示すブロック図である。変形例３に係る発電装置は、クエン酸の投入量を最小限に抑えつつ、円滑な発電を実現するものである。
【０１３５】
変形例３に係る発電装置は、更にクエン酸投入部３０３を第１給水管３１に備える。クエン酸投入部３０３は、濃度が約２０％以上のクエン酸水溶液を蓄えたクエン酸貯留部と、第１給水管３１に設けられた投入口及び前記クエン酸貯留部とを接続する接続管と、クエン酸水溶液の投入を制御するための電磁弁とを備えており、制御部１４の制御に従って、クエン酸水溶液を第１給水管３１を通じて、反応容器４へ供給するように構成されている。なお、クエン酸貯留部に蓄えられているクエン酸の濃度２０％以上は、一例であり、水素化マグネシウムの加水分解を活性化させることができるのであれば、２０％未満であっても良い。
また、発電装置は、反応容器４内の温度を検出する温度検出部３０４ａを備える。
【０１３６】
図１６は、変形例３の発電に係る制御部１４の処理手順を示すフローチャートである。給電要求を取得した場合、制御部１４は、第２水素供給弁６２ａ及び第２給水弁３２ａ、３２ａを開放し、その後、定期的に以下の処理を実行する。制御部１４は、温度検出部３０４ａにて反応容器４の温度を検出する（ステップＳ３０１）。そして、制御部１４は、反応容器４の温度が７５℃未満であるか否かを判定する（ステップＳ３０２）。なお、７５℃は一例であり、必要な発電量に応じて適宜選択すれば良い。
【０１３７】
反応容器４の温度が７５℃未満であると判定した場合（ステップＳ３０２：ＹＥＳ）、制御部１４は、クエン酸投入部３０３にてクエン酸溶液を反応容器４へ投入し（ステップＳ３０３）、処理を終える。なお、クエン酸の投入量は、反応容器４中のクエン酸濃度が約１０％になるようにすると良い。
【０１３８】
反応容器４の温度が７５℃以上であると判定した場合（ステップＳ３０２：ＮＯ）、制御部１４は、クエン酸投入部３０３によるクエン酸溶液の投入を停止させ（ステップＳ３０４）、処理を終える。
【０１３９】
図１７は、温度と加水分解率との関係を示すグラフである。横軸は、温度であり、縦軸は、平均粒径６１．２μｍの水素化マグネシウムの加水分解率を示している。加水分解率は、図１２に示した加水分解実験装置を用いた上述の方法で測定できる。図１７に示すように、水素化マグネシウムの反応速度は約７５℃以上で速まることが分かる。
【０１４０】
図１８は、クエン酸が加水分解に与える効果を示すグラフである。横軸は加水分解反応開始時から経過した時間を示し、縦軸は加水分解率を示している。加水分解率は、図１２に示した加水分解実験装置を用いた上述と同様の方法で測定できる。つまり、図１２で投入していた蒸留水の代わりに、濃度１０％のクエン酸を２ｍｌ、又は４ｍｌ投入することによって、加水分解率を測定した。水素化マグネシウムの平均粒径は６１．２μｍ、反応温度は２０℃である。なお、化学量論的には、水素化マグネシウムを１００％加水分解するためには、濃度１０％のクエン酸溶液が約４．８ｍｌ必要である。
【０１４１】
クエン酸濃度と、加水分解率との間には因果関係が無いと推定されており、図１８から分かるように、クエン酸溶液の投入量を変化させることによって、反応量を調整することはできる。
【０１４２】
変形例３に係る発電装置にあっては、反応容器４内温度が７５℃未満である場合、クエン酸溶液を投入し、７５℃以上になれば、クエン酸溶液の投入を中止するように構成されているため、クエン酸の投入量を最小限に抑えつつ、円滑な水素の発生及び発電を行うことができる。
【０１４３】
また、クエン酸は、水素化されていないマグネシウムＭｇとも反応するため、より効果的に水素を発生させることができる。なお、化学反応式は、
３Ｍｇ＋２Ｃ6 Ｈ12Ｏ7 →（Ｃ6 Ｈ12Ｏ7 ）2 Ｍｇ3 ＋３Ｈ2 
で表される。
【０１４４】
なお、本実施の形態にあっては、貯水容器と燃料電池との間を環流管で接続しているが、燃料電池で生成した水を環流させる環流路は管部材に限定されない。例えば、燃料電池の下方に貯水容器を配し、燃料電池で生成した水が直接、貯水容器に環流するように構成しても良い。
同様に、貯水容器から反応容器に水を供給する給水路も、第１及び第２給水管のような管部材に限定されない。例えば、貯水容器及び反応容器を隣接配置し、貯水容器と反応容器とが連通する孔状の給水路を形成するように構成しても良い。
【０１４５】
また、本実施の形態にあっては、２系統の第１及び第２給水管、並びに第１及び第２水素供給管を備えているが、途中で分岐した２系統の給水管及び水素供給管を備えるように構成しても良い。また、水及び水素の通断及び流量を制御することができる弁を備え、１本の給水管及び水素供給管で発電装置を構成しても良い。
【０１４６】
更に、水素の品質を更に向上させるべく、循環経路の途中に不純物を除去するフィルタを介装しても良い。
【０１４７】
更にまた、燃料電池として、固体高分子燃料電池を例示したが、アルカリ形、リン酸形等の他の燃料電池を備えるように構成しても良い。
【０１４８】
更にまた、本実施の形態に係る発電装置は、定置式及び移動式に限定されず、また自動車のような移動体に発電装置を搭載しても良く、その用途は限定されない。
【０１４９】
更にまた、本実施の形態に係る発電装置は、水素貯蔵容器、保温コイル、加熱コイル、二次電池等を備えているが、これらは必須の構成部材ではなく、適宜省略しても良い。例えば、凍結の虞がない場合、保温コイルを備える必要はない。また、１回の給電に必要な水素を水素貯蔵容器の水素で賄うことができる場合、加熱コイルは不要であり、加熱に要する電力を削減することができる。同様に、１回の給電に必要な電力を二次電池で賄うことができる場合、加熱コイル、水素貯蔵容器は不要である。更にまた、加熱コイルの加熱速度、燃料電池の電力開始速度が十分に高い場合、水素貯蔵容器は不要である。
また、燃料電池側の水回収器で水を十分に回収できるようであれば、水素貯蔵容器内の水回収部と、該水回収部及び環流管を接続する環流管とを備えないように構成しても良い。
【０１５０】
更にまた、水素吸蔵合金として水素化マグネシウムを説明したが、常温で加水分解し、高純度の水素を発生させることができれば水素化マグネシウムに代えて、Ｍｇ、ＡＬ、ＮａＡｌＨ4 、Ｚｎ、Ｃａのような他の水素吸蔵合金を用いても良い。
【０１５１】
更にまた、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
（付記１）
水素化マグネシウムの加水分解によって発生した水素を燃料電池に供給し、発電する発電装置であって、
前記水素化マグネシウムの加水分解に必要な水を貯える貯水容器と、
該貯水容器に貯えられた水及び前記水素化マグネシウム単体を反応させて水素を発生させるための反応容器と、
該反応容器で発生した水素を前記燃料電池に供給する水素供給管と、
前記燃料電池で生成した水を回収して前記貯水容器に環流させる環流路と
を備えることを特徴とする発電装置。
（付記２）
前記水素化マグネシウムの加水分解によって発生した水素を貯蔵する水素貯蔵容器を備え、
該水素貯蔵容器に貯蔵された水素を前記燃料電池に供給するようにしてある
ことを特徴とする付記１に記載の発電装置。
（付記３）
前記貯水容器に貯えられた水及び前記反応容器を水の凝固点よりも高温に保つ保温手段と、
前記水素化マグネシウムを加熱する加熱手段と、
前記水素貯蔵容器内の圧力を検出する検出手段と
を備え、
前記加熱手段は、
前記検出手段が検出した圧力に応じて加熱する温度を昇降させるようにしてある
ことを特徴とする付記２に記載の発電装置。
（付記４）
水素化マグネシウムの加水分解によって発生した水素を燃料電池に供給し、発電する発電方法であって、
前記燃料電池で生成した水を回収し、
回収した水と、水素化マグネシウム単体とを反応させて水素を発生させ、
発生させた水素を前記燃料電池に供給する
ことを特徴とする発電方法。
（付記５）
マグネシウムを含み、平均粒径が４５μｍ以上の原料粒子及び水素を反応させることによって、水素化マグネシウム粗粒子を生成し、
生成した水素化マグネシウム粗粒子を、平均粒径が４５μｍ未満の水素化マグネシウム粒子に機械的に粉砕する
ことを特徴とする水素化マグネシウム粒子の製造方法。
付記３にあっては、保温手段は、貯水容器内の水及び反応容器を水の凝固点より高温に保温しているため、周囲温度に拘わらず水素化マグネシウムの加水分解に必要な液体の水を常備することができ、反応容器に瞬時に供給することができる。また、加熱手段は、水素化マグネシウムを加熱することができるため、必要に応じて水素化マグネシウムの加水分解を促進させることができ、室温で加水分解反応させる場合に比べて、急速に水素を発生させることができる。従って、水素を速やかに燃料電池に供給し、発電を開始することができる。
また、出力電力が大きく、水素貯蔵容器内の圧力が降下した場合、水素化マグネシウムの加熱温度を上昇させて水素発生量を増加させ、出力電力が小さく、水素貯蔵容器内の圧力が上昇した場合、水素化マグネシウムの加熱温度を降下させて水素発生量を低下させることができる。従って、水素発生量を調整して必要な電力を出力することができる。
付記３の発明によれば、周囲温度に拘わらず発電に必要な液体の水を常備することができ、必要な電力に応じた水素化マグネシウムの急速加熱によって加水分解を促進させ、即時に発電を開始することができる。
付記５にあっては、マグネシウムを含み、平均粒径が４５μｍ以上の原料粒子及び水素ガスを反応させることによって、水素化マグネシウム粗粒子を生成する。原料粒子の主成分はマグネシウムであるが、マグネシウムは反応性が非常に高い。このため、水素化マグネシウムの平均粒径が４５μｍを下回ると、安全に取り扱うことが困難になる。また、マグネシウムは延性、展性が高いため、平均粒径４５μｍ未満に粉砕すること自体が困難である。そこで、まずは、平均粒径４５μｍ以上の原料粒子を用いて水素化マグネシウム粗粒子を生成するのである。
次いで、生成した水素化マグネシウム粗粒子を、平均粒径が４５μｍ未満の水素化マグネシウム粒子に機械的に粉砕する。水素化マグネシウムは、マグネシウムに比べて反応性が低いため、平均粒径が４５μｍ未満であっても安全に取り扱うことができる。また、延性及び展性もマグネシウムに比べて低く、もろいため、水素化マグネシウム粗粒子を機械的に粉砕し、平均粒径４５μｍ未満の水素化マグネシウム粒子を得ることが可能になる。
付記５の発明によれば、平均粒径４５μｍ未満の水素化マグネシウム粒子を安全に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１５２】
【図１】本発明の実施の形態に係る発電装置を模式的に示すブロック図である。
【図２】単セルの一例を示す模式的分解斜視図である。
【図３】空気極に対向する面を正面側にしたセパレータの模式的正面図である。
【図４】待機状態の動作を概念的に示す説明図である。
【図５】発電に係る制御部の処理手順を示すフローチャートである。
【図６】発電開始状態の動作を概念的に示す説明図である。
【図７】平均粒径４５μｍ未満の水素化マグネシウム粒子を製造する水素化マグネシウム粒子製造装置を示す模式図である。
【図８】平均粒径４５μｍ未満の水素化マグネシウム粒子の製造方法を示す工程図である。
【図９】水素化マグネシウムの粉砕処理条件及び粉砕結果を示す図表である。
【図１０】変形例２における発電装置を模式的に示すブロック図である。
【図１１】変形例２の発電に係る制御部の処理手順を示すフローチャートである。
【図１２】加水分解実験装置を示す模式図である。
【図１３】加水分解の実験結果を示す図表である。
【図１４】水素化マグネシウム粒子の平均粒径と、加水分解率との関係を示すグラフである。
【図１５】変形例３における発電装置を模式的に示すブロック図である。
【図１６】変形例３の発電に係る制御部の処理手順を示すフローチャートである。
【図１７】温度と加水分解率との関係を示すグラフである。
【図１８】クエン酸が加水分解に与える効果を示すグラフである。
【符号の説明】
【０１５３】
１  収容体
２  貯水容器
４  反応容器
５  水素貯蔵容器
５ａ  圧検出部（検出手段）
７  燃料電池
１０  保温コイル（保温手段）
１１  加熱コイル（加熱手段）
１２  二次電池
１３ａ  正極出力部（出力部）
１３ｂ  負極出力部（出力部）
１４  制御部
１８  水素検出部
１９  警報部
３１  第１給水管
３２  第２給水管
３１ａ、３１ａ  第１給水弁
３２ａ、３２ａ  第２給水弁
６１  第１水素供給管
６２  第２水素供給管
６１ａ  第１水素供給弁
６２ａ  第２水素供給弁
８１  水回収部
８２  水回収器
９１  環流管（第２の環流路）
９２  環流管（環流路）
２１１  超音波発生部
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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