JPS6197101A - Device and method of thermochemically generating hydrogen - Google Patents

Device and method of thermochemically generating hydrogen

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JPS6197101A
JPS6197101A JP60223894A JP22389485A JPS6197101A JP S6197101 A JPS6197101 A JP S6197101A JP 60223894 A JP60223894 A JP 60223894A JP 22389485 A JP22389485 A JP 22389485A JP S6197101 A JPS6197101 A JP S6197101A
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JP
Japan
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hydride
water
hydrogen
container
base material
Prior art date
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Application number
JP60223894A
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Japanese (ja)
Inventor
マービン・ジヤツク・エンゲル
ジヨセフ・アンソニー・ゴールデン
ピーター・ドメトリオス・ザビツサノス
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General Electric Co
Original Assignee
General Electric Co
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Publication date
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/06Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of inorganic compounds containing electro-positively bound hydrogen, e.g. water, acids, bases, ammonia, with inorganic reducing agents
    • C01B3/065Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of inorganic compounds containing electro-positively bound hydrogen, e.g. water, acids, bases, ammonia, with inorganic reducing agents from a hydride
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J7/00Apparatus for generating gases
    • B01J7/02Apparatus for generating gases by wet methods
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 本発明は水素発生装置および方法に関するものであって
、更に詳しく言えば、吸熱的に分解可能な水素化物と発
熱的に分解可能な水素化物との共同分解による水素の発
生に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to hydrogen generation apparatus and methods, and more particularly, to the co-cracking of endothermically and exothermically decomposable hydrides. Regarding the generation of hydrogen by.

金属水素化物からの熱的な水素発生あるいは金属または
金属水系化物と水との反応による水素発生は公知であっ
て、かかる水素発生装置が気体状または液体状水素の貯
蔵装置に比べ主として安全性の点で右利であることは広
く認められている。
Thermal hydrogen generation from metal hydrides or hydrogen generation by the reaction of metals or metal aqueous compounds with water is known, and such hydrogen generation systems have major safety concerns compared to storage systems for gaseous or liquid hydrogen. It is widely acknowledged that he is right-handed.

しかしながら、大部分の金属水素化物が貯蔵し得る単位
ff1ffi当りの水素量が比較的少ないため、水素化
物を基剤と丈る装置においては重量J3よび(場合によ
っては)体積に関して許容しくqないほどの不利益を生
じることがある。商業的な水素貯蔵目的のためには、た
とえばチタンおよび鉄の複合金属水素化物が使用されて
きた。しかるに、1ポンドの水素を放出させるためには
60ボンドのかかる水素化物(Ti Fe H)が必要
とされる。
However, the relatively small amount of hydrogen per unit ff1 that most metal hydrides can store results in an unacceptably large amount of hydrogen in terms of weight and (in some cases) volume in hydride-based devices. This may result in disadvantages. For commercial hydrogen storage purposes, composite metal hydrides of titanium and iron, for example, have been used. However, 60 bonds of such hydride (Ti Fe H) are required to release one pound of hydrogen.

従って、10ボンドの水素を発生させるためには、水素
化物のff1ffiだけで600ボンドになり、それに
水素化物用反応開始剤のff1fflが加算されること
になる。ロケットから発射された気球を高所において膨
張させる場合のごとくに軽い@量で水素を発生させるこ
とが要求される用途においては、このような重量は許容
し得ないものである。
Therefore, in order to generate 10 bonds of hydrogen, ff1ffi of the hydride alone becomes 600 bonds, and ff1ffl of the hydride reaction initiator is added to it. Such weight is unacceptable in applications requiring hydrogen production in light quantities, such as when inflating balloons launched from rockets at high altitudes.

重量の軽いその他の金属水系化物を使用ずれば、水素化
物を基剤とする装置の重量を低減することができる。た
とえば水素化マグネシウムの場合には、14ボンドの水
素化物で約1ポンドの水素を発生させることができ、従
って10ボンドの水素を発生させるために必要な水素化
物の全ff1mは140ボンドに減少する。しかしなが
ら、水素化マグネシウムを分解させるためには多ωの熱
を供給する必要があるため、新たな問題が生じることに
なる。水素化マグネシウムを分解させるためには、発生
する水素1ボンド当り約3,900kcalあるいは1
モル当り17.8kcalの熱を300℃付近の動作温
度下で供給しなければならない。このために必要な熱源
が装置の重量を増加させるのである。化学熱源を使用す
る場合、化学反応式%式%(1) (式中、ΔH= 17.9kcal)に従えば、1kc
al当り約1(+、すなわら発生する水素1ポンド当り
8.6ポンドの@量が追加されるものと予想される。従
って、水素化マグネシウム/化学熱源の系を用いて10
ボンドの水素を発生させるためには、化学物質だけで約
226ポンド<102ka)が必要とされることになる
。また、かかる装置の推定体積は約90〜100リツト
ルあるいは約3.2〜3.5平方フイートである。
The weight of hydride-based devices can be reduced by using other metal aqueous compounds that are lighter in weight. For example, in the case of magnesium hydride, approximately 1 pound of hydrogen can be generated with 14 bonds of hydride, so the total ff1m of hydride required to generate 10 bonds of hydrogen is reduced to 140 bonds. . However, in order to decompose magnesium hydride, it is necessary to supply multiple ω heat, which creates a new problem. In order to decompose magnesium hydride, approximately 3,900 kcal or 1
17.8 kcal of heat per mole must be delivered at operating temperatures around 300°C. The heat source required for this increases the weight of the device. When using a chemical heat source, according to the chemical reaction formula % formula % (1) (in the formula, ΔH = 17.9 kcal), 1 kc
It is expected that approximately 1 (+) or 8.6 lbs @ will be added per pound of hydrogen generated.
Approximately 226 pounds of chemicals alone (<102 ka) will be required to generate Bond's hydrogen. Also, the estimated volume of such a device is about 90-100 liters or about 3.2-3.5 square feet.

その他の水素発生源としては、水と反応して熱および水
素を発生ずるカルシウムおよびリチウムのイオン性水素
化物並びにLi AI H4のごとき複合水素化物があ
る。水素化カルシウムを用いた水素発生装置は、下記の
ような反応に基づいている。
Other sources of hydrogen include ionic hydrides of calcium and lithium and complex hydrides such as Li AI H4, which react with water to generate heat and hydrogen. A hydrogen generator using calcium hydride is based on the following reaction.

Ca Hz +2Hz O−+Ca (OH)2 +2
Hz25℃における反応(2)の発熱量は反応体1g当
りQ、7kcalであり、また水素発生色は反応体10
0ポンド当り5.17ボンドである。それ故、10ボン
ドの水素を発生させるためには、約104.4ボンドの
水素化カルシウムおよび89゜4ポンドの水が必要とさ
れ、従ってそれらの全重量は約200ボンドとなる。な
お、水素化カルシウムは1.9g/Cm2の密度、i 
ooo℃より高い融点、および−45kcal/ mo
lの生成熱を有している。
Ca Hz +2Hz O-+Ca (OH)2 +2
The calorific value of reaction (2) at Hz 25°C is Q, 7 kcal per 1 g of reactant, and the color of hydrogen evolution is 7 kcal per 1 g of reactant.
5.17 bonds per pound. Therefore, to generate 10 bonds of hydrogen, approximately 104.4 bonds of calcium hydride and 89.4 pounds of water are required, making their total weight approximately 200 bonds. In addition, calcium hydride has a density of 1.9 g/Cm2, i
Melting point higher than ooo °C, and -45 kcal/mo
It has a heat of formation of 1.

水素化リチウムと水との反応は、水素化カルシウムより
も多量の水素を発生するばかりでなく、化学反応式 L!  H+H20→L!  OH+H2+ΔH(3)
(式中、ΔH= 26 kcal)によって表わされる
ごとくにより多量の熱をも発生する。25℃における反
応(3)の発熱量は反応体1g当り1.0kca lで
あり、また水素発生量は反応体100ボンド当り7.7
5ボンドである。それ故、10ボンドの水素を遊離させ
るためには、40ボンドの水素化リチウムおよび90ボ
ンドの水が必要とされ、従って化学物質の全重囲は13
0ボンドとなる。
The reaction between lithium hydride and water not only generates more hydrogen than calcium hydride, but also has the chemical reaction formula L! H+H20→L! OH+H2+ΔH(3)
It also generates more heat, as represented by ΔH=26 kcal. The calorific value of reaction (3) at 25°C is 1.0 kcal per 1 g of reactant, and the amount of hydrogen generated is 7.7 kcal per 100 bonds of reactant.
5 bond. Therefore, to liberate 10 bonds of hydrogen, 40 bonds of lithium hydride and 90 bonds of water are required, so the total weight of the chemical is 13
It becomes 0 bond.

なお、水素化リチウムは0.780 /c1の密度、6
86℃の融点、および−21、7kcal/lot +
7)生成熱を有している。ところで、水素化リチウムは
471℃で分解せずに融解する。かかる反応からの発熱
は生成物の温度を約900’Cに上昇させるが、この温
度は水酸化リチウムの融点を遥かに越えるものである。
Note that lithium hydride has a density of 0.780/c1, 6
Melting point of 86 °C, and -21,7 kcal/lot +
7) It has heat of formation. By the way, lithium hydride melts without decomposing at 471°C. The exotherm from such a reaction raises the temperature of the product to about 900'C, which is well above the melting point of lithium hydroxide.

このように水素化カルシウムおよび水素化リチウムの反
応は発熱反応であるため、発生する熱を放散させるため
の手段を設ける必要があるが、そのために装置の重量お
よび複雑さが大幅に増大することがあり得る。
Since the reaction of calcium hydride and lithium hydride is exothermic, means must be provided to dissipate the heat generated, which can significantly increase the weight and complexity of the equipment. could be.

従って、水素化物媒質の安全性および比較的長い貯蔵庁
命を活用しながら公知の水素化物使用装置および方法に
おける上記のごとき欠点を解消し得るような、水素化物
を基剤とする水素発生装置および方法を提供することは
望ましいわけである。
There is therefore a need for a hydride-based hydrogen generation system and method which can overcome the above-mentioned drawbacks of known hydride applications and methods while taking advantage of the safety and relatively long storage life of the hydride medium. Therefore, it would be desirable to provide a method.

本発明はこのような目的の達成を目指すものである。The present invention aims to achieve such an objective.

発明の概要 本発明によれば、大きな体積貯蔵能力、軽い重量、小さ
な外部寸法および比較的簡単な構造を特徴とする橘めて
有利な水素発生装置および方法が提供される。それ故に
かかる装置は、高所において気球を膨張させるための装
置、燃焼機関用の燃料を生成させるための装置、および
安全かつコンパクトな軽量の水素輸送装置のごとき用途
に適合するものである。
SUMMARY OF THE INVENTION According to the present invention, a uniquely advantageous hydrogen generation device and method is provided which is characterized by large volumetric storage capacity, low weight, small external dimensions and relatively simple construction. Such a device is therefore suitable for applications such as devices for inflating balloons at high altitudes, devices for producing fuel for combustion engines, and safe, compact, lightweight hydrogen transportation devices.

本発明は、吸熱的に分解可能な金属水素化物と発熱的に
分解可能な水素化物との共同作用による水素発生に基づ
くものである。これらの水素化物はいずれもが水素を遊
離する一方、発熱的に分解可能な水素化物から発生する
熱は吸熱的に分解可能な水素化物を分解するために利用
される。これらの水素化物の相対比率は、反応温度を制
御し、水素の発生および熱の放散を最適化し、かつ重量
および体積を最小にするように調整される。
The invention is based on hydrogen generation by the joint action of an endothermically decomposable metal hydride and an exothermically decomposable hydride. While all of these hydrides liberate hydrogen, the heat generated from the exothermically decomposable hydride is utilized to decompose the endothermically decomposable hydride. The relative proportions of these hydrides are adjusted to control reaction temperature, optimize hydrogen evolution and heat dissipation, and minimize weight and volume.

本発明の水素発生装置は、簡単に述べれば吸熱的に分解
して水素を遊離する金属水素化物から成る第1の母材、
水との反応により発熱的に分解して水素を遊離するイオ
ン性水素化物から成る第2の母材、およびこれらの母材
を収容する容器を含んでいる。かかる第1および第2の
母材は、イオン性水素化物の分解によって発生した熱が
金属水素化物に伝達されるよう互いに隣接して配置され
ている。また、金属水素化物とイオン性水素化物との比
率は金属水素化物の分解を確保すると共に容器内の温度
を制御するように調整されている。
Briefly stated, the hydrogen generator of the present invention includes a first base material made of a metal hydride that decomposes endothermically to liberate hydrogen;
It includes a second base material made of an ionic hydride that exothermically decomposes to liberate hydrogen upon reaction with water, and a container containing these base materials. The first and second base materials are arranged adjacent to each other so that heat generated by decomposition of the ionic hydride is transferred to the metal hydride. Additionally, the ratio of metal hydride to ionic hydride is adjusted to ensure decomposition of the metal hydride and to control the temperature within the vessel.

イオン性水素化物に水を均等に分配するための水分配手
段には弁手段を介して加圧水源が連結されており、また
弁手段を解放して反応を開始させるだめの弁作動手段が
設けられている。更にまた、水素化物から遊離した水素
を集めかつその水素を容器の出口に導(ための手段も設
けられている。
The water distribution means for evenly distributing water to the ionic hydride is connected to a source of pressurized water via valve means and is provided with valve actuation means for opening the valve means to initiate the reaction. ing. Furthermore, means are provided for collecting the hydrogen liberated from the hydride and directing it to the outlet of the vessel.

金属水素化物は水素化マグネシウムでありかつイオン性
水素化物は水素化リチウムであることが好ましい。第1
および第2の母材は円筒形を成ずように成形することが
できる。その場合、第1の母材は容器の第1の区画室内
において両母材間に遊離水素用の通路を形成しながら第
2の母材の周囲に同軸的に配置され、また第2の母材は
水分配手段の周囲に同軸的に配置される。水分配手段は
、イオン性水素化物に水を均等に分配するために多数の
開口を設けたマニホルド管から成り得る。水は、容器の
第2の区画室内に配置されかつ不活性ガスによって加圧
されていればよい。
Preferably, the metal hydride is magnesium hydride and the ionic hydride is lithium hydride. 1st
The second base material can also be formed into a non-cylindrical shape. In that case, the first matrix is disposed coaxially around the second matrix, forming a passageway for free hydrogen between the two matrixes in the first compartment of the container, and The material is arranged coaxially around the water distribution means. The water distribution means may consist of a manifold tube provided with a number of openings to evenly distribute water to the ionic hydride. The water may be placed in the second compartment of the container and pressurized with an inert gas.

好適な実施の態様の説明 前述のごとく、本発明はロケットなどから発射された気
球を高所において膨張させるために役立つ体積貯蔵能力
の大きい安全で軽■の水素発生装置に対して特に良く適
合するものであって、以下の説明もそれに関連して行わ
れる。とは言え、以下の説明から明らかとなる通り、こ
れは本発明の用途の単なる一例を示すものに過ぎない。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS As previously noted, the present invention is particularly well suited for safe, lightweight hydrogen generation systems with large volumetric storage capacities useful for inflating balloons launched from rockets or the like at high altitudes. The following description will also be made in connection therewith. However, as will become clear from the description below, this is merely one example of the application of the present invention.

本発明によって提供される体積貯蔵能力の大きいII 
ffiの水素発生装置は、前述のごとく、イオン性水素
化物と水との反応の化学的特性を利用して効率的に水素
および熱を発生させると共に、かかる反応において発生
した熱を外界に放散させる代りに金属水素化物の分解の
ために使用してより低い温度下で追加の水素を発生させ
ることにより、金属水素化物とイオン性水素化物/水と
から成る系を最適化する熱化学的原理に基づいている。
Large volume storage capacity II provided by the present invention
As mentioned above, ffi's hydrogen generator utilizes the chemical properties of the reaction between ionic hydrides and water to efficiently generate hydrogen and heat, and also dissipates the heat generated in this reaction to the outside world. Thermochemical principles to optimize systems consisting of metal hydrides and ionic hydrides/water by instead using them for the decomposition of metal hydrides to generate additional hydrogen at lower temperatures. Based on.

イオン性水素化物と水との発熱反応から発生する熱を金
属水素化物の分解のために利用することにより、かかる
熱の放散機構を設ける必要性が回避され、従って装置の
l1lfi(および体積)を低減させることが可能とな
る。この場合、金属水素化物の分解が調節作用をもたら
すから、3種の化学物質(イオン性水素化物、水および
金属水素化物)の比率によって山路温度が制御されるこ
とになる。
Utilizing the heat generated from the exothermic reaction of the ionic hydride and water for the decomposition of the metal hydride avoids the need to provide such a heat dissipation mechanism, thus reducing the l1lfi (and volume) of the device. It becomes possible to reduce this. In this case, the ratio of the three chemicals (ionic hydride, water and metal hydride) will control the mountain pass temperature, since the decomposition of the metal hydride provides a regulating effect.

吸熱的に分解可能な金属水素化物の好適な実例は水素化
マグネシウムである。なぜなら、金属水素化物の中でも
水素化マグネシウムは単位ff151当りの水素貯蔵能
力が比較的大きくて、14ポンド当り約1ポンドの水素
を発生することができるからである。とは言え、本発明
の実施に際しては吸熱的に分解可能な任意の金属水素化
物を使用し得ることは勿論で品゛る。好適イオン性水素
化物は水素化リチウムである。前記に指摘された通り、
これは反応体100ポンド当り約7.75ポンドの水素
を発生すると共に、25℃において反応体1g当り1.
0kcalの反応熱を発生する。なお、本発明の実施に
際しては、水と発熱的に反応して水素を発生する任意の
イオン性水素化物を使用し得ることもまた勿論である。
A suitable example of an endothermically decomposable metal hydride is magnesium hydride. This is because, among metal hydrides, magnesium hydride has a relatively large hydrogen storage capacity per unit ff151, and can generate about 1 pound of hydrogen per 14 pounds of hydrogen. However, it is of course possible to use any endothermically decomposable metal hydride in the practice of the present invention. A preferred ionic hydride is lithium hydride. As pointed out above,
This produces about 7.75 pounds of hydrogen per 100 pounds of reactants and 1.75 pounds per gram of reactants at 25°C.
Generates 0 kcal of heat of reaction. It is of course also possible to use any ionic hydride that reacts exothermically with water to generate hydrogen in the practice of the present invention.

水素化リチウム/水から成る系の化学物質重石は、水素
化マグネシウムの化学物質重力に関連し、生成熱が水素
化マグネシウムを分解しかつ300℃程度の最終動作温
度をもたらすように選定される。このようにして水素化
リチウム/水系と水素化マグネシウム系とを組合わせれ
ば、単位化学物質m吊当りの水素発生量が減少せず、し
かも過剰の熱を放散させる必要性が回避されるため、最
終装置mmは低減することになる。
The chemical weight of the lithium hydride/water system is chosen such that the heat of formation decomposes the magnesium hydride and provides a final operating temperature on the order of 300°C, relative to the chemical gravity of the magnesium hydride. By combining the lithium hydride/water system and the magnesium hydride system in this way, the amount of hydrogen generated per m unit of chemical substance does not decrease, and the need to dissipate excess heat is avoided. The final device mm will be reduced.

下記第1表中には、水素化リチウム/水と水素化マグネ
シウムとから成る系の熱化学的性質並びに300℃の反
応に関する下記の総括平衡化学反応式を導く計算結果が
示されている。
Table 1 below shows the thermochemical properties of the system consisting of lithium hydride/water and magnesium hydride, as well as the calculation results that lead to the following general equilibrium chemical reaction equation for the reaction at 300°C.

I Li H+1820+0.8Mg+2→1 L! 
OH+0.8MO+1.882   (4)第1表 熱化学的性質および計算結果 反応熱(ΔH)      Li H+Hz O−+L
i OH+H226kcal/mat−発熱 M(II H2→M17 +Hz 19、8kcal/mol−吸熱 6006Kにおける   Li OH10cal/mo
l  −deg比熱CP          MgH2
11,6cal/mol  ・deQ82    7 
cal/mol  −deg密度ρ         
M(I 82  1.8 a/ccLi  ト1   
  0. 78g /cc300℃に到達する   L
i O83kcal/molのに要する熱量     
MgHz   3.48kcal/mo1300℃にお
ける    (a )理論値MgHzの分解に利用  
   17.42kcal/mat  (Li H+H
2)し得る正味熱ffl      (b)12%の損
失を仮定した値15、3kcal/mo1 M!;I +2 /Li 8モル比 (分解する)Mg
+2=0.8 下記第2表中には、10ボンドの水素を発生させる装置
に関する全重量および全体積の計算値が示されている。
I Li H+1820+0.8Mg+2→1 L!
OH+0.8MO+1.882 (4) Table 1 Thermochemical properties and calculation results Heat of reaction (ΔH) Li H+Hz O-+L
i OH + H226kcal/mat - exothermic M (II H2 → M17 +Hz 19, 8kcal/mol - endothermic 6006K Li OH10cal/mo
l-deg specific heat CP MgH2
11.6 cal/mol ・deQ82 7
cal/mol -deg density ρ
M(I 82 1.8 a/ccLi t1
0. 78g/cc reaches 300℃ L
i Amount of heat required for O83kcal/mol
MgHz 3.48kcal/mo at 1300℃ (a) Used for decomposition of theoretical value MgHz
17.42kcal/mat (Li H+H
2) Possible net heat ffl (b) Value assuming 12% loss 15, 3 kcal/mo1 M! ; I +2 /Li 8 molar ratio (decomposed) Mg
+2=0.8 In Table 2 below, the total weight and volume calculations for a 10 bond hydrogen generating device are given.

表記の通り、化学物質の全ff1ffiおよび全体積は
それぞれ130.9ポンドおよび1゜78立方フイート
である。
As noted, the total ff1ffi and total volume of chemicals are 130.9 pounds and 1.78 cubic feet, respectively.

発生する 8 2    4.53kg      気球(可変)
(10ボンド) L i 8  10.17kg      13.04
1J v ト/L/(22,45ボントン H2022,88Jl      22.88リツトル
(50,48ボンド) MU H226,27Jl       14.59リ
ツトル(57,99ポンド 59.32kill    50.51リツトル合 計
 (130,9ボンド)  (1,78立方フイート) 第1および2図には、金属水素化物とイオン性水素化物
/水とを用いた本発明の好適な水素発生装置ff10が
示されているが、これはロケットから発射された気球を
高所において膨張させることを目的とするものである。
Generated 8 2 4.53kg balloon (variable)
(10 bond) L i 8 10.17kg 13.04
1J v To/L/(22,45 Bonton H2022,88Jl 22.88 liters (50,48 Bond) MU H226,27Jl 14.59 liters (57,99 lbs 59.32kill 50.51 liters total (130,9 (1,78 cubic feet) Figures 1 and 2 show a preferred hydrogen generator ff10 of the present invention using metal hydrides and ionic hydrides/water, which The purpose is to inflate a balloon launched from a high place.

図示のごとく、水素発生装置10は容器12を含んでい
るが、かかる容器12はたとえばステンレス鋼から成る
円筒形のものであればよい。このような形状は、限られ
たスペースに対して容易に順応し得る点で好ましいので
ある。容器12は複数の区画室14,16.18および
20に区分されており、かつ気球充填管(図示せず)に
連結することが可能な出口22を有している。容器12
の上部の区画室14は、後記に一層詳しく説明されるご
とく、区画室16内における水素化物の反応によって遊
離した水素を(図中の矢印で示されるように)集めるた
めのプレナムとして役立つ。かかるプレナムは、所定の
圧力下で開くように設計された常時閉鎖状態にある圧力
作動式の逆止め弁24を介して出口22に連結されてい
る。
As shown in the figure, the hydrogen generator 10 includes a container 12, but the container 12 may be made of stainless steel and have a cylindrical shape, for example. Such a shape is preferred because it can be easily adapted to a limited space. The container 12 is divided into a plurality of compartments 14, 16, 18 and 20 and has an outlet 22 connectable to a balloon filling tube (not shown). container 12
The upper compartment 14 serves as a plenum for collecting the hydrogen liberated by the reaction of the hydride in the compartment 16 (as indicated by the arrow in the figure), as will be explained in more detail below. The plenum is connected to the outlet 22 via a normally closed, pressure-operated check valve 24 designed to open under a predetermined pressure.

前述のごとき理由により、水素発生装置10は水素化マ
グネシウムと水素化リチウム/水との系から成ることが
好ましい。水素化リチウムおよび水素化マグネシウムは
、区画室16内にそれぞれの水素化物母材26および2
8として配置されている。各母材は円筒形を成している
ことが好ましい。かかる円筒形母材の寸法は、水素化マ
グネシウム母材28を図示のごとく水素化リチウム母材
26の周囲に同軸的に配置し得ると共に、両良材間には
環状の通路30が形成されるようになっていることが好
ましい。水素化リチウム母材26は、過大な局部圧力を
生じることなしに水素の遊離を可能にする所定の気孔率
を有するような有孔性または多孔性のものであることが
好ましい。水素化リチウム母材26にはまた、環状の通
路30に、および水素化リチウム母材26内の長手方向
に伸びる同軸的な円柱状空間36に連通ずるような半径
方向に伸びる多数の通路34を設けることもできる。水
素化マグネシウムは固形のものであっても粒状のも、の
であってもよい。粒状の場合、それは粒子同士を結合す
ると共に反応を減速させるための結合剤を含有していて
もよく、また支持用の環状保持スクリーン(図示せず)
の内部に配置されていてもよい。なお、かかる水素化物
母材の相対寸法は、前述のごとき化学反応式(4)によ
って決定される。
For the reasons mentioned above, it is preferable that the hydrogen generator 10 consists of a system of magnesium hydride and lithium hydride/water. Lithium hydride and magnesium hydride are contained within compartment 16 in respective hydride matrices 26 and 2.
It is arranged as 8. Preferably, each base material has a cylindrical shape. The dimensions of the cylindrical base material are such that the magnesium hydride base material 28 can be disposed coaxially around the lithium hydride base material 26 as shown, and an annular passage 30 is formed between the two base materials. It is preferable that the Preferably, the lithium hydride matrix 26 is porous or porous with a predetermined porosity that allows hydrogen release without creating excessive local pressure. The lithium hydride matrix 26 also includes a number of radially extending passageways 34 that communicate with the annular passageway 30 and with a longitudinally extending coaxial cylindrical space 36 within the lithium hydride matrix 26. It is also possible to provide one. Magnesium hydride may be solid or granular. If in granular form, it may contain a binder to bind the particles together and slow down the reaction, and a supporting annular retaining screen (not shown).
It may be placed inside. Note that the relative dimensions of the hydride base material are determined by the chemical reaction formula (4) as described above.

円柱状空間36の内部には水分配手段が配回されている
が、これは長手方向に伸びるマニホルド管40から成っ
ていればよい。かかるマニホルド管40には、長手方向
および円周方向に沿って均等に分布した多数の開口42
が設けられている。
Disposed within the cylindrical space 36 is water distribution means, which may consist of a manifold tube 40 extending in the longitudinal direction. Such a manifold tube 40 has a large number of openings 42 evenly distributed along its length and circumference.
is provided.

マニホルド管40の(第1図に示される)下端は、遮断
弁44を介して区画室20内の加圧水源に連結されてい
る。常時閉鎖状態にある弁44は、圧力スイッチによっ
て作動される公知M4造の電気雷管から成る作fllI
構46によって動作させることができる。作動機M44
6用の電力は電池48から供給され、また圧力スイッチ
には容器12の側壁に設けられた圧力検出口50を通し
て大気圧が印加される。容器12の側壁にはまた、区画
室20に連通ずる水充填口52が圧力検出口50に隣接
して設けられている。
The lower end of manifold tube 40 (shown in FIG. 1) is connected to a source of pressurized water within compartment 20 via isolation valve 44. The valve 44, which is normally closed, is operated by a conventional M4 electric detonator actuated by a pressure switch.
It can be operated by the mechanism 46. Actuator M44
Electric power for the container 12 is supplied from a battery 48, and atmospheric pressure is applied to the pressure switch through a pressure detection port 50 provided in the side wall of the container 12. A water filling port 52 communicating with the compartment 20 is also provided in the side wall of the container 12 adjacent to the pressure detection port 50 .

区画室20は可動ピストン54によって2つの部分に区
分することができる。区画室20の上方部分には水充填
口52を通して水を供給し、またピストン54の下側に
はガス充填弁56を通して加圧不活性ガスを供給すれば
よい。
Compartment 20 can be divided into two parts by movable piston 54. Water may be supplied to the upper portion of the compartment 20 through a water fill port 52, and pressurized inert gas may be supplied to the lower side of the piston 54 through a gas fill valve 56.

水素発生装置を安全に保管するためには、区画室20の
水および不活性ガス収容部分を空のままに保ち、かつ弁
44用の雷管作動機構を挿入しないでおくことが望まし
い。使用時には、区画室20の上方部分に水充填口52
を通して水を充填し、かつ区画室20の下方部分にガス
充填弁56を通して加圧不活性ガスを供給すればよい。
For safe storage of the hydrogen generator, it is desirable to keep the water and inert gas containing portions of compartment 20 empty and to leave the detonator actuation mechanism for valve 44 uninserted. In use, there is a water fill port 52 in the upper part of the compartment 20.
The lower portion of the compartment 20 may be supplied with pressurized inert gas through the gas fill valve 56.

最後に、雷管作動機構が挿入される。発射後には、作v
J礪横46の圧力感知器が圧力検出口50を通して大気
圧を感知し、そして所定の高度に到達した時点で電気雷
管を作動して弁44を解放する。ピストン54の下方か
ら不活性ガスによって加圧された水はマニホルド管40
内に圧入される。それと共にピストン54は(第1図中
において)上方に移動し、やがて区画室20から水が完
全に排出される。その場合、ピストン54の移動速度は
区画室16内における水素化物の反応速度によって決定
される。水が内側の水素化リチウム母材26に接触する
と、水素化リチウムは水酸化リチウムに転化し、そして
熱および水素ガスが発生する。なお、最初は水素ガスが
生機の水蒸気を運び去ることがある。加熱された水素ガ
スは多孔性の水素化リチウム母材を通過して通路30に
達し、そこで水蒸気および一部の熱エネルギーを放出す
る。かかる熱エネルギーの大部分は外側の水素化マグネ
シウム母材28に流れ込む。水素化マグネシウムがかか
る熱を吸収することにより、区画室16内の温度が低下
すると共に、水素化マグネシウムが熱分解して追加の水
素を発生する。発生した水素は区画室16上方のプレナ
ム(区画室14)に流入し、そして圧力の上昇が起こる
。プレナム内の圧力が所定値に達すると、逆止め弁24
が開いて水素を気球充填管内に流入させる。かかる水素
の流入は反応が終了するまで継続されるわけである。化
学反応式(4)に従って水素化物および水の量を選定す
れば、水素化リチウムと水との反応によって発生する熱
を水素化マグネシウム中に実質的に完全に吸収させ、そ
れによって水素解離のために必要な300℃の温度を維
持することが可能となる。
Finally, the detonator actuation mechanism is inserted. After the launch, the production
A pressure sensor on the J-side 46 senses atmospheric pressure through a pressure detection port 50, and when a predetermined altitude is reached, the electric detonator is actuated to open the valve 44. Water pressurized by inert gas from below the piston 54 is transferred to the manifold pipe 40.
Press-fitted inside. At the same time, the piston 54 moves upward (in FIG. 1) until the water is completely evacuated from the compartment 20. In that case, the speed of movement of the piston 54 is determined by the reaction rate of the hydride within the compartment 16. When the water contacts the inner lithium hydride matrix 26, the lithium hydride is converted to lithium hydroxide and heat and hydrogen gas are evolved. Note that hydrogen gas may initially carry away water vapor from the gray fabric. The heated hydrogen gas passes through the porous lithium hydride matrix to passageway 30 where it releases water vapor and some thermal energy. Most of this thermal energy flows into the outer magnesium hydride matrix 28. The absorption of such heat by the magnesium hydride reduces the temperature within the compartment 16 and causes the magnesium hydride to thermally decompose and generate additional hydrogen. The generated hydrogen flows into the plenum (compartment 14) above compartment 16 and a pressure increase occurs. When the pressure in the plenum reaches a predetermined value, the check valve 24
opens to allow hydrogen to flow into the balloon filling tube. This inflow of hydrogen continues until the reaction is completed. If the amounts of hydride and water are selected according to chemical reaction equation (4), the heat generated by the reaction between lithium hydride and water is substantially completely absorbed into magnesium hydride, thereby allowing hydrogen dissociation to occur. It becomes possible to maintain the temperature of 300°C required for this purpose.

下記第3表中には、10ボンドの水素を発生させるため
に必要な体積貯蔵能力の2倍に等しい体積貯蔵能力を有
する第1および2図のごとき水素発生装置の化学成分に
関する典型的な寸法、体積および歪量が示されている。
Table 3 below lists typical dimensions for the chemical composition of a hydrogen generator such as those in Figures 1 and 2 with a volume storage capacity equal to twice the volume storage capacity required to generate 10 Bonds of hydrogen. , volumes and strain amounts are shown.

すなわち、第3表の水素発生装置は安全率2を有するこ
とになる。全ての物質が完全に反応するものと仮定すれ
ば、10ポンドの水素を発生させるための水素発生装置
の最小パラメータは第3表中に示された値の1/2でよ
いわけである。
That is, the hydrogen generator shown in Table 3 has a safety factor of 2. Assuming complete reaction of all materials, the minimum parameters for a hydrogen generator to generate 10 pounds of hydrogen may be 1/2 of the values shown in Table 3.

第3表 (インチ)  (インチ)  (インチ)  (立方 
   (ポンド)8気孔率25% 気球の最大許容積載量が300ボンドであると仮定すれ
ば、第3表中に示されたパラメータを有する水素発生装
置は構造部材、機構および付属部品用として38ボンド
の余裕を有することになる。
Table 3 (inch) (inch) (inch) (cubic)
(pounds) 8 porosity 25% Assuming that the maximum allowable payload of the balloon is 300 Bond, a hydrogen generator with the parameters shown in Table 3 will have 38 Bond for structural members, mechanisms and fittings. This means that there is a margin of

上記の説明から理解される通り、本発明によれば各種の
用途にとって有用なコンパクトで軽fjtの極めて効率
的な熱化学的水素発生装置が提供される。なお、気球膨
張装置としての用途ばかりでなく、本発明の水素発生装
置は燃焼機関用の燃料源および安全でコンパクトな軽量
の水素輸送装置としてもまた有用である。
As can be seen from the above description, the present invention provides a compact, light fjt, highly efficient thermochemical hydrogen generation device useful for a variety of applications. In addition to being used as a balloon expansion device, the hydrogen generation device of the present invention is also useful as a fuel source for combustion engines and as a safe, compact, and lightweight hydrogen transportation device.

以上、本発明の好適な実施の態様を説明したが、前記特
許請求の範囲によって範囲の規定された本発明の原理お
よび精神から逸脱することなく、かかる実施の態様に様
々な変更を加え得ることは当業者にとって自明であろう
Although the preferred embodiments of the present invention have been described above, various changes may be made to the embodiments without departing from the principles and spirit of the present invention whose scope is defined by the claims. will be obvious to those skilled in the art.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明に基づく水素発生装置の縦断面図、そし
て第2図はvJ1図の線2−2についての横断面図であ
る。 図中、10は水素発生装置、12は容器、14゜16.
18および20は区画室、22は出口、24は逆止め弁
、26は水素化リチウム母材、28は水素化マグネシウ
ム母材、30は環状の通路、34は半径方向の通路、3
6は円柱状空間、40はマニホルド管、42は開口、4
4は遮断弁、46は作動機構、48は電池、50は圧力
検出口、52は水充填口、54は可動ピストン、モして
56はガス充填弁を表わす。
FIG. 1 is a longitudinal cross-sectional view of a hydrogen generator according to the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view along line 2--2 of the vJ1 diagram. In the figure, 10 is a hydrogen generator, 12 is a container, 14°16.
18 and 20 are compartments, 22 is an outlet, 24 is a check valve, 26 is a lithium hydride matrix, 28 is a magnesium hydride matrix, 30 is an annular passage, 34 is a radial passage, 3
6 is a cylindrical space, 40 is a manifold pipe, 42 is an opening, 4
4 is a shutoff valve, 46 is an operating mechanism, 48 is a battery, 50 is a pressure detection port, 52 is a water filling port, 54 is a movable piston, and 56 is a gas filling valve.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、(a)吸熱的に分解して水素を遊離する金属水素化
物から成る第1の母材、(b)水との反応により発熱的
に分解して水素を遊離するイオン性水素化物から成る第
2の母材、(c)前記第1および第2の母材を収容する
容器、(d)加圧水源、(e)前記イオン性水素化物に
その水を均等に分配するための水分配手段、(f)前記
水分配手段と前記加圧水源との間に連結された弁手段、
並びに(g)前記弁手段を作動して加圧水を前記水分配
手段に導くための弁作動手段から構成されていて、前記
第1および第2の母材は、前記イオン性水素化物の分解
によって発生する熱が前記金属水素化物に伝達されるよ
う前記容器内において互いに隣接して配置されており、
かつ前記金属水素化物と前記イオン性水素化物との比率
は、前記金属水素化物の分解を確保すると共に前記容器
内の温度を制御するように調整されていることを特徴と
する水素発生装置。 2、前記金属水素化物が水素化マグネシウムである特許
請求の範囲第1項記載の装置。 3、前記イオン性水素化物が水素化リチウムおよび水素
化カルシウムから成る群より選ばれる特許請求の範囲第
1項記載の装置。 4、前記イオン性水素化物が水素化リチウムである特許
請求の範囲第1項記載の装置。 5、第1および第2の母材の各々が円筒形を成していて
、前記第1の母材は、前記容器の第1の区画室内におい
て両母材間に遊離水素用の通路を形成するように、前記
第2の母材の周囲に同軸的に配置されており、また前記
第2の母材は前記水分配手段の周囲に同軸的に配置され
ている特許請求の範囲1項記載の装置。 6、前記第2の母材には半径方向に伸びる多数の通路が
設けられていて、前記半径方向の通路は両母材間に形成
された前記通路および前記第2の母材の内部空間に連通
している特許請求の範囲第5項記載の装置。 7、前記水分配手段が前記第2の母材の内部空間内に同
軸的に配置されたマニホルド管から成っていて、前記マ
ニホルド管には長手方向および円周方向に沿って分布し
た多数の開口が設けられており、また前記加圧水源が可
動ピストンによって第1および第2の部分に区分された
前記容器の第2の区画室から成っていて、前記第1およ
び第2の部分には水および加圧ガスがそれぞれ収容され
ている特許請求の範囲第5項記載の装置。 8、前記弁手段が前記マニホルド管と前記第2の区画室
の前記第1の部分との間に連結された常時閉鎖状態にあ
る弁から成り、また前記弁作動手段が前記弁を解放する
ための電気作動器と所定の条件に応答して前記電気作動
器を動作させるための動作手段とから成る特許請求の範
囲第7項記載の装置。 9、前記所定の条件が大気圧であり、かつ前記動作手段
が電源および前記電源を前記電気作動器に接続するため
の感圧スイッチから成る特許請求の範囲第8項記載の装
置。 10、前記容器には、前記第2の区画室の前記第1およ
び第2の部分に水およびガスをそれぞれ充填することを
可能にするため、前記第1および第2の部分にそれぞれ
連通する水充填手段およびガス充填手段が設けられてお
り、かつ前記容器はまた使用に先立って前記弁作動手段
を挿入し得るようにも形成されている特許請求の範囲第
7項記載の装置。 11、前記容器には、両母材間の前記通路におよび前記
容器の出口に連通するプレナムが設けられており、かつ
前記プレナムと前記出口との間に常時閉鎖状態にある圧
力作動弁が配置されている特許請求の範囲第1項記載の
装置。 12、ロケットから発射された気球を高所において膨張
させるため前記ロケットの内部に配置し得るように形成
されている特許請求の範囲第1項記載の装置。 13、(a)水素化マグネシウムから成る第1の母材、
および水と反応して発熱的に分解するイオン性水素化物
から成る第2の母材を容器の第1の区画室内に配置し、
(b)前記容器の第2の区画室内に加圧水を配置し、(
c)前記第2の母材に加圧水を均等に供給して、前記イ
オン性水素化物と前記水との反応を生起させ、(d)前
記容器内の温度の制御および前記水素化マグネシウムの
分解が確保されるように前記水素化マグネシウム、前記
イオン性水素化物および前記水の比率を選定することに
より、前記反応によって発生した熱を前記水素化マグネ
シウムに伝達して前記水素化マグネシウムを吸熱的に分
解させ、(e)前記イオン性水素化物と前記水との反応
および前記水素化マグネシウムの分解によって発生した
水素を集め、次いで(f)前記水素を前記容器の出口に
供給する諸工程を含むことを特徴とする水素発生方法。 14、前記イオン性水素化物が水素化リチウムおよび水
素化カルシウムから成る群より選ばれる特許請求の範囲
第13項記載の方法。 15、前記イオン性水素化物が水素化リチウムである特
許請求の範囲第13項記載の方法。 16、前記第1および第2の母材をそれぞれ水素化マグ
ネシウムおよびイオン性水素化物の円筒体として成形す
る工程が追加包含される場合において、前記第1の母材
は両母材間に通路を形成するようにして前記第2の母材
の周囲に同軸的に配置され、また前記第2の母材には半
径方向に伸びる多数の通路が設けられて、前記半径方向
の通路は両母材間の前記通路におよび前記第2の母材の
内部空間に連通する特許請求の範囲第13項記載の方法
。 17、前記第2の母材が、過大な局部圧力を生じること
なしに水素の遊離を可能にする所定の気孔率を有するよ
うに成形される特許請求の範囲第16項記載の方法。 18、前記水素化マグネシウムが粒状である場合におい
て、前記水素化マグネシウムの分解速度を制御するよう
に前記第1の母材が水素化マグネシウムの粒子同士を結
合する結合剤を含有する特許請求の範囲第13項記載の
方法。 19、所定の大気圧条件を感知する工程が追加包含され
る場合において、前記加圧水は前記所定の大気圧条件に
応答して供給される特許請求の範囲第13項記載の方法
。 20、高所においてロケットから発射された気球を膨張
させるために前記水素を使用する工程が追加包含される
特許請求の範囲第19項記載の方法。
[Claims] 1. (a) a first base material made of a metal hydride that decomposes endothermically to liberate hydrogen; (b) that decomposes exothermically to liberate hydrogen by reaction with water; a second matrix comprising an ionic hydride; (c) a container containing said first and second matrices; (d) a source of pressurized water; and (e) distributing said water evenly to said ionic hydride. (f) valve means connected between said water distribution means and said pressurized water source;
and (g) valve actuation means for actuating said valve means to direct pressurized water to said water distribution means, wherein said first and second base materials contain water generated by decomposition of said ionic hydride. are arranged adjacent to each other in the container so that heat transferred to the metal hydride is transferred to the metal hydride;
and a hydrogen generating device characterized in that the ratio of the metal hydride to the ionic hydride is adjusted so as to ensure decomposition of the metal hydride and control the temperature within the container. 2. The device according to claim 1, wherein the metal hydride is magnesium hydride. 3. The apparatus of claim 1, wherein the ionic hydride is selected from the group consisting of lithium hydride and calcium hydride. 4. The device according to claim 1, wherein the ionic hydride is lithium hydride. 5. Each of the first and second base metals has a cylindrical shape, and the first base metal forms a passage for free hydrogen between the two base metals in the first compartment of the container. Claim 1, wherein the water distributing means is coaxially disposed around the second base material, and the second base material is coaxially disposed around the water distribution means. equipment. 6. The second base material is provided with a large number of passages extending in the radial direction, and the radial passages extend through the passage formed between both base materials and the internal space of the second base material. Apparatus according to claim 5, which follows. 7. The water distribution means consists of a manifold tube coaxially arranged in the interior space of the second base material, and the manifold tube has a number of openings distributed along the longitudinal direction and the circumferential direction. and wherein said source of pressurized water comprises a second compartment of said container divided into first and second parts by a movable piston, said first and second parts containing water and 6. Apparatus according to claim 5, each containing a pressurized gas. 8. said valve means comprising a normally closed valve connected between said manifold tube and said first portion of said second compartment, and said valve actuating means for opening said valve; 8. The apparatus of claim 7, comprising an electrical actuator and operating means for operating said electrical actuator in response to a predetermined condition. 9. The apparatus of claim 8, wherein said predetermined condition is atmospheric pressure and said operating means comprises a power source and a pressure sensitive switch for connecting said power source to said electrical actuator. 10. The container has water in communication with the first and second parts, respectively, to enable the first and second parts of the second compartment to be filled with water and gas, respectively. 8. Apparatus as claimed in claim 7, characterized in that filling means and gas filling means are provided and the container is also configured to allow insertion of the valve actuation means prior to use. 11. The container is provided with a plenum that communicates with the passage between both base materials and the outlet of the container, and a pressure-operated valve that is always closed is disposed between the plenum and the outlet. A device according to claim 1. 12. The device of claim 1, wherein the device is configured to be placed inside a rocket for inflating a balloon launched from the rocket at a high altitude. 13, (a) a first base material made of magnesium hydride;
and a second matrix comprising an ionic hydride that reacts with water and decomposes exothermically within the first compartment of the container;
(b) placing pressurized water within a second compartment of said container;
c) uniformly supplying pressurized water to the second base material to cause a reaction between the ionic hydride and the water; (d) controlling the temperature in the container and decomposing the magnesium hydride; By selecting the ratio of the magnesium hydride, the ionic hydride, and the water to ensure that the heat generated by the reaction is transferred to the magnesium hydride to endothermically decompose the magnesium hydride. (e) collecting hydrogen generated by the reaction of the ionic hydride with the water and decomposition of the magnesium hydride; and (f) supplying the hydrogen to an outlet of the container. Characteristic hydrogen generation method. 14. The method of claim 13, wherein said ionic hydride is selected from the group consisting of lithium hydride and calcium hydride. 15. The method according to claim 13, wherein the ionic hydride is lithium hydride. 16. In the case where the step of forming the first and second base materials as cylinders of magnesium hydride and ionic hydride, respectively, is additionally included, the first base material has a passageway between the two base materials. a plurality of radially extending passageways are disposed coaxially around the second base material such that the second base metal forms a plurality of radially extending passageways in the second base metal; 14. The method of claim 13, wherein the passageway therebetween communicates with the interior space of the second base material. 17. The method of claim 16, wherein the second base material is formed to have a predetermined porosity that allows hydrogen liberation without creating excessive local pressure. 18. In the case where the magnesium hydride is granular, the first base material contains a binder that binds the magnesium hydride particles together so as to control the decomposition rate of the magnesium hydride. The method according to paragraph 13. 19. The method of claim 13, wherein the pressurized water is provided in response to the predetermined atmospheric pressure condition, wherein the method further includes the step of sensing the predetermined atmospheric pressure condition. 20. The method of claim 19, further comprising the step of using the hydrogen to inflate a balloon launched from a rocket at altitude.
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