KR102268148B1 - 수소 발생 시스템, 발전 시스템, 수소 발생 방법, 및, 발전 방법 - Google Patents

수소 발생 시스템, 발전 시스템, 수소 발생 방법, 및, 발전 방법 Download PDF

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Abstract

수소 발생량이 적게 되는 것을 억제하면서, 수소 발생 재료를 생성하기 위한 원료의 생성에 필요한 에너지를 억제할 수 있는 가능성이 있는 새로운 마그네슘 순환형의 수소 발생 시스템을 제공하기 위하여, 본 발명의 마그네슘 순환형의 수소 발생 시스템은, 용액과의 반응으로 수소를 발생하는 수소 함유 마그네슘 화합물을 포함하는 수소 발생 재료와 반응한 후의 용액인 반응 후 용액으로부터 반응으로 생성된 산소를 포함하는 1종류 이상의 산소 함유 마그네슘 화합물을 포함하는 부생성물을 분리하여 부생성물을 얻는 부생성물 취득부와, 부생성물에 할로겐과 할로겐 이외의 원자를 함유하는 할로겐 함유물을 반응시켜 할로겐화 마그네슘을 포함하는 원료를 생성하는 원료 생성부와, 수소를 포함하는 플라스마로 원료를 환원하여 수소 발생 재료를 생성하는 수소 발생 재료 생성부와, 수소 발생 재료와 용액을 반응시켜 수소를 발생시키는 수소 발생부를 구비한다.

Description

수소 발생 시스템, 발전 시스템, 수소 발생 방법, 및, 발전 방법
본 발명은 수소 발생 시스템, 발전 시스템, 수소 발생 방법, 및, 발전 방법에 관한 것이다.
근년(近年), 화석 연료를 이용하지 않는 에너지원으로서, 수소가 주목되고 있다.
그리고, 수소의 저장 방법으로서는, 고압으로 봄베 내에 수소를 저장하는 방법, 저온으로 액화한 수소를 저장하는 방법, 및, 수소 흡장재(吸藏材)에 수소를 흡장시켜 저장하는 방법 등이 있지만, 그 중에서도, 수소 흡장재를 이용한 방법은, 다른 방법에 비하여, 고압 또는 저온 등의 특수한 상태로 수소를 저장할 필요가 없기 때문에, 취급이 용이하고 안전성이 높고, 한층 더, 단위 체적당의 수소 저장량이 많다고 하는 뛰어난 특징을 가지고 있다.
예를 들어, 수소 흡장재를 이용한 방법으로서는, 수소 흡장재에 마그네슘을 이용하고， 수소화 마그네슘의 형태로 수소를 흡장시켜, 수소를 저장하는 방법이 알려져 있고， 수소화 마그네슘과 물을 반응시키는 것으로 수소를 발생시키는(취출(取出)하는) 것이 가능하다.
이 경우, 단지, 수소화 마그네슘과 물을 반응시키면, 부생성물로서 수산화 마그네슘이 생성되게 된다.
한편, 특허 문헌 1에서는, 수소화 마그네슘과 물을 반응시켜 수소를 발생시켰을 때에 생기는 부생성물을 수산화 마그네슘이 아니라, 산화 마그네슘으로 하면, 특허 문헌 2에서 설명되는 바와 같이, 직류 수소화 플라스마를 이용하여 산화 마그네슘을 원료로 하여 수소화 마그네슘을 생성할 수 있기 때문에, 부생성물이 산화 마그네슘이 되는 방법을 개시하고 있다.
구체적으로는, X축에 온도를 취하고, Y축에 수증기 분압을 취하여, 수산화 마그네슘과 산화 마그네슘의 평형 곡선을 그렸을 경우, 그 평형 곡선 상의 수증기 분압보다도 낮은 수증기 분압으로 하면, 산화 마그네슘의 생성이 안정되고, 수산화 마그네슘의 생성이 불안정하게 되기 때문에, 이와 같은 수증기 분압이 되는 조건 하에서, 수소화 마그네슘과 물(수증기)을 반응시키면, 부생성물을 산화 마그네슘으로 할 수 있고, 그와 같은 조건으로서 수소를 발생시키도록 하는 것이 설명되어 있다.
예를 들어, 온도가 140℃, 수증기 분압이 0.0045bar의 조건은, 평형 곡선 상의 점이 되기 때문에, 온도를 140℃로 하였을 때에, 수증기 분압이 0.0045bar 미만이 되는 수증기와 수소화 마그네슘을 반응시키는 것으로 부생성물 중의 산화 마그네슘의 비율을 증가시킬 수 있다.
덧붙여, 이와 같은 조건이면, 수산화 마그네슘이 생성되었다고 하여도, 머지않아 산화 마그네슘이 되는 것이 설명되어 있다.
일본국 공개특허공보 특개2016-204177호 일본국 공개특허공보 특개2011-32131호
그런데, 수증기 분압을 낮게 하는 것은, 수분을 적게 하는 것을 의미하기 때문에, 수소화 마그네슘과 반응하는 물의 총량을 적게 하게 된다.
예를 들어, 특허 문헌 1에서는, 수소화 마그네슘의 입경(粒徑)을 60μm로부터 5μm로 하는 것으로 230℃ 전후의 온도로 반응에 필요한 시간을 적게 할 수 있는 것이 나타내져 있지만, 그런데도 2일간의 처리로, 수소화 마그네슘의 비율이 98.8%로부터 88.1%로 감소하여, 산화 마그네슘의 비율이 0.54%로부터 11.25%가 된 것뿐이기 때문에, 큰 폭으로 수소의 발생 속도가 저하하고 있는 것으로 생각되고, 또한, 예를 들어, 수소화 마그네슘의 수소 발생 재료를 생성하기 위한 원료(특허 문헌 1, 2에서는 산화 마그네슘)를 생성하기 위한 처리가 장시간이 되면 그 만큼 필요한 에너지를 요하게 된다.
따라서, 마그네슘 순환형의 수소 발생 시스템에는, 여전히, 개선의 여지가 있고, 본 발명은, 수소 발생량이 적게 되는 것을 억제하면서, 수소 발생 재료를 생성하기 위한 원료의 생성에 필요한 에너지를 억제할 수 있는 가능성이 있는 새로운 마그네슘 순환형의 수소 발생 시스템, 그 수소를 이용한 발전 시스템, 수소 발생 방법, 및, 발전 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
(1) 본 발명의 실시 형태의 수소 발생 시스템은, 마그네슘 순환형의 수소 발생 시스템에 있어서, 상기 수소 발생 시스템이, 용액과의 반응으로 수소를 발생하는 수소 함유 마그네슘 화합물을 포함하는 수소 발생 재료와 반응한 후의 용액인 반응 후 용액으로부터 상기 반응으로 생성된 산소를 포함하는 1종류 이상의 산소 함유 마그네슘 화합물을 포함하는 부생성물을 분리하여 상기 부생성물을 얻는 부생성물 취득부와, 상기 부생성물에 할로겐과 상기 할로겐 이외의 원자를 함유하는 할로겐 함유물을 반응시켜 할로겐화 마그네슘을 포함하는 원료를 생성하는 원료 생성부와, 수소를 포함하는 플라스마로 상기 원료를 환원하여 상기 수소 발생 재료를 생성하는 수소 발생 재료 생성부와, 상기 수소 발생 재료와 상기 용액을 반응시켜 상기 수소를 발생시키는 수소 발생부를 구비한다.
(2) 본 발명의 실시 형태의 발전 시스템은, 수소를 이용하여 발전하는 발전부에 상기 (1)의 구성을 가지는 수소 발생 시스템에서 발생시킨 수소를 공급하여 발전한다.
(3) 본 발명의 실시 형태의 수소 발생 방법은, 마그네슘 순환형의 수소 발생 방법에 있어서, 상기 수소 발생 방법이, 용액과의 반응으로 수소를 발생하는 수소 함유 마그네슘 화합물을 포함하는 수소 발생 재료와 반응한 후의 용액인 반응 후 용액으로부터 상기 반응으로 생성된 산소를 포함하는 1종류 이상의 산소 함유 마그네슘 화합물을 포함하는 부생성물을 분리하여 상기 부생성물을 얻는 스텝과, 상기 부생성물에 할로겐과 상기 할로겐 이외의 원자를 함유하는 할로겐 함유물을 반응시켜 할로겐화 마그네슘을 포함하는 원료를 생성하는 스텝과, 수소를 포함하는 플라스마로 상기 원료를 환원하여 상기 수소 발생 재료를 생성하는 스텝과, 상기 수소 발생 재료와 상기 용액을 반응시켜 상기 수소를 발생시키는 스텝을 구비한다.
(4) 본 발명의 실시 형태의 발전 방법은, 수소를 이용하여 발전하는 발전 방법에 있어서, 상기 발전 방법이, 수소를 이용하여 발전하는 스텝과, 상기 수소를 이용하여 발전하는 스텝에 상기 (3)의 구성을 가지는 수소 발생 방법으로 발생시킨 수소를 공급하는 스텝을 구비한다.
본 발명에 의하면, 수소 발생량이 적게 되는 것을 억제하면서, 수소 발생 재료를 생성하기 위한 원료의 생성에 필요한 에너지를 억제할 수 있는 가능성이 있는 새로운 마그네슘 순환형의 수소 발생 시스템, 그 수소를 이용한 발전 시스템, 수소 발생 방법, 및, 발전 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명에 관련되는 실시 형태의 발전 시스템을 설명하기 위한 블록도이다.
도 2는 본 발명에 관련되는 실시 형태의 수소 발생 재료 생성부를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명에 관련되는 실시 형태의 수소 발생부를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명에 관련되는 실시 형태의 부생성물 취득부를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명에 관련되는 실시 형태의 원료 생성부를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명에 관련되는 실시 형태의 발전 시스템이, 열 발전부를 더 구비한 변형예를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여, 본 발명을 실시하기 위한 형태(이하, 실시 형태)에 관하여 상세하게 설명한다.
덧붙여, 실시 형태의 설명의 전체를 통하여 같은 요소에는 같은 번호 또는 부호를 붙이고 있다.
도 1은 본 발명에 관련되는 발전 시스템(PGS)을 설명하기 위한 블록도이고, 우선, 도 1을 참조하면서 발전 시스템(PGS) 및 수소 발생 시스템(W1)에 관하여 간단하게 설명한다.
발전 시스템(PGS)은, 예를 들어, 수소를 연료로 하여 발전을 행하는 발전 장치(GNT)(예를 들어, 수소 터빈 발전기나 연료 전지 등)를 구비한 발전부(PG)를 구비하고 있다.
그리고, 도 1에 도시하는 바와 같이, 발전 시스템(PGS)은, 그 수소를 이용하여 발전하는 발전부(PG)에, 부생성물 취득부(W10)와, 원료 생성부(W20)와, 수소 발생 재료 생성부(W30)와, 수소 발생부(W40)를 구비한 수소 발생 시스템(W1)의 수소 발생부(W40)에서 발생한 수소가 공급되는 것으로 발전을 행하는 시스템이 되어 있다.
덧붙여, 수소 발생 시스템(W1)에서는, 후술하는 바와 같이, 수소 플라스마(마이크로파 표면파 수소 플라스마)를 발생시키거나, 가열 처리를 행하거나 하기 위하여, 전력을 필요로 하지만, 그 필요하게 되는 전력은, 현행의 발전소에서의 잉여 전력, 및/또는, 태양광 발전, 풍력 발전이라고 하는 자연 에너지로 조달할 수 있다.
특히, 태양광 발전이나 풍력 발전 등의 경우에는, 전력 수요가 낮을 때에는 정지하지 않으면 안되고, 또한, 기후 등 때문에 발전량이 저하한다고 하는 문제가 있다. 그러나, 이것들에 본 실시 형태의 발전 시스템(PGS)을 조합하는 것으로, 전력 수요가 낮을 때에 태양광 발전이나 풍력 발전 등을 정지하는 것이 아니라, 그 전력을 이용하여, 수소 발생 시스템(W1)의 수소 발생부(W40)에서 수소를 발생시키기 위한 재료가 되는 수소 발생 재료(421)를 생산하고, 전력이 필요할 때에, 그 수소 발생 재료(421)로부터 수소를 취출하여 발전을 행할 수 있다. 이 때문에, 클린 에너지의 안정 공급을 행할 수 있다.
상세는 나중에, 도 3을 참조하여 설명하지만 수소 발생부(W40)는, 수소를 발생시키는 반응을 행하는 반응부를 구비하고 있다.
본 실시 형태에서는, 반응부는, 용액과의 반응으로 수소를 발생하는 수소 함유 마그네슘 화합물을 포함하는 수소 발생 재료(421)에 반응시키기 위한 용액(예를 들어, 수용액(411))이 저장되고, 수소 발생 재료(421)를 투입하는 것으로, 수소를 발생하는 반응이 행하여지는 반응 용기로서의 역할을 완수하는 용액 저장부(410)이다.
예를 들어, 용액과의 반응으로 수소를 발생하는 수소 함유 마그네슘 화합물로서는, 수소화 마그네슘(MgH2)을 들 수 있다.
덧붙여 나중에 도 2를 참조하여 설명하는 바와 같이, 수소 발생 재료 생성부(W30)에서 할로겐화 마그네슘(예를 들어, 염화 마그네슘(MgCl2))을 포함하는 원료에 수소 플라스마(마이크로파 표면파 수소 플라스마)를 조사하는 것으로 수소 함유 마그네슘 화합물로서의 수소화 마그네슘의 생성이 행하여진다. 그러나, 반드시, 원료가 모두 수소화 마그네슘이 된다고는 말할 수 없고, 이 때문에, 수소 발생 재료(421)에는, 수소화 마그네슘을 생성할 때에, 반응할 수 없었던 원료나 수소화 마그네슘을 생성할 때에, 아울러 생성되어 버린 금속 마그네슘 등을 포함하고 있는 경우가 있다.
따라서, 수소 발생부(W40)에서는, 주로, 수소를 발생하는 반응으로서, 이하의 식 1에 나타내는 수소화 마그네슘과 용액과의 반응이 일어나게 되지만, 수소 발생 재료(421)에 금속 마그네슘이 포함되어 있는 경우에는, 수소를 발생하는 반응으로서, 이하의 식 2에 나타내는 바와 같이 금속 마그네슘과 용액과의 반응도 일어나게 된다.
MgH2　＋　2H2O
　　→　Mg(OH)2　＋　2H2　＋　334.08KJ/mol···(1)
Mg　　＋　2H2O
　　→　Mg(OH)2　＋　　H2　＋　369.98KJ/mol···(2)
다만, 식 2의 반응은 온도가 낮은 용액(수용액(411))의 경우, 천천히 진행되는 반응인 것과 함께, 수소 발생량이 적은 반응이기 때문에, 수소 발생 재료(421)에는, 그다지 금속 마그네슘이 포함되어 있지 않은 것이 바람직하다.
덧붙여 반응한 후의 용액인 반응 후 용액 중에는, 반응으로 생성되는 부생성물(116)로서, 주로, 수산화 마그네슘(Mg(OH)2)이 포함되어 있다고 생각된다.
그렇지만, 일부에서, 이하에 나타내는 식 3, 식 4의 반응이 일어나지 않는다고는 말할 수 없기 때문에, 부생성물(116)로서, 산화 마그네슘(MgO)이 소량 포함되어 있는 가능성이 있다.
　MgH2　＋　H2O
　　→　MgO　+　2H2　＋　301.75KJ/mol···(3)
　Mg　　＋　H2O
　　→　MgO　＋　H2　＋　337.65KJ/mol···(4)
이것으로부터, 용액과의 반응으로 수소를 발생하는 수소 함유 마그네슘 화합물을 포함하는 수소 발생 재료(421)와 반응한 후의 용액인 반응 후 용액 중에는, 반응으로 생성된 산소를 포함하는 1종류 이상의 산소 함유 마그네슘 화합물(Mg(OH)2, MgO 등)을 포함하는 부생성물(116)이 포함된 것이 된다.
덧붙여, 본 실시 형태에서는, 용액이 수용액(411)(즉, 물)인 경우에 관하여 나타내고 있지만, 산소 함유 마그네슘 화합물(Mg(OH)2, MgO 등), 주로, 수산화 마그네슘(Mg(OH)2)과 반응하여 수산화 마그네슘을 용액에 용해시키는 물질이 포함되어 있지 않은 용액이면 수용액(411)에 한정될 필요는 없다.
그리고, 상세는 나중에 도 4를 참조하여 설명하지만, 부생성물 취득부(W10)에서 반응 후 용액으로부터 산소를 포함하는 1종류 이상의 산소 함유 마그네슘 화합물(Mg(OH)2, MgO 등)을 포함하는 부생성물(116)이 분리되고, 도 5를 참조하여 나중에 설명하는 원료 생성부(W20)에서, 그 분리된 부생성물(116)에 할로겐과 할로겐 이외의 원자를 함유하는 할로겐 함유물(예를 들어, HCl, NH4Cl 등)을 반응시켜 할로겐화 마그네슘을 포함하는 원료가 생성된다.
예를 들어, 수산화 마그네슘(Mg(OH)2), 산화 마그네슘(MgO) 중 어느 하나여도 수분을 포함하지 않는 가열한 기체의 염산(HCl)과의 반응으로, 염화 마그네슘(MgCl2)이 생성된다.
또한, 수산화 마그네슘(Mg(OH)2), 산화 마그네슘(MgO) 중 어느 하나여도 염화 암모늄(NH4Cl)과 혼합하여, 염화 암모늄의 분해 온도 정도, 예를 들어, 대기압의 경우, 340℃로부터 450℃ 정도, 보다 바람직하게는, 340℃로부터 400℃ 정도로 가열하면, 염화 마그네슘(MgCl2)이 생성된다.
그리고, 먼저 언급한 바와 같이, 수소 발생 재료 생성부(W30)에서, 그 할로겐화 마그네슘을 포함하는 원료에 수소 플라스마(마이크로파 표면파 수소 플라스마)를 조사하는 것으로, 다시, 수소 발생 재료(421)의 생성이 행하여진다.
즉, 도 1에 도시한 수소 발생 시스템(W1)은, 상기에서 개략을 설명한 부생성물 취득부(W10)와, 원료 생성부(W20)와, 수소 발생 재료 생성부(W30)와, 수소 발생부(W40)를 구비하고 있고, 기본적으로는, 마그네슘을 폐기하는 일 없이, 마그네슘을 순환시키는 마그네슘 순환형의 수소 발생 시스템(W1)이 되어 있다.
도 1에 도시한 발전 시스템(PGS) 중, 발전부(PG)는, 일반적인 수소를 연료로 하여 발전을 행하는 발전 장치(GNT)(예를 들어, 수소 터빈 발전기나 연료 전지 등)를 구비하는 태양(態樣)이어도 무방하기 때문에, 이하에서는, 주로, 수소 발생 시스템(W1)에 관하여, 수소 발생 재료 생성부(W30), 수소 발생부(W40), 부생성물 취득부(W10), 원료 생성부(W20)의 순으로, 상세한 설명을 행한다.
(수소 발생 재료 생성부(W30))
도 2는, 수소 발생 재료 생성부(W30)를 설명하기 위한 도면이다.
도 2에 도시하는 바와 같이, 수소 발생 재료 생성부(W30)는, 처리실(301)을 형성하는 상자체(310)를 구비하고 있고, 본 실시 형태에서는, 중앙에 개구부(開口部)(311A)를 가지는 칸막이 판(311)을 상자체(310) 내에 설치하는 것으로 처리실(301)이 제1 공간(F)과 제2 공간(S)을 가지게 되어 있다.
다만, 이 칸막이 판(311)은 생략하여도 무방하고, 처리실(301)이 1개의 공간으로서 형성되어 있어도 무방하다.
그리고, 수소 발생 재료 생성부(W30)는, 처리실(301) 내의 마이크로파를 입사시키는 부분에 설치된 유전체 재료(예를 들어, 석영이나 세라믹스 등)의 창(W)과, 플라스마를 생성시키기 위하여 창(W)을 통하여 처리실(301) 내의 제1 공간(F)에 공급되는 마이크로파를 발생시키는 마이크로파 발생 수단(320)(예를 들어, 마그네트론)과, 마이크로파 발생 수단(320)으로 발생시킨 마이크로파를 창(W)까지 도파시키는 도파관(321)을 구비하고 있다.
덧붙여, 본 실시 형태에서는, 발생하는 마이크로파의 주파수를 2.45GHz로 하고 있지만, 이 주파수에 한정될 필요는 없고, 예를 들어, 통신 목적 이외에서 사용할 수 있는 ISM 밴드의 24.1GHz, 5GHz, 915MHz, 40.6MHz, 27.1MHz 및 13.56MHz 등이어도 무방하다.
또한, 본 실시 형태에서는, 마이크로파 발생 수단(320)이, 펄스적인 마이크로파를 발생시키는 것으로서, 마이크로파 전력(마이크로파 강도)의 피크값을 높이면서, 평균적인 마이크로파 전력(마이크로파 강도)을 내리도록 하고 있다.
다만, 펄스적인 마이크로파란, 주기적인 마이크로파 전력(마이크로파 강도)의 강약을 수반하는 것을 의미하고, 반드시, 주기적으로 마이크로파 전력(마이크로파 강도)이 제로가 되는 것으로 한정되는 것은 아니다.
구체적으로는, 마이크로파 발생 수단(320)은, 펄스적인 마이크로파의 마이크로파 전력(마이크로파 강도)의 피크값이 나타나는 주기가 150마이크로초 이하(바람직하게는, 100마이크로초 이하, 한층 더 바람직하게는 50마이크로초 이하)인 마이크로파를 발생시키고, 플라스마(본 예에서는, 마이크로파 표면파 수소 플라스마)가 큰 폭으로 감쇠하기 전에, 처리실(301) 내에 피크값의 마이크로파 전력을 가지는 마이크로파를 공급한다.
이와 같이 하면, 거의 그 마이크로파 전력(마이크로파 강도)의 피크값에 대응하는 밀도의 마이크로파 표면파 플라스마를 유지하면서, 마이크로파 발생 수단(320)에서 사용되는 평균 전력을 억제할 수 있다.
예를 들어, 마이크로파 발생 수단(320)이, 마이크로파 전력(마이크로파 강도)을 거의 일정하게 한 펄스적인 마이크로파가 아닌 마이크로파를 발생시키는 경우에, 플라스마 밀도가 1012/cm3 이상 1014/cm3 이하였다고 한다.
이 경우, 평균적인 마이크로파 전력을 마찬가지로 하여도, 마이크로파 발생 수단(320)이, 펄스적인 마이크로파를 발생시키는 경우, 마이크로파 전력(마이크로파 강도)의 피크값을 높게 할 수 있기 때문에, 한층 더, 높은 플라스마 밀도(예를 들어, 1015/cm3 이상의 높은 플라스마 밀도)를 얻을 수 있다.
즉, 마이크로파 발생 수단(320)이, 펄스적인 마이크로파를 발생시키는 경우, 평균적인 마이크로파 전력을 마찬가지로 하여도, 마이크로파 전력(마이크로파 강도)을 거의 일정하게 한 펄스적인 마이크로파가 아닌 마이크로파와 비교하여, 한 자릿수 이상 높은 플라스마 밀도를 얻을 수 있다.
따라서, 마이크로파 발생 수단(320)이, 펄스적인 마이크로파를 발생하는 것으로 하는 것으로, 마이크로파 발생 수단(320)에서 사용되는 전력량(평균 전력)의 상승을 억제하면서, 고밀도인 마이크로파 표면파 플라스마를 생성할 수 있다.
또한, 마이크로파 전력(마이크로파 강도)의 피크값이 높아지면, 마이크로파 표면파 플라스마를 점화시키기 쉬워진다고 하는 효과도 있다.
덧붙여, 마이크로파 표면파 플라스마는, 다른 플라스마(예를 들어, 고주파 플라스마나 직류 방전 플라스마 등)와 비교하면, 전자 온도가 낮고(예를 들어, 1eV 정도), 다른 플라스마와 같이, 높은 전자 온도(예를 들어, 10eV 이상)로 하기 위하여 에너지가 소비되는 플라스마와 달리, 에너지 로스가 적다고 하는 이점이 있다.
또한, 마이크로파 표면파 플라스마는, 플라스마 중의 이온이나 분자의 온도가 열플라스마로 불리는 것에 비하여 큰 폭으로 낮다(거의 상온)고 하는 특징도 있다.
나아가，마이크로파 표면파 플라스마는, 상기와 같은 고밀도인 플라스마를 균일하게, 예를 들어, 0.5m2 이상의 대면적의 범위에 생성할 수 있다. 이것과 함께, 처리실(301) 내에 입사시키는 마이크로파는, 창(W)을 통하여 전반(傳搬)하지만, 표면파로서 흡수되기 때문에, 처리실(301) 내에는, 마이크로파(전자파)가 존재하지 않고, 처리실(301) 내의 구성 자유도가 높다.
또한, 수소 발생 재료 생성부(W30)는, 처리실(301) 내의 기체를 배출하고, 처리실(301) 내를 감압하는 감압 수단(330)을 구비하고 있다.
구체적으로는, 수소 발생 재료 생성부(W30)는, 도중에 개폐 조작 또는 개폐 제어에 의하여 배기의 유무를 결정하는 제1 배기 밸브(331A)가 설치된 제1 배기관(331)을 통하여 제1 공간(F)에 접속된 감압 수단(330)으로서의 제1 진공 펌프(332)와, 도중에 개폐 조작 또는 개폐 제어에 의하여 배기의 유무를 결정하는 제2 배기 밸브(333A)가 설치된 제2 배기관(333)을 통하여 제2 공간(S)에 접속된 감압 수단(330)으로서의 제2 진공 펌프(334)를 구비하고 있다.
그리고, 기체의 흡인력이 약한 진공 펌프의 경우, 처리실(301) 내의 진공도를 높이는 데에 시간이 걸리기 때문에, 그와 같은 채비 시간을 생략하기 위하여, 제1 진공 펌프(332) 또는 제2 진공 펌프(334) 중 적어도 일방(一方)을 기체의 흡인력이 높은 메카니컬 부스터 펌프로 하여 두는 것이 바람직하다.
덧붙여, 수소 발생 재료 생성부(W30)에는, 처리실(301)의 제1 공간(F) 내의 압력을 측정하기 위한 제1 압력계(332A)와, 처리실(301)의 제2 공간(S) 내의 압력을 측정하기 위한 제2 압력계(334A)가 설치되어 있다.
예를 들어, 제1 압력계(332A)가 측정하는 압력에 기초하여, 제1 공간(F) 내의 압력이 소정의 압력(예를 들어, 약 10Pa)이 되도록, 제1 진공 펌프(332) 및 제1 배기 밸브(331A)의 동작을 제어하도록 하여도 무방하다.
예를 들어, 제1 진공 펌프(332)를 동작시켜 두고, 제1 압력계(332A)가 측정하는 압력에 기초하여, 제1 배기 밸브(331A)의 동작을 제어하도록 하면 된다.
마찬가지로, 예를 들어, 제2 압력계(334A)가 측정하는 압력에 기초하여, 제2 공간(S) 내의 압력이 소정의 압력(예를 들어, 약 10Pa)이 되도록, 제2 진공 펌프(334) 및 제2 배기 밸브(333A)의 동작을 제어하도록 하여도 무방하다.
예를 들어, 제2 진공 펌프(334)를 동작시켜 두고, 제2 압력계(334A)가 측정하는 압력에 기초하여, 제2 배기 밸브(333A)의 동작을 제어하도록 하면 된다.
덧붙여, 본 실시 형태에서는, 처리실(301) 내의 압력을 고밀도인 플라스마를 형성하기 쉬운 압력인 약 10Pa로 하는 경우로 설명하고 있다.
그러나, 환원 처리는, 후술하는 반응성 가스(본 예에서는, 수소 가스)의 분압이 높은 것으로도 촉진되는 방향이 되기 때문에, 감압도를 높여 플라스마의 밀도를 높이는 것을 우선하는지, 감압도가 저하하게 되지만, 처리실(301) 내의 압력을 500Pa로부터 3000Pa 정도로 하여 반응성 가스의 분압을 높이는 것을 우선하는지는, 예비 실험을 행하여 결정하면 된다.
한편, 상술과 같이, 제1 공간(F) 및 제2 공간(S) 내의 압력을 소정의 압력으로 하기 위하여, 반드시, 2개의 진공 펌프(제1 진공 펌프(332) 및 제2 진공 펌프(334))의 쌍방을 제어할 필요는 없다.
예를 들어, 전(前) 채비로서 처리실(301) 내의 압력을 소정의 압력으로 할 때만, 2개의 진공 펌프(제1 진공 펌프(332) 및 제2 진공 펌프(334))를 동작시키고, 처리실(301) 내의 압력이 소정의 압력이 되었을 때, 제1 배기 밸브(331A)를 닫힘으로 하여 제1 진공 펌프(332)의 동작을 정지하고, 그 다음은, 제1 압력계(332A) 또는 제2 압력계(334A)가 측정하는 압력에 기초하여, 처리실(301) 내의 압력을 소정의 압력으로 유지하도록, 제2 진공 펌프(334) 및 제2 배기 밸브(333A)의 동작을 제어하도록 하여도 무방하다.
덧붙여, 처리실(301) 내의 압력을 소정의 압력으로 유지할 때에 사용되는 처리실(301) 내의 압력의 측정값으로서는, 제1 압력계(332A) 및 제2 압력계(334A)가 측정한 압력을 평균한 것을 사용하도록 하여도 무방하다.
그리고, 수소 발생 재료 생성부(W30)는, 플라스마화하는 산소 원자를 실질적으로 포함하지 않는 반응성 가스를 처리실(301) 내에 공급하기 위한, 도시하지 않는 가스 공급 수단을 구비하고 있다.
본 실시 형태에서는, 환원 반응을 일으키는 반응성 가스로서 수소를 이용하고 있지만, 메탄이나 프로판 등의 탄화 수소 가스여도 환원 반응을 일으킬 수 있기 때문에, 반응성 가스가 수소로 한정되는 것은 아니고, 수소를 포함하는 환원 분위기를 형성하는 반응성 가스이면 된다.
이 때문에, 이하에서는, 가스 공급 수단을 수소 공급 수단이라고 부르지만, 수소 공급 수단은 가스 공급 수단의 일례에 지나지 않는다.
다만, 탄화 수소 가스는, 배(排)가스 중에 탄소를 포함하게 되기 때문에, 저탄소화를 위하여는 수소 가스를 이용하는 것이 바람직하다.
그리고, 산소 원자를 포함하면 환원 반응이 저해되게 되지만, 노점(露點)이 낮은 극히 고순도인 가스여도 미량으로 수분을 포함하기 때문에, 완전히 산소 원자가 존재하지 않는 것은 아니고, 따라서, 산소 원자를 실질적으로 포함하지 않는다는 것은, 고순도 가스의 레벨(예를 들어, 99.9% 이상의 레벨)로 수분 등의 산소 원자를 가지는 것이 포함되어 있지 않은 것을 의미한다.
예를 들어, 수소 공급 수단은, 수소의 공급원이 되는 도시하지 않는 수소 저장부(수소 봄베 또는 수소 저장 탱크)와, 수소 저장부로부터 처리실(301)로 공급하는 수소의 공급량을 제어하는 매스 플로 컨트롤러 등의 유량 제어기(제1 유량 제어기(MFC1) 및 제2 유량 제어기(MFC2))를 구비하고 있다.
다만, 수소 저장부가 봄베의 경우, 교환을 위하여 착탈(着脫)되게 되기 때문에, 수소 공급 수단은, 수소 저장부를 제외하는 부분인 경우가 있다.
구체적으로는, 수소 공급 수단은, 제1 공간(F)에 수소를 공급할 수 있도록 수소 저장부에 접속된 제1 공급관(341)과, 그 제1 공급관(341)의 수소 저장부 측에 설치된 제1 유량 제어기(MFC1)와, 그 제1 공급관(341)의 제1 유량 제어기(MFC1)가 설치된 위치보다 하류 측에 설치되고, 개폐 조작 또는 개폐 제어에 의하여 수소의 공급의 유무를 결정하는 제1 공급 밸브(341A)를 구비하고 있다.
마찬가지로, 수소 공급 수단은, 제2 공간(S)에 수소를 공급할 수 있도록 수소 저장부에 접속된 제2 공급관(342)과, 그 제2 공급관(342)의 수소 저장부 측에 설치된 제2 유량 제어기(MFC2)와, 그 제2 공급관(342)의 제2 유량 제어기(MFC2)가 설치된 위치보다 하류 측에 설치되고, 개폐 조작 또는 개폐 제어에 의하여 수소의 공급의 유무를 결정하는 제2 공급 밸브(342A)를 구비하고 있다.
나아가, 수소 발생 재료 생성부(W30)는, 무수의 할로겐화 마그네슘을 포함하는 원료(본 예에서는, 원료의 주성분이 무수의 염화 마그네슘이다.)를 처리실(301) 내(보다 구체적으로는, 처리실(301)의 제1 공간(F) 내)에 기체의 상태로 공급하는 원료 공급 수단(350)을 구비하고 있다.
구체적으로는, 원료 공급 수단(350)은, 플라스마에 의하여 환원되는 원료인 무수의 할로겐화 마그네슘(본 예에서는, 무수의 염화 마그네슘)을 저장하는 원료 저장부(351)와, 원료 저장부(351) 내의 원료를 처리실(301)의 제1 공간(F) 내에 공급하기 위한 원료 공급관(352)과, 제1 전원(353A)으로부터의 전력의 공급에 의하여 발열하고 원료 공급관(352) 및 원료 저장부(351)를 가열하는 제1 가열부(353)와, 제1 가열부(353)의 온도를 측정하는 제1 온도계(354)를 구비하고 있다.
그리고, 제1 온도계(354)에 의한 온도의 측정 결과가, 설정되는 소정의 온도가 되도록, 제1 전원(353A)으로부터 제1 가열부(353)에 공급되는 전력의 공급량이 제어되고, 원료 공급관(352) 및 원료 저장부(351)가 소정의 온도로 가열된다.
본 실시 형태와 같이, 플라스마로 처리되는 원료가 무수의 염화 마그네슘인 경우, 무수의 염화 마그네슘이 기체의 상태가 되도록, 제1 가열부(353)에 의하여, 원료 공급관(352) 및 원료 저장부(351)를 약 700℃ 정도의 온도로 가열한다.
그렇게 하면, 기화한 무수의 염화 마그네슘은 처리실(301)의 제1 공간(F) 내를 향하여 흘러 가고, 제1 공간(F) 내에 공급되게 된다.
또한, 수소 발생 재료 생성부(W30)는, 처리실(301) 내를 플라스마로 처리되는 원료(본 예에서는, 무수의 염화 마그네슘)의 비점(처리실(301) 내의 압력이 약 10Pa의 경우의 비점은 약 650℃) 이상의 온도로 유지하는 온도 제어 수단을 구비하고 있다.
구체적으로는, 온도 제어 수단은, 처리실(301)의 제1 공간(F) 내에 설치되고, 처리실(301) 내를 가열하는 제2 가열부(361)와, 제2 가열부(361)에 전력을 공급하는 제2 전원(361A)과, 처리실(301)의 제1 공간(F) 내의 온도를 측정하는 제2 온도계(362)를 구비하고 있다.
그리고, 수소 발생 재료 생성부(W30)는, 제2 온도계(362)에 의한 온도의 측정 결과가, 설정되는 소정의 온도가 되도록, 제2 전원(361A)으로부터 제2 가열부(361)로 공급되는 전력의 공급량을 제어하고, 처리실(301)의 제1 공간(F) 내의 온도가 소정의 온도로 유지되도록 한다.
본 실시 형태에서는, 온도 제어 수단이, 처리실(301) 내의 온도를 플라스마로 처리되는 원료인 무수의 염화 마그네슘을 기체의 상태로 유지하는 온도인 약 700℃로 유지하도록 하고 있다.
덧붙여, 무수의 염화 마그네슘은, 압력 약 10Pa에 있어서의 비점이 약 650℃이기 때문에, 본 실시 형태에서는 그 비점 이상인 약 700℃로 유지하도록 하고 있다.
그러나, 비점은 압력에 의하여 바뀌기 때문에, 처리실(301) 내의 설정 압력을 바꾸었을 경우에는, 그것에 대응하여 온도 제어 수단의 설정 온도를 바꾸게 된다.
또한, 본 실시 형태에서는, 원료에 무수의 염화 마그네슘을 이용하고 있지만, 원료는 불화 마그네슘 등이어도 무방하고, 이와 같이 원료에 불화 마그네슘 등을 이용하는 경우에도, 온도 제어 수단의 설정 온도를 그 원료의 차이에 따라 바꾸게 된다.
한편, 제2 가열부(361)의 외측에는, 제2 가열부(361)로부터의 복사열로 상자체(310)가 고온이 되는 것을 방지하기 위하여, 복사열을 반사하는 리플렉터(370)가 설치되는 것과 함께, 상자체(310)의 외면 상에 수냉(水冷)하기 위한 냉각관(371)이 설치되어 있다.
이와 같이, 수소 발생 재료 생성부(W30)가, 제2 가열부(361)에 의하여, 여분의 장소가 가열되지 않도록 열전도를 방지하는 리플렉터(370)와 같은 단열 수단을 구비하는 경우, 상자체(310)가 고온이 되지 않기 때문에, 상자체(310)의 각처에 사용되고 있는 패킹 등의 열화를 억제할 수 있을 뿐만 아니라, 보온 효율이 높아지기 때문에, 소비 전력을 저감할 수 있다.
또한, 리플렉터(370)에는, 상측의 중앙 가까이의 위치에, 칸막이 판(311)의 개구부(311A)를 통하여, 제1 공간(F)으로부터 제2 공간(S)으로 삽입되는 삽입관(372)이 설치되어 있고, 수소 플라스마 및 기체 상태의 원료 등(플라스마로 환원된 상태의 것도 포함한다)이 삽입관(372)으로부터 제2 공간(S)으로 방출되게 되어 있다.
그리고, 도 2에 도시하는 바와 같이, 수소 발생 재료 생성부(W30)는, 삽입관(372)에 대향하는 위치에 후술하는 용액(본 예에서는 수용액(411))과의 반응으로 수소를 발생하는 수소 함유 마그네슘 화합물을 포함하는 수소 발생 재료(421)를 부착시키는 부착 수단(380)을 구비하고 있고, 그 부착 수단(380)은, 처리실(301)로부터 취출할 수 있도록, 상자체(310)에 대하여 착탈 가능하게 장착되어 있다.
따라서, 후술과 같이, 부착 수단(380)에 부착한 수소 발생 재료(421)는, 부착 수단(380)을 처리실(301)로부터 취출하여, 부착 수단(380)의 표면(381)으로부터 깎아 내도록 하여 취득된다.
다만, 부착 수단(380)을 처리실(301)로부터 취출하여 수소 발생 재료(421)를 얻는 것에 한정될 필요는 없다.
어느 정도, 부착 수단(380)의 표면(381)에 수소 발생 재료(421)가 부착하였을 때, 자동적으로 부착 수단(380)의 표면(381)으로부터 수소 발생 재료(421)를 깎아 내어 취득하는 수소 발생 재료 취득 수단을 설치하도록 하여도 무방하다.
덧붙여, 마이크로파 표면파 플라스마는, 플라스마 중의 이온이나 분자의 온도가 열플라스마로 불리는 것에 비하여 큰 폭으로 낮다(거의 상온)고 하는 특징이 있다.
이 때문에, 부착 수단(380)이 삽입관(372)의 가까이에 표면(381)을 위치시키도록 배치되고, 그 표면(381)이 목시(目視)로 발광이 확인 가능한 플라스마가 존재하는 범위 내에 위치하고 있어도, 부착 수단(380)을 내열성, 및, 부식성에 뛰어난 금속(예를 들어, 스테인리스) 등으로 형성하여 두면, 충분히 처리 분위기에 견딜 수 있는 부착 수단(380)으로 할 수 있다.
부착 수단(380)은, 온조(溫調) 매체(예를 들어, 냉매로서의 외기(外氣)나 냉각 장치를 통한 물)를 공급하는 매체 공급구(IN)와 온조 매체를 배출하는 매체 배출구(OUT)를 가지고, 그 온조 매체가 처리실(301)의 제2 공간(S)에 리크(leak)하지 않도록 한 밀폐 용기 구조가 되어 있다.
그리고, 수소 발생 재료 생성부(W30)는, 예를 들어, 온조 매체가 되는 외기를 매체 공급구(IN)로부터 부착 수단(380) 내에 공급하기 위한 도시하지 않는 매체 공급 수단(예를 들어, 팬이나 컴프레서 등)을 구비한다.
부착 수단(380)의 수소 발생 재료(421)를 부착시키는 표면(381)의 표면 온도는, 용액(본 예에서는, 수용액(411))과의 반응으로 수소를 발생하는 수소 함유 마그네슘 화합물(본 예에서는, 수소화 마그네슘)을 높은 비율로 포함하는 수소 발생 재료(421)를 부착시키는 데에 적합한 것과 같은, 소정의 온도 범위 내의 온도로 제어할 수 있게 되어 있다.
덧붙여, 상술과 같이 온조 매체에 외기를 이용하는 경우에는, 매체 배출구(OUT)를 대기 개방으로 하도록 배관을 접속하면 된다.
한편, 온조 매체에, 예를 들어, 물 등을 이용하는 경우에는, 수소 발생 재료 생성부(W30)가, 도시하지 않는 매체 공급 수단으로서, 매체 배출구(OUT)로부터 배출된 물 등을 매체 공급구(IN)로 순환시키는 펌프를 가지는 냉각 장치(열교환기 등)를 구비하는 것으로 하면 된다.
그리고, 수소 발생 재료(421)의 수소 발생량을 많게 하기 위하여는, 상술과 같이, 수소 발생 재료(421)에 포함되는 수소 함유 마그네슘 화합물(구체적으로는, 수소화 마그네슘)의 비율이 높은 것이 바람직하다.
즉, 부착 수단(380)의 표면(381)에 부착하는 수소 발생 재료(421)에, 원료인 할로겐화 마그네슘(본 예에서는, 염화 마그네슘)이나 금속 마그네슘(Mg)이 포함되어 있지 않은 것이 바람직하다.
여기서, 수소화 마그네슘은, 압력 약 10Pa의 조건일 때에, 약 100℃ 이상의 온도가 되면, 금속 마그네슘과 수소로 분해하기 시작하기 때문에, 효율 좋게 수소화 마그네슘을 취득하기 위하여는, 부착 수단(380)의 표면(381)을 저온(예를 들어, 80℃ 미만)으로 하는 것이 바람직하다고 생각되었다.
그래서, 온조 매체로 저온으로 표면(381)을 유지한 채, 표면(381)에 수소 발생 재료(421)를 부착시키도록 하였을 때, 확실히, 단위 시간당의 부착량이 증가하는 것과 함께, 수소의 발생률이 높은 수소 발생 재료(421)가 얻어지는 경향이 보였다.
그렇지만, 표면(381)을 저온으로 유지하는 것으로는, 표면(381)에 부착한 수소 발생 재료(421)를 수소화 마그네슘의 본래의 색인 백색의 상태로 할 수 없고, 금속 마그네슘 등을 포함하는 상태로부터 벗어날 수 없었다.
그리고, 발명자들은, 실험을 반복하고 있을 때에, 부착 수단(380)의 표면(381)의 온도가 비교적 높은 온도가 되었을 때가 있고, 그 때에 표면(381)에 부착한 수소 발생 재료(421)가 백색으로, 지금까지 없었고, 물과의 반응으로 격렬하게 발포(發泡)하는 것이 되어 있는 것을 발견하였다.
덧붙여, 수소 발생량에 관하여는, 발포 상태뿐만 아니라, 수소 검지관에서의 측정도 행하고 있다.
그래서, 표면(381)의 온도를 고온으로 한 실험을 진행한 결과, 표면(381)이 400℃ 이상 800℃ 이하의 온도로 유지되어 있을 때에, 백색으로 물과 격렬하게 반응하는 수소 발생 재료(421)가 얻어지는 것을 알았다.
덧붙여, 보다 바람직하게는, 450℃ 이상 750℃ 이하에서, 보다 백색으로 물과 격렬하게 반응하는 수소 발생 재료(421)가 얻어지고, 나아가서는, 450℃ 이상 600℃ 이하에서, 한층 더 백색으로 물과 격렬하게 반응하는 수소 발생 재료(421)가 얻어지는 것을 찾아내었다.
이와 같은 현상은, 평형 상태를 생각하였을 때에는, 수소화 마그네슘이 분해되게 되기 때문에, 이해할 수 없는 현상이다.
그러나, 발명자들은, 상술과 같이, 이 이유를, 표면(381)이 목시로 발광이 확인 가능한 플라스마가 존재하는 범위 내에 위치하고 있는 것으로, 반응성이 높은 수소가 존재하고, 수소화 마그네슘이 분해되는 속도보다도 빨리, 수소화 마그네슘이 되는 반응이 진행되고 있는 것은 아닌지 추측하고 있다.
보다 정확하게는, 수소화 마그네슘이 소실하는 과정은, 우선, 금속 마그네슘과 수소로 분해하는 반응이 일어나, 그 후, 금속 마그네슘이 기체가 되는 것은 아닌지 생각하고 있다.
그리고, 상술과 같이, 발명자들은, 반응성이 높은 수소가 존재하는 것으로, 처음의 금속 마그네슘과 수소로 분해하는 과정이 저해되는 결과, 상술과 같은 고온에서도 수소화 마그네슘이 표면(381) 상에 계속 존재하고 있는 것은 아닌지 추측하고 있다.
게다가, 압력 약 10Pa의 상태에서, 400℃ 이상이 되면 금속 마그네슘은 기체가 되기 시작하기 때문에, 수소 발생 재료(421) 중의 불순물로서의 금속 마그네슘의 비율이 감소하고, 또는, 수소화 마그네슘으로 변화한다.
나아가， 압력 약 10Pa, 400℃ 이상의 상태에서는, 표면(381)에 염화 마그네슘을 부착시킨 후에, 플라스마를 조사하도록 하였을 경우에서도, 조금씩 수소화 마그네슘이 생성된다고 생각되는 실험 결과도 얻어져 있는 것으로부터, 표면(381)에 부착한 염화 마그네슘도 수소화 마그네슘이 되고, 수소 발생 재료(421) 중의 불순물로서의 염화 마그네슘도 감소한다.
이 결과, 수소화 마그네슘을 많이 포함하는 수소 발생 재료(421)가 얻어지는 것은 아닌지 추측하고 있다.
따라서, 수소 발생 재료 생성부(W30)에서의 처리에서는, 온조 매체의 온도나 공급량을 조절하여, 부착 수단(380)의 표면(381)이, 용액(본 예에서는, 수용액(411))과의 반응으로 수소를 발생하는 수소 함유 마그네슘 화합물(본 예에서는, 수소화 마그네슘)을 높은 비율로 포함하는 수소 발생 재료(421)를 부착시키는 데에 적합한 소정의 온도 범위 내의 온도인 400℃ 이상 800℃ 이하의 온도로 유지하도록 하는 것이 바람직하다.
나아가, 수소 발생 재료 생성부(W30)는, 도중에 리크 밸브(391)가 설치된 대기 개방관(390)을 구비하고 있고, 대기 개방관(390)의 도시하지 않는 일단(一端)은, 수소 발생 재료 생성부(W30)가 설치되는 건물의 밖에서 대기 개방 상태가 되어 있다.
이 대기 개방관(390)은, 처리실(301)의 압력이 이상(異常)인 압력이 되었을 경우에, 긴급 조치로서 처리실(301)을 대기 개방 상태로 하기 위한 것이고, 통상 시에는, 리크 밸브(391)는 닫힘의 상태로 되고, 처리실(301) 내에 대기가 혼입하는 일이 없게 되어 있다.
다음으로, 본 실시 형태의 수소 발생 재료 생성부(W30)가 행하는 처리에 관하여 간단하게 설명한다.
우선, 전 채비로서 감압 수단(330)(제1 진공 펌프(332) 및 제2 진공 펌프(334))을 구동시키고, 처리실(301) 내의 압력이 설정되는 소정의 압력(예를 들어, 약 10Pa)이 되도록 감압을 행하는 수순(手順)을 실시한다.
그리고, 원료(본 예에서는, 무수의 염화 마그네슘)가 기체의 상태를 유지하는 온도로 한 처리실(301) 내에서, 원료에 산소 원자를 실질적으로 포함하지 않는 반응성 가스인 수소의 플라스마를 조사하여, 수소 발생 재료(421)를 생성하는 수순을 행한다.
덧붙여, 이와 같은 수소 발생 재료(421)는, 용액(본 예에서는, 수용액(411))과의 반응으로 수소를 발생하는 수소 함유 마그네슘 화합물(본 예에서는, 수소화 마그네슘)을 포함한다.
구체적으로는, 처리실(301) 내에 기체 상태의 원료를 공급하기 전에 플라스마의 점등 개시를 행하여, 그 후, 원료의 처리실(301)로의 공급을 개시하여 수소 발생 재료(421)를 생성하는 수순을 행한다.
그리고, 부착 수단(380)의 표면(381)이, 소정의 온도 범위 내의 온도로 유지되어 있다.
덧붙여, 이와 같은 소정의 온도 범위는, 용액(본 예에서는, 수용액(411))과의 반응으로 수소를 발생하는 수소 함유 마그네슘 화합물(본 예에서는, 수소화 마그네슘)을 높은 비율로 포함하는 수소 발생 재료(421)를 부착시키기 위하여 적절한 400℃ 이상 800℃ 이하의 온도 범위이다.
이 결과, 수소를 발생하는 수소 함유 마그네슘 화합물(본 예에서는, 수소화 마그네슘)을 높은 비율로 포함하는 수소 발생 재료(421)가, 부착 수단(380)의 표면(381)에 부착한다.
그리고, 어느 정도, 수소 발생 재료(421)가 부착 수단(380)의 표면(381)에 부착하였을 때, 수소 발생 재료 생성부(W30)의 가동을 정지하여, 부착 수단(380)을 처리실(301)로부터 취출하여 표면(381)에 부착한 수소 발생 재료(421)를 깎아 내도록 하여 취득한다.
덧붙여, 먼저도 서술한 바와 같이, 처리실(301)로부터 부착 수단(380)을 취출하는 일 없이, 표면(381)에 부착한 수소 발생 재료(421)를 취득하는 수소 발생 재료 취득 수단을 설치하고, 수소 발생 재료 취득 수단으로 수소 발생 재료(421)를 취득하도록 하여도 무방하다.
이와 같이 하여 얻어진 수소 발생 재료(421)는, 수소 발생부(W40)로 반송되고, 후술하는 수소 발생부(W40)의 재료 저장부(420)에 저장된다.
덧붙여, 수소 발생부(W40)의 재료 저장부(420)에 자동 반송하는 반송 기구가 설치되어 있어도 무방한 것은 말할 것도 없다.
(수소 발생부(W40))
도 3은, 수소 발생부(W40)를 설명하기 위한 도면이다.
수소 발생부(W40)는, 수소 발생 재료(421)와의 사이에서 수소를 발생시키는 반응을 행하기 위한 용액으로서의 물(이하, 수용액(411)이라고 한다.)을 저장하고, 수소를 발생시키는 반응을 행하기 위한 반응부로서의 용액 저장부(410)와, 반응부로서의 용액 저장부(410)에 공급되는 수소 발생 재료(421)를 저장하는 재료 저장부(420)를 구비하고 있다.
그리고, 재료 저장부(420)는, 재료 저장부(420) 내에 저장되어 있는 수소 발생 재료(421)를 용액 저장부(410) 내에 투입하도록 공급하는 재료 공급 기구(430)를 구비하고 있다.
덧붙여, 수소 발생 재료(421)는, 수용액(411)과의 반응성을 높이기 위하여, 평균 입자경이 작은 입자상(粒子狀)(마이크로 입자나 나노 입자의 상태)인 것이 바람직하다.
다만, 입자라고 하여도 형상이 구상(球狀)인 것을 한정하는 것은 아니고, 각 입자의 최대 외경(外徑)을 평균하였을 때의 평균 외경이 마이크로미터 오더의 경우는 마이크로 입자이고, 마이크로미터 오더보다도 작은 경우(서브미크론 포함)는 나노 입자인 것으로 해석되어야 한다.
덧붙여, 수소 발생 재료(421)에는, 먼저 설명한 바와 같이, 금속 마그네슘이나 수소화 마그네슘을 생성하기 위한 원료(본 예에서는, 염화 마그네슘)가 일부 섞여 있는 경우가 있지만, 그 자체가 수소화 마그네슘과 수용액(411)과의 반응을 저해하는 것은 아니다.
그리고, 용액 저장부(410)는, 수소 발생 재료(421)와 수용액(411)이 반응하는 반응부(반응실이라고도 한다.)로서 기능하기 때문에, 수용액(411) 및 반응으로 발생한 수소 등이 외부로 누설하지 않는 밀폐 구조의 용기를 구성하게 되어 있다.
용액 저장부(410)에는, 수용액(411)보다 상측이 되는 수용액(411)이 존재하지 않는 상부 공간(US)이 형성되도록, 수용액(411)의 급수가 행하여지는 것으로, 용액 저장부(410)는, 수용액(411)보다 상측이 되는 수용액(411)이 존재하지 않는 상부 공간(US)을 구비하는 것이 되어 있다.
구체적으로 상부 공간(US)을 형성하는 구성에 관하여 설명하면, 우선, 용액 저장부(410)는, 수용액(411)의 수면(LSF)의 상한 위치를 결정하기 위하여 설치되고, 수면(LSF)을 검지하는 상측 레벨 센서(412)와, 수용액(411)의 수면(LSF)의 하한 위치를 결정하기 위하여 설치되고, 수면(LSF)을 검지하는 하측 레벨 센서(413)를 구비하고 있다.
또한, 용액 저장부(410)는, 상부 공간(US)의 하측이 되는 수용액(411)이 존재하는 하부 공간(LS)과, 하부 공간(LS) 내를 상하로 칸막이하는 칸막이부(414)와, 칸막이부(414)보다 하측에 설치되고, 수용액(411)을 배수하는 배수구(415)와, 칸막이부(414)보다 상측에 설치되고, 수용액(411)을 공급하는 급수구(416)를 구비하는 것과 함께, 칸막이부(414)는, 복수의 관통 구멍(414A)을 구비하고 있다.
그리고, 수소 발생부(W40)는, 배수구(415)에 접속되고, 용액 저장부(410) 내의 수용액(411)을 배수하기 위한 배수 라인(415A)(배수 배관이라고도 한다.)과, 배수구(415) 가까이의 배수 라인(415A) 상에 설치되고, 배수구(415)로부터의 수용액(411)의 배수(배수의 유무)를 제어하는 배수 제어 밸브(415B)를 구비하고 있다.
마찬가지로, 수소 발생부(W40)는, 급수구(416)에 접속되고, 용액 저장부(410) 내에 새로운 수용액(411)을 공급하기 위한 급수 라인(416A)(급수 배관이라고도 한다.)과, 급수구(416) 가까이의 급수 라인(416A) 상에 설치되고, 급수구(416)로부터의 수용액(411)의 급수(급수의 유무)를 제어하는 급수 제어 밸브(416B)를 구비하고 있다.
이 때문에, 나중에 설명하는 배급수(排給水)하는 소정의 타이밍이 되면, 도시하지 않는 수소 발생부(W40)의 제어부(이하, 단지 제어부라고 한다.)가, 우선, 배수 제어 밸브(415B)를 열림으로 하여, 용액 저장부(410) 내의 수용액(411)의 배수를 행한다.
그 후, 제어부가 배수 제어 밸브(415B)를 닫힘으로 하는 것과 함께, 급수 제어 밸브(416B)를 열림으로 하여 수용액(411)의 수면(LSF)이 상측 레벨 센서(412)와 하측 레벨 센서(413)의 사이에 위치하도록, 용액 저장부(410) 내에 수용액(411)을 급수한다.
그리고, 제어부는, 급수 제어 밸브(416B)를, 다시, 닫힘으로 한다.
예를 들어, 제어부는, 배수 시에는, 하측 레벨 센서(413)가 수용액(411)의 수면(LSF)을 검지한 것을 기준으로 하여, 칸막이부(414)까지 수용액(411)의 수면(LSF)이 저하하는 정도의 수용액(411)의 배수를 행한다.
구체적으로는, 배수 제어 밸브(415B)를 열림으로 하였을 때의 단위 시간당의 배수량은, 미리 조사하여 둘 수 있기 때문에, 제어부는, 하측 레벨 센서(413)가 수용액(411)의 수면(LSF)을 검지한 것을 스타트점으로 칸막이부(414)까지 수용액(411)의 수면(LSF)이 저하하는 데에 필요한 배수량의 수용액(411)의 배수에 관련되는 시간이 경과한 것을 가지고, 배수 제어 밸브(415B)를 닫힘으로 하면 된다.
그리고, 제어부는, 그 수용액(411)의 배수가 끝난 후, 수용액(411)의 급수를 개시하고, 하측 레벨 센서(413)가 수용액(411)의 수면(LSF)을 검지한 것을 기준으로 하여, 수용액(411)의 수면(LSF)이 상측 레벨 센서(412)와 하측 레벨 센서(413)의 사이에 위치하는 정도의 수용액(411)의 급수를 행하였을 때에 급수를 종료하도록 구성할 수 있다.
수용액(411)의 수면(LSF)이 상측 레벨 센서(412)와 하측 레벨 센서(413)의 사이에 위치하는 것으로, 용액 저장부(410)가 수용액(411)보다 상측이 되는 수용액(411)이 존재하지 않는 상부 공간(US)을 구비할 수 있다.
구체적으로는, 급수 제어 밸브(416B)를 열림으로 하였을 때의 단위 시간당의 급수량은, 미리 조사하여 둘 수 있기 때문에, 제어부는, 하측 레벨 센서(413)가 수용액(411)의 수면(LSF)을 검지한 것을 스타트점으로 수용액(411)의 수면(LSF)이 상측 레벨 센서(412)와 하측 레벨 센서(413)의 사이에 위치하는 데에 필요한 급수량의 수용액(411)의 급수에 관련되는 시간이 경과한 것을 가지고, 급수 제어 밸브(416B)를 닫힘으로 하면 된다.
덧붙여, 배급수하는 소정의 타이밍 이외일 때에, 상측 레벨 센서(412)가 수용액(411)의 수면(LSF)을 검지하면, 도시하지 않는 제어부는, 배수 제어 밸브(415B)를 열림으로 하여, 수용액(411)의 수면(LSF)이 상측 레벨 센서(412)와 하측 레벨 센서(413)의 사이에 위치하는 정도의 수용액(411)의 배수를 행한 후, 배수 제어 밸브(415B)를 닫힘으로 한다.
반대로, 배급수하는 소정의 타이밍 이외일 때에, 하측 레벨 센서(413)가 수용액(411)의 수면(LSF)을 검지하면, 도시하지 않는 제어부는, 급수 제어 밸브(416B)를 열림으로 하여, 수용액(411)의 수면(LSF)이 상측 레벨 센서(412)와 하측 레벨 센서(413)의 사이에 위치하는 정도의 수용액(411)의 급수를 행한 후, 급수 제어 밸브(416B)를 닫힘으로 한다.
그리고, 상술한 칸막이부(414)의 복수의 관통 구멍(414A)의 내경(內徑)이 수소 발생 재료(421)와 수용액(411)의 반응으로 생성하는 수산화 마그네슘 등의 부생성물의 통과를 방해하지 않는 크기로 되어 있다.
즉, 칸막이부(414)는, 수소 발생 재료(421)와 수용액(411)의 반응으로 생성한 부생성물이 칸막이부(414)보다 하측에 침전할 수 있도록, 수산화 마그네슘 등의 부생성물이 통과 가능한 내경을 가지는 복수의 관통 구멍(414A)을 구비하는 것이 되어 있다.
이 때문에, 칸막이부(414)보다 하측에 설치된 배수구(415)로부터는, 부생성물의 함유 농도가 높은 수용액(411)이 배수되게 되고, 이 배수가 수용액(411)(용액)과의 반응으로 수소를 발생하는 수소 함유 마그네슘 화합물을 포함하는 수소 발생 재료(421)와 반응한 후의 용액인 반응 후 용액(반응 후 수용액(411A)이라고도 한다.)으로서, 후술하는 부생성물 취득부(W10)에 공급되게 된다.
나아가, 도 3에 도시하는 바와 같이, 수소 발생부(W40)는, 칸막이부(414)보다 상측의 수용액(411)을 교반(攪拌)하는 교반 기구(440)를 구비하고 있다.
구체적으로는, 교반 기구(440)는, 용액 저장부(410)의 상부의 벽부의 외측에 설치된 모터(441)와, 칸막이부(414)보다 상측의 수용액(411) 내에 배치되고, 수용액(411)을 교반하는 프로펠러(442)와, 모터(441)의 회전력을 프로펠러(442)에 전달하여, 수용액(411)을 교반하도록 프로펠러(442)를 회전시키는 샤프트(443)를 구비하고 있다.
덧붙여, 샤프트(443)가 용액 저장부(410) 내에 삽입되는 삽입부는, 회전을 저해하지 않고, 기밀을 유지 가능한 기밀 구조로 되어 있다.
이 교반 기구(440)는, 수용액(411)과 반응하고 있지 않는 수소 발생 재료(421)가 칸막이부(414) 상에 모이는 것을 억제하기 위하여 설치되어 있는 것이다. 그러나, 본 실시 형태의 경우, 미리 모아져 있는 수용액(411)에 대하여 수소 발생 재료(421)를 투입하기 위하여, 효율 좋게 수소 발생 재료(421)가 수용액(411) 내에 확산하고, 효율 좋게 수소를 발생시키는 반응이 일어난다. 이 때문에, 반드시, 교반 기구(440)가 필요한 것은 아니다.
그리고, 도시하지 않는 제어부는, 정기적으로 교반 기구(440)를 구동시키고, 수소 발생 재료(421)와 수용액(411)의 반응을 촉진한다.
덧붙여, 교반 기구(440)를, 상시, 구동시키도록 하여도 무방하지만, 교반 기구(440)를, 정기적으로 구동시키는 것으로, 칸막이부(414)보다 하측에 부생성물이 침전하기 쉽게 할 수 있다.
이 결과, 칸막이부(414)보다 상측의 수용액(411) 중의 부생성물의 함유 농도를 저하시키고, 수소 발생 재료(421)와 수용액(411)의 반응 효율을 높일 수 있다.
또한, 칸막이부(414)가 설치되어 있는 것으로, 교반 기구(440)를 구동시켰을 때에, 칸막이부(414)보다도 하측에 침전한 부생성물이 말려 올려지고, 칸막이부(414)보다 상측의 수용액(411) 중의 부생성물의 함유 농도가 상승하는 것을 억제할 수 있다. 이 때문에, 교반 기구(440)의 구동에 의하여, 수소 발생 재료(421)와 수용액(411)의 반응 효율이 저하하는 것을 억제할 수 있다.
한편, 수소 발생부(W40)는, 상부 공간(US)에 연통(連通)하도록 용액 저장부(410)에 접속된 긴급 배기 라인(450)(긴급 배기 배관이라고도 한다.)과, 긴급 배기 라인(450)의 상부 공간(US)에 연통하는 연통부 가까이의 위치에 설치되고, 긴급 배기의 유무를 제어하는 전자 밸브(451)와, 전자 밸브(451)로부터 용액 저장부(410)에 이르기까지의 사이의 긴급 배기 라인(450) 상에 접속되고, 상부 공간(US)의 압력을 측정하는 압력 측정 장치(452)(예를 들어, 디지털 마노스타 게이지)를 구비하고 있다.
따라서, 상부 공간(US)의 압력을 측정하는 압력 측정 장치(452)의 압력 측정의 결과가, 이상하게 높은 압력을 나타내었을 경우에는, 도시하지 않는 제어부가, 전자 밸브(451)를 열림으로 하는 것으로 상부 공간(US) 내의 압력이 소정의 제1 압력(요구되는 1차압)이 되도록 강압(降壓) 제어를 행한다.
덧붙여, 소정의 제1 압력(요구되는 1차압)이 되면, 도시하지 않는 제어부는, 다시, 전자 밸브(451)를 닫힘의 상태로 한다.
재료 저장부(420)는, 상측에 수소 발생 재료(421)의 충전 작업일 때에 개폐되는 작업문(422)을 가지고 있지만, 이 작업문(422)을 닫으면, 밀폐 구조의 용기를 구성하게 되어 있다.
또한, 재료 저장부(420)는, 작업문(422)에 인접하여 상측에 설치되고, 저장하고 있는 수소 발생 재료(421)의 표면까지의 거리를 측정하는 거리 측정기(424)(예를 들어, 변위 센서)를 구비하고 있고, 이 거리 측정기(424)가 측정하는 수소 발생 재료(421)까지의 거리가 길어지는 것으로 수소 발생 재료(421)를 추가하는 시기의 파악이 가능하게 되어 있다.
덧붙여, 수소 발생 재료(421)는 수용액(411)과 같이 표면이 반드시 플랫(flat)에 가까운 상태가 된다고는 말할 수 없지만, 후술하는 재료 공급 기구(430)의 구동에 의하여, 수소 발생 재료(421) 전체에 진동 등이 발생하기 때문에, 비교적 플랫한 상태를 유지할 수 있다.
이 때문에, 거리 측정기(424)가 측정하는 수소 발생 재료(421)까지의 거리의 측정 결과는, 수소 발생 재료(421)를 추가하는 시기의 하나의 기준으로 할 수 있다.
다만, 후술하는 바와 같이, 본 실시 형태에서는, 수용액(411)에 공급된 수소 발생 재료(421)의 공급량을 파악할 수 있기 때문에, 수용액(411)에 공급된 수소 발생 재료(421)의 공급량이 소정의 분량에 도달한 것을 기준으로 하여 수소 발생 재료(421)를 추가하도록 하여도 무방하고, 이 경우, 거리 측정기(424)는 불필요하게 된다.
그리고, 재료 저장부(420)는, 저부(底部)의 벽부 중 적어도 일부가, 용액 저장부(410)의 상부의 벽부의 외측과 밀착하도록 설치되고, 그 밀착하고 있는 개소의 저부의 벽부에는, 저부의 벽부를 관통하는 수소 발생 재료(421)를 용액 저장부(410) 내에 공급하기 위한 재료 공급 구멍(423)이 형성되어 있다.
또한, 용액 저장부(410)도 재료 저장부(420)의 재료 공급 구멍(423)에 대응하는 위치에, 상부의 벽부를 관통하는 수소 발생 재료(421)를 받아들이기 위한 재료 받아들임 구멍(417)이 형성되어 있다.
한편, 재료 저장부(420) 내에는, 재료 공급 기구(430)가 설치되어 있다.
구체적으로는, 재료 공급 기구(430)는, 재료 저장부(420)의 상부의 벽부의 내측에 설치된 모터(431)와, 재료 저장부(420)의 저부의 벽부의 내측에 인접하여 배치되고, 수소 발생 재료(421)를 재료 공급 구멍(423)의 위치로 운반하는 원판(432)과, 모터(431)의 회전력을 원판(432)에 전달하여, 원판(432)을 회전시키는 샤프트(433)를 구비하고 있다.
덧붙여, 도시를 생략하고 있지만, 재료 저장부(420)는, 재료 공급 기구(430)를 내장시키는 작업을 위하여, 저부와 그것보다도 상측의 부분이 분리 가능하게 구성되고, 그것들을 일체화하여 형성된 것이 되어 있다.
그리고, 도 3의 좌측에 점선 테두리로 둘러싸 도시하는 원판(432)의 사시도와 같이, 원판(432)은, 회전 중심(O)를 사이에 두고 대향하고, 회전 중심(O)으로부터 거의 같은 거리 떨어진 위치에 위치하는, 한 쌍의 관통 구멍(관통 구멍 432A와 관통 구멍 432B)이 형성되어 있다.
여기서, 도 3을 보면 알 수 있는 바와 같이, 재료 저장부(420)는, 재료 공급 구멍(423)에 대응하는 부분의 상측에, 원판(432)의 일부를 받아들이는 가로 방향으로 움푹 파인 오목부를 구비하고 있고, 그 오목부에 위치하는 원판(432)의 관통 구멍(관통 구멍(432B) 참조)의 상측의 개구에 오목부의 내면이 근접하여 개구를 거의 막은 상태가 되게 되어 있다.
이 때문에, 재료 공급 구멍(423) 상에 원판(432)의 관통 구멍(관통 구멍(432B) 참조)의 개구가 위치할 때에는, 상부 공간(US) 내의 기체(주로 수소)가 재료 저장부(420) 측에 침입하려고 하여도, 그 개구가 거의 폐색(閉塞) 상태이다.
이 결과, 상부 공간(US) 내의 기체(주로 수소)가 재료 저장부(420) 측에 침입할 수 없게 되어 있다.
그리고, 그 원판(432)의 일부를 받아들이는 가로 방향으로 움푹 파인 오목부 이외의 위치에 원판(432)의 관통 구멍(관통 구멍 432A, 관통 구멍 432B)이 위치(예를 들어, 관통 구멍 432A의 위치 참조)할 때에, 이 관통 구멍(관통 구멍 432A 참조) 내에 수소 발생 재료(421)가 비집고 들어간다.
또한, 원판(432)이 회전하여 원판(432)의 일부를 받아들이는 가로 방향으로 움푹 파인 오목부의 위치에 관통 구멍(관통 구멍 432A, 관통 구멍 432B)이 위치(관통 구멍 432B의 위치 참조)하게 되면, 관통 구멍(관통 구멍 432A, 관통 구멍 432B) 내에 충전된 수소 발생 재료(421)가, 재료 공급 구멍(423) 및 재료 받아들임 구멍(417)을 통하여, 상부 공간(US) 측으로부터 수용액(411)을 향하여 공급되게 된다.
또한, 본 실시 형태에서는, 수소 발생부(W40)가, 재료 저장부(420)의 수소 발생 재료(421)보다 상측의 수소 발생 재료(421)가 존재하지 않는 상측 공간(US1)의 압력을 측정하는 압력 측정 장치(461)(예를 들어, 디지털 마노스타 게이지)와, 상측 공간(US1)에 기체(예를 들어, 노점이 낮은 질소 등의 활성이 낮은 가스나 노점이 낮은 헬륨, 아르곤 등의 불활성 가스)를 공급하는 기체 공급 라인(462)(기체 공급 배관이라고도 한다.)과, 기체 공급 라인(462) 상에 설치되고, 상측 공간(US1)으로의 기체의 공급의 유무를 제어하는 전자 밸브(463)를 구비하고 있다.
그리고, 도시하지 않는 제어부는, 상측 공간(US1)의 압력 측정 장치(461)가 측정하는 압력의 측정 결과에 기초하여, 상측 공간(US1) 내의 압력이 소정의 압력(예를 들어, 용액 저장부(410)의 상부 공간(US) 내의 압력과 동일한 정도의 압력)이 되도록, 전자 밸브(463)의 개폐 제어를 행한다.
덧붙여, 도시는 생략하고 있지만, 수소 발생부(W40)는, 상측 공간(US1) 내의 기체를 배기하는 기체 배기 라인(기체 배기 배관이라고도 한다.)과, 그 기체 배기 라인을 통하여 상측 공간(US1) 내의 기체의 배기의 유무를 제어하는 전자 밸브도 가지고 있다.
따라서, 보다 정확하게는, 도시하지 않는 제어부가, 상술한 전자 밸브(463)와 기체의 배기의 유무를 제어하는 전자 밸브를 제어하는 것으로 상측 공간(US1) 내의 압력이 소정의 압력(예를 들어, 용액 저장부(410)의 상부 공간(US) 내의 압력과 동일한 정도의 압력)이 되도록 제어된다.
그리고, 상측 공간(US1)이 승압되어 있는 것으로, 보다 한층, 상부 공간(US) 내의 기체(주로 수소)가 재료 저장부(420) 측에 침입하는 것을 억제할 수 있는 것과 함께, 원판(432)의 일부를 받아들이는 가로 방향으로 움푹 파인 오목부 이외의 위치에 원판(432)의 관통 구멍(관통 구멍 432A, 관통 구멍 432B)이 위치(예를 들어, 관통 구멍 432A의 위치 참조)할 때에, 이 관통 구멍(관통 구멍 432A, 관통 구멍 432B) 내에 수소 발생 재료(421)가 효율적으로 비집고 들어간다.
덧붙여, 본 실시 형태에서는, 원판(432)의 일부를 받아들이는 가로 방향으로 움푹 파인 오목부의 위치에 관통 구멍(관통 구멍 432A, 관통 구멍 432B)이 위치하게 되면, 관통 구멍(관통 구멍 432A, 관통 구멍 432B) 내에 충전된 수소 발생 재료(421)가, 자중으로 재료 공급 구멍(423) 및 재료 받아들임 구멍(417)을 통하여, 상부 공간(US) 측으로부터 수용액(411)을 향하여 낙하하는 것으로 수용액(411)에 투입(공급)되는 것으로 하고 있다.
그러나, 수소 발생부(W40)가, 재료 공급 구멍(423) 및 재료 받아들임 구멍(417)의 직상(直上)에 위치하는 관통 구멍(관통 구멍 432A, 관통 구멍 432B)에 대하여 봉상체(棒狀體)를 삽입하고, 관통 구멍(관통 구멍 432A, 관통 구멍 432B) 내의 수소 발생 재료(421)를 강제적으로 밀어내는 재료 압출(押出) 기구를 구비하는 것으로 하여도 무방하고, 그렇게 하는 것으로, 확실히 수소 발생 재료(421)를 수용액(411)을 향하게 하여 투입(공급)하는 것이 가능해진다.
이와 같은 재료 압출 기구를 설치하는 경우에는, 원판(432)의 관통 구멍(관통 구멍 432A, 관통 구멍 432B)이 재료 공급 구멍(423) 및 재료 받아들임 구멍(417)의 직상에 위치하는 곳에서 원판(432)의 회전을 정지하고, 그 관통 구멍(관통 구멍 432A, 관통 구멍 432B)에 봉상체를 삽입하여 수소 발생 재료(421)를 수용액(411)을 향하게 하여 투입(공급)한 후, 그 관통 구멍(관통 구멍 432A, 관통 구멍 432B)으로부터 봉상체를 뽑아, 다시, 원판(432)을 회전시킨다고 하는 동작을 반복하게 된다.
덧붙여, 본 실시 형태에서는, 먼저 설명한 바와 같이, 원판(432)의 회전 중심(O)을 사이에 두고 대향하고, 회전 중심(O)으로부터 거의 같은 거리 떨어진 위치에, 한 쌍의 관통 구멍(관통 구멍 432A와 관통 구멍 432B)이 형성된 것으로 하였지만, 이것에 한정될 필요는 없다.
예를 들어, 회전 중심(O)으로부터 거의 같은 거리 떨어진 위치에, 같은 사이즈의 관통 구멍이 원판(432)의 회전 방향으로 균등 간격으로 3개(이 경우, 원판(432)의 둘레 방향에서 본 인접하는 관통 구멍 간의 각도 피치는 120° 피치가 된다.)를 설치하도록 하여도 무방하고, 회전 방향으로 균등 간격으로 4개의 관통 구멍(이 경우, 원판(432)의 둘레 방향에서 본 인접하는 관통 구멍 간의 각도 피치는 90° 피치가 된다.)을 설치하도록 하여도 무방하다.
또한, 관통 구멍이 1개였다고 하여도, 그 1개의 관통 구멍이 원판(432)의 일부를 받아들이는 가로 방향으로 움푹 파인 오목부 이외의 위치와, 원판(432)의 일부를 받아들이는 가로 방향으로 움푹 파인 오목부의 위치로 번갈아 위치하도록 제어하면 수소 발생 재료(421)를 수용액(411)에 공급하는 것이 가능하기 때문에 문제는 없다.
다만, 관통 구멍의 수가 많아지면, 원판(432)의 일부를 받아들이는 가로 방향으로 움푹 파인 오목부를 형성하기 어려워지기 때문에, 관통 구멍의 수는 4개 이하인 것이 바람직하다.
또한, 관통 구멍의 사이즈는, 발생시키는 수소량에 따른 수소 발생 재료(421)를 공급할 수 있는 사이즈가 선택되면 된다.
예를 들어, 수소화 마그네슘의 질량(1mol당의 무게)은 26.32g이고, 수소화 마그네슘의 밀도는 2.36g/cm3 정도이기 때문에, 체적 약 11.2cm3에 조금 모자란(약 1mol) 수소화 마그네슘으로 이루어지는 수소 발생 재료(421)를 수용액(411)에 투입하면, 표준 상태로 45리터에 조금 모자란(약 2mol) 수소가 발생한다.
그리고, 10MW 정도의 발전을 행하는 수소 가스 터빈형의 발전 장치(GNT)에서 약 0.6억m3/년의 수소를 사용한다고 생각하면, 1분당 약 114m3의 수소가 필요하게 되고, 이것에 대응하는 관통 구멍을 일례로서 생각하면, 이하와 같이 된다.
예를 들어, 원판(432)의 두께를 약 10cm로 하고, 원판(432)의 직경을 약 70cm로 하여, 회전 중심(O)으로부터 약 10cm 오프셋한 위치에, 직경이 약 21cm의 관통 구멍의 내측의 단(端)(관통 구멍의 중심은 회전 중심(O)으로부터 약 20.5cm 오프셋)이 위치하는 디멘션(dimension)을 생각하면, 그 관통 구멍의 용적은 약 3346cm3에 조금 모자라게 된다.
이 때문에, 상기와 같은 디멘션의 관통 구멍에는, 약 300mol(= 3346［cm3］/11.2［cm3］) 정도의 수소 발생 재료(421)를 충전할 수 있게 되고, 이 분량의 수소화 마그네슘으로 이루어지는 수소 발생 재료(421)를 수용액(411)에 투입하였다고 하면, 약 600mol(약 13.4m3)의 수소가 발생하게 된다.
그렇게 하면, 본 실시 형태의 관통 구멍 432A, 관통 구멍 432B와 같이, 원판(432)에 관통 구멍을 2개 설치하였을 경우를 생각하면, 1회전당 2회 관통 구멍(관통 구멍 432A가 1회, 관통 구멍 432B가 1회)으로부터 수소 발생 재료(421)가 수용액(411)에 공급되게 된다.
예를 들어, 원판(432)을 12초에 1회전(1분간 5회전)시키면, 1분간당에는, 10회 수용액(411)을 향하여 수소 발생 재료(421)가 공급되게 된다.
이 때문에, 충분히 1분당 114m3을 넘는 수소(약 134m3)를 발생시킬 만큼의 수소 발생 재료(421)를 공급할 수 있다.
따라서, 소형(약 1만KW)의 수소 가스 터빈형의 발전 장치(GNT)를 상정(想定)하는 경우, 원판(432)에 2개의 관통 구멍을 설치하도록 하면, 그 관통 구멍의 용적은, 약 3346cm3에 조금 모자라도 무방하다고 생각된다.
다만, 발전 장치(GNT)의 발전량이 커지면, 필요한 수소 발생 재료(421)의 공급량이 증가하게 되기 때문에, 발전량이 10배 정도의 발전 장치(GNT)까지를 상정한다고 하면, 관통 구멍의 용적은, 약 33460cm3에 조금 모자란 정도까지를 상정하여 두는 것이 바람직하다.
따라서, 관통 구멍의 용적은, 3000cm3로부터 35000cm3 정도로 하는 것이 바람직하다.
덧붙여, 이것을 생각하면, 재료 공급 기구(430)는, 1분당, 100m3로부터 1000m3 정도의 수소를 발생시킬 수 있는 수소 발생 재료(421)를 수용액(411)에 투입(공급)할 수 있는 것이 바람직하다.
덧붙여, 상술한 재료 공급 기구(430)는, 어디까지나 일례이고, 재료 공급 기구(430)는, 상부 공간(US) 측으로부터 수용액(411)을 향하여 수소 발생 재료(421)를 공급하도록 설치되고, 수소 발생 재료(421)가 상부 공간(US) 측으로부터 수용액(411)을 향하여 공급할 수 있는 것과 같은 구성이면 된다.
한편, 본 실시 형태에서는, 도시하지 않는 제어부가, 용액 저장부(410)의 상부 공간(US)의 압력을 측정하는 압력 측정 장치(452)의 압력의 측정 결과에 기초하여, 재료 공급 기구(430)의 모터(431)를 구동시키고, 상부 공간(US) 내의 압력이 소정의 제1 압력(요구되는 1차압)이 되도록, 수용액(411)을 향하여 투입(공급)하는 수소 발생 재료(421)의 공급량을 제어하는 것이 되어 있다.
이와 같이, 도시하지 않는 제어부가, 수용액(411)을 향하여 투입(공급)하는 수소 발생 재료(421)의 공급량을 제어하고 있기 때문에, 도시하지 않는 제어부는, 얼마만큼의 수소 발생 재료(421)가 수용액(411)에 공급되었는지를 파악하는 것이 가능하다.
이 때문에, 제어부는, 수용액(411)에 공급된 토털의 수소 발생 재료(421)의 공급량으로부터 수용액(411) 중의 수산화 마그네슘 등의 부생성물의 함유 농도의 증가를 예상(예를 들어 실험적으로 농도 변화의 데이터를 채취하여 두고, 그 데이터에 기초하여 예상)하는 것이 가능하다.
덧붙여, 이와 같은 실험적인 수법을 대신하여, 부생성물의 함유 농도의 증가 예상을 이론 계산으로 행할 수도 있다.
그래서, 도시하지 않는 제어부는, 수용액(411)을 향하여 투입(공급)하는 수소 발생 재료(421)의 공급량에 기초하여, 방금 전 설명한 바와 같이, 배수 제어 밸브(415B), 및, 급수 제어 밸브(416B)를 제어하고, 본 실시 형태에서는, 수소 발생 재료(421)와 수용액(411)의 반응 효율이 저하하지 않도록, 수용액(411) 중의 부생성물의 함유 농도가 너무 높아지지 않게 하는 관리를 행하고 있다.
한편, 도 3에 도시하는 바와 같이, 용액 저장부(410)는, 상부 공간(US) 내의 수소를 발전 시스템(PGS)(도 1 참조)의 발전부(PG)(보다 구체적으로는, 도시하지 않는 발전 장치(GNT))를 향하게 하여 배출하기 위한 수소 배출구(418)를 구비하고 있고, 발전 시스템(PGS)은, 수소 배출구(418)에 접속되고, 용액 저장부(410)에서 발생한 수소를 발전 장치(GNT)(도시하지 않음)에 공급하는 수소 공급부(S70)(수소 공급 배관이라고도 한다.)를 구비하고 있다.
또한, 발전 시스템(PGS)은, 수소 공급부(S70) 상의 수소 배출구(418) 가까이의 위치에 설치되고, 수소 배출구(418)로부터의 수소의 배출의 유무를 제어하는 전자 밸브 S71과, 전자 밸브 S71보다도 수소 배출구(418)로부터 떨어진 수소 공급부(S70) 상에 설치된 감압 밸브(S72)와, 감압 밸브(S72)보다도 한층 더 수소 배출구(418)로부터 떨어진 수소 공급부(S70) 상에 설치된 전자 밸브 S73을 구비하고 있다.
덧붙여, 감압 밸브(S72)는, 상부 공간(US) 내의 소정의 제1 압력(요구되는 1차압)으로부터 발전 시스템(PGS)의 발전부(PG)(보다 구체적으로는, 도시하지 않는 발전 장치(GNT))에 공급하기 위한 소정의 제2 압력(요구되는 2차압)으로 수소의 압력을 감압하기 위한 것이다.
나아가, 발전 시스템(PGS)은, 발전 시스템(PGS)의 발전부(PG)(보다 구체적으로는, 도시하지 않는 발전 장치(GNT))에 수소를 공급 가능하게 저장하는 버퍼 기구(BF)를 구비하고 있다.
구체적으로는, 버퍼 기구(BF)는, 버퍼 탱크(B80)와, 일단이 수소 공급부(S70)의 감압 밸브(S72)와 전자 밸브 S73의 사이의 위치에 접속되는 것과 함께 타단(他端)이 버퍼 탱크(B80)에 접속되고, 수소를 버퍼 탱크(B80)로 끌어들이기 위한 인입 분기 라인(B81)(분기 배관이라고도 한다.)과, 인입 분기 라인(B81) 상에 설치된 승압 장치(B82)와, 승압 장치(B82)와 버퍼 탱크(B80)의 사이의 인입 분기 라인(B81) 상에 설치된 전자 밸브 B83을 구비하고 있다.
또한, 버퍼 기구(BF)는, 일단이 버퍼 탱크(B80)에 접속되는 것과 함께 타단이 전자 밸브 S73보다도 발전 시스템(PGS)의 발전부(PG) 측(보다 구체적으로는, 도시하지 않는 발전 장치(GNT) 측)이 되는 수소 공급부(S70)에 접속되고, 수소를 버퍼 탱크(B80)로부터 수소 공급부(S70)로 되돌리기 위한 반송(返送) 라인(B84)(반송 배관이라고도 한다.)과, 반송 라인(B84) 상에 설치된 전자 밸브 B85와, 전자 밸브 B85와 수소 공급부(S70)의 사이의 반송 라인(B84) 상에 설치된 감압 밸브(B86)를 구비하고 있다.
덧붙여, 감압 밸브 B86도 방금 전의 감압 밸브 S72와 마찬가지로, 버퍼 탱크(B80)의 후술하는 압력으로부터 발전 시스템(PGS)의 발전부(PG)(보다 구체적으로는, 도시하지 않는 발전 장치(GNT))에 공급하기 위한 소정의 제2 압력(요구되는 2차압)에 수소의 압력을 감압하기 위한 것이다.
그리고, 버퍼 기구(BF)에는, 발전 시스템(PGS)의 발전부(PG)(보다 구체적으로는, 도시하지 않는 발전 장치(GNT))로부터의 수소의 공급 요구가 없을 때를 이용하여 수소의 충전 처리가 행하여진다.
구체적으로는, 도시하지 않는 제어부에 의하여, 전자 밸브 S71 및 전자 밸브 B83이 열림으로 되는 것과 함께, 전자 밸브 S73 및 전자 밸브 B85가 닫힘으로 되는 제어가 행하여지고, 한층 더, 제어부에 의하여, 수소 발생부(W40)가 수소를 발생시키도록 제어가 행하여지는 것과 함께, 승압 장치(B82)의 구동 제어가 행하여진다.
이 때문에, 수소 발생부(W40)에서 발생한 수소는, 감압 밸브(S72)에 의하여 소정의 제2 압력(요구되는 2차압)의 상태로 인입 분기 라인(B81)에 공급되지만, 승압 장치(B82)에 의하여 승압이 행하여지기 때문에, 버퍼 탱크(B80) 내의 압력이 상부 공간(US) 내의 소정의 제1 압력(요구되는 1차압)과 마찬가지의 제1 압력 또는 제1 압력보다도 높은 소정의 제3 압력이 되도록, 버퍼 탱크(B80)에 수소를 충전할 수 있다.
덧붙여, 버퍼 기구(BF)는, 버퍼 탱크(B80) 내의 압력을 측정하는 압력 측정 장치(B87)(예를 들어, 디지털 마노스타 게이지)를 구비하고 있다.
상술한 버퍼 탱크(B80)로의 수소의 충전 처리는, 이 압력 측정 장치(B87)가 측정하는 버퍼 탱크(B80) 내의 압력의 측정 결과에 기초하여, 제1 압력 또는 제1 압력보다도 높은 소정의 제3 압력이 되도록 행하여진다.
예를 들어, 측정된 압력이, 목표의 압력이 되면, 수소 발생부(W40)의 구동이 정지되는 것과 함께, 전자 밸브 S71 및 전자 밸브 B83이 닫힘으로 된다.
또한, 버퍼 기구(BF)는, 버퍼 탱크(B80)와 긴급 배기 라인(450)을 접속하는 접속 라인(B88)(접속 배관이라고도 한다.)과, 접속 라인(B88) 상에 설치되고, 긴급 배기의 유무를 제어하는 전자 밸브(B89)를 구비하고 있다.
그리고, 압력 측정 장치(B87)가 측정하는 버퍼 탱크(B80) 내의 압력의 측정 결과가 이상하게 높은 압력을 나타내었을 경우에는, 도시하지 않는 제어부가, 전자 밸브(B89)를 열림으로 하는 것에 의하여, 버퍼 탱크(B80) 내의 압력이, 먼저 설명한 제1 압력 또는 제1 압력보다도 높은 소정의 제3 압력이 되도록 강압 제어를 행한다.
다만, 본 실시 형태에서는, 수소 공급부(S70)로부터 분기하는 형태로 버퍼 기구(BF)를 설치하는 경우에 관하여 나타내었지만, 버퍼 기구(BF)는, 수소 공급부(S70) 상에 설치되는 것으로 하여도 무방하다.
예를 들어, 버퍼 기구(BF)의 변형예로서는, 전자 밸브 S71을 생략하고, 전자 밸브 S73보다 용액 저장부(410) 측의 수소 공급부(S70) 상에 버퍼 탱크(B80)만을 설치하도록 하고, 전자 밸브 S73보다도 발전 시스템(PGS)의 발전부(PG) 측(보다 구체적으로는, 도시하지 않는 발전 장치(GNT) 측)이 되는 수소 공급부(S70) 상에 감압 밸브(S72)가 설치되어 있는 구성으로 하는 것이 생각된다.
그리고, 이 경우에는, 용액 저장부(410)에서 발생한 수소가, 반드시, 버퍼 기구(BF)를 통하여 발전 시스템(PGS)의 발전부(PG) 측(보다 구체적으로는, 도시하지 않는 발전 장치(GNT) 측)에 공급되게 된다.
덧붙여, 이 버퍼 기구(BF)의 변형예의 경우에는, 버퍼 탱크(B80) 내의 압력과 용액 저장부(410)의 압력이 같게 되기 때문에, 긴급 배기는, 상술한 용액 저장부(410)에 설치된 긴급 배기의 구성으로 행하도록 하면 된다.
또한, 버퍼 기구(BF)의 제어는, 수소 발생부(W40)의 제어부가 행하는 쪽이 심플한 것이 된다고 생각되기 때문에, 수소 발생부(W40)가 버퍼 기구(BF)를 포함하는 것과 함께, 수소 발생부(W40)가 그 버퍼 기구(BF)와의 관련으로 필요한 위치까지의 수소 공급부(S70)를 포함하는 것이어도 무방하다.
다음으로, 이상과 같은 구성으로 이루어지는 발전 시스템(PGS)의 동작 등에 관하여 설명한다.
다만, 지금까지의 설명에서 세부의 동작에 관하여는 충분히 이해를 얻을 수 있는 설명을 행하고 있기 때문에, 주요한 동작에 관하여만 설명하는 것으로 한다.
또한, 이하에서는, 이미 버퍼 탱크(B80)에 수소가 충전되어 있는 것으로서 설명한다.
예를 들어, 발전 시스템(PGS)의 발전부(PG)(보다 구체적으로는, 도시하지 않는 발전 장치(GNT))로부터 수소 발생부(W40)로 수소 공급의 요구(지령)가 도달하면, 수소 발생부(W40)의 제어부는, 용액 저장부(410)의 상부 공간(US) 내의 압력을 확인한다.
그리고, 제어부는, 상부 공간(US) 내의 압력이 소정의 제1 압력(요구되는 1차압) 전후의 압력이 되어 있으면, 전자 밸브 S71 및 전자 밸브 S73을 열림으로 하여, 발전 시스템(PGS)의 발전부(PG)(보다 구체적으로는, 도시하지 않는 발전 장치(GNT))로의 수소의 공급을 개시하는 것과 함께, 그 수소의 공급에 의하여 감소하는 용액 저장부(410)의 상부 공간(US) 내의 압력을 소정의 제1 압력(요구되는 1차압)으로 유지하도록 재료 공급 기구(430)의 구동을 제어한다.
한편, 수소 발생부(W40)의 제어부는, 용액 저장부(410)의 상부 공간(US) 내의 압력을 확인한 결과, 상부 공간(US) 내의 압력이 너무 낮은 경우, 전자 밸브(B85)를 열림으로 하여 버퍼 탱크(B80) 내의 수소가 발전 시스템(PGS)의 발전부(PG)(보다 구체적으로는, 도시하지 않는 발전 장치(GNT))에 공급되도록 하는 것과 함께, 용액 저장부(410)의 상부 공간(US) 내의 압력이 소정의 제1 압력(요구되는 1차압)이 되도록 재료 공급 기구(430)의 구동을 제어한다.
본 실시 형태의 경우, 용액 저장부(410)에 모아진 대량의 수용액(411)을 향하여 수소 발생 재료(421)를 공급하게 되기 때문에, 수소 발생 재료(421)와 수용액(411)의 반응으로 수산화 마그네슘 등의 부생성물이 생성되었다고 하여도, 그 부생성물은, 수용액(411) 내에 신속하게 확산한다.
이 때문에, 반응이 저해되는 일 없이, 효율 좋고 신속하게 반응이 진행되기 때문에, 용액 저장부(410)의 상부 공간(US) 내의 압력을 단시간에 소정의 제1 압력(요구되는 1차압)으로 할 수 있다.
그리고, 수소 발생부(W40)의 제어부는, 용액 저장부(410)의 상부 공간(US) 내의 압력이 소정의 제1 압력(요구되는 1차압)이 되면, 전자 밸브 S71 및 전자 밸브 S73을 열림으로 하는 것과 함께, 전자 밸브 B85를 닫힘으로 하여, 발전 시스템(PGS)의 발전부(PG)(보다 구체적으로는, 도시하지 않는 발전 장치(GNT))로의 수소의 공급을 버퍼 탱크(B80)로부터 용액 저장부(410)로 전환한다.
덧붙여, 상술과 같이, 본 실시 형태에서는, 수소 발생 재료(421)와 수용액(411)의 반응 효율이 좋기 때문에, 발전 시스템(PGS)의 발전부(PG)(보다 구체적으로는, 도시하지 않는 발전 장치(GNT))에 수소를 공급하는 것에 수반하는 용액 저장부(410)의 상부 공간(US) 내의 압력의 저하를 억제하기 위한 제어도 행하기 쉽다.
또한, 수소 발생 재료(421)가 신속하게 반응하는 데에 충분한 양의 수용액(411)을 향하여 수소 발생 재료(421)를 공급하는 형태이기 때문에, 반응에 의한 부생성물에 의하여, 반응이 저해되는 일이 없이, 그 높은 반응 효율을 지속적으로 유지하는 것이 가능하다.
한편, 수소 발생부(W40)의 제어부는, 용액 저장부(410)로부터 발전 시스템(PGS)의 발전부(PG)(보다 구체적으로는, 도시하지 않는 발전 장치(GNT))에 수소를 공급하는 상태일 때에, 어떠한 원인으로 용액 저장부(410)의 상부 공간(US) 내의 압력이 수소의 공급에 적합하지 않는 압력까지 저하할 것 같은 경우, 다시, 전자 밸브 S71을 닫힘으로 하는 것과 함께 전자 밸브 B85를 열림으로 한다.
이것에 의하여, 제어부는, 발전 시스템(PGS)의 발전부(PG)(보다 구체적으로는, 도시하지 않는 발전 장치(GNT))로의 수소의 공급을 정지시키는 일 없이, 용액 저장부(410)의 상부 공간(US) 내의 압력의 복구를 행한다.
그리고, 수소 발생부(W40)의 제어부는, 발전 시스템(PGS)의 발전부(PG)(보다 구체적으로는, 도시하지 않는 발전 장치(GNT))로부터 수소의 공급 정지의 요구(지령)를 받으면, 수소 발생부(W40)의 동작을 정지시키기 전에, 버퍼 탱크(B80) 내의 압력을 확인하고, 버퍼 탱크(B80)에 수소의 충전이 필요하면, 그 충전을 행하고 나서 수소 발생부(W40)의 동작을 정지시키는 처리를 행한다.
한편, 수소 발생부(W40)의 제어부는, 버퍼 탱크(B80)에 수소의 충전이 필요없는 경우에는, 충전을 행하지 않고 수소 발생부(W40)의 동작을 정지시키는 처리를 행한다.
덧붙여, 본 실시 형태에서는, 버퍼 기구(BF)를 설치하는 것으로, 발전 시스템(PGS)의 발전부(PG)(보다 구체적으로는, 도시하지 않는 발전 장치(GNT))로의 수소의 공급 개시 시의 수소 공급의 신속성, 및, 수소 공급 중의 수소 공급량 안정성을, 한층, 높인 것이 되어 있다.
그렇지만, 먼저 설명한 바와 같이, 본 실시 형태에서는, 용액 저장부(410)에 모아진 대량의 수용액(411)을 향하여 수소 발생 재료(421)를 공급하고 있다.
이 때문에, 수소 발생 재료(421)와 수용액(411)의 반응 효율이 높은 것이 되어 있고， 발전 시스템(PGS)의 발전부(PG)(보다 구체적으로는, 도시하지 않는 발전 장치(GNT))로의 수소의 공급 개시 시에 있어서, 신속하게 필요한 양의 수소를 발생시키기 쉽고, 또한, 수소 공급 중의 수소 공급량의 제어성도 높은 것이 되어 있다.
따라서, 본 실시 형태에서는, 버퍼 기구(BF)를 설치하는 것이 필수의 요건이라는 것은 아니고, 버퍼 기구(BF)를 생략하여도 무방하다.
(부생성물 취득부(W10))
도 4는, 부생성물 취득부(W10)를 설명하기 위한 도면이다.
먼저 설명한 바와 같이, 수소 발생부(W40)의 배수에는, 수소 발생 재료(421)와 수용액(411)(용액)의 반응으로 생성된 산소를 포함하는 1종류 이상의 산소 함유 마그네슘 화합물(주로, 수산화 마그네슘)을 포함하는 부생성물(116)이 높은 농도로 포함되어 있다.
그리고, 부생성물 취득부(W10)는, 이 수용액(411)(용액)과의 반응으로 수소를 발생하는 수소 함유 마그네슘 화합물을 포함하는 수소 발생 재료(421)와 반응한 후의 용액인 배수(반응 후 수용액(411A))로부터 부생성물(116)을 분리하여 부생성물(116)을 얻기 위한 구성 부분이다.
구체적으로는, 부생성물 취득부(W10)는, 건조실(111)과, 건조실(111) 상에 설치되고, 반응 후 용액인 반응 후 수용액(411A)을 저장하는 반응 후 용액 저장부(112)와, 배수 라인(415A)에 접속되고, 반응 후 용액 저장부(112)에 반응 후 수용액(411A)을 충전하기 위한 펌프(113)와, 건조실(111) 내의 상측의 위치에 설치되고, 반응 후 용액 저장부(112)에 저장되어 있는 반응 후 수용액(411A)을 미세한 무상(霧狀)으로 건조실(111) 내에 분무하는 분무기(114)와, 분무기(114)가 분무하는 무상의 반응 후 수용액(411A)을 향하여 습도가 낮은 건조 기체(DA)를 내뿜는 송풍기(115)를 구비하고 있다.
예를 들어, 송풍기(115)는, 건조실(111) 내의 기체(예를 들어, 공기)를 받아들여 기체 중의 수분 등을 제거하는 탈수부와, 탈수부에서 탈수되어, 습도가 낮아진 기체를 가열하는 가열부와, 그 가열된 건조 기체(DA)를 건조실(111) 내에 내보내는 송풍부를 구비하고 있다.
구체적으로는, 탈수부는, 건조실(111) 내로부터 받아들인 기체를, 예를 들어, 습도 20% 미만이 되도록 탈수하고, 가열부는, 그 습도 20% 미만의 기체를, 예를 들어, 50℃ 정도로 가열하고, 송풍부는, 그 습도 20% 미만, 온도 50℃ 정도의 건조 기체(DA)를 분무기(114)가 분무하는 반응 후 수용액(411A)을 향하여 내뿜는다.
덧붙여, 건조실(111) 내로부터 받아들인 기체는, 탈수부에서 습도 10% 미만으로 되는 것이 바람직하고, 습도 5% 미만으로 되는 것이 보다 바람직하다.
이 때문에, 분무기(114)로부터 반응 후 수용액(411A)이 분무되면, 그 분무된 반응 후 수용액(411A)의 수분이, 건조실(111)의 바닥면에 도달할 때까지의 사이에 증발하고, 건조실(111)의 바닥면에는, 증발하는 일이 없는 반응 후 수용액(411A) 중의 부생성물(116)이 쌓이게 된다.
덧붙여, 만일 미량으로 수분을 포함한 부생성물(116)이 바닥면에 쌓이는 일이 있어도, 건조실(111) 내가 낮은 습도가 되어 있기 때문에, 그 수분도 증발하게 된다.
이와 같이 하여, 부생성물 취득부(W10)는, 반응 후 수용액(411A)으로부터 부생성물(116)을 분리하여 부생성물(116)을 얻는다.
다만, 상술과 같은 구성은, 부생성물 취득부(W10)의 일례이고, 예를 들어, 여과 필터 등으로 반응 후 수용액(411A) 중의 부생성물(116)을 분리하여 부생성물(116)을 얻는 것이어도 무방하다.
그러나, 이 경우에는, 부생성물(116)이 건조한 상태로 되어 있지 않기 때문에, 한층 더, 건조시키는 처리를 행하게 되기 때문에, 상기에서 설명한 구성의 부생성물 취득부(W10) 쪽이 바람직하다.
또한, 부생성물 취득부(W10)는, 반응 후 수용액(411A)을 가열하여 수분을 증발시키는 구성이어도 무방하지만, 이 경우, 가열에 필요한 큰 전력이 필요하고, 수분이 증발할 때까지 걸리는 시간도 길어진다.
한편, 상기 구성이면, 기체의 습도를 낮게 하기 위하여 이용되는 컴프레서와, 건조한 기체를 50℃ 정도로 가열하는 데에 필요한 히터에 필요한 전력이 주된 전력이 되고, 반응 후 수용액(411A) 그 자체를 가열하여 수분을 증발시키는 경우보다, 작은 전력으로 되는 것과 함께, 부생성물(116)을 얻는 데에 필요한 시간도 짧은 시간으로 되기 때문에, 역시, 도 4를 참조하여 설명한 구성 쪽이 바람직하다.
덧붙여, 부생성물 취득부(W10)는, 건조실(111)에 설치된 문(117)을 구비하고 있고, 그 문(117)을 통하여, 부생성물(116)이 취출되고, 부생성물(116)이 원료 생성부(W20)로 운반된다.
(원료 생성부(W20))
도 5는, 원료 생성부(W20)를 설명하기 위한 도면이다.
원료 생성부(W20)는, 원료 생성실(200)과, 원료 생성실(200) 내를 소정의 온도로 가열하는 가열기(210)(예를 들어, 히터)와, 원료 생성실(200)의 배기구(211)로부터 기체를 배기하는 배기 기구(212)를 구비하고 있다.
예를 들어, 배기 기구(212)는, 원료 생성실(200)의 배기구(211)에 접속되는 배기 라인(212A)(배기관이라고도 한다.)과, 그 배기 라인(212A) 상에 설치된 배기 펌프(212B)를 구비하고 있다.
그리고, 원료 생성실(200) 내에는, 방금 전, 부생성물 취득부(W10)에서 얻어진 부생성물(116)(주된 성분은 수산화 마그네슘(Mg(OH)2)이다.)과, 할로겐과 할로겐 이외의 원자를 함유하는 할로겐 함유물인 염화 암모늄(NH4Cl)의 혼합물(213)이 배치되고, 그 혼합물(213)이 소정의 온도로 가열되는 처리가 행하여진다.
구체적으로는, 할로겐 함유물인 염화 암모늄(NH4Cl)이 암모니아(NH3)와 염산(HCl)으로 분해하여 부생성물(116)과 반응하고, 할로겐화 마그네슘(본 예에서는, MgCl2)을 생성하는 온도인 340℃ 이상 450℃ 이하의 온도로 가열하는 처리가 행하여진다.
덧붙여, 보다 바람직하게는, 340℃ 이상 400℃ 이하의 온도로 가열하는 것이 바람직하고, 처리 시간도 2시간 전후여도 무방하기 때문에, 원료 생성실(200) 내의 보온성을 높이는 것으로, 비교적, 소비 전력이 적은 처리로 하는 것이 가능하다.
이 반응에서는, 이하의 식 5에 나타내는 바와 같이, 기체의 암모니아와 수증기가 발생하기 때문에, 배기 기구(212)에 의하여, 그것들이 원료 생성실(200) 외에 배기되고, 원료 생성실(200) 내에는, 생성된 할로겐화 마그네슘을 포함하는 원료(본 예의 경우, 주성분은, 염화 마그네슘이다.)가 남게 된다.
　　Mg(OH)2　＋　2NH4Cl　
　　　　　　　　→　MgCl2　＋　2NH3　＋　2H2O　···(5)
덧붙여, 먼저도 언급한 바와 같이, 부생성물(116)에는, 산화 마그네슘(MgO)이 포함되어 있는 경우가 있지만, 염화 암모늄은, 산화 마그네슘도 염화 마그네슘으로 변화시키는 것이 가능한 것을 확인하고 있고, 따라서, 산화 마그네슘이 포함되어 있어도 문제는 없다.
또한, 화학식에서는, 식 5에 나타내는 바와 같이, 수산화 마그네슘 1mol에 대하여 2mol의 염화 암모늄이 반응하게 된다.
이 경우, 식 5의 반응을 중량비로 보면, 혼합물(213)의 염화 암모늄의 함유량은, 부생성물(116)과의 중량비로 약 1.8배 있으면 되게 되지만, 투입된 염화 암모늄이 모두 반응에 기여하는 것은 아니기 때문에, 혼합물(213)의 염화 암모늄의 함유량은, 부생성물(116)과의 중량비로 2배 이상으로 하여 두는 쪽이 바람직하고, 한층 더 3배 이상으로 하여 두는 쪽이 바람직하다.
그렇지만, 너무 많으면 염화 암모늄이 분해 제거되는 것에 걸리는 시간이 길어지기 때문에, 혼합물(213)의 염화 암모늄의 함유량은, 부생성물(116)과의 중량비로 10배 이하로 하여 두는 쪽이 바람직하고, 한층 더 8배 이하로 하여 두는 쪽이 바람직하다.
한편, 기체의 염산 분위기 중에서 부생성물(116)을, 역시, 340℃ 이상 450℃ 이하 정도의 온도로 가열하여도 수산화 마그네슘이나 산화 마그네슘을 염화 마그네슘으로 할 수 있기 때문에, 상기와 같은 구성을 대신하여, 원료 생성실(200) 내에 기체의 염산(염화 수소)을 공급하는 태양으로 하여도 무방하다.
덧붙여, 원료 생성부(W20)는, 원료 생성실(200) 내에 혼합물(213)을 교반하도록 설치된 교반 기구(예를 들어, 교반용의 프로펠러) 등을 구비하는 것이어도 무방하다.
또한, 배기 기구(212)가 항상 배기를 취하는 것이 아니라, 예를 들어, 원료 생성실(200) 내의 압력을 측정하는 압력 측정기를 설치하고, 염화 암모늄의 분해에 수반하여 상승하는 압력을 보면서 소정의 압력 이상이 된 타이밍에 미리 설정되는 압력까지 감압하도록 배기하는 것을 반복하는 제어로 하여도 무방하다.
그런데, 식 5를 보면 알 수 있는 바와 같이, 원료 생성부(W20)의 배기에는, 기체의 암모니아와 수증기가 포함된다.
예를 들어, 배기 펌프(212B)의 상류(원료 생성실(200) 측)에 수증기를 제거하는 기구(예를 들어, 몰레큘러 시브(molecular sieves))를 설치하고, 배기 펌프(212B)의 하류(원료 생성실(200)로부터 떨어진 측)에 기체의 염산을 도입시키도록 하면, 암모니아가 염산과 반응하고, 염화 암모늄의 가루의 상태가 되기 때문에, 그 염산을 도입하는 위치보다 하류 측에 집진기를 설치하는 것으로 염화 암모늄을 얻을 수 있다.
따라서, 암모니아를 배기하지 않고 염화 암모늄으로서 회수하는 것으로, 암모니아를 원료 생성부(W20)에서 순환 사용하는 것이 가능하다.
덧붙여, 원료 생성부(W20)의 배기로부터 암모니아를 회수하여, 먼저 설명한 수소 발생 재료 생성부(W30)의 배가스에 가하도록 하여, 수소 발생 재료 생성부(W30)의 배가스 중의 염산과 함께 염화 암모늄을 재생하도록 하여도 무방하다.
이 경우, 수소 발생 재료 생성부(W30)의 배가스 중의 염산이 염화 암모늄이라고 하는 고체상(固體狀)으로 변화하여, 배가스 중의 기체 용량이 감소하기 때문에, 나중에 설명하는 바와 같이, 수소 발생 재료 생성부(W30)에 이용되는 펌프의 배기 용량을 작게 할 수 있다.
그리고, 이와 같이 원료 생성부(W20)에서 생성된 할로겐화 마그네슘을 포함하는 원료(본 예에서는, 주로 염화 마그네슘을 포함하는 원료)는, 원료 생성실(200)에 설치된 도시하지 않는 문을 통하여 원료 생성실(200)로부터 취출되고, 먼저 설명한 수소 발생 재료 생성부(W30)로 반송되고, 그 원료가 수소 발생 재료 생성부(W30)에서 수소를 포함하는 플라스마로 환원 처리되어, 다시, 수소 발생 재료(421)가 된다.
이상과 같이, 본 실시 형태의 수소 발생 시스템(W1)에서는, 마그네슘을 폐기하는 일 없이, 마그네슘을 순환시키는 마그네슘 순환형의 수소 발생 시스템(W1)이 되어 있는 것과 함께, 수소 발생부(W40)가 대량의 용액(수용액(411))에 대하여 수소 발생 재료(421)를 투입하는 태양이기 때문에, 수소의 발생량이 적게 되는 것을 억제할 수 있다.
또한, 수소 발생부(W40)에서는, 수용액(411)과의 반응으로 수소를 발생시키는 것이 가능하고, 밸브 등을 구동하는 데에 필요한 전력 정도여도 무방하고, 부생성물 취득부(W10), 및, 원료 생성부(W20)에서 사용되는 전력도 적게 억제할 수 있기 때문에, 전체적으로, 수소 발생 재료(421)를 생성하기 위한 원료의 생성에 필요한 에너지를 억제할 수 있는 가능성이 있는 것이 되어 있다.
이상, 구체적인 실시 형태에 기초하여, 본 발명에 관하여 설명하여 왔지만, 본 발명은, 상기의 구체적인 실시 형태로 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 먼저 나타낸 식 1 내지 식 4는, 수소 발생부(W40)에서 일어나는 반응이지만, 식 1 내지 식 4를 보면 알 수 있는 바와 같이, 이 반응은 발열 반응이다.
따라서, 수용액(411)(용액)은, 이 열을 흡수하여 높은 온도가 되기 때문에, 이 열을 이용하여, 한층 더 발전을 행하도록 하여도 무방하다.
즉, 먼저 설명한 발전 시스템(PGS)이, 한층 더, 열을 이용하여 발전하는 열 발전부(예를 들어, 증기 터빈 등)를 구비하고, 수소 발생부(W40)에서 수소 발생 재료(421)와 용액(수용액(411))이 반응하였을 때에 발생하는 열을 이용하여 열 발전부에서도 발전하는 구성을 가지고 있어도 무방하다.
도 6은 발전 시스템(PGS)이, 열 발전부를 더 구비한 변형예를 설명하기 위한 도면이고, 일부의 도시나 번호를 생략하고 있지만, 기본적으로 도 3에 대응한 도면이 되어 있다.
덧붙여, 열 발전부(증기 터빈 등)의 구성은, 일반적인 것이고, 수증기(ST)로 발전을 행하는 증기 터빈과, 그 증기 터빈을 구동시킨 수증기(ST)를 물(WT)로 되돌리기 위한 복수기를 구비하는 것과 같은 구성이어도 무방하기 때문에 도시를 생략하고 있다.
열 발전부를 한층 더 더하여 발전을 행하는 경우, 도 6에 도시하는 바와 같이, 용액 저장부(410) 내에, 열 발전부(증기 터빈 등)의 복수기로부터의 물(WT)을 받아들여, 그 물을 용액(수용액(411))의 열로 수증기(ST)로 하여 열 발전부로 보내기 위한 배관(PIP)을, 예를 들어, 내벽면을 따라 아래로부터 위로 나선상(螺旋狀)으로 설치하도록 하면 된다.
그리고, 용액 저장부(410) 내의 상부 공간(US)은, 먼저 설명한 바와 같이, 소정의 제1 압력으로 유지되고, 대기압보다도 높은 압력이 되어 있기 때문에, 거의 대기압의 상태에 있는 배관(PIP) 내의 물 쪽이 비등하여, 그 수증기(ST)가 열 발전부를 향하여 열 발전부(증기 터빈 등)를 구동시켜 발전이 행하여진다.
이 경우, 용액 저장부(410) 내의 용액(수용액(411))이 냉각되기 때문에, 용액의 증발을 억제한다고 하는 효과도 얻을 수 있다.
그리고, 이와 같은 변형예의 구성으로 하면, 수소를 이용한 발전에 더하여, 열에 의한 발전도 행하여지기 때문에, 보다 한층, 발전량을 늘릴 수 있다.
또한, 상기 실시 형태에서는, 수소를 포함하는 플라스마로 환원되는 원료로서, 염화 마그네슘이나 불화 마그네슘을 예시하고 있었지만, 이것으로 한정될 필요는 없고, 예를 들어, 요오드화 마그네슘 등이어도 무방하다.
이 경우에서도, 수소를 포함하는 플라스마로 용액과의 반응으로 수소를 발생하는 수소 함유 마그네슘 화합물(구체적으로는, 수소화 마그네슘)을 포함하는 수소 발생 재료(421)를 생성할 수 있다.
또한, 그 부생성물(116)로서 수산화 마그네슘이 얻어지고, 원료 생성부(W20)에 있어서， 그 부생성물(116)에 할로겐과 할로겐 이외의 원자를 함유하는 할로겐 함유물로서의 요오드화 수소 또는 요오드화 암모늄을 반응시키는 것으로 원료를 재생하는 것이 가능하다.
덧붙여, 원료가 불화 마그네슘의 경우에는, 부생성물(116)에 불화 수소 또는 불화 암모늄을 반응시켜 원료를 재생할 수 있고, 원료가 브롬화 마그네슘의 경우에는, 부생성물(116)에 브롬화 수소 또는 브롬화 암모늄을 반응시켜 원료를 재생할 수 있다.
따라서, 원료가 주성분으로서 할로겐화 마그네슘을 포함하는 것으로 되고, 원료를 재생하기 위하여 부생성물(116)에 반응시키는 할로겐 함유물을 할로겐을 가지는 암모늄염, 또는, 할로겐화 수소로 하면 된다.
그런데, 먼저 설명한 바와 같이, 수소 발생 재료 생성부(W30)는, 수소를 포함하는 플라스마로 원료(예를 들어, 염화 마그네슘 등의 할로겐화 마그네슘을 포함하는 원료)를 환원하여 수소 발생 재료(421)를 생성하는 처리를 행하는 처리실(301)과, 처리실(301) 내의 기체를 배출하고, 처리실(301) 내를 감압하는 감압 수단(제1 진공 펌프(332)나 제2 진공 펌프(334))을 구비하고 있고, 처리실(301)로부터 배출되는 기체에는, 환원 시에 발생하는 할로겐화 수소(예를 들어, 염화 수소)가 포함되어 있다.
그리고, 암모니아는 염화 수소와 같은 할로겐화 수소와 상온에서 반응하여, 그 할로겐을 가지는 암모늄염이 되고, 할로겐을 가지는 암모늄염은 상온에서 고체의 상태가 된다.
이것으로부터, 먼저도 조금 언급하였지만, 수소 발생 재료 생성부(W30)가, 감압 수단(제1 진공 펌프(332)나 제2 진공 펌프(334))에 이르기까지의 처리실(301)로부터 배출된 기체에 암모니아를 공급하는 암모니아 공급 수단을 구비하는 것으로 하는 것이 바람직하다.
이 경우, 그 배기된 기체 중의 할로겐화 수소(예를 들어, 염화 수소)와 암모니아가 반응하여 고체의 상태의 할로겐을 가지는 암모늄염(예를 들어, 염화 암모늄)이 생성되게 되고, 기체가 고체로 변화하는 것으로 체적이 큰 폭으로 감소한다.
이 결과, 처리실(301) 내의 감압을 촉진할 수 있다.
이 때문에, 이와 같은 암모니아 공급 수단을 구비하는 구성으로 하는 것으로 감압 수단(제1 진공 펌프(332)나 제2 진공 펌프(334))에 요구되는 능력을 경감하는 것이 가능하다.
게다가, 먼저 나타낸 식 5를 보면 알 수 있는 대로, 원료 생성부(W20)에서는, 부생성물(116)에 할로겐을 가지는 암모늄염을 반응시킨 결과, 부산물로서 암모니아가 발생하기 때문에, 암모니아 공급 수단이, 원료 생성부(W20)에서 원료를 생성할 때에 발생하는 이 암모니아를 공급하는 것으로 할 수 있다.
예를 들어, 암모니아 공급 수단은, 원료 생성부(W20)에서 원료를 생성할 때에 발생하는 이 암모니아를 저장하는 탱크와, 그 탱크와 처리실(301)로부터 감압 수단(제1 진공 펌프(332)나 제2 진공 펌프(334))에 이르기까지의 사이의 배기관에 접속된 암모니아 공급 배관과, 암모니아 공급 배관 상에 설치되고, 암모니아의 유량을 제어하는 유량 제어기를 구비하는 구성으로 하면 된다.
나아가, 배기된 기체 중의 할로겐화 수소(예를 들어, 염화 수소)와 암모니아가 반응하여 생성되는 고체의 상태의 할로겐을 가지는 암모늄염(예를 들어, 염화 암모늄)은, 원료 생성부(W20)에서 이용하는 것이 가능하다.
수소 발생 재료 생성부(W30)가, 암모니아와 처리실(301)로부터 배출된 기체 중의 할로겐화 수소와의 반응으로 생성되는 할로겐을 가지는 암모늄염을 취득하기 위한 암모늄염 취득부를 구비하는 경우에는, 그 암모늄염 취득부에서 취득된 암모늄염을 원료 생성부(W20)에서 사용하는 할로겐 함유물로서 이용할 수 있다.
예를 들어, 암모늄염이 고체의 상태로 감압 수단(제1 진공 펌프(332)나 제2 진공 펌프(334))을 향하게 되기 때문에, 감압 수단(제1 진공 펌프(332)나 제2 진공 펌프(334))의 바로 앞(처리실(301) 측) 또는 감압 수단(제1 진공 펌프(332)나 제2 진공 펌프(334))의 뒤에 암모늄염 취득부로서의 집진기를 설치하도록 하면 된다.
덧붙여, 부생성물 취득부(W10)에서 취득되는 부생성물(수산화 마그네슘이나 산화 마그네슘)은, 기체의 염산(염화 수소)과의 반응으로 염화 마그네슘으로 할 수 있는 것은, 먼저, 설명한 바와 같다.
그리고, 수소 발생 재료 생성부(W30)에서는, 환원 반응의 결과, 할로겐화 수소(예를 들어, 염화 수소)가 발생한다.
예를 들어, 수소 발생 재료 생성부(W30)의 감압 수단(제1 진공 펌프(332)나 제2 진공 펌프(334))의 바로 앞(처리실(301) 측) 또는 감압 수단(제1 진공 펌프(332)나 제2 진공 펌프(334))의 뒤에, 할로겐화 수소(예를 들어, 염화 수소)를 기체의 상태로 분리·취득하는 할로겐화 수소 취득 수단을 설치하여도 무방하다.
그리고, 그 할로겐화 수소(예를 들어, 염화 수소)를 원료 생성부(W20)에서 이용하는 것으로 하여도 무방하다.
예를 들어, 할로겐화 수소 취득 수단은, 할로겐화 수소(예를 들어, 염화 수소)를 분리하는 분리막 등을 이용하는 것이어도 무방하다.
또한, 상기 실시 형태에서는, 태양광 발전이나 풍력 발전 등에 부속시켜, 본 실시 형태의 발전 시스템(PGS) 전체를 설치하는 경우에 관하여 설명하였지만, 수소 발생 시스템(W1) 중, 부생성물 취득부(W10)와, 원료 생성부(W20)와, 수소 발생 재료 생성부(W30)를 태양광 발전이나 풍력 발전 등의 가까이에 설치하고, 수소 발생부(W40)를 지방에 설치된 발전부(PG)의 가까이에 설치하는 형태로 하여도 무방하다.
이와 같은 형태로 하면, 발전 자체가, 그 전력을 소비하는 지방에서 행하여지게 되기 때문에, 송전 로스(loss)를 억제할 수 있는 것과 함께, 근년, 문제가 되고 있는, 대형 발전소가 정지하였을 때에 넓은 범위에서 정전이 발생하는 것과 같은 문제도 회피할 수 있다.
덧붙여, 상기에서는, 수소 발생 재료 생성부(W30)에서 염화 마그네슘으로부터 우위로 수소화 마그네슘을 생성하는 경우에 관하여, 주로 설명하였지만, 부착 수단(380)의 표면(381)의 온도를 조정하는 등 하여, 염화 마그네슘으로부터 우위로 금속 마그네슘을 생성시키는 환원을 행하고, 생성된 금속 마그네슘을 이용하여 수소화 마그네슘을 생성하는 환원을 행하도록 하여도 무방하다.
즉, 수소를 포함하는 플라스마로 원료를 환원하여 수소 발생 재료를 생성하는 수소 발생 재료 생성부(W30)는, 할로겐화 마그네슘(예를 들어 염화 마그네슘)으로부터 할로겐을 탈리(脫離)시키는 탈할로겐 환원과, 할로겐이 탈리한 금속 마그네슘에 수소를 부가하는 수소화 환원을 행하는 2단 스텝으로 수소 발생 재료를 생성하는 것이어도 무방하다.
이와 같이, 본 발명은, 구체적인 실시 형태로 한정되는 것은 아니고, 적의(適宜), 변형이나 개량을 실시한 것도 본 발명의 기술적 범위에 포함되는 것이고, 그것은, 당업자에게 있어서 특허 청구의 범위의 기재로부터 분명하다.

Claims (13)

  1. 마그네슘 순환형의 수소 발생 시스템에 있어서,
    상기 수소 발생 시스템이,
    용액과의 반응으로 수소를 발생하는 수소 함유 마그네슘 화합물을 포함하는 수소 발생 재료와 반응한 후의 용액인 반응 후 용액으로부터 상기 반응으로 생성된 산소를 포함하는 1종류 이상의 산소 함유 마그네슘 화합물을 포함하는 부생성물을 분리하여 상기 부생성물을 얻는 부생성물 취득부와,
    상기 부생성물에 할로겐과 상기 할로겐 이외의 원자를 함유하는 할로겐 함유물을 반응시켜 할로겐화 마그네슘을 포함하는 원료를 생성하는 원료 생성부와,
    수소를 포함하는 플라스마로 상기 원료를 환원하여 상기 수소 발생 재료를 생성하는 수소 발생 재료 생성부와,
    상기 수소 발생 재료와 상기 용액을 반응시켜 상기 수소를 발생시키는 수소 발생부를 구비하는 것을 특징으로 하는 수소 발생 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 수소 함유 마그네슘 화합물이 수소화 마그네슘이고,
    상기 산소 함유 마그네슘 화합물은, 수산화 마그네슘, 또는, 산화 마그네슘이고,
    상기 할로겐 함유물이 상기 할로겐을 가지는 암모늄염인 것을 특징으로 하는 수소 발생 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 수소 발생 재료 생성부는,
    수소를 포함하는 플라스마로 상기 원료를 환원하여 상기 수소 발생 재료를 생성하는 처리를 행하는 처리실과,
    상기 처리실 내의 기체를 배출하고, 상기 처리실 내를 감압하는 감압 수단과,
    상기 감압 수단에 이르기까지의 상기 처리실로부터 배출된 기체에 암모니아를 공급하는 암모니아 공급 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 수소 발생 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 암모니아 공급 수단이 상기 원료 생성부에서 상기 원료를 생성할 때에 발생하는 암모니아를 공급하는 것을 특징으로 하는 수소 발생 시스템.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 수소 발생 재료 생성부는, 상기 암모니아와 상기 처리실로부터 배출된 기체 중의 할로겐화 수소와의 반응으로 생성되는 상기 할로겐을 가지는 암모늄염을 취득하는 암모늄염 취득부를 구비하고,
    상기 암모늄염 취득부에서 취득된 암모늄염이 상기 원료 생성부에서 이용되는 상기 할로겐 함유물로서 이용되는 것을 특징으로 하는 수소 발생 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 수소 함유 마그네슘 화합물이 수소화 마그네슘이고,
    상기 산소 함유 마그네슘 화합물은, 수산화 마그네슘, 또는, 산화 마그네슘이고,
    상기 할로겐 함유물이 할로겐화 수소인 것을 특징으로 하는 수소 발생 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 수소 발생 재료 생성부는, 환원 반응으로 발생하는 할로겐화 수소를 기체의 상태로 취득하는 할로겐화 수소 취득부를 구비하고,
    할로겐화 수소 취득부에서 취득된 상기 할로겐화 수소가 상기 원료 생성부에서 이용되는 것을 특징으로 하는 수소 발생 시스템.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수소 발생부가,
    상기 용액을 저장하고, 수소를 발생하는 상기 반응을 행하기 위한 반응부와,
    상기 반응부에 공급되는 상기 수소 발생 재료를 저장하는 재료 저장부를 구비하는 것을 특징으로 하는 수소 발생 시스템.
  9. 수소를 이용하여 발전하는 발전부에 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 기재된 수소 발생 시스템에서 발생시킨 수소를 공급하여 발전하는 것을 특징으로 하는 발전 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 발전 시스템은, 열을 이용하여 발전하는 열 발전부를 구비하고,
    상기 수소 발생부에서 상기 수소 발생 재료와 상기 용액이 반응하였을 때에 발생하는 열을 이용하여 상기 열 발전부에서도 발전하는 것을 특징으로 하는 발전 시스템.
  11. 마그네슘 순환형의 수소 발생 방법에 있어서,
    상기 수소 발생 방법이,
    용액과의 반응으로 수소를 발생하는 수소 함유 마그네슘 화합물을 포함하는 수소 발생 재료와 반응한 후의 용액인 반응 후 용액으로부터 상기 반응으로 생성된 산소를 포함하는 1종류 이상의 산소 함유 마그네슘 화합물을 포함하는 부생성물을 분리하여 상기 부생성물을 얻는 스텝과,
    상기 부생성물에 할로겐과 상기 할로겐 이외의 원자를 함유하는 할로겐 함유물을 반응시켜 할로겐화 마그네슘을 포함하는 원료를 생성하는 스텝과,
    수소를 포함하는 플라스마로 상기 원료를 환원하여 상기 수소 발생 재료를 생성하는 스텝과,
    상기 수소 발생 재료와 상기 용액을 반응시켜 상기 수소를 발생시키는 스텝을 구비하는 것을 특징으로 하는 수소 발생 방법.
  12. 수소를 이용하여 발전하는 발전 방법에 있어서,
    상기 발전 방법이,
    수소를 이용하여 발전하는 스텝과,
    상기 수소를 이용하여 발전하는 스텝에 제11항에 기재된 수소 발생 방법으로 발생시킨 수소를 공급하는 스텝을 구비하는 것을 특징으로 하는 발전 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 수소를 발생시키는 스텝에서 발생하는 열을 이용하여 발전하는 스텝을 구비하는 것을 특징으로 하는 발전 방법.
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