JP2014507262A - 液体と固体との間の化学反応によって発生したガスの、液没条件の下での自己調節生成、および関連するデバイス - Google Patents

Abstract

本発明は、液没条件の下で需要量に応じて自己調節されるガス（Ｇ）生成を行うための方法に関し、前記ガス（Ｇ）は液体（Ｌ）と固体（Ｓ）との間の化学反応によって発生し（例えば、金属水素化物の加水分解によって水素が発生する）、発生から送出までの間に汚染は生じない。本発明は、前記方法の実行に適したデバイス（１）にも関する。
【選択図】図１

Description

本発明は、液没条件の下で需要量に応じて自己調節されるガス生成を行うための方法に関し、前記ガスは液体と固体との間の化学反応によって発生し（例えば、金属水素化物の加水分解によって水素が発生する）、発生から送出までの間に汚染は生じない。本発明は、前記方法の実行に適したデバイスにも関する。

本発明の影響を特に受ける分野の１つは、例えば、信号伝達機能（ｓｉｇｎａｌｉｎｇ ｆｕｎｃｔｉｏｎ）または熱目的機能（ｔｈｅｒｍａｌ ｔａｒｇｅｔ ｆｕｎｃｔｉｏｎ）を有するバーナーである、浮動バーナー（ｆｌｏａｔｉｎｇ ｂｕｒｎｅｒｓ）に水素を供給する分野である。別の影響を受ける分野は、浮動燃料電池（ｆｌｏａｔｉｎｇ ｆｕｅｌ ｃｅｌｌ）または液没燃料電池（ｓｕｂｍｅｒｇｅｄ ｆｕｅｌ ｃｅｌｌ）に水素を供給する分野である。水素をバーナーまたは燃料電池に供給するには、高純度の水素が必要である。そこで、反応収率（前記水素で行われる反応）を最適化し、バーナーまたはセルを劣化させる可能性のある汚染を制限することを目的とする。一般に、高純度のガス（液体と固体との間の反応によって生成されるガス）の調整された供給を必要とする、特に海洋環境における、どのような用途も本発明の影響を受ける。

ガスの（需要量に応じて調節された）調節流量を生成し、中に汚染を持ち込むことなく前記生成されたガスを送出するために固体の加水分解反応を制御することは、当業者が現在まで程度の差はあるが複雑なデバイスを使って取り組み、多かれ少なかれ満足のゆく結果が出ている技術的問題である。

米国特許第４，１５５，７１２号では、金属水素化物を入れた第２の室と膜を介してそれ自体連通している下にある第１の水室に給水する貯水槽を備える燃料電池に供給するための小型水素発生器を説明している。この第２の室は、水素消費デバイスに接続される。このガス透過性膜を使用することで、水蒸気を第１の室から第２の室へ通し、金属水素化物と反応させ、そこで加水分解によって水素を生成することができる。２つの室の間の圧力を平衡させることで、第１の室内の水の高さが制御され、したがって、第１の室から第２の室へ通過する水蒸気の量により、需要量に応じて（水蒸気による金属水素化物の）加水分解によって生成される水素の流量を調節することが可能になる。したがって、水素の生成を調節するためのプロセスは、膜を介して２つの室の間の圧力の平衡に基づいており、そのため制御することが困難な複雑な調整を必要とする。これは、液没したときの運転にも、また圧力下で水素を生成する場合にも適さない。

液没固体水素発生器を使って浮遊バルーンを膨張させるためのデバイスが、さらに存在する。英国特許第１，１７２，６９１号および仏国特許出願第２，２９７，０７７号では、このようなデバイスを説明している。これらのデバイスは、バネもしくは弁を備える複雑な構造を有する。それらの中で、制御された量の液体を用いて行われる固体／液体反応は、固体／液体の密接な接触、すなわち、前記固体は前記液体中に浸漬され（かつ発泡錠と形容し得る）、したがって、発生するガスも前記液体と密接に接触する。さらに、これらのデバイスは、ガス生成の自己調節を行うことなく動作する。ガス生成の自己調節のこの問題は、ガス（水素）発生器がバルーンの膨張に必要なだけの量のガスを生成しなければならないとする限りでは、これらの文献で取り組まれてはいない。米国特許第２，５３１，６５７号それ自体では、膨張ガスの生成の自己調節により動作する液没バルーン膨張デバイスを説明している。このデバイスはコンテナを備え、このコンテナの下部分は、穿孔され、加水分解によってガスを発生することができる固体装入物がその上に置かれる。このコンテナは、伸縮自在の基部、および上側部分にガス排出管路を備えるベルの内部に配置構成される。前記米国特許によるデバイスが液体中に液没されると、（前記ベルの基部を引っ込めた後）前記液体は前記ベル中に浸透し、コンテナの下部分の穿孔を介して固体装入物と接触する。固体装入物と液体との間の反応によって生成されたガスは、前記穿孔を介して漏れ出て、ベル内に入っている液体を通過することによってベルの最上部へ上る。液体中をガスが通過することによって形成される乱流は、新鮮な液体を固体装入物に接触させるうえで有利である。このデバイスによって送出されるガスは、液体を通過することにより、液体の液滴および／または蒸気、さらには固体不純物（特に液体が海水の場合）に同伴することが可能であるが、それ自体は、バルーンを膨張することについては問題にならないが、バーナーまたは水素セルに供給するために送出されるガスの純度要求条件を満たさない。

仏国特許第５５４，２４７号および米国特許第２，２１１，４３０号は、第２の貯槽に収容された液体と接触して反応する第１の貯槽内に置かれた固体ブロックを備えるアセチレン発生器に関係し、前記液体は重力で前記第１の貯蔵内に浸透する。ガスに対する需要が減じるか、または取り消された場合（ガス放出弁に対する作用によって）、第１の貯槽内で発生するガスの圧力が増大し、液体を第２の貯槽内に押し戻し、それにより反応が停止する。これらの発生器は、液没されない。その構造は、米国特許第２，５３１，６５７号によるデバイスの構造に類似しており、生成されるガスは液体を通過することによって下部から漏れ出る。

したがって、従来技術では、固体の加水分解によって発生するガスの、液没条件の下での、需要量に応じた自己調節生成を行い、前記生成されたガスを汚染を中に持ち込むことなく送出する（前記送出は「過剰なガス／液体接触を伴わない」）方法またはデバイスを説明していない。

この技術的問題に関して、出願人は革新的で効率的な解決策を提案する。前記解決策は、方法およびデバイスに関して分析され、その単純さにおいて顕著である。

第１の主題によれば、本発明は、需要量に応じて自己調節される、ガス（Ｇ）生成のための方法に関し、前記方法は液没条件の下で実行され、
− 前記ガス（Ｇ）を生成するために固体（Ｓ）と反応することができる液体（Ｌ）中に、前記固体（Ｓ）からなる一定量の装入物を収容する貯槽を液没させる工程であって、前記装入物はいかなる装入物も含まない緩衝容積部の上の前記貯槽の内部容積部の上側部分に配置構成され、前記貯槽はその下部分に前記液体（Ｌ）を前記無装入物緩衝容積部中に浸透させるのに適した少なくとも１つの開口部、およびその上部分にガス（Ｇ０、Ｇ）を放出するのに適した少なくとも１つのオリフィスを有する、工程と、
− 前記液体（Ｌ）を前記無装入物緩衝容積部中に（前記貯槽の内部容積部中に）前記少なくとも１つの開口部を介して浸透させ、前記少なくとも１つのオリフィスを通して前記貯槽内に最初に存在しているガス（Ｇ０）の放出により前記貯槽の前記内部容積部内の前記液体（Ｌ）の液位を上昇させる工程と、
− 前記固体（Ｓ）を前記液体（Ｌ）と接触させて反応させることにより（前記液体（Ｌ）が固体（Ｓ）の前記装入物と接触しているときに前記固体（Ｓ）を前記液体（Ｌ）と反応させることにより）ガス（Ｇ）を発生させ、前記貯槽の前記内部容積部中の前記ガス（Ｇ）を前記少なくとも１つのオリフィスの方へ上昇させ、前記ガス（Ｇ）を前記少なくとも１つのオリフィスを介して放出する工程であって、前記貯槽内の前記液体（Ｌ）の液位は生成されるガスの容積流量と前記少なくとも１つのオリフィスを介して放出されるガスの容積流量との差に応じて自然に変化する、工程と
を含む。

発生するガスの容積流量は、液体と接触している（反応する）固体装入物の割合の関数となっている。放出されるガスの容積流量は、貯槽の静水圧および少なくとも１つの放出オリフィスの断面積（および発生するガスの物理的特性）の関数となっている。前記少なくとも１つの放出オリフィスの断面積は一定であっても可変であってもよい（例えば、流量コントローラまたは圧力調節器によって制御されうる）。そこで、ガスの容積流量に関する需要量は、断面積が一定である少なくとも１つの放出オリフィスを通る発生したガスの放出流量に単純に対応するか、または流量コントローラによって、または圧力調節器（少なくとも１つのオリフィスの断面を制御する）によって設定された放出ガスの容積流量に対応しうる。

もちろん、貯槽内のその構造および／またはその位置決め（その配置構成）により、装入物が貯槽内の液体（Ｌ）およびガス（Ｇ０、Ｇ）の循環を可能にし、前記ガス（Ｇ０、Ｇ）が前記貯槽内で下部から上部へ循環することは理解される。

上記の見解から、本発明の方法は、発生したガスと液体との間の接触を少なくとも１つの放出オリフィスの方向に貯槽内の前記ガスを（「直接的に」）上昇させることによって制限するというある種の利点を有することがすでにわかっている。前記発生したガスは、その送出のために、液体充填緩衝容積部を通過せず、したがって、前記液体を蒸気および／または液滴の形態で、また不純物（前記液体中に含まれる）を過剰に装荷されるのを回避する。したがって、本発明の方法により、自己調節を行って、高純度ガス（バーナーおよび燃料電池（上記参照）に供給するために特に適している）を送出することが可能になる。

したがって、本発明の方法は、２つの予備的段階と１つの実際のガス生成段階（連続またはバッチ生産）を備える。
第１の予備的段階は、液体中に貯槽（固体を含む）を位置決めする工程からなる（液没段階）。したがって、前記貯槽は、注目する固体の装入物、液体中に液没した後に、前記装入物を前記液体に接触させるための手段（少なくとも１つの開口部）、および固体／液体接触の後に発生するガスの放出を可能にするための手段（少なくとも１つのオリフィス）を収容する。前記接触は、液没直後ではない。この目的のために、無装入物緩衝容積部は、実際に、前記貯槽の下部分に設けられる。それにより、固体／液体反応の開始およびその結果生じるガスの放出が制御される。これは、本発明の方法のある種の利点でもある。

第２の予備的段階は、貯槽の液没の後に、前記貯槽の無装入物緩衝容積部の排出からなる。この容積部内に最初に存在するガス（Ｇ０）は、液体（Ｌ）によって追い出される。
これら２つの予備的段階が終わると、固体／液体接触の後、ガス（Ｇ）が生成される。

本発明の方法は、貯槽内の液体（Ｌ）の液位（したがって、前記液体（Ｌ）によって濡れた固体装入物の割合）が前記貯槽内に存在するガス（Ｇ）の体積によって制御されるという事実により、需要量に応じてガス（Ｇ）の生成を自己調節するのに適している。貯槽内に存在するガスの体積の変動は、生成されるガスの容積流量と（少なくとも１つのオリフィスを通して）放出されうるガスの最大容積流量との間の差に対応する。

そこで、以下のようになる。
− 生成されるガスの容積流量が、前記少なくとも１つのオリフィスを通して放出されるガスの最大容積流量より大きい場合、貯槽内のガス量の増大は、前記貯槽内の液体の液位の低下をもたらし、延いては、前記液体と接触している固体装入物の割合が減少し（または前記液体と固体の前記装入物との間の分離が生じることすらあり（以下参照））、その結果ガスの生成流量が減少する（または停止することすらある）。
− この液体の液位が貯槽を完全には満たさないときに、生成されるガスの容積流量が、前記少なくとも１つのオリフィスを通して放出されるガスの最大容積流量より小さい場合、前記貯槽内のガス量の減少は、前記貯槽内の液体の液位の上昇をもたらし、延いては、前記液体と接触している固体装入物の割合が増大し、その結果ガスの容積流量が増大する。

放出されるガスの容積流量が発生したガスの容積流量に関して十分低く、そのため液体の液位が緩衝容積部（貯槽の装入物のない容積部）内の装入物よりも低下した場合、液体のない緩衝容積部の部分は、放出されるガスに関して発生する過剰なガス用の貯蔵ゾーンとして働く。このような貯蔵は一時的なものである。方法は自己調節するのに要する時間だけ持続し、その結果、（発生／放出）ガスの流量が平衡し、前記貯槽内の前記液体が上昇する。

本発明の方法は、貯槽内の過度の圧力による爆発の危険性を有しないという大きな利点をさらに有する（これは、水素などの爆発性のガスに対して特に有利である）。放出されるガスの流量に関する発生したガスの過剰な流量によって誘発される過度の圧力（例えば、ガスを放出するためのオリフィス（複数可）の偶発的閉塞に結び付けられうる過度の圧力）は起こりえない。これは、貯槽内のガス圧力が静水圧より大きくなったときに、このガス圧力が過剰になると、前記貯槽内の液体の液位が、適宜少なくとも１つの開口部（緩衝容積部の開口部＝貯槽の開口部）の液位まで低下し、その後、過剰なガスが前記少なくとも１つの開口部を通って漏出し損失となるからである。したがって、貯槽内のガス圧力は、いかなる場合も、貯槽内の静水圧を超えることはありえない。

液体は固体（装入物）とその容積部内で、または主にその表面のところで反応する。最初に存在するガスＧ０および発生したガスＧは、少なくとも１つのオリフィスを通してそれに到達した後放出される。したがって、固体装入物は、液体およびガスに対して有利に透過性を有するか、または例えば、貫通流路を持たないモノリスカラムからなる（以下を参照）。

当業者であれば、本発明の方法において、少なくとも１つのオリフィス（貯槽からガスを放出するための）における液体の圧力は、少なくとも１つの開口部（貯槽内に液体を入れるための）における液体の圧力より低い（ごくわずかに低いとしても、低いことは低い）と仮定していることを理解する。これは、液体中の貯槽の位置決めを規定し、これは、前記貯槽の上部分および下部分の概念を規定する。大まかに言うと、貯槽を、狭められている端部上に固体挿入物を備える逆さにした漏斗または底なしのビンに似せることが全体として可能である。

本発明の方法は、任意の液体／固体の対により実行することができ、前記液体および固体は互いに反応することによってガスを生成することができる。少しも制限することなく、生成されるガスの性質に言及しながら以下でこれらの対に言及することができる。
（重炭酸（または炭酸塩）ナトリウム（またはカルシウム、マグネシウム、カリウム）、酸性水）→ＣＯ_２、
（ＡＩＮ、Ｈ_２Ｏ）→ＮＨ_３、
（Ｚｎ、ＨＣｌ（ａｑ）→Ｈ_２。

生成されるガスの性質は、もちろん、固体の組成および液体の性質に依存する。生成されたガスは、もっぱら１つまたは複数の種類の分子（Ｈ_２および／またはＣＯ_２および／またはＮＨ_３など）からなるものとしてよい。

本発明の方法を実行する文脈の範囲内において、液体中への貯槽の液没の深さを変化させることによって貯槽内のガス圧力を制御することが可能である。これは、貯槽内のガス圧力が、貯槽の液没の深さにおける液体の静水圧にほとんど等しい（圧力低下とは別に）からである。このように制御が可能であることは、本発明の方法のある種の利点をなす。

したがって、本発明の方法は、需要量に応じて（すなわち、放出されるガスの容積流量に応じて）生成されるガスの容積流量の自己調節を、この自己調節のための機械的手段を使わずに行うことが可能になる。本発明の方法は、この点で、きわめて簡単に実行できる方法である。また、上で示されているように、液没の深さを選択することによって送出されるガスの圧力を設定することも可能になる。最後に、これもまた上で示されているように、発生したガスを汚染されないようにして送出することが可能になる。

少なくとも１つのオリフィスを介して貯槽から放出されるガスを深いところに、または液没液体の表面のところに送出することができる。
一実装変更形態によれば（上記参照）、本発明の方法は、少なくとも１つのオリフィス（前記ガスを放出するための）の断面積の制御された変化によって放出されるガスの容積流量を制御する工程も含む。このような制御を行うことによって、ユーザーからの要件に応じて、生成され放出されるガスの容積流量を時間の経過とともに変化させることが可能である。

固体装入物（（その性質上、またはその容積部内に少なくとも１つの流路があるため）液体およびガスに対する透過性を有し、固体／液体反応の良好な進行および固体塊から発生するガスの良好な放出を行う、または貯槽の内部容積部の上側部分の幅全体を占有しないカラムの形態でも配置されうる）は、実際従来技術によるものからの装入物であり、その組成およびその幾何学的形状によって特徴付けられうる。その幾何学的形状に関して、これは特に、適宜、少なくとも１つの貫通流路を有する１つまたは複数のモノリシックブロック（特に前記ブロック（複数可）が貯槽を閉塞すると仮定して、ガス（Ｇ０、Ｇ）および液体（Ｌ）を前記貯槽の下部分から上部分へ垂直に通すことを可能にする）、（ばらで配置構成されるか、または整列された）ペレット、粉体、または発泡体の１つまたは複数のモノリシックブロックからなるものとすることができる。その組成に関して、これは、金属水素化物、有利には金属（アルカリもしくはアルカリ土類金属）ホウ化水素化合物、非常に有利にはＭｇ（ＢＨ_４）_２もしくはＮａＢＨ_４（ＮａＢＨ_４が特に好ましい）を含むものとしてよい（またはさらにこれらかなるものとしてよい）。このような水素化物は、水（淡水、海水、過酸化水素水溶液）と反応させて、水素を（加水分解で）発生するのに特に適している。固体は、その組成に、概して、５重量％未満の割合で、反応触媒（例えば、クエン酸など）、結合剤、抗酸化剤、および整形を容易にする作用物質（装入物がペレットもしくはブロックの形態である場合）などの添加剤も含みうる。

概して、本発明の方法は、液体として淡水、海水、または過酸化水素水溶液を使用して有利に行われる。
前記方法の実行に有利な一実装変更形態の文脈の範囲内で、固体および液体は水素を発生するのに適している。こうして発生した水素は、特に、燃料電池、バーナー、および燃焼タービンから選択された構成要素に供給するために使用されうる。本発明の方法は、このような供給に対して非常に有利に実行される。上記の見解を鑑みて、本発明の方法は、（実質的に）不純物を含まない水素を燃料電池、水素バーナー、および海洋で使用する文脈における燃焼タービンに調節された供給に特に適していることは理解される。しかし、前記方法を水素で（またはさらには別のガスで）構造物を膨らませるために実行することは完全には無視されないが、水素（または前記他のガス）の生成の自己調節機能は、このような文脈において通常必要であるわけではない。

第２の主題によれば、本発明は、ガスの発生を自己調節するため液没させることを意図されているデバイスに関係し、前記デバイスは上述の方法を実行するのに適している。前記デバイスは、
− 安定的に、その内部容積部内に、固体装入物を収容し、ガスを放出するのに適している少なくとも１つのオリフィスを備えている上部室と、
− 固定もしくは移動壁によって画成され、液体を内部容積部内に浸透させることを意図されている少なくとも１つの開口部を備える下部室と
を有する貯槽を備え、
前記上部室および前記下部室は、有利には隣接することによって互いに連通している。

デバイスは、単一の部分、すなわち（２つの室を備える）貯槽を具備し、大まかに言うと、前記貯槽を、狭められている端部上に固体挿入物を備える逆さにした漏斗または底なしのビンに似せることが全体として可能である。

固体装入物は、テクスチャに適している任意の手段によって貯槽の上部室内に安定化される（安定するように配置構成される）。前記固体装入物が粉状の装入物であるか、またはペレットからなる場合、例えば、ワイヤメッシュエンベロープ内に置かれる。前記固体装入物がブロック（適宜貫通流路（複数可）を有する）であるか、または発泡体である場合、例えば、貯槽の壁に留められたタブによって保持される。前記固体装入物は、一変更形態により、貯槽の上部室を閉塞しうるか（この後、水平の装入物について話すことが可能であり、この変更形態の文脈の範囲内で、少なくとも１つのガス放出オリフィスが前記水平の装入物の上にあり、前記水平の装入物（貫通流路（複数可）とともに粉体、発泡体、またはモノリス（複数可））が液体およびガスに対して透過性を有すると理解される）、または別の変更形態により、上部室の上壁にしっかり取り付けられているカラム（貫通流路（複数可）なしのモノリス（複数可））の形態であるものとしてよい（この後、垂直の装入物について述べることができる）。

いずれの場合も、その構造および／またはその位置決め（その配置構成）により、装入物が貯槽内の液体（Ｌ）およびガス（Ｇ０、Ｇ）の循環を可能にし、前記ガス（Ｇ０、Ｇ）が前記貯槽内で下部から上部へ循環することは理解される。

前記少なくとも１つのガス放出オリフィスは、制御できる可変断面を有し、これにより、貯槽から放出されるガスの容積流量を時間の経過とともに必要に応じて制御することが可能である。

２つの上部室および下部室は、必ずしも構造上分離されているわけではないことに留意されたい。上部室は、いかなる場合も、固体装入物を収容する貯槽の上部分を備え、下部室は緩衝容積部を構成することを意図されている貯槽の下部分を備えることは理解される。

一変更形態によれば、貯槽の下部室の前記少なくとも１つの開口部または（および）貯槽の上部室の前記少なくとも１つのオリフィスは、デバイスの使用前に、１つまたは複数のカバーで閉じられている。これにより、前記少なくとも１つの開口部は、例えば、液体と接触させて溶解することによって、またはこの目的のために用意された任意の機構を使って破裂させることによって、液没後に破ることができるカバーを使って最初に封止（閉鎖）されうる。前記少なくとも１つのオリフィスも、例えば、デバイスが液没した後のガス圧力の作用の下で、またはこの目的のために用意された任意の機構を使って破裂させることによって、液没後に破ることができるカバーを使って最初に封止（閉鎖）されうる。

一変更形態によれば、デバイスを液没する前に、貯槽の下部室を引っ込める。この変更形態は、特に、２つの実施形態として存在する、すなわち、前記下部室の柔軟な靴下の形状の壁が上部室の周りに折り畳まれ、展開することができる、または前記下部室の壁が上部室の周りに保持され、前記上部室にそって摺動することができる。この変更形態（より具体的にはその第２の実施形態）は、それを使用する前の貯蔵状態で、デバイスのサイズを制限する上で特に有利である。

貯槽は、バラストを備えることができる。このバラストの役割は、例えば、前記貯槽内の液体の液位の変化および固体装入物の消費に関係する重量の減少の効果の下で前記貯槽の慣性中心の変化があるにも関わらず、前記貯槽を所望の深さに、また所望の位置に液没させておくことである。また、デバイスが液没された瞬間に下部室を展開することも可能であるものとしてよいが、ただし、前記下部室は最初に引っ込められていると仮定する（上記参照）。

例えば、液体の表面においてガスを送出するのに適した一変更形態によれば、上部室の少なくとも１つのオリフィスは、（前記オリフィスに接続されている）ガス送出管によって延長される。前記管の役割は、（例えば、燃料電池またはバーナーまたは燃焼タービンにガスを供給するために）貯槽から放出されるガスをその送出の部位の、適宜、液体の表面のところに押しやることである。

次に、本発明を、添付図面を参照して、決して限定することなく、その方法およびデバイスの態様において説明する。本発明の方法の実装形態の一例について、前記図の最後のものを参照しつつより具体的に説明する。

表面でガスを生成するための本発明の液没させたデバイスを示す概略図である。 図２ａは貯蔵状態での本発明（有利な変更形態）のデバイスを示す概略図である。図２ｂは動作状態での本発明（有利な変更形態）のデバイスを示す概略図である。 図３ａは貯蔵状態での本発明（別の有利な変更形態）のデバイスを示す概略図である。図３ｂは動作状態での本発明（別の有利な変更形態）のデバイスを示す概略図である。 例（図１に示されているタイプのデバイス）に使用されるデバイスの図およびデバイスの動作を測定するための曲線グラフである。

図１を参照すると、本発明のデバイス１は、動作可能な構成において液体Ｌ中に液没させられていることがわかる。デバイス１は、下部室４（緩衝容積部として最初に使用されている）および互いに連通し、隣接する上部室５（構造上分離されていない室）を備える貯槽３からなる。上部室５は、透過性固体からなる装入物６を収容し、液体Ｌの表面まで上がっている管７に接続されたオリフィス８を備える。生成されたガスＧの容積流量を制御するための弁１２が、管７（示されている変更形態における）の開口端部８’の付近に接続される。下部室４は、液体Ｌと連通する開口部９を備える。管７により、例えば、バーナー、燃料電池、燃焼タービン、または膨張可能構造物からなるものとしてよい、構成要素１１で使用するためのデバイス１で生成されるガスＧを表面に搬送することが可能である。液没された状態で動作中のデバイスを示す図１において、液体Ｌは、下部室４内に浸透し（前記下部室４を充填している）、部分的に、上部室５内に浸透し（前記上部室５内の前記液体Ｌの液位が参照番号２を与えられている）、装入物６の一部を濡らし、前記固体装入物６と反応し、ガスＧを生成する。

ガスＧは液体Ｌによって汚染されることなく上部を通して放出されることが前記図１で完全に理解される。
図２ａおよび図２ｂは、特に、使用前の貯蔵中のそのサイズに関して有利である、本発明のデバイスの有利な変更形態を例示している。貯槽３１は、下部室４１と上部室５１の２つからなり、管状の上部室５１は固体装入物６１を収容し、オリフィス８１を備え、管状の下部室４１は最初に、デバイスの使用前に、引っ込められている（図２ａに示されているように）。貯蔵中の（使用前の）デバイスの容積は、したがって、下部室４１によって囲まれている上部室５１の容積まで縮小される。このデバイスが使用されるとき、つまり、液没の直前に、下部室４１の壁４１ａは、図２ｂに示されているように、位置決めのために上部室５１に沿って（例えば、その自重の下で、もしくはバラストによって引き下げられて）摺動し、貯槽３１の容積を拡大し、下部室４１、すなわち、（前記デバイスの使用に関しては）緩衝容積部ｖを形成することができる。例示されている変更形態によれば、下部室４１の壁４１ａは、摺動した後に、上部室５１の外周上に設けられたハウジング１３２内に留められているピン１３１によって室５１に保持される。Ｏリングは、ピン１３１／ハウジング１３２が連携する位置に有利に介在する。管状の室４１および５１は、円形もしくは長方形の断面を有することが好ましい。

図３ａおよび図３ｂに示されている、別の構成によれば、下部室４１は、柔軟な管状膜４１ｂからなり、その一端が上部室５１にしっかり取り付けられている。この膜４１ｂは、図３ａに示されているように、最初に、上部室５１の周りに（１つ折りまたは）複数折りで折り畳まれる。前記膜４１ｂは、デバイスの液没前に下部室４１を形成するために（例えば、自重の下で、またはバラストによって引き下げられて）展開することができる。

次に本発明を図４による発明の方法の実行の実用的な例とともに図示する。前記方法は、図１に概略が示されているようなタイプのデバイスで実行され、前記図４の左側部分に再現されている。

この例は、水素化ホウ素ナトリウムとクエン酸（前記クエン酸は分解酵素として作用する）の混合物（重量で１０：１）と水との反応によって水素が発生することに関するものである。

４００ｇのＮａＢＨ_４と４０ｇのクエン酸とをよく混ぜた、透過性粉状固体装入物６を全高１６ｃｍの貯槽３の上部室５内に置く。固体装入物６は、高さ９．５ｃｍを超える貯槽３の上部室５を占有する。したがって、緩衝容積部（ｖ）として働く、貯槽３の下部室４は、高さ６．５ｃｍを有し、本発明の方法を実行するために使用されたデバイスは、上で示されているように、図４にその動作を例示している測定結果の曲線と平行に概略として表されている。

貯槽３の上部室５は、制御された調整可能な表面領域を有する出口オリフィス８を備え、これにより、前記貯槽３から放出されうる水素の容積流量を調整することが可能になる。

デバイスは、ｔ＝０ｓにおいて液没され、出口オリフィス８はＤ１＝０．３２ｌ／分の容積流量の水素を送出するサイズを有する。貯槽内の水位（液没させたカメラを使って測定する）と図４に示されているデバイスによって生成された水素の流量の曲線は、本発明のデバイスの動作を例示している。

ｔ＝０ｓを開始時刻として、水が貯槽内に浸透し（点ａ）、オリフィス８を通して前記貯槽３内に最初に収容されているガス（空気＝Ｇ０）を追い出す。水素は生成されない。ｔ＝１８０ｓで、水が固体装入物６の下部と接触し（点ｂ）、水素の生成が開始する（点ａ’）。生成されるガスの容積流量が出て行く水素（Ｄ１）の最大容積流量（オリフィス８の直径によって固定される放出流量）より少ない限り、水は上昇し続け、装入物内に（点ｃまで）浸透する。発生した水素の容積流量は、急速に増大する。生成された水素の流量が出て行く水素（Ｄ１）の最大容積流量（オリフィスの寸法によって固定される）を超える（点ｂ’）と、貯槽に収容される生成されたガスの体積が増大し、水の押し戻しが、装入物６内に数ミリメートル浸透した（点ｃ）後まもなく開始する。装入物が濡れた以降に、水素の流量は、水位が装入物６より下になっても何回か瞬間的に増大し続ける。次いで、発生した水素の容積流量が減少し、オリフィス１の直径によって固定された、出て行く最大容積流量Ｄ１の閾値より下に戻ると（点ｃ’）、貯槽３内に収容されているガスの体積は減少し、次いで水が再び貯槽３内で（点ｄから始まって）上昇し始める。したがって、このサイクルは、数回再現され、需要量に応じて水素生成の自己調節が行われる。

生成される水素は、（事実上）不純物を含まない。

Claims (14)

1. 需要量に応じて自己調節されるガス（Ｇ）生成を行うための方法であって、前記方法は液没条件の下で実行され、
   前記ガス（Ｇ）を生成するために固体（Ｓ）と反応することができる液体（Ｌ）中に、前記固体（Ｓ）からなる一定量の装入物（６、６１）を収容する貯槽（３、３１）を液没させる工程であって、前記装入物（６、６１）はいかなる装入物も含まない緩衝容積部（ｖ）の上の前記貯槽（３、３１）の内部容積部の上側部分に配置構成され、前記貯槽（３、３１）はその下部分に前記液体（Ｌ）を前記無装入物緩衝容積部（ｖ）中に浸透させるのに適した少なくとも１つの開口部（９、９１）、およびその上部分にガス（Ｇ０、Ｇ）を放出するのに適した少なくとも１つのオリフィス（８、８１）を有する、工程と、
   前記液体（Ｌ）を前記無装入物緩衝容積部（ｖ）中に前記少なくとも１つの開口部（９、９１）を介して浸透させ、前記少なくとも１つのオリフィス（８、８１）を通して前記貯槽（３、３１）内に最初に存在しているガス（Ｇ０）の放出により前記貯槽（３、３１）の前記内部容積部内の前記液体（Ｌ）の液位を上昇させる工程と、
   前記固体（Ｓ）を前記液体（Ｌ）と接触させて反応させることによりガス（Ｇ）を発生させ、前記貯槽（３、３１）の前記内部容積部中の前記ガス（Ｇ）を前記少なくとも１つのオリフィス（８、８１）の方へ上昇させ、前記ガス（Ｇ）を前記少なくとも１つのオリフィス（８、８１）を介して放出する工程であって、前記貯槽（３、３１）内の前記液体（Ｌ）の液位は、発生したガスの容積流量と前記少なくとも１つのオリフィス（８、８１）を介して放出されるガスの容積流量との差に応じて自然に変化する、工程と
   を含む方法。
2. 前記液体（Ｌ）中の前記貯槽（３、３１）の液没の深さを介して貯槽内のガス（Ｇ）の圧力を調整する工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記少なくとも１つのオリフィス（８、８１）を介して前記貯槽（３、３１）から放出される前記ガス（Ｇ）を深いところに、または前記液没液体の表面のところに送出する工程も含むことを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
4. 前記少なくとも１つのオリフィス（８、８１）の断面積の制御された変化によって放出されるガス（Ｇ）の容積流量を制御する工程も含むことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の方法。
5. 前記固体装入物（６、６１）は、適宜、少なくとも１つの貫通流路、ばらの、もしくは整列させたペレット、発泡体、または粉体を含む少なくとも１つのモノリシックブロックからなることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の方法。
6. 前記固体装入物（６、６１）は、金属水素化物、有利には金属ホウ化水素化合物、もっと有利にはＭｇ（ＢＨ_４）_２もしくはＮａＢＨ_４を含むことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の方法。
7. 前記液体（Ｌ）は、淡水、海水、または過酸化水素水溶液からなることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の方法。
8. 前記液体（Ｌ）および前記固体（Ｓ）は、水素（Ｈ_２）を発生するのに適していることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の方法。
9. 燃料電池、バーナー、および燃焼タービンのうちから選択された構成要素（１１）に水素を供給するために実行されることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の方法。
10. 液没条件の下で需要量に応じて自己調節されるガス生成を行うための、液没することを意図されているデバイス（１）において、
    安定的に、その内部容積部内に、固体装入物（６、６１）を収容し、ガスを放出するのに適している少なくとも１つのオリフィス（８、８１）を備えている上部室（５、５１）と、
    固定壁（４ａ）もしくは移動壁（４１ａ、４１ｂ）によって画成され、液体をその内部容積部内に浸透させることを意図されている少なくとも１つの開口部（９、９１）を備える下部室（４、４１）とを備える貯槽（３、３１）を具備し、
    前記上部室（５、５１）および前記下部室（４、４１）は有利には隣接することによって互いに連通している
    ことを特徴とするデバイス（１）。
11. 前記少なくとも１つのオリフィス（８、８１）は、制御される可変断面を有することを特徴とする請求項１０に記載のデバイス（１）。
12. 液没前に前記少なくとも１つの開口部（９、９１）または（および）前記少なくとも１つのオリフィス（８、８１）は、１つまたは複数のカバーによって閉鎖されることを特徴とする請求項１０または１１に記載のデバイス（１）。
13. その液没前に前記下部室（４１）は引っ込められ、その柔軟な靴下状の壁（４１ａ）は前記上部室（５１）の周りに有利に折り畳まれ、展開されうるか、またはその壁（４１ｂ）は前記上部室（５１）の周りに有利に保持され、前記上部室（５１）に沿って摺動することができることを特徴とする請求項１０から１２のいずれか１項に記載のデバイス（１）。
14. 前記少なくとも１つのオリフィス（８）は、発生した前記ガスを送出するために管（７）によって延長されることを特徴とする請求項１０から１３のいずれか１項に記載のデバイス（１）。

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